特許 7561569 超音波探触子

(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】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】超音波探触子

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020177100

(22)【出願日】2020-10-22

(65)【公開番号】P2022068431

(43)【公開日】2022-05-10

【審査請求日】2023-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(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】梶山 新也

(72)【発明者】

【氏名】林 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】高野 慎太

【審査官】松岡 智也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１４２９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５１８５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／１３４６８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１７２５３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２４５２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２９５１１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３０６５１０（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】

複数の振動子が２次元アレイとして配置されている超音波探触子であって、
連続波ドプラモードである第１モードと、前記連続波ドプラモード以外のモードである第２モードとの少なくとも２種類のモードで超音波受信動作が可能であり、
前記２次元アレイの一方の次元の方向を第１方向とし、他方の次元の方向を第２方向とし、
前記複数の振動子の振動子毎に配置されている受信回路と、
前記受信回路毎に接続されるように配置されている第１マルチプレクサと、
前記第１マルチプレクサと接続されて前記第１方向に延在するように配置されている複数の第１配線と、
前記２次元アレイの外側において、前記複数の第１配線と接続されて前記第２方向に延在するように配置されている第２配線と、
前記第２配線上に配置され、前記複数の振動子の受信信号についての整相加算の単位に対応させて切断可能であるスイッチと、
前記第２配線に接続されている、複数の第２マルチプレクサと、
前記複数の第２マルチプレクサに接続されている、前記第１モードで使用される複数の第１出力ポートと、
前記第２配線上の前記スイッチ間の部分毎に接続されている、前記第２モードで使用される複数の第２出力ポートと、
を備える、超音波探触子。

【請求項2】

請求項１記載の超音波探触子において、
前記２次元アレイの前記複数の振動子の複数の受信信号について、
前記第１モードでは、複数の位相の位相弁別に対応させて複数のグループに分けるように、前記第１マルチプレクサ、前記スイッチ、および前記第２マルチプレクサを制御し、
前記第２モードでは、複数の前記整相加算の単位に分けるように、前記第１マルチプレクサ、前記スイッチ、および前記第２マルチプレクサを制御する、
超音波探触子。

【請求項3】

請求項２記載の超音波探触子において、
前記第１マルチプレクサを制御するための第１レジスタを備え、前記第１レジスタに、制御用の情報として、前記第１モードでは前記位相弁別のグループを割り当てるための情報が格納され、前記第２モードでは前記整相加算の単位を割り当てるための情報が格納され、
前記第２マルチプレクサを制御するための第２レジスタを備え、前記第２レジスタに、制御用の情報として、前記第１モードでは前記第１出力ポートが出力する位相を割り当てるための情報が格納される、
超音波探触子。

【請求項4】

請求項１記載の超音波探触子において、
前記第１モードでは、前記第１出力ポートあたりに接続される前記振動子の数が均等になるように制御する、
超音波探触子。

【請求項5】

複数の振動子が２次元アレイとして配置されている超音波探触子であって、
連続波ドプラモードである第１モードと、前記連続波ドプラモード以外のモードである第２モードとの少なくとも２種類のモードで超音波受信動作が可能であり、
前記２次元アレイの一方の次元の方向を第１方向とし、他方の次元の方向を第２方向とし、
前記複数の振動子の振動子毎に配置されている受信回路と、
前記受信回路毎に接続されるように配置されている第１マルチプレクサと、
前記第１マルチプレクサと接続されて前記第１方向に延在するように配置されている複数の第１配線と、
前記２次元アレイの外側において、前記複数の第１配線と接続されて前記第２方向に延在するように配置されている第２配線と、
前記第２配線上に配置され、前記複数の振動子の受信信号についての整相加算の単位に対応させて切断可能であるスイッチと、
前記第２配線上の前記スイッチ間の部分毎に接続されている、複数の第２マルチプレクサと、
前記複数の第２マルチプレクサに接続されている、前記第１モードと前記第２モードとで使用される複数の出力ポートと、
を備える、超音波探触子。

【請求項6】

請求項５記載の超音波探触子において、
前記２次元アレイの前記複数の振動子の複数の受信信号について、
前記第１モードでは、複数の位相の位相弁別に対応させて複数のグループに分けるように、前記第１マルチプレクサ、前記スイッチ、および前記第２マルチプレクサを制御し、
前記第２モードでは、複数の前記整相加算の単位に分けるように、前記第１マルチプレクサ、前記スイッチ、および前記第２マルチプレクサを制御する、
超音波探触子。

【請求項7】

請求項６記載の超音波探触子において、
前記第１マルチプレクサを制御するための第１レジスタを備え、前記第１レジスタに、制御用の情報として、前記第１モードでは前記位相弁別のグループを割り当てるための情報が格納され、前記第２モードでは前記整相加算の単位を割り当てるための情報が格納され、
前記第２マルチプレクサを制御するための第２レジスタを備え、前記第２レジスタに、制御用の情報として、前記第１モードでは前記出力ポートが出力する位相を割り当てるための情報が格納され、前記第２モードでは前記出力ポートが出力する前記整相加算の単位の受信信号を割り当てるための情報が格納される、
超音波探触子。

【請求項8】

請求項５記載の超音波探触子において、
前記第１モードでは、前記出力ポートあたりに接続される前記振動子の数が均等になるように制御する、
超音波探触子。

【請求項9】

複数の振動子が２次元アレイとして配置されている超音波探触子であって、
連続波ドプラモードである第１モードと、前記連続波ドプラモード以外のモードである第２モードとの少なくとも２種類のモードで超音波受信動作が可能であり、
前記２次元アレイの一方の次元の方向を第１方向とし、他方の次元の方向を第２方向とし、
前記複数の振動子の振動子毎に配置されている受信回路と、
前記受信回路毎に接続されるように配置されている第１マルチプレクサと、
前記第１マルチプレクサと接続されて前記第１方向に延在するように配置されている複数の第１配線と、
前記２次元アレイの外側において、前記複数の第１配線と接続されて前記第２方向に延在するように配置されている前記第１モード用の配線と、
前記２次元アレイの外側において、前記複数の第１配線と接続されて前記第２方向に延在するように配置され、前記複数の振動子の受信信号についての整相加算の単位に対応させて配置されている前記第２モード用の配線と、
前記第１モード用の配線と前記第２モード用の配線との間に配置され、前記第１モードでオン状態、前記第２モードでオフ状態にされる第１スイッチと、
前記第１モード用の配線に接続されている、複数の第２マルチプレクサと、
前記複数の第２マルチプレクサに接続されている、前記第１モードと前記第２モードとで使用される複数の出力ポートと、
前記第２モード用の配線と前記複数の出力ポートとの間に配置され、前記第１モードでオフ状態、前記第２モードでオン状態にされる第２スイッチと、
を備える、超音波探触子。

【請求項10】

請求項９記載の超音波探触子において、
前記２次元アレイの前記複数の振動子の複数の受信信号について、
前記第１モードでは、複数の位相の位相弁別に対応させて複数のグループに分けるように、前記第１マルチプレクサ、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第２マルチプレクサを制御し、
前記第２モードでは、複数の前記整相加算の単位に分けるように、前記第１マルチプレクサ、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第２マルチプレクサを制御する、
超音波探触子。

【請求項11】

請求項１０記載の超音波探触子において、
前記第１マルチプレクサを制御するための第１レジスタを備え、前記第１レジスタに、制御用の情報として、前記第１モードでは前記位相弁別のグループを割り当てるための情報が格納され、前記第２モードでは前記整相加算の単位を割り当てるための情報が格納され、
前記第２マルチプレクサを制御するための第２レジスタを備え、前記第２レジスタに、制御用の情報として、前記第１モードでは前記出力ポートが出力する位相を割り当てるための情報が格納され、前記第２モードでは前記出力ポートが出力する前記整相加算の単位の受信信号を割り当てるための情報が格納される、
超音波探触子。

【請求項12】

請求項９記載の超音波探触子において、
前記第１モードでは、前記出力ポートあたりに接続される前記振動子の数が均等になるように制御する、
超音波探触子。

【請求項13】

請求項２，６，１０のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記第１モードでは、超音波ビームフォーミングが可能であり、
前記第１モードの場合に、前記複数の位相として、超音波ビームのフォーカス点に基づいて計算された前記振動子毎の前記受信回路の受信信号の位相を設定可能である、
超音波探触子。

【請求項14】

請求項９記載の超音波探触子において、
前記第１配線の一部の信号線は、前記第２モード用の配線の一部の信号線に接続され、
前記第２モード用の配線の一部の信号線と前記第１モード用の配線の複数の信号線とを接続する第３マルチプレクサを備え、
前記第３マルチプレクサの状態に応じて、前記第２モード用の配線の一部の信号線が、前記第１モード用の配線のうちの選択された信号線に接続される、
超音波探触子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波探触子（ultrasound probe）の技術に関し、特に、２次元アレイ型の超音波探触子の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波探触子は、超音波診断装置等を構成する要素である。近年では、３次元立体画像を得られる超音波診断装置の開発が進んでいる。３次元の撮像のためには、超音波探触子内の複数の超音波振動子を２次元アレイとして配置する必要がある。２次元アレイ超音波探触子を用いた超音波信号の送受信の方式（モードと記載する場合がある）には、いわゆるＢモードと呼ばれる撮像モードや、連続波ドプラモード等の各種がある。この探触子は、連続波ドプラモードでは、各振動子からの連続波ドプラ受信信号を処理する。なお、振動子とそれに接続される回路や信号線を、まとめて振動子チャネルと記載する場合がある。この探触子は、Ｂモードでは、例えば複数の受信信号の整相加算等を行う。整相は、遅延によって位相を調整することである。

【0003】

２次元アレイ超音波探触子に係わる先行技術例としては、特開２０１１－１４２９３１号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、超音波プローブとして、連続波ドプラモードにおいて広いダイナミックレンジを確保しつつプローブケーブル内の信号線の本数が低減する旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１４２９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

