WO2022201655A1

WO2022201655A1 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法

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Publication number: WO2022201655A1
Application number: PCT/JP2021/045085
Authority: WO
Inventors: 浩史村上
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-09-29
Also published as: JPWO2022201655A1; US20230371926A1

Abstract

超音波診断装置は、装置本体と、装置本体に対して無線接続形態および有線接続形態の間において切り替えて使用される超音波プローブとを備え、装置本体は、外部電源回路を有し、超音波プローブは、振動子アレイと、振動子アレイに送信電圧を供給することにより被検体に向けて超音波を送信させる送信回路と、被検体により超音波エコーを受信して受信信号を取得する受信回路と、内蔵バッテリと、内蔵バッテリの出力電圧を用いて送信電圧を生成するプローブ内電源回路と、装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、プローブ内電源回路から送信回路に送信電圧を供給させ、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に送信電圧を供給させるプローブ制御部とを有する。

Description

超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法

　本発明は、超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に係り、特に、超音波プローブと装置本体とを有線および無線の２つの接続形態の間において切り替えて使用する超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。

　従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体と、を備えており、超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを振動子アレイで受信して、受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成され、装置本体のモニタに表示される。

　近年、超音波プローブと装置本体との間を無線通信により無線接続することにより、超音波プローブの操作性および機動性を向上させようとする超音波診断装置が開発されている。
　さらに、例えば、特許文献１には、必要に応じて有線接続と無線接続の一方を選択できるように、超音波プローブと装置本体とを有線および無線の２つの接続形態の間において切り替えて使用する超音波診断装置が開示されている。

特開２０１９－１８７７８３号公報

　特許文献１における超音波プローブのように、装置本体に無線接続可能な超音波プローブにおいては、超音波の送受信から超音波画像の生成までのすべての回路を内包することが多く、有線接続の際にも、無線接続の際にも、同一の動作環境で超音波プローブ内の各回路が動作するものであった。

　しかしながら、無線接続可能な超音波プローブでは、筐体内の限られたスペースに各回路が収納されるため、各回路における発熱、バッテリ電圧、無線帯域等のバランスを取らなくてはならず、その結果、振動子アレイから超音波を送信するための送信電圧、超音波画像生成のフレームレート、超音波プローブの使用時間等に制約がかかることを余儀なくされてきた。
　このため、無線接続可能な超音波プローブに対して、より高い性能を実現することが望まれている。

　本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、超音波プローブと装置本体とを有線および無線の２つの接続形態の間において切り替えて使用しても、性能の向上を図ることができる超音波診断装置超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、
　装置本体と、
　装置本体に対して無線接続形態および有線接続形態の間において切り替えて使用される超音波プローブと
　を備え、
　装置本体は、外部電源回路を有し、
　超音波プローブは、
　振動子アレイと、
　振動子アレイに送信電圧を供給することにより被検体に向けて超音波を送信させる送信回路と、
　被検体により超音波エコーを受信して受信信号を取得する受信回路と、
　内蔵バッテリと、
　内蔵バッテリの出力電圧を用いて送信電圧を生成するプローブ内電源回路と、
　装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、プローブ内電源回路から送信回路に送信電圧を供給させ、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に送信電圧を供給させるプローブ制御部と
　を有することを特徴としている。

　装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に、無線接続時にプローブ内電源回路から供給される送信電圧よりも高い送信電圧が供給されることが好ましい。
　プローブ制御部は、装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、受信回路を低消費電力モードにより駆動し、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、受信回路を低ノイズモードにより駆動することができる。
　また、超音波プローブは、受信信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部を有し、プローブ制御部は、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路と受信回路と画像生成部に電源を供給させ、画像生成部に、無線接続時よりも高いフレームレートで超音波画像を生成させることもできる。

　装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、プローブ内電源回路から送信回路に可変の送信電圧が供給され、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に、無線接続時における送信電圧よりも広い電圧範囲を有する可変の送信電圧が供給されるように構成することもできる。
　超音波プローブは、内蔵バッテリの出力電圧を昇圧する昇圧回路を有し、プローブ内電源回路は、昇圧回路の出力電圧を用いて送信電圧を生成するように構成することができる。

　本発明に係る超音波診断装置の制御方法は、
　外部電源回路を有する装置本体と、装置本体に対して無線接続形態および有線接続形態の間において切り替えて使用され且つ振動子アレイと送信回路と受信回路と内蔵バッテリとを有する超音波プローブとを備える超音波診断装置の制御方法であって、
　装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、内蔵バッテリの出力電圧を用いて送信電圧を生成するプローブ内電源回路から送信回路に送信電圧を供給し、
　装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に送信電圧を供給させることを特徴とする。

