JP2008183184A - ワイヤレス超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブと装置本体との間で送受信される無線送信の受信感度を向上させる。
【解決手段】超音波プローブ１００から送信された無線信号は、装置本体２００の受信アンテナ２０２によって受信される。前置増幅器２０４において前置増幅処理された無線信号はアンテナ方向制御部２４０へ出力され、アンテナ方向制御部２４０は、無線信号の受信電力に基づいて受信アンテナ２０２の受信方向を制御する。アンテナ方向制御部２４０は、受信アンテナ２０２の受信方向を変化させて検出される受信電力に基づいて受信アンテナ２０２の受信方向を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波プローブと装置本体との間で無線信号を送受信するワイヤレス超音波診断装置に関する。

超音波プローブで得られたエコーデータなどを装置本体へ無線送信するワイヤレス超音波診断装置が知られている（特許文献１〜３参照）。

従来のワイヤレス超音波診断装置では、超音波プローブに送信アンテナが取り付けられており、その送信アンテナから、超音波信号などによって変調された無線信号が空間内へ送信される。そして、装置本体に設けられた受信アンテナによってその無線信号が受信され、受信された信号が装置本体内において復調されて画像処理などが行われる。

ワイヤレス超音波診断装置によって、超音波プローブと装置本体とを接続するプローブケーブルが無くなることにより、超音波プローブの操作性が飛躍的に向上することが期待されている。しかしながら、ワイヤレス超音波診断装置を具現化するにあたっては、いくつかの克服すべき課題があるのも事実である。

特開２００４−１４１３２８号公報 特開昭５５−１５１９５２号公報 特開昭５３−１０８６９０号公報

ワイヤレス超音波診断装置の具現化にあたって克服すべき課題として、例えば、超音波プローブと装置本体との間で無線送信される信号の電波状態に伴う問題を挙げることができる。例えば、実際に患者などを診断する際には、超音波プローブが様々な位置や方向で利用され、超音波プローブに設けられた送信アンテナの方向が変化し、送信アンテナの方向に応じて装置本体の受信アンテナが十分な受信感度で信号を受信できない事態などが考えられる。

本発明はこのような背景において成されたものであり、その目的は、超音波プローブと装置本体との間で送受信される無線送信の受信感度を向上させる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるワイヤレス超音波診断装置は、超音波プローブと装置本体との間で無線信号を送受信するワイヤレス超音波診断装置において、前記超音波プローブは、被検体に対して超音波を送受波してエコー信号を取得する送受波部と、エコー信号に基づいて生成される無線信号を装置本体へ送信する無線送信部と、を有し、前記装置本体は、前記超音波プローブから送信される無線信号を受信してエコー信号を再生する無線受信部と、無線信号の受信方向を変化させて検出される受信電力に基づいて無線受信部における無線信号の受信方向を制御する受信方向制御部と、無線受信部によって再生されたエコー信号に基づいて超音波画像を形成する超音波画像形成部と、を有することを特徴とする。

上記態様によれば、無線信号の受信方向を変化させて検出される受信電力に基づいて無線信号の受信方向が制御されるため、例えば、検出される受信電力が大きくなるように受信方向を制御することにより、無線信号の受信感度を向上させることができる。

望ましい態様において、前記受信方向制御部は、複数の受信方向のうちで受信電力が最大となる方向に無線信号の受信方向を制御することを特徴とする。

望ましい態様において、前記受信方向制御部は、受信方向を微小変化させて検出される受信電力の変化に基づいて無線受信部における無線信号の受信方向を広域的に変化させることを特徴とする。

望ましい態様において、前記受信方向制御部は、受信方向の周期的な微小変化に伴う受信電力の周期的な変化が小さくなるように受信方向を広域的に変化させることを特徴とする。

望ましい態様において、前記受信方向制御部は、受信方向の周期的な微小変化の位相と当該微小変化に伴う受信電力の周期的な変化の位相とを比較することにより、受信方向の広域的な変化の向きを決定することを特徴とする。

望ましい態様において、前記無線受信部は、前記超音波プローブから送信される無線信号を受信する複数の受信アンテナを備え、前記受信方向制御部は、各受信アンテナごとに無線信号の受信方向を制御することを特徴とする。

