超音波撮像方法及び超音波プローブ
【課題】超音波検査のワークフローの改善。
【解決手段】２次元振動子アレイ４１は、被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する。前処理部４２１，４２２は、第１の個数のチャンネル信号を前処理し、第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する。接続切替え部４２３は、第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する。
【解決手段】２次元振動子アレイ４１は、被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する。前処理部４２１，４２２は、第１の個数のチャンネル信号を前処理し、第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する。接続切替え部４２３は、第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波撮像方法及び超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来例に係る超音波診断装置の構成を示す図である。図１に示すように、従来例に係る超音波診断装置は、システム装置１０、ケーブル３０、及び超音波プローブ４０を有している。超音波プローブ４０は、ケーブル３０を介してシステム装置１０に接続されている。システム装置１０は、被検体中の関心領域への超音波パルスの送信と被検体により反射された超音波エコーの受信とのために、超音波プローブ４０内の振動子アレイ４１を制御する。振動子アレイ４１は、例えば、２次元配列である。システム装置１０は、関心領域に関する超音波画像の表示のような後処理のために、リアルタイムで超音波エコーを受信する。
【０００３】
振動子アレイ４１は、複数の振動子を有している。複数の振動子は、超音波パルスを送信するためのチャンネルと超音波エコーを受信するためのチャンネルとに区分されている。２次元撮像データを収集する場合、チャンネル数は、典型的には、６４から２５６までの範囲の数に設定されている。３次元撮像データを収集する場合、チャンネル数は、典型的には、１０００以上が要求されている。リアルタイム撮像のため、超音波プローブ４０は、大量のエコーデータをケーブル３０を介してシステム装置１０に供給している。
【０００４】
超音波診断装置の臨床における有用性を高めるため、４次元撮像の検査時間を縮小することが求められている。他の画像診断装置と比較して、ユーザは、比較的長時間に亘って超音波診断装置を操作することが要求され、被検体は、比較的長時間に亘って拘束されることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，２８０，４３５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８３２，９２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
目的は、超音波検査のワークフローの改善を実現する超音波撮像方法及び超音波プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る超音波プローブは、被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する前処理部と、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来例に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図２】従来例に係る超音波プローブの構成を示す図。
【図３】第１実施形態に係る超音波プローブの構成を示す図。
【図４】第１実施形態に係る超音波プローブの詳細な構成を示す図。
【図５】第２実施形態に係る超音波プローブの詳細な構成を示す図。
【図６】第３実施形態に係る超音波プローブの詳細な構成を示す図。
【図７】本実施形態に係る超音波プローブに含まれる２次元振動子アレイの一例を模式的に示す図。
【図８】本実施形態に係るサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図。
【図９】本実施形態に係る他のサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図。
【図１０】本実施形態に係る他のサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図。
【図１１Ａ】第１実施形態に係る超音波プローブの更なる詳細な構成を示す図。
【図１１Ｂ】第１実施形態に係る超音波プローブの他の更なる詳細な構成を示す図。
【図１２】本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の典型的な流れを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波撮像方法及び超音波プローブを説明する。
【００１０】
本実施形態に係る超音波プローブは、超音波プローブ、処理部、及びケーブルを有している。ケーブルは、超音波プローブと処理部とを接続している。典型的には、本実施形態に係る超音波プローブは、超音波パルスを発生し、発生された超音波パルスを被検体の関心領域に送信する。また、本実施形態に係る超音波プローブは、被検体から反射された超音波エコーを受信する。本実施形態に係る超音波プローブは、典型的には携帯型であるが、携帯型でなくても良い。
【００１１】
本実施形態に係る超音波プローブは、さらに、２次元撮像データ、３次元撮像データ、あるいは４次元撮像データを処理するための少なくとも一つの前処理部を有している。「前処理」部という用語は、２次元振動子アレイに含まれる振動子から前処理部へ直接的に入力された入力信号を処理するための装置又は回路と同義である。換言すれば、前処理部は、２次元振動子に含まれる受信素子に接続される。受信素子と前処理部との間には、前処理部への個々の入力信号と個々のチャンネルとの一対一対応の関係を維持するように、クロスポイントスイッチやマルチプレクサのような他の電子部品は設けられていない。
【００１２】
図２は、従来例に係る超音波プローブの構成を示す図である。図２に示すように、従来例に係る超音波プローブは、２次元振動子アレイ４１、受信部４２、及び送信部４３を有している。２次元振動子アレイ４１は、Ｎ個の振動子を有している。送信部４３は、Ｎ本のチャンネルの超音波パルスを送信するために、２次元振動子アレイ４１にＮ本のチャンネルの駆動信号を発生する送信発振器４３―１を有している。受信部４２は、前処理部４２―１を有している。前処理部４２―１は、具体的には、Ｎ本のチャンネルからの信号に対する低雑音増幅器（ＬＮＡ：low noise amplifier）や電圧利得増幅器（ＶＧＡ：voltage gain amplification）を含む。さらに受信部４２は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ：analog-to-digital converter）４２―２とビームフォーマ４２−３とを含んでいる。Ａ／Ｄ変換器４２―２は、前処理部４２―１からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ビームフォーマ４２―３は、Ａ／Ｄ変換器４２―２からのデジタル信号に基づいて、超音波受信ビームを表現するデジタル信号を生成する。
【００１３】
このように従来に係る超音波プローブにおいては、Ｎ個の振動子の各々について低雑音増幅器や電圧利得増幅器、Ａ／Ｄ変換器が設けられている。
【００１４】
図３は、第１実施形態に係る超音波プローブ１００の構成を示す図である。超音波プローブ１００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０、及び受信部４２０を含んでいる。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０と受信部４２０との両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。
【００１５】
ここで、２次元振動子アレイ４１は、２次元状に配列されたＮ個の振動子を有するとする。超音波パルスの送信に利用される振動子を送信素子と呼び、超音波エコーの受信に利用される振動子を受信素子と呼ぶことにする。一個の振動子を送信素子と受信素子との何れか一方として機能させてもよいし、一個の振動子を送信素子と受信素子との両方として機能させてもよい。送信素子の個数は、受信素子の個数よりも多くても良いし、少なくても良い。また、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同一であってもよい。なお、本実施形態は、２次元振動子アレイ４１のみに限定されず、１次元振動子アレイにも適用可能である。以下、説明を具体的に行うため、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同数であり、Ｎ個であるとする。
【００１６】
図４は、第１実施形態に係る超音波プローブ１００の詳細な構成を示す図である。図４に示すように、超音波プローブ１００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ａを有する。図４の受信部４２０Ａは、図３の受信部４２０の一例である。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０Ａと受信部４２０Ａとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内のＮ個の受信素子で受信され、受信された超音波エコーがＮ個の電気信号に変換されるように接続される。
【００１７】
Ｎ個の受信素子は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ接続されている。すなわち、複数の受信素子と複数の入力チャンネルとは、一対一対応で接続されている。Ｎ本の入力チャンネルは、受信部４２０Ａに接続されている。ここで、超音波エコーの受信に起因して受信素子において発生され、入力チャンネルに供給されるアナログの電気信号をチャンネル信号と呼ぶことにする。
【００１８】
受信部４２０Ａは、２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号に対して既定の一連の信号処理を施す。２次元振動子アレイ４１は、予め設定されたＮ個の受信素子を利用する。Ｎ個の受信素子は、Ｎ個のチャンネル信号をそれぞれ出力する。なお、２次元振動子アレイ４１に含まれる全ての受信素子の個数よりも少ない個数の受信素子が選択的に利用されてもよい。このように受信部４２０Ａは、図４の矢印で示される接続を介して２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。一例として、受信部４２０Ａは、低雑音増幅器４２１と電圧利得増幅器４２２とのような電子部品を含む前処理部を有している。それに加え受信部４２０Ａは、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を含んでいる。
【００１９】
低雑音増幅器４２１は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信したＮ個のチャンネル信号に低雑音増幅を施す。換言すれば、２次元振動子アレイ４１と低雑音増幅器４２１との間にＮ個のチャンネル信号に対するスイッチング（接続切替え）や他の信号処理は行われない。低雑音増幅器４２１は、Ｓ／Ｎ比及び帯域幅を最大化するために、入力インピーダンスを素子インピーダンスに整合させながらチャンネル信号を増幅する。電圧利得増幅器４２２は、Ｎ本の入力チャンネルを介して低雑音増幅器４２１に接続されている。電圧利得増幅器４２２は、低雑音増幅器４２１から出力されたＮ個のチャンネル信号に電圧利得増幅を施す。電圧利得増幅器４２２は、時間や視野深度（depth）に対する信号値の変化を増幅するようにチャンネル信号を増幅する。このようにして、２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号の各々に対して低雑音増幅器４２１と電圧利得増幅器４２２とにより前処理が施される。前処理が施されたチャンネル信号は、マルチプレクサ４２３に供給される。
【００２０】
マルチプレクサ４２３は、Ｎ本の入力チャンネルを介して電圧利得増幅器４２２に接続されている。マルチプレクサ４２３は、マルチプレクサ４２３からの出力チャンネルの個数が入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、マルチプレクサ４２３は、前処理されたＮ個のチャンネル信号に対して多重化を施し、Ｍ個のチャンネル信号を出力する。ここで、マルチプレクサ４２３の出力側のチャンネルを出力チャンネルと呼ぶことにする。出力チャンネル数Ｍは、入力チャンネル数Ｎよりも少ない。上記の接続切替え操作は、チャンネルの削減数と２次元振動子アレイ４１における受信素子の配置との組み合わせに応じて適宜変更可能である。多重化の結果、Ｎ個の受信素子からのオリジナルのチャンネル信号は、Ｍ個のチャンネル信号に統合される。例えば、入力チャンネルと出力チャンネルとの間の接続の組合せは、走査面の位置に応じて設定される。上記の接続切替え操作は、関心のある超音波ビーム方向に沿う信号の忠実度を最適化するために実行される。なお、マルチプレクサ４２３は、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置に適宜置き換えられても良い。接続切替え操作の詳細については後述する。
【００２１】
多重化処理の後、受信部４２０Ａは、超音波プローブ１００においてさらなる信号処理を実行する。具体的には、マルチプレクサ４２３からのＭ個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４においてＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信する。ビームフォーマ４２５は、超音波受信ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施し、超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成する。
【００２２】
上記の説明において受信部４２０Ａは、低雑音増幅器４２１、電圧利得増幅器４２２、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を有するとした。しかしながら、本実施形態を実践するための構成要素の組み合わせはこれに限定されない。また、これら構成要素は、必ずしも超音波プローブ１００に配置されなくてもよい。
【００２３】
