超音波診断装置
【課題】他の超音波診断装置からの干渉および他の超音波診断装置への干渉を抑制して、複数の超音波診断装置を同時に使えるようにする。
【解決手段】超音波トランスデューサ１０と、信号処理部１５と、無線通信によって伝送信号を外部に送信し制御信号を受信する第１の無線通信部１７と、無線通信の搬送波周波数を設定する第１の制御部２２とを有する超音波プローブ１と、伝送信号を受信し制御信号を送信する第２の無線通信部３１と、無線通信の搬送波周波数を決定する第２の制御部４２と、受信信号の搬送波と他機の搬送波との混信を検知する混信検知部３７とを有する超音波診断装置本体２と、を具備し、混信検知部３７が、無線通信に先立って、第２の無線通信部３１が受信した搬送波と重複しない周波数帯域を検知して無線通信の搬送波とする。
【解決手段】超音波トランスデューサ１０と、信号処理部１５と、無線通信によって伝送信号を外部に送信し制御信号を受信する第１の無線通信部１７と、無線通信の搬送波周波数を設定する第１の制御部２２とを有する超音波プローブ１と、伝送信号を受信し制御信号を送信する第２の無線通信部３１と、無線通信の搬送波周波数を決定する第２の制御部４２と、受信信号の搬送波と他機の搬送波との混信を検知する混信検知部３７とを有する超音波診断装置本体２と、を具備し、混信検知部３７が、無線通信に先立って、第２の無線通信部３１が受信した搬送波と重複しない周波数帯域を検知して無線通信の搬送波とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブを用いて超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って得られた信号を、無線通信で装置本体に送信する無線通信式の超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。
【０００４】
一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波プローブが用いられる。超音波プローブと超音波診断装置本体とは、ケーブルを介して接続されることが多いが、ケーブルを用いることによる煩わしさを解消するために、超音波プローブと超音波診断装置本体との間の情報通信を無線で行う無線通信式の超音波診断装置が開発されている。
【０００５】
無線通信式の超音波診断装置においては、超音波プローブと超音波診断装置本体との配置状況によって無線信号の受信状態が変化するので、超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信における受信状態を良好に保つことが問題となる。
【０００６】
これに関連して、特許文献１には、超音波プローブから装置本体に無線送信される信号の伝送品質を向上させることを目的とするワイヤレス超音波診断装置が開示されている。このワイヤレス超音波診断装置は、超音波プローブから装置本体に信号が無線送信されるワイヤレス超音波診断装置であって、超音波プローブが、取得されたエコーデータに基づいて生成された送信信号を無線送信する複数のアンテナを有し、複数のアンテナが、その送信方向が互いに異なる複数の方向に向けられて、装置本体の位置にかかわらず無線通信を確保することを特徴とする。
【０００７】
また、特許文献２には、超音波プローブと装置本体との間で送受信される無線送信の受信感度を向上させることを目的とするワイヤレス超音波診断装置が開示されている。このワイヤレス超音波診断装置は、超音波プローブと装置本体との間で無線信号を送受信する超音波診断装置であって、装置本体が、超音波プローブから送信される無線信号を受信するアンテナの受信方向を変化させて検出される受信電力に基づいて、アンテナを最適な受信方向に制御することにより、超音波プローブと装置本体の位置関係にかかわらず無線通信を確立させることを特徴とする。
【０００８】
しかし、複数の無線通信式超音波診断装置を同室内などにおいて接近して使用する場合には、超音波診断装置相互間で無線通信時の電波の干渉が発生し、超音波プローブと装置本体との間の無線通信の伝送品質が劣化するという問題がある。
また、超音波プローブと装置本体との間の電波通信が、院内で広範に使用される院内無線ＬＡＮと独立に制御される場合には、超音波診断装置の無線通信系と院内無線ＬＡＮとが干渉する可能性がある。
【０００９】
特許文献３には、超音波プローブが取得されたエコーデータと搬送波に基づいて生成される信号を無線送信し、装置本体が参照波を利用して受信した信号からエコーデータを復元するワイヤレス超音波診断装置であって、搬送波と参照波のうちの少なくとも一方の周波数を調整することにより搬送波と参照波の周波数を同調させて、超音波プローブと装置本体の間の無線接続を確立するようにしたワイヤレス超音波診断装置が開示されている。
特許文献３に開示された技術によれば、たとえば２基のワイヤレス超音波診断装置が接近して使用される場合でも、一方の超音波診断装置における搬送波や参照波の周波数を他方の超音波診断装置における搬送波や参照波と異なる周波数に同調させることにより、２基の超音波診断装置同士の混信を避けることができる。
【００１０】
しかし、この開示装置では、無線通信において別の診断装置や既存の院内ＬＡＮなどとの混信を避けるために、複数のプローブについて互いに異なる周波数の搬送波を予め設定しておく必要があり、また複数の超音波診断装置がある場合には、装置本体についても相互に異なる周波数を予め決めて使う必要があることから、多数の無線帯域を使用する必要があるうえ、初期調整が煩雑になる。また、各装置における周波数を安定に維持しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２４４５８０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８３１８４号公報
【特許文献３】特開２００７−２７５０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、他の超音波診断装置からの干渉および他の超音波診断装置への干渉を抑制し無線ＬＡＮとの干渉を抑制して、複数の超音波診断装置を同時に使えるようにする、汎用的な手段により品質の高い無線通信を行う無線通信式超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、その複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に対して信号処理を施すことにより伝送信号を生成する信号処理部と、無線通信によって伝送信号を外部に送信すると共に制御信号を受信する第１の無線通信部と、第１の無線通信部における搬送波周波数を設定する第１の制御部とを有する超音波プローブと、第１の無線通信部から送信される伝送信号を受信すると共に制御信号を外部に送信する第２の無線通信部と、制御信号を生成すると共に第２の無線通信部における搬送波周波数を設定する第２の制御部と、受信信号の搬送波と他の超音波診断装置の搬送波との混信を検知する混信検知部とを有する超音波診断装置本体と、を具備する超音波診断装置であって、混信検知部が、第１の無線通信部が伝送信号を送信するのに先立って、第２の無線通信部が受信した信号の搬送波と重複しない周波数帯域を検知して、その情報を第２の無線通信部を介して第１の無線通信部に送信し、第１の無線通信部がその重複しない周波数帯域の搬送波を使用して伝送信号を送信する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の超音波プローブのうちから１つの超音波プローブを選択して超音波診断装置本体と組み合わせるときに、周囲で使用されている搬送波周波数帯域を検出して、これを避けた周波数帯域を搬送波の周波数帯域として設定して、双方向データリンクを構成する。したがって、周辺の超音波診断装置や無線ＬＡＮで送受信している無線信号と混信することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る超音波診断装置本体の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す受信信号処理部の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置本体における無線通信部とその周辺の構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信における搬送波決定の方法を説明する図面である。
【図６】本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信において周波数ホッピングで搬送波を決定する場合を説明する図面である。
【図８】本実施形態に係るアレイアンテナの指向特性とプローブの位置関係を示す図面である。
【図９】本発明の一実施形態に係る無線通信式超音波診断装置において電波干渉が発生したときの動作例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本実施形態に係る無線通信式超音波診断装置において許容できる最小限の信号電力を設定する方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図１は本発明の一実施形態に係る超音波プローブの構成例を示すブロック図、図２は本実施形態に係る超音波診断装置本体の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波診断装置は、図１に示す超音波プローブ１と、図２に示す超音波診断装置本体２とによって構成することができる。超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでも良い。
【００１７】
図１に示すように、超音波プローブ１は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０と、送信遅延パターン記憶部１１と、送信制御部１２と、駆動信号発生部１３と、受信制御部１４と、複数チャンネルの受信信号処理部１５と、パラレル／シリアル変換部１６と、無線通信部１７と、通信制御部１８と、操作スイッチ２１と、制御部２２と、格納部２３とを有している。ここで、受信信号処理部１５及びパラレル／シリアル変換部１６は、複数の超音波トランスデューサ１０から出力される複数の受信信号に対して信号処理を施すことにより伝送信号を生成する信号処理部を構成している。
【００１８】
複数の超音波トランスデューサ１０は、印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。各超音波トランスデューサ１０は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
【００１９】
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００２０】
