JP7095621B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本開示は、超音波診断装置に関する。

圧電振動子を有する超音波プローブを用いて、被検体内に超音波を送信し、その反射波を受信することで、被検体内の断層画像（以下、「超音波画像」と称する）を生成する超音波診断装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平１０－０３３５３３号公報

ところで、この種の超音波診断装置においては、超音波画像の解像度を向上させる観点から、超音波プローブから受信する受信信号のＳ／Ｎ比を向上させる要請がある。

この点、本願の発明者らの鋭意検討の結果、この種の超音波診断装置においては、装置本体の内部に存在する種々の回路からの電磁ノイズや、これらの種々の回路との間で発生するクロストーク等に起因して、超音波プローブが接続されるコネクタから、受信信号を受信処理する受信処理部まで受信信号を伝送する間に、当該受信信号にノイズが重畳する場合があることが分かってきた。

そこで、本開示は、超音波プローブから受信する受信信号のＳ／Ｎ比を向上させ得る超音波診断装置を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
超音波プローブが着脱自在に接続されるコネクタと、
前記コネクタを介して、前記超音波プローブが生成した超音波エコーに係る受信信号を受信する受信処理部と、
前記受信処理部の出力信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成部と、
を備え、
前記コネクタと前記受信処理部とを接続する信号ラインは、一端が前記コネクタに接続された１本の第１線路と、前記第１線路の他端から分岐して前記受信処理部側に並列に延在する複数本の第２線路と、を有し、
前記受信処理部は、前記複数本の第２線路それぞれを介して伝送される前記受信信号を、加算処理により統合する、
超音波診断装置である。

本開示に係る超音波診断装置によれば、超音波プローブから受信する受信信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

第１の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す図 第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す図 第１の実施形態に係る装置本体の回路構成を示す図 電子走査式の超音波プローブを用いた超音波検査時における信号ラインの電気接続状態を示す図 機械走査式の超音波プローブを用いた超音波検査時における信号ラインの電気接続状態を示す図 第２の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す図 第３の実施形態に係る装置本体の回路構成を示す図 第３の実施形態に係るライン制御部が参照するライン数設定テーブルの一例を示す図 第３の実施形態に係るライン制御部が参照するライン数設定テーブルの一例を示す図 受信処理部にて検出される受信信号の信号レベル［ｄＢ］と、使用する超音波の周波数［ＭＨｚ］の関係の一例を示すグラフ 受信処理部にて検出される受信信号の信号レベル［ｄＢ］と、使用する超音波の周波数［ＭＨｚ］の関係の一例を示すグラフ 第３の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャート 第４の実施形態に係る装置本体の回路構成を示す図

［超音波診断装置の全体構成］
以下、図１～図２を参照して、本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成の一例について説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の外観を示す図である。図２は、本実施形態に係る超音波診断装置１の全体構成を示す図である。

超音波診断装置１は、超音波診断装置１の装置本体１０に、超音波プローブ２０又は３０が取り付けられて構成されている。

本実施形態に係る超音波診断装置１は、機械走査式の超音波プローブ２０及び電子走査式の超音波プローブ３０の両方を使用可能に構成されている。

機械走査式の超音波プローブ２０は、例えば、１個の単板状の圧電振動子２１、及び圧電振動子２１の駆動機構に連結されたモータ２２を含んで構成される。そして、機械走査式の超音波プローブ２０は、モータ２２により圧電振動子２１を機械的に動作させることによって、被検体に対して送信する超音波ビームの走査を行う。

尚、機械走査式の超音波プローブ２０としては、例えば、セクタ走査方式の超音波プローブや、ラジアル走査方式の超音波プローブ等を用いることができる。

電子走査式の超音波プローブ３０（本発明の「第２超音波プローブ３０」に相当）は、アレー状に配設された複数の圧電振動子３１（ここでは、１９２個の圧電振動子３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２）を含んで構成される。そして、電子走査式の超音波プローブ３０は、電気的制御により、複数の圧電振動子３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２のうち、駆動対象の圧電振動子３１を順番に切り替えることによって、被検体に対して送信する超音波ビームの走査を行う。

尚、電子走査式の超音波プローブ３０としては、例えば、コンベックスプローブ、リニアプローブ、セクタプローブ、又は三次元プローブ等を用いることができる。

超音波診断装置１の装置本体１０は、制御装置１１、送信駆動部１２、受信処理部１３、画像生成部１４、表示処理部１５、表示器１６、電源部１７、及び、操作部１８を備えている。

又、装置本体１０には、機械走査式の超音波プローブ２０を着脱可能に接続するための第１コネクタＣ１、及び、電子走査式の超音波プローブ３０を着脱可能に接続するための第２コネクタＣ２が備え付けられている。

