JP2013063157A - 超音波診断装置および超音波画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成且つ低消費電力でありながらも高画質の超音波画像の生成を図ることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】浅い測定深度領域に対しては、送信ビーム軸に対して対称なチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）を互いに接続しないように切替スイッチ４５が設定され、各チャンネルの受信信号は、対応する受信信号処理部４Ａで独立してＡ／Ｄ変換され、サンプルデータとして出力される。一方、深い測定深度領域に対しては、送信ビーム軸に対して対称なチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）を互いに接続するように切替スイッチ４５が設定され、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）における受信信号は互いに加算された後にＡ／Ｄ変換され、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）の双方におけるそれぞれのサンプルデータとして出力される。
【選択図】図２

Description

この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

例えば、特許文献１には、超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力された受信信号が、それぞれ、プリアンプで増幅され、Ａ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換されてデジタルの受信データとされた後、適切な遅延を与えられることで互いに位相が合致した状態で加算され、これにより受信フォーカス処理を行う超音波診断装置が開示されている。
この受信フォーカス処理によって超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成され、このようにして生成された診断領域内の複数の音線信号に基づいて、被検体内の断層画像情報であるＢモード画像信号が生成される。

このような超音波診断においては、超音波ビームが被検体内を進行するに従って減衰するので、深度が深くなるほど到達する超音波ビームの強度は小さくなる。また、被検体内の各部で反射されて超音波プローブに戻ってくる超音波エコーも、同様に進行するに従って減衰する。さらに、周波数依存減衰により中心周波数が低周波数側に移動する。その結果、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅は、測定深度に応じて変化することとなる。

そこで、測定領域内の深度の浅い領域に対応する比較的大きな振幅の受信信号から深度の深い領域に対応する比較的小さな振幅の受信信号まで全域にわたる受信信号を良好な分解能でＡ／Ｄ変換するために、Ａ／Ｄコンバータは大きなダイナミックレンジを有することが望まれるが、現存の超音波診断装置用のＡ／Ｄコンバータのダイナミックレンジは十分なものではない。
このため、例えば、特許文献２には、１つの超音波トランスデューサに互いに利得の異なる一対の増幅器を並列に接続し、これらの増幅器で増幅された受信信号をそれぞれ別個にＡ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換した後、互いに結合する超音波診断装置が開示されている。このような構成とすることにより、広範囲の振幅の受信信号を良好にＡ／Ｄ変換して高画質の超音波画像を生成することができる。

特開平４−２３２８８８号公報 特開平２−００４３４６号公報

しかしながら、アレイトランスデューサにより構成される多数のチャンネルのそれぞれに、一対の増幅器と一対のＡ／Ｄコンバータを配設しなければならず、その分、部品点数および消費電力が増大すると共に装置の構成が複雑になるという問題がある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成且つ低消費電力でありながらも高画質の超音波画像の生成を図ることができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波診断装置は、アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、受信時に使用される同時開口チャンネルのうち送信ビーム軸に対して対称な位置に配置された一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号を処理することにより１つの受信データを生成すると共に生成された受信データをこれら一対の開口チャンネルにおけるそれぞれの受信データとして出力する受信回路を備えたものである。

受信回路は、一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号を互いに加算した後にＡ／Ｄ変換することにより１つの受信データを生成することができる。その際、受信回路は、所定の測定深度より浅い領域に対しては、一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号をそれぞれ独立してＡ／Ｄ変換することによりこれら一対の開口チャンネルにおける受信データを生成することが好ましい。
なお、受信回路は、それぞれアレイトランスデューサから出力された受信信号を増幅する複数のプリアンプと、それぞれ受信信号をＡ／Ｄ変換する複数のＡ／Ｄコンバータと、複数のプリアンプと複数のＡ／Ｄコンバータとを互いに選択的に接続するクロスポイントスイッチとを含むように構成することができる。