図４に示すように、第１実施形態に係る超音波プローブ１００は、さらに送信部４３０Ａを含んでいる。送信部４３０Ａは、送信発振器４３１を有している。送信部４３０Ａから２次元振動子アレイ４１への矢印で示しているように、送信発振器３４１は、２次元振動子アレイ４１における既定のＮ個のチャンネルの送信素子からの超音波パルスの発生を制御している。例えば、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ａにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。なお、送信部４３０Ａは、送信チップに電子機器を配置することにより前処理を施しても良い。例えば、送信チップに低雑音増幅器を配置することにより送信部４３０Ａにおいて低雑音増幅処理が実行されてもよい。
【００２４】
図５は、第２実施形態に係る超音波プローブ２００の詳細な構成を示す図である。図５に示すように、第２実施形態に係る超音波プローブ２００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ｂを有している。図５の受信部４２０Ｂは、図３の受信部４２０の一例である。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０Ａと受信部４２０Ｂとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同一であってもよい。さらに、本実施形態は、２次元振動子アレイ４１のみに限定されず、１次元振動子アレイにも適用可能である。
【００２５】
受信部４２０Ｂは、２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号に対して既定の一連の信号処理を施す。２次元振動子アレイ４１は、予め設定されたＮ個の受信素子を利用する。Ｎ個の受信素子は、Ｎ個のチャンネル信号を出力する。例えば、２次元振動子アレイ４１は、利用可能な受信素子の個数よりも少ない個数の受信素子を選択的に利用する。このように受信部４２０Ｂは、図５の矢印で示される接続を介して２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。一例として、受信部４２０Ｂは、電圧利得増幅器４２２、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を含んでいる。次に電圧利得増幅器４２２は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信したＮ個のチャンネル信号に電圧利得増幅を施す。電圧利得増幅器４２２は、時間や視野深度に対する信号値の変化を増幅するように信号を増幅する。換言すれば、２次元振動子アレイ４１と電圧利得増幅器４２２との間にＮ個のチャンネル信号に対する接続切替えや他の信号処理は行われない。
【００２６】
２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号の各々に対して電圧利得増幅器４２２により前処理が施された後、マルチプレクサ４２３は、マルチプレクサ４２３からの出力チャンネルの個数がマルチプレクサ４２３への入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、マルチプレクサ４２３は、前処理されたチャンネル信号に対して多重化を施す。上記の接続切替え操作は、チャンネルの削減数と２次元振動子アレイ４１における受信素子の配置との組み合わせに応じて適宜変更可能である。受信部４２０Ｂにおける多重化の結果、Ｎ個の受信素子からのオリジナルのチャンネル信号は、Ｍ個のチャンネル信号に統合される。なおＭは、Ｎよりも少ない。上記の接続切替え操作は、関心のある超音波ビーム方向に沿う信号の忠実度を最適化するために実行される。なお、マルチプレクサ４２３は、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置に適宜置き換えられても良い。
【００２７】
多重化処理の後、受信部４２０Ｂは、超音波プローブ２００においてさらなる信号処理を実行する。具体的には、マルチプレクサ４２３からのＭ個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４においてＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信する。ビームフォーマ４２５は、超音波受信ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施し、超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成する。
【００２８】
上記の説明において受信部４２０Ｂは、電圧利得増幅器４２２、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を有するとした。しかしながら、本実施形態を実践するための構成要素の組み合わせはこれに限定されない。例えば、電圧利得増幅器４２２の代わりに低雑音増幅器がもうけられても良い。また、これら構成要素は、必ずしも超音波プローブ２００に配置されなくてもよい。
【００２９】
図５に示すように、第２実施形態に係る超音波プローブ２００は、さらに送信部４３０Ａを含んでいる。送信部４３０Ａは、送信発振器４３１を有している。送信部４３０Ａから２次元振動子アレイ４１への矢印で示しているように、送信発振器３４１は、２次元振動子アレイ４１における既定のＮ個のチャンネルの送信素子からの超音波パルスの発生を制御している。例えば、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ｂにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。なお、送信部４３０Ａは、送信チップに電子機器を配置することにより前処理を施しても良い。例えば、送信チップに低雑音増幅器を配置することにより送信部４３０Ａにおいて低雑音増幅処理が実行されてもよい。
【００３０】
図６は、第３実施形態に係る超音波プローブ３００の詳細な構成を示す図である。図６に示すように、第３実施形態に係る超音波プローブ３００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ｃを有している。図６の受信部４２０Ｃは、図３の受信部４２０の一例である。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３と受信部４２０Ｃとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同一であってもよい。さらに、本実施形態は、２次元振動子アレイ４１のみに限定されず、１次元振動子アレイにも適用可能である。
【００３１】
受信部４２０Ｃは、２次元振動子アレイ４１からの入力信号に対して既定の一連の信号処理を施す。例えば、２次元振動子アレイ４１は、アジマス方向に沿って２４列、エレベーション方向に沿って２４列の振動子を有している。この場合、２次元振動子アレイ４１は、５７６個の受信素子を利用し、同数の５７６個のチャンネル信号を出力する。例えば、２次元振動子アレイ４１は、利用可能な受信素子の個数よりも少ない個数の受信素子を選択的に利用してもよい。このように受信部４２０Ｃは、図６の矢印で示される接続を介して２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。一例として、受信部４２０Ｃは、低雑音増幅器４２１、クロスポイントスイッチ４２６、電圧利得増幅器４２２、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を含んでいる。低雑音増幅器４２１は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信したＮ個のチャンネル信号に低雑音増幅を施す。換言すれば、２次元振動子アレイ４１と低雑音増幅器４２１との間にＮ個のチャンネル信号に対する接続切替えや他の信号処理は行われない。低雑音増幅器４２１は、Ｓ／Ｎ比及び帯域幅を最大化するために、入力インピーダンスを素子インピーダンスに整合させながらチャンネル信号を増幅する。
【００３２】
２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号の各々に対して低雑音増幅器４２１により前処理が施された後、クロスポイントスイッチ４２６は、クロスポイントスイッチ４２６からの出力チャンネルの個数がクロスポイントスイッチ４２６への入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、クロスポイントスイッチ４２６は、前処理されたチャンネル信号のみ接続する。上記の接続切替え操作は、チャンネルの削減数と２次元振動子アレイ４１における受信素子の配置との組み合わせに応じて適宜変更可能である。受信部４２０Ｃにおける接続の結果、５７６個の受信素子からのオリジナルのチャンネル信号は、２４個のチャンネル信号に統合される。この入力信号数と出力信号数との比率は、既定の５７６：２４の比率に従う。上記の接続切替え操作は、関心のある超音波ビーム方向に沿う信号の忠実度を最適化するために実行される。
【００３３】
接続処理の後、受信部４２０Ｃは、超音波プローブ３００においてさらなる信号処理を実行する。具体的には、２４個のチャンネル信号は、電圧利得増幅器４２２に入力される。電圧利得増幅器４２２は、入力された２４個のチャンネル信号に電圧利得増幅処理を施す。電圧利得増幅器４２２は、時間や視野深度に対する信号値の変化を増幅するように信号を増幅する。次に、Ａ／Ｄ変換器４２４は、電圧利得増幅器４２２からの出力信号にＡ／Ｄ変換を施す。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信する。ビームフォーマ４２５は、超音波受信ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施し、超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成する。
【００３４】
上記の説明において受信部４２０Ｃは、低雑音増幅器４２１、クロスポイントスイッチ４２６、電圧利得増幅器４２２、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を有するとした。しかしながら、本実施形態を実践するための構成要素の組み合わせはこれに限定されない。また、これら構成要素は、必ずしも超音波プローブ３００に配置されなくてもよい。
【００３５】
図６に示すように、第３実施形態に係る超音波プローブ３００は、さらに送信部４３０Ａを含んでいる。送信部４３０Ａは、送信発振器４３１を有している。送信部４３０Ａから２次元振動子アレイ４１への矢印で示しているように、送信発振器３４１は、２次元振動子アレイ４１における既定のＮ個のチャンネルの送信素子からの超音波パルスの発生を制御している。例えば、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ｃにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。
【００３６】
次に、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６による接続切替え操作の詳細について説明する。まずは、図７を参照しながら２次元振動子アレイ４１について説明する。図７は、本実施形態に係る超音波プローブに含まれる２次元振動子アレイ４１の一例を模式的に示す図である。２次元振動子アレイ４１には、２次元状に配列された複数の振動子が含まれる。複数の振動子は、複数の振動子縦列と複数の振動子横列とにより電気的に構成される。各振動子縦列は、エレベーション方向に沿って配列された２４個の振動子を含んでいる。各振動子横列は、アジマス方向に沿って配列された２４個の振動子を含んでいる。なお図７においては、各振動子に、１から５７６までの何れかの数字が順番に割り振られている。この番号は、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６への入力チャンネルの番号に対応する。すなわち、振動子と入力チャンネルとは、一対一対応で接続されている。
【００３７】
２次元振動子アレイ４１は、全ての振動子を独立に制御するために電気的に構成される。これにより、２次元振動子アレイ４１は、２次元撮像データや３次元撮像データ、４次元撮像データを提供することができる。一方、サーベイモード（survey mode）と呼ばれる撮像モードが知られている。サーベイモードは、単一の走査面に関する２次元撮像モードである。サーベイモードに係る走査面は、典型的には、走査面の中心線が２次元振動子アレイ４１の中心軸を通るように設定される。サーベイモードは、３次元撮像や４次元撮像を実行する前において、被検体の器官のような関心領域の位置や超音波プローブの被検体への当接位置を決定するために行われる。本実施形態に係る超音波プローブは、サーベイモード、３次元撮像モード、及び４次元撮像モードのいずれにも適用可能である。サーベイモードにおいては、関心領域に関する２次元画像がリアルタイムで発生されディスプレイに表示される。ユーザは、この２次元画像を観察しながら、関心領域や超音波プローブの当接位置を決定する。このようにして、関心領域や超音波プローブの当接位置が決定されると、ユーザは、３次元撮像や４次元撮像を任意のタイミングで開始する。
【００３８】
本実施形態に係る超音波プローブは、サーベイモードにおいて、同一のグループに属する複数の入力チャンネルをマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６により単一の出力チャンネルに統合する。マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６は、低雑音増幅器４２１の後段に設けられる。これにより、超音波検査に関するワークフローを改善することができる。
【００３９】
次に、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６による入力チャンネルと出力チャンネルとの接続切替えについて詳細に説明する。図８は、本実施形態に係るサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図である。図８に係るサーベイモードは、アジマスサーベイモードであるとする。アジマスサーベイモードに係る走査面は、アジマス方向に平行に設定されている。アジマスサーベイモードを実行する場合、走査面に直交する各振動子縦列に含まれる複数の振動子が同一のグループに設定される。すなわち、アジマスサーベイモードを実行する場合、各振動子縦列に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続可能にマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が設けられている。この場合、同一のアジマス番号に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続される。
【００４０】
