(57)【要約】      （修正有）【課題】  体腔内壁に接触しているか否かにかかわらず１種類の静電容量型超音波振動子を搭載した超音波内視鏡スコープを体腔内に挿入し体腔内壁の輪郭に関する超音波診断画像を構築し、診断部位で接触固定し超音波診断画像を構築し、これら画像にはノイズ成分が除去された体腔内超音波診断システムを提供する。【解決手段】  超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープと、前記静電容量型超音波振動子の状態を判別する振動子状態判別手段と、前記静電容量型超音波振動子によって感知された感知情報を記憶する記憶手段と、前記振動子状態判別手段による判別結果に基づいて、該判別結果に対応する前記記憶手段に、前記感知情報を記憶させる記憶制御手段と、前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも１つの該感知情報を用いて演算処理を行う演算手段と、演算結果から超音波診断画像を構築する画像構築手段とを備える。【選択図】      図１
2006198240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープと、
前記静電容量型超音波振動子の状態を判別する振動子状態判別手段と、
前記静電容量型超音波振動子によって感知された感知情報を記憶する記憶手段と、
前記振動子状態判別手段による判別結果に基づいて、該判別結果に対応する前記記憶手段に、前記感知情報を記憶させる記憶制御手段と、
前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも１つの該感知情報を用いて、演算処理を行う演算手段と、
前記演算手段により演算処理された演算結果から、超音波診断画像を構築する画像構築手段と、
を備えることを特徴とする体腔内超音波診断システム。
【請求項２】
前記静電容量型超音波振動子は、複数の静電容量型超音波振動子エレメントから構成され、円筒外周面に該複数の静電容量型超音波振動子エレメントを配列した１次元または２次元アレイ型静電容量型超音波振動子であることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項３】
前記隣接する前記振動子エレメント間には、溝部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項４】
前記溝部に導電膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項５】
前記体腔内超音波診断システムは、さらに、
前記静電容量型超音波振動子から放射される合成超音波ビームに、前記円筒の周方向に沿ってラジアル走査させるラジアル走査制御手段
を備えることを特徴とする請求項２に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項６】
前記ラジアル走査制御手段は、さらに、前記合成超音波ビームに前記円筒長軸方向にセクタ走査をさせることを特徴とする請求項５に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項７】
前記演算手段は、前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも２つの該感知情報の和、差、または相互相関を算出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項８】
前記演算手段は、前記感知情報の１つから自己相関を算出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項９】
前記振動子状態判別手段は、
前記静電容量型超音波振動子が、体外、及び体腔内の内壁に到達しているか否かのうちいずれかの状態であることを検知する状態検知手段と、
前記状態検知手段から得られた検知情報に基づいて、前記状態を判別する検知情報判別手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１０】
前記状態検知手段は、前記静電容量型超音波振動子の略近傍に設けた光センサであり、
前記検知情報判別手段は、前記光センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別する
ことを特徴とする請求項９に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１１】
前記状態検知手段は、前記静電容量型超音波振動子の略近傍に設けた圧力センサであり、
前記検知情報判別手段は、前記圧力センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別する
ことを特徴とする請求項９に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１２】
前記状態検知手段は、前記感知情報を表している電気信号の周波数に対応した前記状態検知情報を生成し、
前記検知情報判別手段は、前記状態検知情報に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別する
ことを特徴とする請求項９に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１３】
前記状態検知手段は、前記電気信号の周波数が所定の閾値以下の場合には、該電気信号を通過させるフィルタ回路であることを特徴とする請求項１２に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１４】
前記記憶制御手段は、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁に接触の状態で感知した前記感知情報のうち少なくともいずれか１つ記憶させることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１５】
前記記憶手段のうちの第１の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の感知情報であることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１６】
前記記憶手段のうちの第２の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で前記超音波を送受して感知した第２の感知情報であり、
前記演算手段は、前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項１５に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１７】
前記記憶手段のうちの第３の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の感知情報であり、
前記演算手段は、前記第３の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項１５に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１８】
前記記憶手段のうちの第２の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で前記超音波を送受して感知した第２の感知情報であり、
前記記憶手段のうちの第３の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の感知情報であり、
前記演算手段は、前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する第１の演算処理を行い、前記第３の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する第２の演算を行い、第１の演算処理の結果と第２の演算処理の結果を加算することを特徴とする請求項１５に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項１９】
前記超音波診断画像は、体腔内壁表面の輪郭を表す画像であることを特徴とする請求項１６に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項２０】
前記超音波診断画像は、体腔内組織の断層を表す画像であることを特徴とする請求項１７に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項２１】
前記超音波診断画像は、体腔内壁表面の輪郭を表す画像と体腔内組織の断層を表す画像とであることを特徴とする請求項１８に記載の体腔内超音波診断システム。
【請求項２２】
超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムに用いられる前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、
前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を記憶する第１の記憶手段と、