また、受信回路は、一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号のうち一方の受信信号を第１のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換すると共に他方の受信信号を第１のダイナミックレンジと異なる第２のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換した後、互いに結合することにより１つの受信データを生成してもよい。
この場合、受信回路は、それぞれ対応するチャンネルにおける受信信号を増幅する複数のプリアンプと、複数のプリアンプで増幅された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する複数のＡ／Ｄコンバータと、一対の開口チャンネルに対応する一対のプリアンプの利得を互いに異なるように変更する利得変更手段と、一対の開口チャンネルに対応する一対のＡ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換された一対のデータを互いに結合して１つの受信データを生成するデータ結合手段とを含むように構成することができる。
なお、受信回路は、受信時に使用される同時開口チャンネルにおいて、受信信号が第１のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換されるチャンネルと受信信号が第２のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換されるチャンネルとを送信ビーム軸の両側に分散して配置させることが好ましい。

この発明に係る超音波画像生成方法は、アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、受信時に使用される同時開口チャンネルのうち送信ビーム軸に対して対称な位置に配置された一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号を処理することにより１つの受信データを生成すると共に生成された受信データをこれら一対の開口チャンネルにおけるそれぞれの受信データとする方法である。

この発明によれば、受信時の同時開口チャンネルのうち送信ビーム軸に対して対称な位置に配置された一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号を処理することにより１つの受信データを生成し、これら一対の開口チャンネルにおけるそれぞれの受信データとして出力するので、簡単な構成且つ低消費電力でありながらも高画質の超音波画像の生成を図ることが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１で用いられた受信回路の内部構成を示し、（Ａ）は浅い測定深度領域に対する状態、（Ｂ）は深い測定深度領域に対する状態をそれぞれ示すブロック図である。 送信ビーム軸上の反射源から各チャンネルの超音波トランスデューサに到達する超音波エコーの遅延時間を示す図である。 実施の形態２で用いられた受信回路の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態３で用いられた受信回路の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態３において使用される一対のＡ／ＤコンバータのＡ／Ｄ変換可能範囲を示す図である。 参考例における各開口チャンネルの状態を示す図である。 実施の形態３における各開口チャンネルの状態を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、この超音波プローブ１と無線通信により接続された診断装置本体２とを備えている。

超音波プローブ１は、１次元又は２次元のアレイ状に配列された複数の超音波トランスデューサ３を有し、これら超音波トランスデューサ３に受信回路４が接続され、さらに受信回路４にパラレル／シリアル変換部５を介して無線通信部６が接続されている。受信回路４は、複数の超音波トランスデューサ３にそれぞれ対応して接続された複数の受信信号処理部４Ａを含んでいる。また、複数の超音波トランスデューサ３に送信駆動部７を介して送信制御部８が接続され、受信回路４内の複数の受信信号処理部４Ａに受信制御部９が接続され、無線通信部６に通信制御部１０が接続されている。そして、パラレル／シリアル変換部５、送信制御部８、受信制御部９および通信制御部１０にプローブ制御部１１が接続されている。

複数の超音波トランスデューサ３は、それぞれ送信駆動部７から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各超音波トランスデューサ３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）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）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
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、圧電体が伸縮し、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て、それらの超音波の合成により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り伸縮して電気信号を発生し、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。

送信駆動部７は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部８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３から送信される超音波が被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームを形成するようにそれぞれ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３に供給する。
受信回路４の各受信信号処理部４Ａは、受信制御部９の制御の下で、対応する超音波トランスデューサ３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、組織のエリアの情報を含む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５に供給する。受信信号処理部４Ａは、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことによりサンプルデータを生成してもよい。
パラレル／シリアル変換部５は、複数の受信信号処理部４Ａ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に変換する。

無線通信部６は、シリアルのサンプルデータに基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、シリアルのサンプルデータを送信する。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。
無線通信部６は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、サンプルデータを診断装置本体２に送信すると共に、診断装置本体２から各種の制御信号を受信して、受信された制御信号を通信制御部１０に出力する。通信制御部１０は、プローブ制御部１１によって設定された送信電波強度でサンプルデータの送信が行われるように無線通信部６を制御すると共に、無線通信部６が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１１に出力する。

