JP6243084B2 - 超音波探触子及び超音波探触子の調整方法並びに超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波探触子の調整方法並びに超音波診断装置に関するものである。

超音波診断装置の探触子に組み込まれた振動子の多チャンネル化に伴い、超音波診断装置の受信回路にチャンネル毎の制御が行われている。特許文献１には、振動子のチャネル数分のＣＰＵ（Central Processing Unit: 中央処理装置）を有し、受信信号を処理する事で診断画像の乱れを補正することが記載されている。

また複数チャンネルの素子を実装した印刷配線基板の受信信号を補正する技術として、複数の操作用パッドを有するタッチセンサーの信号補正技術が、特許文献２に示されている。

特開平１１−９５９４号公報 特開２０１２−９５１８０号公報

ところで、多チャンネル超音波振動子と受信回路の接続において印刷配線基板の配線長や配線幅は、エコー信号の受信利得のチャンネル間ばらつきを発生させることが分かっている。

図９に多チャンネル超音波振動子の探触子基板の例を示す。
図９は、超音波探触子の振動子と送受信回路、及び振動子と送受信回路とを繋ぐ配線の状態を示す図で、振動子の近くに配置された送受信回路と振動子とを繋ぐ配線の長さと、振動子から遠く離れた場所に配置された送受信回路と振動子とを繋ぐ配線の長さとが異なる状態を示す超音波探触子の平面図である。

９１０は探触子基板、９１１は振動子、９１２４〜９１２８はチャンネル４〜チャンネル８の受信回路、９１５１〜９１５ｎは受信回路と振動子９１１１〜９１１ｎとを接続する配線である。

図のように振動子に近く配置された受信回路９１２６と振動子とを繋ぐ配線９１５６は短いため配線寄生容量Ｃｐは小さいが、振動子から遠くに配置されている受信回路９１２８と振動子を繋ぐ配線９１５８は長いため配線寄生容量Ｃｐが大きい。

この配線寄生容量Ｃｐは（数１）で表され、超音波振動子の出力信号は、このＣpの影響を受けるため、Ｃｐのばらつきが大きいと受信利得がばらつく。

従来は、振動子から遠い受信回路つまり配線長が長い場合は配線幅Ｗを細くし、振動子から近い受信回路つまり配線長が短い場合は配線幅Ｗを太くすることで面積Ｌ×Ｗを一定値に近づけて、ばらつきを抑制していた。

しかし、近年の振動子チャンネル数の増加に伴い多数の受信回路をＬ×Ｗを一定値に維持しながら印刷配線基板を製造するのが困難な事、及び安価な印刷配線基板であるガラスエポキシ基板は配線幅Ｗと誘電体層厚ｄに製造公差を持つため、ばらつきが残存する課題がある。
Ｃｐ＝εr×（Ｌ×Ｗ）／ｄ ・・・（数１）
Ｌ：配線長
Ｗ：配線幅
ｄ：誘電体の厚さ
εr：誘電体の比誘電率
この課題に対し特許文献１に記載されている発明では、振動子のチャンネル毎に受信信号を制御可能であるが、振動子出力に含まれるチャンネル間ばらつきは補正されていないため、ばらつきは含まれたままの信号処理となり、ばらつきの影響を除去できない。

また、特許文献２に記載されている発明では、調整用パッドの出力信号を基に複数の操作用パッドからの受信信号を補正する事で、タッチセンサーのガラス−センサー間距離が補正され、ばらつきとしては、タッチセンサー毎の個体ばらつきが補正される。

しかし、特許文献２に記載されている発明では、複数の操作用パッド間の出力信号ばらつきは補正されないため、複数素子のチャンネル間ばらつきを補正するものではない。

そこで本発明は、多チャンネル振動子の探触子において、チャンネル間の受信利得ばらつきを低減する超音波探触子及び超音波探触子の調整方法並びに超音波診断装置を提供する。

上記した課題を解決するために、本発明では、超音波探触子を、振動子と、振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、伝送回路から伝送された信号で超音波で駆動された振動子からの信号を伝送する配線と、配線と接続して振動子からの信号を受信する受信回路と、振動子から受信回路までの配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路との組合せを１チャンネル分として、複数チャンネル分を備えて構成した。

また、上記した課題を解決するために、本発明では、超音波探触子の調整方法において、振動子と、振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、伝送回路から伝送された信号で超音波で駆動された振動子からの信号を伝送する配線と、配線と接続して振動子からの信号を受信する受信回路と、振動子から受信回路までの配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路との組合せを１チャンネル分として、複数チャンネル分を備えた超音波探触子を、各チャンネルごとに振動子から受信回路までの配線を含む線路の容量を測定し、全てのチャンネルの測定した容量が同じになるように各チャンネルごとに容量補正回路を調整するようにした。

更に、上記した課題を解決するために、本発明では、超音波探触子と超音波装置本体とを備えた超音波診断装置において、超音波探触子は、振動子と、超音波装置本体から送信された振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、伝送回路から伝送された信号で超音波で駆動された振動子からの信号を伝送する配線と、配線と接続して振動子からの信号を受信して超音波装置本体へ送信する受信回路と、振動子から受信回路までの配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路との組合せを１チャンネル分として、複数チャンネル分を備えて構成し、超音波装置本体は、振動子に印加する超音波信号を伝送回路を介して送信する送信回路部と、送信回路部から送信された超音波信号が印加された振動子からの信号を受信回路を介して受信する受信回路部と、送信回路部と受信回路部を制御する制御回路部と、送信回路部から送信する信号と受信回路部で受信する信号とを分離する送受分離回路部と、受信回路部で受信した信号を処理して画像を生成する画像処理部と、画像処理部で生成した画像を表示する画像表示部とを備えて構成した。