望ましい態様において、前記受信方向制御部は、無線信号の受信方向を広い範囲で変化させて検出される受信電力に基づいて無線信号の受信方向を探索し、無線信号の受信方向を狭い範囲で変化させて検出される受信電力に基づいて無線信号の受信方向を追跡することを特徴とする。

本発明により、超音波プローブと装置本体との間で送受信される無線送信の受信感度を向上させることが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。

図１には、本発明に係るワイヤレス超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す機能ブロック図である。本実施形態のワイヤレス超音波診断装置は超音波プローブ１００と装置本体２００で構成されており、超音波プローブ１００で取得されたエコーデータが各種信号処理を経て無線電波で装置本体２００へ送信される。

超音波プローブ１００は、被検体に対して超音波を送受波する複数の振動子１０２を備えている。各振動子１０２には、図示しない超音波の送信回路などが接続されており、送信回路から出力される信号に応じて、複数の振動子１０２から超音波パルスが被検体に向けて送波される。そして、複数の振動子１０２によって、被検体から得られる反射波（エコー）が受波される。

複数の振動子１０２の各々に対応して、増幅器１０４とアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０６が設けられている。各増幅器１０４は、対応する振動子１０２の受波結果を増幅して対応するＡＤＣ１０６へ出力する。これにより、各振動子１０２の各々から得られる受波信号がデジタル化されて複数のＡＤＣ１０６からデジタルビームフォーマ１０８へ出力される。

デジタルビームフォーマ１０８は、複数のＡＤＣ１０６から得られる受波データを整相加算することにより受信ビームフォーミングを行う回路である。本実施形態において、デジタルビームフォーマ１０８は、第１段階目の整相加算処理を行う。つまり、複数の振動子１０２、例えば６４個の振動子１０２について、隣接する８個の振動子１０２で構成される振動子群ごとに整相加算処理を行う。そして、８つの振動子群の各々について整相加算処理を行い、各振動子群の整相加算結果を１チャンネルとして、８つの振動子群で合計８チャンネルの整相加算データを出力する。

ちなみに、後に説明する装置本体２００内のデジタルビームフォーマ２１８において第２段階目の整相加算処理が行われ、全ての振動子１０２から得られる受波データが１本のビームデータとして纏められる。なお、超音波プローブ１００において１回のビームフォーミングで１本のビームデータを形成する構成を採用してもよいし、装置本体２００において１回のビームフォーミングで１本のビームデータを形成する構成を採用してもよい。

ＰＳ変換部１１０は、デジタルビームフォーマ１０８において形成された８チャンネルの整相加算データをパラレルデータとして受け取り、受け取った８チャンネルのパラレルデータを時間軸方向に一列に並べたシリアルデータに変換する。こうして、シリアルデータに変換された８チャンネル分の整相加算データがＰＳ変換部１１０から出力される。

なお、デジタルビームフォーマ１０８は、次々に出力される受波データを受信ビームごとに整相加算処理する。そのため、デジタルビームフォーマ１０８から、複数の受信ビームに関する整相加算結果が次々に出力され、ＰＳ変換部１１０から複数の受信ビームの整相加算データが時系列順で次々に出力される。この過程で、ＰＳ変換部１１０から出力される一連のシリアルデータ内に、各受信ビームの同期データが挿入され、シリアルデータ内における受信ビームごとの区切りが設けられる。

変調器１１６は、ＰＳ変換部１１０から出力されるシリアルデータに基づいてＰＳＫ（Phase Shift Keying）などのデジタル変調処理を施す。ＰＳＫに換えてＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）やＦＳＫ（Frequency Shift Keying）などのデジタル変調処理を利用してもよい。そして、変調器１１６においてデジタル信号により変調された信号が電力増幅器１１８において電力増幅され、送信アンテナ１２０から無線信号として送信される。送信アンテナ１２０は、例えば、平面アンテナである。

こうして、１チャンネルにまとめられたデジタルエコー信号により変調された無線信号が送信される。例えば、送信キャリア周波数が６０ＧＨｚで、帯域が１ＧＨｚ程度の１チャンネルの無線信号が送信される。

