JP6510290B2 - 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に関する。

超音波プローブとして、ラテラル方向及びエレベーション方向に配置された複数の振動素子を有する２Ｄアレイプローブ（two dimensional array probe）を用いて、被検体の内部状態を画像化した超音波画像を生成する超音波診断装置がある。

特表２００４−５２７３２５号公報

本発明が解決しようとする課題は、被検体との接触面の面積の増大を抑制することができる超音波プローブ及び超音波診断装を提供することである。

実施形態の超音波プローブは、振動素子群と、複数の電子回路とを備える。振動素子群は、複数のサブアレイに分割されるメインアレイを構成し、２次元的に配置されている。複数の電子回路は、前記サブアレイを構成する複数の振動素子の配置に対応するように配置されている。複数の電子回路のうち少なくとも１つは、第１の機能を有する第１の電子回路である。複数の電子回路のうち少なくとも１つは、第１の機能とは異なる第２の機能を有する第２の電子回路である。第２の電子回路は、サブアレイ毎に一つのみ設けられ、複数の振動素子のうち、超音波の送受信機能を有さない振動素子に対応するように配置される。

図１は、実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を説明するための図である。 図２は、振動素子群の配置の一例を説明するための図である。 図３は、実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を説明するための図である。 図４は、振動素子と、送受信スイッチ、送信回路、遅延回路、低雑音増幅器、タイムゲインコントローラ、加算器、バッファ、制御回路及びバイアス回路の各電子回路が配置される領域との位置関係の一例を示す図である。 図５Ａは、図４の例に示す振動素子に対応するサブアレイが、メインアレイにおいて端部に位置しない場合の図４の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。 図５Ｂは、図４の例に示す振動素子に対応するサブアレイが、メインアレイにおいて端部に位置する場合の図４の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。 図６は、１つのサブアレイに対応する電子回路の配置の一例を示す図である。 図７は、１つのサブアレイに対応する電子回路の配置の他の例を示す図である。 図８は、１つのサブアレイに対応する電子回路の配置の他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、超音波プローブ及び超音波診断装置の実施形態を詳細に説明する。

（実施形態）
まず、実施形態に係る超音波プローブが適用された超音波診断装置の構成の一例について説明する。図１は、実施形態に係る超音波診断装置１００の構成の一例を説明するための図である。図１に示すように、実施形態に係る超音波診断装置１００は、超音波プローブ１と、モニタ２と、入力装置３と、装置本体１０とを有する。

超音波プローブ１は、超音波を送信するとともに反射波を受信する複数の振動素子を有する。複数の振動素子は、２次元的に配置されている。各振動素子は、後述する送受信スイッチ２１を介して、後述する送信回路２２から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。そして、各振動素子は、被検体Ｐからのエコー（反射波）を受信し、受信したエコーを電気信号であるエコー信号（反射波信号）に変換する。超音波プローブ１は、振動素子に設けられる音響整合層と、振動素子から後方への超音波の伝播を抑制する背面負荷材（バッキング材）等も有する。超音波プローブ１は、装置本体１０と着脱自在に接続される。なお、超音波プローブ１は、コンベックス型でもセクタ型でもよく、様々なタイプの超音波プローブを超音波プローブ１として用いることができる。

例えば、超音波プローブ１から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコーとして超音波プローブ１が有する複数の振動素子にて受信される。エコーは、当該エコーを受信した振動素子でエコー信号に変換される。エコー信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコー信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。

モニタ２は、超音波診断装置１００の操作者が入力装置３を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、装置本体１０において生成された超音波画像等を表示したりする。モニタ２は、表示部の一例である。

入力装置３は、トラックボール、スイッチ、ダイヤル、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、ジョイスティック等を有する。入力装置３は、超音波診断装置１００の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体１０に対して、受け付けた各種設定要求を転送する。例えば、入力装置３は、超音波プローブ１を制御するための各種設定要求を受け付けて、制御部１７に転送する。

装置本体１０は、超音波プローブ１による超音波の送受信を制御して、超音波プローブ１が受信したエコーに基づくエコー信号に基づいて、超音波画像を生成する装置である。装置本体１０は、図１に示すように、送受信部１１と、Ｂモード処理部１２と、ドプラ処理部１３と、画像生成部１４と、画像メモリ１５と、内部記憶部１６と、制御部１７とを有する。

送受信部１１は、パルサ回路等を有する。パルサ回路は、所定のレート周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生し、発生したレートパルスを、後述する振動素子２０ｃを駆動するための駆動信号として超音波プローブ１に出力する。

