超音波プローブ
【課題】ＳＣＷモードにおいて、広いダイナミックレンジを確保しつつプローブケーブル内の信号線の本数が低減する。
【解決手段】超音波を送信し、同じ前記超音波振動子で前記超音波エコーを受信する第２のモードのときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、それぞれの位相を整える複数のビームフォーマと、複数の超音波振動子を前記超音波を送信する群と、前記超音波エコーを受信する群とに分けて動作する第１のモードのときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、同じ位相の前記出力どうしを選択して出力するマトリックススイッチと、前記第２のモードのときに、前記ビームフォーマそれぞれにより同位相にグループごとに加算して出力し、前記第１のモードのときに、前記マトリックススイッチの出力を、同じ位相ごとにグループにまとめて加算して出力する複数の加算器とを備える。
【解決手段】超音波を送信し、同じ前記超音波振動子で前記超音波エコーを受信する第２のモードのときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、それぞれの位相を整える複数のビームフォーマと、複数の超音波振動子を前記超音波を送信する群と、前記超音波エコーを受信する群とに分けて動作する第１のモードのときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、同じ位相の前記出力どうしを選択して出力するマトリックススイッチと、前記第２のモードのときに、前記ビームフォーマそれぞれにより同位相にグループごとに加算して出力し、前記第１のモードのときに、前記マトリックススイッチの出力を、同じ位相ごとにグループにまとめて加算して出力する複数の加算器とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に接続され、被検体に超音波を送受信する超音波プローブに関し、特に電子回路の性能の制約に制限されることなく、広いダイナミックレンジを確保しながらプローブケーブル内の信号線の本数を低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波２次元（２Ｄ）アレイプローブ等においては、プローブヘッドに電子回路を内蔵し、送信波形の生成、受信エコー（受信信号）の増幅・部分的ビームフォーミングを行うようになってきている。こうした超音波２Ｄアレイプローブを用いた超音波診断装置は、例えば下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
一方、こうした超音波プローブがプローブコネクタを介して接続される超音波診断装置本体では、本体プリアンプ群で受信遅延加算処理が施された超音波エコー信号が増幅される。増幅された超音波エコー信号は、受信遅延加算回路でタイミングが合わされ、信号処理部で検波されてエンベロープが取り出され、画像処理部で座標変換され、画像表示に適した処理が施されて表示部に表示される。これにより、リアルタイムで被観測体内の形態情報が表示される。
【０００４】
従来の超音波２Ｄアレイプローブ及び超音波診断装置の構成について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は一般的な超音波診断装置の構成を示した機能ブロック図である。図１０は従来の超音波２Ｄアレイプローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【０００５】
超音波振動子群１０２は、例えば、Ｎ×Ｍのアレイ状に配列されて成るもので、被観測体Ｏ（例えば心臓）に対して超音波を送受信する。パルサー群１０１は、超音波振動子群１０２に接続されるもので、プローブハンドル内制御回路１００で生成された異なるタイミングに従って超音波振動子群１０２を駆動して、所定の指向性を有する超音波ビームを発生させるためのものである。これにより、パルサー群１０１からの電気信号に従って、超音波振動子群１０２から被観測体Ｏに向けて超音波ビームが照射される。
【０００６】
超音波振動子群１０２から送信された超音波ビームは、被観測体Ｏ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Ｏ内の構造・動き等に対応して反射する。プリアンプ群１０３は、超音波振動子群１０２で受信される微弱な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。チャネル制御回路１０４は、内蔵されるサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１（図１０を参照）により、上述した複数のプリアンプ群１０３からの出力信号を１グループとして遅延時間を与えて、内蔵される加算器１０４２（図１０を参照）により加算して超音波診断装置本体に出力する。これにより、当該超音波プローブ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１１の本数を減少させている。
【０００７】
プローブハンドル内制御回路１００は、上述したパルサー群１０１、プリアンプ群１０３及びチャネル制御回路１０４の動作を制御するためのものである。このプローブハンドル内制御回路１００からの制御信号により、プリアンプ群１０３はバイアス電流等の動作条件を個々に設定できるように構成されている。
【０００８】
プローブハンドル１０とプローブコネクタ１２は、上述したようにプローブケーブル１１により接続されている。プローブコネクタ１２内は、複数の電子回路から成る電子回路群１２１と、プローブコネクタ内制御回路１２０とにより構成されている。上記電子回路群１２１は、必要に応じて増幅、バッファリング、帯域調整等の超音波エコー信号の追加処理を行う。また、プローブコネクタ内制御回路１２０は、上記電子回路群１２１の動作を制御すると共に、後述する超音波診断装置本体２より伝送される制御信号を基にして、プローブハンドル内制御回路１００に伝送する制御信号を生成するものである。
【０００９】
超音波診断装置本体２は、本体プリアンプ群２４０と、本体受信遅延加算回路２４１と、信号処理部２５と、画像処理部２６と、表示部２７と、本体送信遅延回路２２０と、本体パルサー群２２１と、本体制御回路２１と、操作パネル２０とにより構成される。
【００１０】
本体プリアンプ群２４０では、超音波プローブ１にて数チャネルのグループで最初の受信遅延加算処理が施された超音波エコー信号が増幅される。これらの増幅された超音波エコー信号は、本体受信遅延加算回路２４１にてタイミングが合わせられる。そして、上記超音波信号は、信号処理部２５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２６にて被観測体Ｏ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、表示部２７に表示される。これにより、図１１に示されるように、リアルタイムで被観測体内の形態情報が、表示部２７に表示される。
【００１１】
また、本体制御回路２１は、超音波診断装置本体２内の各処理部の動作を制御すると共に、プローブコネクタ１２のプローブコネクタ内制御回路１２０に制御情報を伝送するためのものである。操作パネル２０は、動作モードとして、ビームステアリングが可能な連続波ドプラモードを行う場合等、操作者が情報を入力あるいは選択するための操作を行うための入力手段である。
【００１２】
尚、本体送信遅延回路２２０と本体パルサー群２２１は、超音波プローブが電子回路を内蔵しない場合、すなわち超音波振動子群１０２を超音波診断装置本体２が駆動する通常のプローブを接続する場合に動作させるものであり、通常、超音波診断装置本体２に内蔵されて構成されるが無くともよい。
【００１３】
上述した、超音波診断装置の動作モードとして、血流速度の測定等に用いられる連続波ドプラ（以下「ＳＣＷ」と呼ぶ）モードが知られている。ＳＣＷモードでは、Ｎ×Ｍのアレイ状に配列された超音波振動子群を、図１０に示すように、超音波を送信する領域Ｂと、超音波を受信する領域Ａとに分けて動作し、これにより超音波を連続的に送受信することが可能となる。
【００１４】
ＳＣＷモードでの動作時には、被観測体内の血流に対して中心周波数ｆ０の超音波の送受信が行われると、超音波ビームの周波数は流動する血球により、血流速度に比例するドプラ偏移周波数ｆｄを受けて、ｆ０＋ｆｄの周波数の超音波エコーが受信される。したがって、そのドプラ偏移周波数ｆｄを検出し、時間的な変化を表示することで、図１２に示すようにドプラ画像として血流速度情報を表示することができる。
【００１５】
またその際、検出されたドプラ偏移周波数ｆｄを２次元にマッピングし、適切なカラー変換を行って先の超音波画像に重ね合わせて表示することにより、血流速度情報を含む被観測体内の画像をリアルタイムでカラードプラ画像（図示しない）として表示することができる。
【００１６】
近年、超音波プローブに超音波２Ｄアレイ振動子が用いられるようになり、振動子数が数千に増加し、個々の大きさが極めて小さくなってきている。この場合、超音波診断装置にプローブを直接接続すると、ケーブル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と共に、微小な振動子で受信される超音波エコーを高品位で伝送することが困難である。
【００１７】
このため、超音波２Ｄアレイ等の場合は超音波プローブに、送信回路及び受信回路等の電子回路を実装し、受信された微弱な超音波エコーを効率よく増幅するすると共に、数個単位の振動子毎に部分的な受信ビームフォーミングを行って加算することにより、超音波診断装置に入力する信号線の本数を低減することがしばしば行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００７−１６７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ＳＣＷモードでは、超音波ビーム上に検出される振幅の大きいクラッタ（例えば心臓壁からの反射波）に重畳した極めて微弱なドプラ信号を増幅するために、通常のＢモード画像を得る場合に比べて広いダイナミックレンジが要求される。
【００２０】
しなしながら、超音波プローブに内蔵されたビームフォーマは供給電力の制約などにより、ダイナミックレンジを広くとることができない。これは、十分なダイナミックを確保するためにビームフォーマに高い電力を供給する必要がある反面、電力を高くすることにより発熱を伴うためである。超音波プローブは被検体に接触させて使用されることから、この発熱を抑える必要があり、高い電力を供給できない。
【００２１】
そのため、従来の超音波プローブは、前述したビームフォーマの制約によりＳＣＷの微弱な信号成分を忠実に増幅することができず、ＳＣＷモードで動作する場合は、数個単位の超音波振動子振動子毎に出力信号を加算して超音波診断装置本体に出力することができない。これにより、従来の超音波プローブは、超音波プローブと超音波診断装置本体をつなぐプローブケーブル内の信号線の本数が低減できず、該プローブケーブルを太くせざるを得なかった。
【００２２】
本発明は上記問題を解決するものであり、ＳＣＷモードのように超音波振動子群を、送信を行う領域と受信を行う領域に分けて使用する動作モードにおいても、広いダイナミックレンジを確保し、かつ、数個単位の超音波振動子毎に同じ位相の受信信号を加算して超音波診断装置本体に送信することで、プローブケーブル内の信号線の本数を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、この発明の第１の形態は、超音波を送信し、被検体内で反射される超音波エコーを受信する二次元に配列された複数の超音波振動子を有し、前記複数の超音波振動子を、前記超音波を送信する群と前記超音波エコーを受信する群とに分けて動作する第１のモードと、前記超音波を送信し、同じ前記超音波振動子で前記超音波エコーを受信する第２のモードとで動作する超音波プローブであって、前記第２のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、それぞれの位相をそろえる複数のビームフォーマと、前記第１のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、同じ位相の前記出力同士を選択して出力するマトリックススイッチと、前記第２のモードで動作するときに、前記ビームフォーマそれぞれの出力を、前記ビームフォーマそれぞれにより同じ位相にそろえられたグループごとに加算して出力し、前記第１のモードで動作するときに、前記マトリックススイッチの出力を、同じ位相のグループにまとめて加算して出力する複数の加算器とを備えることを特徴とする超音波プローブである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、プリアンプ群等の電子回路を内蔵した超音波２Ｄアレイプローブを使用する超音波診断装置において、プローブに内蔵される電子回路の性能の制約に制限されることなく広いダイナミックレンジを確保することが可能となり、ＳＣＷモード等における受信性能を確保することが可能となる。
【００２５】
また、ＳＣＷモード等のように広いダイナミックレンジが要求される場合においても、数個単位の振動子毎に受信信号を加算して超音波診断装置本体に送信することが可能となるため、プローブケーブル内の信号線の本数を低減させることが可能となり、従来よりもプローブケーブルを細くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るチャネル制御回路の動作を説明するための図である。
【図３】本発明に係る超音波プローブの動作を示すフローチャートである。
【図４】変形例１に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図５】変形例１に係るチャネル制御回路の動作を説明するための図である。
【図６】変形例２に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図７】変形例２に係るチャネル制御回路の動作を説明するための図である。
【図８】本発明に係るチャネル制御回路の回路構成の例である。
【図９】一般的な超音波診断装置の構成を示した機能ブロック図である。
【図１０】従来の超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図１１】Ｂモードで動作させた場合の超音波断層像の出力例である。
