WO2012101937A1 - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

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delay
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宏信 本郷
泰夫 宮島
亨 平野
内海　勲
信行 岩間
石塚　正明
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株式会社 東芝
東芝メディカルシステムズ株式会社
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    • G10K11/346—Circuits therefor using phase variation

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to techniques of an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus.
  • an ultrasonic two-dimensional (2D) array probe or the like hundreds to thousands of ultrasonic transducers are used.
  • the number of signal lines is very large, so that the entire cable becomes thick and the operation is hindered. Therefore, in such an ultrasonic probe, a subarray reception delay circuit is used in which a plurality of transducers are made into one group (subarray). As a result, it is possible to perform reception delay processing partially within the ultrasonic probe and perform addition for each sub-array, thereby reducing the number of signal lines.
  • aperture growth improves the reception sound field at a short distance.
  • the difference in delay amount is large between the ultrasonic transducer near the center of the aperture and the ultrasonic transducer far from the center of the aperture. For this reason, the delay circuit may not be able to tolerate this difference in delay amount, and reception quality may deteriorate.
  • aperture growth when the reflected wave from near the body surface is received, the opening of the ultrasonic probe is reduced, and the opening is increased as the depth increases.
  • the opening control of the ultrasonic diagnostic apparatus including the aperture growth was performed by the receiving circuit of the ultrasonic diagnostic apparatus main body.
  • aperture control is performed in units of subarrays. Therefore, aperture growth is also performed in units of subarrays, and there is a problem that image quality is deteriorated as compared with aperture growth in units of transducers.
  • fine scanning is difficult because the location of the aperture center is limited to the sections grouped as subarrays.
  • Such a problem can be solved by providing a signal line for performing aperture control for each ultrasonic transducer and performing aperture control in units of ultrasonic transducers.
  • the problem arises that the number of signal lines increases and the entire cable becomes thick as described above. It is difficult.
  • An embodiment of the present invention has been made to solve the above-described problem.
  • aperture control in units of ultrasonic transducers is performed. It aims to make it possible.
  • a first aspect of this embodiment includes a plurality of ultrasonic transducers, a plurality of delay circuits, and an addition circuit, and is configured to be able to control the reception opening of the ultrasonic waves.
  • Ultrasonic probe The ultrasonic transducer transmits ultrasonic waves having a predetermined period and receives ultrasonic echoes from within the subject.
  • the delay circuit receives a reception signal from each of the ultrasonic transducers and applies a delay process to each of the reception signals.
  • the adder circuit adds the received signals subjected to the delay processing for each predetermined group and outputs the result.
  • the ultrasonic probe also includes gate means.
  • the gate means is configured to be able to switch connection and disconnection of the signal path for each signal path disposed between the ultrasonic transducer and the adding circuit. Further, the gate means connects only the signal path from the ultrasonic transducer corresponding to the preset initial receiving aperture after the transmission of the ultrasonic wave within the period of the ultrasonic wave, and the time of the reception period elapses. In response, corresponding signal paths are connected in order from the ultrasonic transducer close to the initial receiving aperture.
  • a second aspect of this embodiment includes an ultrasonic probe that includes a plurality of ultrasonic transducers, a plurality of delay circuits, and an addition circuit, and is configured to be able to control the reception opening of the ultrasonic waves. Ultrasonic diagnostic equipment.
  • the ultrasonic transducer transmits ultrasonic waves having a predetermined period and receives ultrasonic echoes from within the subject.
  • the delay circuit receives a reception signal from each of the ultrasonic transducers and applies a delay process to each of the reception signals.
  • the adder circuit adds the received signals subjected to the delay processing for each predetermined group and outputs the result.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus receives the reception signal output from the ultrasonic probe, and phasing-adds the reception signal to generate an ultrasonic image.
  • the ultrasonic probe also includes gate means. The gate means is configured to be able to switch connection and disconnection of the signal path for each signal path disposed between the ultrasonic transducer and the adding circuit.