また、送受信部１１は、Ａ／Ｄ変換器及び受信ビームフォーマを有する。送受信部１１は、超音波プローブ１から出力されたエコー信号を受信すると、まず、Ａ／Ｄ変換器が、エコー信号をデジタルデータに変換し、受信ビームフォーマが、これらの各チャンネルからのデジタルデータに対し整相加算処理を行ってエコーデータを生成し、生成したエコーデータをＢモード処理部１２及びドプラ処理部１３に送信する。

また、送受信部１１は、制御部１７による制御を受けて、後述する制御回路２８に、後述する各送信回路２２が出力する駆動信号の振幅の値を出力する。また、送受信部１１は、制御部１７による制御を受けて、後述する各遅延回路２３に対応する駆動信号の遅延量及びエコー信号の遅延量を出力する。また、送受信部１１は、制御部１７による制御を受けて、後述する各タイムゲインコントローラ２５においてタイムゲインコントロールに用いられる経過時間とゲインとが対応する関数を識別する識別子を出力する。

Ｂモード処理部１２は、送受信部１１から出力されたエコーデータを受信し、受信したエコーデータに対して対数増幅、包絡線検波処理等を行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。

ドプラ処理部１３は、送受信部１１から出力されたエコーデータを受信し、受信したエコーデータから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の移動体情報を多点について抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。

画像生成部１４は、Ｂモード処理部１２及びドプラ処理部１３が生成したデータから超音波画像を生成する。すなわち、画像生成部１４は、Ｂモード処理部１２が生成したＢモードデータからエコーの強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。また、画像生成部１４は、ドプラ処理部１３が生成したドプラデータから移動体情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。すなわち、画像生成部１４は、超音波プローブ１からの出力に基づいて超音波画像を生成する。

画像メモリ１５は、画像生成部１４が生成した超音波画像を記憶するメモリである。また、画像メモリ１５は、Ｂモード処理部１２やドプラ処理部１３が生成したデータを記憶することも可能である。

内部記憶部１６は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、内部記憶部１６は、必要に応じて、画像メモリ１５が記憶する画像の保管等にも使用される。

制御部１７は、情報処理装置（計算機）としての機能を実現する制御プロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）であり、超音波診断装置１００の処理全体を制御する。具体的には、制御部１７は、入力装置３を介して操作者から入力された各種設定要求や、内部記憶部１６から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信部１１、Ｂモード処理部１２、ドプラ処理部１３及び画像生成部１４の処理を制御する。また、制御部１７は、画像メモリ１５が記憶する超音波画像や、内部記憶部１６が記憶する各種画像、又は、画像生成部１４による処理を行なうためのＧＵＩ、画像生成部１４の処理結果等をモニタ２にて表示するように制御する。

また、制御部１７は、後述する各送信回路２２が出力する駆動信号の振幅の値を、後述する制御回路２８に出力するように、送受信部１１を制御する。また、制御部１７は、後述する各遅延回路２３に対応する駆動信号の遅延量及びエコー信号の遅延量を後述する制御回路２８に出力するように、送受信部１１を制御する。また、制御部１７は、後述する各タイムゲインコントローラ２５においてタイムゲインコントロールに用いられる経過時間とゲインとが対応する関数を識別する識別子を後述する制御回路２８に出力するように、送受信部１１を制御する。

次に、図２を参照して、実施形態において装置本体１０に接続される超音波プローブ１が有する振動素子群の配置の一例について説明する。図２は、振動素子群の配置の一例を説明するための図である。

図２の例に示すように、超音波プローブ１は、２Ｄアレイプローブである。すなわち、図２の例に示すように、超音波プローブ１が有する振動素子群は、メインアレイ２０ａを構成する。メインアレイ２０ａは、ラテラル方向及びエレベーション方向に、複数のサブアレイ２０ｂに分割されている。なお、サブアレイ２０ｂとは、例えば、振動素子群を構成する複数の振動素子２０ｃを、所定数の振動素子２０ｃごとのグループに分けた場合の各グループに属する振動素子２０ｃの配置を指す。以下、複数のサブアレイ２０ｂが２次元的に並んでいる場合について説明する。図２の例では、サブアレイ２０ｂは、振動素子群を構成する複数の振動素子２０ｃを、２５個の振動素子２０ｃごとのグループに分けた場合の各グループに属する２５個の振動素子２０ｃの配置を指す。なお、図２の例では、一つのサブアレイのみに符号「２０ｂ」を付し、他のサブアレイについては、符号「２０ｂ」を付与していない。同様に、図２の例では、一つの振動素子のみに符号「２０ｃ」を付し、他の振動素子については、符号「２０ｃ」を付与していない。

