(57)【要約】【課題】操作性が良く信頼性の高い超音波探触子、及び該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供する。【解決手段】複数の無機圧電素子と、複数の有機圧電素子の出力を増幅する増幅器と、切替制御信号に応じて、対応する信号線を無機圧電素子、または増幅器の出力端子の何れか一つに接続する切替手段と、を有し、信号線を介して無機圧電素子を駆動する駆動信号と無機圧電素子、または増幅器からの受信信号を伝送するように構成されていることを特徴とする超音波探触子。【選択図】図２
2011050538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波探触子であって、
無機材料から成る複数の無機圧電素子と、
有機材料から成る複数の有機圧電素子と、
前記超音波を受信したそれぞれの前記有機圧電素子が発生する受信信号を増幅する複数の増幅器と、
超音波診断装置本体と接続するための複数の信号線への接続部をそれぞれ備えた切替手段を有し、
前記切替手段は、
前記無機圧電素子と前記接続部との間を接続する接続形態と、前記有機圧電素子と前記接続部との間を前記増幅器を介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記複数の信号線より多くの前記無機圧電素子と接続する場合であって、
前記無機圧電素子と前記切替手段との間に第２の切替手段を有し、
前記第２の切替手段は、
前記複数の無機圧電素子の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、前記複数の無機圧電素子の他の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記複数の信号線より多くの前記有機圧電素子と接続する場合であって、
前記有機圧電素子と前記増幅器との間に第３の切替手段を有し、
前記第３の切替手段は、
前記複数の有機圧電素子の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、前記複数の有機圧電素子の他の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記無機圧電素子と前記有機圧電素子は積層されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記有機圧電素子は、
フッ化ビニリデンの重合体、またはフッ化ビニリデン系コポリマを材料として成膜されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の超音波探触子。
【請求項６】
超音波を被検体の内部に送波し、反射波を受信して前記被検体の内部を映像化するように構成された超音波診断装置において、
請求項１から５の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記信号線を介して前記無機圧電素子または前記有機圧電素子を駆動する駆動信号を送信する送信手段と、
前記信号線を介して前記受信信号を受信する受信手段と、
前記切替手段の接続形態を切り替える切替制御信号を送信し、前記切替手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
設定に応じて前記切替制御信号を送信し、前記切替手段の接続を切り替えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波し、前記無機圧電素子が受信した該被検体から反射した反射波に含まれる前記駆動信号の基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第１のモードと、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波した後、前記切替手段を切り替えて、前記有機圧電素子が受信し前記増幅器が増幅した該被検体から反射した反射波に含まれる前記基本周波数以外の非基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第２のモードと、
を設定可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子、及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、及び産婦人科系などで広く利用されている。
【０００３】
従来、このような超音波診断装置では、超音波の非線形な伝播により生じる高調波成分を取りだし、この高調波成分に基づいて超音波画像を生成し、表示するハーモニックイメージング（ＨＩ）法と呼ばれている手法が用いられてきた。
【０００４】
上記ハーモニックイメージングは、超音波の受信信号に含まれる高調波成分を検出して、映像化する手法であり（例えば５ＭＨｚの超音波を送信し、１０ＭＨｚの高調波でイメージング）、微小気泡よりなる超音波造影剤をより効率的に検出することを目的として開発された。
【０００５】
微小気泡は強い非線形散乱特性を有しており、その散乱信号は生体組織と比べて大きな高調波成分を含んでいる。そこで、この高調波成分のみを検出することにより、通常（基本波）では周囲組織からのエコーに埋もれてしまような微小な血流（パフュージョン）の映像化が可能となる。
