超声波探头及超声波诊断装置的制作方法

专利名称：超声波探头及超声波诊断装置的制作方法
技术领域：
本方面涉及一种连接在超声波诊断装置上，向被检测体收发超声波的超声波探 头，特别是一种不受电路性能的限制，在确保宽的动态范围的同时，减少探头电缆信号线根 数的技术。
背景技术：
近年来，在超声波2维QD)阵列探头等上，将电路内置于探头的头部(head)内， 执行发送波形的生成、接收回波(接收信号)的放大和一部分的波束形成。使用这种超声 波2维阵列探头的超声波诊断装置，例如，在日本特开2007-167445号公报上有记载。通常，在通过探头连接器连接这种超声波探头的超声波诊断装置本体上，被施加 接收延迟加法运算处理后的超声波回波信号通过本体前置放大器群被放大。被放大的超 声波回波信号，通过接收延迟加法电路使定时一致，通过信号处理部被检波并提取包络 (envelope)，通过图像处理部进行坐标变换，进行适合图像显示的处理后在显示部显示。借 此，被观测体内的形态信息被实时地显示。关于以往的2维阵列超声波探头及超声波诊断装置的结构，参照图9及图10进行 说明。图9是表示一般的超声波诊断装置结构的功能框图。图10是在以往的超声波2维 阵列探头上的通道(channel)控制电路的框图。超声波振子群102是例如呈NXM阵列状排列成的，向被观测体0(例如心脏)收 发超声波。脉冲发生器(pulsar)群101，与超声波振子群102相连，按照由探头手柄内控制 电路100生成的不同定时来驱动超声波振子群102，以产生具有规定的方向性的超声波波 束。借此，按照来自脉冲发生器群101的电信号，从超声波振子群102向被观测体0照射超 声波波束。从超声波振子群102发送的超声波波束，在被观测体0内的构造物的边界等的 声阻抗不同的界面，与该被观测体0内的构造、运动等相对应地进行反射。前置放大器群 103为了良好地传送通过超声波振子群102接受的微弱的超声波回波信号，进行低噪声放 大或缓冲(buffering)等处理。通道控制电路104通过被指的子阵列接收波束形成器群 1041(参照图10)，将来自上述的多个前置放大器群103的输出信号作为一个组施加延迟时 间，并通过内置的加法器1042(参照图10)进行加法运算后输出给超声波诊断装置本体。 由此，能够使从该超声波探头1进行输出的输出信号线的数量减少。即，探头电缆(probe cable) 11的根数得以减少。探头手柄内控制电路100，是用来控制上述脉冲发生器群101、前置放大器群103 以及通道控制电路104的动作的。前置放大器群103构成为可以根据来自该探头手柄内控 制电路100的控制信号，分别设定偏置电流等动作条件。探头手柄10和探头连接器12，如上所述通过探头电缆11连接。探头连接器12通 过由多个电路组成的电路群121、及探头连接器内控制电路120而构成。上述电路群121根 据需要进行放大、缓冲以及波段调整等的超声波回波信号的追加处理。还有，探头连接器内控制电路120，对上述电路群121的动作进行控制，并且基于通过后述的超声波诊断装置本 体2传送的控制信号，生成向探头手柄内控制电路100传递的控制信号。超声波诊断装置本体2由本体前置放大器群M0、本体接收延迟加法电路Ml、信 号处理部25、图像处理部沈、显示部27、本体发送延迟电路220、本体脉冲发生器群221、本 体控制电路21以及操作面板20构成。在本体前置放大器群M0，由超声波探头1按几个通道的组实施过最初的接收延 迟加法运算处理的超声波回波信号被放大。这些被放大的超声波回波信号，通过本体接收 延迟加法电路241使定时一致。而且，上述超声波信号，在信号处理部25被检波并提取包 络。另外，该被提取的包络，在图像处理部26 —边对照被观测体0的剖面被变换坐标，一边 被施加适合图像显示的灰度处理等后，在显示部27显示。借此，如图11所示，被观测体内 的形态信息在显示部27被实时地显示。还有，本体控制电路21，对超声波诊断装置本体2内的各处理部的动作进行控制， 并且向探头连接器12的探头连接器内控制电路120传递控制信息。在作为动作模式，进行 能够实现波束转向(beam steering)的连续波多普勒模式等情况下，操作面板20是操作者 输入信息或者进行选择操作的输入机构。再有，当超声波探头未内置电路时，即连接了超声波诊断装置本体2驱动超声波 振子群102的普通探头的情况下，本体发送延迟回路220和本体脉冲发生器群221动作，通 常，不是内置在超声波诊断装置本体2的结构也可以。作为上述的超声波诊断装置的动作模式，已知用于测量血流速度等的连续波多普 勒(以下称为“SCW”)模式。就SCW模式而言，如图10所示，把呈NXM阵列状排列的超声 波振子群分为发送超声波的区域B和接收超声波的区域A来动作，借此便可以连续地收发