本発明によれば、複数振動子のチャンネル間利得ばらつきが抑圧され、高精細でコントラストが高い超音波診断画像が得られる。

上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る超音波探触子の概略の構成を示した回路ブロック図である。 本発明の実施例１に係る超音波探触子の容量を調整する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る超音波探触子の容量測定回路と容量補正回路との概略の構成を示す回路ブロック図である。 本発明の実施例２に係る超音波診断装置の概略の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例２に係る超音波診断装置の容量補正回路の構成を説明する回路ブロック図である。 本発明の実施例２に係る超音波探触子の容量を調整する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例３に係る超音波診断装置の概略の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例３に係る超音波診断装置のインダクタ補正回路の構成を説明する回路ブロック図である。 本発明の実施例３に係る超音波探触子の容量を調整する処理の流れを示すフローチャートである。 超音波探触子の振動子と送受信回路、及び振動子と送受信回路とを繋ぐ配線の状態を示す図で、振動子の近くに配置された送受信回路とを繋ぐ配線の長さと、振動子から遠く離れた場所に配置された送受信回路とを繋ぐ配線の長さとが異なる状態を示す超音波探触子の平面図である。 本発明の実施例４における、受信回路、容量測定回路、容量補正回路、逆並列ダイオード回路を複数の振動素子分まとめてＬＳＩ化して装着した状態の超音波探触子と超音波装置本体とを示すブロック図である。

本発明は、振動子と、振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、伝送回路から伝送された信号で超音波で駆動された振動子からの信号を伝送する配線と、配線と接続して振動子からの信号を受信する受信回路と、振動子から受信回路までの配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路との組合せを１チャンネル分として、複数チャンネル分を備えて超音波探触子を構成し、各チャンネルごとに振動子から受信回路までの配線を含む線路の容量を測定し、全てのチャンネルの測定した容量が同じになるように各チャンネルごとに容量補正回路を調整するようにしたものである。

以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子１０を示した図である。
１１は多チャンネルの振動子、１１１は多チャンネルの振動子１１の第１チャネル素子、１１ｎは多チャンネルの振動子１１の第ｎチャンネル素子、１２は受信回路、１３は容量測定回路、１４は容量補正回路、１６は超音波装置本体３の図示していない送信回路からの振動子１１を駆動するための信号を通すための回路で１対のダイオードを互いに逆向きに並べた逆並列ダイオードで構成されている。１５１は第１チャネルの振動子１１１と受信回路１２とを接続する配線、１５ｎは第ｎチャンネルの配線である。

各振動子１１ｎは、被検体に超音波振動を加え、被検体からの反射波を受信して音響電気変換した信号を受信回路側に出力する。

この振動子１１ｎと受信回路１２、容量測定回路１３、容量補正回路１４、逆並列ダイオード回路１６及び配線１５ｎを備えた回路は、各振動子１１ｎごとに構成されている。超音波探触子１０は、超音波装置本体３とケーブル４で接続されている。

超音波探触子１０は、例えばガラスエポキシ基板上に形成され、配線１５１は印刷された銅配線で形成される。

この第１実施例が各チャンネルの補正容量値を決める動作を、図２のフローチャートを用いて説明する。

初期状態は全チャンネルの補正容量はオフ状態にして各チャンネルＣｎに０を代入し、基準容量値Ｃref＝０とする（Ｓ１０１）。

次に、ｎ＝１として（Ｓ１０２），受信回路１２は第１チャンネル配線１５１の寄生容量値を容量測定回路１３により測定し、測定された容量値Ｃ１を容量測定回路のシフトレジスタへ設定する（Ｓ１０３）。Ｃ１をＣrefへ代入する（Ｓ１０４）。

次に、ｎ＝ｎ＋１として（Ｓ１０５），第２チャンネルの配線寄生容量を測定し、容量測定回路のシフトレジスタへＣ２を設定し（Ｓ１０６）、Ｃ２＞Ｃ１であるかを判定し（Ｓ１０７）。Ｃ２が大きければ（Ｙｅｓの場合）Ｃ２をＣrefへ代入して（Ｓ１０８）、ｎをｎ＋１に置き換える（Ｓ１０９）。一方、Ｓ１０７でＣ２が小さければ（Ｎｏの場合）、Ｓ１０９に進んでｎをｎ＋１に置き換える。次にｎが全振動子の数に達したかを確認し（Ｓ１１０），Ｎｏの場合には再度Ｓ１０６へ戻ってＣＨｎの配線容量を測定して容量測定回路のシフトレジスタへ設定する。

受信回路は、順次、チャンネルｎまで測定動作を行ない（Ｓ１１０でＹｅｓになるまで）、全チャンネルの最大値であるＣrefを決定する。

Ｓ１１０で全振動子について配線容量の測定および設定を確認すると（Ｓ１１０でＹｅｓ）、ｎ＝１に設定して（Ｓ１１１）再びチャンネル１に戻り、測定したＣ１とＣrefとから、
Ｃref − Ｃ１＝Ｃcal1 ・・・（数２）
によりＣcal1を決定し、容量補正回路１４に設定する（Ｓ１１２）。

