(57)【要約】【課題】出力する超音波の音圧の増大と超音波反射波の受信効率の向上とを両立させることができる超音波画像診断装置を提供する。【解決手段】薄膜と基盤が空隙を挟んで設けられ、前記薄膜の振動により前記超音波を送波する一方、前記超音波反射波の受波による前記薄膜の振動を電気信号のエコー信号に変換する複数のＣ・ＭＵＴ素子と、超音波反射波の受信期間Ｔに、被検体の近距離部位で反射した超音波反射波を受波する近距離受信期間Ｒｓから、遠距離部位で反射した超音波反射波を受信する遠距離受信期間Ｒｅへ行くに従って電圧が漸次高くなる可変バイアス電圧Ｖｐを、Ｃ・ＭＵＴ素子に与える制御手段と、を具備している。【選択図】  図１
2006122344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、
薄膜と基盤が空隙を挟んで設けられ、前記薄膜の振動により前記超音波を送波する一方、前記超音波反射波の受波による前記薄膜の振動を電気信号のエコー信号に変換する複数の静電容量結合型超音波振動子と、
前記超音波反射波の受信期間に、前記被検体の近距離部位で反射した超音波反射波を受波する近距離受信期間から、遠距離部位で反射した超音波反射波を受信する遠距離受信期間へ行くに従って電圧が漸次高くなる可変バイアス電圧を、前記薄膜と基盤の間に印加する制御手段と、
を具備していることを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記送信期間中に前記薄膜を振動させるために印加されるパルス電圧および前記受信期間中に印加される前記可変バイアス電圧を発生させるバイアス発生回路と、
前記送信期間に前記バイアス発生回路から前記パルス電圧を出力させる送信制御信号を出力する一方、前記受信期間に上記バイアス発生回路から前記可変バイアス電圧を出力させる送信制御信号を出力する送信制御手段と、
この送信制御信号を出力する送信制御手段からの送信制御信号を受けて前記パルス電圧と可変バイアス電圧を前記薄膜と基盤の間に選択的に印加する送信回路と、
を具備していることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項３】
前記送信制御手段は、前記受信期間に印加される前記可変バイアス電圧に、前記パルス電圧の周波数成分を含まないように前記送信制御信号を出力する手段を、具備していることを特徴とする請求項２記載の超音波画像診断装置。
【請求項４】
前記静電容量結合型超音波振動子は、その複数個が基板上に列状に配設されてアレイ素子に構成され、さらに、このアレイ素子の複数個がスキャン方向に並設されて二次元アレイ素子に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
【請求項５】
前記バイアス発生回路は、前記全アレイ素子に電気的に接続され、
前記送信回路は上記各アレイ素子毎に電気的に接続され、
前記送信回路制御手段は、上記アレイ素子をそのスキャン方向に電子走査するための送信制御信号を出力する手段を備えていることを特徴とする請求項４記載の超音波画像診断装置。
【請求項６】
前記送信制御手段は、上記エコー信号を増幅する増幅器の利得を制御する操作卓の利得操作具の手動操作に応じて前記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
【請求項７】
前記送信制御手段は、前記パルス電圧の送信周波数を制御する操作卓の周波数操作具の手動操作に応じて前記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
【請求項８】
被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、
薄膜と基盤が空隙を挟んで設けられ、前記薄膜の振動により上記超音波を送波する一方、上記超音波反射波の受波による前記薄膜の振動を電気信号のエコー信号として受信する静電容量結合型超音波振動子と、
前記受信期間においては、前記薄膜を緊張させるように前記薄膜と基盤の間にバイアス電圧を印加し、前記送信期間においては、前記薄膜を振動させて超音波を発生させるように前記薄膜と基盤の間にパルス電圧を印加すると共に前記受信期間におけるバイアス電圧よりも小さなバイアス電圧を印加する制御手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、
薄膜と基盤が空隙を挟んで設けられ、前記薄膜の振動により上記超音波を送波する一方、上記超音波反射波の受波による前記薄膜の振動を電気信号のエコー信号として受信する静電容量結合型超音波振動子と、