２次元アレイ超音波探触子の構成では、搭載する振動子数が、従来の１次元配列の超音波探触子に対し、２乗で増加する。しかし、この振動子数の２乗での増加に応じて、探触子と本体装置とを接続するケーブル（対応する信号線）の本数を２乗で増加させることは、困難である。そのため、対策の１つとしては、探触子内の回路で、多数の受信信号を整相加算等によってより少数の受信信号に減らして出力し、より少数のケーブルで本体装置に伝送する構成が挙げられる。このような構成を実現するには、探触子に搭載されるＩＣ等の回路において、超音波の送受信および整相加算等の機能を実装する必要がある。この回路内では、振動子毎に一対一でその機能に対応する送受信回路等を配置し接続する必要がある。２次元アレイの振動子数は、例えば数千から１万以上の多数となる。この場合、ＩＣでは、その多数の振動子数に応じた多数の送受信回路等を搭載する必要がある。そのうちの受信回路では、多数の受信信号を、整相加算によって、出力のケーブル数に合わせた数まで減らす必要がある。これらの実現に際し、２次元アレイ超音波探触子に搭載する回路の規模の大型化や高密度実装の難しさ等の課題がある。

【0006】

一方で、２次元アレイ超音波探触子は、連続波ドプラモードの場合、連続波を常時送信する必要があるため、アレイでのＩＣの消費電力が大きくなりがちである。特に、ＩＣの回路の規模が大きい場合や、増幅器等のアクティブ回路を多く使用する場合には、消費電力が大きくなる。消費電力の増加は、探触子の発熱につながる。探触子は、生体表面に接触して利用されるので、発熱が大きいと火傷等につながる。

【0007】

上記２次元アレイ超音波探触子は、連続波ドプラモードとそれ以外のＢモード等のモードとの両方に対応できる高度な機能を備える構成が望ましい。しかし、そのためには、従来技術例では、上記のように回路規模や消費電力等の観点で課題があり、検討の余地がある。

【0008】

本発明の目的は、２次元アレイ超音波探触子の技術に関して、連続波ドプラモードとそれ以外のモードとの少なくとも２種類のモードでの受信動作が可能であり、かつ、回路規模や消費電力の低減を実現できる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のうち代表的な実施の形態は以下に示す構成を有する。実施の形態の超音波探触子は、複数の振動子が２次元アレイとして配置されている超音波探触子であって、連続波ドプラモードである第１モードと、前記連続波ドプラモード以外のモードである第２モードとの少なくとも２種類のモードで超音波受信動作が可能であり、前記２次元アレイの一方の次元の方向を第１方向とし、他方の次元の方向を第２方向とし、前記複数の振動子の振動子毎に配置されている受信回路と、前記受信回路毎に接続されるように配置されている第１マルチプレクサと、前記第１マルチプレクサと接続されて前記第１方向に延在するように配置されている複数の第１配線と、前記２次元アレイの外側において、前記複数の第１配線と接続されて前記第２方向に延在するように配置されている第２配線と、前記第２配線上に配置され、前記複数の振動子の受信信号についての整相加算の単位に対応させて切断可能であるスイッチと、前記第２配線に接続されている、複数の第２マルチプレクサと、前記複数の第２マルチプレクサに接続されている、前記第１モードで使用される複数の第１出力ポートと、前記第２配線上の前記スイッチ間の部分毎に接続されている、前記第２モードで使用される複数の第２出力ポートと、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、２次元アレイ超音波探触子の技術に関して、連続波ドプラモードとそれ以外のモードとの少なくとも２種類のモードでの受信動作が可能であり、かつ、回路規模や消費電力の低減を実現できる。上記以外の課題、構成および効果等については、発明を実施するための形態において説明される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１の探触子（２次元アレイ超音波探触子）を含む、超音波診断装置の構成例を示す。

【図2】実施の形態１の探触子と本体装置との接続の構成例を示す。

【図3】実施の形態１の探触子の送受信回路の基本構成を示す。

【図4】実施の形態１の探触子の回路構成例で、連続波ドプラモード（Ｃモード）の回路状態例を示す。

【図5】実施の形態１の探触子の回路構成例で、撮像モード（Ｂモード）の回路状態例を示す。

【図6】実施の形態２の探触子の回路構成例で、Ｃモードの回路状態例を示す。

【図7】実施の形態２の探触子の回路構成例で、Ｂモードの回路状態例を示す。

【図8】実施の形態３の探触子の回路構成例で、Ｃモードの回路状態例を示す。

【図9】実施の形態３の探触子の回路構成例で、Ｂモードの回路状態例を示す。

【図10】実施の形態４の探触子の回路構成例で、Ｃモードの回路状態例を示す。

【図11】実施の形態４の探触子の回路構成例で、Ｂモードの回路状態例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明を省略する。実施の形態は、例示であって、適宜に説明が省略される。本発明は、他の種々の形態でも実施が可能である。特に限定しない場合、各構成要素は、単数でも複数でもよい。同一あるいは同様の構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。図面において、各構成要素の表現は、発明の理解を容易にするために、実際の位置、大きさ、形状、および範囲等を表していない場合があり、本発明は、図面に開示された位置、大きさ、形状、および範囲等には必ずしも限定されない。また、各種の要素について識別するためのデータや情報は、識別情報、識別子、ＩＤ、名、番号等の表現で説明する場合があるが、これらの表現は互いに置換可能である。

【0013】

説明上、プログラムによる処理について説明する場合に、プログラムや機能や処理部等を主体として説明する場合があるが、それらについてのハードウェアとしての主体は、プロセッサ、あるいはプロセッサ等で構成されるコントローラ、装置、計算機、システム等である。計算機は、プロセッサによって適宜にメモリや通信インタフェース等の資源を用いながら、メモリ上に読み出されたプログラムに従った処理を実行する。これにより、所定の機能や処理部等が実現される。プロセッサは、例えばＣＰＵやＧＰＵ等の半導体デバイス等で構成される。プロセッサは、所定の演算が可能な装置や回路で構成される。処理は、ソフトウェアプログラム処理に限らず、専用回路でも実装可能である。専用回路は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等が適用可能である。プログラムは、対象計算機に予めデータとしてインストールされていてもよいし、プログラムソースから対象計算機にデータとして配布されてインストールされてもよい。プログラムソースは、通信網上のプログラム配布サーバでもよいし、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体でもよい。プログラムは、複数のプログラムモジュールから構成されてもよい。

【0014】

［課題等］
課題等について補足説明する。超音波診断装置は、超音波探触子を対象（例えば生体）の表面に当てるだけの簡便な操作によって、例えば心臓の脈動や胎児の動きといった対象部位の様子をリアルタイムで観測し表示可能である。超音波診断装置は、例えば、探触子と本体装置とがケーブル等で接続される構成を有する。本体装置は、制御や診断や表示等を行う。超音波診断装置は、探触子の複数の超音波振動子のそれぞれに高電圧駆動信号を供給することで、超音波を対象内に送信し、対象内の音響インピーダンスの差異によって生じる超音波の反射波を、複数の振動子のそれぞれで受信する。探触子は、複数の振動子チャネルの複数の受信信号を、ケーブル等を通じて本体装置へ送信する。本体装置は、受信信号に基づいて処理を行い、観察のための画像等を生成し表示する。

【0015】

撮像モード（Ｂモードと記載する場合がある）は、１回の送受信で１本の走査線を得てラスタ走査することで画像を得るモードである。Ｂモードでは、例えば以下のような動作が行われる。探触子は、超音波の送信の際には、複数の振動子に独立な遅延を与えて駆動することで、対象の所望の一部（言い換えるとフォーカス点）に音響パルスをフォーカスする動作を行う。このような動作は、超音波のビームフォーミングおよびビーム走査と呼ばれる。探触子は、超音波の受信の際には、反射点からの各振動子への距離の違いを補償するために、複数の振動子に独立な遅延を与えて信号の位相をコヒーレントに揃えてそれらを加算する動作を行う。このような動作は、整相加算と呼ばれる。

【0016】

連続波ドプラモード（Ｃモードと記載する場合がある）は、ドプラ効果を利用した連続波の送受信を行うモードである。連続波ドプラモードは、例えば循環器の血流速時間変動の測定等に利用される。Ｃモードでは、例えば以下のような動作が行われる。２次元アレイ超音波探触子は、アレイの半分の振動子群を用いて連続波を常時送信し、もう半分の振動子群で反射波の常時受信を行う。連続波が血流に反射することで、ドプラ効果による周波数シフトが起こる。探触子は、この周波数シフト成分が重畳した信号を受信する。

【0017】

３次元立体画像を得られる超音波診断装置は、３次元立体画像から任意の断面を特定して断層像を得ることで、検査効率を向上させる。３次元の撮像のために、超音波探触子は、複数の振動子が２次元アレイ状に配置される。このアレイ構成では、前述のように、振動子数が多数に増加するので、そのままでは、探触子と本体装置とを接続するケーブル（対応する信号線）の本数も多数が必要となる。そのため、対策として、探触子内の回路で、多数の受信信号を整相加算等によってより少数の受信信号に減らして出力する回路構成とし、探触子から対応する本数のケーブルを介して本体装置に伝送する構成とする。この構成の実現のためには、探触子のアレイに搭載されるＩＣ等の回路において、振動子毎の超音波の送受信、および上記整相加算（言い換えると信号数の低減）等の機能を実装する必要がある。しかし、この構成の場合、前述のように、２次元アレイの多数の振動子（例えば数千から１万以上）に対応させて多数の回路の実装が必要であり、増幅器や遅延回路等のアクティブ回路も必要であり、回路規模および消費電力が大きくなってしまう。

【0018】

そこで、実施の形態の２次元アレイ超音波探触子は、連続波ドプラモードとそれ以外のＢモード等のモードとの少なくとも２種類のモードの両方の超音波信号の受信動作に対応できる回路構成として、回路規模および消費電力を低減できる回路構成を工夫する。実施の形態では、回路構成の案として、Ｂモードの受信動作では複数の受信信号の整相加算を行い、Ｃモードの受信動作では整相加算を行わずに、本体装置に整相加算を任せる構成を採用する。この構成の場合には、探触子での受信動作に要する消費電力を大幅に低減できる。特に、振動子からの受信信号を増幅する低雑音増幅器や、整相加算に用いる遅延回路等は、比較的電力消費が大きいアクティブ回路である。上記回路構成の場合には、これらのアクティブ回路をなるべく設けない構成、あるいは使用しない構成にできるので、消費電力を大幅に低減できる。言い換えると、探触子の回路構成として、多数の振動子からの多数の受信信号を、スイッチやマルチプレクサ等の電力消費が小さいパッシブ回路を通して処理および出力する回路構成とすれば、消費電力を大幅に低減できる。特に、パッシブ回路のみを通して出力する回路構成が実現できれば、探触子の消費電力をほぼゼロにすることも可能となる。