次にｎをｎ＋１に置き換え（１１３）、この置き換えたｎが全振動子の数に達したかを確認し（Ｓ１１４），Ｎｏの場合にはチャンネル２以降についても同様にＳ１１２へ戻って、
Ｃref − Ｃｎ＝Ｃcalｎ ・・・（数３）
を算出することを、Ｓ１１４でＹｅｓになるまで繰り返すことにより全てのチャンネルのＣcalｎを決定し、各チャンネルの容量補正回路１４に設定する。すなわち、配線容量を全てのチャンネルの最大値Ｃrefに合わせるように、全てのチャンネルについて補正値 Ｃcal nをそれぞれのチャンネルの容量補正回路１４に設定する。

これにより探触子１０の受信部の配線容量は、全チャンネルで全てＣrefに一致するため、配線容量ばらつきは無くなる。

その結果、受信回路１２ｎで受信する探触子１１ｎからの信号受信において、各受信回路１２ｎ間での配線容量ばらつきが無くなるため、受信利得のチャンネル間ばらつきも解消する。

次に容量測定回路１３と容量補正回路１４の具体的実施例を図３により説明する。
図３において、２１１は配線容量電流源、２１２は容量測定電流源、２２１は測定容量アレイ、２２３は容量測定レジスタ、２２２は容量測定スイッチ、２４１は測定容量電圧、２１３はコンパレータ、２１４はフリップフロップ回路、２１６は容量測定放電回路、２１５は配線容量放電回路、２１９はクロック、２１は制御部、２２は配線寄生容量、２３１は補正容量アレイ、２３３は容量補正レジスタ、２３２は容量補正スイッチ、２４２は配線容量電圧、２１７は受信入力スイッチ、２１８は受信出力スイッチである。

容量測定レジスタ２２３及び容量補正レジスタ２３３にビット１が設定されると容量測定スイッチ２２２及び容量補正スイッチ２３２の対応する箇所は閉じ、ビット０が設定されると容量測定スイッチ２２２及び容量補正スイッチ２３２の対応する箇所は開く。

クロック２１９はコンパレータ２１４、配線容量放電回路２１５、容量測定放電回路２１６へ入力されており、配線容量放電回路２１５、及び容量測定放電回路２１６はクロック２１９がＨレベルで開放状態、クロック２１９がＬレベルで短絡状態（つまり放電する）である。

測定容量アレイ２２１、補正容量アレイ２３１は例えば、ＭＳＢ（Most Significant Bit）から順に０.８pF、０.４pF、０.２pF、０.１pFの単体容量が並列接続されている。

容量測定回路１３が配線１５１の寄生容量２２を測定する（図２のＳ１０３及びＳ１０６）具体的動作を説明する。

初期状態では容量補正レジスタ２３３はＭＳＢから順に００００、容量測定レジスタ２２３は００１０であり、クロック２１９はＨレベルとする。この状態で、受信入力スイッチ２１７と受信出力スイッチ２１８は、何れもＯＦＦの状態になっている。

配線容量電流源２１１の出力電流は配線１５１へ流れ、寄生容量２２を充電し配線容量電圧２４２が上昇する。

同時に容量測定電流源２１２の出力電流は容量測定スイッチ２２２を流れ、測定容量アレイ２２１の０.２pFを充電し、測定容量電圧２４１が上昇する。

この時、配線１５１の寄生容量２２が０.２５pFであったする。
測定容量アレイ２２１が０.２pFで寄生容量２２より小さいため、測定容量電圧２４１の方が配線容量電圧２４２より高く、コンパレータ２１３の出力はＨレベルである。
クロック２１９がＨレベルからＬレベルへ立ち下ると、フリップフロップ回路２１４はＱ出力（Ｈレベル）を制御回路２１へ出力する。

同時に配線容量放電回路２１５及び容量測定放電回路２１６が閉じるため、放電が始まり配線容量電圧２４２及び測定容量電圧２４１は０ボルトへ減少する。

制御部２１はＱレベルがＨであるため、配線容量２２は容量測定アレイ２２２より大きいと判断し、容量測定レジスタ２２３を００１０から００１１へ変更する。

次のクロック２１９の立上りで同様に、寄生容量２２と容量測定アレイ２２２への充電が始まり、配線容量電圧２４２及び測定容量電圧２４１が上昇する。

このクロックサイクルでは寄生容量０.２５pFに対し、容量測定アレイ２２２が０.３pFのため、測定容量電圧２４１の方が配線容量電圧２４２より低く、コンパレータ２１３の出力はＬレベルとなる。

クロック２１９の立下りで、フリップフロップ回路２１４はＱ出力（Ｌレベル）を制御回路２１へ出力する。

制御部２１はＨレベルであったＱレベルがＬへ変わったため、この時の容量測定アレイ２２２の値が配線寄生容量２２であると判断し、容量測定レジスタ２２３を００１１に固定して、配線容量測定を終了する。

このような動作であるため、０.２５pFである配線寄生容量２２を０.３pFと±０.１pF以下の測定誤差で測定可能である。

この測定動作をチャンネルＮまで順次実施し、配線寄生容量の基準容量Ｃrefを決定する（図２のＳ１０７）。

次に容量補正回路１４が補正容量値を決める動作（図２のＳ１１２）を説明する。
全チャンネル測定の結果、Ｃref＝１.０pFつまりレジスタ値１０１０であったとする。

制御部２１はチャンネル１の容量測定レジスタ２２３を読み出し、レジスタ値００１１を得る。

（数３）に示したＣrefと容量測定レジスタ２２３との２進数減算を行ない、０１１１を、容量補正レジスタ２３３に設定する。
１０１０−００１１＝０１１１
これにより補正容量アレイ２３１は０.７pFに設定され、配線寄生容量２２の０.２５pFとの和は０.９５pFとなるため、基準容量１.０pFに対し、誤差±０.１pF以下に設定される。