【図１２】ＳＣＷモードで動作させた場合の超音波画像の出力例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る超音波プローブの構成について図１を参照しながら説明する。プローブコネクタ１２から超音波診断装置本体２までの構成は、図９に示した従来の超音波診断装置の構成と同様となっている。ここでは、本願発明の特徴である超音波プローブ１の構成について詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係るチャネル制御回路１０４ａは、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１と加算器１０４２に加え、バイパススイッチ１０４３及びマトリックススイッチ１０４４を更に備えていることを特徴とする。そのため本説明では、従来の超音波プローブと構成の異なるプローブハンドル１０内の構成と、本発明に係る超音波プローブからの送信信号を処理する超音波診断装置本体２内の本体受信遅延加算回路２４１、及び、装置全体の動作を制御する本体制御回路２１に着目して説明する。なお、図１０と同様の添え字が付された構成要素は、図１０で該添え字を付された構成要素と同様の構成を示す。
【００２９】
まず本体制御回路２１は、操作パネル２０から操作者による超音波診断装置が動作するモード（以下「動作モード」と呼ぶ）の指定を受け、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子の動作を決定する。
【００３０】
具体的には、ＳＣＷモードのように、超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信するモード（以下「第１のモード」と呼ぶ）の場合、本体制御回路２１は、超音波振動子群１０２を、超音波を送信する領域Ｂと超音波を受信する領域Ａとに分ける。
【００３１】
また、Ｂモード等のように同じ超音波振動子で超音波の送受信の双方を行うモード（以下「第２のモード」と呼ぶ）の場合、本体制御回路２１は、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子が、それぞれ超音波の送信及び受信を行うように設定する。
【００３２】
本体制御回路２１は、上述した超音波振動子の割当に関する制御を、領域制御信号として超音波プローブ１に送信し指示する。
【００３３】
次に本体制御回路２１は、操作パネル２０から操作者による観測点の設定を受け、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子と該観測点との距離から、各超音波振動子の送信遅延時間及び受信遅延時間を算出する。このとき、第１のモードで動作する場合は、送信遅延時間は超音波を送信する領域Ｂの各超音波振動子に対応し、受信遅延時間は超音波を受信する領域Ａの各超音波振動子に対応することになる。
【００３４】
次に、本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプに受信遅延時間を対応付け、該プリアンプからの出力信号それぞれに対する遅延処理を本体受信遅延加算回路２４１に指示する。例えば、まず本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０のプリアンプ（以下「本体のプリアンプ」と呼ぶ）Ｃｈ１から出力する信号には遅延時間ｔｄ１を、本体のプリアンプＣｈ３から出力される信号には遅延時間ｔｄ３を対応付ける。次に本体制御回路２１は、該対応付けに従いそれぞれに遅延処理を施すように本体受信遅延加算回路２４１に指示する（本体受信遅延加算回路２４１については後述する）。
【００３５】
また、本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０のプリアンプ（例えばプリアンプＣｈ１〜Ｃｈ３）それぞれに、対応付けた遅延時間を持つ信号が入力されるように超音波プローブ１に含まれるマトリックススイッチ１０４４を制御するマトリックススイッチ切替信号を作成する（マトリックススイッチ１０４４については後述する）。
【００３６】
本体制御回路２１は、算出した送信遅延時間及び受信遅延時間と、動作モードと、領域制御信号、及び、マトリックススイッチ切替信号とを、プローブ制御データとして、プローブコネクタ内制御回路１２０を介しプローブハンドル内制御回路１００ａに送信する（プローブハンドル内制御回路１００ａについては後述する）。
【００３７】
本実施形態に係るチャネル制御回路１０４ａは、図１に示すように、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１と、バイパススイッチ１０４３と、マトリックススイッチ１０４４と、加算器１０４２とで構成されている。
【００３８】
サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１は、プリアンプ群１０３に含まれる複数のプリアンプを１グループとして、該グループに含まれるプリアンプからの出力信号の位相差をそろえるように遅延処理を施し出力する遅延回路である。
【００３９】
本実施形態に係る超音波プローブ１では、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の入力側から引き出され、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１をバイパスする信号線（以下「バイパス信号線」と呼ぶ）が設けられている。プリアンプ群１０３からの出力信号は、バイパススイッチ１０４３により、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１とバイパス信号線のいずれかを通過するように切替えられる。
【００４０】
バイパススイッチ１０４３は、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の出力側に設けられ、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の出力側に設けられた第１の接点と、バイパス信号線側に設けられた第２の接点とのいずれかに切替可能に構成されている。
【００４１】
バイパススイッチ１０４３は、切替制御手段１００１により、超音波診断装置が動作するモード（以下「動作モード」と呼ぶ）により切替えられる（切替制御手段１００１については後述する）。このバイパススイッチ１０４３が切替手段に相当する。
【００４２】
具体的には、ＳＣＷモードのように、超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信するモード（以下「第１のモード」と呼ぶ）の場合は第２の接点に切替えられ、プリアンプ群１０３からの出力信号にはサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１による遅延処理は行われない。
【００４３】
また、Ｂモード等のように同じ超音波振動子で超音波の送受信の双方を行うモード（以下「第２のモード」と呼ぶ）の場合は第１の接点に切替えられ、従来通り、プリアンプ群１０３からの出力信号はサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１に入力され遅延処理が施される。
【００４４】
加算器１０４２は、複数のバイパススイッチ１０４３から出力される信号を加算し出力することで、超音波プローブ１からの出力信号線の数を減少させる。加算器１０４２は、例えば、複数の超音波振動子で構成された所定のサブアレイ（例えばサブアレイ１０２ａ１）からプリアンプ群１０３の各プリアンプ及びバイパススイッチ１０４３を介して出力される信号（以下「サブアレイから出力される信号」と呼ぶ場合がある）を加算するように設けられている。
【００４５】
加算器１０４２から出力された信号は、プローブケーブル１１及び電子回路群１２１を介し、本体プリアンプ群２４０に入力される。加算器１０４２と本体プリアンプ群２４０の各プリアンプは１対１で対応しており、所定の加算器１０４２（例えば加算器１０４２ａ１）から出力された信号は、所定のプリアンプ（例えば本体プリアンプ群２４０のプリアンプＣｈ１）に入力される。
【００４６】
マトリックススイッチ１０４４は、バイパススイッチ１０４３と加算器１０４２との間に介在し、バイパススイッチ１０４３から入力された信号を、加算器１０４２に出力する。このときマトリックススイッチ１０４４は、動作モード（第１のモード又は第２のモード）に応じて、バイパススイッチ１０４３から入力された信号ごとに出力する加算器を切替えるように切替制御手段１００１により制御される（切替制御手段１００１については後述する）。
【００４７】
各マトリックススイッチ１０４４間では、入力された信号を転送可能に構成されている。これにより、所定のマトリックススイッチ（例えばマトリックススイッチ１０４４ａ１とする）に入力された信号を、異なるマトリックススイッチ（例えばマトリックススイッチ１０４４ｂ１とする）の出力側に設けられた加算器（例えば加算器１０４２ｂ１とする）に出力することが可能となる。なお、この動作は切替制御手段１００１により制御される。
【００４８】
超音波プローブ１が第２のモードで動作する場合には、マトリックススイッチ１０４４は、バイパススイッチ１０４３から入力された信号を出力側に配置された加算器１０４２に出力するように、切替制御手段１００１に制御される。また、超音波プローブ１が第１のモードで動作する場合には、マトリックススイッチ１０４４は、入力された信号を、その位相ごとに所定の加算器１０４２に出力するように、切替制御手段１００１により制御される。本制御については、切替制御手段１００１の動作と合わせて後述する。
【００４９】
本発明に係るプローブハンドル内制御回路１００ａは、切替制御手段１００１を備えている。プローブハンドル内制御回路１００ａは、本体制御回路２１から受信したプローブ制御データに含まれる送信遅延時間を基に、超音波を送信する超音波振動子（例えば第１のモードの場合は領域Ｂに含まれる超音波振動子）に対応するパルサー群１０１に超音波の送信を指示する。また、プローブハンドル内制御回路１００ａは、本体制御回路２１から受信したプローブ制御データに含まれる動作モード、受信遅延時間、及び、マトリックススイッチ切替信号を切替制御手段１００１に送信し、バイパススイッチ１０４３及びマトリックススイッチ１０４４の切替を指示する。
【００５０】
切替制御手段１００１は、受信した動作モードに応じてバイパススイッチ１０４３を切替える。また、切替制御手段１００１は、受信した各超音波振動子それぞれの受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１及びマトリックススイッチ１０４４を制御する。切替制御手段１００１によるサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１、バイパススイッチ１０４３及びマトリックススイッチ１０４４の制御について、図１及び図２を参照しながら動作モードごとに具体的に説明する。
【００５１】
まず、超音波プローブ１が第２のモード（例えばＢモード）で動作する場合の動作について、図２（ａ）を参照しながら説明する。図２（ａ）は超音波プローブ１が第２のモードで動作する場合におけるチャネル制御回路１０４ａの動作を説明するための図である。
【００５２】
切替制御手段１００１は、第２のモードでの動作する場合、プリアンプ群１０３の各プリアンプからの信号がサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１を通過するようにバイパススイッチ１０４３を第１の接点に切替える。このとき、あわせて切替制御手段１００１は、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１を構成する各サブアレイ受信ビームフォーマに入力される信号の出力元である超音波振動子に対応した受信遅延時間を、サブアレイ受信ビームフォーマそれぞれに送信し遅延処理を指示する。これにより、例えばサブアレイ１０２ａ１のα１列、β１列、及び、γ１列に対応する超音波振動子からの信号の位相が、遅延時間ｔｄ１の信号にそろえられる。
【００５３】
次に、切替制御手段１００１は、受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１から出力されバイパススイッチ１０４３を経てマトリックススイッチ１０４４に入力された信号が、該マトリックススイッチ１０４４の出力側に設けられた加算器１０４２に出力されるように、マトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００５４】
具体的には切替制御手段１００１は、図２（ａ）に示すように、例えば、サブアレイ１０２ａ１のα１列、β１列、及び、γ１列に対応する超音波振動子からの信号を、該サブアレイ１０２ａ１に対応する加算器１０４２ａ１に出力するように、マトリックススイッチ１０４４を制御する。同様に、サブアレイ１０２ａ３のα３列、β３列、及び、γ３列に対応する超音波振動子からの信号は、該サブアレイ１０２ａ３に対応する加算器１０４２ａ３に出力されることになる。
【００５５】
したがって、超音波プローブ１が第２のモードで動作する場合、チャネル制御回路１０４ａは、図１０に示す従来のチャネル制御回路１０４と同じ動作を行う構成となる。
【００５６】
次に、超音波プローブ１が第１のモード（例えばＳＣＷモード）で動作する場合の動作について、図２（ｂ）を参照しながら説明する。図２（ｂ）は超音波プローブ１が第１のモードで動作する場合におけるチャネル制御回路１０４ａの動作を説明するための図である。
【００５７】
切替制御手段１００１は、第１のモードで動作する場合、プリアンプ群１０３の各プリアンプからの信号がバイパス信号線を通過するようにバイパススイッチ１０４３を第２の接点に切替える。これにより、第１のモードで動作する場合、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１はバイパスされ各超音波振動子からの信号に対して遅延処理は実行されないことになる。
【００５８】
次に、切替制御手段１００１は、受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、各超音波振動子からプリアンプ群１０３を経て出力される信号のうち、所定の位相の信号（例えば遅延時間ｔｄ１の信号）が所定の加算器１０４２（例えば加算器１０４２ａ１）に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００５９】
例えば、図２（ｂ）において、サブアレイ１０２ａ１のα１列、サブアレイ１０２ａ２のα２列、及び、サブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子からの信号が同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示しているものとする。同様に、β１列、β２列、及び、β３列に対応する超音波振動子からの信号が同じ位相（遅延時間ｔｄ２）を示し、γ１列、γ２列、及び、γ３列に対応する超音波振動子からの信号が同じ位相（遅延時間ｔｄ３）を示しているものとする。