１つのサブアレイ２０ｂは、ラテラル方向及びエレベーション方向に、２次元的に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されている。図２の例では、１つのサブアレイ２０ｂは、ラテラル方向に並んだ５個の振動素子２０ｃが、エレベーション方向に５つ配置されている２５個の振動素子２０ｃの配置を指す。すなわち、図２の例に示すサブアレイ２０ｂは、「５×５」の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されている。別の観点からは、図２の例に示すサブアレイ２０ｂは、「奇数×奇数」の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されているともいえる。

次に、図３を参照して、実施形態に係る超音波プローブ１の構成の一例について説明する。図３は、実施形態に係る超音波プローブ１の構成の一例を説明するための図である。なお、図３に示す構成は、振動素子群２０を除いて、１つのサブアレイ２０ｂに対応する構成の一例である。

図３の例に示すように、超音波プローブ１は、１つのサブアレイ２０ｂに対して、２４個の送受信スイッチ（Ｔ／Ｒ ＳＷ（Transmission/Reception Switch））２１、２４個の送信回路２２、２４個の遅延回路２３、２４個の低雑音増幅器（ＬＮＡ（Low Noise Amplifier））２４、２４個のタイムゲインコントローラ（ＴＧＣ（Time Gain Controller）２５、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９を備える。超音波プローブ１は、メインアレイ２０ａを構成し、２次元的に配置された振動素子群２０を除いて、図３の例に示す各電子回路を、全てのサブアレイ２０ｂ（図２の例では４２個のサブアレイ２０ｂ）分だけ備える。

実施形態では、１つの振動素子２０ｃに対して１つのチャンネルが割り当てられ、チャンネルごとに、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４及びタイムゲインコントローラ２５が設けられる。一方、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、チャンネルごとではなく、１つのサブアレイ２０ｂに対して１つ設けられる。

送受信スイッチ２１は、送信回路２２から出力された駆動信号を振動素子２０ｃに送信する機能を有する。また、送受信スイッチ２１は、振動素子２０ｃから送信されたエコー信号を低雑音増幅器２４に出力する機能も有する。なお、送受信スイッチ２１は、第１の電子回路の一例であり、送受信スイッチ２１が有する機能は、第１の機能の一例である。

遅延回路２３は、装置本体１０から出力された駆動信号に対して所定の遅延処理を実行し、所定の遅延処理が実行された駆動信号を送信回路２２に出力する機能を有する。例えば、遅延回路２３は、制御回路２８による制御を受けて、振動素子２０ｃから発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な振動素子２０ｃごとの遅延量を、装置本体１０から供給された駆動信号に対して与える遅延処理を実行する。ここで、駆動信号に与える遅延量は、制御回路２８から出力された制御信号により示される。なお、遅延回路２３は、第１の電子回路の一例であり、遅延回路２３が有する機能は、第１の機能の一例である。

送信回路２２は、遅延回路２３から出力された駆動信号を、送受信スイッチ２１に出力することにより、振動素子群２０を構成する複数の振動素子２０ｃのうち、対応する振動素子２０ｃに駆動信号を供給する機能を有する。ここで、送信回路２２は、制御回路２８から出力された制御信号が示す振幅となるように、遅延回路２３から出力された駆動信号を増幅あるいは減衰させた上で、振幅が調整された駆動信号を振動素子２０ｃに出力する。なお、送信回路２２は、第１の電子回路の一例であり、送信回路２２が有する機能は、第１の機能の一例である。

低雑音増幅器２４は、ゲインの変更が可能な増幅器（アンプ）である。ここで、ゲインとは、入力されたエコー信号の振幅を増幅する増幅率のことである。すなわち、ゲインが大きいほどエコー信号は大きく増幅され、ゲインが小さいほどエコー信号は小さく増幅される。

低雑音増幅器２４は、送受信スイッチ２１を介して、振動素子２０ｃからエコー信号を受信すると、予め設定されたゲインによって、受信したエコー信号を増幅し、増幅したエコー信号をタイムゲインコントローラ２５へ出力する機能を有する。なお、低雑音増幅器２４は、第１の電子回路の一例であり、低雑音増幅器２４が有する機能は、第１の機能の一例である。