以降、Ｎチャンネルまで容量補正アレイ２３１を設定する事により、全チャンネルの配線容量が基準容量Ｃrefに対し±０.１pF以下に抑制することができる。その結果、本実施例によれば、高精細でコントラストが高い超音波診断画像を得るうえで問題がなくなる程度に配線容量ばらつきを十分に小さくすることができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の超音波探触子４１０と超音波装置本体３０を示した図である。

図１及び図３で説明した実施例１との相違点は、実施例１では受信回路１２及び容量補正回路１４を制御する制御部２１が探触子１０に内装された構成になっているが、本実施例では、制御部３６は超音波装置本体３０に内蔵されている点が異なる。更に、本実施例では、実施例１における容量測定回路１３を備えていない点においても実施例１と異なる。

受信回路１２及び容量補正回路１４は超音波探触子４１０に内蔵され、制御部３６は超音波装置本体３０に配置されており、複数の容量補正回路１４からの線が１本にまとめられて制御部３６と接続されている。

本実施例に係る超音波診断装置の超音波装置本体３０は、制御部３６の他に、超音波探触子４１０の側に出力する送信信号と超音波探触子４１０から入力する受信信号とを分離する送受信分離回路３２、超音波探触子４１０の側に振動子１１１が被検体に超音波振動を加えるための信号を送受信分離回路３２を介して送信する送信回路３３、被検体からの反射波を振動子１１１で受信して音響電気変換した信号を送受信分離回路３２を介して受信する受信回路３４、画像処理部３１、画像表示部３５を備えている。

画像処理部３１は、送信回路３３から信号の送信と、受信回路３４での信号の受信を制御し、受信回路３４での受信した信号を処理して超音波画像を形成する。

また図５に、本実施例に係る超音波診断装置の超音波探触子４１０の内部の容量補正回路１４の回路構成を示す。

２２は配線寄生容量、２３１は補正容量アレイ、２３３は容量補正レジスタ、２３２は容量補正スイッチ、２１７は受信入力スイッチ、２１８は受信出力スイッチである。これらの構成は、実施例１において図３で説明したものと同じである。

容量補正レジスタ２３３にビット１が設定されると容量補正スイッチ２３２の対応する箇所は閉じ、ビット０が設定されると容量補正スイッチ２３２の対応する箇所は開く。

この第２実施例の構成において各チャンネルの補正容量値を決める動作を、図６のフローチャートを用いて説明する。

まず初期状態では、ｎ＝１をセットし（Ｓ６０１）、容量補正レジスタ２３３はＭＳＢから順に００００に設定されて全チャンネルの補正容量は０とし、受信入力スイッチ２１７及び受信出力スイッチ２１８は閉じており、初期レベルＶ0及び基準受信レベルＶrefには実際には発生しない大きな値を代入しておく（受信利得ならばＧref＝最大値）（Ｓ６０２）。

制御部３６は、第１チャンネルの振動子１１１を駆動するために、受信入力スイッチ２１７及び受信出力スイッチ２１８を開いた後、送信回路３３から基準送信信号（例えば、振幅ＶTrefのパルス波）を逆並列ダイオード回路１６を介して振動子１１１に印加する（Ｓ６０３）。

続いて制御部３６は、受信入力スイッチ２１７及び受信出力スイッチ２１８を閉じて、振動子１１１からのエコー信号である受信回路１２からの信号を送信分離回路３２で受け、受信回路３４に入力して受信レベルＶ１を測定する（Ｓ６０４）。受信利得は、Ｇｎ＝Ｖｎ／ＶTref で求められるが、以降は簡単化のために受信レベルＶｎで説明する。

次に、受信レベルのＶ１とＶrefである初期レベルのＶ0を比較し（Ｓ６０５）、Ｖ１がＶ０(Ｖref)よりも小さい場合（Ｙｅｓ）はＳ６０６へ、Ｖ１がＶ０(Ｖref)よりも小さくない場合（Ｎｏ）にはＳ６０７へ進む。ここで、Ｖrefとなる初期レベルＶ０は、実際には発生しない大きな値を代入しておいたので、Ｖ１＜Ｖ0となり、Ｓ６０５における判定の結果はＹｅｓとなり、Ｓ６０６において、ＶrefにＶ１を代入する。

次に、ｎ＋１の値をｎに置き換えて（Ｓ６０７）、この置き換えた新たなｎが振動子の数よりも大きいかを判定する（Ｓ６０８）。その結果、まだ小さいと判定した場合には（Ｓ６０８でＮｏの場合）、Ｓ６０３からの一連の測定動作をチャンネルＮまで順次実施し、受信レベルの最小値である基準受信レベルＶrefを決定する。受信レベルの最小値の数値例としてＶref＝0.50Vだったとする。

一方、Ｓ６０８の判定でｎの値が振動子１１の数よりも大きいと判定した場合には（Ｓ６０８でＹｅｓの場合）、次のＳ６０９のステップに進む。

次に容量補正回路１４が補正容量値を決める動作を説明する。
最初にｎを１に設定する（Ｓ６０９）。次に、容量補正レジスタ２３３に値（例えば、０１００（容量値＝０.４pF））を設定する（Ｓ６１０）。

制御部３６は、受信入力スイッチ２１７及び受信出力スイッチ２１８を開いて送信回路３３から基準送信信号を逆並列ダイオード回路１６を介して第１の振動子１１１へ印加する（Ｓ６１１）。

続いて制御部３６は、受信入力スイッチ２１７及び受信出力スイッチ２１８を閉じて、振動子１１１からのエコー信号である受信回路１２からの信号を送信分離回路３２で受け、受信回路３４に入力して受信レベルＶ１を測定する（Ｓ６１２）。