超音波プローブ１００から送信された無線信号は、装置本体２００の受信アンテナ２０２によって受信され、前置増幅器２０４を経由して電力増幅器２０８において電力増幅されてから復調器２１２へ送られる。復調器２１２は、ＰＳＫなどのデジタル変調処理が施された無線信号に対して復調処理を施す。これにより、超音波プローブ１００の変調器１１６によって変調される前のデータ、つまり、ＰＳ変換部１１０から出力されるシリアルデータが再生（復元）される。

ＳＰ変換部２１４は、再生されたシリアルデータに含まれる８チャンネルの整相加算データをパラレルデータに変換する。その際、シリアルデータに含まれる受信ビームの同期データなどを利用して８チャンネルのパラレルデータに変換する。

こうして、超音波プローブ１００のデジタルビームフォーマ１０８によって形成されたデータに対応するパラレルデータがメモリ２１６に記憶される。メモリ２１６に記憶されたデータは、メモリ２１６の後段の処理に応じたタイミングで読み出される。なお、メモリ２１６としては、例えばＦＩＦＯ（First Input First Output）型のデバイスが利用される。

デジタルビームフォーマ２１８は、メモリ２１６に記憶されたパラレルデータを読み出して、第２段階目の整相加算処理を実行する。つまり、デジタルビームフォーマ１０８によって形成されたデータに相当するパラレルデータをメモリ２１６から読み出し、読み出した８チャンネル分のパラレルデータに基づいて整相加算処理を実行し、全ての振動子１０２から得られる受波データを纏めて１本のビームデータを形成する。ビームデータは受信ビームごとに次々に形成されて画像形成部２２０へ出力される。

画像形成部２２０は、受信ビームごとに次々に形成されるビームデータに基づいて、Ｂモード画像、Ｍモード画像、ドプラ画像などの超音波画像の画像データを形成する。そして、形成された画像データに対応した超音波画像が表示部２２２に表示される。なお、本体制御部２３０は、例えばユーザ操作などに応じて装置本体２００内の各部を制御する。

このように、超音波プローブ１００で取得されたエコーデータが無線信号によって装置本体２００へ送信され、無線信号を受信した装置本体２００によってエコーデータに応じた超音波画像が形成される。

さらに、本実施形態では、装置本体２００の受信アンテナ２０２によって受信される無線信号の受信電力に基づいて無線信号の受信方向が制御される。つまり、前置増幅器２０４において前置増幅処理された無線信号がアンテナ方向制御部２４０へ出力され、アンテナ方向制御部２４０が無線信号の受信電力に基づいて受信アンテナ２０２の受信方向を制御する。

そこで、本実施形態における受信方向の制御について説明する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明において図１の符号を利用する。

図２は、図１の装置本体２００が備えるアンテナユニット２０１を示している。装置本体２００は、本体部とアンテナユニット２０１によって形成される。本体部は、例えば表示部２２２や画像形成部２２０や本体制御部２３０などを備えており、アンテナユニット２０１は、受信アンテナ２０２に加えて、例えば前置増幅器２０４や電力増幅器２０８や復調器２１２やアンテナ方向制御部２４０を備えている。なお、電力増幅器２０８や復調器２１２やアンテナ方向制御部２４０が本体部に設けられてもよい。

アンテナユニット２０１は、ケーブル２１３を介して本体部に接続される。アンテナユニット２０１と本体部とが別体であるため、アンテナユニット２０１を所望の位置に、例えば本体部の上や被検者が横たわるベッドの上などに設置することができる。

アンテナユニット２０１は、受信アンテナ２０２が設けられたヘッド部２０６と、そのヘッド部２０６を駆動するアンテナ駆動部２０５を備えている。アンテナ駆動部２０５は、アンテナ方向制御部２４０による制御に応じて、受信アンテナ２０２の受信方向をエレベーション方向（鉛直方向）とアジマス方向（水平方向）に変化させる。