【００６０】
このとき、切替制御手段１００１は、図２（ｂ）に示すように、同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示すサブアレイ１０２ａ１のα１列、サブアレイ１０２ａ２のα２列、及び、サブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子からの信号が、マトリックススイッチ切替信号により遅延時間ｔｄ１に対応付けられた加算器１０４２ａ１に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。同様に、切替制御手段１００１は、β１列、β２列、及び、β３列に対応する超音波振動子からの信号は遅延時間ｔｄ２に対応付けられた加算器１０４２ａ２に、γ１列、γ２列、及び、γ３列に対応する超音波振動子からの信号は遅延時間ｔｄ３に対応付けられた加算器１０４２ａ３に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００６１】
なお上述では、マトリックススイッチ１０４４は、図１に示すように、所定のサブアレイ（例えばサブアレイ１０２ａ１）から出力される信号を加算する加算器１０４２ごとに設けられているものとして説明したが、複数の加算器１０４２に対して１つのマトリックススイッチ１０４４が設けられていても良い。
【００６２】
加算器１０４２から出力された信号は、プローブケーブル１１及び電子回路群１２１を介し、本体プリアンプ群２４０で増幅される。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、超音波プローブ１内の各加算器１０４２と本体プリアンプ群２４０の各プリアンプは、マトリックススイッチ切替信号により１対１で対応付けられている。これにより、例えば加算器１０４２ａ１から出力された信号は本体のプリアンプＣｈ１に、加算器１０４２ａ３から出力された信号は本体のプリアンプＣｈ３に出力される。
【００６３】
以上により、超音波プローブ１内の各加算器（例えば加算器１０４２ａ１〜１０４２ａ３）と、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプ（例えばプリアンプＣｈ１〜Ｃｈ３）それぞれとが対応付けられる。
【００６４】
本体プリアンプ群２４０で増幅され出力された信号は、本体受信遅延加算回路２４１に入力され遅延処理が施され加算されたうえで信号処理部２５に出力される。このとき本体受信遅延加算回路２４１は、本体制御回路２１からの制御に従い、本体プリアンプ群２４０に含まれるプリアンプそれぞれからから入力された信号それぞれに対し遅延処理を施す（本体制御回路２１については後述する）。
【００６５】
具体的には、マトリックススイッチ切替信号を基にしたマトリックススイッチ１０４４の制御により、本体プリアンプ群２４０に含まれるプリアンプそれぞれから所定の位相の信号が入力されるため、該プリアンプごとに該位相に対応する遅延時間を施す。例えば図２（ｂ）に示すように、本体プリアンプ群２４０のプリアンプＣｈ１には加算器１０４２ａ１からの信号が入力される。そのため、プリアンプＣｈ１からの信号には、サブアレイ１０２ａ１のα１列、サブアレイ１０２ａ２のα２列、及び、サブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子に対する受信遅延時間を基に遅延処理を施すことになる。
【００６６】
（処理）
次に本実施形態に係る超音波プローブ１の第１のモードでの動作について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明に係る超音波プローブの動作を示すフローチャートである。
【００６７】
（ステップＳ１）
まず、本体制御回路２１は、操作パネル２０からの操作者による指定を受け、超音波診断装置の動作モードをＳＣＷモードに変更する。このとき、超音波振動子群１０２を、超音波を受信する領域Ａと超音波を送信する領域Ｂとに分ける領域制御信号もあわせて作成する。
【００６８】
（ステップＳ２）
次に、本体制御回路２１は、操作パネル２０からの操作者による観測点の指定を受け、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子と該観測点との距離から、超音波を送信する領域Ｂの各超音波振動子に対応する送信遅延時間と超音波を受信する領域Ａの各超音波振動子に対応する受信遅延時間を算出する。
【００６９】
（ステップＳ３）
超音波を受信する領域Ａの各超音波振動子に対応する受信遅延時間を算出したら、本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプ（例えばプリアンプＣｈ１〜Ｃｈ３）に受信遅延時間（例えばｔｄ１〜ｔｄ３）を対応付け、本体プリアンプ群２４０のプリアンプそれぞれに、対応付けた遅延時間を持つ信号が入力されるように超音波プローブ１に含まれるマトリックススイッチ１０４４を制御するマトリックススイッチ切替信号を作成する。
【００７０】
（ステップＳ４）
次に、本体制御回路２１は、算出した送信遅延時間及び受信遅延時間と、領域制御信号と、動作モード、及び、マトリックススイッチ切替信号とを、プローブ制御データとして、プローブコネクタ内制御回路１２０を介しプローブハンドル内制御回路１００ａに送信する。プローブハンドル内制御回路１００ａは、本体制御回路２１からプローブ制御データを受信すると、まずプローブ制御データ内の領域制御信号を基に、超音波振動子群１０２を、超音波を受信する領域Ａと超音波を送信する領域Ｂとに分ける。
【００７１】
（ステップＳ５１）
次に、プローブハンドル内制御回路１００ａは、プローブ制御データ内の送信遅延時間を基に送信タイミングパルスを生成し、パルサー群１０１に送信する。
【００７２】
（ステップＳ６１）
パルサー群１０１は、プローブハンドル内制御回路１００ａから受信した送信タイミングパルスを基に、送信パルスを超音波振動子群１０２の各超音波振動子に送信し、送信ビームを生成する。なお、ステップＳ５１及びステップＳ６１に係る処理は、従来技術と同様である。
【００７３】
（ステップＳ５２）
プローブハンドル内制御回路１００ａは、ステップＳ５１及びステップＳ６１に係る処理とあわせて、プローブ制御データ内の動作モードを基に、バイパススイッチ１０４３の切替えを切替制御手段１００１に指示する。切替制御手段１００１は、動作モード（この場合は第１の動作モードとなる）を基にバイパススイッチ１０４３をバイパス信号線側に切替える。
【００７４】
（ステップＳ６２）
また、プローブハンドル内制御回路１００ａは、プローブ制御データ内の受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、マトリックススイッチ１０４４の切替えを切替制御手段１００１に指示する。切替制御手段１００１は、受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、各超音波振動子からプリアンプ群１０３を経て出力される信号のうち、同じ位相を示す信号が所定の加算器１０４２に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を切替える。
【００７５】
（ステップＳ７）
次に、超音波を送信する領域Ｂの各超音波振動子から送信ビームが送信され、その反射波が超音波を受信する領域Ａの対応する超音波振動子で受信される。領域Ａの超音波振動子で受信された超音波エコー信号は、プリアンプ群１０３で増幅され、バイパススイッチ１０４３の切替によりバイパス信号線側を通過し、マトリックススイッチ１０４４に入力される。
【００７６】
このとき図２（ｂ）に示すように、マトリックススイッチ１０４４の切替えにより、同じ位相を示す信号（例えばα１列、α２列、及び、α３列に対応する超音波振動子から出力される信号）が、所定の位相の信号（例えば遅延時間ｔｄ１の信号）に対応付けられた加算器１０４２（例えば加算器１０４２ａ１）に出力され、該加算器１０４２により加算された信号は、電子回路群１２１を介し、マトリックススイッチ切替信号により該加算器に対応付けられた本体のプリアンプ（例えば本体のプリアンプＣｈ１）に出力される。
【００７７】
（ステップＳ８）
本体プリアンプ群２４０は、受信信号を増幅し本体受信遅延加算回路２４１に入力する。このとき、本体制御回路２１は、マトリックススイッチ１０４４の制御に対応して、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプに受信遅延時間を対応させ、本体受信遅延加算回路２４１に遅延処理を指示する。本体受信遅延加算回路２４１は、本体制御回路２１からの指示に従い、各プリアンプからの信号に対し遅延処理を施し、加算したうえで信号処理部２５に出力する。本体受信遅延加算回路２４１から出力された信号は、信号処理部２５で信号処理されたうえで、画像処理部２６にて超音波画像に変換され、表示部２７に表示される。
【００７８】
（ステップＳ９）
その後、操作パネル２０から操作者により観測点の変更が指示された場合（ステップＳ９、Ｙ）、新たに指定された観測点に対し、送信遅延時間及び受信遅延時間を算出しなおし、新たな観測点に対する処理を実行する。観測点の変更に係る指示が無い場合（ステップＳ９、Ｎ）、処理を終了する。
【００７９】
以上、第１の実施形態に係る超音波プローブによれば、プリアンプ群等の電子回路を内蔵した超音波２Ｄアレイプローブを使用する超音波診断装置において、プローブに内蔵される電子回路（サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１）の性能の制約に制限されることなく広いダイナミックレンジを確保することが可能となる。これにより、ＳＣＷモード等のような第１のモード（超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信するモード）においても、受信性能を確保することが可能となる。
【００８０】
また、第１のモードのように広いダイナミックレンジが要求される場合においても、数個単位の振動子毎に受信信号を加算して超音波診断装置本体に送信することが可能となるため、プローブケーブル内の信号線の本数が低減することが可能となり、従来よりもプローブケーブルを細くすることが可能となる。
【００８１】
（変形例１）
次に変形例１に係る超音波プローブの構成について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、変形例１に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路１０４ｂのブロック図である。また図５は、変形例１に係るチャネル制御回路１０４ｂの動作を説明するための図である。なお、変形例１に係る超音波プローブの説明では、第１の実施形態に係る超音波プローブと異なる切替制御手段１００１及びマトリックススイッチ１０４４の第１のモードでの動作に着目して説明する（第２のモードでの動作は第１の実施形態と同様である）。
【００８２】
第１の実施形態に係るマトリックススイッチ１０４４は、同じ位相を示す信号を超音波振動子群１０２の領域Ａに含まれる超音波振動子全てから抽出し、所定の加算器１０４２に出力されるように制御する。そのため、各マトリックススイッチが、超音波振動子群１０２の領域Ａに含まれる超音波振動子全てを参照して信号を抽出する必要があり、各マトリックススイッチの処理が複雑になる。
【００８３】
変形例１に係る超音波プローブにおいては、図４に示すように、超音波振動子群１０２を２以上のサブアレイ（例えばサブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３）で構成されるサブグループ（例えばサブグループ１０２ａ及び１０２ｂ）に分割し、各マトリックススイッチ１０４４が、対応するサブグループに含まれる超音波振動子から同じ位相を示す信号を抽出する。これにより、各マトリックススイッチ１０４４は、サブグループに含まれる超音波振動子のみを参照すればよく、各マトリックススイッチ１０４４の処理を軽減することが可能となる。変形例１に係る超音波プローブについて以下に具体的に説明する。
【００８４】
なお、変形例１に係る超音波プローブに関する説明にあたり、図４及び図５の例では、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３がサブグループ１０２ａに、サブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３がサブグループ１０２ｂに含まれているものとする。また、図５の例では、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のα１列〜α３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のα４列〜α６列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示す信号を出力するものとする。同様に、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のβ１列〜β３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のβ４列〜β６列に対応する超音波振動子が同じ位相を（遅延時間ｔｄ２）示し、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のγ１列〜γ３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のγ４列〜γ６列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ３）を示すものとする。
【００８５】
変形例１に係る切替制御手段１００１は、動作モードが第１のモード（例えばＳＣＷモード）の場合、図５に示すように、同一サブグループ内で所定の同じ位相（例えば遅延時間ｔｄ１）を示す信号（例えば、α１列、α２列、及び、α３列に対応する超音波振動子からの信号）が該サブグループ内の該位相に対応付けられた加算器（例えば加算器１０４２ａ１）に入力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００８６】
このとき、切替制御手段１００１は、異なるサブグループに含まれる加算器１０４２への信号の転送は行わない。具体的には切替制御手段１００１は、図５に示すように、サブグループ１０２ａに含まれる超音波振動子からの信号は、該サブグループ１０２ａに対応付けられた加算器１０４２ａ１〜１０４２ａ３に入力されるように制御する。このとき、サブグループ１０２ａに含まれる超音波振動子からの信号は、サブグループ１０２ｂのような他のサブグループに対応付けられた加算器１０４２ｂ１〜１０４２ｂ３には入力されない。
