JP6758862B2

JP6758862B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP6758862B2
Application number: JP2016040519A
Authority: JP
Inventors: 芝沼　浩幸; 浩幸芝沼; 内海　勲; 勲内海; 信行岩間; 亀石　渉; 渉亀石; 悠平福尾
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: US10575817B2; US20170252001A1; JP2017153750A

Description

本発明の実施の形態は、超音波診断装置に関する。

医療の分野において、超音波診断装置は被検体の内部構造や血流状態などを非侵襲に調べられることから、様々な診断や治療に利用されている。超音波診断装置は、先端に振動子（圧電振動子）を備えた超音波プローブを被検体の体表面に接触させ、体内に超音波を送信する。そして被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生ずる反射波を超音波プローブの振動子で受信する。このようにして得られた受信信号に基づいて超音波画像を生成する。

超音波診断装置が超音波画像を生成する際、振動子で受信した反射波（受信エコー）は受信回路におけるプリアンプで増幅される。ただプリアンプに対して適切なゲインの制御が行われないとプリアンプが飽和を起こしてしまい、適切な超音波画像を生成、表示させることができない。このように超音波診断装置では、被検体から受信した反射波を利用して超音波画像を生成することから、超音波の送受信の際には、可能な限り正確な送受信を行う必要がある。

ところで、近年、超音波画像の生成に関して音波が伝搬する際に微量に検出される非線形成分を利用したハーモニックイメージングと呼ばれる手法が開発されている。物質中を伝搬する超音波の速度は、音圧が高い部分は早く、低い部分では遅くなるという性質がある。そのため、送信された超音波が基準波成分からなる正弦波であっても伝搬過程で徐々に歪みが生じ、非線形成分をもつ高調波が含まれるようになる。

このような高調波（ハーモニック）成分を利用したハーモニックイメージングとして、例えば、コントラストハーモニックイメージング（ＣＨＩ；Contrast Harmonic Imaging）を挙げることができる。当該ＣＨＩは被検体に超音波用の微小気泡（マイクロバブル）を含む造影剤を投与し、マイクロバブルが共振、崩壊するときに発生する高調波成分を画像化するものである。

従ってＣＨＩでは、マイクロバブルを破壊しないように利用することが必要となる。但し、当該マイクロバブルは、通常の診断で利用される超音波照射であっても、超音波の機械的作用によって破壊され得る。マイクロバブルが破壊されてしまうと反射信号の強度が劣化してしまう。そこで、可能な限りマイクロバブルを破壊させないようにするべく、低音圧の超音波送信による画像化が求められる。一方で、低音圧の超音波送信による画像化ではＳ／Ｎ比の低下も懸念される。

ＣＨＩでは、基準波成分と高調波成分とをフィルタや波形演算により分離することで高調波成分を取り出している。この高調波成分を取り出す方法としては様々な方法があるが、上述した低音圧の超音波送信による画像化における弊害を解消するべく、例えば、振幅変調法と呼ばれる方法が用いられる。この振幅変調法では、送信される超音波の相対的な音圧を１：２：１となるように３回送信し、送信音圧が２となる受信信号から、送信音圧が１となる２つの受信信号の合計を差し引くことで、基準波成分を取り除き、高調波成分を取り出す。

このように、ＣＨＩでは高調波成分を取り出すために、異なる音圧で複数回の送受信を行う。送信音圧を１と２との異なる値に設定するために、振動子に対する印加電圧を異なる値に設定する方法もあるが、印加電圧を異なる値に高精度で設定することは難しい。そこで、送信音圧が２の場合は全ての振動子を動作させ、送信音圧が１の場合はその半分の振動子を動作させることで音圧を調整している。送信音圧を１にする場合、送信音圧が２の場合と送信開口を合わせるため、振動子の配列の奇数番目または偶数番目（すなわち、１つおきのチャネル）の振動子を動作させるように制御する。

特開平６−１５４２１０号公報

しかしながら、送信しないチャネル、すなわち、振動子が駆動しないチャネルでも、クロストーク（振動子が駆動するチャネルからの送信信号の漏れ込み）により、送信パルスが発生するという問題がある。このように、送信しないチャネルからの送信により、実際に被検体に送信される相対的な音圧の比率が２より大きくなってしまう場合がある。従って、上述の振幅変調法で基準波成分をキャンセルできず、Ｓ／Ｎ比の低下や画質劣化の原因となっていた。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、コントラストハーモニックイメージングのために振幅変調法を行う場合に、超音波を送信するチャネルから送信しないチャネルへのクロストークを回避し、送信しないチャネルからの送信を低減することで、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぎ所望の画質を備える超音波画像の生成を可能とする超音波診断装置を提供することにある。