アジマスサーベイモードの実行中においては、送信部４３０Ａにより、アジマス方向に平行な走査面の位置が決定され、決定された走査面に超音波パルスが送信される。この際、２次元振動子アレイ４１に含まれるＮ個の振動子が送信素子として利用される。超音波パルスが送信されると、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が作動される。マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が作動された場合、同一の振動子縦列に属する２４本の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに電気接続される。受信時においては、例えば、Ｎ個の振動子が受信素子として利用される。これにより、Ｎ個の受信素子は、超音波エコーを受信し、Ｎ個のチャンネル信号を発生する。Ｎ個のチャンネル信号は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ出力される。低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２により前処理されたチャンネル信号は、エレベーション方向に沿って配列された２４本の入力チャンネルを統合する単一の出力チャンネルにまとめて出力される。この結果、図７の５７６本の入力チャンネルは、図８に示すように、２４本の出力チャンネルに削減される。このように、全てのチャンネル信号がマルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６のような接続切替え部に統合される前に前処理に供される。
【００４１】
なお、図示はしないが、２次元振動子アレイ４１の上部には、音響整合層や球面の音響レンズが取り付けられている。音響レンズは、エレベーション方向とアジマス方向との両方向に沿って厚みが変化する凸形状を有している。従って、アジマスサーベイモードにおいても、送信超音波ビームをエレベーション方向に関して集束させることができる。従って、アジマスサーベイモードにより発生される２次元画像の画質は、従来のアジマスサーベイモードにより発生される２次元画像の画質に比して極端に劣化することはない。
【００４２】
本実施形態に係るサーベイモードは、アジマスサーベイモードのみに限定されない。図９は、本実施形態に係る他のサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図である。図９に係るサーベイモードは、エレベーションサーベイモードであるとする。エレベーションサーベイモードに係る走査面は、エレベーション方向に平行に設定されている。エレベーションサーベイモードを実行する場合、走査面に直交する各振動子横列に含まれる複数の振動子が同一のグループに設定される。すなわち、エレベーションサーベイモードを実行する場合、各振動子横列に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続可能にマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が設けられている。この場合、同一のエレベーション番号に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続される。
【００４３】
エレベーションサーベイモードの実行中においては、送信部４３０Ａにより、エレベーション方向に平行な走査面の位置が決定され、決定された走査面に超音波パルスが送信される。この際、２次元振動子アレイ４１に含まれるＮ個の振動子が送信素子として利用される。超音波パルスが送信されると、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が作動される。マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が作動された場合、同一の振動子横列に属する２４本の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに電気接続される。受信時においては、例えば、Ｎ個の振動子が受信素子として利用される。これにより、Ｎ個の受信素子は、超音波エコーを受信し、Ｎ個のチャンネル信号を発生する。Ｎ個のチャンネル信号は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ出力される。低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２により前処理されたチャンネル信号は、アジマス方向に沿う複数の入力チャンネルを統合する単一の出力チャンネルにまとめて出力される。すなわち、図７の５７６本の入力チャンネルは、図９に示すように、２４本の出力チャンネルに削減される。
【００４４】
なお、上述のように、２次元振動子アレイ４１の上部には、球面の音響レンズが取り付けられている。従って、エレベーションサーベイモードにおいても、送信超音波ビームをアジマス方向に関して集束させることができる。従って、エレベーションサーベイモードにより発生される２次元画像の画質は、従来のエレベーションサーベイモードにより発生される２次元画像の画質に比して極端に劣化することはない。
【００４５】
上述の図８及び９においては、１列に配列された複数の入力チャンネルが同一のグループに属するとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。図１０は、本実施形態に係るサーベイモードにおける他の電気接続例を模式的に示す図である。図１０に係るサーベイモードは、サブアレイモードであるとする。サブアレイモードにおいては、Ｎ個の振動子が矩形状のＬ個のサブアレイに区分されている。ここでＬは、Ｎより小さい。図１０の場合、５７６個の振動子が３６個のサブアレイに区分されている。サブアレイモードに係る走査面は、任意の方向に設定可能である。サブアレイに含まれる複数の振動子が同一のグループに設定される。サブアレイモードを実行する場合、各サブアレイに属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続可能にマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が設けられている。この場合、同一のサブアレイに属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続される。
【００４６】
サブアレイモードの実行中においては、送信部４３０Ａにより、任意の位置に走査面が決定され、決定された走査面に超音波パルスが送信される。この際、２次元振動子アレイ４１に含まれるＮ個の振動子が送信素子として利用される。超音波パルスが送信されると、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が作動される。マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が作動された場合、同一のサブアレイに属する１６本の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに電気接続される。受信時においては、例えば、Ｎ個の振動子が受信素子として利用される。これにより、Ｎ個の受信素子は、超音波エコーを受信し、Ｎ個のチャンネル信号を発生する。Ｎ個のチャンネル信号は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ出力される。低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２により前処理されたチャンネル信号は、各サブアレイに属する複数の入力チャンネルを統合する単一の出力チャンネルにまとめて出力される。すなわち、図７の５７６本の入力チャンネルは、図１０に示すように、３６本の出力チャンネルに削減される。サブアレイモードにおいては、アジマスサーベイモードやエレベーションサーベイモードに比して、チャンネルの削減数が少ない。換言すれば、サブアレイモードにおいては、アジマスサーベイモードやエレベーションサーベイモードに比して、各マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が統合する入力チャンネルの数を減少することができる。従って、サブアレイモードにおいては、アジマスサーベイモードやエレベーションサーベイモードに比して、マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６を小規模にすることができる。なおサブアレイモードにおいて、走査面を中心線周りに回転することにより３次元撮像を行うことが可能である。
【００４７】
以上で本実施形態に係る入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続についての説明を終了する。
【００４８】
上述のように本実施形態においては、マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６によりチャンネル数を削減することができる。従って、マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６を設けない場合に比して、受信部４２０における電力の消費量が削減される。本実施形態に係る超音波プローブは、チャンネル数の削減に伴う余剰電力を各チャンネルに関するダイナミックレンジの向上に利用する。以下、ダイナミックレンジの向上を第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて説明する。
【００４９】
図１１Ａ及び１１Ｂは、第１実施形態に係る超音波プローブ１００の更なる詳細な構成を示す図である。図１１Ａに示すように、超音波プローブ１００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ｄを有する。受信部４２０Ｄは、図３の受信部４２０の実施例を示す。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０Ａと受信部４２０Ｄとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。
【００５０】
受信部４２０Ｄにおいて、マルチプレクサ４２３Ａは、出力チャンネルの個数が入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、マルチプレクサ４２３Ａは、Ｎ個の入力チャンネルをＭ個の出力チャンネルに統合する。なおＭは、Ｎよりも少ない。なお、マルチプレクサ４２３Ａは、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置に適宜置き換えられても良い。
【００５１】
マルチプレクサ４２３ＡからのＭ個のチャンネル信号は、１０ビットのＡ／Ｄ変換器４２４ＡにおいてＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。１０ビットのＡ／Ｄ変換器４２４Ａは、比率Ｍ／Ｎに適している。ビームフォーマ４２５は、１０ビットのＡ／Ｄ変換器４２４Ａからのデジタル信号を受信し、超音波ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施す。この超音波プローブ１００において、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ｄにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。
【００５２】
図１１Ａの受信部４２０Ｄと比較して、図１１Ｂの受信部４２０Ｅは、マルチプレクサ４２３ＢとＡ／Ｄ変換器４２４Ｂとを除いて同様の処理を実行する。図１１Ｂに示すように、マルチプレクサ４２３Ｂは、Ｎ個の入力チャンネルをＭ／１６個のチャンネルに統合する。なおＭ／１６は、Ｎよりも少ない。すなわち、マルチプレクサ４２３Ｂは、図１１Ａのマルチプレクサ４２３Ａよりも、チャンネルの削減数が多く、具体的には、チャンネルの削減数が１６倍に増加している。
【００５３】
図１１Ｂに示すように、マルチプレクサ４２３ＢからのＭ／１６個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４ＢにおいてＡ／Ｄ変換される。マルチプレクサ４２３Ｂがマルチプレクサ４２３Ａよりもチャンネル削減数が多いので、Ａ／Ｄ変換器４２４Ｂのビットカウントを、Ａ／Ｄ変換器４２４Ａのビットカウントに比して、大きくすることができる。具体的には、Ａ／Ｄ変換器４２４Ｂのビットカウントは、１２ビットである。１２ビットのＡ／Ｄ変換器４２４Ｂは、比率（Ｍ／１６）／Ｎに適している。このように、チャンネル数が削減されることにより、各チャンネルの高ダイナミックレンジの実現に電力を割り当てることができる。
【００５４】
以上でダイナミックレンジの向上についての説明を終了する。なお、上述のように、ダイナミックレンジの向上を、第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて説明した。しかしながら、上述のダイナミックレンジの向上に関する実施形態は、第２及び第３実施形態についても同様に適用可能である。
【００５５】
次に、本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の流れについて説明する。なお以下の説明を具体的に行うため、第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて本実施形態に係る超音波撮像処理を説明する。
【００５６】
図１２は、本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の典型的な流れを示す図である。なお図１２の処理の流れは、典型的には、受信素子（入力チャンネル）毎に行われる。ステップＳ１００において、２次元振動子アレイ４１における受信素子により超音波エコーが受信される。例えば、２次元振動子アレイ４１は、Ｎ個の受信素子からＮ個のチャンネル信号を出力する。受信部４２０Ａは、２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。
【００５７】
ステップＳ２００において、受信されたＮ個のチャンネル信号は、前処理される。具体的には、ステップＳ２００において、Ｎ個のチャンネル信号は、低雑音増幅器４２１と電圧利得増幅器４２２とに順番に供される。例えば、まず低雑音増幅器４２１は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信されたＮ個のチャンネル信号に低雑音増幅を施す。この際、２次元振動子アレイ４１と低雑音増幅器４２１との間においてＮ個のチャンネル信号に対する接続切替えや他の信号処理は行われない。次に電圧利得増幅器４２２は、低雑音増幅器４２１からのチャンネル信号に電圧利得増幅を施す。なおステップＳ２００における前処理は、低雑音増幅と電圧利得増幅との組み合わせに限定されず、他の前処理がステップＳ２００に組み込まれても良い。前処理によりチャンネル信号の雑音が減少する。
【００５８】
ステップＳ２００において前処理が施された後、ステップＳ３００において、各入力チャンネルについて接続切替え処理（スイッチング処理）が行われるか否かが決定される。ステップＳ３００において接続切替え処理が行われると決定された場合、ステップＳ４００が実行される。一方、ステップＳ３００において接続切替え処理が行われないと決定された場合、ステップＳ４００が実行されず、ステップＳ５００が実行される。
【００５９】