【0019】

しかしながら、連続波ドプラモードにおいても、超音波の連続波を、ビームフォーミング（言い換えると指向性送受信）によって、対象の所望の箇所（例えば心臓の弁の逆流位置等）のフォーカス点に、ある程度収束させたビームとして送受信することが求められる場合がある。この場合、探触子にはそのビームの受信のための回路が必要である。例えば、本体装置の回路では、探触子からの受信信号に基づいた連続波ドプラシフト成分の復調に加えて整相加算を行う。それが実現できるように、２次元アレイ超音波探触子では、複数の受信信号の位相を弁別する前処理を行うことが必要となる。そこで、実施の形態の２次元アレイ超音波探触子は、ビームフォーミングを伴うＣモードの受信動作の際にその位相弁別を行うことができる回路構成を備える。

【0020】

まとめると、実施の形態の２次元アレイ超音波探触子は、Ｂモードでの整相加算による信号数低減と、Ｃモードでの位相弁別との両方を実現できる効率的な回路構成を工夫したものである。

【0021】

なお、特許文献１でも、２次元アレイ超音波探触子において、連続波ドプラモードとそれ以外のモードとで受信動作を切り替え可能である旨の回路構成が開示されている。特許文献１では、図１のマトリックススイッチ１０４４の制御によって受信動作の切り替えが可能である旨が開示されている。このマトリックススイッチ１０４４は、各振動子からの出力を受けて同じ位相の出力どうしを選択して出力するスイッチである旨が記載されている。また、各振動子からの受信信号は、切り替えの制御に基づいて、連続波ドプラモード以外のモードでは遅延回路を通り、連続波ドプラモードでは遅延回路をバイパスする旨が記載されている。

【0022】

しかし、多数の振動子を搭載する２次元アレイ超音波探触子において上記のようなマトリックススイッチを含む回路の実装を考えた場合、回路規模が多大となり、物理的な実装が困難である。この回路構成の場合、アレイの全振動子チャネルと、本体装置の全受信チャネルとを、マトリックススイッチを介して総当たりで接続可能な構成とする必要がある。言い換えると、マトリックススイッチの切り替えの制御に応じて、所望の振動子チャネルと所望の受信チャネルとを接続できる構成とする必要がある。

【0023】

この回路構成の場合、アレイの振動子チャネル数をＭ、アレイの出力ポート数および本体装置の受信チャネル数をＮとした場合、単純に、Ｍ×Ｎ個の多数のスイッチを、探触子内に実装する必要がある。また、探触子内では、１つの振動子チャネル毎にＮ本の配線を設ける必要がある。例えば、Ｍ＝１万、Ｎ＝２００とする場合、必要なスイッチ数は２００万となる。探触子でのこのような多数のスイッチおよび配線の実装は、現実的でない。特許文献１には、上記回路構成でのスイッチや配線を低減する実装方式については記載が無い。実施の形態では、上記スイッチや配線を低減する実装方式についての工夫を有する。

【0024】

さらに、以下のような課題も挙げられる。上記２次元アレイ超音波探触子の回路構成において、ビームフォーミングを伴う連続波ドプラモード時に、受信信号を出力する部分である１つの出力ポートあたりに接続される振動子チャネルの数が、均等ではなく、偏り・不均等が生じる場合が考えられる。例えば、複数の振動子チャネルの複数の受信信号（特に位相弁別される信号）を、より少数の複数の出力ポートに合わせて、出力ポート毎の信号にまとめる際に、出力ポート間で、まとめる信号数の差が大きい場合があり得る。本体装置は、探触子の複数の出力ポートからケーブルを通じて複数の入力ポート（上記受信チャネル）で入力・受信した複数の受信信号に基づいて、例えば血流速時間変動の画像等を生成する。その際に、上記偏り・不均等がある場合には、ビームフォーミングでのフォーカス点に依存して、画像の明るさに無用なばらつきが生じる懸念がある。このような観点についても、先行技術例には開示が無い。

【0025】

上記課題等を踏まえ、実施の形態の２次元アレイ超音波探触子は、上記２種類のモードの受信動作が可能な回路構成として、特許文献１のようなマトリックススイッチによる総当たり接続の回路構成ではなく、現実的に実装可能で回路規模および消費電力を低減する回路構成を工夫した。この探触子は、Ｂモードでの整相加算（信号数低減）と、ビームフォーミングを伴うＣモードでの位相弁別との両方に対応できる回路構成を工夫した。この探触子は、回路の面積や素子数や配線数等を低減し、なるべくアクティブ回路を使用せずにパッシブ回路を使用する回路構成を工夫した。また、この探触子は、出力ポート毎に接続される振動子チャネル数（言い換えると１つにまとめる受信信号の数）を均等にできる回路構成を工夫した。

【0026】

具体的に、実施の形態の探触子は、回路構成として、アレイ内外の階層的なスイッチ構成とし、複数の振動子チャネルの複数の受信信号を、Ｂモードでは、複数の整相加算単位にグルーピングして複数の出力ポートから出力し、Ｃモードでは、整相加算せずに、連続波ドプラの複数の位相に対応させて複数の位相弁別単位に位相弁別して複数の出力ポートから出力する回路構成とした。なおかつ、Ｃモードで、出力ポートあたりに接続される振動子チャネル数を均等にするように制御できる回路構成とした。

【0027】

＜実施の形態１＞
図１～図５を用いて、本発明の実施の形態１の２次元アレイ超音波探触子について説明する。実施の形態１の２次元アレイ超音波探触子は、少なくとも２種類のモードの受信動作が可能な機能として、ビームフォーミングを伴う連続波ドプラモード（Ｃモード）での受信動作を行う機能と、連続波ドプラモード以外のモードである撮像モード（Ｂモード）での受信動作を行う機能とを備える。連続波ドプラモードを第１モード、撮像モードを第２モードとも記載する。

【0028】

図１等に示す実施の形態１の２次元アレイ超音波探触子２は、回路構成において、Ｍ個の振動子チャネルとＮ個の出力ポート６（対応する本体装置の入力ポート７）との対応関係で、Ｍ×Ｎの総当たり接続を行うスイッチ構造ではなく、アレイ内外での階層的スイッチ構造を有する。具体的に、この構造は、アレイ内において、振動子チャネル毎に配置された第１マルチプレクサ１０２（図４）と、第１マルチプレクサ１０２に接続され第１方向に延在する複数の第１配線１０３と、アレイ外において、複数の第１配線１０３に接続される第２方向に延在する第２配線１０４と、第２配線１０４上に配置される複数のスイッチ１０５と、第２配線１０４に接続される複数の第２マルチプレクサ１０８と、第２マルチプレクサ１０８に接続される第１出力ポート１０７と、第２配線１０４上でスイッチ１０５間の部分に接続される複数の第２出力ポート１０６とを備える。

【0029】

このような回路構成で、探触子２は、複数の振動子３の複数の受信信号について、第１モードでは、複数の位相の位相弁別に対応させて複数のグループに分けるように、第１マルチプレクサ１０２、スイッチ１０５、および第２マルチプレクサ１０８を制御し、第２モードでは、複数の整相加算単位に分けるように、第１マルチプレクサ１０２、スイッチ１０５、および第２マルチプレクサ１０８を制御する。

【0030】

［１－１．超音波診断装置］
図１は、実施の形態１の２次元アレイ超音波探触子である探触子２を含む、超音波診断装置１の構成例を示す。超音波診断装置１は、２次元アレイ超音波探触子である探触子２と、本体装置５とを有し、それらがケーブル４等の媒体を通じて相互に接続されている。探触子２は、２次元アレイ状に配置された複数（Ｍとする）の振動子３を有する。超音波診断装置１は、少なくとも２種類のモードとして、第１モードである連続波ドプラモード（Ｃモード）と、第２モードである撮像モード（Ｂモード）とを有し、それらを適宜に切り替える。Ｂモードは、Ｃモード以外のモードの例であるが、Ｂモードに限定されず適用可能である。

【0031】

探触子２は、複数（Ｎとする）の出力ポート６を有し、本体装置５は、それに対応して、複数（Ｎ）の入力ポート７を有する。複数（Ｎ）の出力ポート６は、言い換えると、出力端子、送信ポート、送信チャネルである。複数（Ｎ）の入力ポート７は、言い換えると、入力端子、受信ポート、受信チャネルである。

【0032】

ケーブル４は、それらの複数（Ｎ）の出力ポート６と複数（Ｎ）の入力ポート７との間を一対一で接続する複数（Ｎ）のケーブル４１，４２，……，４Ｎを有する。ケーブル４は、言い換えると信号線や通信線である。なお、複数（Ｎ）のケーブル４は、１本のケーブル４として束ねられてもよい。なお、本例では一対一の接続とするが、これに限らず、一方が他方に比べてより多数のポートを備えてもよい。

【0033】

なお、実施の形態１の探触子２は、特に超音波の受信動作に係る回路構成に特徴を有する。そのため、以下では、主に受信動作に着目して説明する。受信動作に関して、出力ポート６は、受信信号を出力・送信する部分であり、入力ポート７は、受信信号を入力・受信する部分である。各ポートおよびケーブル４は、送信動作にも使用できる。その場合、出力ポート６は入力ポートとして機能し、入力ポート７は出力ポートとして機能する。変形例としては、送信動作と受信動作とに係る回路構成およびケーブル４を分離する構成も可能である。

【0034】

本体装置５は、制御装置（言い換えるとプロセッサ）８および表示装置１５等を有する。制御装置８は、探触子２に対する信号の送受信によって探触子２を制御し、信号の解析や画像の生成等の機能を実現する。制御装置８は、ユーザＵ１の操作や設定に基づいて、２種類のモードの切り替え等を制御する。本体装置５は、その他、図示しない入力装置等を備える。本体装置５に表示装置１５等の装置が内蔵されてもよいし外部接続されてもよい。本体装置５は、専用装置で構成されてもよいし、汎用的なＰＣ等の計算機およびソフトウェアで構成されてもよい。ユーザＵ１は、本体装置５や探触子２を操作する。ユーザＵ１は、表示装置１５の表示画面に表示される画像や情報を見ながら対象部位の観察作業を行うことができる。