実施形態における超音波診断装置は、複数のチャネルに対応する複数の振動子から被検体内部に超音波を送信し、被検体内部で生ずる反射波を振動子で受信する超音波診断装置であって、制御回路と受信回路とを備える。制御回路は、複数のチャネルのうち、超音波を送信するチャネルと超音波を送信しないチャネルとを制御する。受信回路は、反射波を受信し、反射波を増幅するプリアンプと、プリアンプの前段に配置され、振動子から被検体内部に超音波を送信する送信期間中におけるラインインピーダンスを、反射波を振動子で受信する受信期間中よりも低インピーダンスに設定するインピーダンス制御回路と、を備える。

実施の形態における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。実施の形態における受信回路の内部構成を示すブロック図。送信チャネルと非送信チャネルについて説明する説明図。送信チャネルと非送信チャネルについて説明する説明図。実施の形態において超音波を送受信する際の信号波形と送受信の際のラインインピーダンス制御回路におけるインピーダンス制御スイッチング素子への制御信号の波形との関係を示す波形図。実施の形態において超音波を送受信する際の制御の流れを示すフローチャート。実施の形態において超音波を送受信する際の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

［超音波診断装置の構成］
図１は、実施の形態における超音波診断装置１の全体構成を示ブロック図である。図１に示すように、超音波診断装置１は、被検体に対して超音波の送受信（送受波）を行う超音波プローブ２と、当該超音波プローブ２が着脱可能に接続される装置本体３とを備えている。

超音波プローブ２は、被検体の表面にその先端面を接触させた状態で、超音波の送受信を行う。この超音波プローブ２は複数の圧電振動子を内蔵しており、それらは先端面に１次元的に配列されている。超音波プローブ２は、各圧電振動子により被検体内に超音波を送信してスキャン領域を走査し、被検体からの反射波をエコー信号として受信する。なお、このスキャンとしては、例えばＢモードスキャンやドプラモードスキャンなど各種のスキャンがある。

また、超音波プローブ２には、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、診断部位に応じて任意に選択される。さらに、振動子は１次元配列に限定されず、振動子を２次元的に配置することで、ボリュームデータをリアルタイムに取得することができる。３次元立体画像を得る場合は、超音波プローブ２として、３Ｄ走査用のプローブが利用される。３Ｄ走査用のプローブとしては、２Ｄアレイプローブやメカニカル４Ｄプローブを挙げることができる。

装置本体３は、超音波プローブ２に対する駆動信号の送信を行う送信回路３１と、超音波プローブ２からの反射信号の受信を行う受信回路３２と、反射信号を処理する信号処理回路３３と、超音波画像を生成する画像処理回路３４と、各種画像を表示する表示回路３５と、検査者などの操作者により入力操作される入力回路３６と、各部を制御する制御回路３７とを内蔵している。またこれら各回路は互いにバス３８に接続され、各種信号のやりとりが可能とされている。

なお、装置本体３は、通信ネットワークを介して他の画像診断装置（モダリティ）や画像サーバ、画像処理装置等と接続されていても良い。この通信ネットワークを介してやり取りされる情報に関する規格は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）等、いずれの規格であっても良い。

送信回路３１は、制御回路３７による制御に基づき、超音波プローブ２に超音波を発生させるための駆動信号、すなわち各圧電振動子に印加する電気パルス信号（以下、駆動パルスという）を生成し、その駆動パルスを超音波プローブ２に送信する。送信回路３１は、図示しない、例えば、基準パルス発生回路、遅延制御回路、駆動パルス発生回路等の各回路を備えており、各回路が上述した機能を果たす。

受信回路３２は、超音波プローブ２からの反射信号、すなわちエコー信号を受信し、その受信信号に対して整相加算を行い、その整相加算により取得した信号を信号処理回路３３に出力する。

図２は、実施の形態における受信回路３２の内部構成を示すブロック図である。受信回路３２は、振動子に接続され、受信したエコー信号を信号処理回路３３へと送る受信エコー信号ライン３２１を備える。受信エコー信号ライン３２１には、その前段（振動子に近い位置）にラインスイッチング素子３２２、後段（信号処理回路３３に近い位置）にプリアンプ３２３がそれぞれ接続されている。

ラインスイッチング素子３２２は、振動子との接続のＯＮ、ＯＦＦを切り替える。従って、ラインスイッチング素子３２２がＯＮの場合は反射波を受信し、ＯＦＦの場合は反射波を受信することはない。また、プリアンプ３２３は、振動子から送信され受信エコー信号ライン３２１を通って入力された反射波を増幅する役割を果たす。