送信遅延パターン記憶部１１は、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波によって超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１２は、制御部２２によって設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１１に記憶されている複数の送信遅延パターンの中から１つの送信遅延パターンを選択し、その送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部１２は、複数の超音波トランスデューサ１０から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。
【００２１】
駆動信号発生部１３は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部１２によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサ１０に供給し、あるいは、複数の超音波トランスデューサ１０から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサ１０に供給する。
【００２２】
受信制御部１４は、複数チャンネルの受信信号処理部１５の動作を制御する。各チャンネルの受信信号処理部１５は、対応する超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることによりサンプルデータを生成して、サンプルデータをパラレル／シリアル変換部１６に供給する。
【００２３】
図３は、図１に示す受信信号処理部の構成例を示す図である。図３に示すように、各チャンネルの受信信号処理部１５は、プリアンプ１５１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５２と、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１５３と、直交検波処理部１５４と、サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂと、メモリ１５６ａ及び１５６ｂとを含んでいる。
【００２４】
プリアンプ１５１は、超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号（ＲＦ信号）を増幅し、ＬＰＦ１５２は、プリアンプ１５１から出力される受信信号の帯域を制限することにより、Ａ／Ｄ変換におけるアライアシングを防止する。ＡＤＣ１５３は、ＬＰＦ１５２から出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換する。
【００２５】
ＲＦ信号のままでデータの直列化を行うと、伝送ビットレートが極めて高くなり、通信速度やメモリの動作速度がそれに追いつかない。一方、受信フォーカス処理の後でデータの直列化を行うと、伝送ビットレートを低減することができるが、受信フォーカス処理のための回路は規模が大きく、超音波プローブの中に組み込むことは困難である。そこで、本実施形態においては、受信信号に対して直交検波処理等を施して受信信号の周波数帯域をベースバンド周波数帯域に落としてからデータの直列化を行うことにより、伝送ビットレートを低減させている。
【００２６】
直交検波処理部１５４は、受信信号に対して直交検波処理を施し、複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する。図３に示すように、直交検波処理部１５４は、ミキサ（掛算回路）１５４ａ及び１５４ｂと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５４ｃ及び１５４ｄとを含んでいる。ミキサ１５４ａが、局部発振信号ｃｏｓω０ｔを受信信号に掛け合わせて、ＬＰＦ１５４ｃが、ミキサ１５４ａから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成される。一方、ミキサ１５４ｂが、位相をπ／２だけ回転させた局部発振信号ｓｉｎω０ｔを受信信号に掛け合わせて、ＬＰＦ１５４ｄが、ミキサ１５４ｂから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。
【００２７】
サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂは、直交検波処理部１５４によって生成された複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）をサンプリング（再サンプリング）することにより、２チャンネルのサンプルデータをそれぞれ生成する。生成された２チャンネルのサンプルデータは、メモリ１５６ａ及び１５６ｂにそれぞれ格納される。
【００２８】
再び図１を参照すると、パラレル／シリアル変換部１６は、複数チャンネルの受信信号処理部１５によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータ（伝送信号）に変換する。例えば、パラレル／シリアル変換部１６は、１２８チャンネルのパラレルのサンプルデータを、１〜４チャンネルのシリアルのサンプルデータに変換する。これにより、超音波トランスデューサ１０の数と比較して、伝送チャンネルの数が大幅に低減される。
【００２９】
無線通信部１７は、伝送信号に基づいてキャリア(搬送波)を変調して送信信号を生成し、送信信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、伝送信号を送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。ＡＳＫ又はＰＳＫを用いる場合には、１系統で１チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、ＱＰＳＫを用いる場合には、１系統で２チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、１６ＱＡＭを用いる場合には、１系統で４チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能である。
【００３０】
無線通信部１７は、超音波診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、制御信号及び伝送信号を超音波診断装置本体２に送信すると共に、超音波診断装置本体２から返信される各種の制御信号を受信して、受信した信号を通信制御部１８に出力する。通信制御部１８は、制御信号及び伝送信号の送信が行われるように無線通信部１７を制御すると共に、無線通信部１７が受信した各種の制御信号を制御部２２に出力する。制御部２２は、超音波診断装置本体２から受信する各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部を制御する。制御部２２は搬送波を生成させる搬送波設定部２２１を備える。超音波診断装置本体２から受信する制御信号には、超音波診断装置本体２が指定する搬送波周波数帯域の情報も含まれる。搬送波周波数帯域が指定されたときは、搬送波設定部２２１が、指定された周波数帯域の搬送波を生成させて、通信制御部１８に供給させる。
【００３１】
操作スイッチ２１は、超音波診断装置をライブモードやフリーズモードに設定するためのスイッチを含んでいる。ここで、ライブモードとは、超音波の送受信を行うことによって順次得られる受信信号に基づいて動画像を表示するモードのことであり、フリーズモードとは、メモリ等に格納されている受信信号又は音線信号に基づいて静止画像を表示するモードのことである。ライブモード又はフリーズモードの設定信号は、伝送信号と共に送信信号に含まれて、超音波診断装置本体２に送信される。なお、ライブモードとフリーズモードとの切換は、超音波診断装置本体２において行われるようにしても良い。
【００３２】
以上において、送信制御部１２、受信制御部１４、受信信号処理部１５における直交検波処理部とサンプリング部、パラレル／シリアル変換部１６、通信制御部１８、及び、制御部２２は、ディジタル回路によって構成しても良いし、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部２３に格納される。あるいは、直交検波処理部をアナログ回路によって構成しても良い。その場合には、ＡＤＣが省略され、サンプリング部によって複素ベースバンド信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
【００３３】
一方、図２を参照すると、超音波診断装置本体２は、無線通信部３１と、通信制御部３２と、シリアル／パラレル変換部３３と、画像形成部３４と、表示制御部３５と、表示部３６と、混信検出部３７と、操作部４１と、制御部４２と、格納部４３とを有している。
【００３４】
無線通信部３１は、アンテナによって受信した無線信号を復調して、シリアル／パラレル変換部３３に伝送する。無線通信部３１は、超音波プローブ１との間で無線通信を行うことにより、伝送信号を超音波プローブ１から受信すると共に、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。無線通信部３１は、アンテナによって受信された信号を復調することにより、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号から得られる複素ベースバンド信号を表すシリアルのサンプルデータ（伝送信号）を出力する。
【００３５】
通信制御部３２は、所定の周波数帯域の搬送波を使って無線通信部３１で受信した信号を復調して制御部４２に出力すると共に、制御部４２により決められた搬送波を使って制御信号を送信するように無線通信部３１を制御する。シリアル／パラレル変換部３３は、無線通信部３１から出力されるシリアルのサンプルデータを、複数の超音波トランスデューサに対応するパラレルのサンプルデータに変換する。制御信号は、制御チャンネルを使って送受信するようにしてもよい。制御チャンネルは、無線通信において端末と基地局の間で通信用のチャンネルを割り当てるために使われる通信チャンネルで、一般に、端末はこの制御チャンネルをまずサーチして基地局の存在とパラメータを取得し、それに合わせて接続要求をこの制御チャンネルで送信し、基地局は制御チャンネルを通して端末に割り当てメッセージを送るようになっている。超音波プローブ１と超音波診断装置本体２の間の無線通信においても、制御チャンネルが有用である。
【００３６】
画像形成部３４は、シリアル／パラレル変換部３３から出力されるパラレルのサンプルデータに基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。画像形成部３４は、受信遅延パターン記憶部３４１と、整相加算部３４２と、メモリ３４３と、画像処理部３４４とを含んでいる。
【００３７】
受信遅延パターン記憶部３４１は、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号から得られる複素ベースバンド信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。整相加算部３４２は、制御部４２において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部３４１に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、その受信遅延パターンに基づいて、複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。