ステップＳ３００において接続切替え処理が行われた場合（ステップＳ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ４００において、マルチプレクサ４２３により同一グループに属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに統合される。マルチプレクサ４２３は、出力チャンネルの本数を入力チャンネルの本数よりも減少させる。このようにして、マルチプレクサ４２３へのＮ個のチャンネル信号は、Ｍ個のチャンネル信号に統合される。なお、マルチプレクサ４２３は、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置により実現されても良い。
【００６０】
ステップＳ４００が行われた場合またはステップＳ３００において接続切替えを行わないと決定された場合（Ｓ３００：ＮＯ）、さらなる信号処理がステップＳ５００において超音波プローブ内または超音波プローブの外部で実行される。例えば、マルチプレクサ４２３からのＭ個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４によりＡ／Ｄ変換され、ビームフォーマ４２５により遅延加算される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信し、超音波ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施す。なおステップＳ５００における後処理は、上記の処理のみに限定されない。
【００６１】
ステップＳ５００の後、ステップＳ６００において超音波撮像処理を終了するか否かが決定される。例えば、ユーザにより撮像終了指示がなされた場合、超音波撮像処理を終了すると決定される。撮像終了指示がなされない場合、超音波撮像処理を継続すると決定される。超音波撮像処理を継続すると決定された場合、ステップＳ１００に進む。このようにして、ステップＳ６００において、超音波撮像処理を終了すると決定されるまで、超音波撮像が繰り返し行われる。そしてステップＳ６００において、超音波撮像処理を終了すると決定された場合、超音波撮像処理が終了される。
【００６２】
以上で本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の流れについての説明を終了する。なお、上述のように、超音波撮像処理を、第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて説明した。しかしながら、上述の超音波撮像処理は、第２及び第３実施形態についても同様に適用可能である。
【００６３】
上記の説明のように、本実施形態に係る超音波プローブは、受信部４２０に接続切替え部４２３または４２６を設けている。より具体的には、ビームフォーマ４２５の前段に接続切替え部４２３または４２６が設けられている。これにより受信部４２０におけるチャンネル数や各種信号処理のための電子部品数を減少させることができる。従って、受信部４２０に要する電力を削減することができたり、受信部４２０から発生する熱量を低減させたりすることができる。また、接続切替え部４２３または４２６の後段のチャンネル数の削減により、単一の走査面を利用するサーベイモードにおけるフレームレートが向上する。より詳細には、本実施形態に係る接続切替え部４２３または４２６は、低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２の後段に設けられている。従って本実施形態に係る超音波プローブは、低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２の前段に接続切替え部４２３または４２６が設けられている場合に比して、接続切替え部４２３または４２６が発生するノイズやインピーダンス変化による感度低下を低減することができる。また、接続切替え部４２３または４２６の後段のチャンネル数の削減に伴い、超音波プローブの製造コストを低減したり、超音波プローブを小型化したりすることができる。また、接続切替え部４２３または４２６の後段のチャンネル数の削減に伴う余剰電力を、ダイナミックレンジの向上やＡ／Ｄ変換の分解能の向上のために割り当てることができ、結果的に画質が向上する。
【００６４】
本実施形態によれば、サーベイモードにおいて画質が改善されることに伴い、超音波検査のワークフローを改善及び効率化することができる。Ｘ線診断装置やＸ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置のような他の画像診断装置と同様に、改善されたワークフローは、出来るだけ速くデータを収集するように被検体を超音波診断装置により検査することができる。これにより、被検体が検査を終えた後、診断画像は、可能な限り早く事後的に画像処理されたり画像解析されたりする。ボリューム撮像（または超音波断層撮影）の登場により、２次元アレイの超音波プローブを利用した１回の超音波走査により、事後的な画像処理や画像解析に必要な全てのデータを収集することができる。診断に必要なボリュームデータを収集するために、サーベイモードが３次元撮像モードや４次元撮像モードの前に実行される。サーベイモードにより、ユーザは、３次元撮像モードや４次元撮像モードにおける超音波プローブの適切な位置やスキャンパラメータの適切な設定値を決定することができる。結果的に、改善されたワークフローは、画像診断装置の有用性を向上させる。また、超音波検査全体の消費電力を削減することができる。
【００６５】
かくして、超音波検査のワークフローの改善を実現する超音波撮像方法及び超音波プローブを提供することが可能となる。
【００６６】
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発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６７】
４１…２次元振動子アレイ、４２０Ａ…受信部、４２１…低雑音増幅器、４２２…電圧利得増幅器、４２３…マルチプレクサ、４２４…Ａ／Ｄ変換器、４２５…ビームフォーマ、４３０Ａ…送信部、４３１…送信発振器
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波撮像方法及び超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来例に係る超音波診断装置の構成を示す図である。図１に示すように、従来例に係る超音波診断装置は、システム装置１０、ケーブル３０、及び超音波プローブ４０を有している。超音波プローブ４０は、ケーブル３０を介してシステム装置１０に接続されている。システム装置１０は、被検体中の関心領域への超音波パルスの送信と被検体により反射された超音波エコーの受信とのために、超音波プローブ４０内の振動子アレイ４１を制御する。振動子アレイ４１は、例えば、２次元配列である。システム装置１０は、関心領域に関する超音波画像の表示のような後処理のために、リアルタイムで超音波エコーを受信する。
【０００３】
振動子アレイ４１は、複数の振動子を有している。複数の振動子は、超音波パルスを送信するためのチャンネルと超音波エコーを受信するためのチャンネルとに区分されている。２次元撮像データを収集する場合、チャンネル数は、典型的には、６４から２５６までの範囲の数に設定されている。３次元撮像データを収集する場合、チャンネル数は、典型的には、１０００以上が要求されている。リアルタイム撮像のため、超音波プローブ４０は、大量のエコーデータをケーブル３０を介してシステム装置１０に供給している。
【０００４】
超音波診断装置の臨床における有用性を高めるため、４次元撮像の検査時間を縮小することが求められている。他の画像診断装置と比較して、ユーザは、比較的長時間に亘って超音波診断装置を操作することが要求され、被検体は、比較的長時間に亘って拘束されることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，２８０，４３５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８３２，９２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
目的は、超音波検査のワークフローの改善を実現する超音波撮像方法及び超音波プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る超音波プローブは、被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する前処理部と、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来例に係る超音波診断装置の構成を示す図。
【図２】従来例に係る超音波プローブの構成を示す図。
【図３】第１実施形態に係る超音波プローブの構成を示す図。
【図４】第１実施形態に係る超音波プローブの詳細な構成を示す図。
【図５】第２実施形態に係る超音波プローブの詳細な構成を示す図。
【図６】第３実施形態に係る超音波プローブの詳細な構成を示す図。
【図７】本実施形態に係る超音波プローブに含まれる２次元振動子アレイの一例を模式的に示す図。
【図８】本実施形態に係るサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図。
【図９】本実施形態に係る他のサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図。
【図１０】本実施形態に係る他のサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図。
【図１１Ａ】第１実施形態に係る超音波プローブの更なる詳細な構成を示す図。
【図１１Ｂ】第１実施形態に係る超音波プローブの他の更なる詳細な構成を示す図。
【図１２】本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の典型的な流れを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波撮像方法及び超音波プローブを説明する。
【００１０】
本実施形態に係る超音波プローブは、超音波プローブ、処理部、及びケーブルを有している。ケーブルは、超音波プローブと処理部とを接続している。典型的には、本実施形態に係る超音波プローブは、超音波パルスを発生し、発生された超音波パルスを被検体の関心領域に送信する。また、本実施形態に係る超音波プローブは、被検体から反射された超音波エコーを受信する。本実施形態に係る超音波プローブは、典型的には携帯型であるが、携帯型でなくても良い。
【００１１】
本実施形態に係る超音波プローブは、さらに、２次元撮像データ、３次元撮像データ、あるいは４次元撮像データを処理するための少なくとも一つの前処理部を有している。「前処理」部という用語は、２次元振動子アレイに含まれる振動子から前処理部へ直接的に入力された入力信号を処理するための装置又は回路と同義である。換言すれば、前処理部は、２次元振動子に含まれる受信素子に接続される。受信素子と前処理部との間には、前処理部への個々の入力信号と個々のチャンネルとの一対一対応の関係を維持するように、クロスポイントスイッチやマルチプレクサのような他の電子部品は設けられていない。
【００１２】
図２は、従来例に係る超音波プローブの構成を示す図である。図２に示すように、従来例に係る超音波プローブは、２次元振動子アレイ４１、受信部４２、及び送信部４３を有している。２次元振動子アレイ４１は、Ｎ個の振動子を有している。送信部４３は、Ｎ本のチャンネルの超音波パルスを送信するために、２次元振動子アレイ４１にＮ本のチャンネルの駆動信号を発生する送信発振器４３―１を有している。受信部４２は、前処理部４２―１を有している。前処理部４２―１は、具体的には、Ｎ本のチャンネルからの信号に対する低雑音増幅器（ＬＮＡ：low noise amplifier）や電圧利得増幅器（ＶＧＡ：voltage gain amplification）を含む。さらに受信部４２は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ：analog-to-digital converter）４２―２とビームフォーマ４２−３とを含んでいる。Ａ／Ｄ変換器４２―２は、前処理部４２―１からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。ビームフォーマ４２―３は、Ａ／Ｄ変換器４２―２からのデジタル信号に基づいて、超音波受信ビームを表現するデジタル信号を生成する。
【００１３】
このように従来に係る超音波プローブにおいては、Ｎ個の振動子の各々について低雑音増幅器や電圧利得増幅器、Ａ／Ｄ変換器が設けられている。
【００１４】
図３は、第１実施形態に係る超音波プローブ１００の構成を示す図である。超音波プローブ１００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０、及び受信部４２０を含んでいる。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０と受信部４２０との両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。
【００１５】
ここで、２次元振動子アレイ４１は、２次元状に配列されたＮ個の振動子を有するとする。超音波パルスの送信に利用される振動子を送信素子と呼び、超音波エコーの受信に利用される振動子を受信素子と呼ぶことにする。一個の振動子を送信素子と受信素子との何れか一方として機能させてもよいし、一個の振動子を送信素子と受信素子との両方として機能させてもよい。送信素子の個数は、受信素子の個数よりも多くても良いし、少なくても良い。また、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同一であってもよい。なお、本実施形態は、２次元振動子アレイ４１のみに限定されず、１次元振動子アレイにも適用可能である。以下、説明を具体的に行うため、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同数であり、Ｎ個であるとする。
【００１６】
図４は、第１実施形態に係る超音波プローブ１００の詳細な構成を示す図である。図４に示すように、超音波プローブ１００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ａを有する。図４の受信部４２０Ａは、図３の受信部４２０の一例である。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０Ａと受信部４２０Ａとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内のＮ個の受信素子で受信され、受信された超音波エコーがＮ個の電気信号に変換されるように接続される。
【００１７】
Ｎ個の受信素子は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ接続されている。すなわち、複数の受信素子と複数の入力チャンネルとは、一対一対応で接続されている。Ｎ本の入力チャンネルは、受信部４２０Ａに接続されている。ここで、超音波エコーの受信に起因して受信素子において発生され、入力チャンネルに供給されるアナログの電気信号をチャンネル信号と呼ぶことにする。
【００１８】