プローブ制御部１１は、診断装置本体２から送信される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
超音波プローブ１には、図示しないバッテリが内蔵され、このバッテリから超音波プローブ１内の各回路に電源供給が行われる。
なお、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よいし、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よい。

一方、診断装置本体２は、無線通信部２１を有し、この無線通信部２１にシリアル／パラレル変換部２２を介してデータ格納部２３が接続され、データ格納部２３に画像生成部２４が接続されている。さらに、画像生成部２４に表示制御部２５を介して表示部２６が接続されている。また、無線通信部２１に通信制御部２７が接続され、シリアル／パラレル変換部２２、データ格納部２３、画像生成部２４、表示制御部２５および通信制御部２７に本体制御部２８が接続されている。さらに、本体制御部２８には、オペレータが入力操作を行うための操作部２９と、動作プログラムを格納する格納部３０がそれぞれ接続されている。

無線通信部２１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、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。また、無線通信部２１は、アンテナによって受信される信号を復調することにより、シリアルのサンプルデータを出力する。
通信制御部２７は、本体制御部２８によって設定された送信電波強度で各種の制御信号の送信が行われるように無線通信部２１を制御する。
シリアル／パラレル変換部２２は、無線通信部２１から出力されるシリアルのサンプルデータを、パラレルのサンプルデータに変換する。データ格納部２３は、メモリまたはハードディスク等によって構成され、シリアル／パラレル変換部２２によって変換された少なくとも１フレーム分のサンプルデータを格納する。
画像生成部２４は、データ格納部２３から読み出される１フレーム毎のサンプルデータに受信フォーカス処理を施して、超音波診断画像を表す画像信号を生成する。画像生成部２４は、整相加算部３１と画像処理部３２とを含んでいる。

整相加算部３１は、本体制御部２８において設定された受信方向に応じて、予め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、選択された受信遅延パターンに基づいて、サンプルデータによって表される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。

画像処理部３２は、整相加算部３１によって生成され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。画像処理部３２は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：デジタル・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。
表示制御部２５は、画像生成部２４によって生成される画像信号に基づいて、表示部２６に超音波診断画像を表示させる。表示部２６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部２５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
本体制御部２８は、操作者により操作部２９から入力された各種の指令信号等に基づいて、診断装置本体２内の各部の制御を行うものである。

このような診断装置本体２において、シリアル／パラレル変換部２２、画像生成部２４、表示制御部２５、通信制御部２７および本体制御部２８は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。上記の動作プログラムは、格納部３０に格納される。格納部３０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、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＳＤカード、ＣＦカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。

ここで、超音波プローブ１内の受信回路４の内部構成を図２（Ａ）に示す。受信回路４は、複数の超音波トランスデューサ３に対応した複数の受信信号処理部４Ａを含んでおり、各受信信号処理部４Ａは、対応する超音波トランスデューサ３から出力される受信信号を増幅するプリアンプ４１および可変利得アンプ４２と、受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去するローパスフィルタ４３と、受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ４４とが順次直列に接続された構成を有している。

複数の超音波トランスデューサ３からなる複数チャンネルのうち、送信ビーム軸を中心として所定数のチャンネルが超音波エコーの受信時に同時開口されるが、送信ビーム軸に対して対称な位置に配置された一対の開口チャンネルでそれぞれ得られた受信信号を互いに加算することができるように構成されている。例えば、図２（Ａ）において、チャンネルｃｈ（０）を送信ビーム軸とした場合、チャンネルｃｈ（ｎ）におけるプリアンプ４１の出力側に切替スイッチ４５を接続すると共に、チャンネルｃｈ（０）に対してチャンネルｃｈ（ｎ）と対称な位置に配置されたチャンネルｃｈ（−ｎ）におけるプリアンプ４１の出力側に加算器４６を接続し、切替スイッチ４５の切り換えに応じて、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）の超音波トランスデューサ３でそれぞれ得られた受信信号を、それぞれ対応するプリアンプ４１で増幅した後、互いに加算するか否かを選択可能とする。