超声波。在以SCW模式动作时，如果相对于被观测体内的血流进行中心频率为f0的超声波 的收发时，随着流动的血细胞，超声波波束的频率就会获得与血流速度成比例的多普勒频 移(shift frequency) fd，从而接收到频率为fO+fd的超声波回波。因此，通过检出该多普 勒频移fd，并显示其随时间的变化，如图12所示，可以作为多普勒图像来显示血流速度信 肩、ο还有，此时，对被检出的多普勒频移fd进行2维映射，进行适当的颜色变换，并通 过与之前的超声波图像重叠显示，可以作为彩色多普勒图像(图中未示)实时地显示包含 血流速度信息的被观测体内的图像。近年来，超声波2维阵列振子已经被应用于超声波探头，振子数量数以千计地增 加，每个的大小变得极其微小。这种情况下，如果直接将探头连接在超声波诊断装置上，由 于电缆根数必需非常多，而使电缆总体变粗，招致操作障碍，并且难于高质量地传送由微小 的振子接收的超声波回波。因此，在使用超声波2维阵列等情况下，在超声波探头上，安装发送电路及接收电 路等电路，对接收的微弱的超声波回波进行高效放大，并且通过按每几个单位的振子进行 一部分的接收波束形成并进行加法运算，就可以不断地减少向超声波诊断装置输入的信号 线的根数。就SCW模式而言，为了将在超声波波束上检出的振幅大的杂波(clutter)(例如来自心脏壁的反射波)上重叠的极其微弱的多普勒信号进行放大，要求比获得通常的B模式 图像时更宽的动态范围。可是，由于内置于超声波探头的波束形成器受到供电等的制约，不能取得宽动态 范围。这是由于为确保足够的动态范围有必要向波束形成器提供高电压，相反，提高电压就 会伴有发热。由于超声波探头是与被检测体接触而使用的，所以有必要抑制该发热，而不能 供给高电压。因此，以往的内置接收波束形成器的超声波探头，由于受上述的波束形成器的制 约，不能如实地将SCW的微弱信号成分进行放大，在以SCW模式动作时，不能按每几个单位 的超声波振子对输出信号进行加法运算后向超声波诊断装置本体输出。因此，以往的超声 波探头，就不能减少连接超声波探头和超声波诊断装置本体的探头电缆内的信号线的根 数，该探头电缆只能是较粗的。

发明内容
本发明为解决上述问题而提出，其目的为即使在像SCW模式那样，将超声波振子 群分为执行发送的区域和执行接收的区域来使用的动作模式中，也确保宽的动态范围，同 时，按每几个单位的超声波振子对相同相位的接收信号进行加法运算后向超声波诊断装置 本体发送，由此减少探头电缆内的信号线的根数。本实施方式是一种具有第1超声波振子群和第2超声波振子群，其特征为具备多 个矩阵开关盒加法器。有关本实施方式的超声波探头，具有由上述第1超声波振子群向被 检测体内的规定观测点发送超声波、并由上述第2超声波振子群接收在上述被检测体内反 射的超声波回波的模式。上述多个矩阵开关，基于上述第2超声波振子群与上述观测点之 间的距离，从上述第2超声波振子群输出的多个超声波回波中，提取具有大致相同相位的 多个超声波回波。上述加法器，对上述多个矩阵开关提取的上述多个超声波回波，按每个上 述矩阵开关进行加法运算后输出。发明效果依照本发明，在使用内置了前置放大器群等电路的超声波2维阵列探头和超声波 诊断装置中，能不受内置于探头的电路性能的制约而确保宽的动态范围，能确保在SCW等 模式下的接收性能。还有，即使在像SCW等模式那样要求宽的动态范围的情况下，由于能按每几个单 位的振子对接收信号进行加法运算并向超声波诊断装置本体发送，因此能减少探头电缆内 信号线的根数，而使探头电缆比以往细。


图1是有关第1实施方式的超声波探头中的通道控制电路的框图。图2A是用于说明有关第1实施方式的通道控制电路动作的图。图2B是用于说明有关第1实施方式的通道控制电路动作的图。图3是表示有关本发明的超声波探头动作的流程图。图4是有关变形例1的超声波探头中的通道控制电路的框图。图5是用于说明有关变形例1的通道控制电路的动作的图。
图6是有关变形例2的超声波探头中的通道控制电路的框图。图7是用于说明有关变形例2的通道控制电路的动作的图。图8A是有关实施方式的通道控制电路的电路构成示例。图8B是有关实施方式的通道控制电路的电路构成示例。图8C是有关实施方式的通道控制电路的电路构成示例。图8D是有关实施方式的通道控制电路的电路构成示例。图9是表示一般的超声波诊断装置结构的功能框图。图10是以往的超声波探头中的通道控制电路的框图。图11是以B模式动作时的超声波断层像的输出示例。图12是以SCW模式动作时的超声波图像的输出示例。
具体实施例方式(第1实施方式)首先，参照图1对有关第1实施方式的超声波探头的结构进行说明。从探头连接 器12到超声波诊断装置本体2的结构，与图9所示的以往的超声波诊断装置的结构一样， 在这里，对超声波探头1的结构进行详细说明。如图1所示，有关本实施方式的通道控制电路10 的特征在于除具备子阵列接 收波束形成器群1041和加法器1042之外，还具备旁路开关(bypass switch) 1043及矩阵 开关(matrix switch) 1044。为此，在本说明中，将着眼于与以往的超声波探头结构不同的 探头手柄10内的结构、处理来自超声波探头的发送信号的超声波诊断装置本体2内的本体 接收延迟加法电路Ml以及控制装置全体动作的本体控制电路21来进行说明。另外，标有 与图10同样的标记的结构要素，表示与在图10中附标记的结构要素同样的结构。首先，本体控制电路21接受由操作者从操作面板20对超声波诊断装置动作的模 式(以下称“动作模式”)的指定，并决定构成超声波振子群102的各超声波振子的动作。具体讲，像SCW模式那样，在分为发送超声波的多个超声波振子和接收超声波的 多个超声波振子来收发超声波的模式(以下称为“第1模式”)的情况下，本体控制电路21 将超声波振子群102分为发送超声波的区域B和接收超声波的区域A。还有，像B模式等那样，在以相同的超声波振子进行超声波的收发(以下称为“第 2模式”)双向工作的模式下，本体控制电路21进行设定以使得构成超声波振子群102的各 超声波振子执行各自的超声波发送及接收。