第１コネクタＣ１及び第２コネクタＣ２には、いずれにも、送信駆動部１２及び受信処理部１３の両方が接続されている。つまり、本実施形態に係る超音波診断装置１においては、機械走査式の超音波プローブ２０を用いて超音波の送受信を実行する際と電子走査式の超音波プローブ３０を用いて超音波の送受信を実行する際とで、送信駆動部１２及び受信処理部１３が共用されている。そして、機械走査式の超音波プローブ２０は、第１コネクタＣ１を介して、送信駆動部１２で発生された電圧パルスを圧電振動子２１に伝送すると共に、超音波エコーにより圧電振動子２１が生成した電気信号（以下、「受信信号」と称する）を受信処理部１３へ出力する。同様に、電子走査式の超音波プローブ３０は、第２コネクタＣ２を介して、送信駆動部１２で発生された電圧パルスを圧電振動子３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２に伝送すると共に、超音波エコーにより圧電振動子３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２が生成した受信信号を受信処理部１３へ出力する。

送信駆動部１２は、超音波プローブ２０又は３０に対して駆動信号たる電圧パルスを送出する送信器である。送信駆動部１２は、例えば、チャンネル毎に設けられた、高周波パルス発振器及びパルス設定部等を含んで構成される。送信駆動部１２は、高周波パルス発振器で生成した電圧パルスを、パルス設定部で設定した電圧振幅、パルス幅及びタイミングに調整して、超音波プローブ２０又は３０に送出する。尚、本実施形態に係る送信駆動部１２は、１９２チャンネル分の高周波パルス発振器及びパルス設定部を有している。

受信処理部１３は、超音波プローブ２０又は３０で生成された超音波エコーに係る電気信号を受信処理する受信器である。受信処理部１３は、例えば、チャンネル毎に設けられ、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換部、及び、各チャンネルの受信信号を整相加算することで複数チャンネルの信号を１つにまとめて音線データを生成する整相加算回路（図３のＡＤ変換部１３ａ及び整相加算回路１３ｂを参照）を含んで構成される。尚、本実施形態に係る受信処理部１３は、１９２チャンネル分のＡＤ変換部、及び各チャンネルの受信信号を整相加算する整相加算回路を有している。

画像生成部１４は、受信処理部１３から取得した受信信号に対して、所定の信号処理（例えば、対数圧縮部、検波部、及びＦＦＴ解析部等）を施して、超音波画像を生成する。

画像生成部１４は、例えば、受信信号（超音波エコー）の信号強度（Intensity）の時間的変化をラインメモリに蓄積する。画像生成部１４は、超音波プローブ２０又は３０からの超音波ビームが走査されるに応じて、各走査位置での超音波エコーの信号強度の時間的変化をラインメモリに順次蓄積し、フレーム単位となる二次元データを生成する。そして、画像生成部１４は、被検体の内部の各位置で検出される超音波エコーの信号強度を輝度値に変換することによって、被検体の内部の断層像たる超音波画像（ここでは、Ｂモード画像）を生成する。

画像生成部１４は、超音波画像として、Ｂモード画像に加えて、又はＢモード画像に代えて、カラードプラ画像又は三次元超音波画像等を生成可能としてもよい。尚、超音波画像を生成する際の処理の内容は、公知であるため、ここでの説明は省略する。

尚、画像生成部１４は、機械走査式の超音波プローブ２０が生成した受信信号に基づいて超音波画像を生成する際と、電子走査式の超音波プローブ３０が生成した受信信号に基づいて超音波画像を生成する際とで、異なる処理を行ってもよい（例えば、異なる座標系を用いてもよい）。

表示処理部１５は、画像生成部１４で生成された超音波画像に係る画像データを取得して、当該画像データに座標変換処理やデータ補間処理等の所定の画像処理を施して、表示器１６に出力する。

尚、送信駆動部１２、受信処理部１３、画像生成部１４及び表示処理部１５の各構成は、典型的には、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等で構成されたデジタル演算回路によって実現される。但し、これらの一部又は全部は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、またはＧＰＧＰＵ（General-Purpose Graphics Processing Units）等がプログラムに従って演算処理することによって実現されてもよい。

表示器１６は、表示処理部１５から出力された画像データを表示するモニターである。

電源部１７は、上記の各構成を動作させるための直流の電源電圧を生成して、これらに対して電力供給する。電源部１７としては、例えば、スイッチング駆動方式のＤＣＤＣコンバーターが用いられている。

操作部１８は、操作者が入力操作を行うためのユーザインターフェイスであり、例えば、押しボタンスイッチ、キーボード、マウス等で構成される。操作部１８は、操作者が行った入力操作を操作信号に変換し、制御装置１１に入力する。

制御装置１１は、超音波プローブ２０、３０、送信駆動部１２、受信処理部１３、画像生成部１４、表示処理部１５、表示器１６、電源部１７、及び、操作部１８等と制御信号の送受信をして、これらを統括制御する。尚、制御装置１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成され、ＣＰＵがＲＯＭ又はＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって各種制御を実現する。

尚、制御装置１１は、機械走査式の超音波プローブ２０を用いた超音波検査の実行を制御する機械走査制御部１１ａ、及び、電子走査式の超音波プローブ３０を用いた超音波検査の実行を制御する電子走査制御部１１ｂを備えている（詳細は後述する）。