次に、測定して得た受信レベルＶ１と先に求めたＶrefとの大小を比較し（Ｓ６１３），Ｖ１がＶrefよりも大きい場合（Ｓ６１３でＹｅｓの場合）にはＳ６１４へ進んで容量補正レジスタ値を１ビット下げてＳ６６１に戻る。一方、Ｖ１がＶrefよりも大きくない場合には（Ｓ６１３でＮｏの場合）、Ｓ６１５へ進んでＶ１とＶrefとの差の大きさをチャンネル間のばらつき目標値ΔTgと比較する。

Ｓ６１５における比較の結果、Ｖ１とＶrefとの差がΔTg以下でない場合（Ｎｏの場合）には、容量補正レジスタ２３３の値を１ビット上げ（Ｓ６１６）、Ｓ６１１に戻る。一方、Ｖ１とＶrefとの差がΔTg以下であるときには（Ｙｅｓの場合）、容量補正レジスタ２３３の値を固定し（Ｓ６１７）、ｎをｎ＋１に更新し（Ｓ６１８）、この更新したｎが振動子１１の数よりも多いか判定し（Ｓ６１９）、多い場合（Ｙｅｓ）には、容量補正回路１４が補正容量値を決める動作を終了する。一方、更新したｎが振動子１１の数よりも多くないとき（Ｓ６１９でＮｏの場合）には、Ｓ６１０に戻って次の振動子についてＳ６１０からのステップを実行する。

例えば、Ｖ１＝０.４５Ｖだったとすると、Ｓ６１３の判定の結果、Ｖref＝０．５Ｖよりも小さく、容量補正回路１４で付加した並列容量０.４pFは大きすぎた事がわかる。

従って制御部３６はインダクタ補正レジスタ２３３を０１００から1ビット下げて００１１（０.３pF）へ変更（Ｓ６６３）して、Ｓ６１１に戻って第１の振動子１１１に再度基準信号を印加し、Ｓ６１２で再度Ｖ１を測定する。

一方、Ｓ６１２で測定した受信レベルがＶ１＝０.５２Ｖであれば、補正した容量は基準受信レベルを下回らなく、Ｓ６１３の判定でＮｏとなり、Ｓ６１５に進んで予め定めてあるＣＨ間ばらつき目標値ΔTg（例えば０．０５Ｖ）を用い
Ｖｎ−Ｖref ＝０.５２−０.５０＝０.０２ ＜ ０.０５
により基準受信レベルに近いと判断（Ｓ６１５でＹｅｓ）してインダクタ補正レジスタ２３３を固定する（Ｓ６１７）。

つまり、チャンネル１の配線寄生容量２２に対しては、０.３pFを補正すると基準受信レベルＶrefに近くなる。

このように順次チャンネルＮまで補正する事により、受信レベルVn（＝受信利得）を基準受信レベルＶrefに近く設定でき、チャンネル間の受信レベルばらつきを一定範囲内へ抑圧可能である。

本実施例の補正処理は振動子１１ｎからのエコー信号を受信するため、製品出荷時に人体を模した治具に探触子を接続したり、顧客納品時に超音波診断用の整合剤を探触子へ塗布したりしてエコー信号を受信すると効果的である。

なお上記説明において、制御部３６が受信入力スイッチ２１７及び受信出力スイッチ２１８を制御したが、送信レベルを検出する手段を用意し、例えば送信レベルが３Ｖ以上ならば自動的に受信入力スイッチ２１７及び受信出力スイッチ２１８を開くようにしても本発明の実施例である。

図７Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置の超音波探触子７１０を示した図である。

図１に示した実施例１で説明した構成との相違点は、インダクタ値を可変にして設定可能なインダクタ補正回路７３１ｎを振動子７１１と配線７１５ｎとの間に接続した点である。インダクタンス成分が容量成分を打ち消す原理を利用したものである。インダクタ補正回路７３１は、振動子７１１の各素子７１１ｎと個々に接続する素子７３１ｎを備えて構成されている。インダクタ補正回路７３１を備えた本実施例に係る超音波探触子７１０は、実施例１で説明した超音波探触子１０の容量測定回路１３ｎ、容量補正回路１４ｎを備えていない。

図７Ｂにインダクタ補正回路７３１の構成の例として、振動子７１１ｎと接続するインダクタ補正回路７３１ｎを示す。インダクタ補正回路７３１ｎは、可変インダクタ７３２ｎと複数ビットのインダクタ補正レジスタ７３３ｎを備えており、可変インダクタ７３２ｎのインダクタンスがインダクタ補正レジスタ７３３ｎにより設定され、全ビットが０の時最小インダクタンスであり、１を設定する事でインダクタンスが増加する。

インダクタ補正レジスタ７３３ｎは、超音波装置本体７３０の内部に配置された制御部７３６で制御される。超音波装置本体７３０は全体を制御すると共に画像処理を行う画像処理部７３１の他に、送受信分離回路７３２、送信回路７３３、受信回路７３４、画像表示部７３５、インダクタ補正回路７３１ｎを制御する制御部７３６を備えている。

以下、インダクタ補正レジスタ７３３ｎを、4ビット長のレジスタとして説明する。
この第３の実施例において、各チャンネルの補正容量値を決める動作を、図８のフローチャートを用いて説明する。

先ず、ｎを１にセットし（Ｓ７０１）、初期状態ではインダクタ補正レジスタ７３３ｎには最小値が設定される。すなわち、インダクタ補正レジスタＭＳＢから順に００００に設定して全チャンネルの補正インダクタンスは最小値の０として設定し、受信入力スイッチ７１７及び受信出力スイッチ７１８は閉じた状態とし、初期レベルＶ0及び基準受信レベルＶrefには０Ｖを代入しておく（受信利得ならばＧref＝０）（Ｓ７０２）。