　装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に、無線接続時にプローブ内電源回路から供給される送信電圧よりも高い送信電圧が供給されることが好ましい。
　装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、受信回路を低消費電力モードにより駆動し、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、受信回路を低ノイズモードにより駆動することができる。

　超音波プローブは、受信信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部を有し、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路と受信回路と画像生成部に電源を供給させ、画像生成部に、無線接続時よりも高いフレームレートで超音波画像を生成させることもできる。
　装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、プローブ内電源回路から送信回路に可変の送信電圧が供給され、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に、無線接続時における送信電圧よりも広い電圧範囲を有する可変の送信電圧が供給されるように構成することもできる。

　本発明によれば、装置本体が超音波プローブに無線接続された場合に、超音波プローブの内蔵バッテリの出力電圧を用いて送信電圧を生成するプローブ内電源回路から送信回路に送信電圧を供給し、装置本体が超音波プローブに有線接続された場合に、装置本体の外部電源回路から送信回路に送信電圧を供給させるので、超音波プローブと装置本体とを有線および無線の２つの接続形態の間において切り替えて使用しても、性能の向上を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の無線接続時の構成を示すブロック図である。実施の形態１における受信回路の内部構成を示すブロック図である。実施の形態１における画像生成部の内部構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る超音波診断装置の有線接続時の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る超音波診断装置の動作を表すフローチャートである。超音波の検査を行う際の超音波診断装置の動作を表すフローチャートである。実施の形態２に係る超音波診断装置に用いられる超音波プローブの構成を示すブロック図である。

　以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
　以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
　なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
　本明細書において、「同一」、「同じ」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。

実施の形態１
　図１に、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、超音波プローブ１に接続された装置本体２を有し、超音波プローブ１と装置本体２とを有線および無線の２つの接続形態の間において切り替えて使用する超音波診断装置である。

　図１に示されるように、超音波プローブ１は、振動子アレイ１１を有しており、振動子アレイ１１に、送信回路１２と受信回路１３が接続されている。送信回路１２および受信回路１３に、送受信制御部１４が接続され、受信回路１３に、画像生成部１５が接続されている。画像生成部１５に無線通信回路１６が接続され、さらに、無線通信回路１６に通信制御部１７が接続されている。

　送受信制御部１４、画像生成部１５、および通信制御部１７に、プローブ制御部１８が接続されている。
　送信回路１２、受信回路１３、送受信制御部１４、画像生成部１５、通信制御部１７、プローブ制御部１８により、プローブ側プロセッサ１９が構成されている。

　また、超音波プローブ１は、内蔵バッテリ２０を内蔵しており、内蔵バッテリ２０にＨＶ（High Voltage）電源回路（プローブ内電源回路）２１およびシステム電源回路２２がそれぞれ接続されている。さらに、超音波プローブ１は、図示しない接続ケーブルを介して装置本体２に接続するための接続端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を有しており、ＨＶ電源回路２１および接続端子Ｔ１と送信回路１２との間に第１の切り替えスイッチＳＷ１が接続され、内蔵バッテリ２０および接続端子Ｔ２とシステム電源回路２２との間に第２の切り替えスイッチＳＷ２が接続され、接続端子Ｔ３に画像生成部１５が接続されている。

　一方、装置本体２は、無線通信回路３１を有し、無線通信回路３１に、表示制御部３２およびモニタ３３が順次接続されている。また、無線通信回路３１に、通信制御部３４が接続され、表示制御部３２および通信制御部３４に、本体制御部３５が接続されている。さらに、本体制御部３５に入力装置３６が接続されている。
　表示制御部３２、通信制御部３４、および本体制御部３５により、本体側プロセッサ３７が構成されている。

　また、装置本体２は、バッテリ３８を内蔵しており、バッテリ３８にＨＶ（High Voltage）電源回路３９およびバス電源回路４０がそれぞれ接続されている。ＨＶ電源回路３９およびバス電源回路４０は、超音波プローブ１の外部に配置された外部電源回路を構成している。さらに、装置本体２は、図示しない接続ケーブルを介して超音波プローブ１に接続するための接続端子Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を有しており、接続端子Ｔ４にＨＶ電源回路３９が接続され、接続端子Ｔ５にバス電源回路４０が接続され、接続端子Ｔ６に表示制御部３２が接続されている。

　超音波プローブ１の振動子アレイ１１は、１次元または２次元に配列された複数の超音波振動子を有している。これらの振動子は、それぞれ送信回路１２から供給される駆動信号に従って超音波を送信し、且つ、被検体からの反射波を受信してアナログの受信信号を出力する。各振動子は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ－ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。

　送信回路１２は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、送受信制御部１４からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、振動子アレイ１１の複数の振動子から送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号を、遅延量を調節して複数の振動子に供給する。このように、振動子アレイ１１の振動子の電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。