そして、超音波診断の測定深度が所定の測定深度Ｄ０より浅い領域に対しては、図２（Ａ）に示されるように、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）を互いに接続しないように切替スイッチ４５を設定し、測定深度が所定の測定深度Ｄ０以上に深い領域に対しては、図２（Ｂ）に示されるように、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）を互いに接続するように切替スイッチ４５を切り換える。

これは、浅い測定深度領域では、各超音波トランスデューサ３で得られる受信信号の強度が比較的大きいため、各チャンネルの受信信号をそのまま対応する受信信号処理部４Ａで独立して処理しても良好な分解能でＡ／Ｄ変換することができるが、深い測定深度領域では、各超音波トランスデューサ３で得られる受信信号の強度が小さくなるため、送信ビーム軸に対して対称な位置関係にあるチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）における受信信号を互いに加算した上でＡ／Ｄ変換しようとするものである。

このとき、図３に示されるように、送信ビーム軸Ｃ上に位置する反射源Ｐからの超音波エコーの強度は、送信ビーム軸Ｃに関して概ね軸対称となり、各チャンネルの超音波トランスデューサ３への超音波エコーの到達時間も送信ビーム軸Ｃに関して軸対称となる。このため、送信ビーム軸Ｃに対して対称な位置に配置された一対のチャンネルにおける受信信号を互いに同一タイミングで加算するだけで、強度が２倍になった受信信号を作成することができ、この受信信号をＡ／Ｄコンバータ４４に入力させて良好な分解能でＡ／Ｄ変換することが可能となる。
なお、「ｎ」は、任意の自然数を表している。

次に、この実施の形態１の動作について説明する。
予め、超音波プローブ１のプローブ制御部１１に所定の測定深度Ｄ０が格納されているものとする。
まず、超音波プローブ１の送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から超音波が送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号が受信回路４のそれぞれ対応する受信信号処理部４Ａに供給される。

ここで、プローブ制御部１１の制御の下、受信制御部９は、所定の測定深度Ｄ０より浅い領域に対しては、すなわち、超音波の送信から所定の測定深度Ｄ０に対応する時間が経過するまでは、図２（Ａ）に示されるように、送信ビーム軸に対して対称なチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）を互いに接続しないように切替スイッチ４５を設定する。これにより、受信時に同時開口した各チャンネルの受信信号は、対応する受信信号処理部４Ａで独立してＡ／Ｄ変換され、サンプルデータとして出力される。

一方、受信制御部９は、所定の測定深度Ｄ０以上に深い領域に対しては、すなわち、超音波の送信から所定の測定深度Ｄ０に対応する時間が経過した後は、図２（Ｂ）に示されるように、送信ビーム軸に対して対称なチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）を互いに接続するように切替スイッチ４５を設定する。これにより、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）における受信信号は互いに加算されて、強度が２倍になった受信信号が作成される。この受信信号が例えばチャンネルｃｈ（−ｎ）のＡ／Ｄコンバータ４４でＡ／Ｄ変換され、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）の双方におけるそれぞれのサンプルデータとして出力される。
同様にして、受信時の同時開口チャンネルのうち、送信ビーム軸に対して対称な位置に配置されたそれぞれの開口チャンネル対において、受信信号が互いに加算された上でＡ／Ｄ変換され、これら開口チャンネル対のサンプルデータとして出力される。

このようにして生成されたサンプルデータがパラレル／シリアル変換部５でシリアル化された後に無線通信部６から診断装置本体２へ無線伝送される。診断装置本体２の無線通信部２１で受信されたサンプルデータは、シリアル／パラレル変換部２２でパラレルのデータに変換され、データ格納部２３に格納される。さらに、データ格納部２３から１フレーム毎のサンプルデータが読み出され、画像生成部２４で画像信号が生成され、この画像信号に基づいて表示制御部２５により超音波診断画像が表示部２６に表示される。