前記静電容量型超音波振動子が、体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で、前記超音波を送受して感知した第２の前記感知情報を記憶する第２の記憶手段と、
前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置。
【請求項２３】
超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムに用いられる前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、
前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を記憶する第１の記憶手段と、
前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の前記感知情報を記憶する第３の記憶手段と、
前記第３の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置。
【請求項２４】
超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムにおける前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去方法であって、
前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を取得し、
前記静電容量型超音波振動子が、体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で、前記超音波を送受して感知した第２の前記感知情報を取得し、
前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する
ことを特徴とするノイズ除去方法。
【請求項２５】
超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムにおける前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去方法であって、
前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を取得し、
前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の前記感知情報を取得し、
前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する
ことを特徴とするノイズ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型超音波振動子を搭載した超音波内視鏡スコープを備える体腔内超音波診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の１つに超音波内視鏡スコープがある。超音波内視鏡スコープは、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波振動子（超音波トランスデューサ）が取り付けてあり、このトランスデューサは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。
【０００３】
従来、超音波トランスデューサでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子として、セラミック圧電材ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（以下、ｃ−ＭＵＴと称する））が注目を集めている。これは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  、超小型電気的・機械的複合体）と総称される素子の１つである。
【０００４】
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成されており、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を駆動する駆動機構と、駆動機構を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。
【０００５】
さて、非特許文献１では、図１４に示すようなｃ−ＭＵＴが開示されている。図１４（ａ）は６４個のエレメントからなる１次元ｃ−ＭＵＴアレイの２セットの上面を示しており、図１４（ｂ）はダミーネイバーを設けた単離された１個のｃ−ＭＵＴエレメントを示しており、図１４（ｃ）は並列に接続された８Ｘ１６０個のセルで構成されたｃ−ＭＵＴエレメントの拡大図を示す。
【０００６】
ｃ−ＭＵＴエレメント５００は、複数のセル５０１、各セルの上部に設けられた上部電極５０２、接地電極５０２、電極５０３、ダミーネイバー（Ｄｕｍｍｙ  Ｎｅｉｇｈｂｏｒ）５０５、溝（トレンチ）５０６から構成されている。上部電極５０２間も導通して、両端の電極５０２，５０３に接続されている。ダミーネイバー５０５は、隣接するエレメントとのクロストークを防止するためのものである。電極５０２，５０３とダミーネイバーの間には、溝５０６が設けてある。
【０００７】
上部電極は、メンブレンにより支持されている。また、不図示ではあるが、上部電極５０２と対向する位置でセル内部に下部電極が設けられ、下部電極とメンブレン間には空隙部（キャビティ）がある。
【０００８】
エレメントの上部電極及び下部電極に電圧を印加すると、各セルが同時に駆動して、同位相で一斉に振動する。これにより、超音波が放射される。
特許文献１では、上記のエレメント５００を用いて、シリコン基板のＬａｍｂ波（Ａ０モード）及び固相−液相界面を伝達するＳｔｏｎｅｌｅｙ波（境界波）がエレメント間のクロストークに重大な影響を与えることを見出している。
【非特許文献１】Ｘｕｅｃｈｅｎｇ  Ｊｉｎ，外３名、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｎｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  Ａｒｒａｙｓ」，“ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ，ＦＥＲＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ，ＡＮＤ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ”，ＶＯＬ．４８，ＮＯ．３，Ｐ７５０−７６０，ＭＡＹ  ２００１
【非特許文献２】Ａ．Ｇ．Ｂａｓｈｆｏｒｄ，外２名、「Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，“ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ＯＮ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ＡＮＤ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．２，Ｍａｒｃｈ（１９９６），Ｐ３６７−Ｐ３７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の圧電振動子は、空気中で動作させると、破壊したり急激な特性劣化を起こすことがあり、空中での動作は避けられていた。そのため、従来超音波内視鏡スコープは、体腔内壁に接触させた状態でしか動作させることができなかった。また、同様に、空中で超音波を放射することができないため、振動子のみに由来するノイズ信号を検知することができなかった。
【００１０】
また、従来においては、生体と空気とでは、音響インピーダンスに大きな差があったために、体腔内壁に接触させるタイプの圧電振動子と同じ構造で、空中音波を検出することは不可能であった。
【００１１】
このようなことから、従来、超音波振動子が体腔内壁に接触しているのか否かという超音波振動子の状態に関する情報を検知する必要がなかった。
しかしながら、超音波振動子が体腔内壁に非接触の状態で超音波の送受信が可能（以下、空中超音波という）となる超音波振動子を用いた場合、超音波振動子が体腔内壁に接触しているのか否かという超音波振動子の状態に関する情報を検知する必要性が生じる。
【００１２】
また、従来、超音波振動子を体腔内壁に接触させたときの超音波診断画像と、超音波振動子を体腔内壁に非接触にしたときの超音波診断画像とを１種類の超音波振動子で取得する体腔内超音波診断システムは存在しなかった。
【００１３】
次に、上述の通り、非特許文献１では、振動子エレメントの両端に溝を設けることにより、エレメント間のクロストークを抑止している。しかしながら、このような溝を設けることにより、図１５に示すような問題が生じる。
【００１４】
図１５は、図１４のｃ−ＭＵＴを用いて超音波を発生させた場合にメンブレン５１０に生じる振動波を示している。同図は、図１４のエレメントの断面図である。エレメント５００のように、両端に溝５０６を設けてはっきりとした端部５１１を有すると、この端部５１１を節とした定在波５１２が生じることになる。
【００１５】