前記受信期間においては、前記薄膜を緊張させるように前記薄膜と基盤の間にバイアス電圧を印加し、前記送信期間においては、前記バイアス電圧を打ち消すような波形のパルス電圧を前記薄膜と基盤の間に印加する制御手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子として、Ｃ・ＭＵＴ（Capacitive Micromachining Ultrasound Transducers、静電容量型超音波振動子）素子を使用する超音波画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波画像診断装置の超音波振動子として、Ｃ・ＭＵＴ素子（静電容量結合型超音波振動子）を使用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＣ・ＭＵＴ素子は、シリコン等の基板上で対向配置された一対の電極膜間に、ＤＣ（直流）バイアス電圧が印加され、これに、電気信号の所要周波数の駆動パルスが重畳して印加されると、これら一対の電極膜間の静電容量が変動し、一方の電極膜が振動して所要周波数の超音波が送波される。図１７はこのＣ・ＭＵＴ素子に送信されて駆動する駆動信号の送信波形ＴａとそのＤＣバイアス電圧Ｖａとを示しており、このＤＣバイアス電圧Ｖａは、例えば約８０Ｖ程度で一定に固定されている。
【０００３】
また、Ｃ・ＭＵＴ素子は、一方の電極膜により超音波の反射波（エコー波）が受波されると、これを電気信号のエコー信号に変換する機能を有する。すなわち、Ｃ・ＭＵＴ素子は、超音波を電気信号に可逆的に変換可能である。
【０００４】
そして、Ｃ・ＭＵＴ素子は、そのＤＣバイアス電圧を制御することにより、一対の電極膜間の静電容量を変化させて共振周波数を適宜制御することができる。しかし、この共振周波数帯域は狭いので、従来はＣ・ＭＵＴ素子のＤＣバイアス電圧を共振周波数以外の周波数帯域を使用する値に設定して、超音波周波数の広帯域化を図っている。
【特許文献１】米国特許第６，４４３，９０１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般にＣ・ＭＵＴ素子は、ＰＺＴ等の超音波圧電素子に比して超音波の音圧が小さいという課題を有する。
【０００６】
そこで、Ｃ・ＭＵＴ素子の一対の電極膜に印加するＤＣバイアス電圧を高くし、または、このＤＣバイアス電圧に重畳して与える駆動パルスの振幅を増幅させることにより、超音波の音圧を増大させることが考えられる。
【０００７】
また、ＤＣバイアス電圧を高くすることにより、Ｃ・ＭＵＴ素子の超音波受信感度ないし受信効率を向上させることができる。
【０００８】
しかし、Ｃ・ＭＵＴ素子のＤＣバイアス電圧と、駆動パルスの振幅が過大である場合には、振動する一方の電極膜の振幅が過大になって他方の電極膜に衝当して破損する場合がある。
【０００９】
このために、ＤＣバイアス電圧は駆動パルスの振幅に応じて低減しておくことが必要である。すなわち、従来のＣ・ＭＵＴ素子の駆動方法では、超音波の大きな音圧とエコー波受信効率の向上とを両立することは困難であるという課題がある。
【００１０】
また、ＤＣバイアス電圧を例えば階段状等急激に高める場合には、エコー受信期間等意図しないときに超音波が送波されて２重像を発生させる場合がある。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、出力する超音波の音圧の増大と超音波反射波の受信効率の向上とを両立させることができる超音波画像診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、図８の特性曲線Ａに示すようにＣ・ＭＵＴ素子のＤＣバイアス電圧の上昇に伴って超音波反射波エコー信号の受信効率が指数関数的に上昇する点に着目してなされたものであり、エコー波受信期間にＣ・ＭＵＴ素子に印加されるＤＣバイアス電圧を、近距離受信期間から遠距離受信期間へ行くに従って漸次高める点に特徴があり、次のように構成される。
【００１３】
