JP5689697B2 - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波プローブ及び超音波診断装置の技術に関する。

超音波２次元（２Ｄ）アレイプローブ等においては、数百から数千の超音波振動子が用いられる。この場合、超音波診断装置にプローブを直接接続すると、信号線の本数が非常に多く必要であるためにケーブル全体が太くなり、操作に支障をきたす。そのため、このような超音波プローブでは、複数の振動子を１グループ（サブアレイ）とするサブアレイ受信遅延回路を用いる。これにより、超音波プローブ内で部分的に受信遅延処理を施しサブアレイごとに加算することが可能となり、信号線の本数を少なくすることが可能となる。

一方で、近距離の受信音場を改善するアパーチャ・グロース（Ａｐｅｒｔｕｒａ ｇｒｏｗｔｈ）という技術がある。体表に近い部分からの受信信号の場合、開口中心に近い超音波振動子と開口中心から遠い超音波振動子とでは遅延量の差が大きい。そのため、遅延回路がこの遅延量の差を許容できずに受信品質が劣化する場合がある。アパーチャ・グロースでは、体表近くからの反射波を受信するときには超音波プローブの開口を小さくし、深度が深くなるに従って開口を広げる。これにより、体表近くの反射波を受信するときには開口中心から遠い超音波振動子を使用しないため、大きい遅延量に基づく遅延処理を施す必要が無くなり、近距離の受信音場を改善することが可能となる。

アパーチャ・グロースも含め超音波診断装置の開口制御は、超音波診断装置本体の受信回路で行われていた。しかしながら、このような構成では、２Ｄアレイプローブのように複数の超音波振動子からの信号をサブアレイごとに加算して出力する構成の場合、開口制御がサブアレイ単位となる。そのため、アパーチャ・グロースもサブアレイ単位で行われ、振動子単位のアパーチャ・グロースに比べて画像品質が劣化するという問題が生じる。また、開口中心を移動するタイプのスキャンにおいても、開口中心の位置がサブアレイとしてまとめられた区画に制限されるため、精細なスキャンが困難であった。このような問題は、開口制御を行うための信号線を超音波振動子ごとに設けて、超音波振動子単位で開口制御を行うことで解消される。しかし２Ｄアレイプローブのように超音波振動子の数が多い場合には、上述したように信号線の本数が増えてケーブル全体が太くなるという問題が発生するので、そのような方法を採用することは困難である。

特開２００７−１６７４４５号公報

この発明の実施形態は上記の問題を解決するためになされたものであり、複数の超音波振動子からの信号をサブアレイごとに加算して出力する構成において、超音波振動子単位での開口制御を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、この実施形態の第１の態様は、複数の超音波振動子と、複数の遅延回路と、加算回路と、を備え前記超音波の受信開口を制御可能に構成された超音波プローブである。超音波振動子は、所定の周期の超音波を送信し、被検体内からの超音波エコーを受信する。遅延回路は、前記超音波振動子それぞれから受信信号を受けて、当該受信信号それぞれに遅延処理を施す。加算回路は、前記遅延処理が施された前記受信信号を所定のグループごとに加算して出力する。また超音波プローブは、ゲート手段を備える。ゲート手段は、前記超音波振動子から前記加算回路までの間に配置された信号路ごとに、前記信号路の接続及び遮断を切替え可能に構成されている。またゲート手段は、前記超音波の前記周期内において、前記超音波の送信直後の受信期間の初期には、あらかじめ設定された初期受信開口に対応する超音波振動子からの信号路のみを接続させ、受信期間の時間経過に応じて前記初期受信開口に近い超音波振動子から順に対応する信号路を接続させる。
また、この実施形態の第２の態様は、複数の超音波振動子と、複数の遅延回路と、加算回路と、を備え前記超音波の受信開口を制御可能に構成された超音波プローブを備えた超音波診断装置である。超音波振動子は、所定の周期の超音波を送信し、被検体内からの超音波エコーを受信する。遅延回路は、前記超音波振動子それぞれから受信信号を受けて、当該受信信号それぞれに遅延処理を施す。加算回路は、前記遅延処理が施された前記受信信号を所定のグループごとに加算して出力する。超音波診断装置は、前記超音波プローブから出力された前記受信信号を受けて、該前記受信信号を整相加算し超音波画像を生成する。また超音波プローブは、ゲート手段を備える。ゲート手段は、前記超音波振動子から前記加算回路までの間に配置された信号路ごとに、前記信号路の接続及び遮断を切替え可能に構成されている。またゲート手段は、前記超音波の前記周期内において、前記超音波の送信直後の受信期間の初期には、あらかじめ設定された初期受信開口に対応する超音波振動子からの信号路のみを接続させ、受信期間の時間経過に応じて前記初期受信開口に近い超音波振動子から順に対応する信号路を接続させる。
また、この実施形態の第３の態様は、複数の超音波振動子と、複数の遅延回路と、加算回路と、ゲート手段と、を備えた超音波プローブある。超音波振動子は、超音波を送信し、被検体内からの超音波エコーを受信する。遅延回路は、前記超音波振動子それぞれから受信信号を受けて、当該受信信号それぞれに遅延処理を施す。加算回路は、前記遅延処理が施された前記受信信号を所定のグループごとに加算して出力する。ゲート回路は、前記超音波振動子から前記加算回路までの間に配置された信号路ごとに、当該信号路の接続及び遮断を切替え可能に構成されている。