　送信された超音波ビームは、例えば被検体の部位等の対象において反射され、超音波エコーが振動子アレイ１１に向かって伝搬する。このように振動子アレイ１１に向かって伝搬する超音波エコーは、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子により受信される。この際に、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子は、伝搬する超音波エコーを受信することにより伸縮して受信信号（電気信号）を発生させ、これらの受信信号を受信回路１３に出力する。

　受信回路１３は、送受信制御部１４からの制御信号に従い、振動子アレイ１１から出力される信号の処理を行って、音線信号を生成する。図２に示されるように、受信回路１３は、増幅部４１、ＡＤ（Analog Digital：アナログデジタル）変換部４２およびビームフォーマ４３が直列接続された構成を有している。

　増幅部４１は、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子から入力されたアナログ信号である受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換部４２に送信する。
　ＡＤ変換部４２は、増幅部４１から送信されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換して受信データを取得し、この受信データをビームフォーマ４３に送出する。
　ビームフォーマ４３は、送受信制御部１４からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づき、設定された音速に従う各受信データにそれぞれの遅延を与えて加算（整相加算）を施す、いわゆる受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理を施すことにより、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。

　送受信制御部１４は、送信回路１２および受信回路１３を制御することにより、プローブ制御部１８から指示された検査モードおよび走査方式に基づいて、超音波ビームの送信および超音波エコーの受信を行う。ここで、検査モードは、Ｂモード（Brightness Mode：輝度モード）、Ｍモード（Motion Mode：動きモード）、ＣＦモード（Color Flow Mode：カラーフローモード）、ＰＷモード（Pulsed Wave Doppler Mode：パルスドプラモード）、ＣＷモード（Continuous Wave Doppler Mode：連続波ドプラモード）等、超音波診断装置において使用可能な検査モードが含まれ、走査方式は、例えば、電子セクタ走査方式、電子リニア走査方式、電子コンベックス走査方式等のいずれかを示すものとする。

　画像生成部１５は、受信回路１３により生成された音線信号に基づいて、いわゆるＢモード画像を生成する。画像生成部１５は、図３に示されるように、信号処理部４４、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）４５および画像処理部４６が順次直列に接続された構成を有している。

　信号処理部４４は、受信回路１３により生成された音線信号に対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体の体内組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
　ＤＳＣ４５は、信号処理部４４で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。
　画像処理部４６は、ＤＳＣ４５から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、画像処理が施されたＢモード画像信号（以下、Ｂモード画像という）を無線通信回路１６および接続端子Ｔ３に送出する。

　無線通信回路１６は、超音波プローブ１と装置本体２とが互いに無線接続されている場合に、画像生成部１５により生成されたＢモード画像を装置本体２へ無線送信する。
　より具体的には無線通信回路１６は、電波の送受信を行うためのアンテナを含んでおり、Ｂモード画像に基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、Ｂモード画像を装置本体２へ無線送信する。キャリアの変調方式としては、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying：振幅偏移変調）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：四位相偏移変調）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation：１６直角位相振幅変調）等が用いられる。

　通信制御部１７は、プローブ制御部１８により設定された送信電波強度でＢモード画像の送信が行われるように無線通信回路１６を制御する。
　プローブ制御部１８は、予め記憶しているプログラム等に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。

　また、内蔵バッテリ２０は、超音波プローブ１に内蔵されており、例えば、３．６Ｖ等の出力電圧を有する１セルのリチウムイオン電池から構成され、超音波プローブ１内への実装スペースが小さくて済むバッテリである。内蔵バッテリ２０は、出力電圧をＨＶ電源回路２１およびシステム電源回路２２に供給する。

　ＨＶ電源回路２１は、例えば、トランスを用いないブーストコンバータ（boost converter）構成を有し、比較的高い電圧を得ることは難しいが、超音波プローブ１内への実装スペースが小さくて済む電源回路である。具体的には、ＨＶ電源回路２１は、内蔵バッテリ２０からの出力電圧を、例えば１０倍程度の３６Ｖ等に昇圧し、送信電圧として送信回路１２に供給する。この送信電圧は、送信回路１２により、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子に駆動信号として供給される。
　システム電源回路２２は、内蔵バッテリ２０からの出力電圧を、例えば１～３Ｖ程度に変換し、超音波プローブ１内の各回路に駆動電圧として供給する。

　第１の切り替えスイッチＳＷ１は、プローブ制御部１８により切り替え制御され、ＨＶ電源回路２１および接続端子Ｔ１の一方を選択的に送信回路１２に接続する。
　同様に、第２の切り替えスイッチＳＷ２は、プローブ制御部１８により切り替え制御され、内蔵バッテリ２０および接続端子Ｔ２の一方を選択的にシステム電源回路２２に接続する。