【0035】

探触子２は、２次元アレイ（言い換えるとマトリックス）として配列された複数（Ｍ）の振動子３の他に、ＩＣ（集積回路）等による回路を有する。この回路には、後述の素子や配線、および制御論理回路９を含む。制御論理回路９は、本体装置５の制御装置８からの制御に基づいて、探触子２の複数の振動子３の送受信回路等を制御する。制御論理回路９は、後述のマルチプレクサやスイッチ等の素子の切り替え・選択を制御する。

【0036】

なお、図１で、説明上の方向として、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を示す。Ｘ方向およびＹ方向は、探触子２の２次元アレイを構成する２つの方向であり、一方の次元に対応するＹ方向を第１方向とし、他方の次元に対応するＸ方向を第２方向とする。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対し垂直な方向である。Ｙ方向は列が延びる方向、Ｘ方向は行が延びる方向である。

【0037】

図１のように、探触子２の主なアレイ部分２２０（図２）において、複数の振動子３および振動子３毎の送受信回路を含む複数の振動子チャネル２０１（図２）が、２次元アレイ状に配置されている。そして、アレイ部分２２０の各振動子チャネル２０１に対し接続される配線２０２（図２）や出力ポート６等を構成する回路素子は、アレイ部分２２０に対する外側部分２３０（図２）において配置・実装される。これにより、探触子２の回路構成として、回路規模および消費電力を低減し、高密度実装を可能としている。

【0038】

［１－２．２次元アレイ超音波探触子］
図２は、探触子２と本体装置５との接続の構成例を示す。図２では特に、撮像モード（Ｂモード）での整相加算単位に対応するサブアレイ２００の構成例も示す。探触子２における複数（Ｍ）の振動子３は、Ｂモード時には、整相加算単位のグルーピングとして、複数のサブアレイ２００に分けられる。１つのサブアレイ２００は、複数（例えばｉとする）の振動子３および送受信回路３０の振動子チャネル２０１から成るグループである。

【0039】

複数（Ｍ）の振動子３の複数（Ｍ）の受信信号（ＳＴ，ＳＲ）は、Ｂモード時、整相加算によって、出力ポート６の数（Ｎ）に応じた、より少数の受信信号（ＳＰ）にまとめられる。１つのサブアレイ２００の複数（ｉ）の受信信号（ＳＴ，ＳＲ）は、１つの受信信号（ＳＰ）にまとめられる。

【0040】

探触子２内には、各振動子３に対し、送受信回路３０が一対一で配置されている。振動子３と送受信回路３０とで構成される部分を振動子チャネル２０１と称する。Ｂモードでの受信動作時、振動子３の受信信号ＳＴは、送受信回路３０の受信回路で整相等の処理がされて受信信号ＳＲとして出力される。サブアレイ２００の複数（ｉ）の受信信号ＳＲは、配線２０２を通じて加算されて、１つの受信信号ＳＰとなり、１つの出力ポート６から出力される。同様にして、探触子２の複数（Ｎ）のサブアレイ２００の複数（Ｎ）の出力ポート６（Ｐ１～ＰＮ）から、複数（Ｎ）の受信信号ＳＰが出力される。複数（Ｎ）の受信信号ＳＰは、複数（Ｎ）のケーブル４（４１～４Ｎ）を通じて、本体装置５の複数（Ｎ）の入力ポート７（Ｒ１～ＲＮ）に伝送される。このように、多数である複数（Ｍ）の受信信号が、より少数の複数（Ｎ）の受信信号にまとめられること（すなわち信号数低減）によって、必要なケーブル４の本数が低減されている。

【0041】

本体装置５は、入力ポート７毎に、受信回路（アナログフロントエンド）７０を備える。受信回路７０は、受信信号ＳＰを処理する。連続波ドプラモードの場合、受信回路７０は、復調や整相等の処理を行う。なお、入力ポート７と受信回路７０とが一体で構成されてもよい。

【0042】

本体装置５内の制御装置８は、プログラム処理等に基づいて、超音波診断装置１としての各種の制御として、モード切り替え等の制御を行う。制御装置８は、生成した制御信号ＳＣを、ケーブル４のうちの所定の信号線を通じて、探触子２のＩＣ２１０内の制御論理回路９に送信する。制御論理回路９は、制御信号ＳＣに応じて、探触子２の複数の振動子３および送受信回路３０に対し、モードに応じた制御を行う。その制御は、探触子２の複数の振動子３の送受信の切り替えの制御、ビームフォーミングによる超音波フォーカスのための遅延の制御、および後述の整相加算単位や位相弁別単位の切り替えの制御等がある。制御論理回路９は、Ｂモード時にはスイッチおよびレジスタに対し整相加算単位の割り当てや切り替えの制御を行う。制御論理回路９は、Ｃモード時にはスイッチおよびレジスタに対し位相弁別単位の割り当てや切り替えの制御を行う。制御論理回路９は、それらの制御のために、レジスタに、制御用の情報を設定・格納する。

【0043】

図２の構成例では、主に本体装置５の制御装置８が探触子２に対する各種の制御を行う。このような構成には限定されない。例えば、主に探触子２の制御論理回路９が各種の制御（モードの切り替え等）を行う構成としてもよい。各種の制御や信号処理は、本体装置５の制御装置８と探触子２の制御論理回路９とのいずれで行ってもよい。また、図２の構成例は、探触子２と本体装置５とに分けられた構成であるが、これに限定されず、探触子２と本体装置５とが一体である構成としてもよい。

【0044】

また、図２の構成例では、複数の受信信号の加算（言い換えると合成、重畳、変調、単一化等）は、複数の振動子チャネル２０１が同じ配線２０２に接続されることで実現されている。これに限定されず、複数の信号の加算は、加算器、乗算器、変調器等の回路を用いて実現されてもよい。

【0045】

［１－３．送受信回路］
図３は、１つの振動子チャネル２０１の送受信回路３０の基本構成を示す。振動子３毎の送受信回路３０は、送信回路３３、送受分離スイッチ３４、受信低雑音増幅器３５（Low Noise Amplifier：ＬＮＡ）、および微小遅延回路３６を有する。超音波送信動作の場合、微小遅延回路３６および送信回路３３が使用される。超音波受信動作の場合、送受分離スイッチ３４、受信低雑音増幅器３５、および微小遅延回路３６が使用される。振動子３からの配線は、送信回路３３と送受分離スイッチ３４とに分岐して接続されている。送受分離スイッチ３４からの配線は、受信低雑音増幅器３５に接続されている。微小遅延回路３６には送信回路３３と受信低雑音増幅器３５とが接続されている。

【0046】

送信回路３３は、例えば高耐圧ＭＯＳで構成され、送信信号ＳＳに基づいた微小遅延回路３６からの信号に基づいて、高圧駆動信号である信号ＳＡを生成し、信号ＳＡによって振動子３を駆動する。これにより、振動子３から対象へ超音波が送信される。パルサ方式の場合、送信回路３３はパルサに相当する。

【0047】

送受分離スイッチ３４は、制御論理回路９からの切り替え制御に基づいて、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。送受分離スイッチ３４は、送信動作時にはオフ状態に制御され、振動子３および送信回路３３側と受信低雑音増幅器３５側とを分離し、高圧駆動信号である信号ＳＡから低圧系受信回路である受信低雑音増幅器３５等を保護する。送受分離スイッチ３４は、受信動作時にはオン状態に制御され、振動子３側と受信低雑音増幅器３５側とを接続し、振動子３からの微小な受信信号ＳＴを通過させる。

【0048】

探触子２は、Ｃモードの受信動作時には、受信低雑音増幅器３５および微小遅延回路３６を停止させることで、振動子３からの受信信号（ＳＴ，ＳＴａ）を増幅および遅延させずにそのまま振動子チャネル２０１の受信信号ＳＲとして出力する。

【0049】

実施の形態１では、Ｂモードの受信動作では、受信信号を、受信低雑音増幅器３５および微小遅延回路３６で増幅および遅延させて出力し、Ｃモードの受信動作では、受信低雑音増幅器３５および微小遅延回路３６を停止させてそのまま通過させる。これにより、Ｃモードの受信動作では、探触子２において、受信系の受信低雑音増幅器３５等のアクティブ回路を使用しないようにすることで、消費電力を低減できる。本体装置５側の受信回路７０は、受信信号ＳＲに基づいて、増幅および遅延等の処理を行う。

【0050】

低圧系受信回路における、受信低雑音増幅器３５は、振動子３側からの受信信号ＳＴａを増幅して受信信号ＳＴｂとして微小遅延回路３６に出力する。微小遅延回路３６は、送信動作時には、送信信号ＳＳの位相を遅延させることでビームフォーミングを行う。微小遅延回路３６は、受信動作時には、受信信号ＳＴｂの位相を遅延させることで、整相を行い、受信信号ＳＲとして出力する。

【0051】

図３の構成例では、探触子２の送受信回路３０内に、受信低雑音増幅器３５および微小遅延回路３６のようなアクティブ回路を設け、モードおよび動作に応じて使い分けている。これに限らず、探触子２の送受信回路３０内に、受信低雑音増幅器３５および微小遅延回路３６のようなアクティブ回路を設けずに、本体装置５側の受信回路７０に設けてもよい。この場合、探触子２の回路規模をさらに低減できる。なお、後述の図４等の受信回路１０１は、図３での振動子３と送受分離スイッチ３４の部分に相当する。実施の形態１では、受信動作時の振動子３の受信信号ＳＴは、具体的に、後述の図４等の回路構成に基づいて、出力ポート６から出力される。

【0052】

実施の形態１等で、Ｃモードでは、対象部位へのビームフォーミングを行うことが可能である。ビームフォーミングを行う場合、複数の振動子３からの複数の送信信号は、位相遅延による調整が行われる。この調整は図３での微小遅延回路３６が用いられる。

【0053】

実施の形態１等では、探触子２での回路規模および消費電力を低減する目的がある。そのため、Ｃモードでは、探触子２における送受信回路３０は、微小遅延回路３６での位相遅延による整相を行わずに受信信号を出力し、本体装置５側の受信回路７０で、位相遅延による整相を行わせる。このための具体的な回路構成は以下で示される。