なお、図２に示す受信エコー信号ライン３２１には上述したラインスイッチング素子３２２とプリアンプ３２３のみが接続されているように示されているが、例えば、プリアンプ３２３の前段にコンデンサを接続しても良い。

さらに、本発明の実施の形態における受信回路３２には、ラインスイッチング素子３２２とプリアンプ３２３との間に、受信エコー信号ライン３２１に接続されるラインインピーダンス制御回路４が設けられている。当該ラインインピーダンス制御回路４は、振幅変調法により送信回路３１から振動子を介して被検体の内部に向けて超音波が送信される際に、送信しないチャネルへのクロストークによる弊害を低減する。なお、当該ラインインピーダンス制御回路４は、特許請求の範囲における「インピーダンス制御回路」に該当する。但し、以下においては、このまま「ラインインピーダンス制御回路」と表す。

ラインインピーダンス制御回路４は、インピーダンス制御スイッチング素子４１を備えている。インピーダンス制御スイッチング素子４１は、エミッタが受信エコー信号ライン３２１と接続され、コレクタはグランドに接地されている。

本発明の実施の形態においては、インピーダンス制御スイッチング素子４１と受信エコー信号ライン３２１との間に抵抗４２が設けられている。抵抗４２の一方は、インピーダンス制御スイッチング素子４１のエミッタに、他方は受信エコー信号ライン３２１に接続されている。インピーダンス制御スイッチング素子４１のベースには制御回路３７からの制御信号を入力する入力ライン４３が接続されている。

ここで図１に戻り、信号処理回路３３は、受信回路３２から供給された受信信号を用いて各種のデータを生成し、画像処理回路３４や制御回路３７に出力する。信号処理回路３３は、いずれも図示しない、例えば、Ｂモード処理回路（或いは、Ｂｃモード処理回路）やドプラモード処理回路、カラードプラモード処理回路などを有している。Ｂモード処理回路は、受信信号の振幅情報の映像化を行い、Ｂモード信号のデータを生成する。ドプラモード処理回路は、受信信号からドプラ偏移周波数成分を取り出し、さらに、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）処理などを施し、血流情報のドプラ信号のデータを生成する。カラードプラモード処理回路は、受信信号に基づいて血流情報の映像化を行い、カラードプラモード信号のデータを生成する。

画像処理回路３４は、信号処理回路３３から供給されたデータに基づいてスキャン領域に関する二次元や三次元の超音波画像を生成する。例えば、画像処理回路３４は、供給されたデータからスキャン領域に関するボリュームデータを生成する。そしてその生成したボリュームデータからＭＰＲ処理（多断面再構成法）により二次元の超音波画像のデータやボリュームレンダリング処理により三次元の超音波画像のデータを生成する。画像処理回路３４は、生成した二次元や三次元の超音波画像を表示回路３５に出力する。なお、超音波画像としては、例えば、Ｂモード画像やドプラモード画像、カラードプラモード画像、Ｍモード画像などがある。

表示回路３５は、画像処理回路３４により生成された超音波画像や操作画面（例えば、操作者から各種指示を受け付けるためのＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ））などの各種画像を制御回路３７の制御に従って表示する。この表示回路３５としては、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどを用いることが可能である。

入力回路３６は、例えば、撮像指示や画像表示、画像の切り替え、モード指定、各種設定などの操作者による様々な入力操作を受け付ける。この入力回路３６としては、例えば、ＧＵＩ、あるいは、ボタンやキーボード、トラックボールなどの入力デバイスを用いることが可能である。

制御回路３７は、図示しないメモリを備え、超音波診断装置１の各部を統括的に制御する。例えば、制御回路３７は、送信回路３１、受信回路３２を介して超音波の送受信を行う際の受信回路３２内におけるインピーダンスの制御、信号処理回路３３から供給されたデータや所定処理により得られたデータなどを記憶回路に保存する制御、さらに、表示回路３５に画像を表示させる制御などを行う。

なお、例えば、送信回路３１については、所定のメモリ等に記憶されるプログラムをプロセッサに実行させるソフトウェアによって実現することも可能である。ここで本明細書における「プロセッサ」という文言は、例えば、専用又は汎用のＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔ（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、或いは、特定用途向け集積回路（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳｉｍｐｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣｏｍｐｌｅｘＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＤｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