【０００６】
ハーモニックイメージングに用いるアレイ型超音波探触子の具体的な構造として、送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子が提案されている。
【０００７】
このようなアレイ型超音波探触子に用いられる受信用圧電素子は、高調波信号を高感度で受信できることが望ましい。しかしながら、ジルコン酸チタン酸鉛等無機圧電素子を材料とした圧電素子の送受信周波数は圧電素子の厚さに依存するため、受信する周波数が高周波になるほど圧電素子を小型に加工する必要があり、製造が困難であった。
【０００８】
このような問題を解決するため、シート状の圧電セラミックを単層または積層した構造の送信用圧電素子と受信用のシート状の圧電素子を単層または積層させ、送信と受信を別々の圧電素子に分離するとともに、受信用に高感度有機圧電材料を使用することにより高感度な超音波探触子を得る方法が提案されている（特許文献１、２、３参照）。
【０００９】
一方、このような有機材料から成る圧電素子は、出力インピーダンスが高いため、インピーダンスマッチングをとることが難しい。そのため、非特許文献１では、増幅器を圧電素子の近くに配置し、圧電素子の受信信号を増幅器で増幅してからＡ／Ｄ変換することにより、寄生容量の除去とノイズの混入を低減する構成が開示されている（非特許文献１参照）。
【００１０】
また、複数の振動子を配列させたフェーズド・アレイ・タイプのプローブを用い、奇数番目の振動子を基本波成分の送受信用に、偶数番目の振動子を高調波成分の受信用にそれぞれ割り当てる方法が開示されている（例えば、特許文献４、５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１８８４１５号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１４５０７３号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００８／０１０５０９号パンフレット
【特許文献４】特開２００４−６２０号公報
【特許文献５】特開平８−１８２６８０号公報
【非特許文献１】Ｓ．ＪＣａｒｅｙ，Ｃ．Ｍ  Ｇｒｅｇｏｒｙ，Ｍ．Ｐ．  Ｂｒｅｗｉｎ，Ｓ．Ｎｇ，Ｊ．Ｖ  Ｈａｔｆｉｅｌｄ，  “ＰＶｄＦ  Ａｒｒａｙ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ”２００４  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｊｏｉｎｔ  ５０ｔｈ  Ａｎｎｉｖｅｒｓａｒｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献４、５のように、送信用と受信用に別々の圧電素子を割り当てて、超音波診断装置本体に設けられた送信回路と受信回路との間を送信用と受信用を別々に配線すると、超音波探触子と超音波診断装置本体との間の配線数が多くなってしまう。
【００１３】
また、特許文献１、２、３のように、送波用に無機材料から成る圧電素子（以下、無機圧電素子と呼ぶ）を送信用に用い、有機材料から成る圧電素子（以下、有機圧電素子と呼ぶ）を受信用に用いる場合も同様に配線数が多くなってしまう。
【００１４】
非特許文献１のように増幅器を設ける場合、増幅器は、超音波探触子の有機圧電素子の近くに配置することが望ましいので、超音波探触子に配置された増幅器と超音波診断装置本体に設けられた受信回路との間を、送信用の配線と別に配線する必要がある。
【００１５】
そのため、超音波探触子と超音波診断装置本体との間のケーブルが太くなり、超音波探触子を被検体の所望の部位に押し当てにくくなるなどの操作性の問題が発生する。また、ケーブルの断線などが起こる可能性が高まり、信頼性が損なわれる。
【００１６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、操作性が良く信頼性の高い超音波探触子、及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【００１８】
１．超音波を送受信する超音波探触子であって、
無機材料から成る複数の無機圧電素子と、
有機材料から成る複数の有機圧電素子と、
前記超音波を受信したそれぞれの前記有機圧電素子が発生する受信信号を増幅する複数の増幅器と、
超音波診断装置本体と接続するための複数の信号線への接続部をそれぞれ備えた切替手段を有し、
前記切替手段は、
前記無機圧電素子と前記接続部との間を接続する接続形態と、前記有機圧電素子と前記接続部との間を前記増幅器を介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする超音波探触子。
【００１９】
２．前記複数の信号線より多くの前記無機圧電素子と接続する場合であって、
前記無機圧電素子と前記切替手段との間に第２の切替手段を有し、
前記第２の切替手段は、
前記複数の無機圧電素子の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、前記複数の無機圧電素子の他の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする前記１に記載の超音波探触子。
【００２０】