【0054】

［１－４．Ｃモード］
図４は、実施の形態１の２次元アレイ超音波探触子２の回路構成等を示し、連続波ドプラモード（Ｃモード）時の回路状態例を示す。図４では、連続波ドプラにおける受信信号の位相弁別の例を示す。図４のような回路は、探触子２内のＩＣに実装される。探触子２は、大別して、アレイ部分２２０と外側部分２３０とを有する。探触子２のアレイ部分２２０では、複数（Ｍ）の振動子チャネル２０１における受信回路１０１、複数の第１マルチプレクサ１０２、および複数の第１配線１０３等が２次元アレイ状に実装されている。アレイ部分２２０の外側部分２３０では、第２配線１０４、複数のスイッチ１０５、複数の第２マルチプレクサ１０８、複数の第１出力ポート１０７、および複数の第２出力ポート１０６が実装されている。

【0055】

本例では、図面での縦方向、振動子３の列に対応する方向が第１方向（Ｙ方向）であり、図面での横方向、振動子３の行に対応する方向が第２方向（Ｘ方向）である。なお、相対的な関係であるため、行と列を取り換えた場合でも、本発明は同様に成立する。図４では、探触子２のアレイ全体のうち一部を簡略化して図示している。多数（Ｍ個）の振動子チャネル２０１があるが、図４では８×４個の部分のみ図示している。アレイのＹ方向での行数をｍ１、Ｘ方向での列数をｍ２とすると、ｍ１×ｍ２＝Ｍである。

【0056】

振動子３毎の振動子チャネル２０１の受信回路１０１は、第１マルチプレクサ１０２を介して、第１配線１０３の複数の信号線に接続されている。振動子３毎に配置された第１マルチプレクサ１０２には、第１レジスタ１０９が接続されている。受信回路１０１は、第１マルチプレクサ１０２での切り替え・選択状態に応じて、第１配線１０３のいずれかの信号線に接続される。第１マルチプレクサ１０２は、１つの振動子３と第１配線１０３の複数の信号線とを接続して出力先の信号線を切り替え可能である１：ｎ接続のマルチプレクサであり、本例ではｎ＝４である。各第１マルチプレクサ１０２は、制御論理回路９から第１レジスタ１０９に設定された制御用の情報によって、切り替え・選択状態が制御される。なお、１：ｎの意味は、入力が１、出力が複数（ｎ）という意味である。

【0057】

第１配線１０３は、振動子３列毎に第１方向に延在するように配置された複数の信号線である。Ｘ方向では複数の第１配線１０３を有する。１つの振動子３列の第１配線１０３は、Ｃモードでの連続波ドプラ受信信号の位相数以上の本数の信号線である。本例では、この第１配線１０３は、４位相分に対応した４本の信号線である。第１配線１０３の４本の信号線は、連続波ドプラ受信信号の位相弁別における４位相のいずれかの位相に対応付けられる。位相弁別単位であるグループの例を、グループＧ１～Ｇ４として示す。あるグループは、ある位相と対応付けられる。例えば、第１グループＧ１の受信回路１０１は、第１マルチプレクサ１０２を介して、第１配線１０３のうちの左側の第１信号線に接続されている。第２グループＧ２の受信回路１０１は、第１マルチプレクサ１０２を介して、第１配線１０３のうちの左から２番目の第２信号線に接続されている。

【0058】

複数の列に対応する複数の第１配線１０３同士は、外側部分２３０で、第２配線１０４に接続されている。第２配線１０４は、第２方向（Ｘ方向）に１行として延在するように配置された複数の信号線である。第２配線１０４は、第１配線１０３の複数（４本）の信号線の本数に対応した複数（４本）の信号線を有する。第１配線１０３および第２配線１０４における複数の信号線は、連続波ドプラ受信信号の複数の位相と対応付けられている。例えば、第１配線１０３の左側の第１信号線は、第２配線１０４の上側の第１信号線と接続されており、第１位相と対応付けられる。第１配線１０３の第２信号線は、第２配線１０４の上から２番目の第２信号線と接続されており、第２位相と対応付けられる。

【0059】

第２配線１０４上では、複数の列の第１配線１０３が、複数のスイッチ１０５の介在によって、複数の部分に分けられている。本例では、スイッチ１０５間で、２列の第１配線１０３の部分毎に分けられている。スイッチ１０５は、Ｂモード時（図５）に、複数の振動子チャネル２０１（対応する複数の第１配線１０３）の複数の受信信号を、整相加算単位であるサブアレイ２００毎に電気的に分離・切断するためのスイッチである。Ｂモード時には、制御論理回路９からの切り替えの制御に基づいて、すべてのスイッチ１０５がオフ状態とされる。これにより、複数の第１配線１０３は、整相加算単位であるサブアレイ２００のグループ毎に分離される。Ｃモード時には、図示のように、制御論理回路９からの切り替えの制御に基づいて、すべてのスイッチ１０５がオン状態とされる。これにより、第２配線１０４の４本の信号線は、Ｘ方向でアレイの端から端まで（図示省略）、電気的に接続された状態となる。そして、第２配線１０４の信号線毎に、位相弁別単位のグループが接続されている状態となる。

【0060】

第２配線１０４には、スイッチ１０５間の部分毎に、第１配線１０３および第２配線１０４の信号線の本数（４個）に対応した複数（４個）の第２出力ポート１０６が接続されている。第２配線１０４の複数（４本）の信号線に対し、一対一で複数の複数（４個）の第２出力ポート１０６が接続されている。これらの第２出力ポート１０６は、Ｂモード用であり、Ｃモードでは使用されない。

【0061】

第２配線１０４上では、外側部分２３０の一部において、複数の第２マルチプレクサ１０８を介して複数の第１出力ポート１０７が接続されている。第１出力ポート１０７は、Ｃモード時の連続波ドプラ受信信号用の出力ポートである。設ける第１出力ポート１０７の数は、少なくとも位相弁別の位相数（例えば４）に対応した数であり、それ以上の数としてもよい。第１出力ポート１０７毎に配置された第２マルチプレクサ１０８には、第２レジスタ１１０が接続されている。各第１出力ポート１０７は、第２配線１０４の４位相の４本の信号線のうち、制御論理回路９からの制御に基づいた、第２マルチプレクサ１０８での切り替え・選択状態に応じて、所望の位相の信号を選択して出力できる。第２マルチプレクサ１０８は、第２配線１０４の複数の信号線と第１出力ポート１０７とを接続して出力元の信号線を切り替え可能である、ｎ：１接続のマルチプレクサであり、本例ではｎ＝４である。各第２マルチプレクサ１０８は、制御論理回路９からレジスタ１１０に設定された制御用の情報によって、切り替え・選択状態が制御され、第２配線１０４のいずれかの信号線が出力元として接続される。

【0062】

本体装置５の制御装置８からの制御に基づいて、制御論理回路９からは、第１レジスタ１０９および第２レジスタ１１０に、対応するマルチプレクサの制御用の情報が設定・格納される。

【0063】

上記のように、探触子２は、振動子３毎に配置された第１マルチプレクサ１０２と、Ｃモード用の第１出力ポート１０７毎に配置された第２マルチプレクサ１０８との組合せによる階層的なスイッチによる回路構成を有する。なお、マルチプレクサは、広義にはスイッチである。このような回路構成によって、２種類のモードの受信動作として、Ｂモードでの整相加算と、Ｃモードでの位相弁別との両方に対応できる。このような回路構成によって、探触子２は、先行技術例よりも少数のスイッチおよび配線で、２種類のモードに対応でき、回路規模および消費電力を低減できる。

【0064】

Ｃモードでは、ビームフォーミングが可能である。Ｃモードの受信動作時、本体装置５の制御装置８からの制御に基づいて、制御論理回路９に、連続波ドプラ受信のフォーカス点（例えば心臓の弁の逆流位置）が設定される。その設定に応じて、探触子２の各振動子チャネル２０１は、上記４位相のうちのどの位相に割り当てられるかが設定される。その設定に対応して、制御論理回路９から第１レジスタ１０９に選択位相情報が格納される。選択位相情報は、第１マルチプレクサ１０２が第１配線１０３のどの信号線を選択して出力先とするかを表す制御用の情報である。第１配線１０３および第２配線１０４の信号線毎に、対応する位相が割り当てられる。各第１マルチプレクサ１０２は、第１レジスタ１０９の選択位相情報に従って、対応する受信回路１０１を、第１配線１０３のうちの選択された信号線に接続する。

【0065】

また、Ｃモードの受信動作時、本体装置５の制御装置８からの制御に基づいて、制御論理回路９に、Ｃモード用の第１出力ポート１０７あたりに接続される振動子３（対応する振動子チャネル２０１）の数が均等になるように、各第１出力ポート１０７の選択位相を割り当てる設定が行われる。この設定に応じて、制御論理回路９から、第２レジスタ１１０に、各第１出力ポート１０７の選択位相を割り当てる制御用の情報が格納される。この選択位相割り当て情報は、第２マルチプレクサ１０８が第２配線１０４のどの位相の信号線を選択して出力するかを表す情報である。第２マルチプレクサ１０８は、この選択位相割り当て情報に従って、第２配線１０４のうちの選択された位相の信号線に接続する。これに対応して、各第１出力ポート１０７は、選択された位相の受信信号を出力する。

【0066】

上記設定に基づいて、複数の振動子チャネル２０１は、図示の例のように、位相弁別の複数のグループＧ１～Ｇ４に分類され、グループ毎の位相の受信信号が、対応する第１出力ポート１０７毎に出力される。

【0067】

第１出力ポート１０７あたりに接続される振動子チャネル数の均等とは、なるべく同じ数または近い数にすることで偏り・不均等を避けることである。例えば、左側の１つの第１出力ポート１０７は、第２配線１０４の第１信号線に接続されている位相弁別の第１グループＧ１の受信信号を出力する。左から２番目の第１出力ポート１０７は、第２配線１０４の第２信号線に接続されている位相弁別の第２グループＧ２の受信信号を出力する。均等とは、これらの各第１出力ポート１０７間において各グループとして加算等される信号の数をなるべく同じにすることである。

