特許 7489256 振動子ユニットおよび超音波プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-15

(45)【発行日】2024-05-23

(54)【発明の名称】振動子ユニットおよび超音波プローブ

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20240516BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020130588

(22)【出願日】2020-07-31

(65)【公開番号】P2022026906

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-05-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000189486

【氏名又は名称】上田日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】芝田 宏靖

(72)【発明者】

【氏名】市川 政宏

【審査官】後藤 昌夫

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０７７６７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３２００４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の振動子と、
複数の前記振動子のそれぞれに送信信号を出力する送信回路と、
複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を合成する合成回路と、
前記合成回路から出力される合成信号を伝送する合成信号端子を含む振動子ユニットコネクタと、を備え、
前記合成回路は、
複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を整相加算し、当該整相加算によって得られた信号を前記合成信号として出力する整相加算回路を含み、
前記振動子ユニットコネクタは、
超音波画像を表示する装置本体に無線接続されるプローブ本体ユニットに着脱自在であり、
前記プローブ本体ユニットは、
前記合成信号をディジタル信号に変換し、
ディジタル信号に変換された前記合成信号に対する信号処理であって、超音波画像を生成するための信号処理を実行し、当該信号処理が施された前記合成信号を前記装置本体に無線部を介して送信することを特徴とする振動子ユニット。

【請求項2】

請求項１に記載の振動子ユニットであって、
前記振動子ユニットコネクタは、
前記送信回路に対する制御信号を伝送する制御端子を備えることを特徴とする振動子ユニット。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の振動子ユニットであって、
前記合成回路から出力される前記合成信号の信号数は、前記振動子の個数よりも少ないことを特徴とする振動子ユニット。

【請求項4】

超音波画像を表示する装置本体に無線接続されるプローブ本体ユニットと、
前記プローブ本体ユニットに着脱自在であり、複数の振動子を含む振動子ユニットと、を備え、
前記振動子ユニットは、
複数の前記振動子のそれぞれに送信信号を出力する送信回路と、
複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を合成する合成回路と、
前記合成回路から出力される合成信号を伝送する第１合成信号端子を含む振動子ユニットコネクタと、を備え、
前記合成回路は、
複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を整相加算し、当該整相加算によって得られた信号を前記合成信号として出力する整相加算回路を含み、
前記プローブ本体ユニットは、
前記合成信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
ディジタル信号に変換された前記合成信号に対する信号処理であって、超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理部と、
当該信号処理が施された前記合成信号を前記装置本体に送信する無線部と、
前記合成信号を伝送する第２合成信号端子を含む本体部コネクタと、を備え、
前記振動子ユニットコネクタが、前記本体部コネクタに着脱自在であり、前記振動子ユニットコネクタが前記本体部コネクタに装着されているときに、前記第１合成信号端子と前記第２合成信号端子とが接触することを特徴とする超音波プローブ。

【請求項5】

請求項４に記載の超音波プローブであって、
前記振動子ユニットコネクタは、前記送信回路に対する制御信号を伝送する第１制御端子を備え、
前記プローブ本体ユニットは、前記制御信号を出力する制御部を備え、
前記本体部コネクタは、前記制御信号を伝送する第２制御端子を備え、
前記振動子ユニットコネクタが前記本体部コネクタに装着されているときに、前記第１制御端子と前記第２制御端子とが接触することを特徴とする超音波プローブ。

【請求項6】

請求項４または請求項５に記載の超音波プローブであって、
前記合成回路から出力される前記合成信号の信号数は、前記振動子の個数よりも少ないことを特徴とする超音波プローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動子ユニットおよび超音波プローブに関し、特に、超音波プローブの回路構成および構造に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波診断装置が広く用いられている。超音波診断装置は、超音波プローブから被検体に超音波を送信し、被検体で反射した超音波を超音波プローブで受信する。超音波プローブは、受信された超音波に基づく信号を超音波診断装置の装置本体に出力する。装置本体は、超音波プローブから出力された信号に基づいて被検体内の超音波画像を生成し、超音波画像を表示する。