つまり、アンテナ駆動部２０５は、ヘッド部２０６を機械的に駆動して向きを変化させることにより、受信アンテナ２０２の向きをエレベーション方向とアジマス方向に変化させる。なお、機械的な制御に換えて電子的な制御によって受信方向を制御してもよい。例えば、２次元的に配列された複数のアンテナ素子によって受信アンテナ２０２を形成し、各アンテナ素子ごとに遅延処理などを施して受信ビームを形成するフェーズドアレイ方式を採用して、受信ビームの方向を電子的に制御してもよい。

図３は、図１のアンテナ方向制御部２４０の態様１を示す図である。図３に示すアンテナ方向制御部２４０は、複数の受信方向のうちで受信電力が最大となる方向に無線信号の受信方向を制御する。

アンテナ方向制御部２４０は、例えば、受信アンテナ２０２を低速で微小角度だけ変化させ、複数の角度（方向）において、例えば２〜３の角度において無線信号を受信させる。各角度ごとに受信された無線信号は、前置増幅器２０４において前置増幅処理されてからアンテナ方向制御部２４０に出力される。アンテナ方向制御部２４０は、各角度における無線信号の受信電力を検出し、複数の角度のうちで受信電力が最大となる角度を探し、その角度となるように受信アンテナ２０２の受信方向を制御する。

アンテナ方向制御部２４０は、エレベーション方向とアジマス方向（図２参照）の各方向ごとに角度の制御を行う。つまり、エレベーション角度制御部２４０Ｅは、受信アンテナ２０２を低速で微小角度だけエレベーション方向に変化させ、複数の角度において無線信号を受信させ、それら複数の角度のうちで受信電力が最大となる角度を探し、その角度となるように受信アンテナ２０２をエレベーション方向に制御する。また、アジマス角度制御部２４０Ａは、受信アンテナ２０２を低速で微小角度だけアジマス方向に変化させ、複数の角度において無線信号を受信させ、それら複数の角度のうちで受信電力が最大となる角度を探し、その角度となるように受信アンテナ２０２をアジマス方向に制御する。

アンテナ方向制御部２４０は、例えば本体制御部２３０の指示に応じて、エレベーション方向の制御とアジマス方向の制御を選択する。例えば、まずエレベーション方向についての最大受信電力の角度を検出してその角度に受信アンテナ２０２を駆動した後に、アジマス方向の制御に切り替えて、アジマス方向についての最大受信電力の角度を検出してその角度に受信アンテナ２０２を駆動する。エレベーション方向の制御とアジマス方向の制御を常時交互に選択して制御を続けることにより、最大受信電力となる方向を追跡して、その方向に受信アンテナ２０２の受信方向を制御することが可能になる。

なお、受信アンテナ２０２は、機械的に駆動されて受信方向を変化させてもよいし、電子的に制御されて受信方向を変化させてもよい。また、例えば、アジマス方向に機械的に駆動されてエレベーション方向に電子的に制御されるなど、機械的な制御と電子的な制御を組み合わせてもよい。さらに、受信アンテナ２０２は、例えばアジマス方向にのみ一次元的に制御されてもよい。

ちなみに、前置増幅器２０４において前置増幅処理された無線信号は電力増幅器２０８へも出力されており、その後、復調処理などを経て超音波画像の形成処理に利用されることは先に説明したとおりである（図１参照）。

図４は、図１のアンテナ方向制御部２４０の態様２を示す図である。図４に示すアンテナ方向制御部２４０は、受信方向を微小変化させて検出される受信電力の変化に基づいて受信アンテナ２０２による無線信号の受信方向を広域的に変化させる。

図５は、図４に示すアンテナ方向制御部２４０による制御の原理を説明するための図である。図５（Ａ）は、アンテナ角度とアンテナ受信電力との対応関係を示すグラフであり、横軸にアンテナ角度を示し、縦軸にアンテナ受信電力を示している。図５（Ａ）に示すように、アンテナ角度Ｐの位置においてアンテナ受信電力は最大となり、アンテナ角度Ｐから角度が離れるに従ってアンテナ受信電力は徐々に小さくなる。