３．前記複数の信号線より多くの前記有機圧電素子と接続する場合であって、
前記有機圧電素子と前記増幅器との間に第３の切替手段を有し、
前記第３の切替手段は、
前記複数の有機圧電素子の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、前記複数の有機圧電素子の他の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする前記１または２に記載の超音波探触子。
【００２１】
４．前記無機圧電素子と前記有機圧電素子は積層されていることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
【００２２】
５．前記有機圧電素子は、
フッ化ビニリデンの重合体、またはフッ化ビニリデン系コポリマを材料として成膜されていることを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の超音波探触子。
【００２３】
６．超音波を被検体の内部に送波し、反射波を受信して前記被検体の内部を映像化するように構成された超音波診断装置において、
前記１から５の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記信号線を介して前記無機圧電素子または前記有機圧電素子を駆動する駆動信号を送信する送信手段と、
前記信号線を介して前記受信信号を受信する受信手段と、
前記切替手段の接続形態を切り替える切替制御信号を送信し、前記切替手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
設定に応じて前記切替制御信号を送信し、前記切替手段の接続を切り替えることを特徴とする超音波診断装置。
【００２４】
７．前記制御手段は、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波し、前記無機圧電素子が受信した該被検体から反射した反射波に含まれる前記駆動信号の基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第１のモードと、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波した後、前記切替手段を切り替えて、前記有機圧電素子が受信し前記増幅器が増幅した該被検体から反射した反射波に含まれる前記基本周波数以外の非基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第２のモードと、
を設定可能に構成されていることを特徴とする前記６に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、超音波探触子に、複数の無機圧電素子と、複数の有機圧電素子の出力を増幅する増幅器と、を切り替えて信号線と接続する切替手段を設けたので、超音波診断装置と接続する配線数を減らすことができる。
【００２６】
したがって、操作性が良く信頼性の高い超音波探触子、及び超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態における超音波探触子と送信処理部、受信処理部の詳細な回路ブロック図である。
【図４】実施形態における超音波探触子のヘッド部の断面図である。
【図５】多段フォーカス法により設定された各フォーカス領域を示す図である。
【図６】超音波を各フォーカス領域の焦点に送波し、受信するまでを模式的に説明する図である。
【図７】送受信のタイミングを説明するタイムチャートである。
【図８】単極単投のアナログスイッチを組み合わせて切替手段を構成した一例である。
【図９】第２の実施形態の超音波探触子の電気的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２９】
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【００３０】
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送波し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、モニタ１０に表示する。
【００３１】
超音波探触子２は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送波し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子２は、図１に示すように、ケーブル１５を介して超音波診断装置本体１４と接続されている。
【００３２】
入力部１３は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドの入力や、後に説明する第１のモードまたは第２のモードの選択、被検体の個人情報等のデータの入力をするために設けられている。
【００３３】
モニタ１０は、液晶パネルなどから成り、画像化した超音波画像を表示する。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図、図３は、実施形態における超音波探触子と送信処理部、受信処理部の詳細な回路ブロック図、図４は、実施形態における超音波探触子のヘッド部の断面図である。
【００３５】