【００３８】
メモリ３４３は、整相加算部３４２によって生成された音線信号を順次格納する。画像処理部３４４は、ライブモードにおいては整相加算部３４２によって生成される音線信号に基づいて、フリーズモードにおいてはメモリ３４３に格納されている音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００３９】
画像処理部３４４は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣは、ＳＴＣ部によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。
【００４０】
表示処理部３５は、画像形成部３４によって生成されるＢモード画像信号に基づいて、表示部３６に超音波診断画像を表示させる。表示部３６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示処理部３５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
制御部４２は、操作部４１を用いたオペレータの操作に従って、超音波診断装置の各部を制御する。
【００４１】
以上において、通信制御部３２、シリアル／パラレル変換部３３、整相加算部３４２、画像処理部３４４、表示制御部３５、及び、制御部４２は、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成されるが、それらをディジタル回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部４３に格納される。格納部４３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４２】
図４は、本実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置本体における無線通信部とその周辺の構成を示すブロック図である。図４に示すように、超音波プローブ１の無線通信部１７は、変調部１７１と、アンテナ共用器１７２と、アンテナ１７３と、復調部１７４とを含んでいる。また、超音波プローブ１の制御部２２は、搬送波設定部２２１を含んでいる。
【００４３】
搬送波設定部２２１は、超音波診断装置本体２により指定された搬送波周波数帯域に基づく搬送波指令信号を生成し、通信制御部１８を介して変調部１７１に供給する。変調部１７１は、指定された搬送波を伝送信号に基づいて変調することにより送信信号を生成し、送信信号をアンテナ共用器１７２を介してアンテナ１７３に供給することにより電波送信する。
【００４４】
一方、超音波診断装置本体２の無線通信部３１は、復調部３１１と、アンテナ共用器３１２と、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ３１３と、変調部３１４と、アンテナ素子毎に送受信信号の位相を調整する可変位相器３１５と、アンテナ指向制御部３１６を含んでいる。また、超音波診断装置本体２の制御部４２は、搬送波設定部４２２を含んでいる。
【００４５】
複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ３１３は、受信した信号をアンテナ共用器３１２を介して復調部３１１に出力する。復調部３１１は、受信した信号を復調して伝送信号を生成しシリアル／パラレル変換部３３に供給すると共に、受信信号の搬送波周波数帯域など、搬送波と信号波に係る情報を混信検出部３７に伝達する。混信検出部３７は、受信信号の搬送波及び信号波に基づいて他機の無線通信の干渉や自機の通信の不整合を検出する。
【００４６】
搬送波設定部４２２は、混信検出部３７の判定結果に基づいて、自機における超音波プローブ１と超音波診断装置本体２で使用する搬送波周数帯域を決め、搬送波周数帯域を指定する指令信号を通信制御部３２を介して変調部３１４に供給する。変調部３１４は、供給された指令信号に基づいて送信信号を生成し、送信信号をアンテナ共用器３１２を介して複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ３１３に供給することにより超音波プローブ１に送信する。
【００４７】
超音波プローブ１において、返信用ＩＤ情報信号の電波を受信したアンテナ１７３は、受信された信号をアンテナ共用器１７２を介して復調部１７４に出力する。復調部１７４は、受信された信号を復調して指令信号を生成する。通信制御部１８は、指令信号を検出して制御部２２に出力する。制御部２２の搬送波設定部２２１は、受け取った指令信号に基づいて搬送波を選択し、通信制御部１８を介して指令することにより無線通信部１７に所定の搬送波を生成させる。変調部１７１は、パラレル／シリアル変換部１６から供給される伝送信号に基づいて搬送波を変調することにより送信信号を生成する。通信制御部１８は、送信信号をアンテナ共用器１７２を介してアンテナ１７３に出力させることにより電波を送信する。
【００４８】
超音波診断装置本体２におけるアンテナ３１３は、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナである。アレイアンテナは、アンテナ素子が平面状に配置されたアンテナで、アンテナ素子毎に電波の位相をずらすと合成波がアンテナ面から位相に応じた方向に発射されるので、アンテナの指向性を制御することができる。逆に受信の場合は、アンテナ毎に受信する信号の位相差に基づいて電波の入射方向を知ることができる。そこで、本実施形態では、アンテナ３１３のアンテナ素子が受信する信号における位相差に基づいて電波の発信方向を知り、さらに、アンテナ指向制御部３１６により可変位相器３１５を調整することによりアンテナ３１３を電波発信源の方向に向くように制御することができる。
【００４９】
アンテナ３１３で受信した伝送信号の電波は、可変位相器３１５でアンテナ素子毎の位相を調整し、アンテナ共用器３１２を介して復調部３１１に出力される。復調部３１１は、受信された信号を復調して伝送信号を生成する。伝送信号は、シリアル／パラレル変換部３３（図２）に供給され、画像生成部３４においてＢモード画像信号が生成される。なお、超音波プローブ１と超音波診断装置本体２の間に構成される双方向データリンクは、超音波プローブ１から超音波診断装置本体２の方向では超音波エコーの検出信号を送信するのに対して、超音波診断装置本体２から超音波プローブ１の方向には制御信号を送信すれば足りるので、非対称に構成することができる。
【００５０】
次に、本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を、図５と図６を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信における搬送波決定の方法を説明する図面、図６は、本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するためのフローチャートである。図５は、横軸に周波数を取って使用周波数帯域を概念的に表したグラフで、図５（ａ）は、電波通信を確立する前に周囲の通信状態を探索する態様を説明する図面、図５（ｂ）は、電波通信を確立したときの状態を説明する図面である。
【００５１】
無線通信式の超音波プローブ１の使用を開始するときは、超音波プローブ１の起動スイッチを入れることにより（Ｓ１１）、あるいは超音波診断装置本体２の操作スイッチで超音波プローブとの接続を指示することにより、超音波診断装置本体２が指定の超音波プローブ１との無線通信に利用できる搬送波周波数帯域の探索を開始する。超音波診断装置本体２の混信検出部３７が、無線通信部３１のアンテナ３１３で受信した信号から抽出した搬送波周波数帯域の情報を取得して周辺の機器間で無線通信に使われている搬送波を検知し（Ｓ１２）、搬送波設定部４２２が空いた周波数帯域を判定し自機が使用する周波数帯域として指定する指令信号を生成する（Ｓ１３）。
【００５２】
たとえば、図５（ａ）に示すように、自機に割り当てられた通信用電波の搬送波を順次生成して、受信電波の搬送波と照合することにより、第３帯域（ＣＨ３）が空いていると判定することができる。この場合、搬送波設定部４２２は、第３帯域を超音波プローブ１との無線通信に使う搬送波として指定した指令信号を生成し、通信制御部３２および無線通信部３１を介し制御チャンネルを使って、指令信号を超音波プローブ１に伝送する。超音波プローブ１では、制御部２２が無線通信部１７および通信制御部１８を介して指令信号を受信し、制御部２２の搬送波設定部２２１が指令信号に応じて無線通信用搬送波を設定し、通信制御部１８を介して無線通信部１７で生成した搬送波を伝送信号で変調して送信することにより、超音波診断装置本体２との無線通信が確立される（Ｓ１４）。
【００５３】
また、超音波診断装置本体２は、アレイアンテナ３１３のアンテナ素子が超音波プローブ１から受信する信号の位相差に基づいて、アンテナ指向制御部３１６により可変位相器３１５を調整して、アレイアンテナの受信方向を超音波プローブ１のアンテナ１７３の方向に向けるように制御して、良質な無線通信を確保することができる（Ｓ１５）。
さらに、無線通信中において、混信検出部３７により他機による周波数干渉が検出されるときは、干渉波の受信方向にヌル点(不感点)が来るようにアレイアンテナの指向性を調整して干渉軽減を行うことができる。
【００５４】
また、超音波診断装置本体２は、選択された搬送波周波数帯域を超音波プローブ１との間で占有するため、たとえば図５（ｂ）に示す例において、第３帯域の搬送波をアンテナ３１３から発信し続けることにより、他機に同じ周波数帯域を選択させないようにする。なお、ＬＡＮや制御チャンネルを使って他機に自機の使用する周波数帯域を告知することによって、他機に同じ周波数帯域を選択させないようにすることもできる（Ｓ１６）。
【００５５】
また、一連の全てのデータを送信し終わるまで一つの周波数帯域を占有する代わりに、１単位のデータ（スロット）ごとに一つの周波数帯域を占有して使用するものとして、次のスロットを送信するときには、送信直前に空いている周波数を見つけて利用するようにした、周波数ホッピングを使用してもよい。図７は、本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信において周波数ホッピングで搬送波を決定する場合を説明する図面である。図７は、横軸に時刻、縦軸に周波数を取って、超音波診断装置が使用周波数帯域を非同期でホッピングする様子を概念的に表したグラフである。
【００５６】
図７で例示された周波数ホッピングでは、初めに起動した超音波診断装置（Ａ機という）は、第１チャンネル（ＣＨ１）を使用している（Ａ１）。途中から起動した超音波診断装置もしくは他の無線通信使用装置（Ｂ機という）は、起動時に空いていた第３チャンネル（ＣＨ３）を使用した（Ｂ１）。Ａ機が１スロット分のデータを送信し終えて、次のスロットを送信しようとしたときには、そのときに空いていた第５チャンネル（ＣＨ５）を使用することになった（Ａ２）。一方、Ｂ機が１スロット分のデータを送信し終えたときは、第１チャンネル（ＣＨ１）が空いていたので、これを採用した（Ｂ２）。また、Ａ機が次の周波数ホップをしようとしたときに第３チャンネル（ＣＨ３）が空いていたので、これを使って通信した（Ａ３）。Ｂ機は、次のスロットで適当なホッピング先が見あたらなかったので、同じ第１チャンネル（ＣＨ１）を使うことになった（Ｂ３）。