  • a third aspect of this embodiment is an ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic transducers, a plurality of delay circuits, an adding circuit, and gate means.
  • the ultrasonic transducer transmits ultrasonic waves and receives ultrasonic echoes from within the subject.
  • the delay circuit receives a reception signal from each of the ultrasonic transducers and applies a delay process to each of the reception signals.
  • the adder circuit adds the received signals subjected to the delay processing for each predetermined group and outputs the result.
  • the gate circuit is configured to be able to switch connection and disconnection of the signal path for each signal path disposed between the ultrasonic transducer and the addition circuit.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus partially phasing and adding signals received by a plurality of ultrasonic transducers (hereinafter sometimes referred to as “received signals”) within the ultrasonic probe. .
  • the ultrasonic diagnostic apparatus controls the opening for receiving ultrasonic waves for each ultrasonic transducer.
  • “opening control” includes both control of the position of the opening (position of the opening center) and control of the area (size) of the opening.
  • the receiving unit of the ultrasonic diagnostic apparatus includes the ultrasonic probe 1 and the main body receiving unit 2.
  • the ultrasonic probe 1 includes a transmission circuit 10, an ultrasonic transducer group 11, a preamplifier group 12, a TGC voltage supply unit 13, a delay circuit group 14, a matrix switch 15, an adder circuit 16, and in-probe control. Part 18.
  • the transmission circuit 10 includes a clock generator, a division cycle, a transmission delay circuit, and a pulsar.
  • the clock pulse generated by the clock generator is dropped to a rate pulse of about 5 KHz by a frequency divider.
  • This rate pulse is applied to the pulser through the transmission delay circuit to generate a high-frequency voltage pulse, and the ultrasonic transducer group 11 is driven (mechanically vibrated) by this voltage pulse.
  • an ultrasonic beam is irradiated from the ultrasonic transducer group 11 toward the object to be observed according to the electric signal from the transmission circuit 10.
  • the ultrasonic transducer group 11 transmits / receives ultrasonic waves to / from an observation object (for example, heart).
  • the ultrasonic beams transmitted from the respective ultrasonic transducers constituting the ultrasonic transducer group 11 have different acoustic impedances such as boundaries of structures within the observed body. Reflected at the interface corresponding to the structure, movement, etc. in the observed body.
  • Each transducer receives the ultrasonic wave reflected in the observed body.
  • Each transducer converts the received ultrasonic wave into an electrical signal and outputs the electrical signal to the preamplifier group 12 via a signal line 11a connected to each transducer.
  • the signal line 11a is formed for each vibrator from the vibrator to the adder circuit 16.
  • the signal line 11a corresponds to a “signal path”.
  • the in-probe control unit 18 is a control unit that controls the operation of each unit in the ultrasonic probe 1.
  • the in-probe control unit 18 includes a reception delay control unit 181, an output switching control unit 182, and a TGC gate control unit 183 in the in-probe control unit 18. The operations of the reception delay control unit 181, the output switching control unit 182, and the TGC gate control unit 183 will be described later.
  • the preamplifier group 12 includes a plurality of preamplifiers. Each preamplifier receives a reception signal received by the transducer via a signal line 11 a connected to the transducer constituting the ultrasonic transducer group 11. The preamplifier performs processing such as low noise amplification or buffering in order to satisfactorily transmit the ultrasonic echo signal received from the transducer.
  • the preamplifier according to this embodiment is configured to be able to control the gain.
  • a TGC (Time Gain Control) voltage supply unit 13 supplies a TGC voltage for controlling the gain to each preamplifier via the signal line 12a. That is, the gain of each preamplifier is determined by the TGC voltage supplied from the TGC voltage supply unit 13.