本体控制电路21，将关于上述的超声波振子的分配控制，作为区域控制信号向超 声波探头1发送并做出指示。接下来，本体控制电路21，接受由操作者从操作面板20对观测点的设定，根据对 构成超声波振子群102的各超声波振子与该观测点之间的距离，算出各超声波振子的发送 延迟时间及接收延迟时间。此时，在以第1模式动作时，发送延迟时间就会与发送超声波的 区域B内的各超声波振子相对应，接收延迟时间就会与接收超声波的区域A内的各超声波 振子相对应。接下来，本体控制电路21，将接收延迟时间和本体前置放大器群MO的各前置放 大器相对应，并向本体接收延迟加法电路241做出指示，对来自该前置放大器的输出信号分别进行延迟处理。例如，首先，本体控制电路21，将延迟时间tdl和从本体前置放大器群 240的前置放大器(以下称为“本体前置放大器”)Chl输出的信号相对应，将延迟时间td3 和从本体前置放大器Ch3输出的信号相对应。然后，本体控制电路21，向本体接收延迟加法 电路241做出指示，以便按照该对应关系分别施加延迟处理(关于本体接收延迟加法电路 241将后述)。还有，本体控制电路21，生成控制包含在超声波探头1中的矩阵开关1044的矩阵 开关切换信号，以便向本体前置放大器群MO的前置放大器(例如前置放大器Chl Ch3) 分别输入具有所对应的延迟时间的信号(关于矩阵开关1044将后述)。本体控制电路21，将算出的发送延迟时间和接收延迟时间、动作模式、区域控制信 号以及矩阵开关切换信号作为探头控制数据，通过探头连接器内控制电路120向探头手柄 内控制电路IOOa发送(关于探头手柄内控制电路IOOa将后述)。有关本实施方式的通道控制电路104a，如图1所示，由子阵列接收波束形成器群 1041、旁路开关1043、矩阵开关1044以及加法器1042构成。子阵列接收波束形成器群1041是延迟电路，它将包含在前置放大器群103中的多 个前置放大器作为一组，以使来自包含在该组中的前置放大器的输出信号的相位差一致的 方式，施加延迟处理并输出。在有关本实施方式的超声波探头1上，设有从子阵列接收波束形成器群1041的输 入一侧引出的、对子阵列接收波束形成器群1041进行旁路的信号线(以下称为“旁路信号 线”)。来自前置放大器群103的输出信号通过旁路开关1043被切换，以通过子阵列接收波 束形成器群1041或旁路信号线中的任何一方。旁路开关1043，设在子阵列接收波束形成器群1041的输出一侧，并构成为可以切 换至设在子阵列接收波束形成器群1041输出一侧的第1接点和设置在旁路信号线一侧的 第2接点中的任意一方。旁路开关1043，由切换控制部1001通过超声波诊断装置的动作模式(以下称“动 作模式”)进行切换(关于切换控制部1001将后述)。该旁路开关1043相当于切换部。具体讲，像SCW模式那样，在分为发送超声波的多个超声波振子和接收超声波的 多个超声波振子来进行超声波收发的模式(以下称“第1模式”)的情况下，被切换到第2 接点，不对来自前置放大器群103的输出信号施加通过子阵列接收波束形成器群1041进行 的延迟处理。还有，像B模式等那样，在以相同的超声波振子进行超声波的收发的模式(以下称 为“第2模式”)的情况下，被切换到第1接点，如以往那样，来自前置放大器103的输出信 号被输入子阵列接收波束形成器群1041施加延迟处理。加法器1042，通过对从多个旁路开关1043输出的信号进行加法运算后输出，从而 使来自超声波探头1的输出信号线的数量减少。加法器1042例如被设置为对从由多个超 声波振子构成的规定的子阵列(比如子阵列10加1)通过前置放大器群103的各前置放大 器及旁路开关1043输出的信号(以下有称为“从子阵输出的信号”的情况)进行加法运算。从加法器1042输出的信号，通过探头电缆11及电路群121，向本体前置放大器群 240输入。加法器1042与本体前置放大器群240的各前置放大器一对一地对应，从规定的 加法器1042(例如加法器1042al)输出的信号，向规定的前置放大器(例如本体前置放大器群的前置放大器Chl)输入。矩阵开关1044介于旁路开关1043和加法器1042之间，将从旁路开关1042输入 的信号向加法器1042输出。此时，矩阵开关1044由切换控制部1001控制，以使其按照动 作模式(第1模式或第2模式)，按每个从旁路开关1043输入的信号，对要输出的加法器进 行切换(关于切换控制部1001将后述)。在各矩阵开关1044之间能够转送输入的信号。借此，就可以将输入到规定的矩 阵开关(例如，为矩阵开关1044al)的信号，向设在不同的矩阵开关(例如，为矩阵开关 1044bl)输出一侧的加法器(例如，为加法器1042bl)输出。还有，该动作由切换控制部 1001控制。当超声波探头1以第2模式动作时，矩阵开关1044受切换控制部1001控制，以使 得从旁路开关1043输入的信号向配置在输出一侧的加法器1042输出。还有，当超声波探 头1以第1模式动作时，矩阵开关1044受切换控制部1001控制，以使得输入的信号按其每 个相位向规定的加法器1042输出。关于本控制，将与切换控制部1001的动作一并后述。探头手柄内控制电路100a，具备切换控制部1001。探头手柄内控制电路100a，基 于从本体控制电路21接收的探头控制数据中包含的发送延迟时间，向与发送超声波的超 声波振子(例如第1模式时区域B内包含的超声波振子)相对应的脉冲发生器群101做出 发送超声波的指示。