周波数ホッピングは、極めて短い時間ごとに信号を送信する周波数を次々に変更していくので、伝送速度の面では劣るが、特定周波数でノイズが発生した場合も他の周波数で通信したデータによって訂正が可能であり、また、ノイズの少ない周波数を選択して使用することもできる。
【００５７】
さらに、アレイアンテナは、可変位相器や可変減衰器を利用してアンテナ素子における受信信号の位相や振幅を調整することにより、アンテナ指向特性を適当に制御することができる。図８は、アレイアンテナの指向特性とプローブの位置関係を示す図面である。図８に示したように、アレイアンテナの位相調整を行うことにより、特定の方向に電波を指向することができるので、対象プローブの方向に感度を高めて電波の到達距離を伸ばし、データ送受信の信頼性を向上させることができる。また、複数の機器を稼働させている空間では、目的外の干渉プローブからの電波受信方向に指向特性のヌル点を形成して、他の装置からの電波に対する感度を低下させることにより電波干渉を抑制することができる。
複数の装置間の電波干渉をアンテナの調整により低減することができるので、室内に複数の診断装置が密集して設置された場合にも、無線通信式超音波診断装置を使用することができる。
【００５８】
なお、アレイアンテナでなくても、複数のアンテナを設けた超音波診断装置本体は、干渉プローブからの干渉が小さいアンテナを選択して使用することにより、対象プローブとの無線通信を確立することができる。
【００５９】
さらに、他機と自機の干渉が生じたときには、両者共に譲ることにより両者共に良好な無線通信を確保することが好ましい。図９は、本発明の一実施形態に係る無線通信式超音波診断装置において電波干渉が発生したときの動作例を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
図９において、混信検出器３７は、超音波診断装置が稼働している間、自機の受信信号に他機からの電波干渉が含まれないか監視している（Ｓ２１）。電波干渉が発生すると、干渉を起こしている装置を干渉電波の入射方向や周囲の状況から特定して（Ｓ２２）、干渉装置に干渉電波の原因になっていることを通知する（Ｓ２３）。その上で、自機の無線通信出力を低減させる（Ｓ２４）。また、干渉装置においても、その信号出力を低減させる（Ｓ２５）。干渉装置の出力を低下させるだけでは、干渉装置側の無線通信の信頼性が低下するばかりなので、干渉装置にとってはノイズになる自機の信号出力も低下させて、干渉装置で低下した信号出力でも通信ができるようにするのである。両者が信号出力を低下させることにより、電波干渉が解消すれば（Ｓ２６）、この動作は終了する。また、電波干渉が解消しなければ、ステップＳ２３に戻って、自機と干渉装置の信号出力をさらに低減させるようにする。
【００６１】
なお、図９の自機と他機の信号出力低減により無線通信を確立する方法において、信号出力を低減したときにもデータレートを維持する必要があるため、テストパターンを利用して実際に無線通信した結果に基づいて許容できる最小限の電力であることを判定する方法がある。図10は、許容できる最小限の信号電力を設定する方法を説明するためのフローチャートである。
【００６２】
図10において、信号品質を維持した状態で最も小さい信号出力をセットするときは、まず、予め決められたテストパターンを記録部から読み出して、搬送波を変調して無線通信する信号とする（Ｓ３１）。信号出力が予め想定した最低値より小さいかを判定して（Ｓ３２）、最低値より小さい場合は、何らかの困難があり得るので、警報を発して（Ｓ３８）、この手順を終了する。信号出力がまだ低減できる状態であれば、信号出力を所定の割合で低減して（Ｓ３３）、実際に超音波プローブから超音波診断装置本体に向けて、あるいは超音波診断装置本体から超音波プローブに向けて、信号出力を無線通信で伝送する（Ｓ３４）。なお、超音波診断装置本体から超音波プローブに向けて伝送した後に、今度は超音波プローブから超音波診断装置本体に向けて無線通信すると、双方向データリンクとしての性能を一挙に検査することができる。
【００６３】
次に、無線通信語のテストパターン信号について、エラーレートを算定して（Ｓ３５）、エラーレートを予定した許容限界値と比較する（Ｓ３６）。エラーレートが許容限界値より低い場合は、まだ信号出力を低下させてもよいので、ステップＳ３２に戻って、信号出力が閾値以下にならない限り信号出力を１段ずつ低減させては通信試験を繰り返す。算定されたエラーレートが許容限界値を超えてしまった場合は、これ以上信号出力を低下させることはできないので、ステップＳ３７に進んで、試験した最後の信号出力に所定の余裕代を加えた値を、実際の無線通信に利用する信号出力として設定する。
このようにして設定された信号出力は、よく検討されたテストパターンについてエラーレートが許容できる範囲で最低のレベルであるので、他の装置に対する干渉が最小に抑制されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明により、他の超音波診断装置からの干渉および他の超音波診断装置への干渉を抑制しまた院内無線ＬＡＮなどとの干渉を抑制して、複数の超音波診断装置を同時に使えるようにする、汎用的な手段により品質の高い無線通信を行う無線通信式超音波診断装置を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 超音波プローブ
２ 超音波診断装置本体
１０ 超音波トランスデューサ
１１ 送信遅延パターン記憶部
１２ 送信制御部
１３ 駆動信号発生部
１４ 受信制御部
１５ 受信信号処理部
１６ パラレル／シリアル変換部
１７ 無線通信部
１８ 通信制御部
２１ 操作スイッチ
２２ 制御部
２３ 格納部
３１ 無線通信部
３２ 通信制御部
３３ シリアル／パラレル変換部
３４ 画像形成部
３５ 表示制御部
３６ 表示部
３７ 混信検出部
４１ 操作部
４２ 制御部
４３ 格納部
１５１ プリアンプ
１５２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５３ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
１５４ 直交検波処理部
１５４ａ、１５４ｂ ミキサ（掛算回路）
１５４ｃ、１５４ｄ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５５ａ、１５５ｂ サンプリング部
１５６ａ、１５６ｂ メモリ
１７１ 変調部
１７２ アンテナ共用器
１７３ アンテナ
１７４ 復調部
２２１ 搬送波設定部
３１１ 復調部
３１２ アンテナ共用器
３１３ アンテナ（アレイアンテナ）
３１４ 変調部
３１５ 可変位相器
３１６ アンテナ指向制御部
３４１ 受信遅延パターン記憶部
３４２ 整相加算部
３４３ メモリ
３４４ 画像処理部
４２２ 搬送波設定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブを用いて超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って得られた信号を、無線通信で装置本体に送信する無線通信式の超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。
【０００４】
一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波プローブが用いられる。超音波プローブと超音波診断装置本体とは、ケーブルを介して接続されることが多いが、ケーブルを用いることによる煩わしさを解消するために、超音波プローブと超音波診断装置本体との間の情報通信を無線で行う無線通信式の超音波診断装置が開発されている。
【０００５】
無線通信式の超音波診断装置においては、超音波プローブと超音波診断装置本体との配置状況によって無線信号の受信状態が変化するので、超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信における受信状態を良好に保つことが問題となる。
【０００６】
これに関連して、特許文献１には、超音波プローブから装置本体に無線送信される信号の伝送品質を向上させることを目的とするワイヤレス超音波診断装置が開示されている。このワイヤレス超音波診断装置は、超音波プローブから装置本体に信号が無線送信されるワイヤレス超音波診断装置であって、超音波プローブが、取得されたエコーデータに基づいて生成された送信信号を無線送信する複数のアンテナを有し、複数のアンテナが、その送信方向が互いに異なる複数の方向に向けられて、装置本体の位置にかかわらず無線通信を確保することを特徴とする。
【０００７】
また、特許文献２には、超音波プローブと装置本体との間で送受信される無線送信の受信感度を向上させることを目的とするワイヤレス超音波診断装置が開示されている。このワイヤレス超音波診断装置は、超音波プローブと装置本体との間で無線信号を送受信する超音波診断装置であって、装置本体が、超音波プローブから送信される無線信号を受信するアンテナの受信方向を変化させて検出される受信電力に基づいて、アンテナを最適な受信方向に制御することにより、超音波プローブと装置本体の位置関係にかかわらず無線通信を確立させることを特徴とする。
【０００８】
しかし、複数の無線通信式超音波診断装置を同室内などにおいて接近して使用する場合には、超音波診断装置相互間で無線通信時の電波の干渉が発生し、超音波プローブと装置本体との間の無線通信の伝送品質が劣化するという問題がある。
また、超音波プローブと装置本体との間の電波通信が、院内で広範に使用される院内無線ＬＡＮと独立に制御される場合には、超音波診断装置の無線通信系と院内無線ＬＡＮとが干渉する可能性がある。
【０００９】
特許文献３には、超音波プローブが取得されたエコーデータと搬送波に基づいて生成される信号を無線送信し、装置本体が参照波を利用して受信した信号からエコーデータを復元するワイヤレス超音波診断装置であって、搬送波と参照波のうちの少なくとも一方の周波数を調整することにより搬送波と参照波の周波数を同調させて、超音波プローブと装置本体の間の無線接続を確立するようにしたワイヤレス超音波診断装置が開示されている。
特許文献３に開示された技術によれば、たとえば２基のワイヤレス超音波診断装置が接近して使用される場合でも、一方の超音波診断装置における搬送波や参照波の周波数を他方の超音波診断装置における搬送波や参照波と異なる周波数に同調させることにより、２基の超音波診断装置同士の混信を避けることができる。
【００１０】
しかし、この開示装置では、無線通信において別の診断装置や既存の院内ＬＡＮなどとの混信を避けるために、複数のプローブについて互いに異なる周波数の搬送波を予め設定しておく必要があり、また複数の超音波診断装置がある場合には、装置本体についても相互に異なる周波数を予め決めて使う必要があることから、多数の無線帯域を使用する必要があるうえ、初期調整が煩雑になる。また、各装置における周波数を安定に維持しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２４４５８０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８３１８４号公報