［装置本体の回路構成］
以下、図３を参照して、本実施形態に係る装置本体１０の回路構成の一例について説明する。

図３は、本実施形態に係る装置本体１０の回路構成を示す図である。

本実施形態に係る装置本体１０は、受信処理部１３（ここでは、ＡＤ変換部１３ａ及び整相加算回路１３ｂを有する）と第１コネクタＣ１（及び第２コネクタＣ２）とを接続する信号ラインＬ１～Ｌ４上に、受信処理部１３側から順に、送受信切替回路１９ａ、駆動対象切替回路１９ｂ、及び、接続コネクタ切替回路１９ｃを有している。

ここで、受信処理部１３からは、送受信切替回路１９ａを介して駆動対象切替回路１９ｂまで、９６本の信号ラインＬ４（即ち、９６チャンネル分の信号ラインＬ４）が延在する。そして、９６本の信号ラインＬ４は、駆動対象切替回路１９ｂにて、１９２本の信号ラインＬ３（即ち、１９２チャンネル分の信号ラインＬ３）のいずれかに接続される。

駆動対象切替回路１９ｂから延在する１９２本の信号ラインＬ３は、接続コネクタ切替回路１９ｃを介して、１９２本の信号ラインＬ２に接続されている。そして、１９２本の信号ラインＬ２は、第２コネクタＣ２まで延在し、電子走査式の超音波プローブ３０が有する１９２個の圧電振動子３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２それぞれと電気的に接続される。

又、駆動対象切替回路１９ｂから延在する１９２チャンネルの信号ラインＬ３のうちの８本は、接続コネクタ切替回路１９ｃにて、接続先を、第２コネクタＣ２側の信号ラインＬ２から、第１コネクタＣ１側に延在する８本の信号ラインＬ１ｂに切り替え可能となっている。そして、第１コネクタＣ１側に延在する８本の信号ラインＬ１ｂは、第１コネクタＣ１側で１本の信号ラインＬ１ａに統合された後、第１コネクタＣ１の端子に接続されている。

送受信切替回路１９ａは、制御装置１１の制御に基づいて、超音波プローブ２０（又は３０）側の信号ラインＬ４と接続する対象を、送信駆動部１２側又は受信処理部１３側のいずれかに選択的に切り替える。送受信切替回路１９ａは、超音波プローブ２０（又は３０）から超音波ビームを送信させる際には、超音波プローブ２０（又は３０）と接続する対象を送信駆動部１２側に切り替え、超音波プローブ２０（又は３０）から受信信号を取得する際には、超音波プローブ２０（又は３０）と接続する対象を受信処理部１３側に切り替える。

駆動対象切替回路１９ｂは、９６本の信号ラインＬ４を接続する対象のラインを、１９２本の信号ラインＬ３の中で選択的に切り替えることにより、受信処理部１３（及び送信駆動部１２）と接続する接続対象の圧電振動子（３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２又は２１）を選択的に切り替えるスイッチ回路である。

駆動対象切替回路１９ｂは、例えば、受信処理部１３から延在する９６チャンネル分の信号ラインＬ４それぞれに接続された９６個のマルチプレクサによって構成されている。ここでは、９６個のマルチプレクサそれぞれには、受信処理部１３側に１本の信号線Ｌ４が接続され、圧電振動子３１側に２本の信号線Ｌ３が並列に接続されている。各マルチプレクサには、制御装置１１からの制御信号が入力される制御線（図示せず）が接続されており、各マルチプレクサは、当該制御信号に基づいて、電気接続状態が制御される。

接続コネクタ切替回路１９ｃは、駆動対象切替回路１９ｂから延在する信号ラインＬ３の接続先を、第１コネクタＣ１側又は第２コネクタＣ２側に選択的に切り替える切替スイッチである。接続コネクタ切替回路１９ｃは、例えば、電子走査式の超音波プローブ３０を用いた超音波検査時には、受信処理部１３と第２コネクタＣ２との電気接続状態をオン状態、且つ、受信処理部１３と第１コネクタＣ１との電気接続状態をオフ状態とする（図４を参照）。又、接続コネクタ切替回路１９ｃは、例えば、機械走査式の超音波プローブ２０を用いた超音波検査時には、受信処理部１３と第１コネクタＣ１との電気接続状態をオン状態、且つ、受信処理部１３と第２コネクタＣ２との電気接続状態をオフ状態とする（図５を参照）。

但し、接続コネクタ切替回路１９ｃは、例えば、駆動対象切替回路１９ｂから延在する１９２本の信号ラインＬ３のうちの８本の信号ラインＬ３それぞれに設けられた８個の切替スイッチのみによって構成されてもよい。そして、接続コネクタ切替回路１９ｃは、切替スイッチを配設した８本の信号ラインＬ３のみについて、第１コネクタＣ１側又は第２コネクタＣ２側に切り替え可能としてもよい。