最初に図２、図３、図４を用いて超音波探触子２の構成を説明する。
【００３６】
図３に示すように、超音波探触子２の先端部分には、電気信号と音響信号とを相互変換するためのアレイ状に配列された複数の無機圧電素子５０ａ〜５０ｕと、アレイ状に配列された複数の有機圧電素子５１ａ〜５１ｕと、が積層されている。無機圧電素子５０ａ〜５０ｕは、無機材料から成る圧電素子、有機圧電素子５１ａ〜５１ｕは、有機材料から成る圧電素子である。なお、ここでは、１つの圧電素子が１チャンネルを構成するものとして説明する。また、無機圧電素子５０、有機圧電素子５１の数はそれぞれ２１とし、ａ〜ｕで区別する例を説明するが、素子数は特に限定されるものではなく、２０〜２００程度の素子数が用いられる。
【００３７】
図２では、複数の無機圧電素子５０ａ〜５０ｕから成る無機圧電素子アレイ５０、複数の有機圧電素子５１ａ〜５１ｕから成る有機圧電素子アレイ５１を、それぞれ一つのブロックで図示している。
【００３８】
有機圧電素子５１ａ〜５１ｕはインピーダンスが数ＫΩと非常に高いため、ノイズの影響を受けやすい。そのため、有機圧電素子５１ａ〜５１ｕは、それぞれ増幅器５２ａ〜５２ｕと接続されており、増幅器５２ａ〜５２ｕは、それぞれ超音波を受信した有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが発生する電気信号（以下、受信信号と呼ぶ）を増幅する。増幅器５２ａ〜５２ｕによって受信信号を増幅し、低インピーダンスで出力することにより高Ｓ／Ｎで受信信号を超音波診断装置本体１４に伝送することができる。
【００３９】
増幅器５２ａ〜５２ｕには、初段にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いたオペアンプなど入力インピーダンスの高い汎用の増幅器を用いることができる。
【００４０】
切替手段５３の接続部５８ａ〜５８ｕは、超音波診断装置本体１４と接続するための信号線５６ａ〜５６ｕがそれぞれ接続されている。
【００４１】
切替手段５３のスイッチ５３ａ〜５３ｕは、切替制御信号線５７によって伝送される切替制御信号に応じて、無機圧電素子５０ａ〜５０ｕと接続部５８ａ〜５８ｕとの間を直接接続する接続形態と、有機圧電素子５１ａ〜５１ｕと接続部５８ａ〜５８ｕとの間を増幅器５２ａ〜５２ｕを介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する。
【００４２】
図３に示す単極双投のスイッチ５３ａ〜５３ｕは、単極単投のアナログスイッチ等を組み合わせ、切替制御信号により適宜オンまたはオフにすることにより等価的に同機能のスイッチを構成することができる。
【００４３】
図８は、単極単投の４つのアナログスイッチ１１０ａ、１１１ａを用いて切替手段５３を構成した一例である。
【００４４】
図８では、スイッチ５３ａに相当する１チャネル分の回路を示している。アナログスイッチ１１０ａ、１１１ａにはそれぞれ切替制御信号線５７ａ、５７ｂが接続され、伝送される切替制御信号に応じてオン、オフする。
【００４５】
図８の状態は、アナログスイッチ１１０ａがオン、アナログスイッチ１１１ａがオフであり、無機圧電素子５０ａと接続部５８ａとの間が直接接続されている。切替制御信号により、アナログスイッチ１１０ａをオフ、アナログスイッチ１１１ａをオンにすると、有機圧電素子５１ａと接続部５８ａとの間を、増幅器５２ａを介して接続できる。
【００４６】
有機圧電素子５１ａ〜５１ｕと増幅器５２ａ〜５２ｕとの間の配線は高インピーダンスなので配線長をできるだけ短くし、コアキシャルケーブルやシールド線を用いて外来ノイズの影響を受けないようにすることが望ましい。
【００４７】
図２では、増幅器５２ａ〜５２ｕを増幅器５２のブロックで、スイッチ５３ａ〜５３ｕを切替手段５３のブロックで図示している。
【００４８】
信号線５６ａ〜５６ｕと切替制御信号線５７はコネクタ５４に接続され、ケーブル１５を介して超音波診断装置本体１４のコネクタ１６と接続されている。このように、切替手段５３により、対応する信号線５６ａ〜５６ｕを、無機圧電素子５０ａ〜５０ｕ、または増幅器５２ａ〜５２ｕの出力端子の何れか一つに接続するのでケーブル１５による配線数を少なくすることができる。このことにより、ケーブル１５を細くできるので超音波探触子２の操作性と信頼性を向上させることができる。
【００４９】
次に、図９に示す第２の実施形態の超音波探触子２の構成を説明する。
【００５０】
本実施形態は、信号線５６より多くの無機圧電素子、または有機圧電素子と接続する場合に適用できる。本実施形態では一例として、４２の無機圧電素子からなる無機圧電素子アレイ５０と、２１の信号線５６との間を接続する場合と、４２の有機圧電素子からなる有機圧電素子アレイ５１と、２１の信号線５６とを増幅器５２を介して接続する場合を説明する。
【００５１】
図９は、４２の無機圧電素子からなる無機圧電素子アレイ５０を、それぞれ２１の無機圧電素子からなるブロック５０Ａとブロック５０Ｂに分割して第２の切替手段１２０に接続している状態を示している。
【００５２】
第２の切替手段１２０は、切替手段５３と同じ構成であり、ブロック５０Ａの２１の無機圧電素子と切替手段５３との間を接続する接続形態と、ブロック５０Ｂの２１の無機圧電素子と切替手段５３との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する。第２の切替手段１２０は、切替制御信号線５７Ａによって伝送される切替制御信号により上記２つの接続形態を切り替える。