以上のように、深い測定深度領域では、送信ビーム軸に対して対称な位置関係にあるチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）における受信信号を互いに加算した上でＡ／Ｄ変換して１つの受信データを生成し、この受信データを双方のチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）におけるそれぞれの受信データとして出力するので、超音波エコー強度の小さい深い測定深度領域に対しても、良好な分解能で受信信号のＡ／Ｄ変換を行うことができる。また、各チャンネルに配設されるプリアンプ４１およびＡ／Ｄコンバータ４４は１つずつで済むので、簡単な構成且つ低消費電力でありながら、高画質の超音波画像の生成を図ることが可能となる。

実施の形態２
図４に、実施の形態２に係る超音波診断装置における受信回路５１の構成を示す。この受信回路５１は、例えば１２８チャンネル構成のアレイトランスデューサに接続されたマルチプレクサ５２を有しており、このマルチプレクサ５２に６４個のプリアンプ４１が接続されている。６４個のプリアンプ４１は、クロスポイントスイッチ５３を介して６４個の可変利得アンプ４２に接続され、各可変利得アンプ４２にローパスフィルタ４３とＡ／Ｄコンバータ４４とが順次接続されている。

マルチプレクサ５２は、１２８個の超音波トランスデューサ３から６４個の超音波トランスデューサ３を選択的に６４個のプリアンプ４１に接続することで、最大６４チャンネルを同時開口させることができる。
クロスポイントスイッチ５３は、６４個のプリアンプ４１のそれぞれを６４個の可変利得アンプ４２のいずれかに選択的に接続するものである。
なお、実施の形態２に係る超音波診断装置は、受信回路５１以外は、図１に示した実施の形態１の超音波診断装置と同様の構成を有している。

一般的に、超音波診断においては、所定数の同時開口チャンネルを走査しながら超音波の送受信が行われるため、走査する毎に送信ビーム軸の位置が移動することとなる。そこで、この実施の形態２では、マルチプレクサ５２により同時開口チャンネルが選択される毎に、同時開口チャンネルのうち、送信ビーム軸に対して対称な位置関係にある一対のチャンネル間の接続／非接続がクロスポイントスイッチ５３によって制御される。
すなわち、所定の測定深度Ｄ０より浅い領域に対しては、送信ビーム軸に対して対称な一対のチャンネルを互いに接続せずにそれぞれ独立してＡ／Ｄ変換するようにクロスポイントスイッチ５３が作用し、所定の測定深度Ｄ０以上に深い領域に対しては、送信ビーム軸に対して対称な一対のチャンネルを互いに接続して、これらのチャンネルにおける受信信号を加算した後にＡ／Ｄ変換されるようにクロスポイントスイッチ５３が作用する。

このように、同時開口チャンネルを走査しながら超音波の送受信を行っても、常に、深い測定深度領域では、送信ビーム軸に対して対称な位置関係にあるチャンネル対における受信信号を互いに加算した上でＡ／Ｄ変換して１つの受信データを生成し、この受信データを双方のチャンネルにおけるそれぞれの受信データとして出力することができる。このため、高画質の超音波画像の生成を図ることが可能となる。
なお、この実施の形態２においては、１２８チャンネル構成のアレイトランスデューサに６４チャンネル構成の受信回路５１を接続したが、これらのチャンネル数およびビット数は、単なる一例に過ぎず、限定されるものではない。

実施の形態３
図５に、実施の形態３に係る超音波診断装置における受信回路の構成を示す。
複数の超音波トランスデューサ３のそれぞれにプリアンプ４１、可変利得アンプ４２、ローパスフィルタ４３およびＡ／Ｄコンバータ４４が順次直列に接続されている。
複数の超音波トランスデューサ３からなる複数チャンネルのうち、送信ビーム軸を中心として所定数のチャンネルが超音波エコーの受信時に同時開口されるが、送信ビーム軸に対して対称な位置に配置された一対の開口チャンネルにおけるＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジを互いに異ならせることができるように構成されている。

例えば、図５において、チャンネルｃｈ（０）を送信ビーム軸とした場合、チャンネルｃｈ（０）に対して互いに対称な位置に配置されたチャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）のプリアンプ４１にそれぞれ並列に利得変更回路６１が接続され、これらの利得変更回路６１が受信制御部９に接続される。さらに、チャンネルｃｈ（ｎ）とチャンネルｃｈ（−ｎ）のＡ／Ｄコンバータ４４の出力端にデータ結合器６２が接続される。
なお、「ｎ」は、任意の自然数を表している。
利得変更回路６１および受信制御部９により利得変更手段が、データ結合器６２によりデータ結合手段が、それぞれ構成されている。