本態様では、アンテナ角度を微小変化させて検出される受信電力の変化に基づいて制御を行う。図５において、微小アンテナ駆動角３００は、アンテナ角度の微小変化を示している。波形３１０はアンテナ角度Ｓの位置におけるアンテナ角度の微小変化を示しており、波形３２０はアンテナ角度Ｐの位置におけるアンテナ角度の微小変化を示しており、波形３３０はアンテナ角度Ｌの位置におけるアンテナ角度の微小変化を示している。

さらに、図５において、受信電力変化４００は、アンテナ角度の微小変化に伴う受信電力の変化を示している。波形４２０はアンテナ角度Ｐの位置におけるアンテナ角度の微小変化（波形３２０の変化）に伴う受信電力の変化を示しており、波形４１０はアンテナ角度Ｓの位置におけるアンテナ角度の微小変化（波形３１０の変化）に伴う受信電力の変化を示しており、波形４３０はアンテナ角度Ｌの位置におけるアンテナ角度の微小変化（波形３３０の変化）に伴う受信電力の変化を示している。

また、図５（Ｂ）は、アンテナ角度とアンテナ出力微小電圧との対応関係を示すグラフであり、横軸にアンテナ角度を示し、縦軸にアンテナ出力微小電圧を示している。アンテナ出力微小電圧は、受信電力変化４００の各波形の振幅の大きさに対応している。なお、図５（Ｂ）において、縦軸の正の向きと負の向きは、後に説明する位相が同相か逆相かに対応している。

図５に示すように、受信電力が最大（ピーク）であるアンテナ角度Ｐの位置において受信電力の変化を示す波形４２０の振幅は小さく、それに対して、受信電力のピークから外れたアンテナ角度Ｓ，Ｌの位置における受信電力の変化を示す波形４１０，４３０の振幅は大きい。つまり、図５（Ｂ）において、アンテナ角度Ｐの位置ではアンテナ出力微小電圧の絶対値が小さく、アンテナ角度Ｓ，Ｌの位置ではアンテナ出力微小電圧の絶対値が大きい。そこで、本態様では、アンテナ角度の微小変化に伴う受信電力の変化が小さくなるようにアンテナ角度を広域的に変化させる制御を行う。

つまり、例えばアンテナ角度Ｓの位置において、アンテナ角度を波形３１０に従って周期的に微小変化させて受信電力の変化（波形４１０）を検出し、アンテナ角度を周期的に微小変化させつつ、受信電力の変化の振幅が小さくなるように、アンテナ角度を角度Ｐの位置に向けて広域的に移動させる。一方、アンテナが角度Ｌに向けられている場合にも、アンテナ角度を波形３３０に従って周期的に微小変化させて受信電力の変化（波形４３０）を検出し、アンテナ角度を周期的に微小変化させつつ、受信電力の変化の振幅が小さくなるように、アンテナ角度を角度Ｐの位置に向けて広域的に移動させる。

アンテナ角度を広域的に変化させる際の変化の向き、つまりアンテナ角度を増加させるか減少させるかは、アンテナ角度の周期的な微小変化の位相とその微小変化に伴う受信電力の周期的な変化の位相とを比較することにより決定される。つまり、波形３１０，３２０，３３０の位相と、これらの各々に対応した波形４１０，４２０，４３０の位相との比較によって決定される。

例えば、波形３１０とそれに対応する波形４１０を比較すると、これらの位相が互いに一致している。つまり、波形３１０が増加すると波形４１０も増加し、波形３１０が減少すると波形４１０も減少する。一方、波形３３０とそれに対応する波形４３０を比較すると、これらの位相が互いに１８０度だけ異なっている。つまり、波形３３０が増加すると波形４３０が減少し、波形３３０が減少すると波形４３０が増加する。

このような、微小アンテナ駆動角３００と受信電力変化４００との間の位相の対応関係から、例えば、対応する波形同士の位相が一致している場合には、そのアンテナ角度（例えば角度Ｓ）よりも角度を増加させた方向に受信電力を最大とするアンテナ角度（例えば角度Ｐ）が存在すると判断し、対応する波形同士の位相が１８０度だけ異なる場合には、そのアンテナ角度（例えば角度Ｌ）よりも角度を減少させた方向に受信電力を最大とするアンテナ角度（例えば角度Ｐ）が存在すると判断する。