【００５３】
このようにすると、信号線より多くの無機圧電素子を時分割で駆動できるので、多くの無機圧電素子を用いて高解像画像を得ることができる。また、その際もケーブル１５を細くできるので超音波探触子２の操作性と信頼性を向上させることができる。
【００５４】
また、図９は、４２の有機圧電素子からなる有機圧電素子アレイ５１を、それぞれ２１の有機圧電素子からなるブロック５１Ａとブロック５１Ｂに分割して第３の切替手段１２１に接続している状態を示している。
【００５５】
第３の切替手段１２１は、切替手段５３と同じ構成であり、ブロック５１Ａの２１の有機圧電素子と切替手段５３との間を２１の増幅器５２を介して接続する接続形態と、ブロック５１Ｂの２１の有機圧電素子と切替手段５３との間を２１の増幅器５２を介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する。第３の切替手段１２１は、切替制御信号線５７Ｂによって伝送される切替制御信号により上記２つの接続形態を切り替える。
【００５６】
このようにすると、信号線より多くの有機圧電素子から受信信号を時分割で受信できるので、多くの有機圧電素子を用いて高解像画像を得ることができる。また、その際もケーブル１５を細くできるので超音波探触子２の操作性と信頼性を向上させることができる。また、有機圧電素子より少ない数の増幅器５２で受信信号を増幅できるので、超音波探触子２を小型化、低消費電力化することができる。
【００５７】
次に、図４を用いて超音波探触子のヘッド部の構成を説明する。
【００５８】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向はエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向である。
【００５９】
図４に示す超音波探触子のヘッド部は、バッキング材６５の上に第４電極７５、無機圧電膜６２、第３電極７４、中間層７３、第２電極７０、有機圧電膜６３、第１電極６９、整合層６６、音響レンズ６７の順に積層されている。整合層６６から第４電極７５まではＸ方向に向かってダイシングされ、複数の無機圧電素子５０ａ〜５０ｕ、と有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが形成されている。
【００６０】
以降、積層された順に各構成要素を説明する。
【００６１】
（無機圧電素子アレイ）
無機圧電素子アレイ５０は、ジルコン酸チタン酸鉛などの無機材料から成る無機圧電膜６２の互いに厚み方向に対向する両面に、それぞれ第３電極７４、第４電極７５を備えた無機圧電素子５０ａ〜５０ｕから構成されている。無機圧電膜６２の厚みは３２０μｍ程度である。
【００６２】
無機圧電素子５０ａ〜５０ｕの第３電極７４ａ〜７４ｕは、図示せぬコネクタを介してスイッチ５３ａ〜５３ｕの端子とそれぞれ接続され、第４電極７５ａ〜７５ｕは接地されている。
【００６３】
第３電極７４ａ〜７４ｕに駆動信号を印加すると無機圧電素子５０ａ〜５０ｕが振動し、無機圧電素子アレイ５０からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【００６４】
また、無機圧電素子アレイ５０が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて第３電極７４ａ〜７４ｕに電気信号（以下、受信信号と呼ぶ）が発生する。
【００６５】
第３電極７４、第４電極７５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、無機圧電素子アレイ５０の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜されている。
【００６６】
（中間層）
中間層７３は、有機圧電素子アレイ５１が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動した際に、無機圧電素子アレイ５０が共振して振動しないように有機圧電素子アレイ５１の振動を吸収するために設けられている。
【００６７】
このような中間層７３は、樹脂材料を成型して形成することができる。中間層７３に用いる樹脂材料としては、例えばポリビニルブチラール、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、エポキシ、オキセタン、などを用いることができる。
【００６８】
中間層７３の厚みは、求める感度や周波数特性により選択されるが、例えば１８０〜１９０μｍ程度である。
【００６９】
なお、求める感度や周波数特性によっては中間層７３を省略することもできる。
【００７０】
（有機圧電素子アレイ）
有機圧電素子アレイ５１は、有機材料から成る有機圧電膜６３の互いに厚み方向に対向する両面に、それぞれ第１電極６９ａ〜６９ｕ、第２電極７０ａ〜７０ｕを備えた複数の有機圧電素子５１ａ〜５１ｕから構成されている。
【００７１】
有機圧電膜６３に用いる有機材料として、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電膜６３には、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、テトラフルオロエチレ（ＴｅＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。