  • the TGC voltage supply unit 13 changes the TGC voltage according to the timing of receiving the ultrasonic wave. Accordingly, for example, when receiving an ultrasonic wave reflected at a deeper position in the subject, the gain is controlled to be larger, whereby the attenuated ultrasonic wave can be maintained at a certain level of output.
  • Each preamplifier outputs the amplified received signal to the delay circuit group 14.
  • a TGC gate circuit 17 is provided on the signal line 12a connecting the TGC voltage supply unit 13 and the preamplifier.
  • the TGC gate circuit 17 receives an instruction from the TGC gate controller 183 and temporarily cuts off the supply of the TGC voltage via the signal line 12a.
  • the TGC gate control unit 183 will be described later.
  • each preamplifier is set to zero or a very low value by cutting off the supply of the TGC voltage from the TGC voltage supply unit 13.
  • the preamplifier can block the signal output from the vibrator via the signal line 11a (or reduce the power to a level that can be ignored). That is, by controlling whether or not the TGC voltage is supplied, each preamplifier switches connection and disconnection of the signal line 11a.
  • the preamplifier according to the present embodiment is configured to be able to switch connection and disconnection of the signal line 11a by controlling whether or not the TGC voltage is supplied, and corresponds to “gate means”.
  • the TGC gate control unit 183 controls the operation of the TGC gate circuit 17.
  • the TGC gate control unit 183 is configured to be able to individually control the operation of each TGC gate circuit 17. As a result, the supply state of the TGC voltage is switched between supply and cutoff for each preamplifier.
  • the gain of the preamplifier from which the supply of the TGC voltage is cut off becomes zero or a very low value, and the reception signal from the corresponding preamplifier is cut off or becomes a signal with a very small output.
  • aperture control such as aperture and growth is performed in units of vibrators by switching between connection and disconnection for each signal line 11a. The details of the aperture growth control will be described later.
  • the delay circuit group 14 includes a plurality of delay circuits. Each delay circuit receives a reception signal output from the preamplifier, that is, a reception signal output from the vibrator and amplified by the preamplifier. Each delay circuit performs delay processing on the output from the preamplifier and outputs the result. Delay data for each delay circuit to perform a delay process on the received signal is calculated by the reception delay control unit 181 and output to each delay circuit. The reception delay control unit 181 will be described later. Each delay circuit outputs the received signal subjected to the delay process to the matrix switch 15.
  • the reception delay control unit 181 calculates a necessary delay amount for each transducer constituting the ultrasonic transducer group 11 based on the distance between the transducer and the focus point in the subject.
  • the reception delay control unit 181 controls the operation of the delay circuit by outputting the calculated delay amount as delay data to the delay circuit connected to the transducer corresponding to the delay amount. Thereby, each delay circuit performs a delay process on the received signal.
  • the matrix switch 15 is interposed between the delay circuit group 14 and the adder circuit 16 provided for each subarray.
  • the matrix switch 15 outputs a signal input from each delay circuit constituting the delay circuit group 14 to the adder circuit 16.
  • the matrix switch 15 switches the adder circuit 16 as an output destination of this signal for each signal input from the delay circuit.
  • a matrix switch 15 may be provided for each sub-array so that signals can be transferred between the plurality of matrix switches 15.
  • a signal input to one matrix switch can be output to the adder circuit 16 provided on the output side of another matrix switch, and the combination of the vibrators constituting the subarray can be changed. Become.
  • the output switching control unit 182 controls the output destination of the received signal by the matrix switch 15 based on the correspondence between each transducer and the subarray. As a result, the reception signal from the transducer output from the delay circuit group 14 is output to the adder circuit 16 corresponding to the subarray including the transducer. Specifically, as shown in FIG. 2, for example, the output switching control unit 182 controls the matrix switch 15 so that the reception signals from the transducers E0 to E15 are output to the adder circuit 16 associated with the subarray G0. Control. Similarly, the output switching control unit 182 controls the matrix switch 15 so that the reception signals from the transducers En-15 to En are output to the adder circuit 16 associated with the subarray Gm.