【特許文献３】特開２００７−２７５０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、他の超音波診断装置からの干渉および他の超音波診断装置への干渉を抑制し無線ＬＡＮとの干渉を抑制して、複数の超音波診断装置を同時に使えるようにする、汎用的な手段により品質の高い無線通信を行う無線通信式超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、その複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に対して信号処理を施すことにより伝送信号を生成する信号処理部と、無線通信によって伝送信号を外部に送信すると共に制御信号を受信する第１の無線通信部と、第１の無線通信部における搬送波周波数を設定する第１の制御部とを有する超音波プローブと、第１の無線通信部から送信される伝送信号を受信すると共に制御信号を外部に送信する第２の無線通信部と、制御信号を生成すると共に第２の無線通信部における搬送波周波数を設定する第２の制御部と、受信信号の搬送波と他の超音波診断装置の搬送波との混信を検知する混信検知部とを有する超音波診断装置本体と、を具備する超音波診断装置であって、混信検知部が、第１の無線通信部が伝送信号を送信するのに先立って、第２の無線通信部が受信した信号の搬送波と重複しない周波数帯域を検知して、その情報を第２の無線通信部を介して第１の無線通信部に送信し、第１の無線通信部がその重複しない周波数帯域の搬送波を使用して伝送信号を送信する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の超音波プローブのうちから１つの超音波プローブを選択して超音波診断装置本体と組み合わせるときに、周囲で使用されている搬送波周波数帯域を検出して、これを避けた周波数帯域を搬送波の周波数帯域として設定して、双方向データリンクを構成する。したがって、周辺の超音波診断装置や無線ＬＡＮで送受信している無線信号と混信することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る超音波診断装置本体の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す受信信号処理部の構成例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置本体における無線通信部とその周辺の構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信における搬送波決定の方法を説明する図面である。
【図６】本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信において周波数ホッピングで搬送波を決定する場合を説明する図面である。
【図８】本実施形態に係るアレイアンテナの指向特性とプローブの位置関係を示す図面である。
【図９】本発明の一実施形態に係る無線通信式超音波診断装置において電波干渉が発生したときの動作例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本実施形態に係る無線通信式超音波診断装置において許容できる最小限の信号電力を設定する方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図１は本発明の一実施形態に係る超音波プローブの構成例を示すブロック図、図２は本実施形態に係る超音波診断装置本体の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波診断装置は、図１に示す超音波プローブ１と、図２に示す超音波診断装置本体２とによって構成することができる。超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでも良い。
【００１７】
図１に示すように、超音波プローブ１は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０と、送信遅延パターン記憶部１１と、送信制御部１２と、駆動信号発生部１３と、受信制御部１４と、複数チャンネルの受信信号処理部１５と、パラレル／シリアル変換部１６と、無線通信部１７と、通信制御部１８と、操作スイッチ２１と、制御部２２と、格納部２３とを有している。ここで、受信信号処理部１５及びパラレル／シリアル変換部１６は、複数の超音波トランスデューサ１０から出力される複数の受信信号に対して信号処理を施すことにより伝送信号を生成する信号処理部を構成している。
【００１８】
複数の超音波トランスデューサ１０は、印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。各超音波トランスデューサ１０は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
【００１９】
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００２０】
送信遅延パターン記憶部１１は、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波によって超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１２は、制御部２２によって設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１１に記憶されている複数の送信遅延パターンの中から１つの送信遅延パターンを選択し、その送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部１２は、複数の超音波トランスデューサ１０から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。
【００２１】
駆動信号発生部１３は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部１２によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサ１０に供給し、あるいは、複数の超音波トランスデューサ１０から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサ１０に供給する。
【００２２】
受信制御部１４は、複数チャンネルの受信信号処理部１５の動作を制御する。各チャンネルの受信信号処理部１５は、対応する超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることによりサンプルデータを生成して、サンプルデータをパラレル／シリアル変換部１６に供給する。
【００２３】
図３は、図１に示す受信信号処理部の構成例を示す図である。図３に示すように、各チャンネルの受信信号処理部１５は、プリアンプ１５１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５２と、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１５３と、直交検波処理部１５４と、サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂと、メモリ１５６ａ及び１５６ｂとを含んでいる。
【００２４】
プリアンプ１５１は、超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号（ＲＦ信号）を増幅し、ＬＰＦ１５２は、プリアンプ１５１から出力される受信信号の帯域を制限することにより、Ａ／Ｄ変換におけるアライアシングを防止する。ＡＤＣ１５３は、ＬＰＦ１５２から出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換する。
【００２５】
ＲＦ信号のままでデータの直列化を行うと、伝送ビットレートが極めて高くなり、通信速度やメモリの動作速度がそれに追いつかない。一方、受信フォーカス処理の後でデータの直列化を行うと、伝送ビットレートを低減することができるが、受信フォーカス処理のための回路は規模が大きく、超音波プローブの中に組み込むことは困難である。そこで、本実施形態においては、受信信号に対して直交検波処理等を施して受信信号の周波数帯域をベースバンド周波数帯域に落としてからデータの直列化を行うことにより、伝送ビットレートを低減させている。
【００２６】
直交検波処理部１５４は、受信信号に対して直交検波処理を施し、複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する。図３に示すように、直交検波処理部１５４は、ミキサ（掛算回路）１５４ａ及び１５４ｂと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５４ｃ及び１５４ｄとを含んでいる。ミキサ１５４ａが、局部発振信号ｃｏｓω０ｔを受信信号に掛け合わせて、ＬＰＦ１５４ｃが、ミキサ１５４ａから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成される。一方、ミキサ１５４ｂが、位相をπ／２だけ回転させた局部発振信号ｓｉｎω０ｔを受信信号に掛け合わせて、ＬＰＦ１５４ｄが、ミキサ１５４ｂから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。
【００２７】
サンプリング部１５５ａ及び１５５ｂは、直交検波処理部１５４によって生成された複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）をサンプリング（再サンプリング）することにより、２チャンネルのサンプルデータをそれぞれ生成する。生成された２チャンネルのサンプルデータは、メモリ１５６ａ及び１５６ｂにそれぞれ格納される。
【００２８】
再び図１を参照すると、パラレル／シリアル変換部１６は、複数チャンネルの受信信号処理部１５によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータ（伝送信号）に変換する。例えば、パラレル／シリアル変換部１６は、１２８チャンネルのパラレルのサンプルデータを、１〜４チャンネルのシリアルのサンプルデータに変換する。これにより、超音波トランスデューサ１０の数と比較して、伝送チャンネルの数が大幅に低減される。
【００２９】
無線通信部１７は、伝送信号に基づいてキャリア(搬送波)を変調して送信信号を生成し、送信信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、伝送信号を送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。ＡＳＫ又はＰＳＫを用いる場合には、１系統で１チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、ＱＰＳＫを用いる場合には、１系統で２チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、１６ＱＡＭを用いる場合には、１系統で４チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能である。