【００８７】
つまり、遅延時間ｔｄ１の信号が出力される、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のα１列〜α３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のα４列〜α６列に対応する超音波振動子を例に説明すると、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のα１列〜α３列に対応する超音波振動子からの信号は加算器１０４２ａ１に出力され、サブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のα４列〜α６列に対応する超音波振動子からの信号は加算器１０４２ｂ１に入力されることになる。
【００８８】
なお上記では、各サブグループと各加算器の対応付けを切替制御手段１００１が行う例を説明したが、各サブグループと各加算器の対応付けを本体制御回路２１が行っても良い。この場合、本体制御回路２１は、各サブグループと各加算器の対応付けに関する制御情報も含めマトリックススイッチ切替信号として超音波プローブ１に送信する。
【００８９】
以上により、変形例１に係る超音波プローブによれば、各マトリックススイッチ１０４４は、対応付けられたサブグループに含まれる超音波振動子のみを参照すればよく、各マトリックススイッチ１０４４の処理を軽減することが可能となる。
【００９０】
（変形例２）
次に変形例２に係る超音波プローブの構成について、図６を参照しながら説明する。図６は、変形例２に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路１０４ｃのブロック図である。なお、変形例２に係る超音波プローブの説明では、第１の実施形態及び変形例１に係る超音波プローブと異なるプリアンプ群１０３及びバイパススイッチ１０４３の構成と、切替制御手段１００１及びマトリックススイッチ１０４４の第１のモードでの動作に着目して説明する（第２のモードでの動作は第１の実施形態と同様である）。
【００９１】
第１の実施形態及び変形例１に係る超音波プローブでは、チャネル制御回路１０４ａ及び１０４ｂの構成上、超音波を受信する領域Ａの各振動子に設定できる位相の種類は、各加算器に入力される信号線の数や、加算器の数により制限される。例えば図２（ｂ）に示した第１の実施形態に係るチャネル制御回路１０４ａの動作のように、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３に含まれる超音波振動子からの信号が、加算器１０４２ａ１〜１０４２ａ３に入力されるものとして説明する。この場合、設定できる位相の種類は最大で加算器の数である３種類となる。また、各加算器に入力できる信号線の数は最大で９本となるため、同一の位相を示す信号が１０以上存在する場合、設定できる位相の種類は加算器の数未満（３種類未満）となる。
【００９２】
変形例２に係る超音波プローブにおいては、図６に示すように、プリアンプ群１０３の各プリアンプにより一部の信号の位相を１８０度反転させることが可能となる。これにより、例えば信号の波長を２Ｔとして、ｔｄ＋Ｔの遅延をもって出力される信号の位相を反転させることで、ｔｄの遅延をもって出力される信号と加算して出力することが可能となり、上述した設定できる位相の種類に関する制約を緩和することが可能となる。変形例２に係る超音波プローブについて以下に具体的に説明する。
【００９３】
変形例２に係るプリアンプ群１０３を構成する各プリアンプは、切替制御手段１００１からの指示を受けて、入力された信号の位相を１８０度反転させて出力可能に構成されている。プリアンプ群１０３は、位相を反転させない信号を出力する信号線とは異なる信号線（この信号線を「反転信号線」と呼ぶ）を設け、位相を反転させた信号を該反転信号線に出力する。
【００９４】
変形例２に係るバイパススイッチ１０４３は、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の出力側に設けられた第１の接点と、バイパス信号線側に設けられた第２の接点とに加え、前述した反転信号線に設けられた第３の接点とのいずれかに切替可能に構成されている。
【００９５】
ここで図７を参照しながら、変形例２に係る切替制御手段１００１、及び、マトリックススイッチ１０４４の動作について説明する。図７は、変形例２に係るチャネル制御回路１０４ｃの動作を説明するための図である。
【００９６】
なお、変形例２に係る超音波プローブに関する説明にあたり、図６及び図７の例では、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３がサブグループ１０２ａに、サブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３がサブグループ１０２ｂに含まれているものとする。
【００９７】
また、図７の例では、サブアレイ１０２ａ１のα１列及びサブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示す信号を出力し、サブアレイ１０２ａ２のα２’列に対応する超音波振動子が、α１列及びα３列に対応する超音波振動子が出力する信号と１８０度位相が反転した（遅延時間ｔｄ１＋Ｔ）信号を出力するものとする。同様にβ１列及びβ３列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ２）を示す信号を出力し、β２’列に対応する超音波振動子が、β１列及びβ３列に対応する超音波振動子が出力する信号と１８０度位相が反転した（遅延時間ｔｄ２＋Ｔ）信号を出力する（γ１列及びγ３列に対応する超音波振動子からの信号（遅延時間ｔｄ３）と、γ２’列に対応する超音波振動子からの信号（遅延時間ｔｄ３＋Ｔ）の関係も同様である）。
【００９８】
変形例２に係る切替制御手段１００１は、動作モードが第１のモード（例えばＳＣＷモード）の場合、まず、受信したプローブ制御データ内の受信遅延時間を基に、各超音波振動子から出力される信号の位相の種類と、各位相に対応する超音波振動子の数、及び、加算器１０４２の数を基に、位相を１８０度反転させるプリアンプ群１０３のプリアンプを決定する。
【００９９】
例えば図７に示すようにサブグループ１０２ａに含まれるサブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３の場合、位相の種類が６種類に対し、加算器の数が３となり、位相の種類の数が加算器の数を上回る。このとき、本体制御回路２１は、サブアレイ１０２ａ２のα２’列、β２’列及びγ２’列に対応する各超音波振動子からの信号の位相を反転するようにプリアンプ群１０３の各プリアンプを制御し、該プリアンプの出力側に設置されたバイパススイッチ１０４３を第３の接点に切替え、その他のバイパススイッチ１０４３を第２の接点に切替える。
【０１００】
また、切替制御手段１００１は、前述した位相の反転に係る制御を受け、位相を反転した信号も含め、所定の同じ位相を示す信号が所定の加算器に入力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【０１０１】
図７を例に具体的に説明する。例えば図７では、サブアレイ１０２ａ１のα１列及びサブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子からの信号と、位相を反転したサブアレイ１０２ａ２のα２’列に対応する超音波振動子からの信号は同一の位相（遅延時間ｔｄ１）を示しており、該位相に対応付けられた加算器１０４２ａ１に入力されることになる。同様に、β１列及びβ３列に対応する超音波振動子からの信号と、位相を反転したβ２’列に対応する超音波振動子からの信号（遅延時間ｔｄ２）は加算器１０４２ａ２に入力され、γ１列及びγ３列に対応する超音波振動子からの信号と、位相を反転したγ２’列に対応する超音波振動子から信号（遅延時間ｔｄ３）は加算器１０４２ａ３に入力される。
【０１０２】
なお、位相反転に係るプリアンプ群１０３の制御及びバイパススイッチ１０４３の第３の接点又は第２の接点への切替えに係る制御は、本体制御回路２１が制御する構成としても良い。この場合、本体制御回路２１は、バイパススイッチの１０４３の切替に関する制御信号をマトリックススイッチ制御信号に含めて超音波プローブ１に送信する。また、変形例１と同様に、各サブグループと各加算器の対応付けを本体制御回路２１が行っても良い。
【０１０３】
以上により、変形例２に係る超音波プローブによれば、一部の超音波振動子からの信号の位相を反転させることで、位相が１８０度異なる信号を同一の信号として同一の加算器で加算することが可能となる。これにより、図７に示すように、各超音波振動子に対し、第１の実施形態又は変形例１に係る超音波プローブよりも、より細かくかつ柔軟に位相を設定することが可能となる。また、第１の実施形態及び変形例１では、本体受信遅延加算回路２４１により別々の遅延計算（遅延ｔｄ及び遅延ｔｄ＋Ｔ）を行っていた処理を、同一の遅延計算（遅延ｔｄ）により処理することが可能となる。
【０１０４】
なお、上記では第１の動作モードとしてＳＣＷモードを例に説明しているが、ＳＣＷモードに限定されるものではない。超音波振動子群１０２を目的の異なる動作領域に分けて使用するモードについて同様に適用することが可能である。
【０１０５】
また、本説明では、チャネル制御回路１０４ａ〜１０４ｃの構成として、プリアンプ群１０３の出力側にサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１、バイパススイッチ１０４３、及び、マトリックススイッチ１０４４が、この順で設けられた例を説明したが本構成に限定するものではない。
【０１０６】
図８は、本発明に係るチャネル制御回路の回路構成の例である。例えば、図８（ａ）に示すように、バイパススイッチ１０４３が、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の入力側及び出力側の双方に設けられていても良いし、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すようにサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の入力側に設けられていても良い。また、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１とマトリックススイッチ１０４４とを並列に設けても良い。上述したように、各超音波振動子からの信号を動作モードに応じて所定の加算器１０４２に入力できれば、チャネル制御回路１０４ａ〜１０４ｃの回路構成は限定されない。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 超音波プローブ １０ プローブハンドル
１００、１００ａ プローブハンドル内制御回路 １０１ パルサー群
１０２ 超音波振動子群 １０３、１０３ａ プリアンプ群
１０４、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ チャネル制御回路
１０４１ サブアレイ受信ビームフォーマ群 １０４２ 加算器
１０４３ バイパススイッチ １０４４ マトリックススイッチ
１１ プローブケーブル １２ プローブコネクタ
１２０ プローブコネクタ内制御回路 １２１ 電子回路群
２ 超音波診断装置本体 ２０ 操作パネル ２１ 本体制御回路
２２０ 本体送信遅延回路 ２２１ 本体パルサー群
２３ 本体側プローブコネクタ
２４０ 本体プリアンプ群 ２４１ 本体受信遅延加算回路
２５ 信号処理部 ２６ 画像処理部 ２７ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に接続され、被検体に超音波を送受信する超音波プローブに関し、特に電子回路の性能の制約に制限されることなく、広いダイナミックレンジを確保しながらプローブケーブル内の信号線の本数を低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波２次元（２Ｄ）アレイプローブ等においては、プローブヘッドに電子回路を内蔵し、送信波形の生成、受信エコー（受信信号）の増幅・部分的ビームフォーミングを行うようになってきている。こうした超音波２Ｄアレイプローブを用いた超音波診断装置は、例えば下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
一方、こうした超音波プローブがプローブコネクタを介して接続される超音波診断装置本体では、本体プリアンプ群で受信遅延加算処理が施された超音波エコー信号が増幅される。増幅された超音波エコー信号は、受信遅延加算回路でタイミングが合わされ、信号処理部で検波されてエンベロープが取り出され、画像処理部で座標変換され、画像表示に適した処理が施されて表示部に表示される。これにより、リアルタイムで被観測体内の形態情報が表示される。
【０００４】
従来の超音波２Ｄアレイプローブ及び超音波診断装置の構成について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は一般的な超音波診断装置の構成を示した機能ブロック図である。図１０は従来の超音波２Ｄアレイプローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【０００５】
超音波振動子群１０２は、例えば、Ｎ×Ｍのアレイ状に配列されて成るもので、被観測体Ｏ（例えば心臓）に対して超音波を送受信する。パルサー群１０１は、超音波振動子群１０２に接続されるもので、プローブハンドル内制御回路１００で生成された異なるタイミングに従って超音波振動子群１０２を駆動して、所定の指向性を有する超音波ビームを発生させるためのものである。これにより、パルサー群１０１からの電気信号に従って、超音波振動子群１０２から被観測体Ｏに向けて超音波ビームが照射される。
【０００６】
超音波振動子群１０２から送信された超音波ビームは、被観測体Ｏ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Ｏ内の構造・動き等に対応して反射する。プリアンプ群１０３は、超音波振動子群１０２で受信される微弱な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。チャネル制御回路１０４は、内蔵されるサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１（図１０を参照）により、上述した複数のプリアンプ群１０３からの出力信号を１グループとして遅延時間を与えて、内蔵される加算器１０４２（図１０を参照）により加算して超音波診断装置本体に出力する。これにより、当該超音波プローブ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１１の本数を減少させている。
