JP5661268B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に、被検体に対する超音波送受信によって得られた生体情報を良好なＳ／Ｎで受信することが可能な超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素子から発生する超音波パルス（送信超音波）を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波（受信超音波）を前記振動素子により受信して生体情報を収集するものであり、超音波プローブを体表面に接触させるだけの簡単な操作で２次元画像データや３次元画像データがリアルタイムで観察できるため、各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。生体内の組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、上記技術を用いて得られるＢモード画像とカラードプラ画像は、今日の超音波画像診断において不可欠なものとなっている。

このような超音波診断装置では、多くの振動素子を１次元あるいは２次元に配列した超音波プローブを用いて超音波ビームの集束と偏向を電子的に制御することにより上述の画像データを生成する方法が一般に行われているが、その他に、円盤状の振動素子とリング状の振動素子を同心円状に配列した、所謂、アニュラアレイ超音波プローブを機械的に揺動させることにより画像データをリアルタイムで収集する方法も実用化されている。

このような振動素子数が比較的少ないアニュラアレイ超音波プローブを多くの振動素子数を有する通常の超音波プローブに対応した超音波診断装置の送受信部に接続して用いる場合、送受信部と超音波プローブとの間に設けられた高圧スイッチを用いて送受信部を共通接続することにより振動素子数と略等しいチャンネル数を有した送受信部を新たに形成し、これらの送受信部と振動素子を接続することにより送信パワーと受信Ｓ／Ｎを改善する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、送受信部の入出力端子をＰチャンネル単位で共通接続した場合、受信信号の振幅は共通接続しない場合と比較してＰ倍となり、送受信部が発生するランダムなノイズは√Ｐ倍となるため受信Ｓ／Ｎは√Ｐ倍に改善される。

一方、超音波診断法には、上述のＢモード画像データを収集するＢモード法やカラードプラ画像データを収集するカラードプラ法の他に被検体の関心部位における血流速度等を定量的に計測する方法としてドプラスペクトラム法があり、このドプラスペクトラム法は、パルスドプラスペクトラム法と連続波ドプラスペクトラム法に分類される。パルスドプラスペクトラム法では、関心部位の方向に対し超音波パルスの送受信を所定の時間間隔で複数回行ない、このとき得られる受信信号に対しサンプリングゲートを設定することによって前記関心部位からの受信信号を抽出する。そして、得られた受信信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）分析することにより周波数スペクトラムデータを生成し、更に、所定時間間隔で時系列的に得られる複数の周波数スペクトラムデータを時間方向に配列することによりスペクトラム画像データを生成する。

上述のパルスドプラスペクトラム法に対し連続波ドプラスペクトラム法では、超音波プローブにおいて配列された複数の振動素子を送信専用振動素子と受信専用振動素子に区分し、これらの振動素子を用いた関心部位に対する超音波連続波の送受信によって得られる受信信号をＦＦＴ分析することにより周波数スペクトラムデータを生成する。そして、パルスドプラスペクトラム法と同様にして、時系列的に得られる複数の周波数スペクトラムデータを時間方向に配列することによりスペクトラム画像データを生成する。

上述のパルスドプラスペクトラム法では、サンプルゲートの適用により関心部位からの血流情報を選択的に抽出することが可能であるが計測可能な最大血流速度は超音波パルスの繰り返し周波数に依存する。このため、高流速の血流計測に際して周波数スペクトラムデータに折り返り現象が発生し正確な血流計測は困難となる。一方、連続波ドプラスペクトラム法では、関心部位からの血流情報のみを抽出することは不可能であるが、上述の折り返り現象が発生しないため高流速を呈する関心部位の血流計測に広く用いられている。

特開平０２−１２４７号公報

上述のように周波数スペクトラムデータに折り返り現象が発生しない連続波ドプラスペクトラム法を適用することにより高流速の血流情報を正確に計測することができる。しかしながら、連続波ドプラスペクトラム法では送信超音波の放射と受信超音波の受信は同時に行なわれ、受信超音波に含まれたドプラ信号成分を得るためには比較的大きな振幅を有する送信超音波に重畳した微小振幅の受信超音波を正確に受信しなくてはならない。このため、受信専用振動素子によって検出された受信信号が供給される送受信部の受信部では、この受信信号に混入する各種のノイズを極力低減させる必要があり、特に、受信信号が最初に供給される受信部の前置増幅部が発生するノイズはシステム全体のＳ／Ｎに対し大きな影響を与える。従って、ノイズの少ない前置増幅部を用いた受信部の設計が行なわれてきたが、その技術的な進歩は既に飽和状態にある。

一方、受信部において発生するノイズを受信信号に対して相対的に低減させるために特許文献１に記載された方法を適用した場合、実際に入手可能な高圧スイッチは無視できないＯＮ抵抗を有し、このＯＮ抵抗と受信部の入力端に発生する静電容量により受信信号の信号振幅や周波数特性は著しく劣化するため所望の受信Ｓ／Ｎを得ることができないという問題点を有していた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波プローブの振動素子にて検出された受信信号のチャンネル数が受信部の入力チャンネル数より少ない場合、これらの受信信号を共通接続された受信部の入力端子へ供給することによりＳ／Ｎに優れた受信信号を得ることが可能な超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態に係る超音波診断装置は、被検体の診断対象部位に対して送信超音波を送信し、この送信超音波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の振動素子を有した超音波プローブと、前記振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、前記振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記受信信号が入力される前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して超音波データを生成する超音波データ生成手段と、前記超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定する。または、被検体の診断対象部位に対し超音波連続波を送信し、この超音波連続波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の送信専用振動素子及び複数の受信専用振動素子を有した超音波プローブと、前記複数の送信専用振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、前記複数の受信専用振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記受信信号が入力される前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して周波数スペクトラムデータを生成する超音波データ生成手段と、前記周波数スペクトラムデータに基づいてスペクトラム画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定する。