　プローブ制御部１８は、図１に示されるように、装置本体２が超音波プローブ１に無線接続された場合に、ＨＶ電源回路２１が送信回路１２に接続されるように第１の切り替えスイッチＳＷ１を切り替え制御し、且つ、内蔵バッテリ２０がシステム電源回路２２に接続されるように第２の切り替えスイッチＳＷ２を切り替え制御する。
　一方、図４に示されるように、装置本体２がケーブルＣを介して超音波プローブ１に有線接続された場合には、プローブ制御部１８は、接続端子Ｔ１が送信回路１２に接続されるように第１の切り替えスイッチＳＷ１を切り替え制御し、且つ、接続端子Ｔ２がシステム電源回路２２に接続されるように第２の切り替えスイッチＳＷ２を切り替え制御する。

　なお、超音波プローブ１の送信回路１２、受信回路１３、送受信制御部１４、画像生成部１５、通信制御部１７、およびプローブ制御部１８を有するプローブ側プロセッサ１９は、各種のプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：フィードプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：アプリケーションスペシフィックインテグレイテッドサーキット）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit：グラフィックスプロセッシングユニット）、その他のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。

　また、プローブ側プロセッサ１９の送信回路１２、受信回路１３、送受信制御部１４、画像生成部１５、通信制御部１７、およびプローブ制御部１８は、部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵ等に統合させて構成することもできる。

　装置本体２の無線通信回路３１は、超音波プローブ１の無線通信回路１６から無線送信されたＢモード画像を受信する。
　より具体的には、無線通信回路３１は、電波の送受信を行うためのアンテナを含んでおり、超音波プローブ１の無線通信回路１６により送信された伝送信号を、アンテナを介して受信し、受信した伝送信号を復調することにより、Ｂモード画像を表示制御部３２に送出する。

　表示制御部３２は、無線通信回路３１を介して受信されたＢモード画像を表示画像としてモニタ３３に表示させる。
　モニタ３３は、表示制御部３２の制御により、Ｂモード画像を表示画像として表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display）等のディスプレイ装置を含む。

　通信制御部３４は、超音波プローブ１の無線通信回路１６から送信された伝送信号の受信が行われるように無線通信回路３１を制御する。
　本体制御部３５は、図示しない格納部等に予め記憶されているプログラムおよび入力装置３６を介した操作者による入力操作に基づいて、装置本体２の各部の制御を行う。
　入力装置３６は、操作者が入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。なお、モニタ３３にタッチセンサを組み合わせて、タッチセンサを入力装置３６として使用する構成とすることもできる。

　バッテリ３８は、ＨＶ電源回路３９およびバス電源回路４０に電源を供給する。例えば、バッテリ３８は、直列接続された複数セルのリチウムイオン電池から構成されている。
　ＨＶ電源回路３９は、例えば、トランスを用いたフライバックコンバータ（flyback converter）構成を有し、大きい実装スペースを必要とするが、より高い電圧を得ることができる電源回路である。具体的には、ＨＶ電源回路３９は、バッテリ３８からの出力電圧を、７０～１００Ｖ程度にまで昇圧し、装置本体２がケーブルＣにより超音波プローブ１に有線接続された場合に、ケーブルＣを介して超音波プローブ１の送信回路１２に送信電圧を供給する。すなわち、有線接続時には、超音波プローブ１内のＨＶ電源回路２１による送信電圧よりも高い送信電圧を、装置本体２のＨＶ電源回路３９から超音波プローブ１の送信回路１２に供給することが可能となる。

　バス電源回路４０は、バッテリ３８からの出力電圧を、例えば５Ｖ程度に変換し、装置本体２内の各回路に駆動電圧として供給し、且つ、装置本体２が超音波プローブ１に有線接続された場合に、図示しないケーブルを介して超音波プローブ１のシステム電源回路２２に電源を供給する。

　なお、装置本体２の表示制御部３２、通信制御部３４、および本体制御部３５を有する本体側プロセッサ３７は、ＣＰＵ、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ、ＧＰＵ、その他のＩＣを用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。
　また、本体側プロセッサ３７の表示制御部３２、通信制御部３４、および本体制御部３５は、部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵ等に統合させて構成することもできる。

　次に、図５のフローチャートを参照しながら、実施の形態１に係る超音波診断装置の動作を説明する。

　まず、ステップＳ１において、超音波プローブ１と装置本体２とが無線接続されているか、あるいは、有線接続されているかが判定される。この判定は、例えば、超音波プローブ１のプローブ制御部１８が、接続端子Ｔ１およびＴ２の電位を監視する、あるいは、無線通信回路１６における通信環境を監視する、等により行うことができる。