【0068】

なお、図４では、振動子チャネルの一部のみを図示しているので、グループ毎に属する振動子チャネル数が異なってみえているが、実際にはより多くの振動子チャネルがあり、第１出力ポート１０７あたりに接続されるグループ毎の振動子チャネル数を均等にすることができる。例として、第１出力ポート１０７の総数が１００個であり、グループＧ１～Ｇ４のそれぞれの受信信号の数がｇ１～ｇ４であるとする。図４の例で見えている８×４の振動子チャネル部分のみ考えた場合、グループの受信信号数の比（ｇ１：ｇ２：ｇ３：ｇ４）は、１：１３：１５：３である。第１出力ポート１０７の総数１００を、この比に対応させて配分すればよい。これにより、グループ毎に割り当てる第１出力ポート１０７の数の比は、例えば、４：４０：４６：１０といったようにすることができる。例えば第１グループＧ１の１個の受信信号は、４個の第１出力ポート１０７が使用され、第２グループＧ２の１３個の受信信号は、４０個の第１出力ポート１０７が使用される。１つの第１出力ポート１０７あたりでは、どれも約４個の振動子チャネルの受信信号が１つにまとめられることとなる。

【0069】

このように、第１出力ポート１０７あたりに接続される振動子チャネル数の均等化によって、Ｃモード時に本体装置５で受信信号に基づいて得られる画像において、フォーカス点への依存（対応する不均等）による明るさの無用なばらつきが少ない好適な連続波ドプラ画像を得ることができる。

【0070】

図４の例のように、Ｃモードの受信動作時、アレイ部分２２０の複数の振動子チャネル２０１における複数の連続波ドプラ受信信号は、位相弁別として４位相に対応させた４つのグループＧ１～Ｇ４に弁別される。そして、位相のグループの受信信号毎に分けて、異なる第１出力ポート１０７から出力される。図示の一例では、アレイ面において、４つのグループＧ１～Ｇ４は、階段状に分かれている。この例は、フレネルリング状の位相分布に対応している。位相弁別は４つの位相に限らずに可能である。

【0071】

Ｃモード時に、複数の第１出力ポート１０７（図２での複数の出力ポート６と対応する）から出力された複数の受信信号は、ケーブル４を通じて、本体装置５の複数の入力ポート７へ伝送され、それぞれの受信回路７０で処理される。本体装置５の受信回路７０は、それらの複数の受信信号に基づいて、位相調整された連続波周波数信号とのミキシングによってベースバンドに復調し、復調した複数の受信信号を加算してより少数の受信信号にする。このような動作によって、本体装置５内で整相加算が行われる。この動作は、図３での微小遅延回路３６による遅延、加算と対応している。

【0072】

上記のように、実施の形態１の探触子２の回路構成では、探触子２内の回路で振動子３毎に受信信号に遅延による整相加算を行う必要が無いので、そのための増幅回路や遅延回路等のアクティブ回路の使用または実装が不要である。探触子２内の回路では、本体装置５側での復調および整相加算のための前処理として上記位相弁別を行えばよい。上記位相弁別は、上記マルチプレクサ等による階層的なスイッチ構成で実現でき、パッシブ回路のみで実現できる。これにより、Ｃモードの受信動作時、探触子２のＩＣの消費電力を低減できる。

【0073】

［１－５．Ｂモード］
図５は、前の図４と同じ探触子２の回路構成において、Ｂモード時の回路状態例を示す。図５では、Ｂモード時の受信信号の整相加算の例を示す。Ｂモードの受信動作時に、複数の第１配線１０３は、整相加算単位として複数のサブアレイ２００に分けられる。本例では、縦横で２×２＝４個の振動子チャネル２０１を１つのサブアレイ２００としている。縦横で例えば８×２個の振動子チャネル２０１は、Ｙ方向に４個のサブアレイ２００（例えばＡ１～Ａ４）に分けられ、第２配線１０４のスイッチ１０５間の部分に接続されている。同様に、そのようなＹ方向の４個のサブアレイ２００が、Ｘ方向に複数構成されている。

【0074】

それぞれのサブアレイ２００では、複数（４個）の振動子チャネル２０１の受信回路１０１が、各第１マルチプレクサ１０２の選択状態に応じて、第１配線１０３の複数（４本）の信号線のうちの、サブアレイ２００毎に別の信号線に接続されている。これにより、各サブアレイ２００として分離されている。例えば、サブアレイＡ１では、４個の振動子チャネル２０１の受信回路１０１は、第１マルチプレクサ１０２での選択状態を介して、すべて、第１配線１０３のうちの左側の第１信号線に接続されている。サブアレイＡ２では、４個の受信回路１０１は、すべて、第１配線１０３のうちの左から２番目の第２信号線に接続されている。

【0075】

Ｂモードの受信動作時には、スイッチ１０５がオフ状態にされ、第２出力ポート１０６が使用される。第１出力ポート１０７はスイッチ１０５を介して分離されているので使用されない。スイッチ１０５のオフ状態によって、第２配線１０４の４本の信号線は、一対一でＢモード用の第２出力ポート１０６に接続されている。

【0076】

１つのサブアレイ２００（例えばサブアレイＡ１）の４個の受信信号は、第１配線１０３の対応する信号線を通じて、第２配線１０４上のスイッチ１０５間の部分で同じ１つの信号線（例えば上側の第１信号線）に接続され、その信号線に接続されている第２出力ポート１０６から出力される。すなわち、１つのサブアレイ２００の４個の受信信号は、そのような配線を通じて整相加算された１つの受信信号となって、第２出力ポート１０６から出力される。同様に、Ｙ方向で４個のサブアレイ２００をみると、サブアレイ２００毎の受信信号が、第１配線１０３および第２の配線１０４の別々の信号線を通じて分離された状態で、それぞれに対応する別々の第２出力ポート１０６から出力される。スイッチ１０５間の部分に接続される、Ｘ方向で隣り合う２列をみると、４個の第２出力ポート１０６から、４個のサブアレイ２００（例えばＡ１～Ａ４）の受信信号が分離された状態で出力される。

【0077】

図５の回路状態で、４個の振動子チャネル２０１による１つのサブアレイ２００において、整相加算として以下が行われる。Ｂモード時のパルス受信信号には、受信回路１０１（図３での微小遅延回路３６）で遅延がかけられる。この遅延による整相では、サブアレイ２００の４個の振動子チャネル２０１間で、受信信号の位相がコヒーレントに揃えられる。その後、それらの４個の受信信号が、上記第１マルチプレクサ１０２、第１配線１０３、および第２配線１０４を通じて１つの受信信号として加算される。このようにして、サブアレイ２００毎に整相加算された後の受信信号が、第２出力ポート１０６から出力される。

【0078】

また、図５のＢモード時に、第１レジスタ１０９に格納される制御用の情報は、前述のＣモード時の選択位相情報ではなく、各振動子チャネル２０１がどの整相加算単位であるサブアレイ２００に属するかを表す情報である。そのため、サブアレイ２００の構成が固定的である場合には、第１レジスタ１０９の制御用の情報は、ビームフォーミングのフォーカス位置に依らずに、振動子３毎に決まる情報である。よって、この場合のこの制御用の情報は、制御装置８および制御論理回路９が、予め決めて固定的に設定しておけばよく、都度に計算して設定する必要は無い。また、サブアレイ２００の構成を都度に変更できる構成も可能である。この場合、第１レジスタ１０９に格納される制御用の情報は、制御装置８および制御論理回路９が、都度に計算して設定すればよい。例えば、図示のＹ方向で隣り合う２つのサブアレイ２００を、同じ信号線に接続されるように制御することで、１つのサブアレイにまとめることができる。

【0079】

［効果等］
上記のように、実施の形態１の２次元アレイ超音波探触子によれば、連続波ドプラモード（Ｃモード）とそれ以外の撮像モード（Ｂモード）等のモードとの少なくとも２種類のモードでの受信動作が可能である高度な機能を備える装置を実現でき、かつ、回路規模および消費電力を低減できる。実施の形態１によれば、２次元アレイ超音波探触子の回路において、先行技術例（例えば特許文献１のマトリックススイッチ）よりも、少数のスイッチや配線等での回路構成が実現できる。また、この回路構成では、アレイの振動子チャネル２０１と本体装置５のチャネルとの間では、主にスイッチやマルチプレクサのようなパッシブ回路のみを介して接続でき、増幅器や遅延回路等のアクティブ回路の使用を最小限にできる。これにより、この回路構成では、Ｃモード時に、低消費電力で低雑音での受信動作を実現できる。さらに、この回路構成では、Ｃモード時に、アレイの出力ポート毎に接続される振動子チャネル数を均等にすることができる。これにより、ビームフォーミングを行う場合のフォーカス点への依存による明るさの無用なばらつきが少ない好適な連続波ドプラ画像を得ることができる。

【0080】

＜実施の形態２＞
図６～図７を用いて、本発明の実施の形態２の２次元アレイ超音波探触子について説明する。実施の形態２等の基本構成は実施の形態１と同様であり、以下では、実施の形態２等における実施の形態１とは異なる構成部分について主に説明する。実施の形態２は、実施の形態１に対し、探触子２の回路構成の変形例に相当する。いずれの形態も、先行技術例に比べて回路規模および消費電力を低減できる効果は共通である。

【0081】

前述（図４等）の実施の形態１では、Ｃモード用の第１出力ポート１０７と、Ｂモード用の第２出力ポート１０６とが別に設けられていた。一方、実施の形態２では、探触子２の出力ポートとして、第１出力ポート１０７と第２出力ポート１０６との区別が無く、各モードで共通に使用できる出力ポートを有し、Ｃモードか否かに係わらず同じ出力ポートを使用できる。これにより、実施の形態２では、探触子２に備える出力ポート数をより少数に低減でき、対応してケーブル４の数も低減できる。

【0082】

［２－１．Ｃモード］
図６は、実施の形態２での探触子２の回路構成におけるＣモード時の回路状態例として、位相弁別の例を示す。実施の形態２の探触子２で、アレイ部分２２０において、各振動子チャネル２０１の受信回路１０１が第１マルチプレクサ１０２を介して第１配線１０３に接続される構成、および外側部分２３０において第２配線１０４に接続される構成は、実施の形態１と同様である。第１マルチプレクサ１０２に接続される第１レジスタ１０９には、制御用の情報として、選択位相情報が格納される。

