(57)【要約】【課題】バブルから得られる高調波成分の抽出に適した超音波プローブを提供する。【解決手段】送信用アレイ２２，２４は、バブルを含む診断領域に対して超音波を送波する。受信用アレイ１０は、バブルから得られる超音波を受波する。送信用アレイ２２，２４は、送信焦点を互いに異なる深さとして超音波を送波し、受信用アレイ１０は、互いに異なる深さの送信焦点の間に受信焦点を設定して超音波を受波する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バブルを含む診断領域に対して超音波を送波する複数列の送信用アレイと、
前記バブルから得られる超音波を受波する少なくとも１列の受信用アレイと、
を有し、
前記送信用アレイは、各列ごとに設定される送信焦点を互いに異なる深さとして超音波を送波する、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波プローブにおいて、
前記受信用アレイは、互いに異なる深さの前記送信焦点の間に受信焦点を設定して超音波を受波する、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波プローブにおいて、
中央に１列の受信用アレイが配置され、その受信用アレイを挟んで外側に２列の送信用アレイが配置される、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波プローブにおいて、
中央に１列の送信用アレイが配置され、その送信用アレイを挟んで外側に他の１列の送信用アレイと１列の受信用アレイが配置される、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項５】
請求項３または４に記載の超音波プローブにおいて、
送信焦点が浅い送信用アレイに比べて、送信焦点が深い送信用アレイの振動子面の面積が大きい、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波プローブにおいて、
前記２列の送信用アレイは、同一の送信電圧により駆動され、
これにより、送信焦点が浅い送信用アレイに比べて、振動子面の面積が大きい送信焦点が深い送信用アレイから、大きなパワーで超音波が送波される、
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】
本発明はバブルを含む診断領域に対して超音波を送受波する超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロバブル（またはナノバブル）は、液体などに注入された微細な気泡を意味している。このマイクロバブルは、様々な優れた特性を備えているため、多くの分野で利用されている。例えば、医療分野への応用として、マイクロバブルが超音波の好適な反射体となることから、超音波画像を形成する際の造影剤として利用されている。
【０００３】
造影剤を利用した超音波画像の形成においては、バブルから得られる高調波成分に注目した技術が知られており、例えば、フェイズインバージョン法（パルスインバージョン法）やパワーモジュレーション法などが有名である。
【０００４】
高調波成分を利用するためには、超音波プローブの周波数帯域などを高調波成分に対応させる必要がある。例えば、基本波を送信して高調波を受信する場合には、送信と受信とで利用される周波数帯域が異なる。そのため、例えば、基本波に対応した送信用の振動子と高調波に対応した受信用の振動子を利用するなど、超音波プローブの構成上の工夫が必要になる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、振動子が同心円状に分割され、内側を受信用振動子として外側を送信用振動子とする超音波プローブが記載されている。また、特許文献２には、中央に受信用振動子列を配置してその両側に送信用振動子列を配置した超音波プローブが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５８８７９号公報
【特許文献２】特公昭６３−６６５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような状況のもと、本願の発明者は、バブル（マイクロバブルなど）を利用した超音波による画像化技術について研究開発を重ねてきた。特に、バブルから得られる高調波成分を利用した画像化技術に注目した。
【０００８】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、バブルから得られるの高調波成分の抽出に適した超音波プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波プローブは、バブルを含む診断領域に対して超音波を送波する複数列の送信用アレイと、前記バブルから得られる超音波を受波する少なくとも１列の受信用アレイと、を有し、前記送信用アレイは、各列ごとに設定される送信焦点を互いに異なる深さとして超音波を送波する、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい態様において、前記受信用アレイは、互いに異なる深さの前記送信焦点の間に受信焦点を設定して超音波を受波する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい態様において、前記超音波