本実施形態に係る超音波診断装置の受信部のブロック図である。 第１の実施形態に係る超音波プローブの受信部のブロック図である。 超音波の送信タイミングと受信タイミングとの関係を説明するための図である。 アパーチャ・グロースの動作を説明するための図である。 本実施形態におけるアパーチャ・グロースの制御について説明するための図である。 本実施形態におけるアパーチャ・グロースの制御について説明するための図である。 本実施形態における開口移動の制御について説明するための図である。 第２の実施形態に係る超音波プローブの受信部のブロック図である。 第３の実施形態に係る超音波プローブの受信部のブロック図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る超音波診断装置は、複数の超音波振動子で受信した信号（以降、「受信信号」と呼ぶ場合がある）を超音波プローブ内で部分的に整相加算を行う。このような構成を前提として、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波を受信する開口を超音波振動子ごとに制御する。なお以降で「開口制御」と記載した場合、開口の位置（開口中心の位置）の制御と開口の面積（大きさ）の制御の双方を含むものとする。以降では本実施形態に係る超音波診断装置の構成について、図１及び図２を参照しながら、超音波を受信する構成に特に着目し説明する。まず図１を参照する。本実施形態に係る超音波診断装置の受信部は、超音波プローブ１と、本体受信部２とで構成される。

超音波プローブ１は、送信回路１０と、超音波振動子群１１と、プリアンプ群１２と、ＴＧＣ電圧供給部１３と、遅延回路群１４と、マトリックススイッチ１５と、加算回路１６と、プローブ内制御部１８とを含んで構成される。

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、パルサを含んで構成されている。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させ、この電圧パルスにより超音波振動子群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、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」と呼ぶことがある）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。各振動子は、被観測体内で反射された超音波を受信する。各振動子は、受信した超音波を電気信号に変換し、振動子ごとに接続された信号線１１ａを介してプリアンプ群１２に出力する。なお信号線１１ａは、振動子から加算回路１６まで、振動子ごとに形成されている。またこの信号線１１ａが「信号路」に相当する。

ここで図２を参照する。プローブ内制御部１８は、超音波プローブ１内の各部の動作を制御する制御部である。プローブ内制御部１８は、受信遅延制御部１８１と、出力切替制御部１８２と、ＴＧＣゲート制御部１８３とを、プローブ内制御部１８に含む。なお受信遅延制御部１８１、出力切替制御部１８２、及びＴＧＣゲート制御部１８３の動作については以降でそれぞれ説明する。

プリアンプ群１２は、複数のプリアンプにより構成されている。各プリアンプは、超音波振動子群１１を構成する振動子に接続された信号線１１ａを介し、振動子で受信される受信信号を受ける。プリアンプは、振動子から受けた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。

本実施形態に係るプリアンプは、ゲインを制御可能に構成されている。ＴＧＣ（Ｔｉｍｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）電圧供給部１３は、各プリアンプに対し、信号線１２ａを介して、ゲインを制御するためのＴＧＣ電圧を供給する。つまり、各プリアンプのゲインは、ＴＧＣ電圧供給部１３から供給されるＴＧＣ電圧により決定される。ＴＧＣ電圧供給部１３は、超音波を受信するタイミングに応じてＴＧＣ電圧を変更する。これにより、例えば、被検体内のより深い位置で反射した超音波を受信する場合にゲインをより大きく制御することで、減衰した超音波を一定のレベルの出力に保つことが可能となる。各プリアンプは、増幅された受信信号を遅延回路群１４に出力する。

ＴＧＣ電圧供給部１３とプリアンプとを結ぶ信号線１２ａ上には、ＴＧＣゲート回路１７が設けられている。ＴＧＣゲート回路１７は、ＴＧＣゲート制御部１８３の指示を受けて、信号線１２ａを介したＴＧＣ電圧の供給を一時的に遮断する。ＴＧＣゲート制御部１８３については後述する。