画像処理部７３７は第１チャンネルの振動子７１１１を駆動するために、受信入力スイッチ７１７及び受信出力スイッチ７１８を開いた後、超音波装置本体７３０の内部に配置された送信回路７３３から基準送信信号（例えば、振幅ＶTrefのパルス波）を逆並列ダイオード回路部７１６を介して振動子７１１１に印加する（Ｓ７０３）。

続いて画像処理部７３７は、受信入力スイッチ７１７及び受信出力スイッチ７１８を閉じて、振動子７１１１からのエコー信号である受信回路７１２からの信号を受けて、受信レベルＶ１を測定する（Ｓ７０４）。受信利得は、Ｇｎ＝Ｖｎ／ＶTref 求められるが、以降は簡単化のために受信レベルＶｎで説明する。

次に、受信レベルのＶ１とＶrefである初期レベルのＶ0を比較し（Ｓ７０５）、Ｖ１がＶrefよりも大きい場合（Ｙｅｓ）はＳ７０６へ進み、Ｖ１がＶrefよりも大きくない場合（Ｎｏ）はＳ７０７へ進む。ここで、Ｖrefとなる初期レベルＶ０は、最小値０を入力しておいたので、Ｖ１＞Ｖ0となり、Ｓ７０５における判定はＹｅｓとなり、Ｓ７０６において、ＶrefにＶ１を代入する。

次に、ｎ＋１の値をｎに置き換えて（Ｓ７０７）、この置き換えた新たなｎが振動子の数よりも大きいかを判定する（Ｓ７０８）。その結果、まだ小さいと判定した場合には（Ｓ７０８でＮｏの場合）、Ｓ７０３からの一連の測定動作をチャンネルＮまで順次実施し、受信レベルの最大値である基準受信レベルＶrefを決定する。受信レベルの最大値の数値例としてＶref＝0.50Vだったとする。

一方、Ｓ７０８の判定でｎの値が振動子７１１の数よりも大きいと判定した場合には（Ｓ７０８でＹｅｓの場合）、次のＳ７０９のステップに進む。

次に容量補正回路１４が補正容量値を決める動作を説明する。
最初にｎを１に設定する（Ｓ７０９）。次に、インダクタ補正レジスタに値（例えば、０１００（数値例、インダクタンス値＝４nH））を設定する（Ｓ７１０）。次に、制御部７３６は。受信入力スイッチ７１７及び受信出力スイッチ７１８を開いて送信回路７３３から基準送信信号（例えば、振幅ＶTrefのパルス波）を逆並列ダイオード回路７１６を介して第１の振動子７１１１へ印加する（Ｓ７１１）。

続いて画像処理部７３１は、受信入力スイッチ７１７及び受信出力スイッチ７１８を閉じて、エコー信号である受信回路７１２からの信号を送信分離回路７３２で受け、受信回路７３４に入力して受信レベルＶ１を測定する（Ｓ７１２）。

次に、測定して得た受信レベルＶ１と先に求めたＶrefとの大小を比較し（Ｓ７１３），Ｖ１がＶrefよりも小さい場合（Ｓ７１３でＹｅｓの場合）にはＳ７１４へ進んで容量補正レジスタ値を１ビット下げてＳ７１１に戻る。一方、Ｖ１がＶrefよりも小さくない場合にはＳ７１５へ進んでＶ１とＶrefとの差の大きさをチャンネル間のばらつき目標値ΔＶと比較する。

Ｓ７１５における比較の結果、Ｖ１とＶrefとの差がΔＶ以下でない場合（Ｓ７１５の判定でＮｏの場合）には、容量補正レジスタ７３３の値を１ビット上げ（Ｓ７１６）、Ｓ７１１に戻る。一方、Ｖ１とＶrefとの差がΔＶ以下であるときには（Ｓ７１５の判定でＹｅｓの場合）、容量補正レジスタ７３３の値を固定し（Ｓ７１７）、ｎをｎ＋１に更新し（Ｓ７１８）、この更新したｎが振動子１１の数よりも多いか判定し（Ｓ７１９）、多い場合（Ｓ７１９の判定でＹｅｓ）には、インダクタ補正回路７３１が補正インダクタンス値を決める動作を終了する。一方、更新したｎが振動子７１１の数よりも多くないとき（Ｓ７１９でＮｏの場合）には、Ｓ７１０に戻って次の振動子についてＳ７１０からのステップを実行する。

たとえば、Ｖ１＝０.４３Ｖだったとすると、Ｓ７１３の判定の結果、Ｖref＝０.５０Ｖよりも小さく、予め定めてあるＣＨ間ばらつき目標値ΔＶ（例えば０.０５Ｖ）に対して補正が不足しており、つまりインダクタ補正回路７３１で付加した直列インダクタンス4nHは小さい事がわかる。

従って制御部７３６はインダクタ補正レジスタ７３３を０１００から1ビット下げて０１０１（５nH）へ変更（Ｓ７１４）して、Ｓ７１１に戻って第１の振動子７１１１に再度基準信号を印加し、Ｓ７１２で再度Ｖ１を測定する。