すなわち、定在波は一対の隔てた壁の間に、その距離と、その距離を埋めた材質（図１５ではシリコン）の音速で決まる周波数をもって発生する。一対の隣あった溝を考える場合、まず、メンブレン上に励起された振動波はラム波やストンレイ波としてメンブレン面に沿って伝達し、左側の溝の右側の壁と右側の溝の左側の壁との間を振動波である超音波が多重反射して、横波定在波となりうる。横波定在波は距離Ｌが１／２λになる周波数成分を持つ基底とし、その高次定在波が重なる振動波となる。したがって、この様な一対の壁があることによって定在波が発生することになる。そして、この定在波５１２は、超音波の送受におけるノイズ成分と成り得る。
【００１６】
したがって、両端に溝５０６が設けてあるエレメントを用いると定在波に起因するノイズが発生するという問題があった。
上記の課題に鑑み、本発明では、体腔内壁に接触しているか否かにかかわらず、１種類の静電容量型超音波振動子を搭載した超音波内視鏡スコープを体腔内に挿入しながら体腔内壁の輪郭に関する超音波診断画像を構築し、かつ、診断部位に至り、そこで接触固定することによって、断層に関する超音波診断画像を構築し、そしてこれらの構築された超音波診断画像にはノイズ成分が除去されている、体腔内超音波診断システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープと、前記静電容量型超音波振動子の状態を判別する振動子状態判別手段と、前記静電容量型超音波振動子によって感知された感知情報を記憶する記憶手段と、前記振動子状態判別手段による判別結果に基づいて、該判別結果に対応する前記記憶手段に、前記感知情報を記憶させる記憶制御手段と、前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも１つの該感知情報を用いて、演算処理を行う演算手段と、前記演算手段により演算処理された演算結果から、超音波診断画像を構築する画像構築手段と、を備えることを特徴とする体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００１８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、前記静電容量型超音波振動子は、複数の静電容量型超音波振動子エレメントから構成され、円筒外周面に該複数の静電容量型超音波振動子エレメントを配列した１次元または２次元アレイ型静電容量型超音波振動子であることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００１９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、前記隣接する前記振動子エレメント間には、溝部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、前記溝部に導電膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、前記体腔内超音波診断システムは、さらに、前記静電容量型超音波振動子から放射される合成超音波ビームに、前記円筒の周方向に沿ってラジアル走査させるラジアル走査制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、前記ラジアル走査制御手段は、さらに、前記合成超音波ビームに前記円筒長軸方向にセクタ走査をさせることを特徴とする請求項５に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、前記演算手段は、前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも２つの該感知情報の和、差、または相互相関を算出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記演算手段は、前記感知情報の１つから自己相関を算出する演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、前記振動子状態判別手段は、前記静電容量型超音波振動子が、体外、及び体腔内の内壁に到達しているか否かのうちいずれかの状態であることを検知する状態検知手段と、前記状態検知手段から得られた検知情報に基づいて、前記状態を判別する検知情報判別手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記静電容量型超音波振動子の略近傍に設けた光センサであり、前記検知情報判別手段は、前記光センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別することを特徴とする請求項９に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記静電容量型超音波振動子の略近傍に設けた圧力センサであり、前記検知情報判別手段は、前記圧力センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別することを特徴とする請求項９に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記感知情報を表している電気信号の周波数に対応した前記状態検知情報を生成し、前記検知情報判別手段は、前記状態検知情報に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別することを特徴とする請求項９に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００２９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１３に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記電気信号の周波数が所定の閾値以下の場合には、該電気信号を通過させるフィルタ回路であることを特徴とする請求項１２に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１４に記載の発明によれば、前記記憶制御手段は、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁に接触の状態で感知した前記感知情報のうち少なくともいずれか１つ記憶させることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１５に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第１の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の感知情報であることを特徴とする請求項１に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３２】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１６に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第２の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で前記超音波を送受して感知した第２の感知情報であり、前記演算手段は、前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項１５に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３３】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１７に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第３の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の感知情報であり、前記演算手段は、前記第３の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項１５に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３４】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１８に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第２の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で前記超音波を送受して感知した第２の感知情報であり、前記記憶手段のうちの第３の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の感知情報であり、前記演算手段は、前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する第１の演算処理を行い、前記第３の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する第２の演算を行い、第１の演算処理の結果と第２の演算処理の結果を加算することを特徴とする請求項１５に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３５】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１９に記載の発明によれば、前記超音波診断画像は、体腔内壁表面の輪郭を表す画像であることを特徴とする請求項１６に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３６】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２０に記載の発明によれば、前記超音波診断画像は、体腔内組織の断層を表す画像であることを特徴とする請求項１７に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３７】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２１に記載の発明によれば、前記超音波診断画像は、体腔内壁表面の輪郭を表す画像と体腔内組織の断層を表す画像とであることを特徴とする請求項１８に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