プロセッサは、メモリに保存された、又は、プロセッサの回路内に直接組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。プログラムを記憶するメモリは、プロセッサごとに個別に設けられるものであっても構わないし、或いは、例えば、図１における信号処理回路３３が行う機能に対応するプログラムを記憶するものであっても構わない。メモリの構成には、例えば、一般的なＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ）等の記憶装置が適用される。

制御回路３７は、駆動パルスを形成するための制御信号と送信期間と受信期間とを区別する制御信号により、送信回路３１を制御する。送信回路３１は、制御信号の組み合わせに基づき各振動子から送信パルスを形成するための駆動パルスを生成する。また、送信回路３１は、これらの制御信号の組み合わせで複数の振動子のうち、送信パルスを送信する振動子と送信しない振動子とを選択する。

送信パルスを送信する振動子と送信しない振動子の選択は、送信音圧を制御するために行われる。例えば、送信時に全ての振動子数から送信パルスを送信する場合を２とし、相対的に音圧が１となるような送信音圧で送信パルスを送信する場合、奇数番目または偶数番目の振動子を、送信しない振動子として割り当てる。なお、受信する時は、送信する振動子と送信しない振動子との両方で振動子からの反射波（受信エコー）の受信を行う。

送信回路３１は、遅延させた基準パルスに基づいて振動子を駆動させる電圧や極性が異なる波形の駆動パルスを発生させる。駆動パルスは振動子ごとに発生され、それぞれの駆動パルスが対応する振動子に印加されることで各振動子から送信パルスが被検体の内部に送信される。つまり送信回路３１内において駆動パルスを発生させる回路と当該駆動パルスが印加される振動子は対となっている。そこで以下、送信パルスを送信する振動子とその振動子に対応する駆動パルスを発生させる回路とを合わせて「チャネル」という。また、送信を行うチャネルを「送信チャネル」、送信しないチャネルを「非送信チャネル」という。

駆動パルスは振動子に印加される電気パルスであり、振動子から送信される波形に対応するバイポーラのパルス信号である。駆動パルスの電圧によって送信される超音波の音圧が決まる。また、駆動パルスのバースト周波数とバースト数によって、超音波の周波数や超音波のバースト数が決まる。

図３及び図４は、送信チャネルと非送信チャネルを説明する説明図である。図３及び図４において各チャネルは円形で示されている。また、円形を実線で示す場合は、送信チャネルに割り当てられていることを、円形が破線で示されている場合は非送信チャネルに割り当てられていることを示している。送信チャネルからは被検体の内部に向けて送信パルスが送信される。図３及び図４においてはこのことを、送信チャネルを示す実線の円形から右向きに延びる矢印で示している。

ＣＨＩにおいて振幅変調法を用いる場合、送信チャネルの数を制御することにより送信音圧を変更している。例えば、図３は、送信音圧が「２」の場合、図４は送信音圧が図３に示す場合の１／２である「１」の場合を示している。図３及び図４では、説明の便宜上、６つのチャネルのみが示されているが、実際にはこれよりも多いチャネル数、例えば、１２８チャネル等から構成される。

図３において示すように、送信音圧が「２」の場合は、全てのチャネルが送信チャネルに割り当てられ、全てのチャネルから送信パルスが送信される。

一方、図４に示すように、送信音圧が「１」の場合は、例えば、奇数番号のチャネルが送信チャネルに割り当てられ、偶数番号のチャネルは非送信チャネルに割り当てられる。送信ごとに奇数番号のチャネルと偶数番号のチャネルとで送信チャネル、非送信チャネルの割り当てが交互に替わる。送信チャネルに割り当てられた振動子からは送信パルスが送信される。

図４の非送信チャネルは、矢印ａで示すように、隣接する送信チャネルからのクロストーク（送信信号の漏れ込み）の影響を受ける。ここで上述したように、非送信チャネルとして割り当てられると、駆動パルスは発生しないことから振動子に駆動パルスは印加されない。従って非送信チャネルの振動子から送信パルスが送信されることはない。それにも拘わらず、送信チャネルからのクロストークにより非送信チャネルの振動子に電圧が掛かり、矢印ｂで示すように非送信チャネルに割り当てられている振動子から意図しない送信パルスが発生してしまう場合がある。このような送信チャネルからの非送信チャネルに対するクロストークの影響により、実際に出力された送信音圧が「１」よりも大きくなる場合がある。