図４に戻り、アンテナ方向制御部２４０は、上述した原理によって受信アンテナ２０２の受信方向を制御する。以下にアンテナ方向制御部２４０内の各部の動作を説明する。

正弦波発振器２４３は、微小アンテナ駆動角（図５の符号３００）に対応した正弦波信号を出力する。正弦波発振器２４３から出力された正弦波信号は、角度制御部２４５において利用され、角度制御部２４５はその正弦波信号に応じて受信アンテナ２０２の受信方向（角度）を周期的に微小変化させる。

受信アンテナ２０２によって受信された無線信号は、前置増幅器２０４において前置増幅処理されてからアンテナ方向制御部２４０に出力される。バンドパスフィルタ２４１は、前置増幅器２０４から出力される信号のうち、後段の処理に必要な周波数帯域のみを通過させる。受信アンテナ２０２が角度を周期的に微小変化させているため、その微小変化に伴い、受信された無線信号の電力（受信電力）は微小変化する（図５の符号４００）。

位相検波器２４２は、バンドパスフィルタ２４１から出力される信号（図５の符号４００）の位相と、正弦波発振器２４３から出力される信号（図５の符号３００）の位相を比較し、位相が同相か逆相かを判断する。

角度設定部２４４は、位相検波器２４２の判断結果に基づいて、受信アンテナ２０２の受信方向（角度）を広域的に変化させるための角度変化量を設定する。例えば、位相検波器２４２において位相が同相であると判断された場合には、アンテナ角度を広域的に増加させる角度変化量を設定し、一方、位相検波器２４２において位相が逆相であると判断された場合には、アンテナ角度を広域的に減少させる角度変化量を設定する。

なお、位相検波器２４２において、位相の比較判断に加えて、受信電力変化（図５の符号４００）の振幅の大きさを検出するようにしてもよい。この場合、角度設定部２４４は、受信電力変化の振幅の大きさに応じて角度変化量の大きさを決定する。例えば、受信電力変化の振幅が大きい場合には、受信電力がピークとなる角度（例えば、図５の角度Ｐ）から大きく外れていると判断して、角度変化量を大きい値に設定する。一方、受信電力変化の振幅が小さい場合には、受信電力がピークとなる角度（例えば、図５の角度Ｐ）の近傍にあると判断して、角度変化量を小さい値に設定する。

角度制御部２４５は、角度設定部２４４において設定された広域的な角度変化量と、正弦波発振器２４３から出力される周期的な微小変化のための正弦波信号とに基づいて、受信アンテナ２０２の受信方向（角度）を制御する。これにより、受信アンテナ２０２の角度が、周期的な微小変化を伴いつつ、受信電力のピークとなる角度（例えば、図５の角度Ｐ）を目標角度としてフィードバック制御される。

なお、受信アンテナ２０２は、機械的に駆動されて受信方向を変化させてもよいし、電子的に制御されて受信方向を変化させてもよい。また図４に示した構成により、例えば、アジマス方向（図２参照）に沿った角度制御と、エレベーション方向（図２参照）に沿った角度制御を交互に実行して、受信アンテナ２０２の受信方向を二次元的に制御してもよい。

ちなみに、前置増幅器２０４において前置増幅処理された無線信号は電力増幅器２０８へも出力されており、その後、復調処理などを経て超音波画像の形成処理に利用されることは先に説明したとおりである（図１参照）。

また、受信アンテナ２０２の受信方向を変化させる範囲や速さを切り替えるようにしてもよい。例えば、受信方向の制御が開始された直後は、受信アンテナ２０２の受信方向を広い範囲で高速で変化させ、検出される受信電力に基づいて受信電力が最大となる受信方向を探索する。その後、探索された受信方向を起点として、受信アンテナ２０２の受信方向を狭い範囲で低速で変化させて受信電力が最大となる受信方向を追跡する。これにより、受信電力が最大となる方向をすばやく探索して、その後、受信電力が最大となる方向を高精度に追跡することが可能になる。