尚、接続コネクタ切替回路１９ｃの各切替スイッチには、制御装置１１からの制御信号が入力される制御線（図示せず）が接続されており、各切替スイッチは、当該制御信号に基づいて、駆動対象切替回路１９ｂから延在する信号ラインＬ３の接続先を、第１コネクタＣ１側又は第２コネクタＣ２側に切り替える。

ここで、第１コネクタＣ１から延在する信号ラインＬ１の構成について、詳述する。当該信号ラインＬ１には、ノイズ抑制対策のための回路構成が適用されている。

信号ラインＬ１は、一端が第１コネクタＣ１に接続された１本の第１線路Ｌ１ａと、第１線路Ｌ１ａの他端（以下、「分岐点」とも称する）から分岐して接続コネクタ切替回路１９ｃに延在する複数本（本実施形態では、８本）の第２線路Ｌ１ｂと、を有している。

尚、図３では、説明の便宜として、８本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれの配線長を異なる長さで図示しているが、８本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれの配線長は、８本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれに伝送される受信信号に位相ずれが発生しないように、同一の配線長に設定されるのが望ましい。換言すると、第１線路Ｌ１ａの分岐点から８経路に分岐する受信処理部１３までの信号ラインＬ１ｂ、Ｌ３、Ｌ４それぞれの配線長は、同一の配線長に設定されるのが望ましい。

かかる構成により、本実施形態に係る超音波診断装置１においては、第１コネクタＣ１に入力される受信信号は、第１線路Ｌ１ａを介して、８本の第２線路Ｌ１ｂに分岐するように伝送される。そして、８本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれに伝送された受信信号は、接続コネクタ切替回路１９ｃ及び駆動対象切替回路１９ｂを介して、並列に受信処理部１３に入力される。その後、これらの受信信号は、それぞれ、受信処理部１３のＡＤ変換部１３ａにてアナログ信号からデジタル信号に変換された後、整相加算回路１３ｂにて加算処理され、一つの受信信号に統合されることになる。

尚、整相加算回路１３ｂは、８本の第２線路Ｌ１ｂを介して伝送される受信信号を加算する際には、遅延処理を行うことなく、これらの受信信号をそのまま加算する。即ち、整相加算回路１３ｂは、８本の第２線路Ｌ１ｂを介して伝送される受信信号が同期状態となるように、加算処理を実行する。但し、整相加算回路１３ｂは、８本の第２線路Ｌ１ｂを介して伝送される受信信号を加算する際に、これらが同期状態となるように、適宜、遅延処理を実行してもよい。

これによって、平均化効果により、受信処理部１３が取得する受信信号のＳ／Ｎ比を向上することが可能である。

より詳細には、第１コネクタＣ１から受信処理部１３までの間を接続する各信号ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４には、電磁ノイズやクロストーク等に起因したノイズが異なる度合いで発生する。当該ノイズが発生する度合いは、典型的には、当該信号ラインが引き回された位置に依拠し、加えて、装置本体１０内の動作状態等にも依拠する。

本実施形態に係る超音波診断装置１では、かかる観点から、第１コネクタＣ１から受信処理部１３に伝送する信号ラインを複数経路に分散させ、受信処理部１３にて同期加算する。ここで、ｍ回加算して平均すると（即ち、第２線路Ｌ１ｂがｍ本とすると）、ノイズ成分は、１本の信号ラインのみを用いた場合の１／√ｍとなる。このとき、信号成分は変化しないため、相対的にノイズ成分が減少することになる。これによって、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。尚、かかる原理は、中心極限定理とも称される。

尚、本実施形態では、第１線路Ｌ１ａから分岐する第２線路Ｌ１ｂの本数を８本としているが、当該本数は、２本以上であれば種々に変更してよい。但し、第２線路Ｌ１ｂの本数を過度に増加させた場合、複数の第２線路Ｌ１ｂそれぞれを通流する受信信号の位相ずれに起因して逆にＳ／Ｎ比が低下する場合もあるため、当該本数は、平均化効果の観点とのバランスにより決定されるのが望ましい。

又、第２線路Ｌ１ｂ上には、図３に示すように、抵抗素子Ｌ１ｂａを配設してもよい。これによって、一の第２線路Ｌ１ｂから他の第２線路Ｌ１ｂに発生する貫通電流を抑制することができる。例えば、送信駆動部１２から、複数本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれに対して駆動信号を送信する場合、複数本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれを通流する駆動信号の位相ずれに起因して、一の第２線路Ｌ１ｂから他の第２線路Ｌ１ｂに貫通電流が発生するおそれがある。この点、複数本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれに抵抗素子Ｌ１ｂａを配設しておくことで、貫通電流を抑制することができる。

［超音波診断装置の動作］
次に、本実施形態に係る超音波診断装置１の動作の一例について、説明する。

図４は、電子走査式の超音波プローブ３０を用いた超音波検査時における信号ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の電気接続状態を示す図である。図５は、機械走査式の超音波プローブ２０を用いた超音波検査時における信号ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の電気接続状態を示す図である。