【００３８】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２２に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムに用いられる前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を記憶する第１の記憶手段と、前記静電容量型超音波振動子が、体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で、前記超音波を送受して感知した第２の前記感知情報を記憶する第２の記憶手段と、前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置を提供することによって達成できる。
【００３９】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２３に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムに用いられる前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を記憶する第１の記憶手段と、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の前記感知情報を記憶する第３の記憶手段と、前記第３の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置を提供することによって達成できる。
【００４０】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２４に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムにおける前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去方法であって、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を取得し、前記静電容量型超音波振動子が、体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で、前記超音波を送受して感知した第２の前記感知情報を取得し、前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とするノイズ除去方法を提供することによって達成できる。
【００４１】
上記課題は、特許請求の範囲の請求項２５に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムにおける前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去方法であって、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第１の前記感知情報を取得し、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第３の前記感知情報を取得し、前記第２の感知情報と前記第１の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とするノイズ除去方法を提供することによって達成できる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明を用いることにより、体腔内壁に接触しているか否かにかかわらず、１種類の静電容量型超音波振動子を搭載した超音波内視鏡スコープを体腔内に挿入しながら輪郭に関する超音波診断画像を構築し、かつ、診断部位に至り、そこで接触固定することによって、断層に関する超音波診断画像を構築することができる。また、これらの構築された超音波診断画像には定在波に起因するノイズ成分が除去されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、ラジアル走査タイプの静電容量型超音波振動子を用いて、従来のような接触固定して断層像を得ることが出来るのに加え、非接触診断が可能になる体腔内超音波診断システムについて説明する。
【００４４】
図１は、本実施形態における体腔内超音波診断システムの概要を示す。図１において、体腔内超音波診断システム１は、超音波内視鏡スコープ部２、信号処理部３、画像処理部２００、表示部４から構成される。なお、図１には受信信号系のみ記載されているが、送信信号系は図から省略している。
【００４５】
超音波内視鏡スコープ２には、静電容量型超音波振動子２−１がその先端部に搭載されている。静電容量型超音波振動子２−１の主な機能としては、まず超音波内視鏡スコープ２の先端部を体腔内に挿入して静電容量型超音波振動子２−１から超音波を送信し、体腔内で反射した超音波を静電容量型超音波振動子２−１が受信して、その受信した超音波を電気信号に変換する。
【００４６】
信号処理部３は、超音波内視鏡スコープ２により得られた電気信号を解析して、演算を行う。信号処理部３は、記憶制御手段３−１、記憶手段３−２、演算手段３−３、振動子状態判別手段３−５から構成される。
【００４７】
振動子状態判別手段３−５は、例えば、静電容量型超音波振動子２−１が体外なのか体腔内で体腔内壁に非接触か、または体腔内壁に接しているのか等の静電容量型超音波振動子の状態を判別するものである。振動子状態判別手段３−５は、状態検知手段３−５ａと、検知情報判別手段３−５ｂから構成される。状態検知手段３−５ａは、静電容量型超音波振動子２−１の状態を検知するためのものである。検知情報判別手段３−５ｂは、状態検知手段３−５ａが検知した情報に基づいて、静電容量型超音波振動子２−１の状態を判別するためのものである。なお、振動子状態判別手段３−５は、その判別方法によっては、超音波内視鏡スコープ２に含まれていてもよいし、信号処理部３に含まれていてもよいし、その両方に渡って含まれていてもよい。
【００４８】
記憶手段３−２は、静電容量型超音波振動子２−１が感知した感知情報（受信した反射波、定在波等）を記憶するためのものである。記憶手段３−２は複数存在する。なお、記憶手段は、物理的に複数存在してもよいし、論理的に複数の領域（１つの記憶装置内で記憶領域を論理的に複数確保し、各記憶領域を記憶手段とする）として存在してもよい。
【００４９】
記憶制御手段３−１は、振動子状態判別手段３−５の判別結果に基づいて、静電容量型超音波振動子２−１が感知した感知情報を、判別結果に対応する記憶手段３−２に記憶させるためのものである。
【００５０】
演算手段は、各記憶手段３−２に記憶された感知情報に基づいて、演算（差分、相関関す）を行うためのものである。演算の組み合わせは複数存在し、個々の目的に応じて、演算を行うことができる。
【００５１】
画像処理部２００は、画像構築手段２００−１から構成されている。画像構築手段２００−１は、演算手段３−３で演算された結果に基づいて、演算された信号から超音波診断画像（例えば、体腔内壁の輪郭画像、生体組織断層画像、またはこれらを組み合わせた画像等）を構築するものである。
【００５２】
表示手段４は、画像処理部２００で生成された超音波診断画像を表示するためのものであり、例えばモニタ（ディスプレイ）４−１がある。なお、表示手段は、ディスプレイに限定されず、プリンタ等の出力機器であってもよい。
【００５３】
図２は、本実施形態における超音波内視鏡スコープ２の外観構成を示す。超音波内視鏡スコープ２は、細長の挿入部５の基端に操作部９を備えて、一端にスコープコネクタ１１を有する。この操作部９の側部からは、図示しない光源装置に接続されるユニバーサルコード１０が延出している。さらに、スコープコネクタ１１は信号処理部３に接続される。
【００５４】
挿入部５は、先端側から順に先端部に搭載された静電容量型ラジアルセクタ走査アレイ超音波振動子６、湾曲自在な湾曲部７、可撓性を有する可撓管部８を連設して構成されている。操作部９には湾曲操作ノブ９ａが設けられており、この湾曲操作ノブ９ａを操作することによって湾曲部７を湾曲させられるようになっている。また、先端部には、不図示の観察部位に照明光を照射する照明光学部を構成する照明レンズカバー、観察部位の光学像を捉える観察光学部を構成する観察用レンズカバー、及び処置具が突出する開口である鉗子出口等が設けられている。