　判定の結果、図１に示されるように、超音波プローブ１と装置本体２とが無線接続されている場合は、ステップＳ２に進み、超音波プローブ１の内蔵バッテリ２０から送信回路１２に、超音波を送信するための送信電圧が供給される。具体的には、プローブ制御部１８により、ＨＶ電源回路２１が送信回路１２に接続されるように第１の切り替えスイッチＳＷ１が切り替え制御され、ＨＶ電源回路２１が内蔵バッテリ２０からの出力電圧を、例えば３６Ｖ等に昇圧し、第１の切り替えスイッチＳＷ１を介して送信回路１２に供給する。

　また、プローブ制御部１８により、内蔵バッテリ２０がシステム電源回路２２に接続されるように第２の切り替えスイッチＳＷ２が切り替え制御される。これにより、システム電源回路２２は、内蔵バッテリ２０からの出力電圧を、例えば１～３Ｖ程度に変換して、超音波プローブ１内の各回路に駆動電圧として供給する。
　なお、装置本体２においては、バス電源回路４０が、バッテリ３８からの出力電圧を、例えば５Ｖ程度に変換して、装置本体２内の各回路に駆動電圧として供給する。

　超音波による検査を行う際には、図６のフローチャートに示されるように、まず、ステップＳ５において、超音波プローブ１の送受信制御部１４の制御の下、送信回路１２からの駆動信号に従って振動子アレイ１１の複数の振動子から超音波ビームが被検体内に送信される。ここで、送信回路１２から振動子アレイ１１の複数の振動子に供給される駆動信号は、ＨＶ電源回路２１から送信回路１２に供給された送信電圧に基づいて形成されたものである。
　被検体による超音波エコーは、振動子アレイ１１の複数の振動子により受信され、複数の振動子からアナログ信号である受信信号が受信回路１３に出力される。

　続くステップＳ６において、受信信号は、受信回路１３の増幅部４１で増幅され、ＡＤ変換部４２でＡＤ変換された後、ビームフォーマ４３において受信フォーカス処理が施されることにより、音線信号が生成され、音線信号は、受信回路１３から画像生成部１５に送出される。

　さらに、ステップＳ７において、画像生成部１５により、音線信号に基づいてＢモード画像が生成される。
　この際に、画像生成部１５の信号処理部４４により、超音波の反射位置の深度に応じた距離による減衰の補正、包絡線検波処理が施されてＢモード画像信号が生成され、ＤＳＣ４５により、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換され、さらに、画像処理部４６により、階調処理等の各種の必要な画像処理が施されて、Ｂモード画像が生成される。

　このようにして生成されたＢモード画像は、ステップＳ８において、超音波プローブ１から装置本体２に伝送される。このとき、超音波プローブ１は装置本体２に無線接続されているので、画像生成部１５により生成されたＢモード画像は、無線通信回路１６から装置本体２へ無線送信される。
　超音波プローブ１から装置本体２へ無線送信されたＢモード画像は、装置本体２の無線通信回路３１により受信され、ステップＳ９において、表示制御部３２を介してモニタ３３に表示される。

　その後、図５のステップＳ４において、超音波による検査が完了したか否かが判定され、検査がまだ完了していないと判定されると、ステップＳ１に戻ってステップＳ１、Ｓ２が繰り返され、検査が完了したと判定されると、一連の処理が終了する。

　一方、ステップＳ１における判定の結果、図４に示されるように、超音波プローブ１と装置本体２とがケーブルＣを介して有線接続されている場合は、ステップＳ３に進み、装置本体２から超音波プローブ１の送信回路１２に、超音波を送信するための送信電圧が供給される。具体的には、プローブ制御部１８により、接続端子Ｔ１が送信回路１２に接続されるように第１の切り替えスイッチＳＷ１が切り替え制御され、装置本体２のＨＶ電源回路３９により７０～１００Ｖ程度にまで昇圧された電源電圧が、装置本体２の接続端子Ｔ４、ケーブルＣ、超音波プローブ１の接続端子Ｔ１、および第１の切り替えスイッチＳＷ１を介して超音波プローブ１の送信回路１２に供給される。

　また、プローブ制御部１８により、接続端子Ｔ２がシステム電源回路２２に接続されるように第２の切り替えスイッチＳＷ２が切り替え制御される。これにより、外部電源回路を構成する装置本体２のバス電源回路４０により例えば５Ｖ程度に変換された電源電圧が、装置本体２の接続端子Ｔ５、ケーブルＣ、超音波プローブ１の接続端子Ｔ２、および第２の切り替えスイッチＳＷ２を介して超音波プローブ１のシステム電源回路２２に供給される。システム電源回路２２は、装置本体２のバス電源回路４０から供給された電源電圧を受けて、超音波プローブ１内の各回路に駆動電圧を供給する。