プローブは、中央に１列の受信用アレイが配置されその受信用アレイを挟んで外側に２列の送信用アレイが配置される、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい態様において、前記超音波プローブは、中央に１列の送信用アレイが配置されその送信用アレイを挟んで外側に他の１列の送信用アレイと１列の受信用アレイが配置される、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい態様において、前記超音波プローブは、送信焦点が浅い送信用アレイに比べて送信焦点が深い送信用アレイの振動子面の面積が大きい、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい態様において、前記２列の送信用アレイは、同一の送信電圧により駆動され、これにより、送信焦点が浅い送信用アレイに比べて、振動子面の面積が大きい送信焦点が深い送信用アレイから、大きなパワーで超音波が送波される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、バブルから得られる高調波成分の抽出に適した超音波プローブが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好適な超音波プローブを説明するための図である。
【図２】バブルから得られる高調波成分を説明するための図である。
【図３】図１の超音波振動子による超音波の送受波を説明するための図である。
【図４】本発明の他の好適な超音波プローブを説明するための図である。
【図５】図１の超音波振動子に対する送信信号の供給を説明するための図である。
【図６】図１の超音波振動子により送波される超音波のビームプロファイルを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る超音波プローブの好適な実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適な超音波プローブを説明するための図であり、図１には、その超音波プローブが備える超音波振動子が示されている。図１に示す超音波振動子は、中央に配置された１列の受信用アレイ１０と、その受信用アレイ１０を挟むように外側に配置された２列の送信用アレイ２２，２４で構成されている。
【００１９】
中央に配置された受信用アレイ１０は、複数の受信用振動素子により形成される。例えば９６個の受信用振動素子がＸ軸に沿って１列に直線状に配列されて受信用アレイ１０が形成される。また、受信用アレイ１０の振動子面には、音響レンズ１０Ｌが設けられている。
【００２０】
外側に配置された送信用アレイ２２は、複数の送信用振動素子により形成される。例えば９６個の送信用振動素子がＸ軸に沿って１列に直線状に配列されて送信用アレイ２２が形成される。また、送信用アレイ２２の振動子面には、音響レンズ２２Ｌが設けられている。
【００２１】
同じく外側に配置された送信用アレイ２４も複数の送信用振動素子により形成される。例えば９６個の送信用振動素子がＸ軸に沿って１列に直線状に配列されて送信用アレイ２４が形成される。また、送信用アレイ２４の振動子面にも、音響レンズ２４Ｌが設けられている。
【００２２】
図１に示す超音波振動子を備えた超音波プローブは、バブルから得られる高調波成分の抽出に適している。例えば、バブルを含む診断領域に対して送信用アレイ２２，２４から超音波を送波し、バブルから発せられる超音波に含まれる高調波成分を受信用アレイ１０により受波する。
【００２３】
図２は、バブルから得られる高調波成分を説明するための図であり、図２には、コンベックスプローブを用いて、組織から発生する高調波とバブルからの高調波をシミュレーションした結果が示されている。シミュレーションでは、送信周波数１．５ＭＨｚとし、深さ９ｃｍで組織中の音圧が２００ｋＰａの条件で、組織伝搬中とバブルからの高次高調波信号を求めた。
【００２４】
図２（Ａ）は、バブル膜の振動結果である。バブルの半径は約２倍に膨張している。図２（Ｂ）は、組織およびバブルの高調波信号を比較したものである。バブルの半径を例えば１．５倍以上に膨張させると、バブルから比較的大きな高調波成分が得られる。例えば図２（Ｂ）に示すように、組織からの信号と比較して、バブルからの信号は、基本波、第２次高調波、第３次高調波と次数が高くなってもほとんど減少していない。
【００２５】
そのため、バブルを例えば１．５倍以上に膨張させ、バブルから得られる３次以上の高調波成分を利用することにより、他の組織からの影響を抑えつつ、バブルを画像化することが可能となる。
【００２６】
図１に示した超音波振動子は、そのバブルから得られるの高調波成分の抽出に適している。例えば、図１の送信用アレイ２２，２４の周波数帯域が、図２（Ｂ）に示した基本波に対応させて設計され、図１の受信用アレイ１０の周波数帯域が、図２（Ｂ）に示した３次以上の高調波成分に対応させて設計される。
【００２７】
図３は、図１の超音波振動子による超音波の送受波を説明するための図である。図３には、図１の受信用アレイ１０と送信用アレイ２２，２４が図示されており、図３のＹＺ平面は、図１のＹＺ平面に対応している。
【００２８】