タイムゲインコントローラ２５は、メモリなどの記憶部を有する。この記憶部には、超音波を送信してからの経過時間とゲインとが対応する複数種類の関数が予め記憶されている。タイムゲインコントローラ２５は、制御回路２８から出力された制御信号を受信すると、記憶部に記憶された関数の中から、受信した制御信号が示す関数を選択する。そして、タイムゲインコントローラ２５は、低雑音増幅器２４から送信されたエコー信号を受信すると、選択した関数を用いて、超音波を送信してからの経過時間に対応させてゲインを変化させ、エコー信号を増幅する。そして、タイムゲインコントローラ２５は、増幅したエコー信号を遅延回路２３へ出力する。このように、タイムゲインコントローラ２５は、ゲインを動的に変化させてエコー信号を増幅し、遅延回路２３へ出力する機能を有する。

タイムゲインコントローラ２５による増幅により、浅い部分での反射によるエコー信号から深い部分での反射によるエコー信号までのいずれのエコー信号も振幅が同程度に大きくなるように調整される。

なお、タイムゲインコントローラ２５は、第１の電子回路の一例であり、タイムゲインコントローラ２５が有する機能は、第１の機能の一例である。また、タイムゲインコントローラ２５を設けなくともよい。また、タイムゲインコントローラ２５を設けない場合には、タイムゲインコントローラ２５が有する機能を低雑音増幅器２４が有してもよい。

ここで、遅延回路２３は、上述した機能に加えて、タイムゲインコントローラ２５から出力されたエコー信号を受信すると、受信したエコー信号に対して、受信指向性を決定するのに必要な遅延量を与える遅延処理を実行し、遅延処理が実行されたエコー信号を加算器２６に出力する機能を有する。ここで、エコー信号に対して与えられる遅延量は、制御回路２８から出力される制御信号が示す遅延量となる。

加算器２６は、当該加算器２６に対応するサブアレイ２０ｂを構成する全ての振動素子２０ｃの中から、後述する無効振動素子を除いた振動素子２０ｃに対応する遅延回路２３から出力されたエコー信号を加算する加算処理を実行し、加算処理が実行されたエコー信号をバッファ２７を介して装置本体１０に出力する機能を有する。加算器２６は、エコー信号を用いた加算処理により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。なお、加算器２６は、第２の電子回路の一例であり、加算器２６が有する機能は、第１の機能と異なる第２の機能の一例である。なお、この加算処理の目的は、上述した送受信部１１が有する受信ビームフォーマと同様である。サブアレイ２０ｂ内のチャンネルに対して行うため、超音波プローブ１内のこの機能をサブアレイ・ビームフォーマと呼ぶことがある。

制御回路２８は、送信回路２２、遅延回路２３及びタイムゲインコントローラ２５の動作を制御する。例えば、制御回路２８は、送信回路２２、遅延回路２３及びタイムゲインコントローラ２５に対して制御信号を入力する入力機能を有する。また、制御回路２８は、制御信号を入力することにより、送信回路２２、遅延回路２３及びタイムゲインコントローラ２５を制御する制御機能も有する。それゆえ、入力機能は、制御機能を含む。

例えば、制御回路２８は、レジスタ２８ａを備える。制御回路２８は、送受信部１１を介して、制御部１７から出力された各送信回路２２が出力する駆動信号の振幅の値を受信すると、受信した各送信回路２２が出力する駆動信号の振幅の値をレジスタ２８ａに格納する。また、制御回路２８は、送受信部１１を介して、制御部１７から出力された各遅延回路２３に対応する駆動信号の遅延量を受信すると、受信した各遅延回路２３に対応する駆動信号の遅延量をレジスタ２８ａに格納する。また、制御回路２８は、送受信部１１を介して、制御部１７から出力された各遅延回路２３に対応するエコー信号の遅延量を受信すると、受信した各遅延回路２３に対応するエコー信号の遅延量をレジスタ２８ａに格納する。また、制御回路２８は、送受信部１１を介して、制御部１７から出力された、各タイムゲインコントローラ２５においてタイムゲインコントロールに用いられる関数を識別する識別子を受信すると、受信した各タイムゲインコントローラ２５に対応する各識別子をレジスタ２８ａに格納する。

すなわち、制御回路２８は、送信回路２２に対する制御データである振幅の値を保持するレジスタ機能を有する。また、制御回路２８は、遅延回路２３に対する制御データである駆動信号の遅延量及びエコー信号の遅延量を保持するレジスタ機能を有する。また、制御回路２８は、タイムゲインコントローラ２５に対する制御データである識別子を保持するレジスタ機能を有する。これらのレジスタ機能は、制御機能に含まれる。