各プリアンプのゲインは、ＴＧＣ電圧供給部１３からのＴＧＣ電圧の供給を遮断することで、ゼロまたは非常に低い値に設定される。これによりプリアンプは、信号線１１ａを介し振動子から出力される信号を遮断すること（または無視できるレベルまでパワーを下げること）が可能となる。つまり、ＴＧＣ電圧の供給の有無を制御することで、各プリアンプは、信号線１１ａの接続及び遮断を切替える。なお、本実施形態に係るプリアンプは、ＴＧＣ電圧の供給の有無を制御することで、信号線１１ａの接続及び遮断を切替え可能に構成されており、「ゲート手段」に相当する。

ＴＧＣゲート制御部１８３は、ＴＧＣゲート回路１７の動作を制御する。ＴＧＣゲート制御部１８３は、ＴＧＣゲート回路１７それぞれの動作を個別に制御可能に構成されている。これによりＴＧＣ電圧の供給状態をプリアンプごとに供給と遮断とに切替える。ＴＧＣ電圧の供給が遮断されたプリアンプのゲインは、ゼロまたは非常に低い値となり、対応するプリアンプからの受信信号は遮断されるか、出力の非常に小さい信号となる。このような構成により、信号線１１ａごとに接続および遮断を切替えることで、アパーチャ・グロース等の開口制御を振動子単位で行う。なお、アパーチャ・グロースの制御の詳細については後述する。

遅延回路群１４は、複数の遅延回路により構成されている。各遅延回路は、プリアンプから出力される受信信号、つまり振動子から出力されプリアンプで増幅された受信信号を受ける。各遅延回路は、プリアンプからの出力に対し遅延処理を施し出力する。各遅延回路が受信信号に対し遅延処理を施すための遅延データは、受信遅延制御部１８１が算出し各遅延回路に出力される。受信遅延制御部１８１については後述する。各遅延回路は、遅延処理が施された受信信号をマトリックススイッチ１５に出力する。

受信遅延制御部１８１は、超音波振動子群１１を構成する振動子ごとに、振動子と被検体内のフォーカスポイントとの距離に基づき必要な遅延量を算出する。受信遅延制御部１８１は、算出した遅延量を遅延データとして、遅延量に対応した振動子に接続された遅延回路に出力することで、遅延回路の動作を制御する。これにより、各遅延回路は、受信信号に対し遅延処理を施す。

マトリックススイッチ１５は、遅延回路群１４とサブアレイごとに設けられた加算回路１６との間に介在する。マトリックススイッチ１５は、遅延回路群１４を構成する各遅延回路から入力された信号を加算回路１６に出力する。このときマトリックススイッチ１５は、遅延回路から入力された信号ごとに、この信号の出力先となる加算回路１６を切替える。この場合、例えばサブアレイごとにマトリックススイッチ１５を設け、これら複数のマトリックススイッチ１５間で信号を転送可能に構成するとよい。これにより、あるマトリックススイッチに入力された信号を、他のマトリックススイッチの出力側に設けられた加算回路１６に出力することが可能となり、サブアレイを構成する振動子の組合せを変更することが可能となる。

出力切替制御部１８２は、各振動子とサブアレイとの対応に基づき、マトリックススイッチ１５による受信信号の出力先を制御する。これにより、遅延回路群１４から出力される振動子からの受信信号が、その振動子が含まれるサブアレイに対応する加算回路１６に出力される。具体的には出力切替制御部１８２は、例えば図２に示すように、振動子Ｅ０〜Ｅ１５からの受信信号が、サブアレイＧ０に対応付けられた加算回路１６に出力されるようにマトリックススイッチ１５を制御する。また同様に出力切替制御部１８２は、振動子Ｅｎ−１５〜Ｅｎからの受信信号が、サブアレイＧｍに対応付けられた加算回路１６に出力されるようにマトリックススイッチ１５を制御する。

なお、サブアレイを構成する振動子の組合せを変更する必要が無い場合には、マトリックススイッチ１５を設けなくてもよい。この場合、遅延回路群１４から出力された受信信号は、加算回路１６に入力される。