受信用アレイ１０と送信用アレイ２２，２４は、Ｙ軸方向に沿って、互いに角度を換えて配置されている。つまり、受信用アレイ１０はＹ軸に平行なＹ１方向に対応しており、送信用アレイ２２はＹ２方向に傾けられており、送信用アレイ２４はＹ３方向に傾けられている。そして、送信用アレイ２２と送信用アレイ２４は、互いに異なる深さを送信焦点として超音波を送波し、受信用アレイ１０は、互いに異なる深さの送信焦点の間に受信焦点を設定して超音波を受波する。
【００２９】
送信用アレイ２２に設けられた音響レンズ２２Ｌは、送信用アレイ２２から送波される超音波をＹ２方向で絞り込む。音響レンズ２２Ｌは、例えば、深さ８０ｍｍを焦点とするように設計され、これにより、送信用アレイ２２から送波された超音波がその焦点において絞り込まれる。なお、送信用アレイ２２は、Ｘ軸方向（図１参照）に沿って配列された複数の送信用振動素子を備えているため、これら複数の送信用振動素子を電子的に送信制御してＸ軸方向で超音波を絞り込むようにしてもよい。
【００３０】
また、送信用アレイ２４に設けられた音響レンズ２４Ｌは、送信用アレイ２４から送波される超音波をＹ３方向で絞り込む。音響レンズ２４Ｌは、例えば、深さ４０ｍｍを焦点とするように設計され、これにより、送信用アレイ２４から送波された超音波がその焦点において絞り込まれる。なお、送信用アレイ２４も、Ｘ軸方向（図１参照）に沿って配列された複数の送信用振動素子を備えているため、これら複数の送信用振動素子を電子的に送信制御してＸ軸方向で超音波を絞り込むようにしてもよい。
【００３１】
そして、受信用アレイ１０に設けられた音響レンズ１０Ｌは、受信用アレイ１０で受波される超音波をＹ１方向で絞り込む。音響レンズ１０Ｌは、例えば、深さ６０ｍｍを焦点とするように設計され、これにより、受信用アレイ１０で受波される超音波がその焦点において絞り込まれる。なお、受信用アレイ１０は、Ｘ軸方向（図１参照）に沿って配列された複数の受信用振動素子を備えているため、これら複数の受信用振動素子から得られる信号に基づいて、Ｘ軸方向で超音波を絞り込むようにしてもよい。
【００３２】
図４は、本発明の他の好適な超音波プローブを説明するための図である。図４においては、送信用アレイ２４を挟むように外側に受信用アレイ１０と送信用アレイ２２が配置されている。つまり、１列の受信用アレイ１０の片側に２列の送信用アレイ２２，２４が設けられている。
【００３３】
図４の例においても、送信用アレイ２２と送信用アレイ２４は、互いに異なる深さを送信焦点として超音波を送波し、受信用アレイ１０は、互いに異なる深さの送信焦点の間に受信焦点を設定して超音波を受波する。
【００３４】
図５は、図１の超音波振動子に対する送信信号の供給を説明するための図である。上述したように、送信用アレイ２２は、複数の送信用振動素子により形成され、送信用アレイ２４も、複数の送信用振動素子により形成されている。送信用アレイ２２と送信用アレイ２４との間において、受信用アレイ１０を間に挟んで対向する２つの送信用振動素子がペアとなり、そのペアに対して同一の送信電圧が供給される。つまり、図５において、ＳＷ１とＳＷ２を共にオン（接続状態）とすることにより、送信回路から、送信用アレイ２２の送信用振動素子と、それとペアを形成する送信用アレイ２４の送信用振動素子に対して同一の送信電圧の送信信号が出力される。
【００３５】
また、送信焦点が浅い送信用アレイ２４に比べて、送信焦点が深い送信用アレイ２２の振動子面の面積が大きくされている。そのため、送信用アレイ２２と送信用アレイ２４に対して同一の送信電圧の送信信号を供給することにより、送信用アレイ２４に比べて送信用アレイ２２から大きなパワーで超音波が送波される。その結果、深い位置における超音波の減衰分が補償され、浅い位置から深い位置に亘って比較的均一なパワーで超音波が送受波される。
【００３６】
また、必要とされる観察範囲が浅い部分または深い部分に限定される場合には、例えばＳＷ１とＳＷ２のいずれか一方のみをオン（接続状態）として、送信用アレイ２２と送信用アレイ２４のいずれか一方のみを利用してもよい。
【００３７】
なお、受信用アレイ１０を形成する複数の受信用振動素子において受波された信号は、受信回路へ出力される。
【００３８】
図６は、図１の超音波振動子により送波される超音波のビームプロファイルを説明するための図である。図６には、横軸を深さとして縦軸に音圧を示して、送信用アレイ２４（図１）のビームプロファイル２４Ｐと、送信用アレイ２２（図１）のビームプロファイル２２Ｐが図示されている。
【００３９】
送信用アレイ２４は送信焦点が比較的浅いため、ビームプロファイル２４Ｐの山が比較的浅い位置に現れる。一方、送信用アレイ２２は送信焦点が比較的深いため、ビームプロファイル２２Ｐの山が比較的深い位置に現れる。そして、これらのビームプロファイルを加算した合成プロファイル（破線）は、浅い位置から深い位置に亘って、比較的広範囲に山が広げられている。つまり、図１の超音波振動子により、浅い位置から深い位置に亘って比較的広範囲に、超音波のビームプロファイルを広げることが可能になる。
【００４０】
これにより、例えば、高次高調波による画像化において、深さ方向の比較的広い範囲に亘って、検出感度を高めることや検出感度を均一にすることなどが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  受信用アレイ、２２，２４  送信用アレイ。
【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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