　超音波による検査を行う際には、図６のフローチャートに示されるように、まず、ステップＳ５において、超音波プローブ１の送受信制御部１４の制御の下、送信回路１２からの駆動信号に従って振動子アレイ１１の複数の振動子から超音波ビームが被検体内に送信される。ここで、送信回路１２から振動子アレイ１１の複数の振動子に供給される駆動信号は、外部電源回路を構成する装置本体２のＨＶ電源回路３９により７０～１００Ｖ程度にまで昇圧されて超音波プローブ１の送信回路１２に供給された送信電圧に基づいて形成されたものである。

　すなわち、有線接続時には、無線接続時に超音波プローブ１内のＨＶ電源回路２１から送信回路１２に供給される３６Ｖ等の送信電圧よりも高い送信電圧が装置本体２のＨＶ電源回路３９から送信回路１２に供給される。このため、振動子アレイ１１の複数の振動子から、より強い（エネルギーの大きい）超音波ビームを送信することができる。

　被検体による超音波エコーは、振動子アレイ１１の複数の振動子により受信され、複数の振動子からアナログ信号である受信信号が受信回路１３に出力される。そして、ステップＳ６において、受信回路１３により音線信号が生成され、さらに、ステップＳ７において、画像生成部１５により、Ｂモード画像が生成される。

　生成されたＢモード画像は、続くステップＳ８において、超音波プローブ１から装置本体２に伝送されるが、超音波プローブ１は装置本体２に有線接続されているので、画像生成部１５により生成されたＢモード画像は、超音波プローブ１の接続端子Ｔ３、ケーブルＣ、装置本体２の接続端子Ｔ６を介して装置本体２へと伝送される。そして、装置本体２の表示制御部３２によりＢモード画像がモニタ３３に表示される。

　上述したように、有線接続時に、装置本体２のＨＶ電源回路３９から供給される高い送信電圧により、振動子アレイ１１の複数の振動子から、より強い超音波ビームを送信することができるので、被検体のより深い領域まで鮮明なＢモード画像を表示することが可能となる。

　その後、図５のステップＳ４において、超音波による検査が完了したか否かが判定され、検査がまだ完了していないと判定されると、ステップＳ１に戻ってステップＳ１、Ｓ３が繰り返され、検査が完了したと判定されると、一連の処理が終了する。

　このように、超音波プローブ１内に実装スペースが小さくて済む内蔵バッテリ２０およびＨＶ電源回路２１が搭載されることで、小型で且つ携帯性に優れた超音波プローブ１が構成されている。このため、超音波プローブ１と装置本体２とを無線接続した場合に、超音波プローブ１の操作性が向上し、また、超音波プローブ１と装置本体２とを有線接続した場合に、装置本体２のＨＶ電源回路３９から、無線接続時よりも高い送信電圧を超音波プローブ１の送信回路１２に供給することで、より鮮明な超音波画像を取得することができる。すなわち、無線接続時における超音波プローブ１の操作性の向上と有線接続時における高画質の超音波画像の取得を両立させることが可能となる。

　また、有線接続時には、装置本体２のバス電源回路４０により、超音波プローブ１の内蔵バッテリ２０の出力電圧よりも高い、例えば５Ｖ程度に変換された電源電圧が超音波プローブ１のシステム電源回路２２に供給されるので、同じシステム電源回路２２を使用しながらも、電源損失を低減することができ、超音波プローブ１内の温度上昇を抑制することができる。

　なお、有線接続時には、装置本体２のＨＶ電源回路３９が、バッテリ３８からの出力電圧を７０～１００Ｖ程度にまで昇圧して超音波プローブ１の送信回路１２に供給することから、ＨＶ電源回路３９からの発熱を生じるが、ＨＶ電源回路３９は装置本体２内に実装されているため、超音波プローブ１内がＨＶ電源回路３９の発熱により温度上昇することはない。

　超音波プローブ１の表面温度は、安全規格により定められた温度以下に制限されているが、無線接続時には、超音波プローブ１内の比較的出力電圧の低いＨＶ電源回路２１を使用することで、超音波画像生成の性能低下を犠牲にしながらも、超音波プローブ１内の温度上昇を抑制し、有線接続時には、装置本体２の比較的出力電圧の高いＨＶ電源回路３９から超音波プローブ１内の送信回路１２に送信電圧を供給することで、超音波プローブ１内の温度上昇を抑制しつつ、高画質の超音波画像が得られる。その結果、無線接続時においても、有線接続時においても、超音波プローブ１内の消費電力が抑えられ、内蔵バッテリ２０により超音波プローブ１を長時間にわたって動作させることが可能となる。