还有，探头手柄内控制电路100a，将从本体控制电路21接收的探头控 制数据中包含的动作模式、接收延迟时间以及矩阵开关切换信号向切换控制部1001发送， 做出对旁路开关1043及矩阵开关1044切换的指示。切换控制部1001按照收到的动作模式对旁路开关1043进行切换。还有，切换控 制部1001基于收到的各超声波振子各自的接收延迟时间及矩阵开关切换信号，对子阵列 接收波束形成器群1041及矩阵开关1044进行控制。关于通过切换控制部1001对子阵列 接收波束形成器群1041、旁路开关1043以及矩阵开关1044的控制，参照图1、图2A以及图 2B按每个动作模式进行具体说明。首先，对于超声波探头1以第2模式(例如B模式)动作时的动作，参照图2A进 行说明。图2A是用于说明超声波探头1在以第2模式动作时通道控制电路10 的动作的 图。在以第2模式动作时，切换控制部1001将旁路开关1043切换到第1接点，以使得 来自前置放大器群103的各前置放大器的信号通过子阵列接收波束形成器群1041。此时， 切换控制部1001做出指示将与作为向构成子阵列接收波束形成器群1041的各子阵列接 收波束形成器输入信号的输出源的超声波振子相对应的接收延迟时间，向各个子阵列接收 波束形成器发送，进行延迟处理。借此，例如，使得与子阵102al的α 1列、β 1列及、1列 相对应的超声波振子的输出信号的相位，与延迟时间tdl的信号一致。接下来，切换控制部1001基于接收延迟时间及矩阵开关切换信号，对矩阵开关 1044进行控制，以使得从子阵列接收波束形成器群1041输出、经旁路开关1043输入到矩阵 开关1044的信号，向设在该矩阵开关1044输出一侧的加法器1042输入。具体讲，如图2A所示，例如，切换控制部1001对矩阵开关1044进行控制，以使得 来自与子阵列102al的α 1列、β 1列以及、1列相对应的超声波振子的信号，向与该子阵 列102al相对应的加法器1042al输入。同样，来自与子阵列102a3的α 3列、β 3列及γ 3列相对应的超声波振子的信号便向与该子阵列102a3相对应的加法器1042a3输入。从而，当超声波探头1以第2模式动作时，通道控制电路10 成为与如图10所示 的以往的通道控制电路104执行相同动作的结构。下面，对于超声波探头1以第1模式(例如SCW模式)动作时的动作，参照图2B 进行说明。图2B是用于说明关于超声波探头1以第1模式动作时通道控制电路10 的动 作的图。在以第1模式动作时，切换控制部1001将旁路开关1043切换到第2接点，以使得 来自前置放大器群103的各前置放大器的信号通过旁路信号线。借此，以第1模式动作时， 子阵列接收波束形成器群1041被旁路，不对来自各超声波振子的信号进行延迟处理。接下来，切换控制部1001基于接收延迟时间及矩阵开关切换信号，对矩阵开关 1044进行控制，以使得来自各超声波振子并经由前置放大器群103输出的信号之中规定相 位的信号(例如延迟时间tdl的信号)向规定的加法器1042 (例如加法器1042al)输出。例如，在图2B中，假设来自与子阵列102al的α 1列、子阵列102a2的α 2列以及 子阵列102a3的α 3列相对应的超声波振子的信号表示相同相位(迟延时间tdl)。同样， 假设来自与β 1列、β 2列以及β 3列相对应的超声波振子的信号表示相同相位(延迟时 间td2)；来自与Yl列、Y2列以及Y 3列相对应的超声波振子的信号表示相同相位(延迟 时间td3)。此时，如图2B所示，切换控制部1001对矩阵开关1044进行控制，以使得来自与表 示相同相位(延迟时间tdl)的子阵列102al的α 1列、子阵列102a2的α 2列以及子阵列 102a3的α 3列相对应的超声波振子的信号，向已按照矩阵开关的切换信号与延迟时间tdl 建立相对应关系的加法器1042al输出。同样，切换控制部1001对矩阵开关1044进行控制， 以使得来自与β 1列、β 2列以及β 3列相对应的超声波振子的信号，向已与延迟时间td2 建立相对应关系的加法器1042a2输出；来自与Y 1列、Y 2列以及γ 3列相对应的超声波 振子的信号，向已与延迟时间td3建立相对应关系的加法器1042a3输出。另外在上述中，如图1所示，虽然按每一个对从规定子阵列(例如子阵列10加1) 输出的信号进行加法运算的加法器1042都设有矩阵开关1044的情况做了说明，但是对多 个加法器1042设一个矩阵开关1044也是可以的。从加法器1042输出的信号，通过探头电缆11及电路群121，在本体前置放大器群 240被放大。如图2A及图2B所示，超声波探头1内的各加法器1042和本体前置放大器 群MO的各前置放大器，通过矩阵开关的切换信号被一对一地对应。借此，例如，从加法器 1042al输出的信号向本体的前置放大器Chl输出；从加法器1042a3输出的信号向本体的 前置放大器Ch3输出。根据上述，超声波探头1内的各加法器(例如加法器1042al 104 与本体前 置放大器群MO的各前置放大器(例如前置放大器Chl CM)分别相对应。在本体前置放大器群240被放大后输出的信号，向本体接收延迟加法电路241输 入并被施加延迟处理，并进行加法运算后，向信号处理部25输出。此时，本体接收延迟加法 电路Ml，按照来自本体控制电路21的控制，对从包含在本体前置放大器群240中的各个前 置放大器输入的信号分别施加延迟处理(关于本体控制电路21将后述)。