請求項１に係る発明は、被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、直流バイアス電圧が印加されて駆動し、駆動パルスを受信して上記超音波を送波する一方、上記超音波反射波を受波して電気信号のエコー信号に変換する複数の静電容量結合型超音波振動子と、上記超音波反射波の受信期間に、上記被検体の近距離部位で反射した超音波反射波を受波する近距離受信期間から、遠距離部位で反射した超音波反射波を受信する遠距離受信期間へ行くに従って電圧が漸次高くな可変バイアス電圧を、上記静電容量結合型超音波振動子に与える制御手段と、を具備していることを特徴とする超音波画像診断装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、上記制御手段は、上記駆動パルスを作成するために必要な電位を有する駆動用バイアス電圧および上記受信期間中に印加される上記可変バイアス電圧を発生させるバイアス発生回路と、上記送信期間に上記バイアス発生回路から上記駆動用バイアス電圧を駆動パルスとして出力させる送信制御信号を出力する一方、上記受信期間に上記バイアス発生回路から上記可変バイアス電圧を出力させる送信制御信号を出力する送信制御手段と、この送信制御信号を出力する送信制御手段からの送信制御信号を受けて上記駆動パルスと可変バイアス電圧を上記静電容量結合型超音波振動子に選択的に与える送信回路と、を具備していることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、上記送信制御手段は、上記受信期間に印加される上記可変バイアス電圧に、上記駆動パルスの周波数成分を含まないように上記送信制御信号を出力する手段を、具備していることを特徴とする請求項２記載の超音波画像診断装置である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、上記静電容量結合型超音波振動子は、その複数個が基板上に列状に配設されてアレイ素子に構成され、さらに、このアレイ素子の複数個がスキャン方向に並設されて二次元アレイ素子に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、上記バイアス発生回路は、上記全アレイ素子に電気的に接続され、上記送信回路は上記各アレイ素子毎に電気的に接続され、上記送信回路制御手段は、上記アレイ素子をそのスキャン方向に電子走査するための送信制御信号を出力する手段を備えていることを特徴とする請求項４記載の超音波画像診断装置である。
【００１８】
請求項６に係る発明は、上記送信制御手段は、上記エコー信号を増幅する増幅器の利得を制御する操作卓の利得操作具の手動操作に応じて上記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置である。
【００１９】
請求項７に係る発明は、上記送信制御手段は、上記駆動パルスの送信周波数を制御する操作卓の周波数操作具の手動操作に応じて上記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、超音波反射波の受信期間中には、近距離受信期間から遠距離受信期間へ行くに従って電圧が漸次高くなる可変バイアス電圧が静電容量結合型超音波振動子の薄膜と基盤間に印加されるので、この近距離受信期間から遠距離受信期間までのエコー波の受信効率ないし受信感度の向上を図ることができる。
【００２１】
しかも、超音波送波の送信期間では、静電容量結合型超音波振動子のＤＣバイアス電圧を高くしないので、静電容量結合型超音波振動子に振幅の大きい駆動パルスを与えて超音波の音圧の増大を図っても、静電容量結合型超音波振動子が破損するのを有効に防止することができる。すなわち、超音波の音圧の増大とエコー波の受信感度ないし受信効率の向上とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。これら添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２３】
図２は本発明の第１実施形態に係る超音波画像診断装置１の全体構成を示すブロック図である。この図２に示すように超音波画像診断装置１は、プローブヘッド２００と、このプローブヘッド２００に信号ケーブル３００を介して電気的に接続された本体装置４００とを具備している。
【００２４】
プローブヘッド２００は、プローブ２０１、送信回路２０２、送信制御回路２０３、バイアス発生回路２０４、受信前置増幅器２０５、受信遅延加算回路２０６を具備し、これらを図示しないヘッドケース内に設けて一体に構成している。
【００２５】
一方、本体装置４００は、受信走査回路４０１、血流情報検出器４０２、振幅検出器４０３、データメモリ４０４、表示処理部４０５、表示モニタ４０６を具備しており、これらを図示しない本体ケース内に配設して一体に構成している。
【００２６】