そして、制御回路２８は、レジスタ２８ａに記憶された各送信回路２２が出力する駆動信号の振幅の値を取得する。そして、制御回路２８は、各送信回路２２に対して、対応する振幅の値を示す制御信号を出力する。これにより、各送信回路２２は、制御回路２８から出力された制御信号が示す振幅となるように、遅延回路２３から出力された駆動信号を増幅または減衰させた上で、振幅が調整された駆動信号を振動素子２０ｃに出力する。このように、制御回路２８は、制御機能の一部として、振動素子２０ｃを駆動するための駆動信号の振幅を制御する機能を有する。すなわち、制御機能は、振動素子２０ｃを駆動するための振幅を制御する機能を含む。

また、制御回路２８は、レジスタ２８ａに記憶された各遅延回路２３に対応する駆動信号の遅延量を取得する。そして、制御回路２８は、各遅延回路２３に対して、対応する駆動信号の遅延量を示す制御信号を出力する。これにより、各遅延回路２３は、装置本体１０から出力された駆動信号に対して、制御回路２８から出力された制御信号が示す遅延量を与える遅延処理を実行し、遅延処理が実行された駆動信号を送信回路２２に出力する。このように、制御回路２８は、制御機能の一部として、振動素子２０ｃを駆動するための駆動信号の遅延量を制御する機能を有する。すなわち、制御機能は、振動素子２０ｃを駆動するための駆動信号の遅延量を制御する機能を含む。

また、制御回路２８は、レジスタ２８ａに記憶された各遅延回路２３に対応するエコー信号の遅延量を取得する。そして、制御回路２８は、各遅延回路２３に対して、対応するエコー信号の遅延量を示す制御信号を出力する。これにより、各遅延回路２３は、タイムゲインコントローラ２５から出力されたエコー信号に対して、制御回路２８から出力された制御信号が示す遅延量を与える遅延処理を実行し、遅延処理が実行されたエコー信号を加算器２６に出力する。このように、制御回路２８は、制御機能の一部として、振動素子２０ｃで発生したエコー信号の遅延量を制御する機能を有する。すなわち、制御機能は、エコー信号の遅延量を制御する機能を含む。

また、制御回路２８は、レジスタ２８ａに記憶された各タイムゲインコントローラ２５に対応する各識別子を取得する。そして、制御回路２８は、各タイムゲインコントローラ２５に対して、対応する識別子を示す制御信号を出力する。これにより、タイムゲインコントローラ２５は、記憶部に記憶された関数の中から、制御回路２８から送信された制御信号が示す識別子が示す関数を選択する。そして、タイムゲインコントローラ２５は、低雑音増幅器２４から送信されたエコー信号を受信すると、選択した関数を用いて経過時間に対応させてゲインを変化させ、エコー信号を増幅する。このように、制御回路２８は、制御機能の一部として、タイムゲインコントローラ２５のゲインを動的に制御するゲイン制御機能を有する。すなわち、制御機能は、タイムゲインコントローラ２５のゲインを動的に制御するゲイン制御機能を含む。

なお、制御回路２８は、第２の電子回路の一例であり、制御回路２８が有する機能は、第２の機能の一例である。

バイアス回路２９は、バイアス電流を各低雑音増幅器２４及びバッファ２７に供給し、各低雑音増幅器２４及びバッファ２７を動作させる機能を有する。バイアス回路２９は、第２の電子回路の一例であり、バイアス回路２９が有する機能は、第２の機能の一例である。

ここで、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４、タイムゲインコントローラ２５、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９を、振動素子２０ｃの超音波放射面側とは反対側、すなわち、振動素子２０ｃの背面側に設けることが考えられる。このような場合には、各振動素子２０ｃに対して対向する位置に、振動素子２０ごとに１つ必要な送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４及びタイムゲインコントローラ２５を配置することが考えられる。

そして、上述したように配置した場合には、各振動素子２０ｃに対向する位置には、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４及びタイムゲインコントローラ２５が既に配置されているため、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９を配置するスペースがない場合がある。

そのため、このような場合には、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９を、各振動素子２０ｃに対向する位置よりも外側の位置に配置することが考えられる。しかしながら、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９を、各振動素子２０ｃに対向する位置よりも外側の位置に配置した場合には、振動素子２０ｃと、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４、タイムゲインコントローラ２５、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９の各電子回路が配置される領域の面積が大きくなる場合がある。そして、各電子回路が配置される領域の面積が大きくなると、超音波プローブ１の振動素子２０ｃにより構成される音響放射面の周辺の部分の面積が大きくなってしまう場合がある。