  • the matrix switch 15 need not be provided. In this case, the received signal output from the delay circuit group 14 is input to the adder circuit 16.
  • the adder circuit 16 is provided for each subarray.
  • the adder circuit 16 receives the received signals subjected to the delay processing by the delay circuit group 14 via the matrix switch 15 and adds these received signals.
  • the adder circuit 16 outputs the added received signal to the main body receiver 2.
  • the adder circuit 16 uses, for example, the transducers E0 to E15 as one subarray G0, adds reception signals from these transducers, and outputs the result to the channel CH0 of the main body reception unit 2.
  • the adder circuit 16 uses the transducers En-15 to En as one subarray Gm, adds the reception signals output from these transducers, and outputs the result to the channel CHm of the main body reception unit 2.
  • the main body reception unit 2 includes a reception main delay circuit 20, a signal processing unit 21, an image processing unit 22, and a display unit 23.
  • the reception main delay circuit 20 is constituted by a delay addition circuit such as a digital beam former unit, and receives a signal from the ultrasonic probe 1 and performs phasing addition of the signal.
  • a delay addition circuit such as a digital beam former unit
  • an amplifier circuit such as a preamplifier may be provided on the input side of the delay adder circuit, and after the signal is amplified by the amplifier circuit, the phasing addition may be performed.
  • the signal phased and added by the reception main delay circuit 20 is detected by the signal processing unit 21 and the envelope is extracted. Further, the extracted envelope is subjected to coordinate conversion in accordance with the cross section of the object to be observed by the image processing unit 22 or subjected to gradation processing suitable for image display, and then displayed as an ultrasonic image. 23.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a relationship between an ultrasonic transmission timing and a reception timing.
  • the vertical axis in FIG. 3A indicates the power of ultrasonic waves, and the horizontal axis indicates time.
  • FIG. 3B is a view of the ultrasonic transducer group 11 as viewed from the side of the probe, and is a diagram for explaining the operation of aperture growth based on the timing related to the transmission / reception of the ultrasonic wave shown in FIG. 3A.
  • the Z axis in FIG. 3B indicates the lens direction for converging the ultrasonic waves, and the X axis indicates one arrangement direction (horizontal axis direction) of the ultrasonic transducers arranged two-dimensionally.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus uses a pulse wave, for example, as in the B mode, and drives each ultrasonic transducer in a period for transmitting ultrasonic waves and a period for receiving ultrasonic waves.
  • T1 in FIG. 3A indicates a transmission cycle for transmitting a pulse wave.
  • the transmission cycle T1 includes a period T2 for transmitting ultrasonic waves and a period T3 for receiving ultrasonic waves reflected in the subject.
  • T3 for receiving ultrasonic waves reflected at different depths in the subject are received in different periods T30 to T36. This is because the time until the transmitted ultrasonic wave is reflected within the subject and reaches the ultrasonic transducer again becomes longer as the depth of reflection of the ultrasonic wave becomes deeper.
  • the depth increases in the order of depth 1, depth 2,.
  • the ultrasonic waves reflected near the body surface are received.
  • the ultrasonic wave reflected at the depth 1 is received in the period T31.
  • the period T2 ultrasonic waves are received in an earlier period from a shallow depth to a deep depth. That is, ultrasonic waves reflected at depth 2, depth 3,..., Depth 6 are received within periods T32, T33,.
  • the period T2 corresponds to the “reception period”
  • the period T30 corresponds to “the initial period of the reception period”.
  • the ultrasonic wave receiving aperture is gradually widened in the order of periods T30, T31,..., T36 in FIG. This operation will be specifically described with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • W0 to W6 in FIG. 3B indicate the widths of the ultrasonic reception openings.
  • the range of transducers that receive ultrasonic waves and output received signals is gradually changed to W0, W1,. Increase to.
  • the reception aperture gradually expands to W0, W1,.