図３は上記プローブ２０１の要部平面を示す模式図である。この図３に示すようにプローブ２０１は複数（例えば６４素子）のアレイ素子２１１，２１１，…をスキャン方向に並設して二次元アレイ素子に構成している。
【００２７】
各アレイ素子２１１はシリコン等の絶縁基板２２１に、平面形状が例えば円形等の複数のＣ・ＭＵＴ素子２３１，２３１，…を、図３中横方向のスライス方向と、図３中縦方向のスキャン方向に、それぞれ所要のピッチを置いて、例えば３行１２列にそれぞれ配設することにより構成されている。
【００２８】
各アレイ素子２１１は、絶縁基板２２１上に、複数のＣ・ＭＵＴ素子２３１同士を並列に電気的に接続する、図示しない配線導体を形成し、さらにこの配線導体を、各アレイ素子２１１毎に備えた送信回路２０２に電気的にそれぞれ接続している。各送信回路２０２は各Ｃ・ＭＵＴ素子２３１に、図１で示す送信信号２０２Ｓを各アレイ素子２１１毎に与える（送信する）ことにより各Ｃ・ＭＵＴ素子２３１を駆動して、超音波を出力させ、図示しない被検体に送波させるものである。
【００２９】
図４は各Ｃ・ＭＵＴ素子２３１の縦断面図である。この図４に示すように各Ｃ・ＭＵＴ素子２３１は、基盤であるシリコン等の絶縁基板２２１の図４中上面上に、基板側導電性薄膜２４１を形成し、さらに、この基板側導電性薄膜２４１上に、非導電性の窒化ケイ素製等の枠状の絶縁層２５１を形成し、この絶縁層２５１により囲まれた内方には、厚さが例えば１μｍ以下の平面形状が円形の空隙２６１を形成している。
【００３０】
さらに、この絶縁層２５１上には、空隙層２６１上にて、非導電性薄膜２７１を形成し、この非導電性薄膜２７１の上面上に、例えば１００μｍ以下の小円形の放射面側導電性薄膜２８１を蒸着等により一体に形成し、この放射面側導電性薄膜２８１と基板側導電性薄膜２４１との間には、送信回路２０２からの送信信号２０２Ｓが印加される。これにより、基板側と放電面側の導電性薄膜２４１，２８１間には相互に引き合う静電力が作用し、ＤＣバイアス電圧を制御することにより、これら導電性薄膜２４１，２８１間の静電力が変化するので、放電面側導電性薄膜２８１が非導電性薄膜２７１と一体となって振動し、放射面側導電性薄膜２８１から所要周波数の超音波が放射される。
【００３１】
また、放射面側導電性薄膜２８１の振動抵抗を低減するために、空隙２６１はほぼ真空に形成されている。
【００３２】
図１は上記送信回路２０２からＣ・ＭＵＴ素子２３１に与えられる駆動信号である送信信号２０２Ｓの電圧波形を示す波形図である。図１中、横軸は時間（ｓｅｃ）ｔを示し、縦軸は電圧（Ｖ）を示し、さらに、Ｔは例えば２００μｓｅｃの周期の超音波送信期間、Ｒは超音波反射波（エコー波）を受信する受信期間、Ｒｓは被検体の近距離部位で反射した超音波反射波を受信する近距離受信期間、Ｒｅは被検体の遠距離部位で反射した超音波反射波を受信する遠距離受信期間、ＮＲはノンレシーブ（非受信期間）をそれぞれ示している。
【００３３】
送信信号２０２Ｓの波形はバイアス電圧に、所要周波数の駆動パルスＭＰを一体に重畳することにより構成されている。この駆動信号パルスＭＰが出力される送信期間Ｔにおいては、バイアス電圧が例えば約８０Ｖ程度で最低であるが、バイアス電位よりも高電位側である上位側に立ち上がる上位側パルスＰｕと、同低電位側に立ち下がる下位側パルスＰｄとを１個ずつ有する。但し、これら上，下位側パルスＰｕ，Ｐｄは１個に限定されるものではなく、各々１個以上あればよく、または、その一方でもよい。
【００３４】
そして、この送信信号２０２Ｓは、その受信期間Ｒにて可変バイアス電圧Ｖｐの成分を有する。この可変バイアス電圧Ｖｐは近距離受信期間Ｒｓから遠距離受信期間Ｒｅへ行くに従ってバイアス電圧が漸次高くなるように時間に伴って変化する時間変化波形である。
【００３５】
このように構成された送信信号２０２Ｓは、送信制御手段の一例である送信制御回路２０３からの送信制御信号２０３Ｓと、バイアス発生回路２０４からのバイアス電圧２０４Ｓとを送信回路２０２により受けて作成される。
【００３６】
送信制御回路２０３は、図示しないクロック発生器、分周器、送信遅延回路、スイッチ回路を有し、クロック発生器で発生させたクロックパルスを、分周器により例えば５ＫＨｚ程度の所定周波数に分周して所定レートのレートパルスに落とし、これを送信遅延回路を通してパルサに与え、ここでアレイ素子２１１毎に定められた所定のタイミングの電圧パルスを作成し、これを送信制御信号２０３Ｓとして送信回路２０２に与えるものである。
【００３７】