具体讲，通过矩阵开关1044基于矩阵开关切换信号的控制，为了输入来自包含在本体前置放大器群MO中的各个前置放大器的规定相位的信号，对每个该前置放大器施加 与该相位相对应的延迟时间。例如，如图2B所示，向本体前置放大器群MO的前置放大器 Chl输入来自加法器1042al的信号。因此，对于来自前置放大器Chl的信号，就要根据相对 于与子阵列102al的α 1列、子阵列102a2的α 2列以及子阵列102a3的α 3列相对应的 超声波振子的接收延迟时间，施加延迟处理。(处理)下面，对有关本实施方式的超声波探头1在第1模式下的动作，参照图3进行说 明。图3是表示超声波探头动作的流程图。(步骤Si)首先，本体控制电路21接受来自操作面板20的操作者的指定，将超声波诊断装置 的动作模式变更为SCW模式。此时，将超声波振子群102也与分为接收超声波的区域A和 发送超声波的区域B的区域控制信号一起生成。(步骤 S2)接下来，本体控制电路21接受来自操作面板20的操作者对观测点的指定，根据 构成超声波振子群102的各超声波振子与该观测点之间的距离，计算出与发送超声波区域 B的各超声波振子相对应的发送延迟时间和与接收超声波区域A的各超声波振子相对应的 接收延迟时间。(步骤 S3)当计算出与接收超声波区域A的各超声波振子相对应的接收延迟时间后，本体控 制电路21生成对包含在超声波探头1的矩阵开关1044进行控制的矩阵开关切换信号，以 使得接收延迟时间(例如tdl td;3)与本体前置放大器群MO的各前置放大器(例如前 置放大器Chl CM)相对应，并向本体前置放大器群240的前置放大器分别输入具有对应 的延迟时间的信号。(步骤S4)然后，本体控制电路21将计算出的发送延迟时间和接收延迟时间、区域控制信 号、动作模式以及矩阵开关切换信号作为探头控制数据，通过探头连接器内控制电路120 向探头手柄内控制电路IOOa发送。探头手柄内控制电路100a，收到来自本体控制电路21 的探头控制数据后，首先基于探头控制数据内的区域控制信号，将超声波振子群102分为 接收超声波的区域A和发送超声波的区域B。(步骤 S51)接下来，探头手柄内控制电路100a，基于探头控制数据内的发送延迟时间生成发 送定时信号，并向脉冲发生器群101发送。(步骤 S61)脉冲发生器群101，基于从探头手柄内控制电路IOOa收到的发送定时信号，将发 送波形向超声波振子群102的各超声波振子发送，并生成发送波束。另外，有关步骤51及 步骤61的处理，与以往的技术一样。(步骤 S52)探头手柄内控制电路100a，与有关步骤51及步骤61的处理一起，还基于探头控 制数据内的动作模式，向切换控制部1001做出对旁路开关1043切换的指示。切换控制部1001基于动作模式(这里为第1动作模式)，将旁路开关1043切换到旁路信号线一侧。(步骤 S62)还有，探头手柄内控制电路100a，基于探头控制数据内的接收延迟时间及矩阵开 关切换信号，向切换控制部1001做出对矩阵开关1044切换的指示。切换控制部1001基于 接收延迟时间及矩阵开关切换信号，对矩阵开关1044进行切换，以使得来自各超声波振子 并经由前置放大器群103输出的信号之中表示相同相位的信号向规定的加法器1042输出。(步骤S7)然后，发送波束由发送超声波的区域B内的超声波振子发送，其反射波由接收超 声波的区域A的对应的超声波振子接收。由区域A的超声波振子接收的超声波回波信号， 在前置放大器群103被放大，随着旁路开关1043的切换，通过旁路信号线一侧并向矩阵开 关1044输入。此时，如图2B所示，随着矩阵开关1044的切换，表示相同相位的信号(例如从与 α 列、α2列以及α3列相对应的超声波振子输出的信号)向已和规定相位的信号(例如 延迟时间tdl的信号)建立对应关系的加法器1042(例如加法器1042al)输出，通过该加 法器1042进行加法运算后的信号，通过电路群121向已根据矩阵开关切换信号与该加法器 建立对应关系的本体前置放大器(例如本体的前置放大器Chl)输出。(步骤S8)本体前置放大器群M0，将接收信号放大并向本体接收延迟加法电路Ml输入。此 时，本体控制电路21，与矩阵开关1044的控制相对应地，使接收延迟时间和本体前置放大 器群MO的各前置放大器相对应，并向本体接收延迟加法电路241指示延迟处理。本体接 收延迟加法电路241根据来自本体控制电路21的指示，对来自各前置放大器的信号施加延 迟处理、并进行加法运算之后，向信号处理部25输出。从本体接收延迟加法电路241输出 的信号，在信号处理部25进行信号处理之后，在图像处理部沈变换成超声波图像后在显示 部27显示。(步骤S9)然后，当操作者从操作面板20做出观测点变更指示时(步骤9，是)，对新指定的 观测点，重新计算发送延迟时间及接收延迟时间，执行对于新的观测点的处理。当没有有关 观测点变更的指示时(步骤9，否)，处理结束。以上，根据有关第1实施方式的超声波探头，在使用内置了前置放大器群等电路 的超声波2维阵列探头的超声波诊断装置中，可以不受内置于探头内的电路(子阵列接收 波束形成器群1041)的性能条件的限制而确保宽的动态范围。借此，即使是在像SCW模式 等的第1模式(分为发送超声波的多个超声波振子和接收超声波的多个超声波振子来收发 超声波的模式)下，也可以确保接收性能。还有，即使在像第1模式那样要求宽的动态范围时，由于可以按每几个单位的振 子对接收信号进行加法运算后向超声波诊断装置本体发送，因此能减少探头电缆内信号线 的根数，而使探头电缆比以往的细。