なお、図３では、説明を単純にするために、超音波プローブ２に存在する全てのチャネルが奇数と偶数とで交互に送信している状態を例に挙げて説明した。しかし、実際の超音波プローブでは開口幅に応じて使用される振動子数が決定される場合もあり、開口幅に応じて利用されない振動子は非送信チャネルとして存在する。従って、開口を形成するために選択されていない振動子にはクロストークが発生する可能性がある。また、開口幅に応じて利用される振動子が決定するが、利用される振動子の位置を送信ごとに変更することで、利用される振動子が偏らないようにしている。例えば、送信パルスごとに所定の振動子数分シフトさせながら振動子を使用し、はじめは開口範囲に選ばれていない振動子が順に使用されるように制御されている。

本発明の実施の形態においては、受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスを制御することで、送信チャネルと非送信チャネルとの間に生ずるクロストークを原因とする画像劣化を防止する。

［動作］
次に、受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスを制御する動作について、以下、図２及び図５を用いて説明する。

上述したように、送信チャネルから送信パルスが送信される際に、非送信チャネルは隣接する送信パルスからのクロストークの影響を受ける。そのため、本来ならば送信パルスを送信することのない非送信チャネルからも意図しない送信パルスが被検体に向けて送信されてしまう。そこで、このような非送信チャネルからの送信パルスの送信を低減するためには、非送信チャネルが送信チャネルからのクロストークの影響を受けないように制御すれば良いことになる。

具体的には、以下の通りである。まず、送信チャネルと隣接する非送信チャネルにおける制御について説明する。送信チャネルから送信パルスが被検体に対して送信されている場合、非送信チャネルから被検体に対して送信パルスが送信されることはない。換言すれば、非送信チャネルは被検体からの反射波を受信する状態になっている。

そのため、受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１におけるラインスイッチング素子３２２はＯＮの状態にあり、振動子と受信回路３２とは接続されている。受信エコー信号ライン３２１がこの状態にあるとき、振動子からみた当該受信エコー信号ライン３２１のインピーダンスは、プリアンプ３２３の入力インピーダンスとなる。

このような状態にある非送信チャネルにおける受信回路３２に送信チャネルからの送信クロストークが入力されると、受信エコー信号ライン３２１には信号ライン間インピーダンスと元々の受信エコー信号ライン３２１における入力インピーダンスとで分圧された送信信号が現われる。このようなクロストークの影響を回避するべく、受信エコー信号ライン３２１に設けられるラインインピーダンス制御回路４を用いて、受信エコー信号ライン３２１のインピーダンスを低く維持する。

図５は、超音波を送受信する際の信号波形と、送受信の際のラインインピーダンス制御回路４におけるインピーダンス制御スイッチング素子４１への制御信号の波形との関係を示す波形図である。

図５において、上段には送信チャネルから被検体に対して超音波を送信させるための、制御回路３７から送信チャネルに対して送出される送信信号の波形と、送信チャネルが反射波を受信する際の受信信号の波形とが示されている。一方、下段には、制御回路３７から入力ライン４３を介してインピーダンス制御スイッチング素子４１に入力される制御信号のＯＮ、ＯＦＦが示されている。

なお、上段、下段、いずれの波形図も横軸が時間（ｓｅｃ）を表わしている。また、下段においては、インピーダンス制御スイッチング素子４１に入力される制御信号の電圧（ｖ）を縦軸に示している。制御回路３７からインピーダンス制御スイッチング素子４１へ入力される制御信号の電圧はＶｄｄ（ｖ）である。

制御回路３７は、送信チャネルにおける振動子から送信パルスが被検体に実際に送信される時よりも前に、インピーダンス制御スイッチング素子４１に対して制御信号を送信する。制御回路３７からの制御信号が入力されることでインピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＮとなる。インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＮとなると、受信エコー信号ライン３２１とグランドとが接続される。

ラインインピーダンス制御回路４においてインピーダンス制御スイッチング素子４１は抵抗４２と接続されている。従って、インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＮとなることで受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスは、抵抗４２のインピーダンスとなる。

上述したように、インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＦＦの状態にあると、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスはプリアンプ３２３の入力インピーダンスとなる。プリアンプ３２３の入力インピーダンスは、超音波画像として生成したい帯域に合わせて選択されることになるが、高インピーダンスが維持される。受信回路３２が受信した反射波を用いて超音波画像を生成する場合、受信回路３２における入力インピーダンスが低いと受信感度が低下し、所望の超音波画像を生成することができない。そのため、少なくとも受信エコー信号を受信する間は受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスは高インピーダンスに維持されている必要がある。

一方で、超音波プローブ２の振動子から送信パルスが被検体に対して送信されている状態の場合、超音波プローブ２では反射波を受信していない。従ってこのような状態の場合には、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスを十分に低い値とすることで送信チャネルからのクロストークの影響を可能な限り低減することができる。