【0003】

超音波プローブは複数の振動子を備えており、複数の振動子に供給される信号の遅延時間を調整することで、超音波プローブから送信される超音波の方向や焦点が制御され、超音波が走査される。超音波プローブには、超音波プローブから送信される超音波の走査方法に応じて、リニア型、セクタ型、コンベックス型等、様々な種類がある。リニア型の超音波プローブでは、超音波のビームが同一方位に向けられた状態で直線状に超音波のビームが走査される。セクタ型の超音波プローブでは、送信点を固定として所定範囲で方位を変化させて超音波のビームが走査される。コンベックス型の超音波プローブでは、送信点を弧状に移動させながら、かつ、送信点の移動と共に所定範囲で方位を変化させて超音波のビームが走査される。

【0004】

種類が異なる超音波プローブでは複数の振動子が配列される態様が異なっている。そのため、一般の超音波診断装置では、異なる種類の超音波プローブが装置本体に付け換え可能となっている。ユーザは、超音波の走査方法に応じて適切な超音波プローブを選択し、装置本体に取り付けて超音波診断を行う。

【0005】

以下の特許文献１には、本願発明に関連する技術として、複数種の超音波プローブおよび複数種のプローブケーブルを選択的に利用する技術が記載されている。この文献には、プローブケーブルの容量成分を検出し、プローブケーブルから装置本体への信号の伝送特性を調整することが記載されている。また、以下の特許文献２には、プローブヘッドがプローブケーブルを介して装置本体に接続される超音波診断装置が記載されている。この文献には、プローブヘッド内に整相加算回路を設けることで、プローブケーブルを細くすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－２６４１２１号公報

【文献】特開２００５－４０４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

近年では、超音波プローブと装置本体とが無線接続された超音波診断装置が開発されている。このような超音波診断装置に用いられる無線超音波プローブには、複数の振動子の他、信号処理回路や無線回路、さらには、これらの回路に電源電力を供給する電源回路が搭載されている。そのため、無線超音波プローブは、プローブケーブルによって装置本体に接続される通常の超音波プローブよりも高価である。さらに、ユーザは、超音波の走査方法に応じた複数種の超音波プローブを予め用意しておく必要があり、超音波診断装置を維持するための費用が増加してしまう。そのため、簡単で安価な構成によって超音波プローブの種類を変更できることが望まれている。

【0008】

本発明の目的は、簡単な構成によって超音波プローブの種類を変更することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、複数の振動子と、複数の前記振動子のそれぞれに送信信号を出力する送信回路と、複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を合成する合成回路と、前記合成回路から出力される合成信号を伝送する合成信号端子を含む振動子ユニットコネクタと、を備え、前記合成回路は、複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を整相加算し、当該整相加算によって得られた信号を前記合成信号として出力する整相加算回路を含み、前記振動子ユニットコネクタは、超音波画像を表示する装置本体に無線接続されるプローブ本体ユニットに着脱自在であり、前記プローブ本体ユニットは、前記合成信号をディジタル信号に変換し、ディジタル信号に変換された前記合成信号に対する信号処理であって、超音波画像を生成するための信号処理を実行し、当該信号処理が施された前記合成信号を前記装置本体に無線部を介して送信することを特徴とする。

【0010】

望ましくは、前記振動子ユニットコネクタは、前記送信回路に対する制御信号を伝送する制御端子を備える。

【0011】

望ましくは、前記合成回路から出力される前記合成信号の信号数は、前記振動子の個数よりも少ない。

【0013】

また、本発明は、超音波画像を表示する装置本体に無線接続されるプローブ本体ユニットと、前記プローブ本体ユニットに着脱自在であり、複数の振動子を含む振動子ユニットと、を備え、前記振動子ユニットは、複数の前記振動子のそれぞれに送信信号を出力する送信回路と、複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を合成する合成回路と、前記合成回路から出力される合成信号を伝送する第１合成信号端子を含む振動子ユニットコネクタと、を備え、前記合成回路は、複数の前記振動子のそれぞれから出力される振動子信号を整相加算し、当該整相加算によって得られた信号を前記合成信号として出力する整相加算回路を含み、前記プローブ本体ユニットは、前記合成信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、ディジタル信号に変換された前記合成信号に対する信号処理であって、超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理部と、当該信号処理が施された前記合成信号を前記装置本体に送信する無線部と、前記合成信号を伝送する第２合成信号端子を含む本体部コネクタと、を備え、前記振動子ユニットコネクタが、前記本体部コネクタに着脱自在であり、前記振動子ユニットコネクタが前記本体部コネクタに装着されているときに、前記第１合成信号端子と前記第２合成信号端子とが接触することを特徴とする。