加算回路１６は、サブアレイごとに設けられている。加算回路１６は、遅延回路群１４で遅延処理が施された受信信号を、マトリックススイッチ１５を介して受け、これらの受信信号を加算する。加算回路１６は、加算した受信信号を本体受信部２に出力する。図２に示すように、加算回路１６は、例えば振動子Ｅ０〜Ｅ１５を１つのサブアレイＧ０とし、これらの振動子からの受信信号を加算して、本体受信部２のチャンネルＣＨ０に出力する。同様にして、加算回路１６は、振動子Ｅｎ−１５〜Ｅｎを１つのサブアレイＧｍとし、これらの振動子から出力される受信信号を加算して、本体受信部２のチャンネルＣＨｍに出力する。これにより、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。

ここで図１を参照する。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とを含んで構成される。

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、この増幅回路により信号を増幅した後、整相加算を行う構成としてもよい。

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る。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、超音波画像として表示部２３に表示される。

次に、本実施形態におけるアパーチャ・グロースの制御について、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、及び図４Ｂを参照しながら説明する。まず図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、アパーチャ・グロースの概要について説明する。図３Ａは、超音波の送信タイミングと受信タイミングとの関係を説明するための図である。図３Ａの縦軸は超音波のパワーを示しており、横軸は時間を示している。図３Ｂは、超音波振動子群１１をプローブ側面から見た図であり、図３Ａに示した超音波の送受信に係るタイミングに基づくアパーチャ・グロースの動作を説明するための図である。図３ＢのＺ軸は超音波を収束するレンズ方向を示しており、Ｘ軸は２次元に配列された超音波振動子の一方の配列方向（横軸方向）を示している。

本実施形態に係る超音波診断装置は、例えばＢモードのように、パルス波を使用し、超音波を送信する期間と超音波を受信する期間とに分けて各超音波振動子を駆動させる。図３ＡのＴ１はパルス波を送信する送信周期を示している。送信周期Ｔ１は、超音波を送信する期間Ｔ２と、被検体内で反射した超音波を受信する期間Ｔ３とを含む。期間Ｔ３においては、被検体内の異なる深度で反射した超音波を、それぞれ異なる期間Ｔ３０〜Ｔ３６で受信する。これは、送信した超音波が被検体内で反射し再び超音波振動子に到達するまでの時間が、その超音波が反射した深度が深くなるに従って長くなるためである。例えば体表付近から深度１、深度２、・・・、深度６の順に深度が深くなっていくとする。この場合、超音波を送信する期間Ｔ２の直後の期間Ｔ３０では、体表付近で反射した超音波が受信される。また、深度１で反射した超音波は期間Ｔ３１で受信される。このように期間Ｔ２内において、浅い深度から深い深度の順に、より早い期間で超音波が受信される。即ち、深度２、深度３、・・・、深度６で反射された超音波が、それぞれ期間Ｔ３２、Ｔ３３、・・・、Ｔ３６内に受信される。なお、期間Ｔ２が「受信期間」に相当し、期間Ｔ３０が「受信期間の初期」に相当する。

アパーチャ・グロースの制御を行う場合、図３Ａの期間Ｔ３０、Ｔ３１、・・・、Ｔ３６の順に、徐々に超音波の受信開口を広げる。この動作を、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら具体的に説明する。図３ＢのＷ０〜Ｗ６は、超音波の受信開口の幅を示している。例えば、図３Ａの期間Ｔ３０、Ｔ３１、・・・、Ｔ３６において、図３Ｂに示すように、超音波を受信し受信信号を出力する振動子の範囲をＷ０、Ｗ１、・・・、Ｗ６と徐々に増やしていく。これにより受信開口がＷ０、Ｗ１、・・・、Ｗ６と徐々に広がっていく。このように制御することで、例えば体表付近で反射した超音波（期間Ｔ３０に対応）を受信する場合には、受信開口の幅がＷ０と狭くなる。この期間Ｔ３０における幅Ｗ０の受信開口が「初期受信開口」に相当する。なお、図３ＢのＷ０ａ〜Ｗ２ａは、従来の超音波診断装置で設定可能な受信開口の幅を示している。従来の超音波診断装置では、受信開口の制御がサブアレイ１１１ごととなっていたため、Ｗ０ａ、Ｗ１ａ、Ｗ２ａのように、受信開口の幅をサブアレイ単位で広げざるを得なかった。これに対し本実施形態に係る超音波診断は、図３ＢのＷ０〜Ｗ６のように、振動子単位で受信開口を制御することとした。なお以降では、「受信開口を広げる」と記載した場合、超音波を受信し受信信号を出力する振動子を増やすことを意味するものとする。

次に図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら、２Ｄアレイプローブにおけるアパーチャ・グロースの具体的な制御について説明する。まずは図４Ａを参照する。図４Ａは、超音波振動子群１１を超音波の送信方向から見た図である。図４ＡのＸ軸は横軸方向を示しており、図３ＢのＸ軸方向と対応している。