バイアス発生回路２０４は、複数（例えば６４素子）のアレイ素子２１１に共通で使用されるものであり、図６で示す駆動用上位電圧ｂ１、可変バイアス電圧ｂ２、駆動用下位電圧ｂ３をそれぞれ発生して、送信回路２０２のバイアス選択手段である上位側の第１スイッチＳＷ１、可変側の第２スイッチＳＷ２、下位側の第３スイッチＳＷ３の各電源側にそれぞれ与えるものである。
【００３８】
図５中破線で示すように駆動用上位電圧ｂ１は、例えば約１２０Ｖ程度で一定であり、図１で示す上下一対の駆動パルスＭＰの上位側パルスＰｕの最大電位を与えるものである。また、駆動用下位電圧ｂ３は図５中一点鎖線で示すように例えば約４０Ｖ程度で一定であり、図１で示す駆動パルスＭＰの下位側パルスＰｄの電位を与えるものである。
【００３９】
そして、可変バイアス電圧ｂ２は、図５中実線で示すように駆動用上位電圧ｂ１と駆動用下位電圧ｂ３との間の電位において、時間的に変化する電圧であり、送信期間Ｔでは最も低電位である。また、可変バイアス電圧ｂ２は、近距離受信期間Ｒｓから遠距離受信期間Ｒｅへ行くに従って漸次電圧が高くなるように変化する。
【００４０】
図７は、送信制御信号２０３Ｓの波形図である。この送信制御信号２０３Ｓは送信制御回路２０３から送信回路２０２の上記第１〜第３スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ３にそれぞれ与えられて、これらスイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ３をオンパルス幅の時間だけにオン制御して送信信号２０２Ｓを作成し出力するスイッチ制御タイミングパルスである。
【００４１】
この送信制御信号２０３Ｓは、所定デューティ比のパルス幅の第１，第２，第３オンパルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有する。第１オンパルスＰ１は送信期間Ｔのみに、第１のスイッチ回路ＳＷ１を所定時間オンさせて駆動用上位電圧ｂ１を出力させ、これを駆動パルスＭＰ中の上位側パルスＰｕとしてアレイ素子２１１に送信させるための制御パルスである。
【００４２】
第２オンパルスＰ２は、第２のスイッチ回路ＳＷ２を送信期間Ｔのみオフにする一方、受信期間Ｒ中オンし、この受信期間Ｒ中可変バイアス電圧ｂ２を出力させ続ける制御用パルスである。
【００４３】
第３オンパルスＰ３は送信期間Ｔ中において、第１のオンパルスＰ１の次のタイミングで第３スイッチ回路ＳＷ３を所定時間オンさせて駆動用下位電圧ｂ３を出力させ、これを駆動パルスＭＰ中の下位側パルスＰｄとして出力させる制御用パルスである。
【００４４】
このように構成された送信制御信号２０３Ｓは、その第１〜第３オンパルスＰ１〜Ｐ３の出力タイミングを、アレイ素子２１１毎、例えば６４素子毎に所定時間ずつ遅延させた６４種類の信号に構成されて、各送信回路２０２から各アレイ素子２１１に与えられることにより、全アレイ素子２１１を図３中のスキャン方向に電子走査することができる。
【００４５】
次に、この実施形態に係る超音波画像診断装置１の作用を説明する。
【００４６】
図６に示すようにバイアス発生回路２０４からは図５で示す駆動用上位電圧ｂ１、可変バイアス電圧ｂ２、駆動用下位電圧ｂ３が送信回路２０２のバイアス選択手段である第１，第２，第３のスイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ３の電圧供給端子側に供給される。
【００４７】
一方、これら第１〜第３のスイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ３には、送信制御回路２０３から送信制御信号２０３Ｓが与えられる。
【００４８】
このために、送信期間Ｔ中のタイミングでは、送信制御信号２０３Ｓの第１オンパルス信号Ｐ１が第１スイッチ回路ＳＷ１に与えられ、これをオン（active）するので、図１で示す上位側駆動用パルスＰｕが出力される。この後、第３オンパルス信号Ｐ３が第３スイッチ回路ＳＷ３に与えられ、これをオンするので、下位側駆動パルスＰｄが出力される。
【００４９】
一方、受信期間Ｒ中は、図７に示すように送信期間Ｔ中のみオフとなり、これ以外の全受信期間Ｒ中はオンとなる第２オンパルス信号が第２スイッチ回路ＳＷ２に与えられ、これがオンとなるので、受信期間Ｒ中には、図５に示すように時間変化波形の可変バイアス電圧ｂ２が送信回路２０２から出力される。これら第１〜第３スイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ３のオン（active）期間は重複しないように制御され、いわゆるブレークビフォアメイク（Break before make）に構成され、これら複数のスイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ３が同時に導通して、Ｃ・ＭＵＴ素子２１１に過大電流が流れることを防止している。