一方、Ｓ７１２で測定した受信レベルがＶ１＝０.５２Ｖであれば、Ｖref＝０.５０Ｖよりも大きいのでＳ７１３の判定でＮｏとなり、Ｓ７１５の判定において次式の通りＣＨ間ばらつき目標値ΔＶ（例えば、０.０５Ｖ）を満たし、
Ｖref−Ｖn ＝０.５０−０.４７＝０.０３ ＜ ０.０５
により基準受信レベルに近いと判断（Ｓ７１５でＹｅｓ）してインダクタ補正レジスタ７３３を固定する（Ｓ７１７）。

つまり、チャンネル１の配線寄生容量２２に対しては、５nHを補正すると基準受信レベルに近くなる。

このように順次チャンネルＮまで補正する事により、受信レベル（＝受信利得）を全チャンネルの最も高い側へ設定でき、かつチャンネル間の受信レベルばらつきを一定範囲内へ抑圧可能である。

本実施例では、超音波診断装置の超音波振動子１０１０に、実施例１で説明した図１及び図３の超音波探触子１０の受信回路１２、容量測定回路１３、容量補正回路１４、逆並列ダイオード回路１６、容量測定回路１３及び容量補正回路１４を制御する制御部２１を複数の振動素子１１ｎ分まとめてＬＳＩ化して装着したものである。すなわち、図１０に示すように、本実施例における超音波探触子１０１０は、多チャンネルの振動子１０１１と複数の送受信ＬＳＩ１０２０ｎを備えており、１つの送受信ＬＳＩ１０２０ｎに複数の振動素子１１ｎからの配線１０１５ｎが接続されており、それらを制御用ＬＳＩ１０２１で制御する構成となっている。送受信ＬＳＩ１０２０ｎが複数配置されているために、各送受信ＬＳＩ１０２０ｎと多チャンネルの振動子１０１１とを接続する配線１０１５ｎの長さが異なっており、チャンネル間の利得にばらつきが生じる原因となる。

また、同じ送受信ＬＳＩ１０２０ｎにおいても、それぞれの配線１０１５ｎの長さが異なる場合がある。

本実施例では、このような構成において、各送受信ＬＳＩ１０２０ｎに組み込まれたず３の制御部２１に相当する回路は各送受信ＬＳＩ１０２０ｎを作動させて、実施例１で図２のフロー図で説明したような手順で各チャンネルの補正容量値を決める。

上記した例では、図２のフロー図で説明したような手順で、各送受信ＬＳＩ１０２０ｎのすべての配線１０１５ｎについて各チャンネルの補正容量値を決める例を示した。しかし、１つの送受信ＬＳＩ１０２０ｎにおいて、多チャンネルの振動子１０１１とを接続する複数の配線１０１５ｎの長さにはほとんど差がないとみなして、図２のフロー図で説明したような手順で各チャンネルの補正容量値を決める際に、１つの送受信ＬＳＩ１０２０ｎにおいては１本の配線１０１５ｎで代表してチャンネルの補正容量値を測定し、同じ送受信ＬＳＩ１０２０ｎの他の配線は同じ補正値で補正するようにしてもよい。

また、実施例２に対応して、図３の制御部２１に相当する回路を送受信ＬＳＩ１０２０ｎに内蔵させずに、図示していない超音波装置本体１０３０側の制御部で制御して各チャンネルの補正容量値を決めるようにしてもよい。

更に、ＬＳＩを実施例３に対応した回路で構成して、寄生容量の代わりにインダクタ値を補正するようにしてもよい。

このように超音波探触子１０１０の内部をＬＳＩ化した構成において、各チャンネルの容量を補正して複数振動子のチャンネル間利得ばらつきを抑制することができるので、このような超音波探触子１０１０からの信号を超音波装置本体１０３０で処理することにより、高精細でコントラストが高い超音波診断画像を得ることができる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。

３，３０、７３０，１０３０・・・超音波装置本体 １０，７１０，１０１０・・・超音波探触子 １１・・・多チャンネルの振動子 １２・・・受信回路 １３・・・容量測定回路 １４・・・容量補正回路 １５ｎ・・・第ｎチャンネルの配線

Claims (17)