  • the width of the reception aperture is narrowed to W0.
  • the reception aperture having the width W0 in the period T30 corresponds to the “initial reception aperture”.
  • W0a to W2a in FIG. 3B indicate the widths of the reception openings that can be set by the conventional ultrasonic diagnostic apparatus.
  • the width of the reception aperture has to be widened in units of subarrays as in W0a, W1a, and W2a.
  • the receiving aperture is controlled in units of transducers as indicated by W0 to W6 in FIG. 3B.
  • the phrase “expand the reception aperture” means that the number of transducers that receive ultrasonic waves and output reception signals is increased.
  • FIG. 4A is a view of the ultrasonic transducer group 11 as seen from the ultrasonic transmission direction.
  • the X axis in FIG. 4A indicates the horizontal axis direction, and corresponds to the X axis direction in FIG. 3B.
  • a region A0 in FIG. 4A indicates a region having a width W0 in both the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • this area A0 is set as a reception opening.
  • the regions A1, A2,... are returned to the initial state every period during which ultrasonic waves from a deeper depth are received (periods T31 to T36 in FIG. 3A). ⁇ Sequentially add A6.
  • the reception aperture is gradually widened according to the timing of receiving the ultrasonic waves reflected at each depth. Note that it is sufficient to operate so that the reception aperture expands according to the depth, and the width of the reception aperture in the X-axis direction and the width of the Y-axis, and the shape of the reception aperture are not necessarily limited to those described above. .
  • FIG. 4B shows control timing related to aperture growth in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment.
  • TGC voltage: common input indicates the power of the TGC voltage that the TGC voltage supply unit 13 supplies to the preamplifier group 12.
  • FIG. 4B shows a graph of “TGC gate control signal” and “TGC voltage” for each region (A0 to A6) shown in FIG. 4A.
  • the graph of “TGC gate control signal” indicates the power of the control signal for controlling the TGC gate circuit 17.
  • TGC voltage When this control signal is input to the TGC gate circuit 17, the TGC voltage from the TGC voltage supply unit 13 passes through the TGC gate circuit 17 and is supplied to the corresponding preamplifier.
  • the power of the TGC voltage supplied at this time is indicated by “TGC voltage”.
  • preamplifier corresponding to the region A0 indicates “a preamplifier that amplifies a signal from a transducer included in the region A0”.
  • TGC gate circuit corresponding to region A0 when “TGC gate circuit corresponding to region A0” is described, it indicates “a TGC gate circuit that controls whether or not a TGC voltage is supplied to a preamplifier that amplifies a signal from a vibrator included in region A0”.
  • each transducer in a period T2, ultrasonic waves are transmitted from each transducer constituting the ultrasonic transducer group 11 to the subject.
  • the TGC voltage supply unit 13 does not supply the TGC voltage to the preamplifier group 12 as shown in “TGC voltage: common input” in FIG. 4B.
  • each transducer starts receiving the ultrasonic wave reflected in the subject.
  • the TGC voltage supply unit 13 starts supplying the TGC voltage to the preamplifier group 12 at the start of the period T3.
  • the TGC gate control unit 183 starts transmitting the TGC gate control signal to the TGC gate circuit 17 corresponding to the region A0, and transmits the TGC gate control signal to the TGC gate circuit 17 corresponding to the other region. do not do.
  • the supply of the TGC voltage is started only to the preamplifier corresponding to the region A0 in accordance with the start of the period T30. That is, in the period T30, only signals from the transducers included in the region A0 are amplified by the respective preamplifiers and input to the delay circuit group 14, and signals from the transducers included in other regions are blocked by the respective preamplifiers. As a result, the reception aperture indicated by the area A0 is formed.
  • the TGC gate control unit 183 starts transmission of a TGC gate control signal to the TGC gate circuit 17 corresponding to the region A1 in addition to the region A0 in accordance with the start of the period T31.