例えば、図４Ａの領域Ａ０はＸ軸方向及びＹ軸方向の双方に幅Ｗ０の幅を持つ領域を示している。体表付近で反射した超音波を受信する場合（図３Ａの期間Ｔ３０に相当）は、この領域Ａ０を受信開口として設定する。受信開口がこの領域Ａ０に設定された状態を初期状態として、より深い深度からの超音波が受信される期間（図３Ａの期間Ｔ３１〜Ｔ３６）ごとに、初期状態に領域Ａ１、Ａ２、・・・、Ａ６を遂次加えていく。このように制御することで、各深度で反射された超音波を受信するタイミングに応じて、徐々に受信開口を広げる。なお、深度に応じて受信開口が広がるように動作させれば十分であり、受信開口のＸ軸方向の幅及びＹ軸方向の幅や、受信開口の形状は、必ずしも上記のものに限定はされない。

次に図４Ｂを参照しながら、本実施形態におけるアパーチャ・グロースの制御について制御タイミングに着目し説明する。図４ＡのＹ軸は、Ｘ軸と直交する縦軸方向を示している。また図４Ｂは、本実施形態に係る超音波診断装置におけるアパーチャ・グロースに関する制御タイミングを示している。なお、図４Ｂの「ＴＧＣ電圧：共通入力」は、ＴＧＣ電圧供給部１３が、プリアンプ群１２へ供給するＴＧＣ電圧のパワーを示している。また、図４Ｂには、図４Ａで示した領域（Ａ０〜Ａ６）ごとに、「ＴＧＣゲート制御信号」及び「ＴＧＣ電圧」のグラフを示している。「ＴＧＣゲート制御信号」のグラフは、ＴＧＣゲート回路１７を制御する制御信号のパワーを示している。ＴＧＣゲート回路１７にこの制御信号が入力されることで、ＴＧＣ電圧供給部１３からのＴＧＣ電圧がＴＧＣゲート回路１７を通過し、対応するプリアンプに供給される。このときに供給されるＴＧＣ電圧のパワーを「ＴＧＣ電圧」で示している。なおこの明細書では、例えば「領域Ａ０に対応するプリアンプ」と記載した場合、「領域Ａ０に含まれる振動子からの信号を増幅するプリアンプ」を示すものとする。また、例えば「領域Ａ０に対応するＴＧＣゲート回路」と記載した場合、「領域Ａ０に含まれる振動子からの信号を増幅するプリアンプに対するＴＧＣ電圧の供給の有無を制御するＴＧＣゲート回路」を示すものとする。

まず期間Ｔ２において超音波振動子群１１を構成する各振動子から被検体に超音波が送信される。この間、ＴＧＣ電圧供給部１３は、図４Ｂの「ＴＧＣ電圧：共通入力」に示すように、プリアンプ群１２へＴＧＣ電圧を供給していない。次に期間Ｔ３において各振動子は、被検体内で反射した超音波の受信を開始する。この期間Ｔ３の開始にあわせて、ＴＧＣ電圧供給部１３はプリアンプ群１２へのＴＧＣ電圧の供給を開始する。

期間Ｔ３０では、体表付近で反射した超音波が各振動子で受信される。そのためＴＧＣゲート制御部１８３は、期間Ｔ３０では、領域Ａ０に対応するＴＧＣゲート回路１７にＴＧＣゲート制御信号の送信を開始し、他の領域に対応するＴＧＣゲート回路１７にはＴＧＣゲート制御信号を送信しない。これにより、期間Ｔ３０の開始にあわせて、領域Ａ０に対応するプリアンプにのみＴＧＣ電圧の供給が開始される。すなわち、期間Ｔ３０において、領域Ａ０に含まれる振動子からの信号のみが各プリアンプにより増幅され遅延回路群１４に入力され、他の領域に含まれる振動子からの信号は各プリアンプで遮断される。これにより、領域Ａ０で示された受信開口が形成される。

次に期間Ｔ３１では、深度１で反射した超音波が各振動子で受信される。そのためＴＧＣゲート制御部１８３は、期間Ｔ３１の開始にあわせて、領域Ａ０に加え、領域Ａ１に対応するＴＧＣゲート回路１７にＴＧＣゲート制御信号の送信を開始する。これにより、期間Ｔ３１の開始にあわせて、領域Ａ１に対応するプリアンプへのＴＧＣ電圧の供給が開始される。即ち、期間Ｔ３１において、領域Ａ０及びＡ１に含まれる振動子からの信号のみが各プリアンプにより増幅され遅延回路群１４に入力され、他の領域に含まれる振動子からの信号は各プリアンプで遮断される。これにより、領域Ａ０及びＡ１で示された受信開口が形成される。