(变成例1)下面就有关变形例1的超声波探头的结构，参照图4和图5进行说明。图4是有 关变形例1的超声波探头中的通道控制电路104b的框图。图5是用于说明有关变形例1的通道控制电路104b的动作的图。另外，在有关变形例1的超声波探头的说明中，将着眼 于与有关第1实施方式的超声波探头不同的切换控制部1001和矩阵开关1044在第1模式 下的动作进行说明(在第2模式下的动作与第1实施方式一样)。有关第1实施方式的矩阵开关1044进行控制，以便从包含在超声波振子群102的 区域A内的全部超声波振子中提取表示相同相位的信号，并向规定的加法器1042输出。因 此，各矩阵开关就需要参照包含在超声波振子群102的区域A内的全部超声波振子将信号 抽出，使各矩阵开关的处理变得复杂。在有关变形例1的超声波探头中，如图4所示，将超声波振子群102分割成由2个 以上的子阵列(例如子阵列102al 10加3)构成的子组(例如子组10 及102b)，各矩阵 开关1044从包含在对应的子组中的超声波振子中提取表示相同相位的信号。借此，各矩阵 开关1044可以只参照包含在子组里的超声波振子，就可以减轻各矩阵开关1044的处理负 担。下面对有关变形例1的超声波探头进行具体说明。而且，在对有关变形例1的超声波探头进行说明时，在图4及图5的例子当中，假 设子阵列102al 102a3包含在子组10 内，子阵列102bl 102b3包含在子组10 内。 还有，在图5的例子中，假设与子阵列102al 102a3的α 1列 α 3列和子阵列102bl 102b3的α 4列 α 6列相对应的超声波振子输出表示相同相位(延迟时间tdl)的信号。 同样，假设与子阵列102al 102a3的β 1列 β 3列和子阵列102bl 102b3的β 4列 β 6列相对应的超声波振子表示相同相位(延迟时间td2)，与子阵列102al 102a3的、1 列 Y 3列和子阵列102bl 102b3的γ 4列 γ 6列相对应的超声波振子表示相同相位 (延迟时间td3)。当动作模式为第1模式(例如SCW模式)时，如图5所示，有关变形例1的切换控 制部1001对矩阵开关1044进行控制，以使得在同一子组内表示规定的相同相位(例如延 迟时间tdl)的信号(例如从与α 、α2及α 3列相对应的超声波振子输出的信号)向已 和该子组内的该相位建立对应关系的加法器(例如加法器1042al)输入。此时，切换控制部1001不向包含在不同子组中的加法器1042转送信号。具体地， 如图5所示，切换控制部1001进行控制，以使得来自包含在子组10 中的超声波振子的信 号，向已和该子组10 建立对应关系的加法器1042al 1042a3输入。此时，来自包含在 子组10 中的超声波振子的信号，不向已和子组102b这样的其它子组建立对应关系的加 法器1042bl 1042b3输入。即，当以输出迟延时间tdl的信号的、与子阵列102al 102a3的α 1列 α 3列 和子阵列102bl 102b3的α 4列 α 6列相对应超声波振子为例进行说明时，则来自与 子阵列102al 10加3的α 1列 α 3列相对应的超声波振子的信号就向加法器1042al 输出；来自与子阵列102bl 102b3的α 4列 α 6列相对应的超声波振子的信号就向加 法器1042b输入。另外，在上述中，虽然对由切换控制部1001将各子组和加法器相对应的例子进行 了说明，但由本体控制电路21将各子组和各加法器相对应也可以。这时，本体控制电路21 将与各子组和各加法器的对应关系相关的控制信息也含在内，作为矩阵开关切换信号向超 声波探头1发送。如上所述，根据有关变形例1的超声波探头，各矩阵开关1044可以只参照包含在已建立对应关系的子组中的超声波振子，就可以减轻各矩阵开关1044的处理负担。(变形例2)下面就有关变形例2的超声波探头的结构，参照图6进行说明。图6是有关变形 例2的超声波探头中的通道控制电路l(Mc的框图。另外，在有关变形例2的超声波探头的 说明中，将着眼于与有关第1实施方式及变形例1的超声波探头不同的前置放大器群103 和旁路开关1043的结构以及切换控制部1001和矩阵开关1044在第1模式下的动作来进 行说明(在第2模式下的动作与第1实施方式一样)。就有关第1实施方式及变形例1的超声波探头而言，由于通道控制电路10 及 104b结构上的原因，能够对接收超声波的区域A的各振子设定的相位种类受到向各加法器 输入信号的信号线数量或加法器数量的限制。例如，如图2所示的有关第1实施方式的通道 控制电路10 的动作那样，以来自包含在子阵列102al 102a3的超声波振子的信号向加 法器1042al 1042a3输入来进行说明。这时，能够设定的相位种类最大就是加法器的数 量即3种。还有，由于能够向各加法器输入的信号线的数量最大为9根，所以如果表示相同 相位的信号有10个以上时，能够设定的相位的种类就会不足于加法器的数量(不足3种)。在有关变形例2的超声波探头上，如图6所示，可以通过前置放大器群103的各前 置放大器使一部分信号的相位反转180度。借此，例如，假设信号的波长为2T，通过使带有 td+T延迟而输出的信号的相位反转，便可以作为带有td延迟而输出的信号进行加法运算 后输出，就可以缓解对上述的能设定的相位种类的制约。下面对有关变形例2的超声波探 头进行具体说明。构成有关变形例2的前置放大器群103的各前置放大器构成为，接受来自切换控 制部1001的指示，可以使输入信号的相位反转180度后输出。