  • the supply of the TGC voltage to the preamplifier corresponding to the region A1 is started at the start of the period T31. That is, in the period T31, only signals from the transducers included in the regions A0 and A1 are amplified by the respective preamplifiers and input to the delay circuit group 14, and signals from the transducers included in the other regions are blocked by the respective preamplifiers. The As a result, the reception openings indicated by the areas A0 and A1 are formed.
  • the reception aperture is gradually widened according to the timing (periods T30, T31,..., T36) at which ultrasonic waves from each depth are received.
  • the aperture growth has been described.
  • other aperture control can be performed in units of vibrators as well.
  • the preamplifier corresponding to the transducer not included in the opening The operation may be performed so that the supply of the TGC voltage is cut off by the TGC gate circuit 17.
  • a specific operation will be described by paying attention to the vibrators arranged in the X-axis direction included in the range indicated by Y1.
  • the TGC gate circuit 17 is controlled so that the TGC voltage is supplied to the preamplifier corresponding to the vibrator included in the region of the width W1b.
  • the TGC gate circuit 17 is set so that the TGC voltage is supplied to the preamplifier corresponding to the vibrator included in the width region in the order of W2b, W3b,... W17b, W18b in accordance with the movement of the opening. Control.
  • the receiving aperture can be moved in units of transducers from position P1 to position P2.
  • this aperture control is control for each subarray 111. Therefore, for example, in the case of aperture growth, the reception aperture is controlled in units of subarrays 111 in the order of W0a, W1a, and W2a in FIG. 3B.
  • the TGC gate control unit 183 switches connection / disconnection for each signal line 11a by switching presence / absence of supply of TGC voltage for each preamplifier. Thereby, as shown by W0 to W6 in FIG. 3B, the aperture control for each vibrator can be performed.
  • FIG. 6 is a block diagram of the receiving unit of the ultrasonic probe according to the present embodiment.
  • the TGC gate circuit 17 individually controls the presence or absence of the supply of the TGC voltage to each preamplifier, thereby connecting and blocking the signal line 11a corresponding to the purine amplifier. Switch.
  • a blocking unit 151 that switches between the passage and blocking of the signal flowing on the signal line 11a from each transducer is provided. In the following, description will be given focusing on portions different from the first embodiment.
  • the blocking unit 151 is a switch configured to be able to switch between passing and blocking a signal flowing on the signal line 11a for each signal line 11a.
  • the switching of the blocking unit 151 is controlled by the output switching control unit 182A.
  • the blocking unit 151 is interposed between the delay circuit group 14 and the matrix switch 15, but is provided on the signal line 11 a between the ultrasonic transducer group 11 and the addition circuit 16. If it is, the position is not limited.
  • the output switching control unit 182A controls the matrix switch 15 in the same manner as the output switching control unit 182 according to the first embodiment.
  • the output switching control unit 182A individually controls switching of the blocking unit 151 for each signal line 11a.
  • the output switching control unit 182A controls the blocking unit 151 so that the reception signal from the transducer included in the opening is allowed to pass and the reception signal from the transducer not included in the opening is blocked. Thereby, opening control for every vibrator
  • the output switching control unit 182A controls the blocking unit 151 in accordance with the transmission timing of the TGC gate control signal shown in FIG. 4A, and the received signal flows on the corresponding signal line 11a. Can be passed. That is, the output switching control unit 182A passes the reception signal from the transducer included in the region A0 at the start of the period T30, and blocks the reception signal from the transducer included in the other region. What is necessary is just to control the interruption
  • the reception aperture is gradually widened according to the timing (periods T30, T31,..., T36) at which ultrasonic waves from each depth are received. It should be noted that the same operation as switching by the blocking unit 151 may be realized by the matrix switch 15.
  • the blocking unit 151 controls the passage and blocking of the received signal.
  • the aperture for each vibrator it is possible to control the aperture for each vibrator.