同様にして、期間Ｔ３２、Ｔ３３、・・・、Ｔ３６それぞれの開始にあわせて、領域Ａ２、Ａ３、・・・、Ａ６に対応するＴＧＣゲート回路１７に対するＴＧＣ制御信号の送信を遂次開始する。これにより、各深度からの超音波を受信するタイミング（期間Ｔ３０、Ｔ３１、・・・、Ｔ３６）に応じて、受信開口を徐々に広げていく。

なお、上記ではアパーチャ・グロースに着目し説明したが、他の開口制御についても同様に振動子単位で行うことが可能である。例えば図５に示すように、開口の位置をＰ１からＰ２まで移動させる場合には、移動に伴う開口の位置や開口の大きさに応じて、開口に含まれない振動子に対応するプリアンプへのＴＧＣ電圧の供給がＴＧＣゲート回路１７により遮断されるように動作させればよい。具体的な動作について、Ｙ１で示した範囲に含まれるＸ軸方向に並んだ振動子に着目し説明する。まず初期状態では幅Ｗ１ｂの領域に含まれる振動子に対応するプリアンプへＴＧＣ電圧が供給されるようにＴＧＣゲート回路１７を制御する。これにより位置Ｐ１に開口が形成される。以降は、開口の移動にあわせて、Ｗ２ｂ、Ｗ３ｂ、・・・Ｗ１７ｂ、Ｗ１８ｂの順に、その幅の領域に含まれる振動子に対応するプリアンプへＴＧＣ電圧が供給されるようにＴＧＣゲート回路１７を制御する。これにより受信開口を、位置Ｐ１から位置Ｐ２まで振動子単位に移動させることが可能となる。

従来の超音波診断装置では、この開口制御がサブアレイ１１１ごとの制御となっていた。そのため、例えばアパーチャ・グロースの場合、図３ＢのＷ０ａ、Ｗ１ａ、Ｗ２ａの順に、サブアレイ１１１単位で受信開口が制御されていた。これに対し、本実施形態に係る超音波診断装置は、ＴＧＣゲート制御部１８３により、プリアンプごとにＴＧＣ電圧の供給の有無を切替えることで、信号線１１ａごとに接続及び遮断を切替える。これにより、図３ＢのＷ０〜Ｗ６に示すように、振動子ごとの開口制御が可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成について、図６を参照しながら説明する。図６は本実施形態に係る超音波プローブの受信部のブロック図である。第１の実施形態に係る超音波診断装置では、ＴＧＣゲート回路１７により各プリアンプへのＴＧＣ電圧の供給の有無を個別に制御することで、そのプリンアンプに対応する信号線１１ａの接続及び遮断を切替える。一方、第２の実施形態に係る超音波診断装置は、ＴＧＣゲート回路１７を設ける替わりに、各振動子からの信号線１１ａ上を流れる信号の通過及び遮断を切替える遮断部１５１を設けている。以降では、第１の実施形態と異なる部分に着目し説明する。

遮断部１５１は、信号線１１ａ上を流れる信号の通過及び遮断を、信号線１１ａごとに切替え可能に構成されたスイッチである。遮断部１５１の切替えは、出力切替制御部１８２Ａにより制御される。なお図７では、遮断部１５１は、遅延回路群１４とマトリックススイッチ１５との間に介在しているが、超音波振動子群１１との加算回路１６との間の信号線１１ａ上に設けられていれば、その位置は限定されない。

出力切替制御部１８２Ａは、第１の実施形態に係る出力切替制御部１８２と同様にマトリックススイッチ１５の制御を行う。これに加え、出力切替制御部１８２Ａは、遮断部１５１の切替えを信号線１１ａごとに個別に制御する。具体的には、出力切替制御部１８２Ａは、開口に含まれる振動子からの受信信号を通過させ、開口に含まれない振動子からの受信信号が遮断されるように遮断部１５１を制御する。これにより、振動子ごとの開口制御が可能となる。