【０００７】
プローブハンドル内制御回路１００は、上述したパルサー群１０１、プリアンプ群１０３及びチャネル制御回路１０４の動作を制御するためのものである。このプローブハンドル内制御回路１００からの制御信号により、プリアンプ群１０３はバイアス電流等の動作条件を個々に設定できるように構成されている。
【０００８】
プローブハンドル１０とプローブコネクタ１２は、上述したようにプローブケーブル１１により接続されている。プローブコネクタ１２内は、複数の電子回路から成る電子回路群１２１と、プローブコネクタ内制御回路１２０とにより構成されている。上記電子回路群１２１は、必要に応じて増幅、バッファリング、帯域調整等の超音波エコー信号の追加処理を行う。また、プローブコネクタ内制御回路１２０は、上記電子回路群１２１の動作を制御すると共に、後述する超音波診断装置本体２より伝送される制御信号を基にして、プローブハンドル内制御回路１００に伝送する制御信号を生成するものである。
【０００９】
超音波診断装置本体２は、本体プリアンプ群２４０と、本体受信遅延加算回路２４１と、信号処理部２５と、画像処理部２６と、表示部２７と、本体送信遅延回路２２０と、本体パルサー群２２１と、本体制御回路２１と、操作パネル２０とにより構成される。
【００１０】
本体プリアンプ群２４０では、超音波プローブ１にて数チャネルのグループで最初の受信遅延加算処理が施された超音波エコー信号が増幅される。これらの増幅された超音波エコー信号は、本体受信遅延加算回路２４１にてタイミングが合わせられる。そして、上記超音波信号は、信号処理部２５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２６にて被観測体Ｏ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、表示部２７に表示される。これにより、図１１に示されるように、リアルタイムで被観測体内の形態情報が、表示部２７に表示される。
【００１１】
また、本体制御回路２１は、超音波診断装置本体２内の各処理部の動作を制御すると共に、プローブコネクタ１２のプローブコネクタ内制御回路１２０に制御情報を伝送するためのものである。操作パネル２０は、動作モードとして、ビームステアリングが可能な連続波ドプラモードを行う場合等、操作者が情報を入力あるいは選択するための操作を行うための入力手段である。
【００１２】
尚、本体送信遅延回路２２０と本体パルサー群２２１は、超音波プローブが電子回路を内蔵しない場合、すなわち超音波振動子群１０２を超音波診断装置本体２が駆動する通常のプローブを接続する場合に動作させるものであり、通常、超音波診断装置本体２に内蔵されて構成されるが無くともよい。
【００１３】
上述した、超音波診断装置の動作モードとして、血流速度の測定等に用いられる連続波ドプラ（以下「ＳＣＷ」と呼ぶ）モードが知られている。ＳＣＷモードでは、Ｎ×Ｍのアレイ状に配列された超音波振動子群を、図１０に示すように、超音波を送信する領域Ｂと、超音波を受信する領域Ａとに分けて動作し、これにより超音波を連続的に送受信することが可能となる。
【００１４】
ＳＣＷモードでの動作時には、被観測体内の血流に対して中心周波数ｆ０の超音波の送受信が行われると、超音波ビームの周波数は流動する血球により、血流速度に比例するドプラ偏移周波数ｆｄを受けて、ｆ０＋ｆｄの周波数の超音波エコーが受信される。したがって、そのドプラ偏移周波数ｆｄを検出し、時間的な変化を表示することで、図１２に示すようにドプラ画像として血流速度情報を表示することができる。
【００１５】
またその際、検出されたドプラ偏移周波数ｆｄを２次元にマッピングし、適切なカラー変換を行って先の超音波画像に重ね合わせて表示することにより、血流速度情報を含む被観測体内の画像をリアルタイムでカラードプラ画像（図示しない）として表示することができる。
【００１６】
近年、超音波プローブに超音波２Ｄアレイ振動子が用いられるようになり、振動子数が数千に増加し、個々の大きさが極めて小さくなってきている。この場合、超音波診断装置にプローブを直接接続すると、ケーブル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と共に、微小な振動子で受信される超音波エコーを高品位で伝送することが困難である。
【００１７】
このため、超音波２Ｄアレイ等の場合は超音波プローブに、送信回路及び受信回路等の電子回路を実装し、受信された微弱な超音波エコーを効率よく増幅するすると共に、数個単位の振動子毎に部分的な受信ビームフォーミングを行って加算することにより、超音波診断装置に入力する信号線の本数を低減することがしばしば行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００７−１６７４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ＳＣＷモードでは、超音波ビーム上に検出される振幅の大きいクラッタ（例えば心臓壁からの反射波）に重畳した極めて微弱なドプラ信号を増幅するために、通常のＢモード画像を得る場合に比べて広いダイナミックレンジが要求される。
【００２０】
しなしながら、超音波プローブに内蔵されたビームフォーマは供給電力の制約などにより、ダイナミックレンジを広くとることができない。これは、十分なダイナミックを確保するためにビームフォーマに高い電力を供給する必要がある反面、電力を高くすることにより発熱を伴うためである。超音波プローブは被検体に接触させて使用されることから、この発熱を抑える必要があり、高い電力を供給できない。
【００２１】
そのため、従来の超音波プローブは、前述したビームフォーマの制約によりＳＣＷの微弱な信号成分を忠実に増幅することができず、ＳＣＷモードで動作する場合は、数個単位の超音波振動子振動子毎に出力信号を加算して超音波診断装置本体に出力することができない。これにより、従来の超音波プローブは、超音波プローブと超音波診断装置本体をつなぐプローブケーブル内の信号線の本数が低減できず、該プローブケーブルを太くせざるを得なかった。
【００２２】
本発明は上記問題を解決するものであり、ＳＣＷモードのように超音波振動子群を、送信を行う領域と受信を行う領域に分けて使用する動作モードにおいても、広いダイナミックレンジを確保し、かつ、数個単位の超音波振動子毎に同じ位相の受信信号を加算して超音波診断装置本体に送信することで、プローブケーブル内の信号線の本数を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、この発明の第１の形態は、超音波を送信し、被検体内で反射される超音波エコーを受信する二次元に配列された複数の超音波振動子を有し、前記複数の超音波振動子を、前記超音波を送信する群と前記超音波エコーを受信する群とに分けて動作する第１のモードと、前記超音波を送信し、同じ前記超音波振動子で前記超音波エコーを受信する第２のモードとで動作する超音波プローブであって、前記第２のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、それぞれの位相をそろえる複数のビームフォーマと、前記第１のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、同じ位相の前記出力同士を選択して出力するマトリックススイッチと、前記第２のモードで動作するときに、前記ビームフォーマそれぞれの出力を、前記ビームフォーマそれぞれにより同じ位相にそろえられたグループごとに加算して出力し、前記第１のモードで動作するときに、前記マトリックススイッチの出力を、同じ位相のグループにまとめて加算して出力する複数の加算器とを備えることを特徴とする超音波プローブである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、プリアンプ群等の電子回路を内蔵した超音波２Ｄアレイプローブを使用する超音波診断装置において、プローブに内蔵される電子回路の性能の制約に制限されることなく広いダイナミックレンジを確保することが可能となり、ＳＣＷモード等における受信性能を確保することが可能となる。
【００２５】
また、ＳＣＷモード等のように広いダイナミックレンジが要求される場合においても、数個単位の振動子毎に受信信号を加算して超音波診断装置本体に送信することが可能となるため、プローブケーブル内の信号線の本数を低減させることが可能となり、従来よりもプローブケーブルを細くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るチャネル制御回路の動作を説明するための図である。
【図３】本発明に係る超音波プローブの動作を示すフローチャートである。
【図４】変形例１に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図５】変形例１に係るチャネル制御回路の動作を説明するための図である。
【図６】変形例２に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図７】変形例２に係るチャネル制御回路の動作を説明するための図である。
【図８】本発明に係るチャネル制御回路の回路構成の例である。
【図９】一般的な超音波診断装置の構成を示した機能ブロック図である。
【図１０】従来の超音波プローブにおけるチャネル制御回路のブロック図である。
【図１１】Ｂモードで動作させた場合の超音波断層像の出力例である。
【図１２】ＳＣＷモードで動作させた場合の超音波画像の出力例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る超音波プローブの構成について図１を参照しながら説明する。プローブコネクタ１２から超音波診断装置本体２までの構成は、図９に示した従来の超音波診断装置の構成と同様となっている。ここでは、本願発明の特徴である超音波プローブ１の構成について詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係るチャネル制御回路１０４ａは、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１と加算器１０４２に加え、バイパススイッチ１０４３及びマトリックススイッチ１０４４を更に備えていることを特徴とする。そのため本説明では、従来の超音波プローブと構成の異なるプローブハンドル１０内の構成と、本発明に係る超音波プローブからの送信信号を処理する超音波診断装置本体２内の本体受信遅延加算回路２４１、及び、装置全体の動作を制御する本体制御回路２１に着目して説明する。なお、図１０と同様の添え字が付された構成要素は、図１０で該添え字を付された構成要素と同様の構成を示す。
【００２９】
まず本体制御回路２１は、操作パネル２０から操作者による超音波診断装置が動作するモード（以下「動作モード」と呼ぶ）の指定を受け、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子の動作を決定する。
【００３０】
具体的には、ＳＣＷモードのように、超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信するモード（以下「第１のモード」と呼ぶ）の場合、本体制御回路２１は、超音波振動子群１０２を、超音波を送信する領域Ｂと超音波を受信する領域Ａとに分ける。
【００３１】
また、Ｂモード等のように同じ超音波振動子で超音波の送受信の双方を行うモード（以下「第２のモード」と呼ぶ）の場合、本体制御回路２１は、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子が、それぞれ超音波の送信及び受信を行うように設定する。
【００３２】
本体制御回路２１は、上述した超音波振動子の割当に関する制御を、領域制御信号として超音波プローブ１に送信し指示する。
【００３３】
次に本体制御回路２１は、操作パネル２０から操作者による観測点の設定を受け、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子と該観測点との距離から、各超音波振動子の送信遅延時間及び受信遅延時間を算出する。このとき、第１のモードで動作する場合は、送信遅延時間は超音波を送信する領域Ｂの各超音波振動子に対応し、受信遅延時間は超音波を受信する領域Ａの各超音波振動子に対応することになる。
【００３４】
次に、本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプに受信遅延時間を対応付け、該プリアンプからの出力信号それぞれに対する遅延処理を本体受信遅延加算回路２４１に指示する。例えば、まず本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０のプリアンプ（以下「本体のプリアンプ」と呼ぶ）Ｃｈ１から出力する信号には遅延時間ｔｄ１を、本体のプリアンプＣｈ３から出力される信号には遅延時間ｔｄ３を対応付ける。次に本体制御回路２１は、該対応付けに従いそれぞれに遅延処理を施すように本体受信遅延加算回路２４１に指示する（本体受信遅延加算回路２４１については後述する）。
【００３５】
また、本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０のプリアンプ（例えばプリアンプＣｈ１〜Ｃｈ３）それぞれに、対応付けた遅延時間を持つ信号が入力されるように超音波プローブ１に含まれるマトリックススイッチ１０４４を制御するマトリックススイッチ切替信号を作成する（マトリックススイッチ１０４４については後述する）。
【００３６】
本体制御回路２１は、算出した送信遅延時間及び受信遅延時間と、動作モードと、領域制御信号、及び、マトリックススイッチ切替信号とを、プローブ制御データとして、プローブコネクタ内制御回路１２０を介しプローブハンドル内制御回路１００ａに送信する（プローブハンドル内制御回路１００ａについては後述する）。
【００３７】
本実施形態に係るチャネル制御回路１０４ａは、図１に示すように、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１と、バイパススイッチ１０４３と、マトリックススイッチ１０４４と、加算器１０４２とで構成されている。
【００３８】
サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１は、プリアンプ群１０３に含まれる複数のプリアンプを１グループとして、該グループに含まれるプリアンプからの出力信号の位相差をそろえるように遅延処理を施し出力する遅延回路である。