前置放大器群103，设有与输 出未反转相位的信号的信号线不同的信号线(称该信号线为“反转信号线”)，将相位反转 后的信号向该反转信号线输出。有关变形2的旁路开关1043构成为，可以切换至设于子阵列接收波束形成器群 1041的输出一侧的第1接点、设于旁路信号线一侧的第2接点以及除此之外设在上述反转 信号线上的第3接点之中的任意一方。在这里参照图7对有关变形例2的切换控制部1001和矩阵开关1044的动作进行 说明。图7是用于说明有关变形例2的通道控制电路l(Mc的动作的图。另外，在对变形例2的超声波探头进行说明时，就图6及图7的例子而言，假设子 阵列102al 102a3包含在子组10 中，子阵列102bl 102b3包含在子组102b中。还有，就图7的例子而言，假设与子阵列10 的α 1列和子阵列102a3的α 3列 相对应的超声波振子，输出表示相同相位(延迟时间tdl)的信号；与子阵列102a2的α 2’ 列对应的超声波振子，输出相对于与α 列及α 3列相对应的超声波振子输出的信号而言 相位被180度反转后的(延迟时间tdl+T)信号。同样，与β 1列和β 3列对应的超声波 振子输出表示相同相位(延迟时间tc^)的信号，与β 2’列对应的超声波振子输出相对于 与β 1列及β 3列相对应的超声波振子输出的信号而言相位被180度反转后的(延迟时间 td2+T)信号(来自与Y1列和Y 3列相对应的超声波振子的信号(延迟时间td3)和来自 与Y 2’列对应的超声波振子的信号(延迟时间td3+T)的关系也一样)。在动作模式为第1模式(例如SCW模式)时，有关变形例2的切换控制部1001，首先基于收到的探头控制数据内的接收延迟时间，决定从各超声波振子输出的信号的相位种 类，然后，基于与各相位相对应的超声波振子的数量及加法器1042的数量，决定将相位反 转180度的前置放大器群103的前置放大器。例如如图7所示，当子组10 中包含子阵列102al 102a3时，与相位的种类6 种相对，加法器的数量为3，相位的种类数超过了加法器的数量。此时，本体控制电路21对 前置放大器群103的各前置放大器进行控制，以便将来自与子阵列102a2的α 2’列、β 2’ 列以及Y 2’列相对应的超声波振子的信号相位进行反转，并将设置在该前置放大器输出一 侧的旁路开关1043切换到第3接点，而把其它的旁路开关1043切换到第2接点。还有，切换控制部1001受到上述有关相位反转的控制，对矩阵开关1044进行控 制，以使得也包含反转相位后的信号在内，将表示规定的相同相位的信号，向规定的加法器 输入。以图7为例具体进行说明。例如在图7中，来自与子阵列102al的α 1列和子阵 列102a3的α 3列相对应的超声波振子的信号和反转了相位的来自与子阵列102a2的α 2’ 列相对应超声波振子的信号表示同一相位(延迟时间tdl)，向已和该相位相建立对应关系 的加法器1042al输入。同样，来自与β 列和β 3列相对应的超声波振子的信号和反转了 相位的来自与β 2’列相对应的超声波振子的信号(延迟时间tc^)向加法器1042a2输入； 来自与Yl列和Y3列相对应的超声波振子的信号和反转了相位的来自与Y2’列相对应 的超声波振子的信号(延迟时间td;3)向加法器1042a3输入。另外，与相位反转有关的前置放大器群103的控制及对有关旁路开关1043向第3 接点或第2接点切换的控制，由本体控制电路21来控制的结构也可以。这时，本体控制电 路21将与旁路开关1043的切换相关的控制信号包含在矩阵开关控制信号内向超声波探头 1发送。还有，与变形例1 一样，也可由本体控制电路21来执行将各子组和各加法器相对应。如上所述，根据有关变形例2的超声波探头，通过使来自一部分超声波振子的信 号的相位反转，就可以把相位相差180度的信号作为同一信号由同一个加法器进行加法运 算。借此，如图7所示，对于各超声波振子，就可以比有关第1实施方式或变形例1的超声 波探头更细致而灵活地设定相位。还有，在第1实施方式及变形例1中，是通过本体接收延 迟加法电路241分别进行延迟计算(延迟td及延迟td+T)，但是在变形例2中，可以通过同 一个延迟计算(延迟td)进行处理。另外，在上述中虽然以SCW模式为例对第1动作模式进行了说明，但并不限于SCW 模式。对于把超声波振子群102分成不同目的的动作领域来使用的模式，同样可以适用。还有，在本说明中，作为通道控制电路10 l(Mc的结构，虽然是以在前置放大 器群103的输出一侧以所提及的顺序设置子阵列接收波束形成群1041、旁路开关1043以及 矩阵开关1044为例进行了说明，但并不受本结构的限制。图8A 图8D，是有关本发明的通道控制电路的电路构成的示例。例如，如图8A所 示，旁路开关1043被设在子阵列接收波束形成器群1041的输入一侧及输出一侧两方也可 以，如图8B和图8C所示，被设在子阵列接收波束形成器1041的输入一侧也可以。还有，如 图8C和图8D所示，子阵列波束形成器群1041和矩阵开关1044并列设置也可以。如上所 述，只要可以将来自各超声波振子的信号按照动作模式向规定的加法器1042输入，通道控制电路10 l(Mc的电路结构就不受限制。 虽然这里描述了一些实施方式，但这些实施方式只是以举例方式进行表达，本发 明不限于此。实际上，上述这些新的系统可以体现在其各种方式中，而且，在这些系统方式 中的一些省略、替代以及改变并不背离本发明的主旨。随附的权利要求书及等效物将涵盖 这些方式或本发明主旨范围内的更改。