音響放射面の周辺の部分の面積が大きくなると、超音波プローブ１の被検体Ｐとの接触面の面積が大きくなってしまう場合がある。ここで、超音波プローブ１の被検体Ｐとの接触面の面積が大きいと、例えば、被検体Ｐの肋骨間の比較的狭い隙間から超音波を入射させるときに、被検体Ｐ内に超音波を入射させることが困難になる場合がある。

そこで、実施形態に係る超音波診断装置１００に適用された超音波プローブ１は、以下に説明するように、被検体Ｐとの接触面の面積の増大を抑制することができるように構成されている。

図４は、振動素子２０ｃと、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４、タイムゲインコントローラ２５、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９の各電子回路が配置される領域との位置関係の一例を示す図である。なお、図４の例は、１つのサブアレイ２０ｂに対応する振動素子２０ｃと各電子回路が配置される領域との位置関係の一例を示す。

図４の例に示すように、振動素子群２０は、略格子状に配置され、複数の電子回路は、サブアレイ２０ｂを構成する複数の振動素子２０ｃの配置に対応するように、略格子状に配置される。

図４の例に示すように、電子回路が配置される２５個の領域４０のそれぞれは、振動素子２０ｃの背面側の位置であって、２５個の振動素子２０ｃのそれぞれと対向する位置に存在する。例えば、２５個の領域４０の中央に位置する領域４０＿１は、１つのサブアレイ２０ｃの中央に位置する振動素子２０ｃ＿１と対向する位置に存在する。また、領域４０＿２は、振動素子２０ｃ＿２と対向する位置に存在する。また、領域４０＿３は、振動素子２０ｃ＿３と対向する位置に存在する。

なお、図４の例に示す領域４０は、模式的に示されたものであり、実際には、各領域４０を区切る線などは存在しない。また、図４の例では、一つの振動素子のみに符号「２０ｃ」を付し、他の振動素子については、符号「２０ｃ」を付与していない。同様に、図４の例では、一つの領域のみに符号「４０」を付し、他の領域については、符号「４０」を付与していない。

図５Ａは、図４の例に示す振動素子２０ｃに対応するサブアレイ２０ｃが、メインアレイ２０ａにおいて端部に位置しない場合の図４の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。図５Ａ中に示す細長い黒塗りの線は、振動素子２０ｃと領域４０に配置される電子回路とが電気的に接続されていることを示す。したがって、図５Ａに示すように、振動素子２０ｃ＿１以外の振動素子２０ｃは、対向する位置に配置された電子回路と電気的に接続されている。

ここで、振動素子２０ｃ＿１は、電気回路に接続される代わりに、接地されている。そのため、振動素子２０ｃ＿１は、超音波の送受信機能を有さない。このように、超音波の送受信機能が無効になっているため、振動素子２０ｃ＿１は、無効振動素子とも称される。

図５Ｂは、図４の例に示す振動素子２０ｃに対応するサブアレイ２０ｃが、メインアレイ２０ａにおいて端部に位置する場合の図４の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。図５Ｂ中に示す細長い黒塗りの線も、振動素子２０ｃと領域４０に配置される電子回路とが電気的に接続されていることを示す。したがって、図５Ｂに示すように、振動素子２０ｃ＿１以外の振動素子２０ｃは、対向する位置に配置された電子回路と電気的に接続されている。また、振動素子２０ｃ＿１は、図５Ａの例に示した場合と同様に、接地されている。

ここで、サブアレイ２０ｃが、メインアレイ２０ａにおいて端部に位置する場合には、図５Ｂに示すように、外周領域４１が存在し、この外周領域４１に、装置本体１０と、超音波プローブ１の遅延回路２３、バッファ２７及び制御回路２８とを電気的に接続するためのパッド４２が設けられる。パッド４２には、装置本体１０と、遅延回路２３、バッファ２７及び制御回路２８とが電気的に接続されている。これにより、装置本体１０から遅延回路２３に駆動信号が出力され、バッファ２７から装置本体１０にエコー信号が出力され、装置本体１０から制御回路２８に、駆動信号の振幅の値、駆動信号の遅延量及びエコー信号の遅延量、並びに、関数を識別する識別子等の制御データが出力される。

なお、図５Ａ及び図５Ｂの例において、振動素子２０ｃと、領域４０に配置される電子回路との間に、信号引き出し用のフレキシブル配線板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）や基板などが設けられてもよい。これにより、信号引き出し用のフレキシブル配線板や基板を介して、振動素子２０ｃと、領域４０に配置される電子回路とが電気的に接続される。