【００３９】
本実施形態に係る超音波プローブ１では、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の入力側から引き出され、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１をバイパスする信号線（以下「バイパス信号線」と呼ぶ）が設けられている。プリアンプ群１０３からの出力信号は、バイパススイッチ１０４３により、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１とバイパス信号線のいずれかを通過するように切替えられる。
【００４０】
バイパススイッチ１０４３は、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の出力側に設けられ、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の出力側に設けられた第１の接点と、バイパス信号線側に設けられた第２の接点とのいずれかに切替可能に構成されている。
【００４１】
バイパススイッチ１０４３は、切替制御手段１００１により、超音波診断装置が動作するモード（以下「動作モード」と呼ぶ）により切替えられる（切替制御手段１００１については後述する）。このバイパススイッチ１０４３が切替手段に相当する。
【００４２】
具体的には、ＳＣＷモードのように、超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信するモード（以下「第１のモード」と呼ぶ）の場合は第２の接点に切替えられ、プリアンプ群１０３からの出力信号にはサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１による遅延処理は行われない。
【００４３】
また、Ｂモード等のように同じ超音波振動子で超音波の送受信の双方を行うモード（以下「第２のモード」と呼ぶ）の場合は第１の接点に切替えられ、従来通り、プリアンプ群１０３からの出力信号はサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１に入力され遅延処理が施される。
【００４４】
加算器１０４２は、複数のバイパススイッチ１０４３から出力される信号を加算し出力することで、超音波プローブ１からの出力信号線の数を減少させる。加算器１０４２は、例えば、複数の超音波振動子で構成された所定のサブアレイ（例えばサブアレイ１０２ａ１）からプリアンプ群１０３の各プリアンプ及びバイパススイッチ１０４３を介して出力される信号（以下「サブアレイから出力される信号」と呼ぶ場合がある）を加算するように設けられている。
【００４５】
加算器１０４２から出力された信号は、プローブケーブル１１及び電子回路群１２１を介し、本体プリアンプ群２４０に入力される。加算器１０４２と本体プリアンプ群２４０の各プリアンプは１対１で対応しており、所定の加算器１０４２（例えば加算器１０４２ａ１）から出力された信号は、所定のプリアンプ（例えば本体プリアンプ群２４０のプリアンプＣｈ１）に入力される。
【００４６】
マトリックススイッチ１０４４は、バイパススイッチ１０４３と加算器１０４２との間に介在し、バイパススイッチ１０４３から入力された信号を、加算器１０４２に出力する。このときマトリックススイッチ１０４４は、動作モード（第１のモード又は第２のモード）に応じて、バイパススイッチ１０４３から入力された信号ごとに出力する加算器を切替えるように切替制御手段１００１により制御される（切替制御手段１００１については後述する）。
【００４７】
各マトリックススイッチ１０４４間では、入力された信号を転送可能に構成されている。これにより、所定のマトリックススイッチ（例えばマトリックススイッチ１０４４ａ１とする）に入力された信号を、異なるマトリックススイッチ（例えばマトリックススイッチ１０４４ｂ１とする）の出力側に設けられた加算器（例えば加算器１０４２ｂ１とする）に出力することが可能となる。なお、この動作は切替制御手段１００１により制御される。
【００４８】
超音波プローブ１が第２のモードで動作する場合には、マトリックススイッチ１０４４は、バイパススイッチ１０４３から入力された信号を出力側に配置された加算器１０４２に出力するように、切替制御手段１００１に制御される。また、超音波プローブ１が第１のモードで動作する場合には、マトリックススイッチ１０４４は、入力された信号を、その位相ごとに所定の加算器１０４２に出力するように、切替制御手段１００１により制御される。本制御については、切替制御手段１００１の動作と合わせて後述する。
【００４９】
本発明に係るプローブハンドル内制御回路１００ａは、切替制御手段１００１を備えている。プローブハンドル内制御回路１００ａは、本体制御回路２１から受信したプローブ制御データに含まれる送信遅延時間を基に、超音波を送信する超音波振動子（例えば第１のモードの場合は領域Ｂに含まれる超音波振動子）に対応するパルサー群１０１に超音波の送信を指示する。また、プローブハンドル内制御回路１００ａは、本体制御回路２１から受信したプローブ制御データに含まれる動作モード、受信遅延時間、及び、マトリックススイッチ切替信号を切替制御手段１００１に送信し、バイパススイッチ１０４３及びマトリックススイッチ１０４４の切替を指示する。
【００５０】
切替制御手段１００１は、受信した動作モードに応じてバイパススイッチ１０４３を切替える。また、切替制御手段１００１は、受信した各超音波振動子それぞれの受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１及びマトリックススイッチ１０４４を制御する。切替制御手段１００１によるサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１、バイパススイッチ１０４３及びマトリックススイッチ１０４４の制御について、図１及び図２を参照しながら動作モードごとに具体的に説明する。
【００５１】
まず、超音波プローブ１が第２のモード（例えばＢモード）で動作する場合の動作について、図２（ａ）を参照しながら説明する。図２（ａ）は超音波プローブ１が第２のモードで動作する場合におけるチャネル制御回路１０４ａの動作を説明するための図である。
【００５２】
切替制御手段１００１は、第２のモードでの動作する場合、プリアンプ群１０３の各プリアンプからの信号がサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１を通過するようにバイパススイッチ１０４３を第１の接点に切替える。このとき、あわせて切替制御手段１００１は、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１を構成する各サブアレイ受信ビームフォーマに入力される信号の出力元である超音波振動子に対応した受信遅延時間を、サブアレイ受信ビームフォーマそれぞれに送信し遅延処理を指示する。これにより、例えばサブアレイ１０２ａ１のα１列、β１列、及び、γ１列に対応する超音波振動子からの信号の位相が、遅延時間ｔｄ１の信号にそろえられる。
【００５３】
次に、切替制御手段１００１は、受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１から出力されバイパススイッチ１０４３を経てマトリックススイッチ１０４４に入力された信号が、該マトリックススイッチ１０４４の出力側に設けられた加算器１０４２に出力されるように、マトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００５４】
具体的には切替制御手段１００１は、図２（ａ）に示すように、例えば、サブアレイ１０２ａ１のα１列、β１列、及び、γ１列に対応する超音波振動子からの信号を、該サブアレイ１０２ａ１に対応する加算器１０４２ａ１に出力するように、マトリックススイッチ１０４４を制御する。同様に、サブアレイ１０２ａ３のα３列、β３列、及び、γ３列に対応する超音波振動子からの信号は、該サブアレイ１０２ａ３に対応する加算器１０４２ａ３に出力されることになる。
【００５５】
したがって、超音波プローブ１が第２のモードで動作する場合、チャネル制御回路１０４ａは、図１０に示す従来のチャネル制御回路１０４と同じ動作を行う構成となる。
【００５６】
次に、超音波プローブ１が第１のモード（例えばＳＣＷモード）で動作する場合の動作について、図２（ｂ）を参照しながら説明する。図２（ｂ）は超音波プローブ１が第１のモードで動作する場合におけるチャネル制御回路１０４ａの動作を説明するための図である。
【００５７】
切替制御手段１００１は、第１のモードで動作する場合、プリアンプ群１０３の各プリアンプからの信号がバイパス信号線を通過するようにバイパススイッチ１０４３を第２の接点に切替える。これにより、第１のモードで動作する場合、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１はバイパスされ各超音波振動子からの信号に対して遅延処理は実行されないことになる。
【００５８】
次に、切替制御手段１００１は、受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、各超音波振動子からプリアンプ群１０３を経て出力される信号のうち、所定の位相の信号（例えば遅延時間ｔｄ１の信号）が所定の加算器１０４２（例えば加算器１０４２ａ１）に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００５９】
例えば、図２（ｂ）において、サブアレイ１０２ａ１のα１列、サブアレイ１０２ａ２のα２列、及び、サブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子からの信号が同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示しているものとする。同様に、β１列、β２列、及び、β３列に対応する超音波振動子からの信号が同じ位相（遅延時間ｔｄ２）を示し、γ１列、γ２列、及び、γ３列に対応する超音波振動子からの信号が同じ位相（遅延時間ｔｄ３）を示しているものとする。
【００６０】
このとき、切替制御手段１００１は、図２（ｂ）に示すように、同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示すサブアレイ１０２ａ１のα１列、サブアレイ１０２ａ２のα２列、及び、サブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子からの信号が、マトリックススイッチ切替信号により遅延時間ｔｄ１に対応付けられた加算器１０４２ａ１に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。同様に、切替制御手段１００１は、β１列、β２列、及び、β３列に対応する超音波振動子からの信号は遅延時間ｔｄ２に対応付けられた加算器１０４２ａ２に、γ１列、γ２列、及び、γ３列に対応する超音波振動子からの信号は遅延時間ｔｄ３に対応付けられた加算器１０４２ａ３に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００６１】
なお上述では、マトリックススイッチ１０４４は、図１に示すように、所定のサブアレイ（例えばサブアレイ１０２ａ１）から出力される信号を加算する加算器１０４２ごとに設けられているものとして説明したが、複数の加算器１０４２に対して１つのマトリックススイッチ１０４４が設けられていても良い。
【００６２】
加算器１０４２から出力された信号は、プローブケーブル１１及び電子回路群１２１を介し、本体プリアンプ群２４０で増幅される。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、超音波プローブ１内の各加算器１０４２と本体プリアンプ群２４０の各プリアンプは、マトリックススイッチ切替信号により１対１で対応付けられている。これにより、例えば加算器１０４２ａ１から出力された信号は本体のプリアンプＣｈ１に、加算器１０４２ａ３から出力された信号は本体のプリアンプＣｈ３に出力される。
【００６３】
以上により、超音波プローブ１内の各加算器（例えば加算器１０４２ａ１〜１０４２ａ３）と、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプ（例えばプリアンプＣｈ１〜Ｃｈ３）それぞれとが対応付けられる。
【００６４】
本体プリアンプ群２４０で増幅され出力された信号は、本体受信遅延加算回路２４１に入力され遅延処理が施され加算されたうえで信号処理部２５に出力される。このとき本体受信遅延加算回路２４１は、本体制御回路２１からの制御に従い、本体プリアンプ群２４０に含まれるプリアンプそれぞれからから入力された信号それぞれに対し遅延処理を施す（本体制御回路２１については後述する）。
【００６５】
具体的には、マトリックススイッチ切替信号を基にしたマトリックススイッチ１０４４の制御により、本体プリアンプ群２４０に含まれるプリアンプそれぞれから所定の位相の信号が入力されるため、該プリアンプごとに該位相に対応する遅延時間を施す。例えば図２（ｂ）に示すように、本体プリアンプ群２４０のプリアンプＣｈ１には加算器１０４２ａ１からの信号が入力される。そのため、プリアンプＣｈ１からの信号には、サブアレイ１０２ａ１のα１列、サブアレイ１０２ａ２のα２列、及び、サブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子に対する受信遅延時間を基に遅延処理を施すことになる。
【００６６】
（処理）
次に本実施形態に係る超音波プローブ１の第１のモードでの動作について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明に係る超音波プローブの動作を示すフローチャートである。
【００６７】
（ステップＳ１）
まず、本体制御回路２１は、操作パネル２０からの操作者による指定を受け、超音波診断装置の動作モードをＳＣＷモードに変更する。このとき、超音波振動子群１０２を、超音波を受信する領域Ａと超音波を送信する領域Ｂとに分ける領域制御信号もあわせて作成する。
【００６８】
（ステップＳ２）
次に、本体制御回路２１は、操作パネル２０からの操作者による観測点の指定を受け、超音波振動子群１０２を構成する各超音波振動子と該観測点との距離から、超音波を送信する領域Ｂの各超音波振動子に対応する送信遅延時間と超音波を受信する領域Ａの各超音波振動子に対応する受信遅延時間を算出する。
【００６９】
（ステップＳ３）