【００５０】
そして、この送信回路２０２からは図１で示す波形の送信信号２０２Ｓが各Ｃ・ＭＵＴ素子２３１に与えられる。
【００５１】
このために、送信期間Ｔ中には、上位側駆動用パルスＰｕと下位側駆動用パルスＰｄが駆動パルスＭＰとしてＣ・ＭＵＴ素子２３１の放電面側と基板側の一対の導電性薄膜２８１，２４１間に与えられる。
【００５２】
これにより、放電面側導電性薄膜２８１が非導電性薄膜２７１と一体となって機械的に振動する。この送信期間Ｔが所定周期（例えば１５０μｓｅｃ）で繰り返すことにより、放電面側導電性薄膜２７１から所定周波数の超音波が所定周期で繰り返し出力され、図示しない被検体に送波される。
【００５３】
また、受信期間Ｒ中には、図１，図５で示す可変バイアス電圧ｂ２がＣ・ＭＵＴ素子２３１に印加される。
【００５４】
そして、バイアス発生回路２０４は各アレイ素子２１１で共通に使用される。さらに、送信制御信号２０３Ｓのスイッチオンのタイミングは独立に制御されることにより、アレイ素子２１１毎に所定のタイミングでＣ・ＭＵＴ素子２３１を駆動することにより、各アレイ素子２１１をスキャン方向に電子走査することができる。
【００５５】
こうして、被検体内に送波された超音波は、受信期間Ｒ中に、被検体内の異なる音響インピーダンスの境界で反射して、反射波（エコー波）としてＣ・ＭＵＴ素子２３１に受波されて、放射面側導電性薄膜２８１と非導電性薄膜２７１に応力を与え変位させる。
【００５６】
このときにも、放射面側と基板側の導電性薄膜２８１，２４１間には可変バイアス電圧ｂ２が印加されており、これら一対の導電性薄膜２８１，２４１の変位に応じた起電力を発生し、電気信号のエコー信号に変換されて前置増幅器２０５に入力される。
【００５７】
このエコー信号は前置増幅器２０５で前置増幅されると共に、信号源インピーダンスの影響が低減されてから受信遅延加算回路２０７に入力される。この受信遅延加算回路２０７ではエコー信号が部分的に遅延加算されてアレイ素子２１１の素子数よりも少ない数のエコー信号に変換されてからケーブル３００を介して本体装置４０１の受信走査回路４０１に入力される。
【００５８】
受信走査回路４０１は、各エコー信号を整相加算してビームフォーミングを行なうと共に、図示しない複数のデジタルビームフォーマにより複数の方向からの受信指向性を別々に形成するために、複数のビームフォーミング処理を行なう。
【００５９】
このために、指向性を有するエコー信号が生成され、このエコー信号が血流情報検出器４０２と振幅検出器４０３とに与えられる。
【００６０】
血流情報検出器４０２は、いわゆるカラードプライメージング（ＣＤＩ）を実現するユニットであり、エコー信号から周波数偏移を受けたドプラ信号を取り出し、さらに、このドプラ信号からＭＴＩフィルタで特定の周波数成分だけを通過させ、その通過した信号の周波数を自己相関器により求め、この周波数から演算部で平均速度、分散、パワーを演算する。
【００６１】
なお、ＭＴＩフィルタの通過帯域を調整することにより、主に被検体の血流を映像化する一般的なドプラモード（このモードによる画像データを血流ドプラ画像データと称する。）と、主に心筋等の臓器を映像化する組織ドプラモード（このモードによる画像データを組織ドプラ画像データと称する。）とを適宜切り替えることができる。これら画像データはデータメモリ４０４にそれぞれ与えられる。
【００６２】
一方、振幅検出器４０３は受信走査回路４０１からのエコー信号を検波して画像データとしてデータメモリ４０４に与える。
【００６３】
データメモリ４０４はこれら入力された画像データを記憶する。このデータメモリ４０４の記憶データは表示処理部４０５により表示モニタ４０６の表示タイミングで読み出され、図示しないＤ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換されてから表示モニタ４０６に与えられ、超音波画像として表示される。
【００６４】
したがって、この超音波画像診断装置１によれば、図１で示す送信信号２０２ＳによりＣ・ＭＵＴ素子２３１を駆動し、その送信期間Ｔには、このＣ・ＭＵＴ素子２３１に印加するＤＣバイアス電圧を最小に低減させているので、超音波の音圧を増大させるために駆動パルスの振幅を増大させた場合でも、Ｃ・ＭＵＴ素子２３１の放射面側導電性薄膜２８１およびこれと一体化されている絶縁性薄膜２７１が大きな振幅で他方の基板側導電性薄板２４１に衝当して破損するのを防止することができる。