上記課題を解決するために、別の実施形態に係る超音波診断装置は、被検体の診断対象部位に対して送信超音波を送信し、この送信超音波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の振動素子を有した超音波プローブと、前記振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、前記振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、前記受信手段に接続され、前記送信手段が出力する駆動信号の前記受信手段への入力を防ぐリミッタ回路と、前記リミッタ回路に後続し前記受信手段の入力端子を共通接続して前記プリアンプへ出力する切り替えスイッチとからなり、前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記切り換えスイッチを切り替えることにより前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して超音波データを生成する超音波データ生成手段と、前記超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定する。または、被検体の診断対象部位に対し超音波連続波を送信し、この超音波連続波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の送信専用振動素子及び複数の受信専用振動素子を有した超音波プローブと、前記複数の送信専用振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、前記複数の受信専用振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、前記受信手段に接続され、前記送信手段が出力する駆動信号の前記受信手段への入力を防ぐリミッタ回路と、前記リミッタ回路に後続し前記受信手段の入力端子を共通接続して前記プリアンプへ出力する切り替えスイッチとからなり、前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記切り換えスイッチを切り替えることにより前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して周波数スペクトラムデータを生成する超音波データ生成手段と、前記周波数スペクトラムデータに基づいてスペクトラム画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定する。

本発明によれば、超音波プローブの振動素子にて検出された受信信号のチャンネル数が受信部の入力チャンネル数より少ない場合、これらの受信信号を共通接続された受信部の入力端子へ供給することによりＳ／Ｎに優れた受信信号を得ることができる。このため、血流情報等の微小な生体情報を確実に検出することが可能となり高い精度の超音波診断を行なうことができる。

本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信ユニットの具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の通常モードにおける結合部の構成と機能を説明するための図。 同実施例の連続波ドプラスペクトラムモード（ＣＷＤモード）における結合部の構成と機能を説明するための図。 同実施例の受信部が有する入力インピーダンスの制御が可能な前置増幅部の具体的な回路構成を示す図。 同実施例における受信部の入力端子を共通接続した場合に有効な入力インピーダンスの設定を説明するための図。 同実施例の超音波診断装置が備える超音波データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の実施例では、連続波ドプラスペクトラムモードにおけるスペクトラム画像データの生成に際し、超音波プローブが有する２Ｍ個の振動素子をＭ個の送信専用振動素子とＭ個の受信専用振動素子に区分し、送信専用振動素子の各々に対応した受信部の入力端子と受信専用振動素子の各々に対応した受信部の入力端子とを結合部により共通接続してＭチャンネルの入力端子を形成する。そして、当該被検体に対する超音波連続波の送受信において受信専用振動素子が検出したＭチャンネルの受信信号を前記受信部において新たに形成されたＭチャンネルの入力端子へ供給する。このとき、受信部の入力インピーダンスは共通接続数に基づいて制御される。

尚、以下の実施例では、受信信号のチャンネル数が受信部のチャンネル数より少ない連続波ドプラスペクトラムモード（以下では、ＣＷＤモードと呼ぶ。）に本発明を適用した場合について述べるが、受信信号のチャンネル数が受信部のチャンネル数より少ない場合のＢモード、カラードプラモード及びパルスドプラスペクトラムモード等（以下では、これらを纏めて通常モードと呼ぶ。）において適用しても構わない。

又、以下に述べる通常モードでは、超音波プローブに設けられた２Ｍ個の振動素子を送受信兼用振動素子として用い、ＣＷＤモードでは、２Ｍ個の振動素子を２分割することによって形成されたＭ個の振動素子を送信専用振動素子及び受信専用振動素子として用いる場合について述べるが、送信専用振動素子数と受信専用振動素子数は上述に限定されない。

（装置の構成）
本発明の実施例における超音波診断装置の構成と各ユニットの基本動作につき図１乃至図７を用いて説明する。尚、図１は、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２及び図７は、この超音波診断装置が備える送受信ユニット及び超音波データ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示す超音波診断装置１００は、被検体の診断対象部位に対し超音波パルスや超音波連続波（これらを纏めて送信超音波と呼ぶ。）を送信し、これらの送信超音波によって得られた超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する複数個の振動素子が配列された超音波プローブ２０と、前記振動素子を駆動すると共にこれらの振動素子から得られた受信信号に基づいて各種の超音波データを生成し、更に、これらの超音波データを用いて画像データを生成する診断装置本体３０と、診断装置本体３０によって生成された画像データを表示する表示部４０と、被検体情報の入力、超音波データ生成条件及び画像データ生成条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部５０を備えている。