図３に示したように、送信ビーム軸Ｃ上に位置する反射源Ｐからの超音波エコーの強度は、送信ビーム軸Ｃに関して概ね軸対称となり、各チャンネルの超音波トランスデューサ３への超音波エコーの到達時間も送信ビーム軸Ｃに関して軸対称となる。そこで、この実施の形態３では、送信ビーム軸Ｃに対して対称な位置に配置された一対のチャンネルｃｈ（ｎ）およびチャンネルｃｈ（−ｎ）におけるプリアンプ４１が互いに異なる利得を有するように、それぞれのプリアンプ４１に並列接続されている利得変更回路６１が受信制御部９によって制御される。

超音波エコーの受信時には、送信ビーム軸に対して対称なチャンネルｃｈ（ｎ）およびチャンネルｃｈ（−ｎ）における受信信号が、互いに異なる利得に設定されたプリアンプ４１で増幅された後に、Ａ／Ｄコンバータ４４でＡ／Ｄ変換され、さらに、Ａ／Ｄ変換されたこれら一対のデータがデータ結合器６２で互いに結合されてチャンネルｃｈ（ｎ）およびチャンネルｃｈ（−ｎ）における受信データとして出力される。
同様にして、受信時の同時開口チャンネルのうち、送信ビーム軸に対して対称な位置に配置されたそれぞれの開口チャンネル対において、受信信号が互いに異なる利得に設定されたプリアンプ４１で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ４４でＡ／Ｄ変換され、データ結合器６２で互いに結合されて、これら開口チャンネル対のサンプルデータとして出力される。

例えば、図６に示されるように、チャンネルｃｈ（ｎ）におけるプリアンプ４１の利得に対してチャンネルｃｈ（−ｎ）におけるプリアンプ４１の利得が８倍に設定されると、チャンネルｃｈ（ｎ）におけるＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジを０〜０．８Ｖとしたとき、チャンネルｃｈ（−ｎ）におけるＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジは０〜０．１Ｖとなる。ここで、各チャンネルに用いられたＡ／Ｄコンバータ４４の有効ビット長を５１２ビットとすれば、チャンネルｃｈ（ｎ）では、０．８／５１２＝１．５６２５ｍＶの分解能でＡ／Ｄ変換が行われ、一方、チャンネルｃｈ（−ｎ）では、０．１／５１２＝１９５μＶの分解能でＡ／Ｄ変換が行われることとなる。

すなわち、チャンネルｃｈ（ｎ）およびチャンネルｃｈ（−ｎ）で得られたほぼ同一の受信信号に対して、高出力レベル側の信号部分をチャンネルｃｈ（ｎ）において第１のダイナミックレンジ（０〜０．８Ｖ）でＡ／Ｄ変換し、低出力レベル側の信号部分をチャンネルｃｈ（−ｎ）において第２のダイナミックレンジ（０〜０．１Ｖ）でＡ／Ｄ変換し、これらＡ／Ｄ変換されたデータをデータ結合器６２で互いに結合することができる。
このため、単一のチャンネルで受信信号の出力レベルの全域をＡ／Ｄ変換するよりも、高い分解能でＡ／Ｄ変換を行うことが可能となる。すなわち、有効ビット長の短いＡ／Ｄコンバータを使用しても、高画質の超音波画像の生成を実現することが可能となる。

なお、送信ビーム軸Ｃに関する超音波エコーの軸対称性のわずかなずれを考慮すると、図７のように、「■」で示される第１のダイナミックレンジのチャンネルＡ１と、「□」で示される第２のダイナミックレンジのチャンネルＡ２とが、互いに送信ビーム軸Ｃの両側に片寄って配置されているよりも、図８のように、双方のチャンネルＡ１およびチャンネルＡ２が送信ビーム軸Ｃの両側に分散して配置されている方が好ましい。このようにすれば、再現性の優れた超音波画像を得ることができる。