【００６５】
また、この送信期間Ｔのバイアス電圧が最低であるので、駆動パルスＭＰの振幅を増大させることにより、超音波の音圧の増大を図ることができる。
【００６６】
さらに、このＣ・ＭＵＴ素子２３１に印加されるＤＣバイアス電圧は、図１に示すように送信期間Ｔ中よりも受信期間Ｒ中の方が高くなっているので、この受信期間Ｒ中に受信されるエコー信号の受信効率ないし受信感度を向上させることができる。
【００６７】
すなわち、図８の特性曲線Ａに示すようにバイアス電圧とエコー信号の受信効率との関係は、バイアス電圧の上昇に伴って受信効率が指数関数的に上昇する。例えば、バイアス電圧が１００Ｖの場合に比べて８０Ｖの場合では、−３０％〜４０％受信振幅が減少し、さらに、４０Ｖの場合には、−７０％〜８０％受信振幅が減少し、受信感度が低下する。つまり、受信期間Ｒでは、バイアス電圧を送信期間Ｔよりも高く設定しているので、受信効率ないし受信感度を向上させることができる。
【００６８】
しかし、送信期間Ｔ直後、すなわち、近距離受信期間Ｒｓでは、被検体の浅い箇所から反射する強力な反射波（エコー波）が受信されるので、この近距離受信期間Ｒｓにおけるバイアス電圧を遠距離受信期間Ｒｅの電圧よりも低くしている。これにより、近距離受信期間Ｒｓで受波される被検体の浅い部位からの反射波のエコー信号の受信感度が高くなり過ぎて飽和するのを未然に防止することができる。
【００６９】
これに対し、遠距離受信期間Ｒｅのバイアス電圧は、近距離受信期間Ｒｓのバイアス電圧よりも高いので、この遠距離受信期間Ｒｅにおける受信効率ないし受信感度を高めることができる。すなわち、遠距離受信期間Ｒｅで受波される被検体の深部からの超音波反射波の受信効率ないし受信感度を向上させることができる。
【００７０】
したがって、出力される超音波の音圧の増大と、超音波反射波の受信効率ないし受信感度の向上との両立を図ることができる。
【００７１】
また、図５に示すように、可変バイアス電圧ｂ２は、送信期間Ｔ直後、すなわち、近距離受信期間Ｒｓから遠距離受信期間Ｒｅに向けて緩かに変化し、図９の周波数スペクトラムの図中破線Ｂに示すように実線Ｃで示す駆動パルスＭＰの周波数帯域の周波数成分が含まれていないので、受信期間Ｒ中にＣ・ＭＵＴ素子２３１が駆動して不要な超音波が出力され、２重画像が発生するのを未然に防止することができる。
【００７２】
例えば図９で示す送信信号２０３Ｓの波形の場合はバイアス電圧の波形の変化の急峻さが１ＭＨｚ程度に収まり、駆動パルスＭＰの周波数３ＭＨｚに対して十分に離れた周波数成分だけを含むので、上記２重画像の起因をなす不要な超音波の出力を未然に防止することができる。
【００７３】
また、図９に示すように送信信号２０３Ｓの波形Ｃの周波数スペクトルがほぼ１ＭＨｚ〜５ＭＨｚの領域でほぼ平坦であり、広帯域であるので、エコー信号のＳＮ比の向上を広帯域に図ることができる。
【００７４】
図１０は本発明の第２の実施形態に係る送信信号２０２Ｓａの約半周期分の波形図、図１１はこの送信信号２０２Ｓａの送信期間Ｔおよびその周辺の部分拡大図、図１２はこの送信信号２０２Ｓａの駆動パルスＭＰの周波数特性を示す図、図１３はこの送信信号２０２Ｓａを受けてＣ・ＭＵＴ素子２３１から放射される超音波Ｓａの周波数特性を示す図である。
【００７５】
図１１に示すようにこの送信信号２０２Ｓａは図１で示す送信信号２０２Ｓに比して駆動パルスＭＰの上位側パルスＰｕを２個備え、下位側パルス信号Ｐｄは有しない。また、可変バイアス電圧ｂ２における上位側パルスＰｕの出力直前の遠距離受信期間Ｒｅの可変バイアス電圧ｂ２ａの電位Ｖｅを、駆動パルスＭＰの送信直後の近距離受信期間Ｒｓのバイアス電圧の電位Ｖｓよりも高くし、送信期間（Ｔ）には、このバイアス電圧Ｖｅを打ち消すような波形の上位側パルスＰｕを出力させるようにバイアス変化と駆動パルス波形を一体化した点に特徴がある。
【００７６】
この送信信号２０２Ｓａは例えば５ＭＨｚであり、これにより駆動されるＣ・ＭＵＴ素子２３１から出力される超音波波形の周波数分布は図１３に示すように例えば３ＭＨｚ〜６ＭＨｚでほぼ平坦に分布しているので、広帯域の超音波の送信が可能である。
【００７７】
ところで、本発明は、上記可変バイアス電圧ｂ２を、本体装置４００に設けた図示しない操作卓のＳＴＣ（Sensitive Time Control：受信感度調整）つまみや、送信出力（Gain）調整つまみ、送信周波数選択つまみの手動操作にそれぞれ連動して制御するように構成してもよくこれらによれば、その調整のダイナミックレンジを小さくして節電を図ることができる。