超音波プローブ２０は、例えば、１次元配列された２Ｍ個の図示しない振動素子をその先端部に有し、前記先端部を被検体の体表に接触させて超音波の送受信を行なう。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気信号（駆動信号）を送信超音波（超音波パルスあるいは超音波連続波）に変換し、受信時には受信超音波（超音波反射波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。そして、これら振動素子の各々は、図示しない２Ｍチャンネルの多芯ケーブルを介して診断装置本体３０が備える後述の送受信ユニット２に接続される。

即ち，後述の送受信ユニット２を制御することにより、通常モードでは上述の２Ｍ個からなる振動素子は送受信兼用振動素子として用いられ、ＣＷＤモードではこれらの振動素子を２分割することによりＭ個の送信専用振動素子及びＭ個の受信専用振動素子として用いられる。尚、本実施例では、２Ｍ個の振動素子が設けられたセクタ走査用の超音波プローブ２０について述べるが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブであっても構わない。

次に、診断装置本体３０は、前記被検体の所定方向に対し送信超音波を送信するための駆動信号を送信専用振動素子あるいは送受信兼用振動素子へ供給し、受信専用振動素子あるいは前記送受信兼用振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信ユニット２と、整相加算後の受信信号を処理してＢモードデータ、カラードプラデータ、周波数スペクトラムデータ等の各種超音波データを生成する超音波データ生成部３と、これらの超音波データに基づいてＢモード画像データ、カラードプラ画像データ及びスペクトラム画像データを生成する画像データ生成部４と、得られた画像データに被検体情報等の付帯情報を付加して表示用データを生成する表示データ生成部５を備え、更に、後述の制御部７から供給される高周波パルスを分周して超音波パルスの中心周波数あるいは超音波連続波の周波数と略等しい周波数を有する基準信号を発生する基準信号発生部６と、超音波送受信における送受信方向の制御、受信チャンネルの共通接続（結合）制御及び入力インピーダンスの制御等を送受信ユニット２に対して行ない、更に、診断装置本体３０が有する上述の各ユニットを統括的に制御する制御部７を備えている。

次に、送受信ユニット２の具体的な構成につき図２を用いて説明する。図２に示す送受信ユニット２は、被検体の所定方向に対し送信超音波を放射するための駆動信号を超音波プローブ２０が有する２Ｍ個の送受信兼用振動素子あるいはＭ個の送信専用振動素子へ供給する送信部２１と、ＣＷＤモードにおいて後述する受信部２３に設けられた２Ｍチャンネルからなる前置増幅部２３１の入力端子を結合（共通接続）してＭチャンネルの入力端子を形成し、受信専用振動素子から得られるＭチャンネルの受信信号を共通接続されたＭチャンネルの入力端子へ供給する結合部２２と、通常モードにおいて超音波プローブ２０の送受兼用振動素子から結合部２２を介して供給される２Ｍチャンネルの受信信号、あるいは、ＣＷＤモードにおいて超音波プローブ２０の受信専用振動素子から結合部２２を介して供給されるＭチャンネルの受信信号に対し整相加算を行なう受信部２３を備えている。

そして、送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信遅延回路２１２と、駆動回路２１３を備えている。

レートパルス発生器２１１は、基準信号発生部６から供給される基準信号を分周することによってレートパルスを生成し、超音波パルスを用いた通常モードではこのレートパルスに基づいて被検体内に放射する送信超音波（超音波パルス）の繰り返し周期が決定される。

送信遅延回路２１２は、例えば、超音波プローブ２０に設けられた送受兼用振動素子と同数（２Ｍチャンネル）の独立な遅延回路から構成され、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに送信超音波を収束するための遅延時間と所定方向に前記送信超音波を放射するための遅延時間をレートパルス発生器２１１から供給されるレートパルスに与える。そして、２Ｍチャンネルから構成される駆動回路２１３は、超音波プローブ２０に内蔵された２Ｍ個の送受兼用振動素子あるいはＭ個の送信専用振動素子を駆動するための駆動信号を前記レートパルスに基づいて生成する。

即ち、通常モード（Ｂモード、カラードプラモード及びパルスドプラスペクトラムモード）では、上述の遅延時間を有するレートパルスに基づいて生成された２Ｍチャンネルの駆動信号（駆動パルス）が超音波プローブ２０に設けられた２Ｍ個の送受兼用振動素子へ供給される。一方、ＣＷＤモードでは、２Ｍチャンネルから構成される駆動回路２１３のうちＭチャンネルの駆動回路２１３のみが入力部５０から制御部７を介して供給されるモード選択情報に基づいて動作可能となり、これらの駆動回路２１３から出力された上述の遅延時間を有する駆動信号（連続波）が超音波プローブ２０に設けられたＭ個の送信専用振動素子へ供給される。

一方、結合部２２は、ＣＷＤモードにおいて後述する制御部７の結合制御部７１から供給される制御信号に基づき、受信部２３に設けられた２Ｍチャンネルからなる前置増幅部２３１の入力端子を共通接続してＭチャンネルの入力端子を形成する機能を有し、前置増幅部２３１を送信部２１の駆動回路２１３が出力する高電圧の駆動信号から保護する２Ｍ個のリミッタ回路と前置増幅部２３１の入力端子を共通接続する２Ｍ個の切り替えスイッチを備えている。