図６は、１つのサブアレイ２０ｂに対応する電子回路の配置の一例を示す図である。図６の例に示すように、無効振動素子である振動素子２０ｃ＿１に対向する領域４０＿１には、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９が配置されている。また、領域４０＿１以外の２４個の領域４０のそれぞれには、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４及びタイムゲインコントローラ２５が配置される。なお、図６の例では、１つの領域４０に、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４及びタイムゲインコントローラ２５が配置されていることが示されているが、その他の２３個の領域４０のそれぞれにおいて配置されている送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４及びタイムゲインコントローラ２５の図示は、省略されている。

図６の例に示すように、複数の電子回路は、サブアレイ２０ｂを構成する複数の振動素子２０ｃの配置に対応するように、２次元的に配置されている。

また、図６の例に示すように、送受信スイッチ２１、送信回路２２、遅延回路２３、低雑音増幅器２４、タイムゲインコントローラ２５、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９の各電子回路が振動素子群２０の背面側に収まるように配置されている。よって、超音波プローブ１の振動素子２０ｃにより構成される音響放射面の周辺の部分の面積を大きくする必要がない。したがって、超音波プローブ１は、被検体Ｐとの接触面の面積の増大を抑制することができる。

また、上述したように、被検体Ｐとの接触面の面積の増大が抑制されるので、超音波プローブ１によれば、例えば、被検体Ｐの肋骨間の比較的狭い隙間から超音波を入射させるときに、被検体Ｐ内に超音波を容易に入射させることができる。

また、サブアレイ２０ｂごとに１つ設けられている加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、サブアレイ２０ｂの中央に位置する振動素子２０ｃに対応して配置されている。そのため、このような配置によれば、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９が、サブアレイ２０ｂの中央以外の場所に位置する振動素子２０ｃに対応して配置されている場合と比較すると、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９と、他の電子回路との配線が複雑になることを抑制することができる。

ここで、本実施形態では、１つのサブアレイ２０ｂにつき、１つの無効振動素子が存在するが、総合的な音響性能に関する影響は軽微である。被検体Ｐの肋骨間の比較的狭い隙間から超音波を入射させるときに、被検体Ｐ内に超音波を容易に入射させることができるという上述した効果や、配線が複雑になることを抑制することができるという上述した効果は、無効振動素子が存在することによる影響に対して有意に大きい。

なお、サブアレイ２０ｂが、「５×５」の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されている場合について説明した。このように、サブアレイ２０ｂが、「奇数×奇数」の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されている場合には、サブアレイ２０ｂの中央に位置する振動素子２０ｃが特定できるため、必然的に、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９が、他の電子回路が配置されている領域の中央となる。そのため、効率よく、配線が複雑になることを抑制することができる。

また、サブアレイ２０ｂは、「Ｎ×Ｍ」（Ｎ及びＭは任意の自然数）の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されていてもよい。図７は、１つのサブアレイ２０ｂに対応する電子回路の配置の他の例を示す図である。例えば、図７の例に示すように、サブアレイ２０ｂは、「５×７」の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されていてもよい。この場合においても、サブアレイ２０ｂが、「奇数×奇数」の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されているため、効率よく、配線が複雑になることを抑制することができる。

なお、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、サブアレイ２０ｂの中央に位置する振動素子２０ｃではなく、サブアレイ２０ｂの中央に位置する振動素子２０ｃの周辺に存在する振動素子２０ｃに対応して配置されてもよい。例えば、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、サブアレイ２０ｂの中央に位置する振動素子２０ｃに隣接している振動素子２０ｃに対応して配置されてもよい。すなわち、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、サブアレイ２０ｂの略中央に位置する振動素子２０ｃに対応して配置されてもよい。

また、サブアレイ２０ｂが、「奇数×偶数」、「偶数×奇数」及び「偶数×偶数」の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されている場合には、サブアレイ２０ｂの中央に位置する振動素子２０ｃが一意に特定できない。そこで、このような場合には、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、サブアレイ２０ｂの略中央に位置する振動素子２０ｃに対応して配置してもよい。

図８は、１つのサブアレイ２０ｂに対応する電子回路の配置の他の例を示す図である。図８の例に示すように、「偶数×偶数」（「４×４」）の格子状に配置された複数の振動素子２０ｃで構成されている場合には、サブアレイ２０ｂの中央に位置する振動素子２０ｃが一意に特定できない。そこで、このような場合には、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、サブアレイ２０ｂの略中央に位置する４つの振動素子２０ｃのうち、いずれかの振動素子２０ｃに対応して配置してもよい。