本実施形態に係る超音波診断装置１において、電子走査式の超音波プローブ３０を用いた超音波検査を実行する場合には、制御装置１１（電子走査制御部１１ｂ）は、各部を、以下のように動作させる。

制御装置１１は、まず、接続コネクタ切替回路１９ｃを、受信処理部１３と第２コネクタＣ２との電気接続状態がオン状態、且つ、受信処理部１３と第１コネクタＣ１との電気接続状態がオフ状態となるように切り替える（図４を参照）。そして、制御装置１１は、受信処理部１３及び画像生成部１４に対して、電子走査式の超音波プローブ３０に対応する処理を実行するように、動作条件を設定する。

このような設定のもと、制御装置１１は、例えば、電子走査式の超音波プローブ３０にて、超音波ビームの電子走査が行われるように、駆動対象切替回路１９ｂを切り替え制御し、電子走査式の超音波プローブ３０が有する１９２チャンネル分の圧電振動子３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２のうち、受信処理部１３（及び送信駆動部１２）と接続する接続対象の圧電振動子を時分割で順番に切り替える。

これにより、画像生成部１４にて、複数の圧電振動子３１－ｃｈ１～３１－ｃｈ１９２の配列方向と被検体の深度方向に沿った二次元状の超音波画像の生成されることになる。そして、画像生成部１４で生成された超音波画像は、表示処理部１５に送出され、表示器１６にて表示される（表示処理部１５及び表示器１６は、図３中には図示せず）。

一方、本実施形態に係る超音波診断装置１において、機械走査式の超音波プローブ２０を用いた超音波検査を実行する場合には、制御装置１１（機械走査制御部１１ａ）は、各部を、以下のように動作させる。

制御装置１１は、まず、接続コネクタ切替回路１９ｃを、受信処理部１３と第１コネクタＣ１との電気接続状態がオン状態、且つ、受信処理部１３と第２コネクタＣ２との電気接続状態がオフ状態となるように切り替える（図５を参照）。又、制御装置１１は、駆動対象切替回路１９ｂを、第１コネクタＣ１側から分岐する８本の信号ラインＬ１ｂが受信処理部１３と電気接続するように切り替える。

そして、制御装置１１は、受信処理部１３及び画像生成部１４に対して、機械走査式の超音波プローブ３０に対応する処理を実行するように、動作条件を設定する。尚、この際、制御装置１１は、第１コネクタＣ１側から８経路に分岐して伝送される受信信号が同期加算されるように、受信処理部１３を動作させる（例えば、整相加算回路１３ｂにて遅延処理を行わない）。

このような設定のもと、制御装置１１は、例えば、機械走査式の超音波プローブ２０にて、超音波ビームの機械走査が行われるように、モータ２２にて、圧電振動子２１をラジアル方向に回転させる。そして、制御装置１１は、圧電振動子２１に対して、各走査位置にて、超音波ビームの送信と超音波エコーの受信を実行させる。

これにより、画像生成部１４にて、圧電振動子２１の配設位置を中心とした超音波画像の生成されることになる。そして、画像生成部１４で生成された超音波画像は、表示処理部１５に送出され、表示器１６にて表示される（表示処理部１５及び表示器１６は、図３中には図示せず）。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置１は、第１コネクタＣ１と受信処理部１３とを接続する信号ラインＬ１が、一端が第１コネクタＣ１に接続された１本の第１線路Ｌ１ａと、第１線路Ｌ１ａの他端から分岐して受信処理部１３側に並列に延在する複数本の第２線路Ｌ１ｂと、を有し、受信処理部１３にて、第１線路Ｌ１ａを介して、複数本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれに伝送される受信信号を、加算処理により統合する構成となっている。

従って、本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、平均化効果により、電磁ノイズやクロストーク等に起因して第１コネクタＣ１から受信処理部１３に到るまでの間に受信信号に重畳するノイズを、抑制することができる。つまり、これによって、Ｓ／Ｎ比を向上することが可能である。

又、特に、本実施形態に係る超音波診断装置１は、受信処理部１３を、機械走査式の超音波プローブ２０から送出される受信信号を受信処理する際と、電子走査式の超音波プローブ３０から送出される受信信号を受信処理する際とで共用する構成としている。

従って、超音波診断装置１の装置全体の小型化を図ると共に、別個の加算回路を設けることなく複数本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれに伝送される受信信号の加算処理を実現することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、図６を参照して、第２の実施形態に係る超音波診断装置１の構成について説明する。図６は、本実施形態に係る超音波診断装置１の全体構成を示す図である。

本実施形態に係る超音波診断装置１は、機械走査式の超音波プローブ２０に対して駆動信号を送信する送信駆動部１２ａと、電子走査式の超音波プローブ３０に対して駆動信号を送信する送信駆動部１２ｂと、が別個に用意されている点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。