【００３０】
無線通信部１７は、超音波診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、制御信号及び伝送信号を超音波診断装置本体２に送信すると共に、超音波診断装置本体２から返信される各種の制御信号を受信して、受信した信号を通信制御部１８に出力する。通信制御部１８は、制御信号及び伝送信号の送信が行われるように無線通信部１７を制御すると共に、無線通信部１７が受信した各種の制御信号を制御部２２に出力する。制御部２２は、超音波診断装置本体２から受信する各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部を制御する。制御部２２は搬送波を生成させる搬送波設定部２２１を備える。超音波診断装置本体２から受信する制御信号には、超音波診断装置本体２が指定する搬送波周波数帯域の情報も含まれる。搬送波周波数帯域が指定されたときは、搬送波設定部２２１が、指定された周波数帯域の搬送波を生成させて、通信制御部１８に供給させる。
【００３１】
操作スイッチ２１は、超音波診断装置をライブモードやフリーズモードに設定するためのスイッチを含んでいる。ここで、ライブモードとは、超音波の送受信を行うことによって順次得られる受信信号に基づいて動画像を表示するモードのことであり、フリーズモードとは、メモリ等に格納されている受信信号又は音線信号に基づいて静止画像を表示するモードのことである。ライブモード又はフリーズモードの設定信号は、伝送信号と共に送信信号に含まれて、超音波診断装置本体２に送信される。なお、ライブモードとフリーズモードとの切換は、超音波診断装置本体２において行われるようにしても良い。
【００３２】
以上において、送信制御部１２、受信制御部１４、受信信号処理部１５における直交検波処理部とサンプリング部、パラレル／シリアル変換部１６、通信制御部１８、及び、制御部２２は、ディジタル回路によって構成しても良いし、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部２３に格納される。あるいは、直交検波処理部をアナログ回路によって構成しても良い。その場合には、ＡＤＣが省略され、サンプリング部によって複素ベースバンド信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
【００３３】
一方、図２を参照すると、超音波診断装置本体２は、無線通信部３１と、通信制御部３２と、シリアル／パラレル変換部３３と、画像形成部３４と、表示制御部３５と、表示部３６と、混信検出部３７と、操作部４１と、制御部４２と、格納部４３とを有している。
【００３４】
無線通信部３１は、アンテナによって受信した無線信号を復調して、シリアル／パラレル変換部３３に伝送する。無線通信部３１は、超音波プローブ１との間で無線通信を行うことにより、伝送信号を超音波プローブ１から受信すると共に、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。無線通信部３１は、アンテナによって受信された信号を復調することにより、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号から得られる複素ベースバンド信号を表すシリアルのサンプルデータ（伝送信号）を出力する。
【００３５】
通信制御部３２は、所定の周波数帯域の搬送波を使って無線通信部３１で受信した信号を復調して制御部４２に出力すると共に、制御部４２により決められた搬送波を使って制御信号を送信するように無線通信部３１を制御する。シリアル／パラレル変換部３３は、無線通信部３１から出力されるシリアルのサンプルデータを、複数の超音波トランスデューサに対応するパラレルのサンプルデータに変換する。制御信号は、制御チャンネルを使って送受信するようにしてもよい。制御チャンネルは、無線通信において端末と基地局の間で通信用のチャンネルを割り当てるために使われる通信チャンネルで、一般に、端末はこの制御チャンネルをまずサーチして基地局の存在とパラメータを取得し、それに合わせて接続要求をこの制御チャンネルで送信し、基地局は制御チャンネルを通して端末に割り当てメッセージを送るようになっている。超音波プローブ１と超音波診断装置本体２の間の無線通信においても、制御チャンネルが有用である。
【００３６】
画像形成部３４は、シリアル／パラレル変換部３３から出力されるパラレルのサンプルデータに基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。画像形成部３４は、受信遅延パターン記憶部３４１と、整相加算部３４２と、メモリ３４３と、画像処理部３４４とを含んでいる。
【００３７】
受信遅延パターン記憶部３４１は、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号から得られる複素ベースバンド信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。整相加算部３４２は、制御部４２において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部３４１に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、その受信遅延パターンに基づいて、複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。
【００３８】
メモリ３４３は、整相加算部３４２によって生成された音線信号を順次格納する。画像処理部３４４は、ライブモードにおいては整相加算部３４２によって生成される音線信号に基づいて、フリーズモードにおいてはメモリ３４３に格納されている音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００３９】
画像処理部３４４は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣは、ＳＴＣ部によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。
【００４０】
表示処理部３５は、画像形成部３４によって生成されるＢモード画像信号に基づいて、表示部３６に超音波診断画像を表示させる。表示部３６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示処理部３５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
制御部４２は、操作部４１を用いたオペレータの操作に従って、超音波診断装置の各部を制御する。
【００４１】
以上において、通信制御部３２、シリアル／パラレル変換部３３、整相加算部３４２、画像処理部３４４、表示制御部３５、及び、制御部４２は、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成されるが、それらをディジタル回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部４３に格納される。格納部４３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４２】
図４は、本実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置本体における無線通信部とその周辺の構成を示すブロック図である。図４に示すように、超音波プローブ１の無線通信部１７は、変調部１７１と、アンテナ共用器１７２と、アンテナ１７３と、復調部１７４とを含んでいる。また、超音波プローブ１の制御部２２は、搬送波設定部２２１を含んでいる。
【００４３】
搬送波設定部２２１は、超音波診断装置本体２により指定された搬送波周波数帯域に基づく搬送波指令信号を生成し、通信制御部１８を介して変調部１７１に供給する。変調部１７１は、指定された搬送波を伝送信号に基づいて変調することにより送信信号を生成し、送信信号をアンテナ共用器１７２を介してアンテナ１７３に供給することにより電波送信する。
【００４４】
一方、超音波診断装置本体２の無線通信部３１は、復調部３１１と、アンテナ共用器３１２と、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ３１３と、変調部３１４と、アンテナ素子毎に送受信信号の位相を調整する可変位相器３１５と、アンテナ指向制御部３１６を含んでいる。また、超音波診断装置本体２の制御部４２は、搬送波設定部４２２を含んでいる。
【００４５】
複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ３１３は、受信した信号をアンテナ共用器３１２を介して復調部３１１に出力する。復調部３１１は、受信した信号を復調して伝送信号を生成しシリアル／パラレル変換部３３に供給すると共に、受信信号の搬送波周波数帯域など、搬送波と信号波に係る情報を混信検出部３７に伝達する。混信検出部３７は、受信信号の搬送波及び信号波に基づいて他機の無線通信の干渉や自機の通信の不整合を検出する。
【００４６】
搬送波設定部４２２は、混信検出部３７の判定結果に基づいて、自機における超音波プローブ１と超音波診断装置本体２で使用する搬送波周数帯域を決め、搬送波周数帯域を指定する指令信号を通信制御部３２を介して変調部３１４に供給する。変調部３１４は、供給された指令信号に基づいて送信信号を生成し、送信信号をアンテナ共用器３１２を介して複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナ３１３に供給することにより超音波プローブ１に送信する。
【００４７】
超音波プローブ１において、返信用ＩＤ情報信号の電波を受信したアンテナ１７３は、受信された信号をアンテナ共用器１７２を介して復調部１７４に出力する。復調部１７４は、受信された信号を復調して指令信号を生成する。通信制御部１８は、指令信号を検出して制御部２２に出力する。制御部２２の搬送波設定部２２１は、受け取った指令信号に基づいて搬送波を選択し、通信制御部１８を介して指令することにより無線通信部１７に所定の搬送波を生成させる。変調部１７１は、パラレル／シリアル変換部１６から供給される伝送信号に基づいて搬送波を変調することにより送信信号を生成する。通信制御部１８は、送信信号をアンテナ共用器１７２を介してアンテナ１７３に出力させることにより電波を送信する。
【００４８】
超音波診断装置本体２におけるアンテナ３１３は、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナである。アレイアンテナは、アンテナ素子が平面状に配置されたアンテナで、アンテナ素子毎に電波の位相をずらすと合成波がアンテナ面から位相に応じた方向に発射されるので、アンテナの指向性を制御することができる。逆に受信の場合は、アンテナ毎に受信する信号の位相差に基づいて電波の入射方向を知ることができる。そこで、本実施形態では、アンテナ３１３のアンテナ素子が受信する信号における位相差に基づいて電波の発信方向を知り、さらに、アンテナ指向制御部３１６により可変位相器３１５を調整することによりアンテナ３１３を電波発信源の方向に向くように制御することができる。