1. 振動子と、
   前記振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、
   前記伝送回路から伝送された信号により超音波で駆動された前記振動子からの信号を伝送する配線と、
   前記配線と接続して前記振動子からの信号を受信する受信回路と、
   前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路との組合せを１チャンネル分として、
   複数チャンネル分を備え、
   前記容量補正回路は、容量補正レジスタと、補正容量アレイと、容量補正スイッチとを備えて構成されていることを特徴とする超音波探触子。
2. 請求項１記載の超音波探触子であって、前記受信回路と前記振動子との間にスイッチを備え、前記容量補正回路は、前記スイッチと前記振動子との間に接続されていることを特徴とする超音波探触子。
3. 請求項１記載の超音波探触子であって、前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量を測定する容量測定回路をさらに備えることを特徴とする超音波探触子。
4. 請求項１記載の超音波探触子であって、前記容量補正回路がインダクタ値が可変なインダクタ回路で構成されており、前記インダクタ回路は前記振動子と前記配線との間に接続されていることを特徴とする
   超音波探触子。
5. 請求項１記載の超音波探触子であって、複数チャンネル分の前記伝送回路と前記受信回路と前記容量補正回路とが集積回路化されていることを特徴とする超音波探触子。
6. 請求項５記載の超音波探触子であって、前記複数チャンネル分の前記伝送回路と前記受信回路と前記容量補正回路とは集積回路化されてＬＳＩ化されており、前記ＬＳＩの一の受信端子に接続された配線の補正量をもって、前記ＬＳＩの残りの受信端子に接続した配線の補正量とすることを特徴とする超音波探触子。
7. 振動子と、前記振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、前記伝送回路から伝送された信号により超音波で駆動された前記振動子からの信号を伝送する配線と、前記配線と接続して前記振動子からの信号を受信する受信回路と、前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路との組合せを１チャンネル分として、複数チャンネル分を備えた超音波探触子の調整方法であって、
   各チャンネルごとに前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量を測定し、
   前記測定した各チャンネルごとの容量のうち最大の容量を持つチャンネルを特定し、
   前記特定した最大の容量を持つチャンネルの容量と同じ容量になるように他のチャンネルの前記容量補正回路を調整することにより全てのチャンネルの前記測定した容量が同じになるように各チャンネルごとに前記容量補正回路を調整する
   ことを特徴とする超音波探触子の調整方法。
8. 請求項７記載の超音波探触子の調整方法であって、前記容量補正回路を調整することを、容量補正レジスタと、補正容量アレイと、容量補正スイッチとを用いて調整することを特徴とする超音波探触子の調整方法。
9. 請求項７記載の超音波探触子の調整方法であって、前記受信回路と前記振動子との間にあるスイッチを切った状態で、前記スイッチと前記振動子との間に接続されている前記容量補正回路を調整することを特徴とする超音波探触子の調整方法。
10. 請求項７記載の超音波探触子の調整方法であって、前記容量補正回路が前記振動子と前記配線との間に接続されたインダクタ値が可変なインダクタ回路で構成されており、前記容量補正回路を調整することを、前記インダクタ回路のインダクタ値を調整することにより行うことを特徴とする超音波探触子の調整方法。
11. 請求項７記載の超音波探触子の調整方法であって、前記複数チャンネル分の前記伝送回路と前記受信回路と前記容量補正回路とは集積回路化されてＬＳＩ化されており、前記ＬＳＩの一の受信端子に接続された配線の補正量をもって、前記ＬＳＩの残りの受信端子に接続した配線の補正量とすることを特徴とする超音波探触子の調整方法。
12. 超音波探触子と超音波装置本体とを備えた超音波診断装置であって、
    前記超音波探触子は、
    振動子と、
    前記超音波装置本体から送信された前記振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、
    前記伝送回路から伝送された信号により超音波で駆動された前記振動子からの信号を伝送する配線と、
    前記配線と接続して前記振動子からの信号を受信して前記超音波装置本体へ送信する受信回路と、
    前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路と
    の組合せを１チャンネル分として、複数のチャンネル分を備え
    前記超音波装置本体は、
    前記振動子に印加する超音波信号を前記伝送回路を介して送信する送信回路部と、
    前記送信回路部から送信された超音波信号が印加された前記振動子からの信号を前記受信回路を介して受信する受信回路部と、
    前記送信回路部と前記受信回路部を制御する制御回路部と、
    前記送信回路部から送信する信号と前記受信回路部で受信する信号とを分離する送受分離回路部と、
    前記受信回路部で受信した信号を処理して画像を生成する画像処理部と、
    前記画像処理部で生成した画像を表示する画像表示部と
    を備え、
    前記複数のチャンネルの前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量が所定の誤差範囲内で等しくなるように前記容量補正回路を制御する制御部を前記超音波探触子または前記超音波装置本体に備える
    ことを特徴とする超音波診断装置。
13. 超音波探触子と超音波装置本体とを備えた超音波診断装置であって、
    前記超音波探触子は、
    振動子と、
    前記超音波装置本体から送信された前記振動子を超音波で駆動する信号を伝送する伝送回路と、
    前記伝送回路から伝送された信号により超音波で駆動された前記振動子からの信号を伝送する配線と、
    前記配線と接続して前記振動子からの信号を受信して前記超音波装置本体へ送信する受信回路と、
    前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量を補正する容量補正回路と
    の組合せを１チャンネル分として、複数のチャンネル分を備え
    前記超音波装置本体は、
    前記振動子に印加する超音波信号を前記伝送回路を介して送信する送信回路部と、
    前記送信回路部から送信された超音波信号が印加された前記振動子からの信号を前記受信回路を介して受信する受信回路部と、
    前記送信回路部と前記受信回路部を制御する制御回路部と、
    前記送信回路部から送信する信号と前記受信回路部で受信する信号とを分離する送受分離回路部と、
    前記受信回路部で受信した信号を処理して画像を生成する画像処理部と、
    前記画像処理部で生成した画像を表示する画像表示部と
    を備え、
    前記複数のチャンネルの前記振動子から前記受信回路までの前記配線を含む線路の容量が最大のチャンネルの容量に他のチャンネルの容量を合せるように前記他のチャンネルの前記容量補正回路を制御する制御部を前記超音波探触子または前記超音波装置本体に備える
    ことを特徴とする超音波診断装置。
14. 請求項１２記載の超音波診断装置であって、前記超音波探触子の前記容量補正回路は、容量補正レジスタと、補正容量アレイと、容量補正スイッチとを備えて構成されていることを特徴とする超音波診断装置。
15. 請求項１２記載の超音波診断装置であって、前記超音波探触子の前記受信回路と前記振動子との間にスイッチを備え、前記容量補正回路は、前記スイッチと前記振動子との間に接続されていることを特徴とする超音波診断装置。
16. 請求項１２記載の超音波診断装置であって、前記超音波探触子の前記容量補正回路がインダクタ値が可変なインダクタ回路で構成されており、前記インダクタ回路は前記振動子と前記配線との間に接続されていることを特徴とする超音波診断装置。
17. 請求項１２記載の超音波診断装置であって、前記超音波探触子の複数チャンネル分の前記伝送回路と前記受信回路と前記容量補正回路とが集積回路化されていることを特徴とする超音波診断装置。

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