機械走査式の超音波プローブ２０に対して送信する駆動信号は、典型的には、周波数、波形、及び使用チャンネル等の点で、電子走査式の超音波プローブ３０に対して送信する駆動信号と異なるものが用いられるのが望ましい。例えば、機械走査式の超音波プローブ２０の圧電振動子２１は、電子走査式の超音波プローブ３０の圧電振動子３１に比べて、大きな駆動電圧に耐えられるので、圧電振動子２１に送出する駆動信号は、圧電振動子３１に送出する駆動信号よりも大きな駆動電圧とすることが望ましい。この点、機械走査式の超音波プローブ２０を駆動する送信駆動部１２ａと、電子走査式の超音波プローブ３０を駆動する送信駆動部１２ｂとを別個に構成することによって、各超音波プローブ２０、３０のポテンシャルを最大限生かす回路構成をとることができ、受信感度を向上させることが可能である。

以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、受信感度の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に、図７を参照して、第３の実施形態に係る超音波診断装置１の構成について説明する。図７は、本実施形態に係る装置本体１０の回路構成を示す図である。

本実施形態に係る超音波診断装置１は、受信処理部１３がインピーダンス設定回路１３ｃを有している点、及び、制御装置１１が入力インピーダンス制御部１１ｃとライン制御部１１ｄとを有している点で、第１の実施形態と相違する。

受信処理部１３にて検出される受信信号の信号レベルは、典型的には、信号ラインＬ４と受信処理部１３との間におけるインピーダンスの不整合に起因した信号劣化、及び、信号ラインＬ１、Ｌ３、Ｌ４を伝送されている際に受信信号に重畳するノイズに起因して変化する。

そこで、本実施形態に係る超音波診断装置１は、信号ラインＬ１、Ｌ３、Ｌ４と受信処理部１３との間におけるインピーダンスの不整合を解消し、且つ、受信信号に含まれるノイズを最小化することで、受信処理部１３にて検出される受信信号の信号レベルを最大化する。

インピーダンス設定回路１３ｃは、信号ラインＬ４が受信処理部１３に接続される位置（即ち、受信処理部１３の入力段）に配設され、第１コネクタＣ１側から見た受信処理部１３の入力インピーダンスを変更可能とする。インピーダンス設定回路１３ｃは、９６本の信号ラインＬ４それぞれ上に配設されている。尚、インピーダンス設定回路１３ｃは、Ｌ（インダクタンス）、Ｃ（キャパシタ）及びＲ（抵抗）の調整によって、インピーダンスを変更可能とするものであり、公知の構成と同様である。

入力インピーダンス制御部１１ｃは、インピーダンス設定回路１３ｃに対して制御信号を出力し、インピーダンス設定回路１３ｃのインピーダンスを制御する。入力インピーダンス制御部１１ｃは、信号ラインＬ４と受信処理部１３との間におけるインピーダンスの不整合を抑制するように、インピーダンス設定回路１３ｃのインピーダンスを制御する。

この際、入力インピーダンス制御部１１ｃは、典型的には、使用する超音波プローブ２０の種類、超音波プローブ２０から超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、第１コネクタＣ１側から見た受信処理部１３の入力インピーダンスを制御する。

尚、インピーダンス設定回路１３ｃのインピーダンスの最適条件（即ち、インピーダンス整合する条件）は、例えば、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類と関連付けて、インピーダンス設定テーブルとして、予め記憶部（例えば、ＲＯＭ）に記憶されている。そして、入力インピーダンス制御部１１ｃは、当該インピーダンス設定テーブルに基づいて、インピーダンス設定回路１３ｃを制御する。

又、ライン制御部１１ｄは、接続コネクタ切替回路１９ｃに対して制御信号を出力し、第１コネクタＣ１から受信処理部１３に受信信号を伝送させる際に使用する第２線路Ｌ１ｂのライン数を制御する。ライン制御部１１ｄは、例えば、８本の第２線路Ｌ１ｂそれぞれに接続された接続コネクタ切替回路１９ｃのスイッチ回路のオン／オフを制御することにより、８本の第２線路Ｌ１ｂのうち受信処理部１３への伝送ラインとして使用する第２線路Ｌ１ｂのライン数を制御する。尚、ライン制御部１１ｄは、更に、８本の第２線路Ｌ１ｂのうちのいずれを、伝送ラインとして使用するかを選択してもよい。

この際、ライン制御部１１ｄは、典型的には、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、第２線路Ｌ１ｂの使用ライン数を制御する。

尚、第２線路Ｌ１ｂの使用ライン数の最適条件（即ち、Ｓ／Ｎ比が最も良好になる条件）は、例えば、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類と関連付けて、ライン数設定テーブルとして、予め記憶部（例えば、ＲＯＭ）に記憶される。そして、ライン制御部１１ｄは、当該ライン数設定テーブルに基づいて、接続コネクタ切替回路１９ｃを制御する。