そこで受信エコー信号ライン３２１をグランドに接続することによって、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスをゼロとすることができる。受信回路３２の入力インピーダンスをゼロとすることができれば、送信チャネルからのクロストークによる影響を受けることもなく、送信チャネルから送信が行われる際に非送信チャネルから意図しない送信パルスが送信されることも防止することができる。

但し、受信エコー信号ライン３２１が直流電位を持っていた場合、インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＮとされて受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１とグランドとが接続されると、インピーダンス制御スイッチング素子４１自体が流れる電流に耐えられないことが考えられる。そこで、ラインインピーダンス制御回路４では、インピーダンス制御スイッチング素子４１と受信エコー信号ライン３２１との間に抵抗４２が接続されている。

インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＮとされると、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスは当該抵抗４２が示すインピーダンスとなる。そこで低インピーダンスの抵抗４２を接続することで、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスを元々の受信エコー信号ライン３２１における入力インピーダンスからみて十分に低いインピーダンスとすることができる。その結果、隣接する送信チャネルからのクロストークが発生しても受信エコー信号ライン３２１を低インピーダンスに維持することができる。また、抵抗４２が接続されていることによって、インピーダンス制御スイッチング素子４１に流れる電流が緩和されることになるため、インピーダンス制御スイッチング素子４１の保護につながる。

制御回路３７からインピーダンス制御スイッチング素子４１に対する制御信号の入力は、送信チャネルからの送信が終了した後もしばらく続く。このように実際に送信チャネルに対して送信信号が送出される時だけではなく、その前後を含めて送信チャネルからの送信パルスの送信期間とし、制御回路３７からインピーダンス制御スイッチング素子４１への制御信号の入力を継続することで、送信チャネルから非送信チャネルへのクロストークによる影響を十分に排除することができる。

そして送信期間が終了すると、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスを低インピーダンスに維持しておく必要がなくなることから、制御回路３７からインピーダンス制御スイッチング素子４１への制御信号の入力も終了する。ここから次の送信期間が始まるまでが受信期間である。受信期間内は、画像生成の基となる振動子からの反射波を受信するので、上述したように、受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１における入力インピーダンスは高インピーダンスに維持されていなければならない。そのためインピーダンス制御スイッチング素子４１をＯＦＦとして受信エコー信号ライン３２１とグランドとの接続を切断する。これによって、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスをプリアンプ３２３の入力インピーダンス、すなわち、高インピーダンスとすることができる。

受信エコー信号ライン３２１が高インピーダンスに維持されることで、送信チャネル、及び、非送信チャネルの両者が振動子からの反射波を受信する場合であっても受信回路３２において高感度に受信することができる。

ここまでで、非送信チャネルの受信回路３２における送信チャネルからのクロストークの影響を低減させる制御について説明した。一方、送信チャネルに対応する受信回路３２に対する制御も考慮する必要がある。

送信チャネルにおいて駆動パルスが振動子に印加され送信パルスが被検体に対して送信される際には、当該送信チャネルに対応する受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１に接続されているラインスイッチング素子３２２はＯＦＦとなる。送信チャネルにおいてラインスイッチング素子３２２がＯＮの状態となっていると、振動子に駆動パルスが印加される際に受信回路３２が影響を受けるからである。

このように送信チャネルに対応する受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１におけるラインスイッチング素子３２２はＯＦＦとなるよう制御されているということは、送信チャネルにおける送信回路３１と受信回路３２とは接続されておらず切り離された状態にある。従って、当該受信エコー信号ライン３２１をグランドに接続しても送信チャネルからの被検体への送信パルスの送信に影響はないと考えられる。

そこで、送信チャネルからの被検体への送信パルスの送信期間中、送信チャネルに対応する受信回路３２に設けられているラインインピーダンス制御回路４のインピーダンス制御スイッチング素子４１をＯＮの状態として、これまで説明したように受信エコー信号ライン３２１のラインインピーダンスを低インピーダンスとなるよう維持する。

以上のことから、送信チャネルから被検体に送信パルスが送信される送信期間中は、送信チャネルの奇数、偶数を問わず、送信チャネル、非送信チャネル全てのチャネルにおける受信回路３２のラインインピーダンスを低インピーダンスに維持するようラインインピーダンス制御回路４が制御される。

ここで改めて図５を見ると、チャネル信号として振動子に送信信号（駆動パルス）が印加される時は、送信パルスの送信期間中であるとして、制御信号がインピーダンス制御スイッチング素子４１へ印加される。これにより、インピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＮとなり、受信エコー信号ライン３２１はグランドと接続されるため、受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスをグランドと接続しない場合に比べて低インピーダンスとすることができる。