超音波を受信する領域Ａの各超音波振動子に対応する受信遅延時間を算出したら、本体制御回路２１は、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプ（例えばプリアンプＣｈ１〜Ｃｈ３）に受信遅延時間（例えばｔｄ１〜ｔｄ３）を対応付け、本体プリアンプ群２４０のプリアンプそれぞれに、対応付けた遅延時間を持つ信号が入力されるように超音波プローブ１に含まれるマトリックススイッチ１０４４を制御するマトリックススイッチ切替信号を作成する。
【００７０】
（ステップＳ４）
次に、本体制御回路２１は、算出した送信遅延時間及び受信遅延時間と、領域制御信号と、動作モード、及び、マトリックススイッチ切替信号とを、プローブ制御データとして、プローブコネクタ内制御回路１２０を介しプローブハンドル内制御回路１００ａに送信する。プローブハンドル内制御回路１００ａは、本体制御回路２１からプローブ制御データを受信すると、まずプローブ制御データ内の領域制御信号を基に、超音波振動子群１０２を、超音波を受信する領域Ａと超音波を送信する領域Ｂとに分ける。
【００７１】
（ステップＳ５１）
次に、プローブハンドル内制御回路１００ａは、プローブ制御データ内の送信遅延時間を基に送信タイミングパルスを生成し、パルサー群１０１に送信する。
【００７２】
（ステップＳ６１）
パルサー群１０１は、プローブハンドル内制御回路１００ａから受信した送信タイミングパルスを基に、送信パルスを超音波振動子群１０２の各超音波振動子に送信し、送信ビームを生成する。なお、ステップＳ５１及びステップＳ６１に係る処理は、従来技術と同様である。
【００７３】
（ステップＳ５２）
プローブハンドル内制御回路１００ａは、ステップＳ５１及びステップＳ６１に係る処理とあわせて、プローブ制御データ内の動作モードを基に、バイパススイッチ１０４３の切替えを切替制御手段１００１に指示する。切替制御手段１００１は、動作モード（この場合は第１の動作モードとなる）を基にバイパススイッチ１０４３をバイパス信号線側に切替える。
【００７４】
（ステップＳ６２）
また、プローブハンドル内制御回路１００ａは、プローブ制御データ内の受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、マトリックススイッチ１０４４の切替えを切替制御手段１００１に指示する。切替制御手段１００１は、受信遅延時間及びマトリックススイッチ切替信号を基に、各超音波振動子からプリアンプ群１０３を経て出力される信号のうち、同じ位相を示す信号が所定の加算器１０４２に出力されるようにマトリックススイッチ１０４４を切替える。
【００７５】
（ステップＳ７）
次に、超音波を送信する領域Ｂの各超音波振動子から送信ビームが送信され、その反射波が超音波を受信する領域Ａの対応する超音波振動子で受信される。領域Ａの超音波振動子で受信された超音波エコー信号は、プリアンプ群１０３で増幅され、バイパススイッチ１０４３の切替によりバイパス信号線側を通過し、マトリックススイッチ１０４４に入力される。
【００７６】
このとき図２（ｂ）に示すように、マトリックススイッチ１０４４の切替えにより、同じ位相を示す信号（例えばα１列、α２列、及び、α３列に対応する超音波振動子から出力される信号）が、所定の位相の信号（例えば遅延時間ｔｄ１の信号）に対応付けられた加算器１０４２（例えば加算器１０４２ａ１）に出力され、該加算器１０４２により加算された信号は、電子回路群１２１を介し、マトリックススイッチ切替信号により該加算器に対応付けられた本体のプリアンプ（例えば本体のプリアンプＣｈ１）に出力される。
【００７７】
（ステップＳ８）
本体プリアンプ群２４０は、受信信号を増幅し本体受信遅延加算回路２４１に入力する。このとき、本体制御回路２１は、マトリックススイッチ１０４４の制御に対応して、本体プリアンプ群２４０の各プリアンプに受信遅延時間を対応させ、本体受信遅延加算回路２４１に遅延処理を指示する。本体受信遅延加算回路２４１は、本体制御回路２１からの指示に従い、各プリアンプからの信号に対し遅延処理を施し、加算したうえで信号処理部２５に出力する。本体受信遅延加算回路２４１から出力された信号は、信号処理部２５で信号処理されたうえで、画像処理部２６にて超音波画像に変換され、表示部２７に表示される。
【００７８】
（ステップＳ９）
その後、操作パネル２０から操作者により観測点の変更が指示された場合（ステップＳ９、Ｙ）、新たに指定された観測点に対し、送信遅延時間及び受信遅延時間を算出しなおし、新たな観測点に対する処理を実行する。観測点の変更に係る指示が無い場合（ステップＳ９、Ｎ）、処理を終了する。
【００７９】
以上、第１の実施形態に係る超音波プローブによれば、プリアンプ群等の電子回路を内蔵した超音波２Ｄアレイプローブを使用する超音波診断装置において、プローブに内蔵される電子回路（サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１）の性能の制約に制限されることなく広いダイナミックレンジを確保することが可能となる。これにより、ＳＣＷモード等のような第１のモード（超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信するモード）においても、受信性能を確保することが可能となる。
【００８０】
また、第１のモードのように広いダイナミックレンジが要求される場合においても、数個単位の振動子毎に受信信号を加算して超音波診断装置本体に送信することが可能となるため、プローブケーブル内の信号線の本数が低減することが可能となり、従来よりもプローブケーブルを細くすることが可能となる。
【００８１】
（変形例１）
次に変形例１に係る超音波プローブの構成について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、変形例１に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路１０４ｂのブロック図である。また図５は、変形例１に係るチャネル制御回路１０４ｂの動作を説明するための図である。なお、変形例１に係る超音波プローブの説明では、第１の実施形態に係る超音波プローブと異なる切替制御手段１００１及びマトリックススイッチ１０４４の第１のモードでの動作に着目して説明する（第２のモードでの動作は第１の実施形態と同様である）。
【００８２】
第１の実施形態に係るマトリックススイッチ１０４４は、同じ位相を示す信号を超音波振動子群１０２の領域Ａに含まれる超音波振動子全てから抽出し、所定の加算器１０４２に出力されるように制御する。そのため、各マトリックススイッチが、超音波振動子群１０２の領域Ａに含まれる超音波振動子全てを参照して信号を抽出する必要があり、各マトリックススイッチの処理が複雑になる。
【００８３】
変形例１に係る超音波プローブにおいては、図４に示すように、超音波振動子群１０２を２以上のサブアレイ（例えばサブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３）で構成されるサブグループ（例えばサブグループ１０２ａ及び１０２ｂ）に分割し、各マトリックススイッチ１０４４が、対応するサブグループに含まれる超音波振動子から同じ位相を示す信号を抽出する。これにより、各マトリックススイッチ１０４４は、サブグループに含まれる超音波振動子のみを参照すればよく、各マトリックススイッチ１０４４の処理を軽減することが可能となる。変形例１に係る超音波プローブについて以下に具体的に説明する。
【００８４】
なお、変形例１に係る超音波プローブに関する説明にあたり、図４及び図５の例では、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３がサブグループ１０２ａに、サブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３がサブグループ１０２ｂに含まれているものとする。また、図５の例では、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のα１列〜α３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のα４列〜α６列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示す信号を出力するものとする。同様に、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のβ１列〜β３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のβ４列〜β６列に対応する超音波振動子が同じ位相を（遅延時間ｔｄ２）示し、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のγ１列〜γ３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のγ４列〜γ６列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ３）を示すものとする。
【００８５】
変形例１に係る切替制御手段１００１は、動作モードが第１のモード（例えばＳＣＷモード）の場合、図５に示すように、同一サブグループ内で所定の同じ位相（例えば遅延時間ｔｄ１）を示す信号（例えば、α１列、α２列、及び、α３列に対応する超音波振動子からの信号）が該サブグループ内の該位相に対応付けられた加算器（例えば加算器１０４２ａ１）に入力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【００８６】
このとき、切替制御手段１００１は、異なるサブグループに含まれる加算器１０４２への信号の転送は行わない。具体的には切替制御手段１００１は、図５に示すように、サブグループ１０２ａに含まれる超音波振動子からの信号は、該サブグループ１０２ａに対応付けられた加算器１０４２ａ１〜１０４２ａ３に入力されるように制御する。このとき、サブグループ１０２ａに含まれる超音波振動子からの信号は、サブグループ１０２ｂのような他のサブグループに対応付けられた加算器１０４２ｂ１〜１０４２ｂ３には入力されない。
【００８７】
つまり、遅延時間ｔｄ１の信号が出力される、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のα１列〜α３列及びサブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のα４列〜α６列に対応する超音波振動子を例に説明すると、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３のα１列〜α３列に対応する超音波振動子からの信号は加算器１０４２ａ１に出力され、サブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３のα４列〜α６列に対応する超音波振動子からの信号は加算器１０４２ｂ１に入力されることになる。
【００８８】
なお上記では、各サブグループと各加算器の対応付けを切替制御手段１００１が行う例を説明したが、各サブグループと各加算器の対応付けを本体制御回路２１が行っても良い。この場合、本体制御回路２１は、各サブグループと各加算器の対応付けに関する制御情報も含めマトリックススイッチ切替信号として超音波プローブ１に送信する。
【００８９】
以上により、変形例１に係る超音波プローブによれば、各マトリックススイッチ１０４４は、対応付けられたサブグループに含まれる超音波振動子のみを参照すればよく、各マトリックススイッチ１０４４の処理を軽減することが可能となる。
【００９０】
（変形例２）
次に変形例２に係る超音波プローブの構成について、図６を参照しながら説明する。図６は、変形例２に係る超音波プローブにおけるチャネル制御回路１０４ｃのブロック図である。なお、変形例２に係る超音波プローブの説明では、第１の実施形態及び変形例１に係る超音波プローブと異なるプリアンプ群１０３及びバイパススイッチ１０４３の構成と、切替制御手段１００１及びマトリックススイッチ１０４４の第１のモードでの動作に着目して説明する（第２のモードでの動作は第１の実施形態と同様である）。
【００９１】
第１の実施形態及び変形例１に係る超音波プローブでは、チャネル制御回路１０４ａ及び１０４ｂの構成上、超音波を受信する領域Ａの各振動子に設定できる位相の種類は、各加算器に入力される信号線の数や、加算器の数により制限される。例えば図２（ｂ）に示した第１の実施形態に係るチャネル制御回路１０４ａの動作のように、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３に含まれる超音波振動子からの信号が、加算器１０４２ａ１〜１０４２ａ３に入力されるものとして説明する。この場合、設定できる位相の種類は最大で加算器の数である３種類となる。また、各加算器に入力できる信号線の数は最大で９本となるため、同一の位相を示す信号が１０以上存在する場合、設定できる位相の種類は加算器の数未満（３種類未満）となる。
【００９２】
変形例２に係る超音波プローブにおいては、図６に示すように、プリアンプ群１０３の各プリアンプにより一部の信号の位相を１８０度反転させることが可能となる。これにより、例えば信号の波長を２Ｔとして、ｔｄ＋Ｔの遅延をもって出力される信号の位相を反転させることで、ｔｄの遅延をもって出力される信号と加算して出力することが可能となり、上述した設定できる位相の種類に関する制約を緩和することが可能となる。変形例２に係る超音波プローブについて以下に具体的に説明する。
【００９３】
変形例２に係るプリアンプ群１０３を構成する各プリアンプは、切替制御手段１００１からの指示を受けて、入力された信号の位相を１８０度反転させて出力可能に構成されている。プリアンプ群１０３は、位相を反転させない信号を出力する信号線とは異なる信号線（この信号線を「反転信号線」と呼ぶ）を設け、位相を反転させた信号を該反転信号線に出力する。
【００９４】
変形例２に係るバイパススイッチ１０４３は、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の出力側に設けられた第１の接点と、バイパス信号線側に設けられた第２の接点とに加え、前述した反転信号線に設けられた第３の接点とのいずれかに切替可能に構成されている。
【００９５】
ここで図７を参照しながら、変形例２に係る切替制御手段１００１、及び、マトリックススイッチ１０４４の動作について説明する。図７は、変形例２に係るチャネル制御回路１０４ｃの動作を説明するための図である。
【００９６】
なお、変形例２に係る超音波プローブに関する説明にあたり、図６及び図７の例では、サブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３がサブグループ１０２ａに、サブアレイ１０２ｂ１〜１０２ｂ３がサブグループ１０２ｂに含まれているものとする。
【００９７】