次に、結合部２２の具体的な構成とその機能につき図３及び図４を用いて説明する。図３は、通常モードにおける結合部２２と、この結合部２２の入力端子に接続される送信部２１の駆動回路２１３及び超音波プローブ２０の振動素子と、結合部２２の出力端子に接続される受信部２３の前置増幅部２３１を示している。即ち、送信部２１の駆動回路２１３は２Ｍ個の駆動素子Ｔ−１乃至Ｔ−２Ｍを有し、前置増幅部２３１は２Ｍ個のプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍを有している。又、超音波プローブ２０は２Ｍ個の振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−２Ｍを有し、結合部２２は２Ｍ個のリミッタ回路Ｌ−１乃至Ｌ−２Ｍ及び切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−２Ｍを有している。そして、超音波プローブ２０に設けられた振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−２Ｍは、駆動回路２１３の駆動素子Ｔ−１乃至Ｔ−２Ｍから供給される所定の遅延時間を有した２Ｍチャンネルの駆動信号によって駆動され被検体の体内へ送信超音波（超音波パルス）を放射する。

一方、前記被検体の体内から反射した受信超音波（超音波反射波）は振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−２Ｍによって２Ｍチャンネルの電気的な受信信号に変換され、これらの受信信号は結合部２２のリミッタ回路Ｌ−１乃至Ｌ−２Ｍ及び切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−２Ｍを介して受信部２３の前置増幅部２３１に設けられたプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍへ供給される。この場合、切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−Ｍを開放（ＯＦＦ）させ切り替えスイッチＳ−（Ｍ＋１）乃至Ｓ−２Ｍを短絡（ＯＮ）させることにより、振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−２Ｍにおいて検出された２Ｍチャンネルの受信信号は前置増幅部２３１のプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍへ供給される。そして、プリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍにおいて増幅されたこれらの受信信号は、前置増幅部２３１に後続する受信遅延回路２３２及び加算器２３３によって整相加算される。

次に、図４は、ＣＷＤモードにおける結合部２２と、この結合部２２に接続される送信部２１の駆動回路２１３、超音波プローブ２０の振動素子及び受信部２３の前置増幅部２３１を示している。この場合、例えば、超音波プローブ２０に設けられた振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−２Ｍのうち振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−Ｍは受信専用振動素子として用いられ、振動素子Ｃ−（Ｍ＋１）乃至Ｃ−２Ｍは送信専用振動素子として用いられる。そして、駆動回路２１３が有する駆動素子Ｔ−１乃至Ｔ−２Ｍのうち送信専用振動素子に接続された駆動素子Ｔ−（Ｍ＋１）乃至Ｔ−２Ｍに対して所定の遅延時間を有したレートパルスが供給され、このレートパルスに基づいて生成されたＭチャンネルの駆動信号が送信専用振動素子Ｃ−（Ｍ＋１）乃至Ｃ−２Ｍへ供給されて被検体の体内へ送信超音波（超音波連続波）が放射される。

一方、前記被検体の体内から反射した受信超音波は受信専用振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−ＭによってＭチャンネルの電気的な受信信号に変換され、これらの受信信号は結合部２２のリミッタ回路Ｌ−１乃至Ｌ−Ｍ及び切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−Ｍを介して受信部２３の前置増幅部２３１に設けられたプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍへ供給される。この場合、切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−Ｍを短絡させ、切り替えスイッチＳ−（Ｍ＋１）乃至Ｓ−２Ｍを開放させることにより、振動素子Ｃ−１乃至Ｃ−Ｍにおいて検出されたＭチャンネルの受信信号は前置増幅部２３１のプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍへ供給される。

即ち、受信専用振動素子Ｃ−１によって検出された受信信号は、切り替えスイッチＳ−１によりプリアンプＲ−１及びプリアンプＲ−（Ｍ＋１）へ供給され、受信専用振動素子Ｃ−２によって検出された受信信号は、切り替えスイッチＳ−２によりプリアンプＲ−２及びプリアンプＲ−（Ｍ＋２）へ供給される。同様にして、受信専用振動素子Ｃ３乃至Ｃ−Ｍの各々にて検出された受信信号の各々も切り替えスイッチＳ−３乃至Ｓ−Ｍにより前置増幅部２１３が有する２つのプリアンプへ供給される。そして、プリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍにおいて増幅されたこれらの受信信号は、前置増幅部２３１に後続する受信遅延回路２３２及び加算器２３３によって整相加算される。

図２へ戻って、受信部２３は、前置増幅部２３１、受信遅延回路２３２及び加算器２３３を備えている。前置増幅部２３１は、図３及び図４において既に述べたようにプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍを有し、これらのプリアンプは、結合部２２を介して供給される受信信号を所定の大きさに増幅すると共に入力端子の共通接続に伴う利得低下を補償するために後述する制御部７のインピーダンス制御部７２から供給される制御信号に基づいてその入力インピーダンスを好適な大きさに設定する機能を有している。