図８Ａ、図８Ｂは、ライン制御部１１ｄが参照するライン数設定テーブルの一例を示す図である。図８Ａは、撮像モードとして、Ｂモード画像生成動作が選択された場合のライン数設定テーブルを示し、図８Ｂは、撮像モードとして、Ｃｏｌｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒモード画像生成動作が選択された場合のライン設定数テーブルを示している。

図９Ａ、図９Ｂは、受信処理部１３にて検出される受信信号の信号レベル［ｄＢ］と、使用する超音波の周波数［ＭＨｚ］の関係の一例を示すグラフである。図９Ａは、圧電振動子２１として、７．５Ｍ圧電振動子が用いられた場合の関係を示し、図９Ｂは、圧電振動子２１として、５Ｍ圧電振動子が用いられた場合の関係を示している。

図９Ａ、図９Ｂの各グラフは、「受信信号を伝送させる第２線路Ｌ１ｂのライン数」及び「第１コネクタＣ１側から見た受信処理部１３の入力インピーダンス」を変化させたときに、受信処理部１３にて検出された受信信号の信号レベルを示している。図９Ａ、図９Ｂの各グラフの「受信信号を伝送させる第２線路Ｌ１ｂのライン数」及び「コネクタ側から見た受信処理部１３の入力インピーダンス」は、以下の通りである。
グラフＴ１－ライン数：２本、入力インピーダンス：４００Ω
グラフＴ２－ライン数：２本、入力インピーダンス：２００Ω
グラフＴ３－ライン数：１本、入力インピーダンス：４００Ω
グラフＴ４－ライン数：１本、入力インピーダンス：２００Ω
グラフＴ５－ライン数：８本、入力インピーダンス：４００Ω
グラフＴ６－ライン数：８本、入力インピーダンス：２００Ω
グラフＴ７－ライン数：１本、入力インピーダンス：５０Ω

図９Ａ及び図９Ｂから分かるように、使用する超音波の周波数に応じて、受信処理部１３にて検出される受信信号の信号レベルが最大となる条件は変化する。又、圧電振動子２１が有するインピーダンスの変化に起因して、圧電振動子２１のタイプ（即ち、超音波プローブの種類）に応じて、受信処理部１３にて検出される受信信号の信号レベルが最大となる条件は変化する。尚、図９Ａ及び図９Ｂは、超音波診断装置１において、一般に使用される１ＭＨｚ～１０ＭＨｚの帯域内では、「ライン数：２本、入力インピーダンス：４００Ω」の条件のときに、受信処理部１３にて検出される受信信号の信号レベルを最大化することが可能であることを示す。

尚、受信信号に含まれるノイズは、理論的には、平均化効果により、受信信号を伝送させる第２線路Ｌ１ｂのライン数を多くするほど低減することになる。しかしながら、実際には、受信信号に重畳するノイズの度合いは、各信号ラインが引き回される位置に応じて異なる。加えて、受信信号を伝送させる第２線路Ｌ１ｂのライン数を過剰に多くすると、受信信号が各信号ラインから受信処理部１３に到達する際の受信信号の位相ずれに起因して、Ｓ／Ｎ比が低下する場合もある。尚、かかるノイズの態様は、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類（以下、検査条件）に応じて変化する。

そこで、本実施形態に係る制御装置１１（入力インピーダンス制御部１１ｃ、ライン制御部１１ｄ）は、超音波検査を実施する際の検査条件（例えば、使用する超音波プローブの種類、超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類）に応じて、第１コネクタＣ１側から見た受信処理部１３の入力インピーダンスを調整すると共に、受信信号を伝送させる第２線路Ｌ１ｂのライン数を調整する。

図１０は、本実施形態に係る制御装置１１の動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えば、超音波検査を開始する際に、制御装置１１がコンピュータプログラムに従って順に実行する処理である。

まず、制御装置１１は、ユーザからの超音波プローブ２０の種類の選択を受け付ける（ステップＳ１）。次に、制御装置１１は、ユーザからの撮像モードの選択を受け付ける（ステップＳ２）。次に、制御装置１１は、ユーザからの使用周波数の選択を受け付ける（ステップＳ３）。

次に、制御装置１１は、ステップＳ１～Ｓ３で設定された検査条件と、予め記憶したライン数設定テーブルとに基づいて、最適となる第２線路Ｌ１ｂの使用ライン数を決定し（ステップＳ４）、当該ライン数となるように、接続コネクタ切替回路１９ｃを制御する（ステップＳ５）。次に、制御装置１１は、ステップＳ１～Ｓ３で設定された検査条件と、予め記憶したインピーダンス設定テーブルとに基づいて、最適となるインピーダンス設定回路１３ｃのインピーダンスを決定し（ステップＳ６）、当該インピーダンスとなるように、インピーダンス設定回路１３ｃを制御する（ステップＳ７）。

以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、受信処理部１３が超音波プローブ２０から受信する受信信号を最大化するように、複数本の第２線路Ｌ１ｂのうち受信信号を伝送する信号ラインとして使用するライン数、及び、第１コネクタＣ１側から見た受信処理部１３の入力インピーダンスを調整することが可能である。これによって、Ｓ／Ｎ比をより向上することが可能である。