一方、送信期間が終了して反射波（受信エコー信号）を受信する状態に移行すると、インピーダンス制御スイッチング素子４１への制御信号の印加は終了し、インピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＦＦとなる。これにより受信エコー信号ライン３２１のラインインピーダンスを高インピーダンスとすることができるため、反射波を感度良く受信することができる。

次に図６及び図７に示すフローチャートを用いて、実施の形態において超音波を送受信する際の制御の流れを説明する。

まず制御回路３７において、超音波プローブ２から被検体に対して超音波を送信するに当たって用いる送信チャネルを選択する（ＳＴ１）。上述したように振幅変調法においては、相対的な音圧の比率を１：２：１として被検体に超音波を送信する。従ってこの比率が維持できるのであれば、偶数番号のチャネル、奇数番号のチャネルのいずれのチャネルから送信が開始されても良い。ここでは説明の都合上、まず偶数番号のチャネルから送信パルスを被検体に送信する。

制御回路３７は、全てのチャネルにおけるインピーダンス制御スイッチング素子４１に対して制御信号の入力を行う（ＳＴ２）。これによりインピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＮとなり、受信回路３２における全てのチャネルに対応する受信エコー信号ライン３２１のラインインピーダンスは反射波を受信する場合に比べて低く維持される。

次に、制御回路３７から送信回路３１の偶数番号のチャネルに対して送信信号の入力を行う。これにより、偶数番号のチャネルから送信パルスが被検体に向けて送信される（ＳＴ３）。

制御回路３７から偶数番号のチャネルに対する送信信号の入力が終了すると（ＳＴ４）、制御回路３７は、全てのチャネルにおけるインピーダンス制御スイッチング素子４１に対する制御信号の入力を終了する（ＳＴ５）。これにより、インピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＦＦとなる。インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＦＦとなることで、これまで低く維持されていたインピーダンスは高インピーダンスとなるため、反射波を感度良く受信することが可能となる。

受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスが高い状態で、全てのチャネルにおいて超音波プローブからの受信信号（反射波）を受信する（ＳＴ６）。以上で、偶数番号のチャネルから超音波が送信される際のラインインピーダンス制御回路４の制御は終了する。

次に、制御回路３７は、超音波プローブ２から被検体に対して超音波を送信するに当たって用いる送信チャネルとして、全てのチャネルを選択する（ＳＴ７）。

さらに制御回路３７は、全てのチャネルにおけるインピーダンス制御スイッチング素子４１に対して制御信号の入力を行う（ＳＴ８）。これによりインピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＮとなり、受信エコー信号ライン３２１のラインインピーダンスは反射波を受信する場合に比べて低く維持される。

制御回路３７から送信回路３１の全てのチャネルに対して送信信号の入力を行う。これにより、全てのチャネルから送信パルスが被検体に向けて送信される（ＳＴ９）。

制御回路３７から全てのチャネルに対する送信信号の入力が終了すると（ＳＴ１０）、制御回路３７は、全てのチャネルにおけるインピーダンス制御スイッチング素子４１に対する制御信号の入力を終了する（ＳＴ１１）。これにより、インピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＦＦとなる。インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＦＦとなることで、これまで低く維持されていたインピーダンスは高インピーダンスとなるため、反射波を感度良く受信することが可能となる。

受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスが高い状態で、全てのチャネルにおいて超音波プローブからの受信信号（反射波）を受信する（ＳＴ１２）。以上で、全てのチャネルから超音波が送信される際のラインインピーダンス制御回路４の制御は終了する。

次に制御回路３７において、超音波プローブ２から被検体に対して超音波を送信するに当たって用いる送信チャネルとして、奇数チャネルを選択する（図７のＳＴ１３）。

制御回路３７は、全てのチャネルにおけるインピーダンス制御スイッチング素子４１に対して制御信号の入力を行う（ＳＴ１４）。これによりインピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＮとなり、受信エコー信号ライン３２１のラインインピーダンスは反射波を受信する場合に比べて低く維持される。

制御回路３７から送信回路３１の奇数番号のチャネルに対して送信信号の入力を行う。これにより、奇数番号のチャネルから送信パルスが被検体に向けて送信される（ＳＴ１５）。