図５は、前置増幅部２３１に設けられた入力インピーダンスの制御が可能なプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍの具体的な構成を示したものであり、プリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍの各々は、この図５に示すように、増幅率Ａを有する反転型の増幅回路素子Ａａ、増幅回路素子Ａａから反転出力された受信信号の極性を元の状態に戻すための極性反転回路素子Ａｂ、増幅回路素子Ａａの出力端子に第１の端子が接続されたスイッチング素子ＳＷ−１及びＳＷ−２、第１の端子が増幅回路素子Ａａの入力端子と接続され第２の端子がスイッチング素子ＳＷ−１の第２の端子と接続された抵抗素子Ｒ１及び第１の端子が増幅回路素子Ａａの前記入力端子と接続され第２の端子がスイッチング素子ＳＷ−２の第２の端子と接続された抵抗素子Ｒ２を備えている。

そして、制御部７のインピーダンス制御部７２から供給される制御信号に基づいてスイッチング素子ＳＷ−１及びＳＷ−２を短絡／開放させることにより、通常モードにおいては抵抗値Ｒｘを有する抵抗素子Ｒ１が増幅回路素子Ａａに対する帰還抵抗として選択され、ＣＷＤモードにおいては抵抗値２Ｒｘを有する抵抗素子Ｒ２が帰還抵抗として選択される。

この場合、抵抗素子Ｒ１が帰還抵抗として用いられた通常モードにおけるプリアンプの入力インピーダンスＲｉｎ１及び抵抗素子Ｒ２が帰還抵抗として用いられたＣＷＤモードにおけるプリアンプの入力インピーダンスＲｉｎ２は次式（１）によって示すことができる。

即ち、インピーダンス制御部７２から供給される制御信号に基づいて予め備えられた複数の抵抗素子の中から好適な抵抗素子を選択し、この抵抗素子を増幅回路素子Ａａに対する帰還抵抗として用いることによりプリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍの入力インピーダンスを所望の大きさに設定することができる。

次に、プリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍの入力端子を共通接続した場合に有効な入力インピーダンスの設定につき図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、振動素子の等価回路とこの振動素子に接続されるプリアンプの通常モードにおける入力インピーダンスを示したものであり、Ｅｉは振動素子によって検出された受信信号の振幅、Ｒ０は共振周波数における振動素子の出力インピーダンス、Ｒｉｎ１は通常モードにおけるプリアンプの入力インピーダンスを夫々示している。この場合、広帯域特性を有したプリアンプを実現させるためにその入力インピーダンスＲｉｎ１は、通常、振動素子の出力インピーダンスＲ０に対し小さく設定され、従って、プリアンプの入力端子における受信信号の振幅Ｅ１は次式（２）によって示される。

一方、図６（ｂ）は、振動素子の等価回路とこの振動素子に接続されるプリアンプのＣＷＤモードにおける入力インピーダンスを示したものであり、Ｅｉは振動素子によって検出された受信信号の振幅、Ｒ０は共振周波数における振動素子の出力インピーダンス、Ｒｉｎ２はＣＷＤモードにおけるプリアンプの入力インピーダンスを夫々示している。

このＣＷＤモードでは、例えば、図４に示すように２つのプリアンプがその入力端において共通接続されるため各々のプリアンプの入力端子に発生する信号振幅Ｅ２は次式（３）によって示されるが、図５において述べたように、帰還抵抗の抵抗値を通常モードの２倍に設定することにより通常モードと同一の信号振幅を得ることが可能となる。

再び図２へ戻って、受信部２３の受信遅延回路２３２は、所定の深さからの受信超音波を収束するための遅延時間と、所定方向からの受信超音波に対して強い受信指向性を設定するための遅延時間を前置増幅部２３１から出力される２Ｍチャンネルの受信信号に与える。そして、受信遅延回路２３２において所定の遅延時間が与えられた受信信号は加算器２３３へ送られ、この加算器２３３において加算合成（整相加算）される。

尚、ＣＷＤモードでは、受信専用振動素子Ｃ−１によって検出され結合部２２の結合素子Ｓ−１によってプリアンプＲ−１及びＲ−（Ｍ＋１）へ供給された受信信号の各々に対して同一の遅延時間が与えられ、同様にして、受信専用振動素子Ｃ−２乃至Ｃ−Ｍの各々よって検出され結合部２２の結合素子Ｓ−１乃至Ｓ−Ｍによって２つのプリアンプへ供給された受信信号の各々に対して同一の遅延時間が与えられる。

次に、図１に示した超音波データ生成部３の具体的な構成につき図７を用いて説明する。この超音波データ生成部３は、受信部２３の加算器２３３から出力される受信信号を処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部３１と、前記受信信号の周波数変換を行なう周波数変換部３２と、周波数変換後の受信信号から血流ドプラ成分を抽出し、この血流ドプラ成分に基づいてカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部３３と、周波数変換後の前記受信信号から血流ドプラ成分を抽出し、この血流ドプラ成分をＦＦＴ分析してパルスドプラスペクトラムデータ及び連続波ドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成部３４を備えている。

尚、本実施例の効果が直接反映されないカラードプラモード及びパルスドプラスペクトラムモードに適用される周波数変換部３２、カラードプラデータ生成部３３及びスペクトラムデータ生成部３４の具体的な構成と機能については、特開２００５−８１０８１号公報等に記載されているため詳細な説明は省略し、以下では、通常モードとしてのＢモードに適用されるＢモードデータ生成部３１と、ＣＷＤモードに適用される周波数変換部３２及びスペクトラムデータ生成部３４について述べる。