  • FIG. 7 is a block diagram of the receiving unit of the ultrasonic probe according to the present embodiment.
  • each delay circuit constituting the delay circuit group 14 passes and blocks a signal flowing on the signal line 11 a from each transducer. Is switched. In the following, description will be given focusing on portions different from the first embodiment.
  • the receiving circuit group 14A according to the present embodiment is characterized by using a multiplier circuit as a delay circuit.
  • a specific example of the multiplication circuit is a mixer.
  • the delay circuit according to the present embodiment receives a reference signal as delay data from the reception delay control unit 181A.
  • the delay circuit shifts the phase of the reception signal that is multiplied (mixed) by the reference signal with respect to the reception signal received from the preamplifier group 12. That is, the received signal is subjected to delay processing by changing the reference signal according to the delay amount.
  • the reception delay control unit 181A calculates a necessary delay amount for each transducer constituting the ultrasonic transducer group 11 based on the distance between the transducer and the focus point in the subject. This operation is the same as that of the reception delay control unit 181 according to the first embodiment.
  • the reception delay control unit 181A generates a reference signal for multiplying the reception signal from the transducer based on the calculated delay amount.
  • the reception delay control unit 181A outputs the generated reference signal as delay data to a delay circuit connected to the transducer corresponding to the delay amount, and controls the operation of the delay circuit.
  • the case where the reference signal for performing the delay process on the received signal is output to the delay circuit corresponds to “a case where the reference signal includes a delay instruction”.
  • the reception delay control unit 181A stops the transmission of the reference signal to the delay circuit corresponding to the vibrator that is not included in the opening.
  • the reference signal is not supplied to the delay circuit, and the reception signal input to the delay circuit is not output to the matrix switch 15 located at the subsequent stage. That is, by stopping the transmission of the reference signal, the received signal is blocked by the delay circuit.
  • the delay circuit may be configured to release the received signal to the ground.
  • the case where the reference signal is not output to the delay circuit in this way corresponds to “a case where the reference signal includes a cutoff instruction”. As a result, it is possible to individually control the passage and blocking of the reception signal output from each transducer. That is, opening control for each vibrator is possible.
  • the reception delay control unit 181A controls the delay circuit in accordance with the transmission timing of the TGC gate control signal shown in FIG. 4A, and the received signal flowing on the corresponding signal line 11a is changed. Just let it pass. In other words, the reception delay control unit 181A transmits the reference signal to the delay circuit corresponding to the transducer included in the region A0 at the start of the period T30. As a result, the delay circuit passes the received signal from the vibrator. At this time, the reception delay control unit 181A does not transmit the reference signal to the delay circuit corresponding to the transducer not included in the area A0. Thereby, the delay circuit cuts off the reception signal from the vibrator.
  • the reception delay control unit 181A adjusts the vibration included in the region (region A1, A2,..., A6) corresponding to the period (period T31, T32,.
  • the reference signal may be sequentially transmitted to the delay circuit corresponding to the child.
  • the reception aperture is gradually widened by sequentially passing the signal in the corresponding region according to the timing (period T30, T31,..., T36) at which the ultrasonic waves from each depth are received. It becomes possible.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus instead of controlling the TGC voltage supply using the TGC gate circuit 17 according to the first embodiment, the transmission of delay data to each delay circuit is controlled.
  • the aperture control for each transducer can be performed.

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Abstract

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。複数の超音波振動子と、複数の遅延回路と、加算器と、を備え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。遅延回路は、受信信号に遅延処理を施す。加算器は、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、超音波振動子から加算回路までの間に配置された信号路ごとに、信号路の接続及び遮断を切替える。またゲート手段は、超音波の周期内において、超音波の送信後に、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。

Description

超音波プローブ及び超音波診断装置
　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、前記超音波の送信後に、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、前記超音波の送信後に、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、前記超音波の送信後に、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、前記超音波の送信後に、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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