なお、受信方向を変化させる速さを切り替える場合には、例えば、位相検波器２４２の後段に、広帯域のローパスフィルタと狭帯域のローパスフィルタを設けておく。そして、受信方向の制御が開始された直後には広帯域のローパスフィルタを選択して、受信電力が最大となる受信方向を高速に探索し、探索後は狭帯域のローパスフィルタを選択して、受信電力が最大となる方向を高精度に追跡する。

さらに、図３から図５を利用して説明した受信方向の制御は、ダイバーシティ方式と組み合わせることも可能である。

図６は、複数の受信アンテナ２０２を備えたダイバーシティ方式のワイヤレス超音波診断装置を説明するための図である。図６には、ｎ個の受信アンテナ２０２（１）〜（ｎ）のうち、受信アンテナ２０２（１）と受信アンテナ２０２（ｎ）のみが図示されている。

図６において、各受信アンテナ２０２には、それに対応して、前置増幅器２０４、電力増幅器２０８、アンテナ方向制御部２４０が設けられている。例えば、受信アンテナ２０２（１）によって受信された無線信号（受信信号）は、前置増幅器２０４（１）および電力増幅器２０８（１）において増幅処理されてから、アンテナ方向制御部２４０（１）へ出力される。なお、受信信号は、前置増幅器２０４（１）からアンテナ方向制御部２４０（１）へ出力されてもよい。

アンテナ方向制御部２４０（１）は、無線信号（受信信号）の受信電力に基づいて受信アンテナ２０２（１）の受信方向を制御する。図６に示すアンテナ方向制御部２４０（１）は、図３または図４に示すアンテナ方向制御部２４０と同じ構成を備えている。そして、図３または図４を利用して説明した制御により、図６に示すアンテナ方向制御部２４０（１）が受信アンテナ２０２（１）の受信方向を制御する。

また、図６に示すアンテナ方向制御部２４０（ｎ）も、図３または図４に示すアンテナ方向制御部２４０と同じ構成を備えており、そして、図３または図４を利用して説明した制御により、図６に示す受信アンテナ２０２（ｎ）の受信方向を制御する。同様に、図６において図示省略した他の受信アンテナ２０２についても、その受信アンテナ２０２に対応したアンテナ方向制御部２４０によって制御される。

このように、ｎ個の受信アンテナ２０２（１）〜（ｎ）について、各受信アンテナ２０２ごとに受信方向の制御が行われる。そして、各受信アンテナ２０２で受信された受信信号は、その受信アンテナ２０２に対応した前置増幅器２０４および電力増幅器２０８において増幅処理されて、受信信号合成部２１０へ出力される。

受信信号合成部２１０は、ｎ個の受信アンテナ２０２（１）〜（ｎ）に対応したｎ個の受信信号を合成して、図１に示した復調器２１２へ出力する。その後、受信信号がシリアルデータからパラレルデータへの変換処理などを経て超音波画像の形成処理に利用されることは先に説明したとおりである（図１参照）。

なお、受信信号合成部２１０において、ｎ個の受信アンテナ２０２（１）〜（ｎ）に対応したｎ個の受信信号のうちから、例えば受信電力が最大の受信信号を選択し、当該選択した受信信号のみを復調器２１２へ出力してもよい。

図７は、ダイバーシティ方式における複数のアンテナユニット２０１を示している。図７に示すアンテナユニット２０１（１）は、図６に示した受信アンテナ２０２（１）や前置増幅器２０４（１）や電力増幅器２０８（１）やアンテナ方向制御部２４０（１）を備えており、アンテナ方向制御部２４０（１）によって受信アンテナ２０２（１）の受信方向が制御される。なお、アンテナ方向制御部２４０（１）は、ケーブル２１３に接続される本体部内に設けられてもよい。

図７に示すアンテナユニット２０１（２）も受信アンテナや前置増幅器や電力増幅器やアンテナ方向制御部を備えており、アンテナ方向制御部によって受信方向が制御される。

アンテナユニット２０１（１）とアンテナユニット２０１（２）は、各々、図２に示したアンテナユニット２０１と同じ構成である。つまり、図２を利用して説明したように、例えばヘッド部が機械的に駆動されて、受信アンテナの受信方向をエレベーション方向（鉛直方向）とアジマス方向（水平方向）に変化させる。また、電子的な制御によって受信方向が制御されてもよい。