【0014】

望ましくは、前記振動子ユニットコネクタは、前記送信回路に対する制御信号を伝送する第１制御端子を備え、前記プローブ本体ユニットは、前記制御信号を出力する制御部を備え、前記本体部コネクタは、前記制御信号を伝送する第２制御端子を備え、前記振動子ユニットコネクタが前記本体部コネクタに装着されているときに、前記第１制御端子と前記第２制御端子とが接触する。

【0015】

望ましくは、前記合成回路から出力される前記合成信号の信号数は、前記振動子の個数よりも少ない。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、簡単な構成によって超音波プローブの種類を変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】超音波診断装置の構成を示す図である。

【図2】振動子ユニットの構成を示す図である。

【図3】プローブ本体ユニットの構成を示す図である。

【図4】制御部および信号処理部が演算デバイスによって一体的に構成されたプローブ本体ユニットの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１には、本発明の実施形態に係る超音波診断装置１０の構成が示されている。超音波診断装置１０は、無線超音波プローブ１２および装置本体１４を備えている。無線超音波プローブ１２は、振動子ユニット１６およびプローブ本体ユニット１８を備えている。超音波診断が行われるときは、振動子ユニット１６が被検体に当接するように無線超音波プローブ１２がユーザの手によって支持される。

【0020】

無線超音波プローブ１２は、振動子ユニット１６から被検体に超音波を送信し、被検体で反射した超音波を振動子ユニット１６で受信する。振動子ユニット１６は受信した超音波に基づく受信信号を生成し、プローブ本体ユニット１８は受信信号に応じた信号を装置本体１４に無線送信する。装置本体１４は、プローブ本体ユニット１８から無線送信された信号を受信し、その信号に基づいて被検体内の超音波画像を生成し、ディスプレイに超音波画像を表示する。

【0021】

後述するように、振動子ユニット１６は複数の振動子および周辺回路を備えている。複数の振動子は、無線超音波プローブ１２の種類に応じた態様で振動子ユニット１６に配列されている。周辺回路は、各振動子に送信信号を出力して各振動子に超音波を送信させ、超音波を受信した複数の振動子から出力される各振動子信号に対する処理を実行する。本実施形態に係る無線超音波プローブ１２では、振動子ユニット１６がプローブ本体ユニット１８に着脱自在となっており、振動子ユニット１６が交換可能となっている。振動子の配列が異なる複数種の振動子ユニット１６のうち、超音波の走査方法に応じたものをユーザが選択し、その選択した振動子ユニット１６をプローブ本体ユニット１８に装着することで、走査方法に応じて無線超音波プローブ１２の種類が変更される。

【0022】

図２には、振動子ユニット１６の構成が示されている。振動子ユニット１６は、振動子制御部２０、送信回路２２－１～２２－Ｎ、送受切り換え回路２４、振動子アレイ２６、受信回路３０－１～３０－Ｎ、整相加算回路３２および振動子ユニットコネクタ３４を備えている。ここでＮは２以上の整数である。振動子制御部２０、送信回路２２－１～２２－Ｎ、送受切り換え回路２４、受信回路３０－１～３０－Ｎおよび整相加算回路３２が上記の周辺回路に相当する。

【0023】

振動子制御部２０は、振動子ユニット１６の全体的な制御を行う。振動子アレイ２６は、無線超音波プローブ１２の種類（セクタ型、リニア型、コンベックス型等）に応じた態様で配列されたＮ個の振動子２８を備えている。送受切り換え回路２４は、振動子アレイ２６から超音波を送信するときは、送信回路２２－１～２２－Ｎのそれぞれを、振動子アレイ２６における対応する振動子２８に接続する。送受切り換え回路２４は、振動子アレイ２６で超音波を受信するときは、振動子アレイ２６が備えるＮ個の振動子２８のそれぞれを、受信回路３０－１～３０－Ｎのうち対応するものに接続する。