【００５５】
図３は、図２の超音波内視鏡スコープ２の先端部に搭載された静電容量型ラジアルセクタ走査アレイ超音波振動子６（以下、超音波振動子または振動子という）の構成概念図を示す。超音波振動子６は、２次元アレイ振動子２０、送受信回路２１、及び同軸ケーブルバンドル２２から構成される。２次元アレイ振動子２０は、複数の振動子エレメントを配列したものである。同軸ケーブルバンドル２２は、各振動子エレメントに接続された複数のケーブルを束にしたものであり、挿入部５の内部にある。送受信回路２１は、振動子エレメントと送受される信号を制御するためのものである。すなわち、送受信回路２１は、超音波振動子６から放射される合成超音波ビームの走査を制御し、円筒の周に沿った走査２５（ラジアル走査超音波ビーム）だけでなく、１つのエレメントの中（円筒長軸方向に）でのセクタ走査２４（超音波セクタ走査面）を行うことができる。これにより３次元の超音波画像を構築することができる。
【００５６】
図４は、本実施形態における２次元アレイ振動子２０の断面斜視図を示す。２次元アレイ振動子２０は、複数の振動子エレメント３３から構成される振動子ユニット３２、制御回路ユニット３４、配線用ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）３１から構成される。
【００５７】
複数の長方形状の振動子ユニット３２は円周方向に等間隔に配列し、それが円筒形をなしている。また、制御回路ユニット３４は、振動子ユニット３２の背面（円筒形の内側）に設けられており、振動子ユニット３２へ電気信号を送受するのを制御するためのものである。なお、振動子ユニット３２の形状は長方形に限定されない。
【００５８】
図５は、本実施形態における振動子ユニット３２単体の上面図を示す。振動子ユニット３２は、複数の正方形状の振動子エレメント３３から構成されている。同図では、振動子ユニット３２は振動子エレメント３３を複数一次元に配列して構成されている。隣接する振動子ユニット間には振動子ユニット配列方向に垂直に溝４７が設けられている。また、各振動子ユニット内において隣接する振動子エレメント間には振動子エレメント間溝４６が設けられている。なお、振動子エレメントの形状は、正方形に限定されない。
【００５９】
図６は、本実施形態における振動子エレメント３３単体の上面図を示す。振動子エレメント３３は、振動子ユニット配列方向に垂直な溝４７、振動子エレメント間溝４６、振動子セル電極間インターコネクト電極４０，４８，４９、上部電極４１、犠牲層剤除去孔４３、下部電極スルーホール電極部４４から構成される。上部電極４１の背面（図面に対して垂直方向の奥側）には、キャビティが形成されており、それをキャビティ周縁部４２として表している。
【００６０】
振動子エレメント３３は、複数の振動子セルから構成されており、振動子セルはキャビティの個数に等しく、同図では４つの振動子セルから構成される。また、４５はダイシングするためのダイシングラインを示している。
【００６１】
図７は、図６のＡａ−Ａｂについての断面図である。５０で示される構成単位を振動子セルという。メンブレンとは振動子セル５０上部を覆っている膜のことであり、図７では上部電極４１、メンブレン上層５４、メンブレン下層５２で構成される。このメンブレンは、各振動子セル５０の両端のメンブレン支持部５８で固定された振動膜である。メンブレン支持部５８間におけるシリコン基板６１の表面（凹部の底部分）に、上部電極４１と対向するように下部電極６３が構成され、その上に誘電体膜５７（例えば、ＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，Ｔａ2Ｏ5，ＳｒＴｉＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＡＬＮ等の薄膜）が形成されている。
【００６２】
下部電極６３には、下部電極６３とシリコン基板６１の底面に設けられた信号入出力端子電極パッド５６とを電気的に導通させるための下部電極スルーホール電極部４４が設けられている。具体的には、この下部電極スルーホール電極部４４のホール表面に形成されたインターコネクト配線５９により下部電極６３と信号入出力端子電極パッド５６とは電気的に導通している。
【００６３】
シリコン基板６１の底面表面はシリコン酸化膜６２で被膜されている。上部電極４１及び振動子セル電極間インターコネクト電極４０は、Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ等の金属膜で構成されている。また、この上部電極は、溝部４６，４７の側面及び底面に形成された金属膜に電気的に導通している。
【００６４】
接地電極パッド５５は、上部電極４１をＧＮＤに接続するために、溝４６，４７の底面に形成した電極をシリコン基板６１底面に電気的に導通させるためのパッドである。
誘電体膜５７は、キャビティを挟んだ上部電極４１と下部電極６３間の静電容量を増加させるためのものである。空乏層６０は、電子あるいは正孔がほとんど存在しない状態になっている層であり、逆バイアス電圧を印加し、空乏層が有する静電容量、すなわち寄生容量を低減させる場合もある。
【００６５】
なお、キャビティ（空隙部）５１は、メンブレンとメンブレン支持部５８と下部電極６３及び誘電体膜５７とで囲まれた空間からなる。なお、キャビティ５１を形成する場合に、製造工程上、犠牲層をキャビティ部分に形成するが、その犠牲層を除去するための犠牲層剤除去孔４３をメンブレン下層５４（Ｓｉ3Ｎ4）設け、そこから犠牲層を除去する。
【００６６】
また、溝部４６，４７の底部に配設された電極と接地電極パッド５５との間の「接触抵抗」が限りなく小さく（オーミックコンタクト）なる構造となっている。
振動子セル５０の動作について説明すると、上部電極４１と下部電極６３の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引っ張りあい、電圧を０にすると元に戻る。この振動動作によってメンブレンが振動した結果、超音波が発生し、上部電極４１の上方向に超音波が照射される。
【００６７】
次に、本実施形態における体腔内超音波診断システム１の動作の一連の流れについて説明する。
図８は、本実施形態における超音波無響セル７０を示す。図８に示すように、超音波無響セル７０の内部には空洞が形成されており、その開口部から超音波振動子６を挿入する。超音波振動子６を挿入後、超音波を放射する。このとき、超音波無響セル７０は、超音波を吸収する部材（例えば、ウレタン繊維や発泡シリコーン樹脂等）で構成されているため、超音波が反射しない。したがって、超音波無響セル７０内で超音波振動子により超音波を放射しても反射波を受信しない。そのため、受信時においては、本来メンブレンが振動することがないため、上部電極の電荷が変化することがない。だが、定在波等の不要振動が発生する場合には、その影響を受けてメンブレン上の電荷が変化するので、ここでは、その電荷の変化を検出する。すなわち、送信時のメンブレンの振動に伴って、送信超音波に変換されない不要振動が定在波となって残存し、この振動が実際のエコー信号受信時にもノイズ信号として重畳し、Ｓ／Ｎ低下につながる。
【００６８】
図９は、超音波振動子６を体腔内に挿入した状態を示す。図９（ａ）は口内に挿入した状態であり、図９（ｂ）は胃の内壁に超音波振動子６を接触させて超音波を送受している状態を示す。
【００６９】
超音波の送受は、超音波無響セル７０内で送受する場合（図８）（以下、「状態１」という）、体腔内に挿入してから観察部位に到達するまでの間での空中（体腔内壁に非接触）で送受する場合（図９（ａ））（以下、「状態２」という）、体腔内壁に超音波振動子を接触させて送受する場合（図９（ｂ））（以下、「状態３」という）の３状態で行われる。
【００７０】
従来圧電振動子を用いた場合、観察部位に接触させてのみしか超音波画像を得ることができなかったが、ｃ−ＭＵＴでは超音波送受面の音響インピーダンスが空気程小さくなく、生体程大きくないインピーダンスを有しているので、空中（体腔内壁に非接触の状態）で超音波画像を得ることができる。これにより、体腔内壁表面での反射波を受信することが容易にできるので、超音波振動子を挿通しながら、管腔壁の輪郭、すなわち凹凸面を測定することができる。ｃ−ＭＵＴでは、数ＭＨｚの高周波超音波を送受信可能であり、高精度の表面凹凸検出が可能となる。
【００７１】
図１０は、本実施形態における体腔内超音波診断システムの内部構成の概要を示す。体腔内超音波診断システムは、超音波内視鏡スコープ２、超音波内視鏡観測装置３００から構成される。
【００７２】
超音波内視鏡スコープ２は、静電容量型超音波振動子１０１、光センサ１０２、チャージアンプ１０３、パルサー（パルス発生回路）１０４から構成されている。
超音波内視鏡観測装置３００は、光センサー信号処理回路１０５、スイッチ回路１０６（選択端子ＳＷ１（１０７）、選択端子ＳＷ２（１０８）、選択端子ＳＷ３（１０９）、）、ＡＤ変換器１１０，１１１，１１２、記憶装置１１３，１１４，１１５、演算処理回路１１６，１１７，１１８、スイッチ回路１１９（選択端子Ｑ１（１２０）、選択端子Ｑ２（１２１）、選択端子Ｑ３（１２２））、操作部１２３、画像変換器（デジタルスキャンコンバータ）１２４、モニタ４−１から構成される。