制御回路３７から奇数番号のチャネルに対する送信信号の入力が終了すると（ＳＴ１６）、制御回路３７は、全てのチャネルにおけるインピーダンス制御スイッチング素子４１に対する制御信号の入力を終了する（ＳＴ１７）。これにより、インピーダンス制御スイッチング素子４１はＯＦＦとなる。インピーダンス制御スイッチング素子４１がＯＦＦとなることで、これまで低く維持されていたインピーダンスは高インピーダンスとなるため、反射波を感度良く受信することが可能となる。

受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスが高い状態で、全てのチャネルにおいて超音波プローブからの受信信号（反射波）を受信する（ＳＴ１８）。以上で、奇数番号のチャネルから超音波が送信される際のラインインピーダンス制御回路４の制御は終了する。

以上で超音波画像を１枚生成するに必要な受信信号を受信したことになる。制御回路３７は、継続して超音波の送受信を行うか否か、すなわち、超音波の送受信が完了したか否かを確認した上で、継続して超音波の送受信を行う場合には（ＳＴ１９のＹＥＳ）、再度ステップＳＴ１に戻り、上述した一連の制御を繰り返す。一方、これ以上超音波の送受信を行わない場合には（ＳＴ１９のＮＯ）、以上で超音波画像の生成が終了する。

以上説明したように、受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスを、振動子から被検体内に超音波を送信する送信期間中は、被検体内部で生ずる反射波を振動子で受信する受信期間中よりも低インピーダンスに設定する。一方、受信期間中は、送信チャネル、非送信チャネルに拘わらず、全てのチャネルの受信回路３２の受信エコー信号ライン３２１におけるラインインピーダンスを高インピーダンスに設定する。このように制御することによって、コントラストハーモニックイメージングのために振幅変調法を行う場合に、超音波を送信するチャネルから送信しないチャネルへのクロストークを回避し送信しないチャネルからの送信を低減することで、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぎ所望の画質を備える超音波画像の生成を可能とする超音波診断装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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を意図していない。この実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

１超音波診断装置
２超音波プローブ
３装置本体
３１送信回路
３２受信回路
３２１受信エコー信号ライン
３２２ラインスイッチング素子
３２３プリアンプ
４ラインインピーダンス制御回路
４１インピーダンス制御スイッチング素子
４２抵抗
４３入力ライン

Claims

複数のチャネルに対応する複数の振動子から被検体内部に超音波を送信し、前記被検体内部で生ずる反射波を前記振動子で受信する超音波診断装置であって、
前記複数のチャネルのうち、前記超音波を送信する第１のチャネルと前記超音波を送信せずに前記反射波を受信する第２のチャネルとを制御する制御回路と、
前記反射波を受信する受信回路と、を備え、
前記受信回路は、
前記反射波を増幅するプリアンプと、
前記プリアンプの前段に配置され、前記第１のチャネルの前記振動子から前記被検体内部に前記超音波を送信する送信期間中における前記第２のチャネルのラインインピーダンスを、前記反射波を前記振動子で受信する受信期間中の前記第２のチャネルの前記ラインインピーダンスよりも低インピーダンスに設定するインピーダンス制御回路と、
を備え、
前記インピーダンス制御回路は、受信エコー信号ラインとグランドとの間に接続されるインピーダンス制御スイッチング素子を備え、
前記インピーダンス制御回路は、さらに、前記受信エコー信号ラインと前記インピーダンス制御スイッチング素子との間に抵抗を備えることを特徴とする超音波診断装置。
前記受信回路は、前記反射波の受信のＯＮ、ＯＦＦを切り替えるラインスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記制御回路は、前記第１のチャネルの前記振動子から前記被検体内部に前記超音波を送信する送信期間中、前記第２のチャネルの前記インピーダンス制御スイッチング素子をＯＮとする制御信号を生成し、前記制御信号を前記第２のチャネルの前記インピーダンス制御スイッチング素子に対して出力することで、前記受信回路を前記インピーダンス制御回路を介して接地させて低インピーダンスに設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波診断装置。
前記インピーダンス制御回路は、コントラストハーモニックイメージングにおける振幅変調法を行う場合に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波診断装置。
前記制御回路は、コントラストハーモニックイメージングにおける振幅変調法を行う場合に、前記受信回路を前記インピーダンス制御回路を介して接地させて低インピーダンスに設定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置。
前記インピーダンス制御回路は、前記第１のチャネルの前記振動子から前記被検体内部に前記超音波を送信する前記送信期間中における前記第２のチャネルの前記ラインインピーダンスを、前記第１のチャネルが送信した前記超音波に基づく前記反射波を前記第２のチャネルの前記振動子で受信する前記受信期間中の前記第２のチャネルの前記ラインインピーダンスよりも低インピーダンスに設定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。