【００４９】
アンテナ３１３で受信した伝送信号の電波は、可変位相器３１５でアンテナ素子毎の位相を調整し、アンテナ共用器３１２を介して復調部３１１に出力される。復調部３１１は、受信された信号を復調して伝送信号を生成する。伝送信号は、シリアル／パラレル変換部３３（図２）に供給され、画像生成部３４においてＢモード画像信号が生成される。なお、超音波プローブ１と超音波診断装置本体２の間に構成される双方向データリンクは、超音波プローブ１から超音波診断装置本体２の方向では超音波エコーの検出信号を送信するのに対して、超音波診断装置本体２から超音波プローブ１の方向には制御信号を送信すれば足りるので、非対称に構成することができる。
【００５０】
次に、本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を、図５と図６を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信における搬送波決定の方法を説明する図面、図６は、本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するためのフローチャートである。図５は、横軸に周波数を取って使用周波数帯域を概念的に表したグラフで、図５（ａ）は、電波通信を確立する前に周囲の通信状態を探索する態様を説明する図面、図５（ｂ）は、電波通信を確立したときの状態を説明する図面である。
【００５１】
無線通信式の超音波プローブ１の使用を開始するときは、超音波プローブ１の起動スイッチを入れることにより（Ｓ１１）、あるいは超音波診断装置本体２の操作スイッチで超音波プローブとの接続を指示することにより、超音波診断装置本体２が指定の超音波プローブ１との無線通信に利用できる搬送波周波数帯域の探索を開始する。超音波診断装置本体２の混信検出部３７が、無線通信部３１のアンテナ３１３で受信した信号から抽出した搬送波周波数帯域の情報を取得して周辺の機器間で無線通信に使われている搬送波を検知し（Ｓ１２）、搬送波設定部４２２が空いた周波数帯域を判定し自機が使用する周波数帯域として指定する指令信号を生成する（Ｓ１３）。
【００５２】
たとえば、図５（ａ）に示すように、自機に割り当てられた通信用電波の搬送波を順次生成して、受信電波の搬送波と照合することにより、第３帯域（ＣＨ３）が空いていると判定することができる。この場合、搬送波設定部４２２は、第３帯域を超音波プローブ１との無線通信に使う搬送波として指定した指令信号を生成し、通信制御部３２および無線通信部３１を介し制御チャンネルを使って、指令信号を超音波プローブ１に伝送する。超音波プローブ１では、制御部２２が無線通信部１７および通信制御部１８を介して指令信号を受信し、制御部２２の搬送波設定部２２１が指令信号に応じて無線通信用搬送波を設定し、通信制御部１８を介して無線通信部１７で生成した搬送波を伝送信号で変調して送信することにより、超音波診断装置本体２との無線通信が確立される（Ｓ１４）。
【００５３】
また、超音波診断装置本体２は、アレイアンテナ３１３のアンテナ素子が超音波プローブ１から受信する信号の位相差に基づいて、アンテナ指向制御部３１６により可変位相器３１５を調整して、アレイアンテナの受信方向を超音波プローブ１のアンテナ１７３の方向に向けるように制御して、良質な無線通信を確保することができる（Ｓ１５）。
さらに、無線通信中において、混信検出部３７により他機による周波数干渉が検出されるときは、干渉波の受信方向にヌル点(不感点)が来るようにアレイアンテナの指向性を調整して干渉軽減を行うことができる。
【００５４】
また、超音波診断装置本体２は、選択された搬送波周波数帯域を超音波プローブ１との間で占有するため、たとえば図５（ｂ）に示す例において、第３帯域の搬送波をアンテナ３１３から発信し続けることにより、他機に同じ周波数帯域を選択させないようにする。なお、ＬＡＮや制御チャンネルを使って他機に自機の使用する周波数帯域を告知することによって、他機に同じ周波数帯域を選択させないようにすることもできる（Ｓ１６）。
【００５５】
また、一連の全てのデータを送信し終わるまで一つの周波数帯域を占有する代わりに、１単位のデータ（スロット）ごとに一つの周波数帯域を占有して使用するものとして、次のスロットを送信するときには、送信直前に空いている周波数を見つけて利用するようにした、周波数ホッピングを使用してもよい。図７は、本実施形態に係る超音波プローブと超音波診断装置本体の間の無線通信において周波数ホッピングで搬送波を決定する場合を説明する図面である。図７は、横軸に時刻、縦軸に周波数を取って、超音波診断装置が使用周波数帯域を非同期でホッピングする様子を概念的に表したグラフである。
【００５６】
図７で例示された周波数ホッピングでは、初めに起動した超音波診断装置（Ａ機という）は、第１チャンネル（ＣＨ１）を使用している（Ａ１）。途中から起動した超音波診断装置もしくは他の無線通信使用装置（Ｂ機という）は、起動時に空いていた第３チャンネル（ＣＨ３）を使用した（Ｂ１）。Ａ機が１スロット分のデータを送信し終えて、次のスロットを送信しようとしたときには、そのときに空いていた第５チャンネル（ＣＨ５）を使用することになった（Ａ２）。一方、Ｂ機が１スロット分のデータを送信し終えたときは、第１チャンネル（ＣＨ１）が空いていたので、これを採用した（Ｂ２）。また、Ａ機が次の周波数ホップをしようとしたときに第３チャンネル（ＣＨ３）が空いていたので、これを使って通信した（Ａ３）。Ｂ機は、次のスロットで適当なホッピング先が見あたらなかったので、同じ第１チャンネル（ＣＨ１）を使うことになった（Ｂ３）。
周波数ホッピングは、極めて短い時間ごとに信号を送信する周波数を次々に変更していくので、伝送速度の面では劣るが、特定周波数でノイズが発生した場合も他の周波数で通信したデータによって訂正が可能であり、また、ノイズの少ない周波数を選択して使用することもできる。
【００５７】
さらに、アレイアンテナは、可変位相器や可変減衰器を利用してアンテナ素子における受信信号の位相や振幅を調整することにより、アンテナ指向特性を適当に制御することができる。図８は、アレイアンテナの指向特性とプローブの位置関係を示す図面である。図８に示したように、アレイアンテナの位相調整を行うことにより、特定の方向に電波を指向することができるので、対象プローブの方向に感度を高めて電波の到達距離を伸ばし、データ送受信の信頼性を向上させることができる。また、複数の機器を稼働させている空間では、目的外の干渉プローブからの電波受信方向に指向特性のヌル点を形成して、他の装置からの電波に対する感度を低下させることにより電波干渉を抑制することができる。
複数の装置間の電波干渉をアンテナの調整により低減することができるので、室内に複数の診断装置が密集して設置された場合にも、無線通信式超音波診断装置を使用することができる。
【００５８】
なお、アレイアンテナでなくても、複数のアンテナを設けた超音波診断装置本体は、干渉プローブからの干渉が小さいアンテナを選択して使用することにより、対象プローブとの無線通信を確立することができる。
【００５９】
さらに、他機と自機の干渉が生じたときには、両者共に譲ることにより両者共に良好な無線通信を確保することが好ましい。図９は、本発明の一実施形態に係る無線通信式超音波診断装置において電波干渉が発生したときの動作例を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
図９において、混信検出器３７は、超音波診断装置が稼働している間、自機の受信信号に他機からの電波干渉が含まれないか監視している（Ｓ２１）。電波干渉が発生すると、干渉を起こしている装置を干渉電波の入射方向や周囲の状況から特定して（Ｓ２２）、干渉装置に干渉電波の原因になっていることを通知する（Ｓ２３）。その上で、自機の無線通信出力を低減させる（Ｓ２４）。また、干渉装置においても、その信号出力を低減させる（Ｓ２５）。干渉装置の出力を低下させるだけでは、干渉装置側の無線通信の信頼性が低下するばかりなので、干渉装置にとってはノイズになる自機の信号出力も低下させて、干渉装置で低下した信号出力でも通信ができるようにするのである。両者が信号出力を低下させることにより、電波干渉が解消すれば（Ｓ２６）、この動作は終了する。また、電波干渉が解消しなければ、ステップＳ２３に戻って、自機と干渉装置の信号出力をさらに低減させるようにする。
【００６１】
なお、図９の自機と他機の信号出力低減により無線通信を確立する方法において、信号出力を低減したときにもデータレートを維持する必要があるため、テストパターンを利用して実際に無線通信した結果に基づいて許容できる最小限の電力であることを判定する方法がある。図10は、許容できる最小限の信号電力を設定する方法を説明するためのフローチャートである。
【００６２】
図10において、信号品質を維持した状態で最も小さい信号出力をセットするときは、まず、予め決められたテストパターンを記録部から読み出して、搬送波を変調して無線通信する信号とする（Ｓ３１）。信号出力が予め想定した最低値より小さいかを判定して（Ｓ３２）、最低値より小さい場合は、何らかの困難があり得るので、警報を発して（Ｓ３８）、この手順を終了する。信号出力がまだ低減できる状態であれば、信号出力を所定の割合で低減して（Ｓ３３）、実際に超音波プローブから超音波診断装置本体に向けて、あるいは超音波診断装置本体から超音波プローブに向けて、信号出力を無線通信で伝送する（Ｓ３４）。なお、超音波診断装置本体から超音波プローブに向けて伝送した後に、今度は超音波プローブから超音波診断装置本体に向けて無線通信すると、双方向データリンクとしての性能を一挙に検査することができる。
【００６３】
次に、無線通信語のテストパターン信号について、エラーレートを算定して（Ｓ３５）、エラーレートを予定した許容限界値と比較する（Ｓ３６）。エラーレートが許容限界値より低い場合は、まだ信号出力を低下させてもよいので、ステップＳ３２に戻って、信号出力が閾値以下にならない限り信号出力を１段ずつ低減させては通信試験を繰り返す。算定されたエラーレートが許容限界値を超えてしまった場合は、これ以上信号出力を低下させることはできないので、ステップＳ３７に進んで、試験した最後の信号出力に所定の余裕代を加えた値を、実際の無線通信に利用する信号出力として設定する。
このようにして設定された信号出力は、よく検討されたテストパターンについてエラーレートが許容できる範囲で最低のレベルであるので、他の装置に対する干渉が最小に抑制されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明により、他の超音波診断装置からの干渉および他の超音波診断装置への干渉を抑制しまた院内無線ＬＡＮなどとの干渉を抑制して、複数の超音波診断装置を同時に使えるようにする、汎用的な手段により品質の高い無線通信を行う無線通信式超音波診断装置を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 超音波プローブ
２ 超音波診断装置本体
１０ 超音波トランスデューサ
１１ 送信遅延パターン記憶部
１２ 送信制御部
１３ 駆動信号発生部
１４ 受信制御部
１５ 受信信号処理部
１６ パラレル／シリアル変換部
１７ 無線通信部
１８ 通信制御部
２１ 操作スイッチ