【0083】

Ｃモード時、外側部分２３０において、第２配線１０４は、複数のスイッチ１０５がオン状態に接続されることで、アレイの端から端までが電気的に接続されている。外側部分２３０において、第２配線１０４に対し、スイッチ１０５間の部分毎に、複数のマルチプレクサ２０７を通じて複数の出力ポート２０６が設けられている。この出力ポート２０６は、言い換えると、２種類のモードで共通使用される共用出力ポートである。出力ポート２０６毎に、マルチプレクサ２０７が配置されている。このマルチプレクサ２０７は、第２配線１０４の複数（４本）の信号線と出力ポート２０６とを接続する、ｎ：１接続のマルチプレクサであり、ｎ＝４である。各マルチプレクサ２０７には制御用のレジスタ２０９が接続されている。Ｃモード時、各レジスタ２０９には、出力ポート２０６の選択位相割り当て情報が格納される。

【0084】

図６の例では、アレイ部分２２０におけるＸ方向での２列が、第２配線１０４のスイッチ１０５間の部分に接続されている。この部分において、第２配線１０４の４本の信号線に対し、４個のマルチプレクサ２０７を介して４個の出力ポート２０６が接続されている。

【0085】

図６の例では、前述（図４）と同様に、位相弁別の例として、４位相に対応する４個のグループＧ１～Ｇ４に分ける例を示している。例えば、グループＧ１の振動子チャネル２０１の受信信号は、第１配線１０３の第１信号線、第２配線１０４の第１信号線、およびそれぞれのスイッチ１０５間の部分における４個のマルチプレクサ２０７のうちの左側のマルチプレクサ２０７を通じて、それぞれの部分毎に１つの受信信号として、４個の出力ポート２０６のうちの例えば左側の出力ポート２０６（ｐ１１）から出力される。同様に、グループＧ２の振動子チャネル２０１の受信信号は、第１配線１０３の第２信号線、第２配線１０４の第２信号線、およびスイッチ１０５間の部分における４個のマルチプレクサ２０７のうちの左から２番目のマルチプレクサ２０７を通じて、それぞれの部分毎に１つの受信信号として、４個の出力ポート２０６のうちの例えばいくつかの出力ポート２０６（ｐ１２，ｐ１３，ｐ１４）から出力される。

【0086】

また、実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、ビームフォーミングを伴うＣモードの受信動作の際に、出力ポート２０６あたりに接続される振動子チャネルの数の均等化が行われる。

【0087】

［２－２．Ｂモード］
図７は、実施の形態２での探触子２の回路構成における、Ｂモード時の回路状態例として、サブアレイ２００等の例を示す。Ｂモードでは、外側部分２３０における第２配線１０４は、整相加算単位毎に分離する必要があるため、すべてのスイッチ１０５はオフ状態に接続される。整相加算単位であるサブアレイ２００は、実施の形態１の例（図５）と同様であり、縦横での２×２＝４個の振動子チャネル２０１の集まりである。

【0088】

Ｂモード時、出力ポート２０６毎のマルチプレクサ２０７は、レジスタ２０９の情報に応じて、第２配線１０４のうちどの信号線を出力元として出力ポート２０６に出力するかを選択する。レジスタ２０９に格納される情報は、サブアレイ２００に対応させて、第２配線１０４のどの信号線を選択するかを表す情報である。実施の形態２では、このように第１マルチプレクサ１０２とマルチプレクサ２０７との組合せによる階層的なスイッチ構成に基づいて、複数の振動子チャネル２０１の複数の受信信号をどのサブアレイ２００に分けてどの出力ポート２０６から出力するかが決められる。２列毎に対応するスイッチ１０５間の部分において、制御に応じて、サブアレイ２００毎の受信信号の加算出力が、４個の出力ポート２０６のうちの対応する出力ポート２０６から出力される。

【0089】

［効果等］
上記のように、実施の形態２の２次元アレイ超音波探触子によれば、実施の形態１と同様の効果の他に、探触子２に備える出力ポート数をより少数に低減でき、対応してケーブル４の数も低減できる。

【0090】

＜実施の形態３＞
図８～図９を用いて、本発明の実施の形態３の２次元アレイ超音波探触子について説明する。実施の形態３は、実施の形態２の変形例である。図８等に示す実施の形態３の探触子２における回路構成では、実施の形態２と同様に共用出力ポートである出力ポート３０７を備え、また、前述の第２配線１０４に関して、ＣモードとＢモードとで、使用する配線を一部分離する。これにより、連続波ドプラ受信信号のパスの直列抵抗を低減する。

【0091】

前述の実施の形態１，２では、アレイの外側部分２３０における第２配線１０４には、整相加算単位の分離のための複数のスイッチ１０５が挿入されていた。このような回路構成の場合、スイッチ１０５のオン抵抗による、信号振幅減少、ばらつき、熱雑音増加への影響が懸念される。特に、Ｃモード時に、振動子３からの受信信号を、前述の増幅器等を使用せずにパッシブ回路のみを介して出力する場合、前述の利点があるが、探触子２内では増幅器による信号増幅やインピーダンス変換ができない。そのため、この場合、スイッチ１０５のオン抵抗の影響が強く表れる懸念がある。例えば、アレイ部分２２０においてＸ方向で左端に位置する振動子３と、外側部分２３０においてＸ方向で右端に位置する出力ポートとを電気的に接続する場合、２次元アレイが大規模になるほど、その接続の経路上に介在するスイッチ１０５の直列数も増える。これに応じて、第２配線１０４上で高い抵抗が付いてしまう。

【0092】

そこで、実施の形態３の探触子２における回路構成では、外側部分２３０における前述の第２配線１０４について、図８等のように、Ｂモード用の配線３０４と、Ｃモード用の配線３０５とに分離された回路構成を有する。アレイ部分２２０の複数の第１配線１０３に対し、Ｘ方向に延在するＢモード用の配線３０４が接続されている。Ｂモード用の配線３０４は、第１配線１０３の複数の信号線の本数に対応して一対一で接続される複数の信号線を有する。Ｂモード用の配線３０４は、Ｘ方向でサブアレイ２００の構成に対応させて分離された複数の配線として設けられている。この配線は例えば２列毎の配線である。また、実施の形態３では、アレイ部分２２０の複数の第１配線１０３に対し、スイッチ３０６を介して、Ｘ方向に延在するＣモード用の配線３０５が接続されている。

【0093】

［３－１．Ｃモード］
図８は、実施の形態３での探触子２の回路構成における、Ｃモード時の回路状態例として、位相弁別の例を示す。この探触子２は、アレイ部分２２０の外側部分２３０において、Ｃモード用の配線３０５と、Ｂモード用の配線３０４と、スイッチ３０６と、スイッチ３０９とが配置されている。第１配線１０３は、外側部分２３０で、Ｂモード用の配線３０４に接続され、また、スイッチ３０６を介して、Ｃモード用の配線３０５に接続されている。図示しないが、各スイッチは、制御論理回路９からの制御信号に応じて切り替えが制御される。

【0094】

スイッチ３０６は、振動子３の列毎に設けられたスイッチであり、第１配線１０３毎に複数（４本）の信号線に一対一で設けられた複数（４個）のスイッチで構成されている。Ｃモード時には、Ｃモード用の配線３０５を使用するため、スイッチ３０６がオン状態に制御される。Ｃモード時、Ｂモード用の配線３０４と出力ポート３０７とを接続するスイッチ３０９はオフ状態に制御される。

【0095】

Ｃモード用の配線３０５には、実施の形態２と同様に、複数のマルチプレクサ３０８を介して複数の出力ポート３０７が配置されている。出力ポート３０７は、実施の形態２と同様に、各モードで共有利用される共用出力ポートである。出力ポート３０７毎のマルチプレクサ３０８は、レジスタ３０９に設定される制御用の情報に基づいて、Ｃモード用の配線３０５の複数の信号線のうちのいずれかの信号線を出力元として選択して出力ポート３０７に出力する。また、各出力ポート３０７には、マルチプレクサ３０８を介さずに、Ｂモード用の配線３０４の対応する１つの信号線から１つのスイッチ３０９を介して信号線が接続されている。スイッチ３０９は、Ｂモード用の配線３０４における２列毎の配線毎に、複数の信号線に対し一対一で接続される複数（４個）のスイッチとして設けられている。

【0096】

Ｃモードの受信動作時、例えばグループＧ１の振動子チャネル２０１の受信信号は、第１配線１０３の第１信号線から、オン状態のスイッチ３０６を通じて、Ｃモード用の配線３０５の第１信号線に伝送される。そして、その第１信号線の受信信号は、位相弁別に応じたマルチプレクサ３０８の選択状態に応じて、選択された出力ポート３０７（例えばｐ３１）から出力される。同様に、グループＧ２の複数の受信信号は、第１配線１０３の第２信号線、スイッチ３０６、配線３０５の第２信号線、マルチプレクサ３０８を介して、選択された出力ポート３０７（例えばｐ３２，ｐ３３，ｐ３４）から出力される。実施の形態３でも、実施の形態１，２と同様に、出力ポート３０７あたりに接続される振動子チャネルの数が均等化される。

【0097】

［３－２．Ｂモード］
図９は、実施の形態３での回路構成における撮像モード時の回路状態例として、サブアレイ２００の例を示す。Ｂモードでは、Ｃモード用の配線３０５を使用しないので、スイッチ３０６がオフ状態に制御される。Ｂモード用の配線３０４に接続されるスイッチ３０９はオン状態に制御される。出力ポート３０７毎のマルチプレクサ３０８もすべてオフ状態に制御される。

【0098】

このＢモードの状態では、サブアレイ２００の制御に基づいて、振動子３毎の受信信号は、第１配線１０３、Ｂモード用の配線３０４、およびスイッチ３０９を経由して、サブアレイ２００毎に整相加算された受信信号として、選択された出力ポート３０７から出力される。例えば、サブアレイＡ１の４個の振動子チャネル２０１の４個の受信信号は、第１配線１０３の第１信号線、Ｂモード用の配線３０４の第１信号線、およびスイッチ３０９を経由して、整相加算された受信信号として、選択された出力ポート３０７（ｐ３１）から出力される。