上記の実施の形態１〜３では、超音波プローブ１と診断装置本体２とが互いに無線通信により接続されていたが、これに限るものではなく、接続ケーブルを介して超音波プローブ１が診断装置本体２に接続されていてもよい。この場合には、超音波プローブ１の無線通信部６および通信制御部１０、診断装置本体２の無線通信部２１および通信制御部２７等は不要となる。

１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ 超音波トランスデューサ、４，５１ 受信回路、４Ａ 受信信号処理部、５ パラレル／シリアル変換部、６ 無線通信部、７ 送信駆動部、８ 送信制御部、９ 受信制御部、１０ 通信制御部、１１ プローブ制御部、２１ 無線通信部、２２ シリアル／パラレル変換部、２３ データ格納部、２４ 画像生成部、２５ 表示制御部、２６ 表示部、２７ 通信制御部、２８ 本体制御部、２９ 操作部、３０ 格納部、３１ 整相加算部、３２ 画像処理部、４１ プリアンプ、４２ 可変利得アンプ、４３ ローパスフィルタ、４４ Ａ／Ｄコンバータ、４５ 切替スイッチ、４６ 加算器、５２ マルチプレクサ、５３ クロスポイントスイッチ、６１ 利得変更回路、６２ データ結合器、Ｃ 送信ビーム軸、Ｐ 反射源、Ａ１ 第１のダイナミックレンジのチャンネル、Ａ２ 第２のダイナミックレンジのチャンネル。

Claims (8)

1. アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記アレイトランスデューサから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   受信時に使用される同時開口チャンネルのうち送信ビーム軸に対して対称な位置に配置された一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号を処理することにより１つの受信データを生成すると共に生成された受信データをこれら一対の開口チャンネルにおけるそれぞれの受信データとして出力する受信回路を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記受信回路は、前記一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号を互いに加算した後にＡ／Ｄ変換することにより前記１つの受信データを生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記受信回路は、所定の測定深度より浅い領域に対しては、前記一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号をそれぞれ独立してＡ／Ｄ変換することによりこれら一対の開口チャンネルにおける受信データを生成する請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記受信回路は、それぞれ前記アレイトランスデューサから出力された受信信号を増幅する複数のプリアンプと、それぞれ受信信号をＡ／Ｄ変換する複数のＡ／Ｄコンバータと、前記複数のプリアンプと前記複数のＡ／Ｄコンバータとを互いに選択的に接続するクロスポイントスイッチとを含む請求項２または３に記載の超音波診断装置。
5. 前記受信回路は、前記一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号のうち一方の受信信号を第１のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換すると共に他方の受信信号を前記第１のダイナミックレンジと異なる第２のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換した後、互いに結合することにより前記１つの受信データを生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
6. 前記受信回路は、それぞれ対応するチャンネルにおける受信信号を増幅する複数のプリアンプと、前記複数のプリアンプで増幅された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する複数のＡ／Ｄコンバータと、前記一対の開口チャンネルに対応する一対の前記プリアンプの利得を互いに異なるように変更する利得変更手段と、前記一対の開口チャンネルに対応する一対の前記Ａ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換された一対のデータを互いに結合して前記１つの受信データを生成するデータ結合手段とを含む請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記受信回路は、受信時に使用される同時開口チャンネルにおいて、受信信号が前記第１のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換されるチャンネルと受信信号が前記第２のダイナミックレンジでＡ／Ｄ変換されるチャンネルとを送信ビーム軸の両側に分散して配置させる請求項５または６に記載の超音波診断装置。
8. アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記アレイトランスデューサから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
   受信時に使用される同時開口チャンネルのうち送信ビーム軸に対して対称な位置に配置された一対の開口チャンネルにおける一対の受信信号を処理することにより１つの受信データを生成すると共に生成された受信データをこれら一対の開口チャンネルにおけるそれぞれの受信データとすることを特徴とする超音波画像生成方法。

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