２２ 制御部
２３ 格納部
３１ 無線通信部
３２ 通信制御部
３３ シリアル／パラレル変換部
３４ 画像形成部
３５ 表示制御部
３６ 表示部
３７ 混信検出部
４１ 操作部
４２ 制御部
４３ 格納部
１５１ プリアンプ
１５２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５３ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
１５４ 直交検波処理部
１５４ａ、１５４ｂ ミキサ（掛算回路）
１５４ｃ、１５４ｄ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１５５ａ、１５５ｂ サンプリング部
１５６ａ、１５６ｂ メモリ
１７１ 変調部
１７２ アンテナ共用器
１７３ アンテナ
１７４ 復調部
２２１ 搬送波設定部
３１１ 復調部
３１２ アンテナ共用器
３１３ アンテナ（アレイアンテナ）
３１４ 変調部
３１５ 可変位相器
３１６ アンテナ指向制御部
３４１ 受信遅延パターン記憶部
３４２ 整相加算部
３４３ メモリ
３４４ 画像処理部
４２２ 搬送波設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に対して信号処理を施すことにより伝送信号を生成する信号処理部と、無線通信によって伝送信号を外部に送信すると共に制御信号を受信する第１の無線通信部と、前記第１の無線通信部における搬送波周波数を設定する第１の制御部とを有する超音波プローブと、
前記第１の無線通信部から送信される伝送信号を受信すると共に制御信号を外部に送信する第２の無線通信部と、前記制御信号を生成すると共に前記第２の無線通信部における搬送波周波数を設定する第２の制御部と、受信信号の搬送波と他の超音波診断装置の搬送波との混信を検知する混信検知部とを有する超音波診断装置本体と、
を具備し、
前記混信検知部が、前記第１の無線通信部が前記伝送信号を送信するのに先立って、前記第２の無線通信部が受信した信号の搬送波と重複しない周波数帯域を検知して、前記第２の無線通信部を介して前記第１の無線通信部に送信し、前記第１の無線通信部が前記重複しない周波数帯域の搬送波を使用して前記伝送信号を送信する、超音波診断装置。
【請求項２】
前記第１の無線通信部と前記第２の無線通信部の間の無線通信が双方向データリンクである、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記双方向データリンクが超音波プローブから超音波診断装置本体への通信方向とその逆方向とで非対称である、請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記混信検知部は、前記第１の無線通信部が前記伝送信号を送信するのに先立って、前記第２の無線通信部が受信した信号について、自らが使用する周波数帯域の全てに亘って検証することにより、他の装置が使用していない周波数帯域を見出して、前記第１の無線通信部がこの周波数帯域を搬送波の使用する周波数帯域とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
さらに専用告知部を備え、該専用告知部が、前記混信検知部が決定した搬送波用の周波数帯域は、超音波診断が終了するまで、占有することを他の超音波診断装置に対して告知する、請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記専用告知部は、前記占有した周波数帯域の搬送波を出し続けることにより、前記周波数帯域を占有することを告知する、請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記専用告知部は、制御チャンネルを介して前記占有した周波数帯域の情報を他の超音波診断装置に告知する、請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記混信検知部は、前記伝送信号の１データを伝送する期間ごとに、前記データを送信する直前に空き周波数帯域を見出し、前記見出した周波数帯域を占有して搬送波とし、前記第１の無線通信部に伝送信号を送信させる、請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記混信検知部が、前記第２の無線通信部が受信した信号について自機が使用する搬送波との混同を監視し、周波数干渉を確認すると、前記第２の制御部が、前記第１の無線通信部と前記第２の無線通信部の空間特性を変化させて周波数干渉を緩和させる、請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記超音波診断装置本体は、さらに複数のアンテナと、アンテナ制御部を備え、前記アンテナ制御部が、前記複数のアンテナのうち周波数干渉が小さいアンテナを選択して使用する、請求項９記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記超音波診断装置本体は、複数のアンテナ素子で構成されるアレイアンテナと、アンテナ制御部を備え、前記アンテナ制御部が前記アンテナ素子における出力の振幅と位相を制御して前記アレイアンテナの空間指向性を変化させる、請求項９記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記他の超音波診断装置との通信手段を備え、該他の超音波診断装置と自機の間に周波数干渉が生じたときには、前記他の超音波診断装置に対して無線通信出力の減力を要請する信号を出力し、かつ自機の無線通信出力を許容できる範囲内で減力する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記自機の無線通信出力の許容範囲は、無線通信出力を段階的に変化させて前記超音波プローブと前記超音波診断装置本体の間にテストパターンを送受信して許容のエラーレートに収まることを確認した結果として得られたものである、請求項１２記載の超音波診断装置。
【請求項１】
複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に対して信号処理を施すことにより伝送信号を生成する信号処理部と、無線通信によって伝送信号を外部に送信すると共に制御信号を受信する第１の無線通信部と、前記第１の無線通信部における搬送波周波数を設定する第１の制御部とを有する超音波プローブと、
前記第１の無線通信部から送信される伝送信号を受信すると共に制御信号を外部に送信する第２の無線通信部と、前記制御信号を生成すると共に前記第２の無線通信部における搬送波周波数を設定する第２の制御部と、受信信号の搬送波と他の超音波診断装置の搬送波との混信を検知する混信検知部とを有する超音波診断装置本体と、
を具備し、
前記混信検知部が、前記第１の無線通信部が前記伝送信号を送信するのに先立って、前記第２の無線通信部が受信した信号の搬送波と重複しない周波数帯域を検知して、前記第２の無線通信部を介して前記第１の無線通信部に送信し、前記第１の無線通信部が前記重複しない周波数帯域の搬送波を使用して前記伝送信号を送信する、超音波診断装置。
【請求項２】
前記第１の無線通信部と前記第２の無線通信部の間の無線通信が双方向データリンクである、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記双方向データリンクが超音波プローブから超音波診断装置本体への通信方向とその逆方向とで非対称である、請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記混信検知部は、前記第１の無線通信部が前記伝送信号を送信するのに先立って、前記第２の無線通信部が受信した信号について、自らが使用する周波数帯域の全てに亘って検証することにより、他の装置が使用していない周波数帯域を見出して、前記第１の無線通信部がこの周波数帯域を搬送波の使用する周波数帯域とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
さらに専用告知部を備え、該専用告知部が、前記混信検知部が決定した搬送波用の周波数帯域は、超音波診断が終了するまで、占有することを他の超音波診断装置に対して告知する、請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記専用告知部は、前記占有した周波数帯域の搬送波を出し続けることにより、前記周波数帯域を占有することを告知する、請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記専用告知部は、制御チャンネルを介して前記占有した周波数帯域の情報を他の超音波診断装置に告知する、請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記混信検知部は、前記伝送信号の１データを伝送する期間ごとに、前記データを送信する直前に空き周波数帯域を見出し、前記見出した周波数帯域を占有して搬送波とし、前記第１の無線通信部に伝送信号を送信させる、請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記混信検知部が、前記第２の無線通信部が受信した信号について自機が使用する搬送波との混同を監視し、周波数干渉を確認すると、前記第２の制御部が、前記第１の無線通信部と前記第２の無線通信部の空間特性を変化させて周波数干渉を緩和させる、請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記超音波診断装置本体は、さらに複数のアンテナと、アンテナ制御部を備え、前記アンテナ制御部が、前記複数のアンテナのうち周波数干渉が小さいアンテナを選択して使用する、請求項９記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記超音波診断装置本体は、複数のアンテナ素子で構成されるアレイアンテナと、アンテナ制御部を備え、前記アンテナ制御部が前記アンテナ素子における出力の振幅と位相を制御して前記アレイアンテナの空間指向性を変化させる、請求項９記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記他の超音波診断装置との通信手段を備え、該他の超音波診断装置と自機の間に周波数干渉が生じたときには、前記他の超音波診断装置に対して無線通信出力の減力を要請する信号を出力し、かつ自機の無線通信出力を許容できる範囲内で減力する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記自機の無線通信出力の許容範囲は、無線通信出力を段階的に変化させて前記超音波プローブと前記超音波診断装置本体の間にテストパターンを送受信して許容のエラーレートに収まることを確認した結果として得られたものである、請求項１２記載の超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１７２４０９（Ｐ２０１０−１７２４０９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６５０６（Ｐ２００９−１６５０６）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]