【００７８】
図１４はこのＳＴＣつまみの調整操作に連動して送信信号２０２Ｓｂの可変バイアス電圧ｂ２ｂを制御した場合の当該送信信号２０２Ｓｂの波形の一例を示す図である。
【００７９】
この送信信号２０２Ｓｂは、図１で示す送信信号２０２Ｓに比して、近距離受信期間Ｒｓのバイアス電圧を低下させて近距離での受信感度を低下させている点に特徴がある。このために、被検体の近距離部位で反射した強力な超音波反射波に基づくエコー信号が飽和するのを防止することができる。
【００８０】
図１５は送信出力調整つまみの調整操作に連動して送信信号２０２Ｓｃの可変バイアス電圧ｂ２ｃを制御した場合の当該送信信号２０２Ｓｃの波形の一例を示す図である。
【００８１】
この送信信号２０２Ｓｃは、図１で示す送信信号２０２Ｓに比して、送信出力の振幅を縮小し、駆動パルスＭＰ出力直後のバイアスｂ０を高くしている点に特徴がある。このために、近距離受信期間Ｒｓでの受信効率ないし受信感度を向上させることができる。
【００８２】
図１６は送信周波数選択つまみの選択操作に連動して送信信号２０２Ｓｄの可変バイアス電圧ｂ２ｄを制御した場合の当該送信信号２０２Ｓｄの波形の一例を示す図である。
【００８３】
この送信信号２０２Ｓｄは、その周波数を制御することにより、図１で示す送信信号２０２Ｓに比して、近距離受信時間Ｒｅにおけるバイアス電圧の立上りを急峻にしている点に特徴がある。このために、近距離受信期間Ｒｅにおける受信効率ないし受信感度を急峻に立上げ（向上）ることができる。このために、近距離受信期間Ｒｓにおいて急激に減衰するエコー波を高感度で受信することができる。
【００８４】
なお、上記実施形態では、バイアス発生回路２０４をプローブヘッド２００側に設けた場合について説明したが、このバイアス発生回路２０４を本体装置４００側に設けてもよい。これによれば、このバイアス発生回路２０４の電力損失による発熱分だけ、プローブヘッド２００側の発熱量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図２で示す送信回路から出力される送信信号のほぼ１周期分の電圧波形図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る超音波画像診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図３】図２で示すプローブの一部切欠平面図。
【図４】図３で示す静電容量結合型超音波振動子の縦断面図。
【図５】図１で示す送信信号のバイアス成分のほぼ１周期分の電圧波形図。
【図６】図２で示すバイアス発生回路と送信回路の構成を示すブロック図。
【図７】図２で示す送信制御回路から送信回路に与えられる送信制御信号のほぼ１周期分の電圧波形図。
【図８】Ｃ・ＭＵＴ素子のバイアス電圧と受信効率との相互関係を示すグラフ。
【図９】図１で示す送信信号のスペクトル図。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る送信信号のほぼ１周期分の電圧波形図。
【図１１】図１０の送信期間およびその周辺期間の部分拡大図。
【図１２】図１０の送信信号のスペクトル図。
【図１３】図１０の送信信号に基づいてＣ・ＭＵＴ素子から出力される超音波のスペクトル図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る送信信号のほぼ１周期分の電圧波形図。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る送信信号のほぼ１周期分の電圧波形図。
【図１６】本発明の第５実施形態に係る送信信号のほぼ１周期分の電圧波形図。
【図１７】従来の超音波画像診断装置のほぼ１周期分の電圧波形図。
【符号の説明】
【００８６】
１  超音波画像診断装置
２００  プローブヘッド
２０１  プローブ
２０２  送信回路
２０２Ｓ，２０２Ｓａ，２０２Ｓｂ，２０２Ｓｃ，２０２Ｓｄ  送信信号
２０３  送信制御回路
２０３Ｓ  送信制御信号
２０４  バイアス発生回路
ＭＰ  駆動パルス
ＶＰ，ｂ２  可変バイアス電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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