受信部４２０Ａは、２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号に対して既定の一連の信号処理を施す。２次元振動子アレイ４１は、予め設定されたＮ個の受信素子を利用する。Ｎ個の受信素子は、Ｎ個のチャンネル信号をそれぞれ出力する。なお、２次元振動子アレイ４１に含まれる全ての受信素子の個数よりも少ない個数の受信素子が選択的に利用されてもよい。このように受信部４２０Ａは、図４の矢印で示される接続を介して２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。一例として、受信部４２０Ａは、低雑音増幅器４２１と電圧利得増幅器４２２とのような電子部品を含む前処理部を有している。それに加え受信部４２０Ａは、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を含んでいる。
【００１９】
低雑音増幅器４２１は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信したＮ個のチャンネル信号に低雑音増幅を施す。換言すれば、２次元振動子アレイ４１と低雑音増幅器４２１との間にＮ個のチャンネル信号に対するスイッチング（接続切替え）や他の信号処理は行われない。低雑音増幅器４２１は、Ｓ／Ｎ比及び帯域幅を最大化するために、入力インピーダンスを素子インピーダンスに整合させながらチャンネル信号を増幅する。電圧利得増幅器４２２は、Ｎ本の入力チャンネルを介して低雑音増幅器４２１に接続されている。電圧利得増幅器４２２は、低雑音増幅器４２１から出力されたＮ個のチャンネル信号に電圧利得増幅を施す。電圧利得増幅器４２２は、時間や視野深度（depth）に対する信号値の変化を増幅するようにチャンネル信号を増幅する。このようにして、２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号の各々に対して低雑音増幅器４２１と電圧利得増幅器４２２とにより前処理が施される。前処理が施されたチャンネル信号は、マルチプレクサ４２３に供給される。
【００２０】
マルチプレクサ４２３は、Ｎ本の入力チャンネルを介して電圧利得増幅器４２２に接続されている。マルチプレクサ４２３は、マルチプレクサ４２３からの出力チャンネルの個数が入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、マルチプレクサ４２３は、前処理されたＮ個のチャンネル信号に対して多重化を施し、Ｍ個のチャンネル信号を出力する。ここで、マルチプレクサ４２３の出力側のチャンネルを出力チャンネルと呼ぶことにする。出力チャンネル数Ｍは、入力チャンネル数Ｎよりも少ない。上記の接続切替え操作は、チャンネルの削減数と２次元振動子アレイ４１における受信素子の配置との組み合わせに応じて適宜変更可能である。多重化の結果、Ｎ個の受信素子からのオリジナルのチャンネル信号は、Ｍ個のチャンネル信号に統合される。例えば、入力チャンネルと出力チャンネルとの間の接続の組合せは、走査面の位置に応じて設定される。上記の接続切替え操作は、関心のある超音波ビーム方向に沿う信号の忠実度を最適化するために実行される。なお、マルチプレクサ４２３は、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置に適宜置き換えられても良い。接続切替え操作の詳細については後述する。
【００２１】
多重化処理の後、受信部４２０Ａは、超音波プローブ１００においてさらなる信号処理を実行する。具体的には、マルチプレクサ４２３からのＭ個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４においてＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信する。ビームフォーマ４２５は、超音波受信ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施し、超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成する。
【００２２】
上記の説明において受信部４２０Ａは、低雑音増幅器４２１、電圧利得増幅器４２２、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を有するとした。しかしながら、本実施形態を実践するための構成要素の組み合わせはこれに限定されない。また、これら構成要素は、必ずしも超音波プローブ１００に配置されなくてもよい。
【００２３】
図４に示すように、第１実施形態に係る超音波プローブ１００は、さらに送信部４３０Ａを含んでいる。送信部４３０Ａは、送信発振器４３１を有している。送信部４３０Ａから２次元振動子アレイ４１への矢印で示しているように、送信発振器３４１は、２次元振動子アレイ４１における既定のＮ個のチャンネルの送信素子からの超音波パルスの発生を制御している。例えば、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ａにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。なお、送信部４３０Ａは、送信チップに電子機器を配置することにより前処理を施しても良い。例えば、送信チップに低雑音増幅器を配置することにより送信部４３０Ａにおいて低雑音増幅処理が実行されてもよい。
【００２４】
図５は、第２実施形態に係る超音波プローブ２００の詳細な構成を示す図である。図５に示すように、第２実施形態に係る超音波プローブ２００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ｂを有している。図５の受信部４２０Ｂは、図３の受信部４２０の一例である。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０Ａと受信部４２０Ｂとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同一であってもよい。さらに、本実施形態は、２次元振動子アレイ４１のみに限定されず、１次元振動子アレイにも適用可能である。
【００２５】
受信部４２０Ｂは、２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号に対して既定の一連の信号処理を施す。２次元振動子アレイ４１は、予め設定されたＮ個の受信素子を利用する。Ｎ個の受信素子は、Ｎ個のチャンネル信号を出力する。例えば、２次元振動子アレイ４１は、利用可能な受信素子の個数よりも少ない個数の受信素子を選択的に利用する。このように受信部４２０Ｂは、図５の矢印で示される接続を介して２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。一例として、受信部４２０Ｂは、電圧利得増幅器４２２、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を含んでいる。次に電圧利得増幅器４２２は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信したＮ個のチャンネル信号に電圧利得増幅を施す。電圧利得増幅器４２２は、時間や視野深度に対する信号値の変化を増幅するように信号を増幅する。換言すれば、２次元振動子アレイ４１と電圧利得増幅器４２２との間にＮ個のチャンネル信号に対する接続切替えや他の信号処理は行われない。
【００２６】
２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号の各々に対して電圧利得増幅器４２２により前処理が施された後、マルチプレクサ４２３は、マルチプレクサ４２３からの出力チャンネルの個数がマルチプレクサ４２３への入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、マルチプレクサ４２３は、前処理されたチャンネル信号に対して多重化を施す。上記の接続切替え操作は、チャンネルの削減数と２次元振動子アレイ４１における受信素子の配置との組み合わせに応じて適宜変更可能である。受信部４２０Ｂにおける多重化の結果、Ｎ個の受信素子からのオリジナルのチャンネル信号は、Ｍ個のチャンネル信号に統合される。なおＭは、Ｎよりも少ない。上記の接続切替え操作は、関心のある超音波ビーム方向に沿う信号の忠実度を最適化するために実行される。なお、マルチプレクサ４２３は、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置に適宜置き換えられても良い。
【００２７】
多重化処理の後、受信部４２０Ｂは、超音波プローブ２００においてさらなる信号処理を実行する。具体的には、マルチプレクサ４２３からのＭ個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４においてＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信する。ビームフォーマ４２５は、超音波受信ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施し、超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成する。
【００２８】
上記の説明において受信部４２０Ｂは、電圧利得増幅器４２２、マルチプレクサ４２３、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を有するとした。しかしながら、本実施形態を実践するための構成要素の組み合わせはこれに限定されない。例えば、電圧利得増幅器４２２の代わりに低雑音増幅器がもうけられても良い。また、これら構成要素は、必ずしも超音波プローブ２００に配置されなくてもよい。
【００２９】
図５に示すように、第２実施形態に係る超音波プローブ２００は、さらに送信部４３０Ａを含んでいる。送信部４３０Ａは、送信発振器４３１を有している。送信部４３０Ａから２次元振動子アレイ４１への矢印で示しているように、送信発振器３４１は、２次元振動子アレイ４１における既定のＮ個のチャンネルの送信素子からの超音波パルスの発生を制御している。例えば、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ｂにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。なお、送信部４３０Ａは、送信チップに電子機器を配置することにより前処理を施しても良い。例えば、送信チップに低雑音増幅器を配置することにより送信部４３０Ａにおいて低雑音増幅処理が実行されてもよい。
【００３０】
図６は、第３実施形態に係る超音波プローブ３００の詳細な構成を示す図である。図６に示すように、第３実施形態に係る超音波プローブ３００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ｃを有している。図６の受信部４２０Ｃは、図３の受信部４２０の一例である。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３と受信部４２０Ｃとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、送信素子の個数と受信素子の個数とは、同一であってもよい。さらに、本実施形態は、２次元振動子アレイ４１のみに限定されず、１次元振動子アレイにも適用可能である。
【００３１】
受信部４２０Ｃは、２次元振動子アレイ４１からの入力信号に対して既定の一連の信号処理を施す。例えば、２次元振動子アレイ４１は、アジマス方向に沿って２４列、エレベーション方向に沿って２４列の振動子を有している。この場合、２次元振動子アレイ４１は、５７６個の受信素子を利用し、同数の５７６個のチャンネル信号を出力する。例えば、２次元振動子アレイ４１は、利用可能な受信素子の個数よりも少ない個数の受信素子を選択的に利用してもよい。このように受信部４２０Ｃは、図６の矢印で示される接続を介して２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。一例として、受信部４２０Ｃは、低雑音増幅器４２１、クロスポイントスイッチ４２６、電圧利得増幅器４２２、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を含んでいる。低雑音増幅器４２１は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信したＮ個のチャンネル信号に低雑音増幅を施す。換言すれば、２次元振動子アレイ４１と低雑音増幅器４２１との間にＮ個のチャンネル信号に対する接続切替えや他の信号処理は行われない。低雑音増幅器４２１は、Ｓ／Ｎ比及び帯域幅を最大化するために、入力インピーダンスを素子インピーダンスに整合させながらチャンネル信号を増幅する。
【００３２】
２次元振動子アレイ４１からのチャンネル信号の各々に対して低雑音増幅器４２１により前処理が施された後、クロスポイントスイッチ４２６は、クロスポイントスイッチ４２６からの出力チャンネルの個数がクロスポイントスイッチ４２６への入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、クロスポイントスイッチ４２６は、前処理されたチャンネル信号のみ接続する。上記の接続切替え操作は、チャンネルの削減数と２次元振動子アレイ４１における受信素子の配置との組み合わせに応じて適宜変更可能である。受信部４２０Ｃにおける接続の結果、５７６個の受信素子からのオリジナルのチャンネル信号は、２４個のチャンネル信号に統合される。この入力信号数と出力信号数との比率は、既定の５７６：２４の比率に従う。上記の接続切替え操作は、関心のある超音波ビーム方向に沿う信号の忠実度を最適化するために実行される。
【００３３】
接続処理の後、受信部４２０Ｃは、超音波プローブ３００においてさらなる信号処理を実行する。具体的には、２４個のチャンネル信号は、電圧利得増幅器４２２に入力される。電圧利得増幅器４２２は、入力された２４個のチャンネル信号に電圧利得増幅処理を施す。電圧利得増幅器４２２は、時間や視野深度に対する信号値の変化を増幅するように信号を増幅する。次に、Ａ／Ｄ変換器４２４は、電圧利得増幅器４２２からの出力信号にＡ／Ｄ変換を施す。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信する。ビームフォーマ４２５は、超音波受信ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施し、超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成する。
【００３４】
上記の説明において受信部４２０Ｃは、低雑音増幅器４２１、クロスポイントスイッチ４２６、電圧利得増幅器４２２、Ａ／Ｄ変換器４２４、及びビームフォーマ４２５を有するとした。しかしながら、本実施形態を実践するための構成要素の組み合わせはこれに限定されない。また、これら構成要素は、必ずしも超音波プローブ３００に配置されなくてもよい。
【００３５】
図６に示すように、第３実施形態に係る超音波プローブ３００は、さらに送信部４３０Ａを含んでいる。送信部４３０Ａは、送信発振器４３１を有している。送信部４３０Ａから２次元振動子アレイ４１への矢印で示しているように、送信発振器３４１は、２次元振動子アレイ４１における既定のＮ個のチャンネルの送信素子からの超音波パルスの発生を制御している。例えば、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ｃにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。