权利要求
1.一种超声波探头，其特征在于具有第1超声波振子群和第2超声波振子群，并且具有由上述第1超声波振子群向被 检测体内的规定观测点发送超声波、并由上述第2超声波振子群接收在上述被检测体内反 射的超声波回波的模式， 该超声波探头还具备多个矩阵开关，基于上述第2超声波振子群与上述观测点之间的距离，从上述第2超声 波振子群输出的多个超声波回波中，提取具有大致相同相位的多个超声波回波；以及加法器，对上述多个矩阵开关提取的上述多个超声波回波，按每个上述矩阵开关进行 加法运算后输出。
2.如权利要求1所述的超声波探头，其特征在于除上述模式之外，该超声波探头还以其它模式动作，该其它模式是用构成上述第1超 声波振子群及第2超声波振子群的任意超声波振子发送上述超声波，并用相同的上述超声 波振子接收上述超声波回波的模式，该超声波探头还具备多个波束形成器，当以上述其它模式动作时，该多个波束形成器 接收来自各个接收了上述超声波回波的上述超声波振子的输出，并使各自的相位一致，在以上述其它模式动作时，上述加法器对上述波束形成器各自的输出，按由上述波束 形成器分别调整成相同相位的每个组进行加法运算后输出。
3.一种超声波探头，具备超声波振子群，由二维排列的多个超声波振子构成；前置放大器，用上述超声波振子群发送超声波，按每个上述超声波振子对在被检测体 内反射并被接收的超声波回波进行放大；以及波束形成器群，对上述前置放大器放大后的超声波回波施加延迟处理，并使由包含在 上述超声波振子群中的多个上述超声波振子输出的上述超声波回波的相位一致， 该超声波探头将收到的上述超声波回波向超声波诊断装置输出， 其特征在于 该超声波探头还具备切换部，在以将上述多个超声波振子分为发送超声波的多个超声波振子和接收超声波 的多个超声波振子来收发超声波的第1模式动作时，输出将上述波束形成器旁路的信号， 在以相同的超声波振子进行超声波的收发的第2模式动作时，输出来自上述波束形成器的信号；加法器，将从多个上述切换部输出的信号汇总成相同相位的组，并进行加法运算后输 出；以及矩阵开关，介于上述切换部和上述加法器之间，在以上述第1模式动作时，进行控制以 使得来自上述切换部的输出按每种相同相位向不同的上述加法器输入。
4.如权利要求3所述的超声波探头，其特征在于将接收上述超声波的多个超声波振子分为包含1个以上的上述超声波振子的2个以上 的子组，按每个上述子组配置上述波束形成器群、上述切换部、上述矩阵开关以及上述加法 器的组合，当以上述第1模式动作时，上述矩阵开关进行控制以使得来自包含在上述子组中的上述切换部的输出，按每种相同相位向不同的上述加法器输入。
5.如权利要求3所述的超声波探头，其特征在于一部分上述前置放大器对由上述超声波振子输出的超声波回波的相位进行反转后输出，在以上述第1模式动作时，上述切换部输出将上述波束形成器旁路的信号以及由上述 前置放大器将上述超声波回波的相位反转后的信号中的某一个信号，在以上述第1模式动作时，上述矩阵开关进行控制，以使得来自上述切换部的将上述 波束形成器旁路的输出以及由上述前置放大器将上述超声波回波的相位反转后的输出，按 每种相同相位，向不同的上述加法器输入。
6.一种超声波诊断装置，具备超声波探头，该超声波探头具备 超声波振子群，由二维排列的多个超声波振子构成；前置放大器，用上述超声波振子群发送超声波，按每个上述超声波振子对在被检测体 内反射并被接收的超声波回波进行放大；以及波束形成器群，对上述前置放大器放大后的超声波回波施加延迟处理，并使由包含在 上述超声波振子群中的多个上述超声波振子输出的上述超声波回波的相位一致， 该超声波探头输出上述超声波回波，该超声波诊断装置接收由上述超声波探头输出的上述超声波回波，对该超声波回波进 行整相、加法运算并生成超声波图像， 其特征在于 上述超声波探头还具备切换部，在以将上述多个超声波振子分为发送超声波的多个超声波振子和接收超声波 的多个超声波振子来收发超声波的第1模式动作时，输出将上述波束形成器旁路的信号， 在以相同的超声波振子进行超声波的收发的第2模式动作时，输出来自上述波束形成器的信号；加法器，将从多个上述切换部输出的信号汇总成相同相位的组，并进行加法运算后输 出；以及矩阵开关，介于上述切换部和上述加法器之间，在以上述第1模式动作时，进行控制以 使得来自上述切换部的输出按每种相同相位向不同的上述加法器输入。
全文摘要
本发明提供超声波探头及超声波诊断装置。本实施方式是一种具有第1超声波振子群和第2超声波振子群，其特征为具备多个矩阵开关盒加法器。有关本实施方式的超声波探头，具有由上述第1超声波振子群向被检测体内的规定观测点发送超声波、并由上述第2超声波振子群接收在上述被检测体内反射的超声波回波的模式。上述多个矩阵开关，基于上述第2超声波振子群与上述观测点之间的距离，从上述第2超声波振子群输出的多个超声波回波中，提取具有大致相同相位的多个超声波回波。上述加法器，对上述多个矩阵开关提取的上述多个超声波回波，按每个上述矩阵开关进行加法运算后输出。
文档编号A61B8/00GK102138807SQ20111000588
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者内海勋, 平野亨, 本乡宏信, 椎名孝行, 石塚正明 申请人:东芝医疗系统株式会社, 株式会社东芝