　なお、超音波プローブ１のプローブ制御部１８は、装置本体２が超音波プローブ１に無線接続された場合に、超音波プローブ１内の消費電力を抑制するために、受信回路１３を低消費電力モードにより駆動し、装置本体２が超音波プローブ１に有線接続された場合に、生成される超音波画像の画質を向上させるために、今度は、受信回路１３を低ノイズモードにより駆動することもできる。

　また、超音波プローブ１のプローブ制御部１８は、装置本体２が超音波プローブ１に有線接続された場合に、装置本体２のバス電源回路４０からの電源電圧を超音波プローブ１のシステム電源回路２２に供給して、システム電源回路２２から送信回路１２、受信回路１３および画像生成部１５を含む超音波プローブ１内の各回路に駆動電圧を供給することにより、プローブ制御部１８内における電源損失を低減させて、画像生成部１５に、無線接続時よりも高いフレームレートで超音波画像を生成させることもできる。

　超音波プローブ１のＨＶ電源回路２１は、可変の送信電圧を送信回路１２に供給するように構成することができ、これにより、プローブ制御部１８は、装置本体２が超音波プローブ１に無線接続されている場合に、ＨＶ電源回路２１から送信回路１２に、例えば、画像化したい領域の深度に応じた送信電圧を供給させることができる。

　さらに、外部電源回路を構成する装置本体２のＨＶ電源回路３９は、装置本体２が超音波プローブ１に有線接続されている場合に、無線接続時に超音波プローブ１のＨＶ電源回路２１から供給される送信電圧よりも広い電圧範囲を有する可変の送信電圧を送信回路１２に供給するように構成することができる。これにより、例えば、被検体のより深い領域まで鮮明なＢモード画像を取得するために、無線接続時よりも高い送信電圧を送信回路１２に供給することができ、また、超音波パルスを繰り返し送信する等の場合に、無線接続時よりも低い送信電圧を送信回路１２に供給することもできる。

実施の形態２
　図７に、本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置に用いられる超音波プローブ１Ａの構成を示す。超音波プローブ１Ａは、図１に示した実施の形態１の超音波診断装置に用いられた超音波プローブ１において、昇圧回路２３が追加されたものである。昇圧回路２３は、内蔵バッテリ２０に接続され、昇圧回路２３に、ＨＶ電源回路２１および第２の切り替えスイッチＳＷ２が接続されている。超音波プローブ１Ａのその他の構成は、図１に示した超音波プローブ１と同様である。

　昇圧回路２３は、内蔵バッテリ２０の３．６Ｖ等の出力電圧を、例えば、５Ｖ、１２Ｖ等に昇圧するもので、例えば、トランスを用いないブーストコンバータ構成を有し、超音波プローブ１Ａ内への実装スペースが小さくて済む回路である。

　図１に示した装置本体２が図７に示される超音波プローブ１Ａに無線接続された場合に、プローブ制御部１８により、ＨＶ電源回路２１が送信回路１２に接続されるように第１の切り替えスイッチＳＷ１が切り替え制御され、且つ、昇圧回路２３がシステム電源回路２２に接続されるように第２の切り替えスイッチＳＷ２が切り替え制御される。その結果、内蔵バッテリ２０の出力電圧は、昇圧回路２３により一旦昇圧され、ＨＶ電源回路２１によりさらに昇圧された送信電圧が送信回路１２に供給され、また、昇圧回路２３により昇圧された電圧がシステム電源回路２２により降圧されて超音波プローブ１Ａ内の各回路に駆動電圧として供給される。これにより、超音波プローブ１Ａ内における電源電圧の変換効率を向上させることができる。

　一方、図１に示した装置本体２が図７に示される超音波プローブ１Ａに有線接続された場合には、プローブ制御部１８により、接続端子Ｔ１が送信回路１２に接続されるように第１の切り替えスイッチＳＷ１が切り替え制御され、且つ、接続端子Ｔ２がシステム電源回路２２に接続されるように第２の切り替えスイッチＳＷ２が切り替え制御される。これにより、実施の形態１の超音波診断装置と同様に、装置本体２のＨＶ電源回路３９により昇圧された電源電圧が、超音波プローブ１Ａの昇圧回路２３を介することなく、接続端子Ｔ１から第１の切り替えスイッチＳＷ１を介して送信回路１２に供給される。また、装置本体２のバス電源回路４０により例えば５Ｖ程度に変換された電源電圧が、接続端子Ｔ２から第２の切り替えスイッチＳＷ２を介してシステム電源回路２２に供給され、システム電源回路２２から超音波プローブ１Ａ内の各回路に駆動電圧が供給される。

　なお、上記の実施の形態１および２における装置本体２としては、携帯型またはハンドヘルド型のコンパクトな装置本体を用いることもでき、また、据え置き型の装置本体を用いることもできる。装置本体２は、バッテリ３８を内蔵せずに、商用電源から電力を取り入れるように構成することもできる。