【００７３】
パルサー１０４は、静電容量型超音波振動子１０１を駆動させるための電気信号を発生させるための回路である。
チャージアンプ１０３では、インピーダンス変換を行う機能（高インピーダンス→低インピーダンスへ変換する）、静電容量型超音波振動子１０１の電極表面の電荷の検出を行う機能、及びアンプとしての機能を備えている。電荷の検出を行う機能とは、静電容量型超音波振動子１０１は反射波の受信を受信すると、反射波の受信強度に応じてメンブレンが振動し、その振動に応じた上部電極上の電荷の変動が起こるので、その電荷を検出する機能をいう。なお、本実施形態では、反射波の受信に起因する電荷のみならず、定在波等の不要振動に起因する電荷も検出してしまう場合を想定している。以下では、これら両者を含めて受信信号という。
【００７４】
光センサ１０２は、静電容量型超音波振動子１０１周辺の明るさを検知するものである。
光センサー信号処理回路１０５は、光センサ１０２から出力された信号に基づいて、明暗を判別するものである。すなわち、光センサで検知した光量に基づく信号を解析して、超音波振動子１０１周辺の明るさの違いを判別することができる。
【００７５】
例えば、超音波振動子１０１を体腔内に挿入する前、すなわち超音波無響セル７０内で送受する場合（状態１）では、３つの状態のうち最も明るさを検知することができるようにする。次に、超音波振動子１０１を体腔内に挿入して観察部位に到達する（状態２）までは、暗くなるので、それを検知することができるようにする。また、超音波振動子は観察部位に到達した場合（状態３）には、超音波振動子周辺に設けられた不図示のライトガイドより照射された光が体腔内壁に反射して、その反射光を検知することができるようにするので、状態２の場合より明るさを検知することができる。
【００７６】
このことより、光センサー信号処理回路１０５の判別情報の設定として、初期状態では超音波振動子１０１を体腔内に挿入する前（状態１）であると判断するようにしておく。それから、超音波振動子１０１を体腔内に挿入して観察部位に到達するまで（状態２）は暗くなるので、光センサからの信号がある閾値以下になった場合、状態２の状態であると判断する。その後、再び明るくなり、光センサからの信号がある閾値以上になった場合、超音波振動子は観察部位に接している状態（状態３）であると判断するようにする。
【００７７】
スイッチ回路１０６は、光センサー信号処理回路１０５の出力に応じて選択端子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をＯＮ／ＯＦＦするためのものである。光センサー信号処理回路１０５において体腔内に挿入前（状態１）であると判断した場合には、その旨の信号を出力し、スイッチ回路１０６では、その信号を受けて選択端子ＳＷ１（１０７）がＯＮになる。また、光センサー信号処理回路１０５において体腔内に挿入して観察部位へ移動中である（状態２）と判断した場合には、その旨の信号を出力し、スイッチ回路１０６では、その信号を受けて選択端子ＳＷ２（１０８）がＯＮになる。また、光センサー信号処理回路１０５において観察部位へ到達した（状態３）と判断した場合には、その旨の信号を出力し、スイッチ回路１０６では、その信号を受けて選択端子ＳＷ３（１０９）がＯＮになる。
【００７８】
チャージアンプ１０３で検出された電荷情報に基づく受信信号は、スイッチ回路１０６の切り替え先に基づいて、ＡＤ変換器１１０，１１１，１１２のいずれかに入力される。ＡＤ変換器１１０，１１１，１１２では、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。その変換された信号は、ＡＤ変換器１１０，１１１，１１２に対応する記憶装置１１３，１１４，１１５に入力され、記憶される。
【００７９】
演算処理回路１１６，１１７，１１８では、各状態で得られた受信信号（記憶装置１１３，１１４，１１５に格納されている信号）間の相関関数を求めることにより、状態１で得られたノイズ成分である定在波等の不要振動波成分を、状態２及び３の受信信号から除去することができる。
【００８０】
相関関数には、相互相関関数と自己相関関数がある。相互相関関数を用いる場合を説明すると、２つの信号のうち一方の波形をτだけ遅延させたときのずらし量τの関数で、次式のように定義される。
【００８１】
【数１】
2006198240.tif 000003
【００８２】
［ｘ（ｔ）：状態ｍ（ｍは任意）での受信信号に基づく波形、ｙ（ｔ）：状態ｎ（ｎは任意）での受信信号に基づく波形］
相互相関関数Ｒxyを利用することで、２信号間の類似度を求めることができる。もし、２信号が完全に異なっているならば、τに関わらず相互相関関数Ｒxyは０に近づく。これにより定在波等の不要振動の成分を検出することができるので、この成分を除去することができる。なお、相互相関関数Ｒxyは、クロススペクトルの逆フーリエ変換により求めることができる。
【００８３】
また、自己相関関数を用いることもできる。自己相関関数は、波形ｘ（ｔ）とそれをτだけずらした波形ｘ（ｔ＋τ）を用いたずらし量τの関数で、次式のように定義される。
【００８４】
【数２】
2006198240.tif 000004
【００８５】
自己相関関数Ｒxxはτ＝０すなわち自身の積をとったときに最大値となり、波形が周期的ならば、自己相関関数も同じ周期でピークを示す。また、不規則信号では、変動がゆっくりならばτが大きいところで高い値となり、細かく変動するときはτが小さいところで高い値を示して、τ は変動の時間的な目安となる。これにより定在波等の不要振動の成分を検出することができるので、この成分を除去することができる。なお、パワースペクトルの逆フーリエ変換により自己相関関数を求めることができる。
【００８６】
なお、相関関数を用いる以外にも、状態ｍでの受信信号に基づく波形と状態ｎでの受信信号に基づく波形との差分を求めることにより、定在波等の不要振動成分を取り除くようにしてもよい。
【００８７】
演算処理回路１１６には、記憶装置１１３に格納された信号（状態１での受信信号）と記憶装置１１４に格納された信号（状態２での受信信号）とが入力される。演算処理回路１１６では、２信号間の相関を求めるか、または差分を求めることにより、不要振動成分を状態２での受信信号から取り除く。
【００８８】
演算処理回路１１７には、記憶装置１１４に格納された信号（状態２での受信信号）と記憶装置１１５に格納された信号（状態３での受信信号）とが入力される。演算処理回路１１７でも同様に、２信号間の相関を求めるか、または差分を求めることにより、状態３での受信信号から状態２での受信信号を取り除くができる。これにより、同時に不要振動成分も取り除くことができる。
【００８９】
演算処理回路１１８では、演算処理回路１１６及び１１７で得られた信号の和を算出する。これにより管腔壁の輪郭画像（管腔壁の表面凹凸情報）と断層画像（深さ方向の情報）が同時に得られる。なお、相関関数を用いて演算処理回路１１６及び１１７で得られた信号の相関を求めても良い。
【００９０】
操作部１２３は、スイッチ回路１１９の切り替えを操作するためのものである。操作部１２３を操作することによりスイッチ回路１１９のスイッチの切り替えて、出力したい状態の画像を選択することができる。すなわち、選択端子Ｑ１（１２０）が選択された場合には、演算処理回路１１６で演算処理された信号を画像変換器１２４へ出力することができる。また、選択端子Ｑ２（１２１）が選択された場合には、演算処理回路１１８で演算処理された信号を画像変換器１２４へ出力することができる。また、選択端子Ｑ３（１２２）が選択された場合には、演算処理回路１１７で演算処理された信号を画像変換器１２４へ出力することができる。
【００９１】
画像変換器１２４に入力される前の信号は時間軸信号であるが、この信号は画像変換器１２４を介することで、画像信号へ変換される。そして、このようにして得られた画像信号がモニタ４−１に出力され、モニタ４−１に超音波診断画像が表示される。
【００９２】
以上より、静電容量型超音波振動子を用いることとにより、超音波振動子が体腔内壁に対して接触及び非接触の両方の状態で、超音波の送受信が可能であり、かつ、この状態を検知することにより、それぞれの状態で受信した超音波の受信信号を対応したチャンネルに伝送することができる。
【００９３】
従来のような接触固定して断層像を得ることが出来るのに加え、「非接触診断」が可能になる。「非接触診断」は体腔内を挿通している最中にも、管腔壁表面の組識形状情報が得られる。つまり、従来の超音波診断では不可能だった超音波診断が可能になる。
【００９４】
また、各状態で得られた受信信号間での相関または差分を求める信号処理を行うことにより、不要な振動である定在波成分（ノイズ成分）を除去することができる。したがって、従来よりも鮮明な超音波診断画像を得ることができる。
【００９５】
また、ノイズ成分である定在波等の不要振動成分を超音波診断画像より除去することができるため、クリアな画像信号を得ることができる。それにより、体腔内壁に非接触の状態で超音波診断画像を撮影した場合でも、はっきりとした体腔内壁の輪郭形状が表された超音波診断画像を得ることができる。
【００９６】