また、図７の例では、サブアレイ１０２ａ１のα１列及びサブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ１）を示す信号を出力し、サブアレイ１０２ａ２のα２’列に対応する超音波振動子が、α１列及びα３列に対応する超音波振動子が出力する信号と１８０度位相が反転した（遅延時間ｔｄ１＋Ｔ）信号を出力するものとする。同様にβ１列及びβ３列に対応する超音波振動子が同じ位相（遅延時間ｔｄ２）を示す信号を出力し、β２’列に対応する超音波振動子が、β１列及びβ３列に対応する超音波振動子が出力する信号と１８０度位相が反転した（遅延時間ｔｄ２＋Ｔ）信号を出力する（γ１列及びγ３列に対応する超音波振動子からの信号（遅延時間ｔｄ３）と、γ２’列に対応する超音波振動子からの信号（遅延時間ｔｄ３＋Ｔ）の関係も同様である）。
【００９８】
変形例２に係る切替制御手段１００１は、動作モードが第１のモード（例えばＳＣＷモード）の場合、まず、受信したプローブ制御データ内の受信遅延時間を基に、各超音波振動子から出力される信号の位相の種類と、各位相に対応する超音波振動子の数、及び、加算器１０４２の数を基に、位相を１８０度反転させるプリアンプ群１０３のプリアンプを決定する。
【００９９】
例えば図７に示すようにサブグループ１０２ａに含まれるサブアレイ１０２ａ１〜１０２ａ３の場合、位相の種類が６種類に対し、加算器の数が３となり、位相の種類の数が加算器の数を上回る。このとき、本体制御回路２１は、サブアレイ１０２ａ２のα２’列、β２’列及びγ２’列に対応する各超音波振動子からの信号の位相を反転するようにプリアンプ群１０３の各プリアンプを制御し、該プリアンプの出力側に設置されたバイパススイッチ１０４３を第３の接点に切替え、その他のバイパススイッチ１０４３を第２の接点に切替える。
【０１００】
また、切替制御手段１００１は、前述した位相の反転に係る制御を受け、位相を反転した信号も含め、所定の同じ位相を示す信号が所定の加算器に入力されるようにマトリックススイッチ１０４４を制御する。
【０１０１】
図７を例に具体的に説明する。例えば図７では、サブアレイ１０２ａ１のα１列及びサブアレイ１０２ａ３のα３列に対応する超音波振動子からの信号と、位相を反転したサブアレイ１０２ａ２のα２’列に対応する超音波振動子からの信号は同一の位相（遅延時間ｔｄ１）を示しており、該位相に対応付けられた加算器１０４２ａ１に入力されることになる。同様に、β１列及びβ３列に対応する超音波振動子からの信号と、位相を反転したβ２’列に対応する超音波振動子からの信号（遅延時間ｔｄ２）は加算器１０４２ａ２に入力され、γ１列及びγ３列に対応する超音波振動子からの信号と、位相を反転したγ２’列に対応する超音波振動子から信号（遅延時間ｔｄ３）は加算器１０４２ａ３に入力される。
【０１０２】
なお、位相反転に係るプリアンプ群１０３の制御及びバイパススイッチ１０４３の第３の接点又は第２の接点への切替えに係る制御は、本体制御回路２１が制御する構成としても良い。この場合、本体制御回路２１は、バイパススイッチの１０４３の切替に関する制御信号をマトリックススイッチ制御信号に含めて超音波プローブ１に送信する。また、変形例１と同様に、各サブグループと各加算器の対応付けを本体制御回路２１が行っても良い。
【０１０３】
以上により、変形例２に係る超音波プローブによれば、一部の超音波振動子からの信号の位相を反転させることで、位相が１８０度異なる信号を同一の信号として同一の加算器で加算することが可能となる。これにより、図７に示すように、各超音波振動子に対し、第１の実施形態又は変形例１に係る超音波プローブよりも、より細かくかつ柔軟に位相を設定することが可能となる。また、第１の実施形態及び変形例１では、本体受信遅延加算回路２４１により別々の遅延計算（遅延ｔｄ及び遅延ｔｄ＋Ｔ）を行っていた処理を、同一の遅延計算（遅延ｔｄ）により処理することが可能となる。
【０１０４】
なお、上記では第１の動作モードとしてＳＣＷモードを例に説明しているが、ＳＣＷモードに限定されるものではない。超音波振動子群１０２を目的の異なる動作領域に分けて使用するモードについて同様に適用することが可能である。
【０１０５】
また、本説明では、チャネル制御回路１０４ａ〜１０４ｃの構成として、プリアンプ群１０３の出力側にサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１、バイパススイッチ１０４３、及び、マトリックススイッチ１０４４が、この順で設けられた例を説明したが本構成に限定するものではない。
【０１０６】
図８は、本発明に係るチャネル制御回路の回路構成の例である。例えば、図８（ａ）に示すように、バイパススイッチ１０４３が、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の入力側及び出力側の双方に設けられていても良いし、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すようにサブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１の入力側に設けられていても良い。また、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、サブアレイ受信ビームフォーマ群１０４１とマトリックススイッチ１０４４とを並列に設けても良い。上述したように、各超音波振動子からの信号を動作モードに応じて所定の加算器１０４２に入力できれば、チャネル制御回路１０４ａ〜１０４ｃの回路構成は限定されない。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 超音波プローブ １０ プローブハンドル
１００、１００ａ プローブハンドル内制御回路 １０１ パルサー群
１０２ 超音波振動子群 １０３、１０３ａ プリアンプ群
１０４、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ チャネル制御回路
１０４１ サブアレイ受信ビームフォーマ群 １０４２ 加算器
１０４３ バイパススイッチ １０４４ マトリックススイッチ
１１ プローブケーブル １２ プローブコネクタ
１２０ プローブコネクタ内制御回路 １２１ 電子回路群
２ 超音波診断装置本体 ２０ 操作パネル ２１ 本体制御回路
２２０ 本体送信遅延回路 ２２１ 本体パルサー群
２３ 本体側プローブコネクタ
２４０ 本体プリアンプ群 ２４１ 本体受信遅延加算回路
２５ 信号処理部 ２６ 画像処理部 ２７ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信し、被検体内で反射される超音波エコーを受信する二次元に配列された複数の超音波振動子を有し、前記複数の超音波振動子を、前記超音波を送信する群と前記超音波エコーを受信する群とに分けて動作する第１のモードと、前記超音波を送信し、同じ前記超音波振動子で前記超音波エコーを受信する第２のモードとで動作する超音波プローブであって、
前記第２のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、それぞれの位相をそろえる複数のビームフォーマと、
前記第１のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、同じ位相の前記出力同士を選択して出力するマトリックススイッチと、
前記第２のモードで動作するときに、前記ビームフォーマそれぞれの出力を、前記ビームフォーマそれぞれにより同じ位相にそろえられたグループごとに加算して出力し、前記第１のモードで動作するときに、前記マトリックススイッチの出力を、同じ位相のグループにまとめて加算して出力する複数の加算器とを備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
二次元に配列された複数の超音波振動子により構成された超音波振動子群と、前記超音波振動子群を用いて超音波を送信し、被検体内で反射され受信される超音波エコーを前記超音波振動子ごとに増幅するプリアンプと、前記プリアンプが増幅した超音波エコーに遅延処理を施し、前記超音波振動子群に含まれる複数の前記超音波振動子から出力された前記超音波エコーの位相をそろえるビームフォーマ群とを備え、受信した前記超音波エコーを超音波診断装置に出力する超音波プローブであって、更に、
前記複数の超音波振動子を、超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信する第１のモードで動作する場合に、前記ビームフォーマをバイパスした信号を出力し、同じ超音波振動子で超音波の送受信を行う第２のモードで動作する場合に、前記ビームフォーマからの信号を出力する切替手段と、
複数の前記切替手段から出力される信号を同じ位相のグループにまとめて加算して出力する加算器と、
前記切替手段と前記加算器との間に介在し、前記第１のモードで動作する場合に、前記切替手段からの出力が、同じ位相の種類ごとに、異なる前記加算器に入力されるように制御するマトリックススイッチとを備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
前記超音波を受信する複数の超音波振動子を、１以上の前記超音波振動子を含む２以上のサブグループに分け、前記サブグループごとに、前記ビームフォーマ群と、前記切替手段と、前記マトリックススイッチと、前記加算器との組み合わせを配置し、
前記第１のモードで動作する場合に、前記マトリックススイッチが、前記サブグループに含まれる前記切替手段からの出力を、同じ位相の種類ごとに、異なる前記加算器に入力されるように制御することを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
更に一部の前記プリアンプが、前記超音波振動から出力される超音波エコーの位相を反転して出力し、
前記切替手段は、前記第１のモードで動作する場合に、前記ビームフォーマをバイパスした信号及び前記プリアンプが前記超音波エコーの位相を反転した信号のいずれかを出力し、
前記マトリックススイッチは、前記第１のモードで動作する場合に、前記切替手段からの前記ビームフォーマをバイパスした出力及び前記プリアンプが前記超音波エコーの位相を反転した出力を、同じ位相の種類ごとに、異なる前記加算器に入力されるように制御することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の超音波プローブ。
【請求項１】
超音波を送信し、被検体内で反射される超音波エコーを受信する二次元に配列された複数の超音波振動子を有し、前記複数の超音波振動子を、前記超音波を送信する群と前記超音波エコーを受信する群とに分けて動作する第１のモードと、前記超音波を送信し、同じ前記超音波振動子で前記超音波エコーを受信する第２のモードとで動作する超音波プローブであって、
前記第２のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、それぞれの位相をそろえる複数のビームフォーマと、
前記第１のモードで動作するときに、前記超音波エコーを受信した前記超音波振動子それぞれからの出力を受けて、同じ位相の前記出力同士を選択して出力するマトリックススイッチと、
前記第２のモードで動作するときに、前記ビームフォーマそれぞれの出力を、前記ビームフォーマそれぞれにより同じ位相にそろえられたグループごとに加算して出力し、前記第１のモードで動作するときに、前記マトリックススイッチの出力を、同じ位相のグループにまとめて加算して出力する複数の加算器とを備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
二次元に配列された複数の超音波振動子により構成された超音波振動子群と、前記超音波振動子群を用いて超音波を送信し、被検体内で反射され受信される超音波エコーを前記超音波振動子ごとに増幅するプリアンプと、前記プリアンプが増幅した超音波エコーに遅延処理を施し、前記超音波振動子群に含まれる複数の前記超音波振動子から出力された前記超音波エコーの位相をそろえるビームフォーマ群とを備え、受信した前記超音波エコーを超音波診断装置に出力する超音波プローブであって、更に、
前記複数の超音波振動子を、超音波を送信する複数の超音波振動子と超音波を受信する複数の超音波振動子とに分けて超音波を送受信する第１のモードで動作する場合に、前記ビームフォーマをバイパスした信号を出力し、同じ超音波振動子で超音波の送受信を行う第２のモードで動作する場合に、前記ビームフォーマからの信号を出力する切替手段と、
複数の前記切替手段から出力される信号を同じ位相のグループにまとめて加算して出力する加算器と、
前記切替手段と前記加算器との間に介在し、前記第１のモードで動作する場合に、前記切替手段からの出力が、同じ位相の種類ごとに、異なる前記加算器に入力されるように制御するマトリックススイッチとを備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
前記超音波を受信する複数の超音波振動子を、１以上の前記超音波振動子を含む２以上のサブグループに分け、前記サブグループごとに、前記ビームフォーマ群と、前記切替手段と、前記マトリックススイッチと、前記加算器との組み合わせを配置し、
前記第１のモードで動作する場合に、前記マトリックススイッチが、前記サブグループに含まれる前記切替手段からの出力を、同じ位相の種類ごとに、異なる前記加算器に入力されるように制御することを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
更に一部の前記プリアンプが、前記超音波振動から出力される超音波エコーの位相を反転して出力し、
前記切替手段は、前記第１のモードで動作する場合に、前記ビームフォーマをバイパスした信号及び前記プリアンプが前記超音波エコーの位相を反転した信号のいずれかを出力し、
前記マトリックススイッチは、前記第１のモードで動作する場合に、前記切替手段からの前記ビームフォーマをバイパスした出力及び前記プリアンプが前記超音波エコーの位相を反転した出力を、同じ位相の種類ごとに、異なる前記加算器に入力されるように制御することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の超音波プローブ。
【図３】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１２】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１４２９３１（Ｐ２０１１−１４２９３１Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３７１３（Ｐ２０１０−３７１３）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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