【００７２】
一般に、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子は、基本波の周波数に対する２倍程度の周波数帯域の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば３〜５倍程度の周波数帯域の超音波を送受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。
【００７３】
有機圧電膜６３の厚さｔは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。
【００７４】
このような有機圧電膜６３は、有機圧電材料の溶液から流延して所定の厚さの膜を作製し、加熱して結晶化を行った後、所定の大きさのシート状に成型して作製する。
【００７５】
有機圧電膜６３の厚み方向（Ｚ軸方向）に互いに対向する両面には、それぞれ第１電極６９、第２電極７０を形成する。
【００７６】
有機圧電素子５１ａ〜５１ｕの第１電極６９ａ〜６９ｕは、図示せぬコネクタを介してスイッチ５３ａ〜５３ｕの端子とそれぞれ接続され、第２電極７０ａ〜７０ｕは接地されている。
【００７７】
第１電極６９ａ〜６９ｕに駆動信号を印加すると有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが振動し、有機圧電素子アレイ５１からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【００７８】
また、有機圧電素子アレイ５１が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて第１電極６９ａ〜６９ｕに電気信号が発生する。
【００７９】
（整合層）
整合層６６は、被検体の一つである人体と有機圧電素子アレイ５１の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響インピーダンスの整合を図る。整合層６６は、例えば、樹脂材料を成型して形成することができる。
【００８０】
整合層６６に用いる材料は、音響インピーダンスが１．７〜１．８程度で、音速が人体に近い１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の材料を用いることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどを用いることができる。
【００８１】
（音響レンズ）
音響レンズ６７は、無機圧電素子アレイ５０が送信する超音波を所定の距離に収束させる。
【００８２】
このように、無機圧電素子アレイ５０と有機圧電素子アレイ５１とが積層されているので、超音波探触子２を小型化することができる。
【００８３】
超音波探触子２の説明は以上である。
【００８４】
次に、図２、図３を用いて超音波診断装置本体１４の電気的な構成を説明する。
【００８５】
超音波探触子２の信号線５６ａ〜５６ｕは、コネクタ５４、ケーブル１５、コネクタ１６を介して、図２、図３に示すように送信処理部１および受信処理部３に接続されている。また、切替制御信号線５７は、コネクタ５４、ケーブル１５、コネクタ１６を介して、図２、図３に示すように制御部９９に接続されている。送信処理部１は本発明の送信手段、受信処理部３は本発明の受信手段である。
【００８６】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）と記憶部９６等から構成され、記憶部９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って超音波診断装置１００の各部を制御する。記憶部９６は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。
【００８７】
制御部９９は、操作者によって入力部１３から入力されたモード（第１のモード、第２のモード）を送信処理部１と受信処理部３に設定する。
【００８８】
超音波を送波する時、制御部９９は、スイッチ５３ａ〜５３ｕを、信号線５６ａ〜５６ｕが、それぞれ無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに接続されるようにする。
【００８９】
制御部９９は、第１のモード、第２のモードとも、スイッチ５３ａ〜５３ｕを信号線５６ａ〜５６ｕが無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに接続するように切り替える。
【００９０】
送信処理部１は、制御部９９により設定されたモードに応じたタイミングで、超音波をビーム状に形成し、また任意の深さで収束させて焦点を形成するように遅延処理をかけた駆動信号を信号線５６ａ〜５６ｕを介して超音波探触子２の各チャンネルに印加する。送信処理部１は、第１のモード、第２のモードとも、基本周波数ｆ０の駆動信号を印加する。
【００９１】
超音波探触子２で発生した超音波は、被検体に送波され、被検体内部を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で反射し、エコーとして超音波探触子２に返ってくる。