【0024】

振動子ユニットコネクタ３４は、第１制御端子３６、第１合成信号端子３８および第１電源端子４０を備えている。第１制御端子３６は振動子制御部２０に接続されている。振動子制御部２０は、プローブ本体ユニット１８との間で、第１制御端子３６を介して制御信号を送受信する。第１合成信号端子３８は整相加算回路３２に接続されている。第１電源端子４０には、プローブ本体ユニット１８から電源電力が供給される。第１電源端子４０に供給された電源電力は、振動子制御部２０、送信回路２２－１～２２－Ｎ、送受切り換え回路２４、受信回路３０－１～３０－Ｎおよび整相加算回路３２に供給される。

【0025】

振動子ユニット１６の動作について説明する。送信回路２２－１～２２－Ｎは、振動子制御部２０の制御に応じて、送受切り換え回路２４を介して送信信号をＮ個の振動子２８に出力する。Ｎ個の振動子２８は、送信信号に応じた超音波を被検体に送信する。被検体で反射した超音波は、Ｎ個の振動子２８で受信される。Ｎ個の振動子２８は、受信した超音波を電気信号である振動子信号に変換し、送受切り換え回路２４を介して、受信回路３０－１～３０－Ｎにそれぞれ出力する。受信回路３０－１～３０－Ｎのそれぞれは、振動子信号の大きさ等を調整して、整相加算回路３２に出力する。

【0026】

整相加算回路３２は、受信回路３０－１～３０－Ｎから出力されたＮ個の振動子信号を合成する合成回路として動作する。具体的には、整相加算回路３２は、受信回路３０－１～３０－Ｎから出力されたＮ個の振動子信号を整相加算し、合成信号、すなわち受信信号を生成し第１合成信号端子３８に出力する。ここで、整相加算とは、特定の方向から受信された超音波に基づくＮ個の振動子信号が強め合うように、各振動子信号の遅延時間を調整して加算する処理をいう。

【0027】

送信回路２２－１～２２－Ｎのそれぞれが送信信号の遅延時間を制御することで、振動子アレイ２６から送信される超音波のビームが形成され、超音波ビームが走査される。また、整相加算回路３２による整相加算によって、超音波ビームの方向から到来した超音波に基づく各振動子信号が強め合うように加算され、超音波ビームの方向から到来した超音波に応じた受信信号が整相加算回路３２から出力される。

【0028】

図３には、プローブ本体ユニット１８の構成が示されている。プローブ本体ユニット１８は制御部５０、本体部コネクタ５２、Ａ／Ｄ変換回路６４、信号処理部６６、無線部６８および電源回路７０を備えている。制御部５０は、プログラムを実行することで動作するプロセッサによって構成されてよい。また、信号処理部６６は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等、再構成可能なハードウエアで構成されてよい。

【0029】

本体部コネクタ５２は、第２制御端子５４、第２合成信号端子６０および第２電源端子６２を備えている。第２制御端子５４は制御部５０に接続されている。第２合成信号端子６０はＡ／Ｄ変換回路６４に接続されている。第２電源端子６２は電源回路７０に接続されている。電源回路７０はバッテリを備えていてよい。上記の振動子ユニットコネクタ３４（図２）は、本体部コネクタ５２に着脱自在である。振動子ユニットコネクタ３４が、本体部コネクタ５２に装着されることで、第１制御端子３６と第２制御端子５４とが接触し、第１制御端子３６と第２制御端子５４とが電気的に接続される。また、第１合成信号端子３８と第２合成信号端子６０とが接触し、第１合成信号端子３８と第２合成信号端子６０とが電気的に接続される。さらに、第１電源端子４０と第２電源端子６２とが接触し、第１電源端子４０と第２電源端子６２とが電気的に接続される。

【0030】

プローブ本体ユニット１８の動作について説明する。電源回路７０は、制御部５０、Ａ／Ｄ変換回路６４、信号処理部６６および無線部６８に電源電力を供給する他、第２電源端子６２を介して振動子ユニット１６に電源電力を供給する。