図７において、アンテナユニット２０１（１）とアンテナユニット２０１（２）は、各々、ケーブル２０９を介して合成器２１１に接続されている。合成器２１１は、図６に示した受信信号合成部２１０を備えている。そして、図７のアンテナユニット２０１（１）とアンテナユニット２０１（２）の各々の受信信号が合成器２１１に出力され、２つの受信信号が合成器２１１において合成（または選択）されてケーブル２１３を介して本体部へ出力される。こうして本体部内において、受信信号が復調処理などを経て超音波画像の形成処理に利用される（図１参照）。

なお、図７では、２つのアンテナユニット２０１（１），２０１（２）を示したが、３つ以上のアンテナユニット２０１が設けられてもよい。また、各アンテナユニット２０１は、互いに異なる位置に設置されることが望ましい。例えば複数のアンテナユニット２０１のうちの１つを本体部の上に設置し、他の１つを被検者が横たわるベッドの上に設置するなど、複数の位置に振り分けて設置することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態により、例えば、診断状況などに応じて超音波プローブの位置や方向が変化した場合でも、装置本体の受信アンテナによる受信方向を超音波プローブの送信アンテナへ向けることが可能になり、無線信号の受信感度が向上し、良好な超音波画像を得ることが可能になる。また、受信方向の制御により受信感度が向上することにより、超音波画像を比較的良好な状態に保ちつつ、超音波プローブから送信される無線信号の送信電力を減少させることも可能になる。

上述した実施形態やそれに伴う効果は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

本発明に係るワイヤレス超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。 装置本体が備えるアンテナユニットを示す図である。 アンテナ方向制御部の態様１を示す図である。 アンテナ方向制御部の態様２を示す図である。 アンテナ方向制御部による制御の原理を説明するための図である。 複数の受信アンテナを備えたワイヤレス超音波診断装置を説明するための図である。 複数のアンテナユニットを示す図である。

符号の説明

１００ 超音波プローブ、２００ 装置本体、２２０ 画像形成部、２４０ アンテナ方向制御部。

Claims (7)

1. 超音波プローブと装置本体との間で無線信号を送受信するワイヤレス超音波診断装置において、
   前記超音波プローブは、
   被検体に対して超音波を送受波してエコー信号を取得する送受波部と、
   エコー信号に基づいて生成される無線信号を装置本体へ送信する無線送信部と、
   を有し、
   前記装置本体は、
   前記超音波プローブから送信される無線信号を受信してエコー信号を再生する無線受信部と、
   無線信号の受信方向を変化させて検出される受信電力に基づいて無線受信部における無線信号の受信方向を制御する受信方向制御部と、
   無線受信部によって再生されたエコー信号に基づいて超音波画像を形成する超音波画像形成部と、
   を有する、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
2. 請求項１に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記受信方向制御部は、複数の受信方向のうちで受信電力が最大となる方向に無線信号の受信方向を制御する、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
3. 請求項１に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記受信方向制御部は、受信方向を微小変化させて検出される受信電力の変化に基づいて無線受信部における無線信号の受信方向を広域的に変化させる、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
4. 請求項３に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記受信方向制御部は、受信方向の周期的な微小変化に伴う受信電力の周期的な変化が小さくなるように受信方向を広域的に変化させる、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
5. 請求項４に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記受信方向制御部は、受信方向の周期的な微小変化の位相と当該微小変化に伴う受信電力の周期的な変化の位相とを比較することにより、受信方向の広域的な変化の向きを決定する、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
6. 請求項１に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記無線受信部は、前記超音波プローブから送信される無線信号を受信する複数の受信アンテナを備え、
   前記受信方向制御部は、各受信アンテナごとに無線信号の受信方向を制御する、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
7. 請求項１に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記受信方向制御部は、無線信号の受信方向を広い範囲で変化させて検出される受信電力に基づいて無線信号の受信方向を探索し、無線信号の受信方向を狭い範囲で変化させて検出される受信電力に基づいて無線信号の受信方向を追跡する、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。

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