　１，１Ａ　超音波プローブ、２　装置本体、１１　振動子アレイ、１２　送信回路、１３　受信回路、１４　送受信制御部、１５　画像生成部、１６　無線通信回路、１７　通信制御部、１８　プローブ制御部、１９　プローブ側プロセッサ、２０　内蔵バッテリ、２１　ＨＶ電源回路（プローブ内電源回路）、２２　システム電源回路、２３　昇圧回路、３１　無線通信回路、３２　表示制御部、３３　モニタ、３４　通信制御部、３５　本体制御部、３６　入力装置、３７　本体側プロセッサ、３８　バッテリ、３９　ＨＶ電源回路（外部電源回路）、４０　バス電源回路（外部電源回路）、４１　増幅部、４２　ＡＤ変換部、４３　ビームフォーマ、４４　信号処理部、４５　ＤＳＣ、４６　画像処理部、Ｔ１～Ｔ６　接続端子、ＳＷ１　第１の切り替えスイッチ、ＳＷ２　第２の切り替えスイッチ、Ｃ　ケーブル。

Claims

　装置本体と、
　前記装置本体に対して無線接続形態および有線接続形態の間において切り替えて使用される超音波プローブと
　を備え、
　前記装置本体は、外部電源回路を有し、
　前記超音波プローブは、
　振動子アレイと、
　前記振動子アレイに送信電圧を供給することにより被検体に向けて超音波を送信させる送信回路と、
　前記被検体により超音波エコーを受信して受信信号を取得する受信回路と、
　内蔵バッテリと、
　前記内蔵バッテリの出力電圧を用いて前記送信電圧を生成するプローブ内電源回路と、
　前記装置本体が前記超音波プローブに無線接続された場合に、前記プローブ内電源回路から前記送信回路に前記送信電圧を供給させ、前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路に前記送信電圧を供給させるプローブ制御部と
　を有する超音波診断装置。
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路に、無線接続時に前記プローブ内電源回路から供給される前記送信電圧よりも高い送信電圧が供給される請求項１に記載の超音波診断装置。
　前記プローブ制御部は、
　前記装置本体が前記超音波プローブに無線接続された場合に、前記受信回路を低消費電力モードにより駆動し、
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記受信回路を低ノイズモードにより駆動する請求項１または２に記載の超音波診断装置。
　前記超音波プローブは、前記受信信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部を有し、
　前記プローブ制御部は、前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路と前記受信回路と前記画像生成部に電源を供給させ、前記画像生成部に、無線接続時よりも高いフレームレートで前記超音波画像を生成させる請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記装置本体が前記超音波プローブに無線接続された場合に、前記プローブ内電源回路から前記送信回路に可変の前記送信電圧が供給され、
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路に、無線接続時における前記送信電圧よりも広い電圧範囲を有する可変の前記送信電圧が供給される請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　前記超音波プローブは、前記内蔵バッテリの出力電圧を昇圧する昇圧回路を有し、
　前記プローブ内電源回路は、前記昇圧回路の出力電圧を用いて前記送信電圧を生成する
請求項１～５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
　外部電源回路を有する装置本体と、前記装置本体に対して無線接続形態および有線接続形態の間において切り替えて使用され且つ振動子アレイと送信回路と受信回路と内蔵バッテリとを有する超音波プローブとを備える超音波診断装置の制御方法であって、
　前記装置本体が前記超音波プローブに無線接続された場合に、前記内蔵バッテリの出力電圧を用いて送信電圧を生成するプローブ内電源回路から前記送信回路に前記送信電圧を供給し、
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路に前記送信電圧を供給させる超音波診断装置の制御方法。
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路に、無線接続時に前記プローブ内電源回路から供給される前記送信電圧よりも高い送信電圧が供給される請求項７に記載の超音波診断装置の制御方法。
　前記装置本体が前記超音波プローブに無線接続された場合に、前記受信回路を低消費電力モードにより駆動し、
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記受信回路を低ノイズモードにより駆動する請求項７または８に記載の超音波診断装置の制御方法。
　前記超音波プローブは、前記受信信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部を有し、
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路と前記受信回路と前記画像生成部に電源を供給させ、前記画像生成部に、無線接続時よりも高いフレームレートで前記超音波画像を生成させる請求項７～９のいずれか一項に記載の超音波診断装置の制御方法。
　前記装置本体が前記超音波プローブに無線接続された場合に、前記プローブ内電源回路から前記送信回路に可変の前記送信電圧が供給され、
　前記装置本体が前記超音波プローブに有線接続された場合に、前記装置本体の前記外部電源回路から前記送信回路に、無線接続時における前記送信電圧よりも広い電圧範囲を有する可変の前記送信電圧が供給される請求項７～１０のいずれか一項に記載の超音波診断装置の制御方法。