また、各状態での受信信号を組み合わせて信号処理を行うことにより、体腔内壁の輪郭画像及び生体組織断層画像を得ることができる。
また、光センサ等の検知手段を用いることにより、超音波振動子が体腔内壁に接触しているか否かの検知を行うことができるため、超音波振動子の状態を検知することができる。
【００９７】
なお、本実施形態では体腔内壁の輪郭画像及び生体組織断層画像を得るためにラジアルタイプの静電容量型超音波振動子を用いたが、定在波等の不要振動成分の除去に関しては、コンベックスタイプでもリニアタイプ等でも採用することができる。また、超音波振動子の状態を検知するのに本実施形態では光センサを用いたが、体腔内壁に接触しているか否かの検知に関しては、例えば、圧力センサを用いても良い。また、本実施形態では、定在波等の不要振動成分のみを静電容量型振動子で感知するために、超音波無響セル内で超音波を放射したが、これに限定されずに、超音波の反射しない無響環境であればよい。
【００９８】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、光センサを用いて超音波振動子が体腔内壁に接触しているか否かを検知したが、本実施形態では、受信した超音波の周波数の相違により音波振動子が体腔内壁に接触しているか否かを検知する場合について説明する。
【００９９】
図１１は、本実施形態における超音波振動子を対象物に接触させた場合と接触させない場合での周波数特性を示したグラフである。このグラフの縦軸は相対振幅（縦軸の値の最大値で除した（規格化した）ときの値）、横軸は周波数を示す。
【０１００】
１３０は、超音波振動子を対象物に非接触にした状態での周波数特性を示す。１３１は、超音波振動子を対象物に非接触にした状態（曲線１３０）でのピーク周波数（ｆc_非接触）を示す。１３２は、超音波振動子を対象物に接触させた状態での周波数特性を示す。１３３は、超音波振動子を対象物に接触状態（曲線１３２）でのピーク周波数（ｆc_接触）を示す。
【０１０１】
このグラフから対象物、すなわち体腔内の器官壁面に接触状態にあるか非接触状態にあるかにより放射される超音波の周波数特性に大きな差がある。このような接触／非接触による周波数特性の変化について、例えば、非特許文献２の図４に記載されている。この非特許文献２によると、（１）メンブレンから見た音響負荷（水／空気）の音響インピーダンスの違い、（２）メンブレン背面にあるキャビティの内圧が音響負荷（水／空気）によって異なる、（３）高周波超音波が空気中に放出されにくい、という理由から接触／非接触による周波数特性の変化が生じる旨が記載されている。
【０１０２】
したがって、ｆc_接触とｆc_非接触との間に閾値を設けることで、その閾値を境にしていずれの状態（曲線１３０または曲線１３２）であるかということを判別することができる。
【０１０３】
図１２は、本実施形態における体腔内超音波診断システムの内部構成の概要を示す。同図は、図１０から光センサ１０２と光センサー信号処理回路１０５とを取り除いて、その代わりにローパスフィルタ１２５と検波器１２６を追加したものである。
【０１０４】
チャージアンプ１０３で検出された電荷情報に基づく信号は、ローパスフィルタ１２５に入力される。ローパスフィルタ１２５では、予め設定された閾値より低い周波数の信号を通過させるものである。よって、ローパスフィルタ１２５を通過する信号は超音波振動子を対象物に非接触にした状態での受信信号であり、通過できない信号は超音波振動子を対象物に接触させた状態での受信信号であることを判別することができる。
【０１０５】
検波器１２６は、ローパスフィルタ１２５から出力された信号（交流信号）を検波して、スイッチ回路１０６を駆動させるための直流信号に変換するものである。超音波受信信号が低周波数の場合にはローパスフィルタ１２５を通過して、その超音波受信信号が検波器１２６に入力され、ＡＣ／ＤＣ変換が行われる。超音波受信信号が高周波数の時はローパスフィルタ１２５でカットされるので、検波器１２６には超音波受信信号が入力されず、したがって検波器１２６からの出力もない。また、図８で、超音波無響セル７０内での受信信号は低レベルのノイズ以外に観測されないので、検波器１２６からの出力はこの場合にもない。したがって、検波器１２６からの出力は、キャリブレーション信号検出時（図８）はゼロ、管腔内挿入時（図９（ａ））は、高レベル出力、接触固定時（図９（ｂ））は低レベル出力となる。この検波出力の差異によってスイッチ回路１０６のスイッチをＳＷ１（１０７）→ＳＷ２（１０８）→ＳＷ３（１０９）と切り替え、上記各状態での受信信号をＡＤ変換器１１０，１１１，１１２に伝送する。その後の動作は第１の実施形態と同様である。
【０１０６】
以上より、周波数特性の相違を判別することにより、体外か、または超音波振動子が体腔内にあり内壁に接触しているか非接触かの検知を行うことができるため、超音波振動子の状態を検知することができる。
【０１０７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、各状態で得られた超音波受信信号に基づく信号処理のバリエーションについて説明する。
【０１０８】
図１３は、本実施形態における複数パターンの信号処理を行う演算制御回路１５０を示す。演算制御回路１５０は、図１０の演算処理回路（１１６，１１７，１１８）及びスイッチ回路１１９に相当する回路群である。
【０１０９】
演算制御回路１５０は、分配器１５１，１５２，１５３、演算処理回路１５４，１５５，１５６，１５７，１５８，１５９、スイッチ回路１６１から構成される。分配器１５１，１５２，１５３は、対応する記憶装置１１３，１１４，１１５から出力された信号を各演算処理回路へ分配するものである。演算処理回路１５４〜１５９では、入力された２つの受信信号の相関、差、または和を算出するものである。
【０１１０】
第１または第２の実施形態において、光センサー信号処理回路１０５（図１０）または検波器（図１２）から出力されたスイッチ制御信号１４１がスイッチ回路１０６に入力されると、上述の通り、そのスイッチ制御信号１４１の情報に基づいてスイッチが切り替わる。
【０１１１】
そうすると、チャージアンプ１０３で検出された電荷情報に基づく信号（受信信号１４０）は、スイッチ回路１０６の切り替え先に基づいて、ＡＤ変換器１１０，１１１，１１２のいずれかに入力される。ＡＤ変換器１１０，１１１，１１２では、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。その変換された受信信号１４０は、変換器１１０，１１１，１１２に対応する記憶装置１１３，１１４，１１５に入力され、記憶される。
【０１１２】
その後、操作者は、操作部１２３を用いて、受信信号をどのような態様で表示させるかを選択する。そうすると、操作部１２３からスイッチ制御信号１４５が出力され、スイッチ回路１６１に入力される。スイッチ回路１６１では、スイッチ制御信号１４５に基づいて、選択端子１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ，１６１ｅ，１６１ｆ，１６１ｇ，１６１ｈ，１６１ｉのいずれかがＯＮになる。そうすると、ＯＮになった選択端子に接続された演算処理回路が動作することになる。
【０１１３】
また、操作部１２３からの信号に基づいて、記憶装置制御信号１４２，１４３，１４４が発生する。記憶装置１１３では、記憶装置制御信号１４２を受信した場合、格納されている状態１の受信信号（以下、Ｓ１という）を分配器１５１に出力する。記憶装置１１４では、記憶装置制御信号１４３を受信した場合、格納されている状態２の受信信号（以下、Ｓ２という）を分配器１５２に出力する。記憶装置１１５では、記憶装置制御信号１４４を受信した場合、格納されている状態３の受信信号（以下、Ｓ３という）を分配器１５３に出力する。
【０１１４】
そうすると、各記憶装置１１３〜１１５から出力された信号が演算処理回路で演算処理され、スイッチ回路１６１を通って、演算処理信号１４６として出力され、画像変換器１２４へ入力されることになる。その後は、第１の実施形態と同様である。
【０１１５】
次に各選択端子１６１がＯＮになった場合の各演算処置について説明する。
（ケース１）選択端子１６１ａがＯＮになった場合、分配器１５１から出力された信号Ｓ１が演算処理信号１４６として出力される。
【０１１６】
（ケース２）選択端子１６１ｄがＯＮになった場合、分配器１５２から出力された信号Ｓ２が演算処理信号１４６として出力される。
（ケース３）選択端子１６１ｉがＯＮになった場合、分配器１５３から出力された信号Ｓ３が演算処理信号１４６として出力される。
【０１１７】
（ケース４）選択端子１６１ｂがＯＮになった場合、分配器１５１，１５２から出力された信号Ｓ１，Ｓ２が演算処理回路１５４に入力される。演算処理回路１５４では、信号Ｓ４を生成するため、Ｓ４＝Ｓ２−Ｓ１の演算処理を行う。そして、生成された信号Ｓ４が演算処理信号１４６として出力される。
【０１１８】
（ケース５）選択端子１６１ｆがＯＮになった場合、分配器１５１，１５３から出力された信号Ｓ１，Ｓ３が演算処理回路１５５に入力される。演算処理回路１５５では、信号Ｓ５を生成するため、Ｓ５＝Ｓ３−Ｓ１の演算処理を行う。そして、生成された信号Ｓ５が演算処理信号１４６として出力される。
【０１１９】