なお、アパーチャ・グロースの制御を行う場合、図４Ａに示したＴＧＣゲート制御信号の送信タイミングにあわせて、出力切替制御部１８２Ａが遮断部１５１を制御し、対応する信号線１１ａ上を流れる受信信号を通過させればよい。即ち、出力切替制御部１８２Ａは、期間Ｔ３０の開始にあわせて領域Ａ０に含まれる振動子からの受信信号を通過させ、それ以外の領域に含まれる振動子からの受信信号が遮断されるように遮断部１５１を制御すればよい。また出力切替制御部１８２Ａは、各期間（期間Ｔ３１、Ｔ３２、・・・、Ｔ３６）の開始にあわせて、その期間に対応する領域（領域Ａ１、Ａ２、・・・、Ａ６）に含まれる振動子からの受信信号を遂次通過させればよい。これにより、各深度からの超音波を受信するタイミング（期間Ｔ３０、Ｔ３１、・・・、Ｔ３６）に応じて、受信開口を徐々に広げていく。なお遮断部１５１による切替えと同様の動作を、マトリックススイッチ１５により実現する構成としてもよい。

以上、本実施形態に係る超音波診断装置によれば、第１の実施形態に係るＴＧＣゲート回路１７を用いたＴＧＣ電圧供給の制御に替わり、遮断部１５１により受信信号の通過及び遮断を制御することで、第１の実施形態と同様に振動子ごとの開口制御が可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成について、図７を参照しながら説明する。図７は本実施形態に係る超音波プローブの受信部のブロック図である。第３の実施形態に係る超音波診断装置は、ＴＧＣゲート回路１７を設ける替わりに、遅延回路群１４を構成する各遅延回路により、各振動子からの信号線１１ａ上を流れる信号の通過及び遮断を切替える。以降では、第１の実施形態と異なる部分に着目し説明する。

本実施形態に係る受信回路群１４Ａは、遅延回路として乗算回路を用いていることを特徴としている。乗算回路の具体例としては、ミキサーがあげられる。本実施形態に係る遅延回路は、受信遅延制御部１８１Ａから遅延データとして参照信号を受信する。遅延回路は、プリアンプ群１２から受けた受信信号に対し、この参照信号を乗算（ミキシング）する受信信号の位相をずらす。即ち、遅延量に応じてこの参照信号を変更することで、受信信号に対し遅延処理を施す。

受信遅延制御部１８１Ａは、超音波振動子群１１を構成する振動子ごとに、振動子と被検体内のフォーカスポイントとの距離に基づき必要な遅延量を算出する。この動作は第１の実施形態に係る受信遅延制御部１８１と同様である。受信遅延制御部１８１Ａは、算出した遅延量に基づき、振動子からの受信信号に乗算する参照信号を生成する。受信遅延制御部１８１Ａは、生成した参照信号を遅延データとして、遅延量に対応した振動子に接続された遅延回路に出力し、遅延回路の動作を制御する。このように受信信号に対し遅延処理を施す参照信号が遅延回路に出力される場合が、「参照信号が遅延指示を含む場合」に相当する。

また受信遅延制御部１８１Ａは、開口に含まれない振動子に対応する遅延回路に対し参照信号の送信を停止する。この場合、遅延回路には参照信号が供給されず、この遅延回路に入力された受信信号は、後段に位置するマトリックススイッチ１５に出力さない。即ち、参照信号の送信を停止することで、受信信号を遅延回路で遮断する。このとき遅延回路は、受信信号をアースに逃がす構成にしてもよい。このように参照信号が遅延回路に出力されない場合が、「参照信号が遮断指示を含む場合」に相当する。これにより、各振動子から出力される受信信号の通過及び遮断を個別に制御することが可能となる。即ち、振動子ごとの開口制御が可能となる。

なお、アパーチャ・グロースの制御を行う場合、図４Ａに示したＴＧＣゲート制御信号の送信タイミングにあわせて、受信遅延制御部１８１Ａが遅延回路を制御し、対応する信号線１１ａ上を流れる受信信号を通過させればよい。即ち、受信遅延制御部１８１Ａは、期間Ｔ３０の開始にあわせて領域Ａ０に含まれる振動子に対応する遅延回路に参照信号を送信する。これにより遅延回路は、この振動子からの受信信号を通過させる。またこのとき受信遅延制御部１８１Ａは、領域Ａ０に含まれない振動子に対応する遅延回路へは参照信号を送信しない。これにより遅延回路は、この振動子からの受信信号を遮断する。また受信遅延制御部１８１Ａは、各期間（期間Ｔ３１、Ｔ３２、・・・、Ｔ３６）の開始にあわせて、その期間に対応する領域（領域Ａ１、Ａ２、・・・、Ａ６）に含まれる振動子に対応する遅延回路に参照信号を遂次送信すればよい。これにより、各深度からの超音波を受信するタイミング（期間Ｔ３０、Ｔ３１、・・・、Ｔ３６）に応じて、対応する領域の信号を遂次通過させることで、受信開口を徐々に広げていくことが可能となる。