【0031】

制御部５０は、第２制御端子５４および第１制御端子３６を介して、振動子ユニット１６が備える振動子制御部２０に制御信号を送信する。これによって、振動子ユニット１６が備える振動子制御部２０は、適切な遅延時間を持たせて送信信号を送信するように各送信回路２２－１～２２－Ｎを制御する。なお、振動子制御部２０は、必要に応じて、第２制御端子５４および第１制御端子３６を介して制御部５０に別の制御信号を送信してもよい。

【0032】

Ａ／Ｄ変換回路６４は、振動子ユニット１６から第１合成信号端子３８および第２合成信号端子６０を介して出力された受信信号をディジタル信号に変換し、信号処理部６６に出力する。信号処理部６６は、超音波画像を生成するための信号処理を受信信号に対して施した超音波診断信号（信号処理が施された受信信号）を生成し、制御部５０に出力する。制御部５０は、超音波診断信号を無線部６８に出力し、無線部６８に超音波診断信号を無線送信させる。無線部６８は、制御部５０の制御に応じて超音波診断信号を装置本体１４に無線送信する。装置本体１４は、超音波診断信号を受信し、超音波診断信号に応じた超音波画像をディスプレイに表示する。

【0033】

なお、無線部６８は、装置本体１４から無線送信された制御信号を受信し、制御部５０に出力してもよい。制御部５０は、制御信号に応じた処理を実行してもよい。このように無線部６８は、プローブ本体ユニット１８と装置本体１４との間での無線信号の伝送を可能にし、プローブ本体ユニット１８を装置本体１４に無線接続する。

【0034】

制御部５０および信号処理部６６は、図４に示されているように、演算デバイス７２によって一体的に構成されてもよい。演算デバイス７２は、プログラムを実行することで動作するプロセッサによって構成されてよい。

【0035】

本実施形態に係る無線超音波プローブ１２では、振動子ユニット１６が、各送信回路２２－１～２２－Ｎに対する制御信号を伝送する第１制御端子３６、整相加算回路３２から出力される受信信号を伝送する第１合成信号端子３８、および電源電力を伝送する第１電源端子４０を含む振動子ユニットコネクタ３４を備えている。プローブ本体ユニット１８は、制御信号を伝送する第２制御端子５４、受信信号を伝送する第２合成信号端子６０、および電源電力を伝送する第２電源端子６２を含む本体部コネクタ５２を備えている。振動子ユニットコネクタ３４および本体部コネクタ５２によって、振動子ユニット１６がプローブ本体ユニット１８に対して着脱自在となっている。

【0036】

無線超音波プローブ１２の種類を変更するときは、種類に合わせて振動子ユニット１６を付け換えればよい。また、整相加算回路３２から出力される受信信号の信号数は振動子の個数Ｎよりも少なく、本実施形態では受信信号は１つである。そのため、振動子ユニットコネクタ３４および本体部コネクタ５２の構造が簡単となる。したがって、簡単で安価な構成によって、種類の変更が可能な無線超音波プローブ１２が実現される。また、振動子ユニット１６が故障した場合であっても、振動子ユニット１６のみを交換することができるため、無線超音波プローブ１２のメンテナンスが容易かつ安価となる。

【符号の説明】

【0037】

１０ 超音波診断装置、１２ 無線超音波プローブ、１４ 装置本体、１６ 振動子ユニット、１８ 本体ユニット、２０ 振動子制御部、２２－１～２２－Ｎ 送信回路、２４ 送受切り換え回路、２６ 振動子アレイ、２８ 振動子、３０－１～３０－Ｎ 受信回路、３２ 整相加算回路、３４ 振動子ユニットコネクタ、３６ 第１制御端子、３８ 第１合成信号端子、４０ 第１電源端子、５０ 制御部、５２ 本体部コネクタ、５４ 第２制御端子、６０ 第２合成信号端子、６２ 第２電源端子、６４ Ａ／Ｄ変換回路、６６ 信号処理部、６８ 無線部、７０ 電源回路、７２ 演算デバイス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】