【００３６】
次に、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６による接続切替え操作の詳細について説明する。まずは、図７を参照しながら２次元振動子アレイ４１について説明する。図７は、本実施形態に係る超音波プローブに含まれる２次元振動子アレイ４１の一例を模式的に示す図である。２次元振動子アレイ４１には、２次元状に配列された複数の振動子が含まれる。複数の振動子は、複数の振動子縦列と複数の振動子横列とにより電気的に構成される。各振動子縦列は、エレベーション方向に沿って配列された２４個の振動子を含んでいる。各振動子横列は、アジマス方向に沿って配列された２４個の振動子を含んでいる。なお図７においては、各振動子に、１から５７６までの何れかの数字が順番に割り振られている。この番号は、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６への入力チャンネルの番号に対応する。すなわち、振動子と入力チャンネルとは、一対一対応で接続されている。
【００３７】
２次元振動子アレイ４１は、全ての振動子を独立に制御するために電気的に構成される。これにより、２次元振動子アレイ４１は、２次元撮像データや３次元撮像データ、４次元撮像データを提供することができる。一方、サーベイモード（survey mode）と呼ばれる撮像モードが知られている。サーベイモードは、単一の走査面に関する２次元撮像モードである。サーベイモードに係る走査面は、典型的には、走査面の中心線が２次元振動子アレイ４１の中心軸を通るように設定される。サーベイモードは、３次元撮像や４次元撮像を実行する前において、被検体の器官のような関心領域の位置や超音波プローブの被検体への当接位置を決定するために行われる。本実施形態に係る超音波プローブは、サーベイモード、３次元撮像モード、及び４次元撮像モードのいずれにも適用可能である。サーベイモードにおいては、関心領域に関する２次元画像がリアルタイムで発生されディスプレイに表示される。ユーザは、この２次元画像を観察しながら、関心領域や超音波プローブの当接位置を決定する。このようにして、関心領域や超音波プローブの当接位置が決定されると、ユーザは、３次元撮像や４次元撮像を任意のタイミングで開始する。
【００３８】
本実施形態に係る超音波プローブは、サーベイモードにおいて、同一のグループに属する複数の入力チャンネルをマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６により単一の出力チャンネルに統合する。マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６は、低雑音増幅器４２１の後段に設けられる。これにより、超音波検査に関するワークフローを改善することができる。
【００３９】
次に、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６による入力チャンネルと出力チャンネルとの接続切替えについて詳細に説明する。図８は、本実施形態に係るサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図である。図８に係るサーベイモードは、アジマスサーベイモードであるとする。アジマスサーベイモードに係る走査面は、アジマス方向に平行に設定されている。アジマスサーベイモードを実行する場合、走査面に直交する各振動子縦列に含まれる複数の振動子が同一のグループに設定される。すなわち、アジマスサーベイモードを実行する場合、各振動子縦列に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続可能にマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が設けられている。この場合、同一のアジマス番号に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続される。
【００４０】
アジマスサーベイモードの実行中においては、送信部４３０Ａにより、アジマス方向に平行な走査面の位置が決定され、決定された走査面に超音波パルスが送信される。この際、２次元振動子アレイ４１に含まれるＮ個の振動子が送信素子として利用される。超音波パルスが送信されると、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が作動される。マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が作動された場合、同一の振動子縦列に属する２４本の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに電気接続される。受信時においては、例えば、Ｎ個の振動子が受信素子として利用される。これにより、Ｎ個の受信素子は、超音波エコーを受信し、Ｎ個のチャンネル信号を発生する。Ｎ個のチャンネル信号は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ出力される。低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２により前処理されたチャンネル信号は、エレベーション方向に沿って配列された２４本の入力チャンネルを統合する単一の出力チャンネルにまとめて出力される。この結果、図７の５７６本の入力チャンネルは、図８に示すように、２４本の出力チャンネルに削減される。このように、全てのチャンネル信号がマルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６のような接続切替え部に統合される前に前処理に供される。
【００４１】
なお、図示はしないが、２次元振動子アレイ４１の上部には、音響整合層や球面の音響レンズが取り付けられている。音響レンズは、エレベーション方向とアジマス方向との両方向に沿って厚みが変化する凸形状を有している。従って、アジマスサーベイモードにおいても、送信超音波ビームをエレベーション方向に関して集束させることができる。従って、アジマスサーベイモードにより発生される２次元画像の画質は、従来のアジマスサーベイモードにより発生される２次元画像の画質に比して極端に劣化することはない。
【００４２】
本実施形態に係るサーベイモードは、アジマスサーベイモードのみに限定されない。図９は、本実施形態に係る他のサーベイモードにおける入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続例を模式的に示す図である。図９に係るサーベイモードは、エレベーションサーベイモードであるとする。エレベーションサーベイモードに係る走査面は、エレベーション方向に平行に設定されている。エレベーションサーベイモードを実行する場合、走査面に直交する各振動子横列に含まれる複数の振動子が同一のグループに設定される。すなわち、エレベーションサーベイモードを実行する場合、各振動子横列に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続可能にマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が設けられている。この場合、同一のエレベーション番号に属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続される。
【００４３】
エレベーションサーベイモードの実行中においては、送信部４３０Ａにより、エレベーション方向に平行な走査面の位置が決定され、決定された走査面に超音波パルスが送信される。この際、２次元振動子アレイ４１に含まれるＮ個の振動子が送信素子として利用される。超音波パルスが送信されると、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が作動される。マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が作動された場合、同一の振動子横列に属する２４本の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに電気接続される。受信時においては、例えば、Ｎ個の振動子が受信素子として利用される。これにより、Ｎ個の受信素子は、超音波エコーを受信し、Ｎ個のチャンネル信号を発生する。Ｎ個のチャンネル信号は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ出力される。低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２により前処理されたチャンネル信号は、アジマス方向に沿う複数の入力チャンネルを統合する単一の出力チャンネルにまとめて出力される。すなわち、図７の５７６本の入力チャンネルは、図９に示すように、２４本の出力チャンネルに削減される。
【００４４】
なお、上述のように、２次元振動子アレイ４１の上部には、球面の音響レンズが取り付けられている。従って、エレベーションサーベイモードにおいても、送信超音波ビームをアジマス方向に関して集束させることができる。従って、エレベーションサーベイモードにより発生される２次元画像の画質は、従来のエレベーションサーベイモードにより発生される２次元画像の画質に比して極端に劣化することはない。
【００４５】
上述の図８及び９においては、１列に配列された複数の入力チャンネルが同一のグループに属するとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。図１０は、本実施形態に係るサーベイモードにおける他の電気接続例を模式的に示す図である。図１０に係るサーベイモードは、サブアレイモードであるとする。サブアレイモードにおいては、Ｎ個の振動子が矩形状のＬ個のサブアレイに区分されている。ここでＬは、Ｎより小さい。図１０の場合、５７６個の振動子が３６個のサブアレイに区分されている。サブアレイモードに係る走査面は、任意の方向に設定可能である。サブアレイに含まれる複数の振動子が同一のグループに設定される。サブアレイモードを実行する場合、各サブアレイに属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続可能にマルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が設けられている。この場合、同一のサブアレイに属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに接続される。
【００４６】
サブアレイモードの実行中においては、送信部４３０Ａにより、任意の位置に走査面が決定され、決定された走査面に超音波パルスが送信される。この際、２次元振動子アレイ４１に含まれるＮ個の振動子が送信素子として利用される。超音波パルスが送信されると、マルチプレクサ４２３又はクロスポイントスイッチ４２６が作動される。マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が作動された場合、同一のサブアレイに属する１６本の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに電気接続される。受信時においては、例えば、Ｎ個の振動子が受信素子として利用される。これにより、Ｎ個の受信素子は、超音波エコーを受信し、Ｎ個のチャンネル信号を発生する。Ｎ個のチャンネル信号は、Ｎ本の入力チャンネルにそれぞれ出力される。低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２により前処理されたチャンネル信号は、各サブアレイに属する複数の入力チャンネルを統合する単一の出力チャンネルにまとめて出力される。すなわち、図７の５７６本の入力チャンネルは、図１０に示すように、３６本の出力チャンネルに削減される。サブアレイモードにおいては、アジマスサーベイモードやエレベーションサーベイモードに比して、チャンネルの削減数が少ない。換言すれば、サブアレイモードにおいては、アジマスサーベイモードやエレベーションサーベイモードに比して、各マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６が統合する入力チャンネルの数を減少することができる。従って、サブアレイモードにおいては、アジマスサーベイモードやエレベーションサーベイモードに比して、マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６を小規模にすることができる。なおサブアレイモードにおいて、走査面を中心線周りに回転することにより３次元撮像を行うことが可能である。
【００４７】
以上で本実施形態に係る入力チャンネルと出力チャンネルとの電気接続についての説明を終了する。
【００４８】
上述のように本実施形態においては、マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６によりチャンネル数を削減することができる。従って、マルチプレクサ４２３やクロスポイントスイッチ４２６を設けない場合に比して、受信部４２０における電力の消費量が削減される。本実施形態に係る超音波プローブは、チャンネル数の削減に伴う余剰電力を各チャンネルに関するダイナミックレンジの向上に利用する。以下、ダイナミックレンジの向上を第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて説明する。
【００４９】
図１１Ａ及び１１Ｂは、第１実施形態に係る超音波プローブ１００の更なる詳細な構成を示す図である。図１１Ａに示すように、超音波プローブ１００は、２次元振動子アレイ４１、送信部４３０Ａ、及び受信部４２０Ｄを有する。受信部４２０Ｄは、図３の受信部４２０の実施例を示す。２次元振動子アレイ４１は、送信部４３０Ａと受信部４２０Ｄとの両方に、２次元振動子アレイ４１が被検体の関心領域に向けて送信素子から超音波パルスを送信し、被検体の関心領域から反射された超音波エコーが２次元振動子アレイ４１内の第１の既定数の受信素子で受信され、受信された超音波エコーが第１の既定数のチャンネル信号に変換されるように接続される。
【００５０】
受信部４２０Ｄにおいて、マルチプレクサ４２３Ａは、出力チャンネルの個数が入力チャンネルの個数よりも少なくなるようにチャンネルの接続切替えを実行する。換言すれば、マルチプレクサ４２３Ａは、Ｎ個の入力チャンネルをＭ個の出力チャンネルに統合する。なおＭは、Ｎよりも少ない。なお、マルチプレクサ４２３Ａは、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置に適宜置き換えられても良い。
【００５１】
マルチプレクサ４２３ＡからのＭ個のチャンネル信号は、１０ビットのＡ／Ｄ変換器４２４ＡにおいてＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。１０ビットのＡ／Ｄ変換器４２４Ａは、比率Ｍ／Ｎに適している。ビームフォーマ４２５は、１０ビットのＡ／Ｄ変換器４２４Ａからのデジタル信号を受信し、超音波ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施す。この超音波プローブ１００において、送信部４３０Ａは、上記の受信部４２０Ｄにおける前処理に等価又は関連する処理を実行しない。