以上、本実施形態に係る超音波診断装置によれば、第１の実施形態に係るＴＧＣゲート回路１７を用いたＴＧＣ電圧供給の制御に替わり、各遅延回路への遅延データの送信を制御することで、第１の実施形態と同様に振動子ごとの開口制御が可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載されたその均等の範囲に含まれる。

１ 超音波プローブ
１０ 送信回路
１１ 超音波振動子群
１２ プリアンプ群
１３ ＴＧＣ電圧供給部
１４、１４Ａ 遅延回路群
１５ マトリックススイッチ
１５１ 遮断部
１６ 加算回路
１７ ＴＧＣゲート回路
１８ プローブ内制御部
１８１、１８１Ａ 受信遅延制御部
１８２、１８２Ａ 出力切替制御部
１８３ ＴＧＣゲート制御部
２ 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 (6)

1. 所定の周期の超音波を送信し、被検体内からの超音波エコーを受信する複数の超音波振動子と、
   前記超音波振動子それぞれから受信信号を受けて、当該受信信号それぞれに遅延処理を施す複数の遅延回路と、
   前記遅延処理が施された前記受信信号を所定のグループごとに加算して出力する加算回路と、
   を備え、前記超音波の受信開口を制御可能に構成された超音波プローブであって、
   前記超音波振動子から前記加算回路までの間に配置された信号路ごとに、前記信号路の接続及び遮断を切替え可能に構成され、前記超音波の前記周期内において、前記超音波の送信直後の受信期間の初期には、あらかじめ設定された初期受信開口に対応する超音波振動子からの信号路のみを接続させ、受信期間の時間経過に応じて前記初期受信開口に近い超音波振動子から順に対応する信号路を接続させるゲート手段を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記ゲート手段は、前記超音波振動子と前記遅延回路との間の信号路に介在し、前記受信信号を増幅するプリアンプを備え、更に、
   前記プリアンプのゲインを制御するためのゲイン制御電圧を供給するゲイン制御電圧供給部と、
   前記プリアンプへの前記ゲイン制御電圧の供給及び遮断を制御可能に構成されたゲイン制御ゲート回路と、
   を備え、
   前記ゲイン制御ゲート回路が前記プリアンプへ前記ゲイン制御電圧を供給することにより、前記プリアンプから前記遅延回路への前記信号路をそれぞれ個別に接続させることで、前記受信開口を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記ゲート手段は、前記遅延回路と前記加算回路との間の信号路に介在するスイッチであって、
   前記スイッチは、前記遅延回路と前記加算回路との間の前記信号路の接続及び遮断を、当該信号路ごとに切替えることで、前記受信開口を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
4. 前記遅延回路は、遅延指示及び遮断指示のいずれかを含む参照信号を受けて前記受信信号に乗算することで、前記参照信号が遅延指示を含む場合は、前記受信信号に遅延処理を施し、前記遅延処理が施された当該受信信号を出力し、前記参照信号が遮断指示を含む場合は、前記受信信号の出力を遮断する乗算回路であって、
   前記遅延回路への参照信号を切替えることで、前記遅延回路を前記ゲート手段として動作させ、前記受信開口を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
5. 所定の周期の超音波を送信し、被検体内からの超音波エコーを受信する複数の超音波振動子と、
   前記超音波振動子それぞれから受信信号を受けて、当該受信信号それぞれに遅延処理を施す複数の遅延回路と、
   前記遅延処理が施された前記受信信号を所定のグループごとに加算して出力する加算回路と、を備え、前記超音波の受信開口を制御可能に構成された超音波プローブを備え、
   前記超音波プローブから出力された前記受信信号を受けて、該前記受信信号を整相加算し超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記超音波プローブは、前記超音波振動子から前記加算回路までの間に配置された信号路ごとに、前記信号路の接続及び遮断を切替え可能に構成され、前記超音波の前記周期内において、前記超音波の送信直後の受信期間の初期には、あらかじめ設定された初期受信開口に対応する超音波振動子からの信号路のみを接続させ、受信期間の時間経過に応じて前記初期受信開口に近い超音波振動子から順に対応する信号路を接続させるゲート手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
6. 超音波を送信し、被検体内からの超音波エコーを受信する複数の超音波振動子と、
   前記超音波振動子それぞれから受信信号を受けて、当該受信信号それぞれに遅延処理を施す複数の遅延回路と、
   前記遅延処理が施された前記受信信号を所定のグループごとに加算して出力する加算回路と、
   前記超音波振動子から前記加算回路までの間に配置された信号路ごとに、当該信号路の接続及び遮断を切替え可能に構成されたゲート手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波プローブ。

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