（ケース６）選択端子１６１ｈがＯＮになった場合、分配器１５２，１５３から出力された信号Ｓ２，Ｓ３が演算処理回路１５６に入力される。演算処理回路１５６では、信号Ｓ６を生成するため、Ｓ６＝Ｓ３−Ｓ１の演算を行う。そして、生成された信号Ｓ６が演算処理信号１４６として出力される。
【０１２０】
（ケース７）選択端子１６１ｃがＯＮになった場合、演算処理回路１５４，１５５で生成された信号Ｓ４，Ｓ５が演算処理回路１５７に入力される。演算処理回路１５７では、信号Ｓ７を生成するため、Ｓ７＝Ｓ４＋Ｓ５の演算を行う。そして、生成された信号Ｓ７が演算処理信号１４６として出力される。
【０１２１】
（ケース８）選択端子１６１ｅがＯＮになった場合、演算処理回路１５５，１５６で生成された信号Ｓ５，Ｓ６が演算処理回路１５８に入力される。演算処理回路１５８では、信号Ｓ８を生成するため、Ｓ８＝Ｓ５＋Ｓ６の演算を行う。そして、生成された信号Ｓ８が演算処理信号１４６として出力される。
【０１２２】
（ケース９）選択端子１６１ｇがＯＮになった場合、演算処理回路１５４，１５６で生成された信号Ｓ４，Ｓ６が演算処理回路１５９に入力される。演算処理回路１５９では、信号Ｓ９を生成するため、Ｓ９＝Ｓ４＋Ｓ６の演算を行う。そして、生成された信号Ｓ９が演算処理信号１４６として出力される。
【０１２３】
ここで、各演算処理について詳述する。Ｓ１は、例えば、図８（状態１）における超音波無響セル７０での測定データ（これは、超音波送信にともなって発生する振動子（駆動信号も含む）由来のノイズやゆらぎに関するノイズデータであって、振動子由来のノイズの中には、ｃ−ＭＵＴ特有の面内横波伝播に関係するクロストーク振動波や定在波が含まれているものである。
【０１２４】
Ｓ２は、図９（ａ）（状態２）における体腔内を挿通している最中の受信超音波データであって、空中超音波を用いて非接触で体腔内の管腔壁からの表面反射信号に相当するものである。この信号の中にも、振動子（駆動信号も含む）由来のノイズやゆらぎに関するノイズ信号が含まれている。従って、「Ｓ４＝Ｓ２−Ｓ１」という演算で、このノイズ信号を除去することが可能となる。
【０１２５】
次に、Ｓ３は、図９（ｂ）（状態３）における振動子を管腔壁表面に接触固定した場合における深部診断測定情報を含むデータであって、深部反射信号に相当するものである。この信号の中には、Ｓ１とＳ２の信号成分が含まれている。この場合、Ｓ１信号はノイズ信号なので、除去することが必要であるため、「Ｓ５＝Ｓ３−Ｓ１」という演算になる。
【０１２６】
一方、Ｓ２信号にもノイズ信号が含まれているので、「Ｓ６＝Ｓ３−Ｓ２」の演算でも良い場合もあるが、同時にＳ３に含まれている管腔壁からの表面反射信号をも除去することになってしまう。この様な信号処理は、一方で生体の管腔壁表面の組識情報を失うという欠点もあるが、他方で、管腔壁表面の組識情報を削除することによって、深部診断像を見やすくするという長所もある。この様に、「Ｓ５＝Ｓ３−Ｓ１」を使うか、「Ｓ６＝Ｓ３−Ｓ２」を使うかは操作者の裁量に委ねられる。このため、診断の自由度を向上させることにつながる。
【０１２７】
なお、「Ｓ７＝Ｓ４＋Ｓ５」は、ノイズを除去した管腔壁からの表面反射信号とノイズを除去した深部診断信号とを加算したもので、これによって、表面から深部までムラなく診断が出来る。また、「Ｓ８＝Ｓ５＋Ｓ６」及び「Ｓ９＝Ｓ４＋Ｓ６」についても各種の信号の利点を備えた画像をえることができる。
【０１２８】
ところで、操作者は元の信号はどうであったか、ということにも関心がある場合があり、単独の信号Ｓ１、Ｓ２，Ｓ３も選択して検知出来ることが、スイッチ回路１６１の配設によって可能となる。本実施形態には演算処理信号１４３の以降の信号処理について詳しくは述べていないが、例えば呈示装置２３であるモニター画面に、別々のウィンドウで表示することが可能となる。
【０１２９】
また、本実施形態では、演算処理装置１５４，１５５，１５６において、入力された２信号間の差を算出したが、第１の実施形態と同様に、相関関数（相互相関、自己相関）を用いても良い。
【０１３０】
さらに、ドップラー信号制御、ハーモニックイメージングに静電容量型超音波振動子は対応可能で、本発明による超音波診断システムを適用することが可能である。
以上より、操作者の選択により、各状態で得られた超音波受信信号に基づいて様々なパターンの信号処理を行うことができる。これにより、生成される超音波診断画像もその信号処理に対応した特徴を備えることができるので、多面的に診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】第１の実施形態における体腔内超音波診断システムの概要を示す図である。
【図２】第１の実施形態における本実施形態における超音波内視鏡スコープ２の外観構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態における静電容量型ラジアル走査アレイ超音波振動子の構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態における２次元アレイ振動子２０の断面斜視図である。
【図５】第１の実施形態における振動子ユニット３２単体の上面図である。
【図６】第１の実施形態における振動子エレメント３３単体の上面図である。
【図７】図６のＡａ−Ａｂについての断面図である。
【図８】第１の実施形態における超音波無響セル７０を示す図である。
【図９】第１の実施形態における超音波振動子６を体腔内に挿入した場合を示す図である。
【図１０】第１の実施形態における体腔内超音波診断システムの内部構成の概要を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における超音波振動子を対象物に接触／非接触したときの周波数特性を示す図である。
【図１２】第２の実施形態における体腔内超音波診断システムの内部構成の概要を示す図である。
【図１３】第３の実施形態における複数パターンの信号処理を行う演算制御回路１５０を示す図である。
【図１４】従来のｃ−ＭＵＴを示す図である。
【図１５】図１４のｃ−ＭＵＴを用いた場合、メンブレンに定在波が発生した様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１      体腔内超音波診断システム
２      超音波内視鏡スコープ
２−１  静電容量型超音波振動子
３      信号処理部
３−１  記憶制御手段
３−２  記憶手段
３−３  演算手段
２００  画像処理部
２００−１  画像構築手段
３−５  振動子状態判別手段
３−５ａ  状態検知手段
３−５ｂ  検知情報判別手段
４      表示手段
４−１  モニタ
５      挿入部
６      静電容量型ラジアルセクタ走査アレイ超音波振動子
７      湾曲部
８      可撓管部
９      操作部
１０    ユニバーサルコード
１１    スコープコネクタ
２０    ２次元アレイ振動子
２１    送受信回路
２２    同軸ケーブルバンドル
３１    配線用ＦＰＣ
３２    振動子ユニット
３３    振動子エレメント
３４    制御回路ユニット
４０，４８，４９    振動子セル電極間インターコネクト電極
４１    上部電極
４２    キャビティ周縁部
４３    犠牲層剤除去孔
４４    下部電極スルーホール電極部
４５    ダイシングライン
４６    振動子エレメント間溝
４７    振動子ユニット配列方向溝
５０    セル
５１    キャビティ
５２    メンブレン下層
５４    メンブレン上層
５５    接地電極パッド
５６    信号入出力端子電極パッド
５７    誘電体膜
５８    メンブレン支持部
５９    インターコネクト配線
６０    空乏層
６１    シリコン基板
６２    シリコン酸化膜
６３    下部電極
７０    超音波無響セル
３００  超音波内視鏡観測装置
１０１  静電容量型超音波振動子
１０２  光センサ
１０３  チャージアンプ
１０４  パルサー（パルス発生回路）
１０５  光センサー信号処理回路
１０６  スイッチ回路
１１０，１１１，１１２  ＡＤ変換器
１１３，１１４，１１５  記憶装置
１１６，１１７，１１８  演算処理回路
１１９  スイッチ回路
１２３  操作部
１２４  画像変換器
１２５  ローパスフィルタ
１２６  検波器
１５０  演算制御回路
１５１，１５２，１５３  分配器
１５４，１５５，１５６，１５７，１５８，１５９  演算処理回路
１６１  スイッチ回路
【図１】
2006198240.tif 000005
【図７】
2006198240.tif 000006
【図１０】
2006198240.tif 000007
【図１１】
2006198240.tif 000008
【図１２】
2006198240.tif 000009
【図１３】
2006198240.tif 000010
【図１５】
2006198240.tif 000011
【図２】
2006198240.tif 000012
【図３】
2006198240.tif 000013
【図４】
2006198240.tif 000014
【図５】
2006198240.tif 000015
【図６】
2006198240.tif 000016
【図８】
2006198240.tif 000017
【図９】
2006198240.tif 000018
【図１４】
2006198240.tif 000019