【0099】

［効果等］
上記のように、実施の形態３の２次元アレイ超音波探触子によれば、実施の形態１，２と同様の効果に加え、以下の効果を有する。実施の形態３では、Ｃモード用の配線３０５上に、前述（図６等）の第２配線１０４に挿入されている複数のスイッチ１０５は無い。実施の形態３の探触子２における回路構成では、振動子３から出力ポート３０７までの受信信号のパスにおいて、スイッチ３０６によるオン抵抗は付いてしまうものの、複数のスイッチ１０５が直列接続された状態にはならない。これにより、この回路構成では、Ｃモードにおける受信信号のパスの直列抵抗を低くすることができる。したがって、実施の形態３によれば、受信信号の出力に関して、前述の信号振幅減少、ばらつき、熱雑音増加等への影響の懸念を解消できる。

【0100】

＜実施の形態４＞
図１０～図１１を用いて、本発明の実施の形態４の２次元アレイ超音波探触子について説明する。実施の形態４は、実施の形態３の変形例である。実施の形態４では、余る配線を活用して、連続波ドプラ受信時の配線抵抗を実効的に下げる回路構成を示す。前述の実施の形態１～３では、Ｃモード時の連続波ドプラ受信信号の位相の数（位相数Ｉとする）と、探触子２の２次元アレイの振動子３列毎の第１配線１０３の信号線の本数（配線数Ｊとする）との関係において、位相数Ｉと配線数Ｊとが同じである場合（Ｉ＝Ｊ）を想定していた。また、Ｂモードでは、第１方向において整相加算単位であるサブアレイ２００が並ぶ数（単位数Ｋとする）が４である場合を想定していた。そのため、配線数Ｊは４でよかった。これらの数（Ｉ，Ｊ，Ｋ）は、勿論、前述の例に限定されない。実際の実装では、Ｃモードでの位相数Ｉと、Ｂモードでの単位数Ｋとが異なっていてもよい。それらが異なる場合には、それらのうち大きい方の数に合わせて配線数Ｊを決めればよい。

【0101】

実施の形態４では、Ｃモードでの受信信号の位相数Ｉの方が、Ｂモードでの第１方向に並ぶ整相加算単位の単位数Ｋよりも少ない場合（Ｉ＜Ｋ）を想定する。例えば、位相数Ｘが３であり、縦横の２×２＝４個の振動子チャネル２０１によるサブアレイ２００を整相加算単位として単位数Ｋが４である場合を説明する。配線数Ｊは、多い方である単位数Ｋに合わせて４とする。

【0102】

位相数Ｉの方が単位数Ｋおよび配線数Ｊよりも大きい関係である場合、Ｂモードにおいて、配線の信号線が余ることになる。また、実施の形態４のように、Ｂモードでの単位数Ｋの方が位相数Ｉよりも大きい関係である場合（Ｉ＜Ｋ）、Ｃモードにおいて、配線の信号線が余ることになる。例えば、前述の第１配線１０３の４本の信号線（左側から順に第１信号線～第４信号線）のうち、３本の信号線が、連続波ドプラの３位相の位相弁別の出力に使用される場合に、残りの１本の信号線が余る。そこで、実施の形態４では、実施の形態３での回路構成に対し、さらに、Ｃモードにおいて余る配線を用いて、配線抵抗を実効的に下げることができる機構が追加されている。

【0103】

［４－１．Ｃモード］
図１０は、実施の形態４での探触子２の回路構成におけるＣモード時の回路状態例として、位相弁別の例を示す。図１０および図１１の探触子２の回路構成では、実施の形態３での回路構成に対し、アレイの外側部分２３０において、マルチプレクサ４１２およびレジスタ４１３が追加されている。また、Ｃモード用の配線４０５は、４本ではなく位相数に対応した３本の信号線を有する。出力ポート３０７毎のマルチプレクサ４０８は、ｎ：１接続として、４：１接続ではなく、３：１接続のマルチプレクサである。スイッチ４０６は、第１配線１０３のうちの３本の信号線に接続される３個のスイッチで構成されている。Ｂモード用の配線３０４は、前述と同様に４本の信号線を有し、そのうちの１本である第４信号線には、マルチプレクサ４１２が接続されている。マルチプレクサ４１２は、１：ｎ接続として１：３接続のマルチプレクサである。マルチプレクサ４１２の３本の出力は、Ｃモード用の配線４０５の３本の信号線に接続されている。各マルチプレクサ４０８は、３本の入力が、配線４０５の３本の信号線に一対一で接続されている。

【0104】

第１配線１０３の４本の信号線のうち、例えば左から３本の信号線（第１信号線～第３信号線）は、３位相の位相弁別に使用される。第１配線１０３の４本の信号線のうち、右側の１本の信号線（第４信号線）は、余り配線１０３ｄである。余り配線１０３ｄは、Ｂモード用の配線３０４に接続されており、Ｃモード用の配線４０５には接続されていない。言い換えると、Ｂモード用の配線３０４の第４信号線である信号線３０４ｄは、余り配線１０３ｄの延長上の信号線である。

【0105】

マルチプレクサ４１２は、余り配線１０３ｄの延長上の信号線３０４ｄと、Ｃモード用の配線４０５の位相数分の３本の信号線との間を接続するように配置されている、１：３接続のマルチプレクサである。レジスタ４１３には、制御論理回路９からマルチプレクサ４１２の制御用の情報が格納される。レジスタ４１３に格納される制御用の情報は、マルチプレクサ４１２の出力配線選択を表す情報である。すなわち、この回路構成では、第１マルチプレクサ１０２およびマルチプレクサ４１２の選択状態に応じて、余り配線１０３ｄは、Ｃモード用の配線４０５の３位相の３本の信号線のうちのいずれにも接続可能である。余り配線１０３ｄに接続される振動子チャネル２０１の受信信号は、Ｃモード用の配線４０５のうちの選択された信号線に出力され、マルチプレクサ４０８でのその信号線の選択に応じて、出力ポート３０７から出力される。

【0106】

Ｃモードの受信動作時、第１配線１０３のうち３本の信号線（第１信号線～第３信号線）は、オン状態のスイッチ４０６を介して、Ｃモード用の配線４０５に接続される。これらの３本の信号線は、連続波ドプラの位相弁別の３位相（第１位相、第２位相、第３位相とする）に割り当てられる。図１０の位相弁別の例では、８×４の振動子チャネル２０１の部分において、位相弁別の３個のグループＧ１～Ｇ３を示す。例えばグループＧ１は、第１位相のグループであり、第１マルチプレクサ１０２は、第１信号線を出力先として選択する状態とされている。

【0107】

ここで、同一の配線である第１配線１０３に、多数の振動子３（対応する振動子チャネル２０１）が接続される場合、その配線を流れる電流が増加し、配線抵抗の影響が大きく表れる懸念がある。そこで、実施の形態４では、第１配線１０３のうちの余り配線１０３ｄを活用することで、同一の配線に接続される振動子チャネル数を減少させ、配線抵抗の影響を低減する。

【0108】

実施の形態４の探触子２では、同じ位相に弁別される振動子チャネル２０１がＹ方向に多く存在する場合に、余り配線１０３ｄおよび第１マルチプレクサ１０２を利用して、振動子チャネル２０１が接続される信号線を分散する。例えば図１０では、ある２列の振動子３の部分Ｘ１２では、余り配線１０３ｄを、３位相のうち、振動子チャネル数が多い位相以外のある位相（例えば第２位相）に割り当てる。別の２列の振動子３の部分Ｘ３４では、余り配線１０３ｄを、３位相のうち、振動子チャネル数が多い位相以外の別のある位相（例えば第３位相）に割り当てる、といったように制御される。余り配線１０３ｄに接続される振動子チャネル２０１の箇所を丸印で示す。部分Ｘ１２におけるマルチプレクサ４１２は、出力先として第２位相に対応する第２信号線が選択されている。部分Ｘ３４におけるマルチプレクサ４１２は、出力先として第３位相に対応する第３信号線が選択されている。このような制御により、Ｙ方向の同じ配線の１本の信号線あたりに接続される振動子チャネル数を低減でき、実効的な配線抵抗の低減ができる。

【0109】

本体装置５の制御装置８は、振動子３毎の第１マルチプレクサ１０２のレジスタ１０９、および出力ポート３０７毎のマルチプレクサ４０８のレジスタ３０９に設定する制御用の情報を、ビームフォーミングのフォーカス情報、および出力ポート３０７あたりの接続振動子チャネル数の均等化に基づいて計算する。その際、制御装置８は、各々の第１配線１０３の余り配線１０３ｄへの位相の割り当ても決定し、その位相割り当て情報を、対応する第１マルチプレクサ１０２のレジスタ１０９、およびマルチプレクサ４１２のレジスタ４１３に転送して設定する。

【0110】

［４－２．Ｂモード］
図１１は、実施の形態４での探触子２の回路構成におけるＢモード時の回路状態例として、サブアレイ２００の例を示す。Ｂモードでは、マルチプレクサ４１２は、オフ状態に制御され、使用されない。よって、この状態では、図１１の回路は、図９の回路の状態と等価となる。余り配線１０３ｄの部分は、図１１では、サブアレイＡ４，Ａ８で使用されている。サブアレイＡ４，Ａ８の受信信号は、余り配線１０３ｄ、およびオン状態のスイッチ３０９を通じて、出力ポート３０７から出力される。

【0111】

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【符号の説明】

【0112】

１…超音波診断装置、２…探触子（２次元アレイ超音波探触子）、３…振動子（超音波振動子）、４…ケーブル、５…本体装置、６…出力ポート、７…入力ポート、８…制御装置、９…制御論理回路、１５…表示装置、３０…送受信回路、７０…受信回路、１０１…受信回路、１０２…第１マルチプレクサ、１０３…第１配線、１０４…第２配線、１０５…スイッチ、１０６…第２出力ポート、１０７…第２マルチプレクサ、１０８…第１出力ポート、１０９…第１レジスタ、１１０…第２レジスタ、２００…サブアレイ、２０１…振動子チャネル、２０２…配線、２１０…ＩＣ、２２０…アレイ部分、２３０…外側部分、Ｇ１～Ｇ４…グループ、Ａ１～Ａ８…サブアレイ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】