Ｂモードデータ生成部３１は、対数変換器３１１、包絡線検波器３１２及びＡ／Ｄ変換器３１３を備えている。対数変換器３１１は、受信部２３の加算器２３３から供給される受信信号の振幅を対数変換して弱い信号を相対的に強調し、包絡線検波器３１２は、対数変換された受信信号を包絡線検波して振幅情報のみを検出する。そして、Ａ／Ｄ変換器３１３は、包絡線検波された受信信号をＡ／Ｄ変換してＢモードデータを生成する。

周波数変換部３２は、π／２移相器３２１、ミキサ３２２−１及び３２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）３２３−１及び３２３−２を備え、送受信ユニット２の受信部２３から供給される受信信号に対し直交位相検波を行なって受信信号の周波数変換を行なう。一方、スペクトラムデータ生成部３４は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）３４１、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３４２、Ａ／Ｄ変換器３４３及びＦＦＴ分析器３４４を備え、周波数変換後の受信信号から抽出した血流ドプラ成分をＦＦＴ分析してＣＷＤモードの周波数スペクトラムデータを生成する。

次に、ＣＷＤモードにおける周波数変換部３２及びスペクトラムデータ生成部３４の基本動作について説明する。ＣＷＤモードにおいて受信部２３の加算器２３３から出力された受信信号は、周波数変換部３２のミキサ３２２−１及び３２２−２の第１の入力端子に入力される。

一方、この受信信号の周波数（超音波周波数）と等しい周波数を有した基準信号が基準信号発生部６からミキサ３２２−１の第２の入力端子に直接供給され、更に、π／２移相器３２１を介することにより位相が９０度だけシフトした基準信号がミキサ３２２−２の第２の入力端子へ供給される。そして、ミキサ３２２−１及び３２２−２の出力はＬＰＦ３２３−１及び３２３−２に送られ、加算器２３３から出力される受信信号の周波数と基準信号発生部６から供給される基準信号の周波数との和の成分が除去され、差の成分のみが検出される。

次に、ＬＰＦ３２３−１及び３２３−２から出力された周波数変換後の受信信号は、スペクトラムデータ生成部３４のＨＰＦ３４１及びＬＰＦ３４２へ供給され、ＨＰＦ３４１及びＬＰＦ３４２は、前記受信信号に含まれた生体組織からの反射波に基づくクラッタ成分やこの受信信号に混入したシステムノイズ等を除去して血球からの反射波に基づく血流ドプラ成分のみを抽出する。但し、上述のＨＰＦ３４１及びＬＰＦ３４２は順序を入れ替えて構成してもよく、又、ＨＰＦ３４１及びＬＰＦ３４２の替わりにＢＰＦ（帯域通過フィルタ）を用いても構わない。

ＨＰＦ３４１及びＬＰＦ３４２にて上述の不要成分を除去することにより抽出された血流ドプラ成分は、Ａ／Ｄ変換器３４３においてデジタル信号に変換された後ＦＦＴ分析器３４４へ供給され、ＦＦＴ分析器３４４は、Ａ／Ｄ変換後の血流ドプラ成分をＦＦＴ分析して周波数スペクトラムデータを生成する。

図１へ戻って、画像データ生成部４は、図示しないＢモードデータ記憶部、カラードプラデータ記憶部及びスペクトラムデータ記憶部を備えている。そして、当該被検体に対する超音波送受信に伴ってＢモードデータ生成部３１から順次供給されるＢモードデータを超音波送受信方向に対応させて前記Ｂモードデータ記憶部に保存することによりＢモード画像データを生成し、同様にして、カラードプラデータ生成部３３から供給されるカラードプラデータを前記カラードプラデータ記憶部に保存してカラードプラ画像データを生成する。更に、画像データ生成部４は、パルスドプラスペクトラムモードあるいはＣＷＤモードにおいてスペクトラムデータ生成部３４から時系列的に供給される周波数スペクトラムデータを前記スペクトラムデータ記憶部に順次保存してスペクトラム画像データを生成する。

次に、表示データ生成部５は、上述のＢモード画像データ、カラードプラ画像データ、パルスドプラスペクトラムモード及びＣＷＤモードのスペクトラム画像データに対し所定の座標変換処理を行ない、更に、被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成する。又、パルスドプラスペクトラムモードやＣＷＤモードにおいて生成されたスペクトラム画像データを表示する際には、超音波送受信方向やサンプルゲートの位置を示すマーカが重畳されたＢモード画像データやカラードプラ画像データをスペクトラム画像データに付加して表示データを生成する。

一方、制御部７は、結合制御部７１、インピーダンス制御部７２、走査制御部７３及びシステム制御部７４を備えている。

結合制御部７１は、入力部５０から制御部７のシステム制御部７４を介して供給されるモード選択情報に基づき、結合部２２の切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−２Ｍを開放あるいは短絡させるための制御信号を生成して結合部２２へ供給する。例えば、図３に示したように通常モードが入力部５０において選択された場合、このモード選択信号を受信した結合制御部７１は、結合部２２の切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−Ｍを開放させ切り替えスイッチＳ−（Ｍ＋１）乃至Ｓ−２Ｍを短絡させるための制御信号を結合部２２に対して供給する。又、図４に示したようにＣＷＤモードが入力部５０において選択された場合、このモード選択信号を受信した結合制御部７１は、結合部２２の切り替えスイッチＳ−１乃至Ｓ−Ｍを短絡させ切り替えスイッチＳ−（Ｍ＋１）乃至Ｓ−２Ｍを開放させるための制御信号を結合部２２に対して供給する。