（第４の実施形態）
次に、図１１を参照して、第４の実施形態に係る超音波診断装置１の構成について説明する。図１１は、本実施形態に係る装置本体１０の回路構成を示す図である。

本実施形態に係る超音波診断装置１は、制御装置１１が受信処理部１３への電源供給を制御する電源制御部１１ｅを有している点で、第１の実施形態と相違する。

受信処理部１３は、一般に、複数のＩＣ（例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ又はＤＳＰ等）によって構成されており、これらのＩＣは、チャンネル単位で切り分けられている（例えば、１ｃｈ～３０ｃｈ用のＩＣ、３１ｃｈ～６０ｃｈ用のＩＣ・・等）。本実施形態に係る超音波診断装置１においては、通常、電子走査式の超音波プローブ３０が使用される場合には、これらのＩＣすべてが使用状態となるが、機械走査式の超音波プローブ２０が使用される場合には、これらのＩＣのうちの一部は不使用状態となる。

電源制御部１１ｅは、かかる観点から、受信処理部１３の複数のＩＣそれぞれへの電源供給を個別に制御する。そして、電源制御部１１ｅは、機械走査式の超音波プローブ２０が使用される場合には、受信処理部１３を構成する複数のＩＣのうち不使用状態となるＩＣへの電源の供給をＯＦＦする。これによって、超音波診断装置１の省電力化を図る。

以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、省電力化の実現が可能である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る超音波診断装置によれば、超音波プローブから受信する受信信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

１ 超音波診断装置
１０ 装置本体
１１ 制御装置
１１ａ 機械走査制御部
１１ｂ 電子走査制御部
１１ｃ 入力インピーダンス制御部
１１ｄ ライン制御部
１１ｅ 電源制御部
１２、１２ａ、１２ｂ 送信駆動部
１３ 受信処理部
１３ａ ＡＤ変換部
１３ｂ 整相加算回路
１３ｃ インピーダンス設定回路
１４ 画像生成部
１５ 表示処理部
１６ 表示器
１７ 電源部
１８ 操作部
１９ａ 送受信切替回路
１９ｂ 駆動対象切替回路
１９ｃ 接続コネクタ切替回路
２０ 機械走査式の超音波プローブ
２１ 圧電振動子
２２ モータ
３０ 電子走査式の超音波プローブ（第２超音波プローブ）
３１ 圧電振動子
Ｃ１ 第１コネクタ
Ｃ２ 第２コネクタ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 信号ライン
Ｌ１ａ 第１線路
Ｌ１ｂ 第２線路
Ｌ１ｂａ 抵抗素子

Claims (10)

1. 超音波プローブが着脱自在に接続されるコネクタと、
   前記コネクタを介して、前記超音波プローブが生成した超音波エコーに係る受信信号を受信する受信処理部と、
   前記受信処理部の出力信号に基づいて、超音波画像を生成する画像生成部と、
   を備え、
   前記コネクタと前記受信処理部とを接続する信号ラインは、一端が前記コネクタに接続された１本の第１線路と、前記第１線路の他端から分岐して前記受信処理部側に並列に延在する複数本の第２線路と、を有し、
   前記受信処理部は、前記複数本の第２線路それぞれを介して伝送される前記受信信号を、加算処理により統合する、
   超音波診断装置。
2. 前記受信処理部と前記複数本の第２線路との間に配設されたスイッチ回路の制御により、前記受信処理部と電気接続する前記複数本の第２線路の本数を制御するライン制御部を更に有する、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記ライン制御部は、前記超音波プローブの種類、前記超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、前記受信処理部と電気接続する前記複数本の第２線路の本数を制御する、
   請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記受信処理部と前記複数本の第２線路との間に配設されたインピーダンス設定回路の制御により、前記コネクタ側から見た前記受信処理部の入力インピーダンスを制御する入力インピーダンス制御部を更に有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記入力インピーダンス制御部は、前記超音波プローブの種類、前記超音波プローブから超音波を送信する際の送信周波数、及び、撮像モードの種類の少なくともいずれか一つに基づいて、前記コネクタ側から見た前記受信処理部の入力インピーダンスを制御する、
   請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波プローブは、機械走査式の超音波プローブである、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
7. 電子走査式の第２超音波プローブが着脱自在に接続される第２コネクタを更に有する、
   請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記受信処理部に対して接続する信号ラインを、前記コネクタ又は前記第２コネクタのいずれか一方に切り替える切替回路を有し、
   前記受信処理部は、機械走査式の前記超音波プローブから送出される前記受信信号を受信処理する際と、及び、電子走査式の前記第２超音波プローブから送出される第２受信信号を受信処理する際とで共用される、
   請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 機械走査式の前記超音波プローブが使用される場合、前記受信処理部を構成する複数のＩＣのうち不使用状態となるＩＣへの電源の供給をＯＦＦする電源制御部を更に有する、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 前記複数本の第２線路それぞれの配線長は、略同一である、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

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