【００５２】
図１１Ａの受信部４２０Ｄと比較して、図１１Ｂの受信部４２０Ｅは、マルチプレクサ４２３ＢとＡ／Ｄ変換器４２４Ｂとを除いて同様の処理を実行する。図１１Ｂに示すように、マルチプレクサ４２３Ｂは、Ｎ個の入力チャンネルをＭ／１６個のチャンネルに統合する。なおＭ／１６は、Ｎよりも少ない。すなわち、マルチプレクサ４２３Ｂは、図１１Ａのマルチプレクサ４２３Ａよりも、チャンネルの削減数が多く、具体的には、チャンネルの削減数が１６倍に増加している。
【００５３】
図１１Ｂに示すように、マルチプレクサ４２３ＢからのＭ／１６個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４ＢにおいてＡ／Ｄ変換される。マルチプレクサ４２３Ｂがマルチプレクサ４２３Ａよりもチャンネル削減数が多いので、Ａ／Ｄ変換器４２４Ｂのビットカウントを、Ａ／Ｄ変換器４２４Ａのビットカウントに比して、大きくすることができる。具体的には、Ａ／Ｄ変換器４２４Ｂのビットカウントは、１２ビットである。１２ビットのＡ／Ｄ変換器４２４Ｂは、比率（Ｍ／１６）／Ｎに適している。このように、チャンネル数が削減されることにより、各チャンネルの高ダイナミックレンジの実現に電力を割り当てることができる。
【００５４】
以上でダイナミックレンジの向上についての説明を終了する。なお、上述のように、ダイナミックレンジの向上を、第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて説明した。しかしながら、上述のダイナミックレンジの向上に関する実施形態は、第２及び第３実施形態についても同様に適用可能である。
【００５５】
次に、本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の流れについて説明する。なお以下の説明を具体的に行うため、第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて本実施形態に係る超音波撮像処理を説明する。
【００５６】
図１２は、本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の典型的な流れを示す図である。なお図１２の処理の流れは、典型的には、受信素子（入力チャンネル）毎に行われる。ステップＳ１００において、２次元振動子アレイ４１における受信素子により超音波エコーが受信される。例えば、２次元振動子アレイ４１は、Ｎ個の受信素子からＮ個のチャンネル信号を出力する。受信部４２０Ａは、２次元振動子アレイ４１からＮ個のチャンネル信号を受信する。
【００５７】
ステップＳ２００において、受信されたＮ個のチャンネル信号は、前処理される。具体的には、ステップＳ２００において、Ｎ個のチャンネル信号は、低雑音増幅器４２１と電圧利得増幅器４２２とに順番に供される。例えば、まず低雑音増幅器４２１は、２次元振動子アレイ４１から直接的に受信されたＮ個のチャンネル信号に低雑音増幅を施す。この際、２次元振動子アレイ４１と低雑音増幅器４２１との間においてＮ個のチャンネル信号に対する接続切替えや他の信号処理は行われない。次に電圧利得増幅器４２２は、低雑音増幅器４２１からのチャンネル信号に電圧利得増幅を施す。なおステップＳ２００における前処理は、低雑音増幅と電圧利得増幅との組み合わせに限定されず、他の前処理がステップＳ２００に組み込まれても良い。前処理によりチャンネル信号の雑音が減少する。
【００５８】
ステップＳ２００において前処理が施された後、ステップＳ３００において、各入力チャンネルについて接続切替え処理（スイッチング処理）が行われるか否かが決定される。ステップＳ３００において接続切替え処理が行われると決定された場合、ステップＳ４００が実行される。一方、ステップＳ３００において接続切替え処理が行われないと決定された場合、ステップＳ４００が実行されず、ステップＳ５００が実行される。
【００５９】
ステップＳ３００において接続切替え処理が行われた場合（ステップＳ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ４００において、マルチプレクサ４２３により同一グループに属する複数の入力チャンネルが単一の出力チャンネルに統合される。マルチプレクサ４２３は、出力チャンネルの本数を入力チャンネルの本数よりも減少させる。このようにして、マルチプレクサ４２３へのＮ個のチャンネル信号は、Ｍ個のチャンネル信号に統合される。なお、マルチプレクサ４２３は、クロスポイントスイッチ４２６等の他の接続切替え装置により実現されても良い。
【００６０】
ステップＳ４００が行われた場合またはステップＳ３００において接続切替えを行わないと決定された場合（Ｓ３００：ＮＯ）、さらなる信号処理がステップＳ５００において超音波プローブ内または超音波プローブの外部で実行される。例えば、マルチプレクサ４２３からのＭ個のチャンネル信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４によりＡ／Ｄ変換され、ビームフォーマ４２５により遅延加算される。Ａ／Ｄ変換の分解能は、出力チャンネル数と入力チャンネル数との比率に応じて決定される。ビームフォーマ４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からのデジタル信号を受信し、超音波ビームを形成するために、受信されたデジタル信号に遅延加算を施す。なおステップＳ５００における後処理は、上記の処理のみに限定されない。
【００６１】
ステップＳ５００の後、ステップＳ６００において超音波撮像処理を終了するか否かが決定される。例えば、ユーザにより撮像終了指示がなされた場合、超音波撮像処理を終了すると決定される。撮像終了指示がなされない場合、超音波撮像処理を継続すると決定される。超音波撮像処理を継続すると決定された場合、ステップＳ１００に進む。このようにして、ステップＳ６００において、超音波撮像処理を終了すると決定されるまで、超音波撮像が繰り返し行われる。そしてステップＳ６００において、超音波撮像処理を終了すると決定された場合、超音波撮像処理が終了される。
【００６２】
以上で本実施形態に係る超音波プローブによる超音波撮像処理の流れについての説明を終了する。なお、上述のように、超音波撮像処理を、第１実施形態に係る超音波プローブ１００を具体例に挙げて説明した。しかしながら、上述の超音波撮像処理は、第２及び第３実施形態についても同様に適用可能である。
【００６３】
上記の説明のように、本実施形態に係る超音波プローブは、受信部４２０に接続切替え部４２３または４２６を設けている。より具体的には、ビームフォーマ４２５の前段に接続切替え部４２３または４２６が設けられている。これにより受信部４２０におけるチャンネル数や各種信号処理のための電子部品数を減少させることができる。従って、受信部４２０に要する電力を削減することができたり、受信部４２０から発生する熱量を低減させたりすることができる。また、接続切替え部４２３または４２６の後段のチャンネル数の削減により、単一の走査面を利用するサーベイモードにおけるフレームレートが向上する。より詳細には、本実施形態に係る接続切替え部４２３または４２６は、低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２の後段に設けられている。従って本実施形態に係る超音波プローブは、低雑音増幅器４２１や電圧利得増幅器４２２の前段に接続切替え部４２３または４２６が設けられている場合に比して、接続切替え部４２３または４２６が発生するノイズやインピーダンス変化による感度低下を低減することができる。また、接続切替え部４２３または４２６の後段のチャンネル数の削減に伴い、超音波プローブの製造コストを低減したり、超音波プローブを小型化したりすることができる。また、接続切替え部４２３または４２６の後段のチャンネル数の削減に伴う余剰電力を、ダイナミックレンジの向上やＡ／Ｄ変換の分解能の向上のために割り当てることができ、結果的に画質が向上する。
【００６４】
本実施形態によれば、サーベイモードにおいて画質が改善されることに伴い、超音波検査のワークフローを改善及び効率化することができる。Ｘ線診断装置やＸ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置のような他の画像診断装置と同様に、改善されたワークフローは、出来るだけ速くデータを収集するように被検体を超音波診断装置により検査することができる。これにより、被検体が検査を終えた後、診断画像は、可能な限り早く事後的に画像処理されたり画像解析されたりする。ボリューム撮像（または超音波断層撮影）の登場により、２次元アレイの超音波プローブを利用した１回の超音波走査により、事後的な画像処理や画像解析に必要な全てのデータを収集することができる。診断に必要なボリュームデータを収集するために、サーベイモードが３次元撮像モードや４次元撮像モードの前に実行される。サーベイモードにより、ユーザは、３次元撮像モードや４次元撮像モードにおける超音波プローブの適切な位置やスキャンパラメータの適切な設定値を決定することができる。結果的に、改善されたワークフローは、画像診断装置の有用性を向上させる。また、超音波検査全体の消費電力を削減することができる。
【００６５】
かくして、超音波検査のワークフローの改善を実現する超音波撮像方法及び超音波プローブを提供することが可能となる。
【００６６】
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発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６７】
４１…２次元振動子アレイ、４２０Ａ…受信部、４２１…低雑音増幅器、４２２…電圧利得増幅器、４２３…マルチプレクサ、４２４…Ａ／Ｄ変換器、４２５…ビームフォーマ、４３０Ａ…送信部、４３１…送信発振器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子アレイに含まれる複数の送信素子から被検体に向けて超音波パルスを送信し、
前記被検体からの超音波エコーを、前記振動子アレイに含まれる第１の個数の受信素子により受信することであって、前記受信された超音波エコーは、前記第１の個数のチャンネル信号に変換され、
前記第１の個数のチャンネル信号から前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生するために、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、
前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合すること、
を具備する超音波撮像方法。
【請求項２】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数である、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項３】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数よりも少ない、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項４】
前記統合することは、前記第２の個数と前記振動子アレイにおける前記受信素子の配置との組み合わせに応じて変更可能である、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項５】
前記前処理することは、前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅を施すこと、をさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項６】
前記前処理することは、前記第１の個数のチャンネル信号に電圧利得増幅を施すこと、をさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項７】
前記前処理することは、前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅と電圧利得増幅とを施すこと、をさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項８】
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に基づいて超音波受信ビームを形成する、
ことをさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項９】
前記変換することに関する分解能は、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じて決定される、請求項８記載の超音波撮像方法。
【請求項１０】
前記統合することは、所望の超音波ビームに沿う信号の忠実度を最適化するために実行される、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項１１】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する前処理部と、
前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
を具備する超音波プローブ。
【請求項１２】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数である、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数よりも少ない、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記接続切替え部は、前記第２の個数と前記振動子アレイにおける前記受信素子の配置との組み合わせに応じて変更可能である、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記前処理部は、前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅を施す低雑音増幅器を有する、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
前記前処理部は、前記第１の個数のチャンネル信号に電圧利得増幅を施す電圧利得増幅器をさらに有する、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
前記前処理部は、
前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅を施す低雑音増幅器と、
前記低雑音増幅を施されたチャンネル信号に電圧利得増幅を施す電圧利得増幅器と、を有する、
請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
前記接続切替え部に接続され、前記接続切替え部からの前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器に接続され、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号に基づいて超音波受信ビームを形成するビームフォーマと、をさらに備える、