また、加算器２６、バッファ２７、制御回路２８及びバイアス回路２９は、サブアレイ２０ｂの中央又は略中央に位置する振動素子２０ｃではなく、サブアレイ２０ｂの中央及び略中央に位置しない振動素子２０ｃに対応して配置されてもよい。

また、複数のサブアレイ２０ｂが２次元的に並んでいる場合について説明したが、複数のサブアレイ２０ｂが１列に並んでもよい。すなわち、複数のサブアレイ２０ｂが１次元的に並んでもよい。この場合には、上述した電子回路も１次元的に配置される。

以上述べた少なくとも１つの実施形態の超音波プローブ及び超音波診断装置によれば、被検体Ｐとの接触面の面積の増大を抑制することができる。

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同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波プローブ
２０ 振動素子群
２１ 送受信スイッチ
２２ 送信回路
２３ 遅延回路
２４ 低雑音増幅器
２５ タイムゲインコントローラ
２６ 加算器
２７ バッファ
２８ 制御回路
２９ バイアス回路

Claims (18)

1. 複数のサブアレイに分割されるメインアレイを構成し、２次元的に配置された振動素子群と、
   前記サブアレイを構成する複数の振動素子の配置に対応するように配置された複数の電子回路と、
   を備え、
   前記複数の電子回路のうち少なくとも１つは、第１の機能を有する第１の電子回路であり、
   前記複数の電子回路のうち少なくとも１つは、前記第１の機能とは異なる第２の機能を有する第２の電子回路であり、
   前記第２の電子回路は、前記サブアレイ毎に一つのみ設けられ、前記複数の振動素子のうち、超音波の送受信機能を有さない振動素子に対応するように配置される、
   超音波プローブ。
2. 前記振動素子群は、略格子状に配置され、
   前記複数の電子回路は、前記サブアレイを構成する複数の振動素子の配置に対応するように、略格子状に配置される、請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記第１の電子回路は、前記第１の機能の少なくとも一部として、振動素子を駆動するための駆動信号に対して遅延処理を実行し、出力する機能を有する、請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
4. 前記第１の電子回路は、前記第１の機能の少なくとも一部として、振動素子で発生したエコー信号に対して所定の処理を実行し、出力する機能を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の超音波プローブ。
5. 前記所定の処理は、前記エコー信号に対する遅延処理を含む、請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 前記第２の電子回路は、前記第２の機能の少なくとも一部として、前記第１の電子回路から出力された信号に対する処理を実行する機能を有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波プローブ。
7. 前記第１の電子回路から出力された信号に対する処理は、前記第１の電子回路から出力された信号を用いた加算処理を含む、請求項６に記載の超音波プローブ。
8. 前記第２の電子回路は、前記第２の機能の少なくとも一部として、前記第１の電子回路に対する入力機能を有する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の超音波プローブ。
9. 前記入力機能は、前記第１の電子回路を制御する制御機能を含む、請求項８に記載の超音波プローブ。
10. 前記制御機能は、前記第１の電子回路に対する制御データを保持するレジスタ機能を含む、請求項９に記載の超音波プローブ。
11. 前記制御機能は、振動素子を駆動するための駆動信号の遅延量を制御する機能を含む、請求項９に記載の超音波プローブ。
12. 前記制御機能は、振動素子を駆動するための駆動信号の振幅を制御する機能を含む、請求項９に記載の超音波プローブ。
13. 前記制御機能は、前記第１の電子回路のゲインを動的に制御するゲイン制御機能を含む、請求項９に記載の超音波プローブ。
14. 前記第２の電子回路は、前記サブアレイの略中央に位置する振動素子に対応して配置される、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の超音波プローブ。
15. 前記サブアレイは、Ｍ×Ｎ（ただし、Ｍ及びＮは奇数）の格子状に配置された前記複数の振動素子で構成される、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の超音波プローブ。
16. 前記サブアレイは、Ｎ×Ｎ（ただし、Ｎは奇数）の格子状に配置された前記複数の振動素子で構成される、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の超音波プローブ。
17. 前記複数の振動素子のうち、前記第１の電子回路の配置に対応する振動素子は、対応する前記第１の電子回路に接続され、前記第２の電子回路の配置に対応する振動素子は、接地される、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の超音波プローブ。
18. 請求項１〜１７のいずれか１つに記載の超音波プローブからの出力に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
    前記超音波画像を表示部に表示させる制御部と、
    を備えた、超音波診断装置。

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