インピーダンス制御部７２は、入力部５０から制御部７のシステム制御部７４を介して供給されるモード選択情報に基づき、プリアンプＲ−１乃至Ｒ−２Ｍの各々に設けられた抵抗素子Ｒ１及びＲ２の中から好適な抵抗素子を選択するための制御信号を抵抗素子Ｒ１及びＲ２に接続されたスイッチング素子ＳＷ−１及びＳＷ−２に対して供給する。例えば、通常モードでは、この制御信号によってスイッチング素子ＳＷ−１が短絡状態となり、抵抗値Ｒｘを有する抵抗素子Ｒ１が増幅回路素子Ａａに対する帰還抵抗として選択される。一方、ＣＷＤモードでは、前記制御信号によってスイッチング素子ＳＷ−２が短絡状態となり、抵抗値２Ｒｘを有する抵抗素子Ｒ２が増幅回路素子Ａａに対する帰還抵抗として選択される。

走査制御部７３は、入力部５０から供給されるモード選択情報等に基づいて送信遅延回路２１２及び受信遅延回路２３２の遅延時間を設定し、Ｂモード画像データ及びカラードプラ画像データの収集を目的とした超音波走査の制御や所望の計測部位におけるスペクトラム画像データの収集を目的とした超音波走査の制御を行なう。特に、スペクトラム画像データの収集に際しては、入力部５０から供給される計測部位の位置情報に基づいて走査方向を設定し、この走査方向に対して超音波送受信を行なうための遅延時間を上述の送信遅延回路２１２及び受信遅延回路２３２に対して設定する。

システム制御部７４は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、操作者によって入力部５０から入力／設定／選択された情報は前記記憶回路に保存される。一方、前記ＣＰＵは、これらの情報に基づいて結合制御部７１、インピーダンス制御部７２及び走査制御部７３をはじめとする上述の各ユニットを統括的に制御し、通常モード及びＣＷＤモードにおける各種画像データの生成と表示を行なう。

次に、診断装置本体３０の表示データ生成部５と接続された表示部４０はＣＲＴモニタあるいは液晶モニタを備え、表示データ生成部５がＢモード画像データ、カラードプラ画像データ、パルスドプラスペクトラム画像データ及び連続波ドプラスペクトラム画像データに基づいて生成した表示データを表示する。

入力部５０は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン等の入力デバイスを備え、Ｂモード、カラードプラモード及びパルスドプラモード等の通常モードやＣＷＤモードの選択を行なうモード選択機能やパルスドプラモード及びＣＷＤモードにおける超音波送受信方向や計測部位を設定する計測部位設定機能を有し、更に、被検体情報の入力、各種画像データの生成条件及び表示条件の設定、各種コマンド信号の入力等も上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。

以上述べた本実施例によれば、超音波プローブの振動素子にて検出された受信信号のチャンネル数が受信部の入力チャンネル数より少ない場合、これらの受信信号を共通接続された受信部の入力端子へ供給することによりＳ／Ｎに優れた受信信号を得ることができる。このため、血流情報等の微小な生体情報を確実に検出することが可能となり高い精度の超音波診断を行なうことができる。

特に、ＣＷＤモードにおいて送信専用振動素子に対応した使用しない受信部の入力端子と受信専用振動素子に対応した受信部の入力端子とを共通接続し、この共通接続によって新たに形成された複数からなる入力端子に受信専用振動素子にて検出された受信信号を供給することによりＳ／Ｎに優れた血流情報を収集することが可能となる。

又、入力インピーダンスの制御が可能な受信部を用いることにより入力端子の共通接続に起因した信号振幅の低下を抑えることができる。入力端子の共通接続によって発生する受信信号の振幅低下を受信部の入力インピーダンスを高くすることによって補償する場合、使用可能な受信部の信号帯域は狭くなるが、ＣＷＤモードにおける受信信号の信号成分は通常モードにおける受信信号の信号成分と比較して狭帯域に存在しているためＣＷＤモードの受信信号に与える影響は無視することができる。

更に、上述の実施例によれば、受信チャンネルのみの共通接続を行なっているため特許文献１に記載されているような高圧スイッチを用いる必要がないため、回路構成が簡単になり、更に、振動素子と前置増幅部との間に高いＯＮ抵抗が介在しないため、良好な受信Ｓ／Ｎを得ることができる。

尚、上述の実施例における受信部２３は、図２に示したように振動素子から供給される複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを有した前置増幅部２３１と、増幅された受信信号を整相加算する受信遅延回路２３２及び加算器２３３を備えている。従って、前置増幅部２３１の入力端子あるいはプリアンプの入力端子は受信部２３の入力端子でもあり、前置増幅部２３１の入力インピーダンスあるいはプリアンプの入力インピーダンスは受信部２３の入力インピーダンスを意味している。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、受信信号のチャンネル数が受信部２３のチャンネル数より少ないＣＷＤモードに本発明を適用した場合について述べたが、受信信号のチャンネル数が受信部のチャンネル数より少ない場合のＢモード、カラードプラモード及びパルスドプラスペクトラムモード等において適用しても構わない。特に、２次元アレイプローブに対応した受信部に振動素子が１次元配列された超音波プローブを接続する場合等において有効な方法となり得る。