請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
前記Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジは、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じて決定される、請求項１８記載の超音波プローブ。
【請求項２０】
前記接続切替え部は、所望の超音波ビームに沿う信号の忠実度を最適化するために実行される、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項２１】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記振動子アレイに接続され、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する前処理部と、
前記前処理部に接続され、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
前記接続切替え部に接続され、前記接続切替え部からの前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換する部であって、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じてダイナミックレンジが決定されるＡ／Ｄ変換部と、
を具備する超音波プローブ。
【請求項２２】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記振動子アレイに接続され、前記第１の個数のチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
前記接続切替え部に接続され、前記接続切替え部からの前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換する部であって、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じてダイナミックレンジが決定されるＡ／Ｄ変換部と、
を具備する超音波プローブ。
【請求項２３】
振動子アレイに含まれる複数の送信素子から被検体に向けて超音波パルスを送信し、
前記被検体からの超音波エコーを、前記振動子アレイに含まれる第１の個数の受信素子により受信することであって、前記受信された超音波エコーは、前記第１の個数のチャンネル信号に変換され、
前記第１の個数のチャンネル信号から前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生するために、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、
前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合し、
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換することであって、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じてダイナミックレンジが決定される、
を具備する超音波撮像方法。
【請求項２４】
振動子アレイに含まれる複数の送信素子から被検体に向けて超音波パルスを送信し、
前記被検体からの超音波エコーを、前記振動子アレイに含まれる第１の個数の受信素子により受信することであって、前記受信された超音波エコーは、前記第１の個数のチャンネル信号に変換され、
前記第１の個数のチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合し、
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に基づいて超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成すること、
を具備する超音波撮像方法。
【請求項２５】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記第１の個数のチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記デジタル信号に基づいて超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成するビームフォーマと、
を具備する超音波プローブ。
【請求項１】
振動子アレイに含まれる複数の送信素子から被検体に向けて超音波パルスを送信し、
前記被検体からの超音波エコーを、前記振動子アレイに含まれる第１の個数の受信素子により受信することであって、前記受信された超音波エコーは、前記第１の個数のチャンネル信号に変換され、
前記第１の個数のチャンネル信号から前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生するために、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、
前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合すること、
を具備する超音波撮像方法。
【請求項２】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数である、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項３】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数よりも少ない、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項４】
前記統合することは、前記第２の個数と前記振動子アレイにおける前記受信素子の配置との組み合わせに応じて変更可能である、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項５】
前記前処理することは、前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅を施すこと、をさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項６】
前記前処理することは、前記第１の個数のチャンネル信号に電圧利得増幅を施すこと、をさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項７】
前記前処理することは、前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅と電圧利得増幅とを施すこと、をさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項８】
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に基づいて超音波受信ビームを形成する、
ことをさらに備える、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項９】
前記変換することに関する分解能は、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じて決定される、請求項８記載の超音波撮像方法。
【請求項１０】
前記統合することは、所望の超音波ビームに沿う信号の忠実度を最適化するために実行される、請求項１記載の超音波撮像方法。
【請求項１１】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する前処理部と、
前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
を具備する超音波プローブ。
【請求項１２】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数である、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
前記第１の個数は、前記振動子アレイに含まれる全ての受信素子の個数よりも少ない、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記接続切替え部は、前記第２の個数と前記振動子アレイにおける前記受信素子の配置との組み合わせに応じて変更可能である、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記前処理部は、前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅を施す低雑音増幅器を有する、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
前記前処理部は、前記第１の個数のチャンネル信号に電圧利得増幅を施す電圧利得増幅器をさらに有する、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
前記前処理部は、
前記第１の個数のチャンネル信号に低雑音増幅を施す低雑音増幅器と、
前記低雑音増幅を施されたチャンネル信号に電圧利得増幅を施す電圧利得増幅器と、を有する、
請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
前記接続切替え部に接続され、前記接続切替え部からの前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器に接続され、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号に基づいて超音波受信ビームを形成するビームフォーマと、をさらに備える、
請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
前記Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジは、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じて決定される、請求項１８記載の超音波プローブ。
【請求項２０】
前記接続切替え部は、所望の超音波ビームに沿う信号の忠実度を最適化するために実行される、請求項１１記載の超音波プローブ。
【請求項２１】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記振動子アレイに接続され、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生する前処理部と、
前記前処理部に接続され、前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
前記接続切替え部に接続され、前記接続切替え部からの前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換する部であって、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じてダイナミックレンジが決定されるＡ／Ｄ変換部と、
を具備する超音波プローブ。
【請求項２２】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記振動子アレイに接続され、前記第１の個数のチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
前記接続切替え部に接続され、前記接続切替え部からの前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換する部であって、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じてダイナミックレンジが決定されるＡ／Ｄ変換部と、
を具備する超音波プローブ。
【請求項２３】
振動子アレイに含まれる複数の送信素子から被検体に向けて超音波パルスを送信し、
前記被検体からの超音波エコーを、前記振動子アレイに含まれる第１の個数の受信素子により受信することであって、前記受信された超音波エコーは、前記第１の個数のチャンネル信号に変換され、
前記第１の個数のチャンネル信号から前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を発生するために、前記第１の個数のチャンネル信号を前処理し、
前記第１の個数の前処理されたチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合し、
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換することであって、前記第２の個数と前記第１の個数との比率に応じてダイナミックレンジが決定される、
を具備する超音波撮像方法。
【請求項２４】
振動子アレイに含まれる複数の送信素子から被検体に向けて超音波パルスを送信し、
前記被検体からの超音波エコーを、前記振動子アレイに含まれる第１の個数の受信素子により受信することであって、前記受信された超音波エコーは、前記第１の個数のチャンネル信号に変換され、
前記第１の個数のチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合し、
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号に基づいて超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成すること、
を具備する超音波撮像方法。
【請求項２５】
被検体に向けて超音波パルスを送信するための複数の送信素子と、前記被検体からの超音波エコーを受信して前記受信された超音波エコーを前記第１の個数のチャンネル信号に変換するための第１の個数の受信素子とを有する振動子アレイと、
前記第１の個数のチャンネル信号を、前記第１の個数よりも少ない第２の個数の出力チャンネル信号に統合する接続切替え部と、
前記第２の個数の出力チャンネル信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記デジタル信号に基づいて超音波受信ビームに関するデジタル信号を生成するビームフォーマと、
を具備する超音波プローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６６０５１（Ｐ２０１２−６６０５１Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０１０７（Ｐ２０１１−１５０１０７）
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【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２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【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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