又、上述の実施例におけるＣＷＤモードでは、２Ｍ個の振動素子を２分割することによって形成されたＭ個の振動素子を送信専用振動素子及び受信専用振動素子として用いる場合について述べたが、送信専用振動素子数と受信専用振動素子数は異なっていても構わない。

更に、前置増幅部２３１は、帰還抵抗として通常モード用の抵抗素子Ｒ１とＣＷＤモード用の抵抗素子Ｒ２を備え、入力部５０から供給されるモード選択信号に基づいて抵抗素子Ｒ１あるいは抵抗素子Ｒ２の何れかを選択する場合について述べたが、更に多くの抵抗素子を備え、これらの抵抗素子の中から好適な抵抗素子を入力端子の共通接続数等に基づいて自動選択してもよく、超音波診断装置１００の操作者が任意に選択しても構わない。

２０…超音波プローブ
３０…診断装置本体
２…送受信ユニット
２１…送信部
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信遅延回路
２１３…駆動回路
２２…結合部
２３…受信部
２３１…前置増幅部
２３２…受信遅延回路
２３３…加算器
３…超音波データ生成部
３１…Ｂモードデータ生成部
３２…周波数変換部
３３…カラードプラデータ生成部
３４…スペクトラムデータ生成部
４…画像データ生成部
５…表示データ生成部
６…基準信号発生部
７…制御部
７１…結合制御部
７２…インピーダンス制御部
７３…走査制御部
７４…システム制御部
４０…表示部（モニタ）
５０…入力部
１００…超音波診断装置

Claims (6)

1. 被検体の診断対象部位に対して送信超音波を送信し、この送信超音波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の振動素子を有した超音波プローブと、
   前記振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、
   前記振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、
   前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記受信信号が入力される前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、
   前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して超音波データを生成する超音波データ生成手段と、
   前記超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、
   前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定することを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体の診断対象部位に対し超音波連続波を送信し、この超音波連続波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の送信専用振動素子及び複数の受信専用振動素子を有した超音波プローブと、
   前記複数の送信専用振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、
   前記複数の受信専用振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、
   前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記受信信号が入力される前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、
   前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して周波数スペクトラムデータを生成する超音波データ生成手段と、
   前記周波数スペクトラムデータに基づいてスペクトラム画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、
   前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定することを特徴とする超音波診断装置。
3. 被検体の診断対象部位に対して送信超音波を送信し、この送信超音波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の振動素子を有した超音波プローブと、
   前記振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、
   前記振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、
   前記受信手段に接続され、前記送信手段が出力する駆動信号の前記受信手段への入力を防ぐリミッタ回路と、前記リミッタ回路に後続し前記受信手段の入力端子を共通接続して前記プリアンプへ出力する切り替えスイッチとからなり、前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記切り換えスイッチを切り替えることにより前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、
   前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して超音波データを生成する超音波データ生成手段と、
   前記超音波データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、
   前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定することを特徴とする超音波診断装置。
4. 被検体の診断対象部位に対し超音波連続波を送信し、この超音波連続波に基づいて前記診断対象部位から得られた受信超音波を電気的な受信信号に変換する複数の送信専用振動素子及び複数の受信専用振動素子を有した超音波プローブと、
   前記複数の送信専用振動素子に対して駆動信号を供給する送信手段と、
   前記複数の受信専用振動素子によって検出された複数チャンネルの受信信号を増幅するプリアンプを備え、増幅された前記複数チャンネルの受信信号を整相加算する受信手段と、
   前記受信手段に接続され、前記送信手段が出力する駆動信号の前記受信手段への入力を防ぐリミッタ回路と、前記リミッタ回路に後続し前記受信手段の入力端子を共通接続して前記プリアンプへ出力する切り替えスイッチとからなり、前記受信信号のチャンネル数が前記受信手段の入力端子数より少ない場合、前記切り換えスイッチを切り替えることにより前記受信手段の入力端子を共通接続する結合手段と、
   前記受信手段によって整相加算された受信信号を処理して周波数スペクトラムデータを生成する超音波データ生成手段と、
   前記周波数スペクトラムデータに基づいてスペクトラム画像データを生成する画像データ生成手段とを備え、
   前記受信手段は、前記共通接続される入力端子数に基づいて入力インピーダンスを設定することを特徴とする超音波診断装置。
5. 前記受信手段は、前記プリアンプの入出力端子に接続された帰還抵抗の抵抗値を制御することにより前記入力インピーダンスを設定することを特徴とする請求項１乃至４記載の超音波診断装置。
6. Ｂモード、カラードプラモード、パルスドプラスペクトラムモード及び連続波ドプラスペクトラムモードの少なくとも何れかを選択するモード選択手段を備え、前記結合手段は、前記モード選択手段が選択したモード選択情報に基づいて前記受信手段の入力端子を共通接続することを特徴とする請求項１乃至４記載の超音波診断装置。

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