【００９２】
超音波を被検体に向けて送波した後、超音波探触子２に返ってきたエコーは、超音波探触子２に配列された無機圧電素子５０ａ〜５０ｕと有機圧電素子５１ａ〜５１ｕとを機械的に振動させ、微弱な受信信号を発生させる。
【００９３】
超音波を受信する時、制御部９９は、設定されたモードに応じて、スイッチ５３ａ〜５３ｕを切り替えて信号線５６ａ〜５６ｕが無機圧電素子５０ａ〜５０ｕまたは有機圧電素子５１ａ〜５１ｕまたは増幅器５２ａ〜５２ｕの何れかに接続されるようにする。
【００９４】
制御部９９は、第１のモードでは、スイッチ５３ａ〜５３ｕが受信時もそのまま信号線５６ａ〜５６ｕが無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに接続するようにし、第２のモードでは、スイッチ５３ａ〜５３ｕを信号線５６ａ〜５６ｕが増幅器５２ａ〜５２ｕに接続するように切り替える。
【００９５】
超音波受信時の信号線５６ａ〜５６ｕの信号は、受信処理部３に取り込まれ、プリ増幅器４２ａ〜４２ｕで増幅された後、送波時と同じ遅延処理を受信ビームフォーマー４１受けた後、加算ユニット４３で加算される。
【００９６】
この受信信号は、第１のモード時には、受信信号から基本波成分を主に抽出するために通過帯域が基本周波数ｆ０を中心とした所定の帯域に設定されている基本波用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）４を通ってＢモード処理部６に送られる。
【００９７】
また、第２のモード時には、通過帯域が基本周波数ｆ０の例えば３倍の周波数を中心とした所定の帯域に設定されている高調波用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）５を通って、Ｂモード処理部６に送られる。
【００９８】
第２のモード時は、エコーに含まれる超音波が被検体（生体）の内部を歪みながら‘伝播’する、いわゆる伝播の非線形性により発生した基本周波数ｆ０以外の非基本波成分を利用する。非基本波成分のなかでも、基本周波数ｆ０の２倍の２次高調波成分、３倍の３次高調波成分などを診断のための画像形成に利用することができるが、本実施形態では３倍の周波数３ｆ０の３次高調波成分を利用するものとして説明する。
【００９９】
Ｂモード処理部６は、第１のモード時には基本波用帯域通過型フィルタ４からの基本周波数ｆ０の成分に基づいて通常のＢモード像を生成し、また第２のモード時では高調波用帯域通過型フィルタ５からの基本周波数の３倍の３ｆ０の成分に基づいて画像を生成する。これらの画像はデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）９によって再構成された後、ビデオ信号に変換され、モニタ１０に表示される。
【０１００】
次に、図５、図６、図７を用いて多段フォーカス法について説明する。
【０１０１】
図５は多段フォーカス法により設定された各フォーカス領域の一例を示す図、図６は超音波を各フォーカス領域の焦点に送波し、受信するまでを模式的に説明する図である。図７は送波タイミングの一例を説明するタイムチャートである。
【０１０２】
本実施形態では、図５に示す生体（被検体）の深さ方向に等間隔の４つのフォーカス領域Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の画像を得る場合を説明する。
【０１０３】
送信処理部１は、超音波をビーム状に形成し、フォーカス領域Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に焦点を形成するように遅延処理をかけた駆動信号を順次無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに印加する。フォーカス領域Ｅ１の焦点はＦ１、フォーカス領域Ｅ２の焦点はＦ２、フォーカス領域Ｅ３の焦点はＦ３、フォーカス領域Ｅ４の焦点はＦ４であり、図６（ａ）の例ではアレイ状の無機圧電素子５０ａ〜５０ｕの中心軸上に焦点を形成する。無機圧電素子５０ａ〜５０ｕから送波した超音波ビームは、図４（ａ）のように各焦点の位置で収束した後、また広がっている。
【０１０４】
図６（ｂ）〜（ｅ）は、第２のモード時において、各焦点にそれぞれ超音波を送波してから、焦点位置の付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間を模式的に示している。高調波は、焦点位置付近のフォーカス領域のみで発生し、発生した高調波は基本波より減衰率が高いのでさらに深い領域まで進行して反射することも無い。したがって、最大時間は、送波した超音波の基本波が各フォーカス領域の深い方の境界まで進行し、境界で発生した高調波が、超音波探触子２まで戻るまでの時間である。
【０１０５】
図６（ｅ）は、最深部の焦点Ｆ４に送波した場合であり、フォーカス領域Ｅ４の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間をｔとしている。図６（ｄ）は、焦点Ｆ３に送波した場合であり、各フォーカス領域は等間隔とすると、フォーカス領域Ｅ３の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間は３／４ｔである。
【０１０６】
同様に、図６（ｃ）は、焦点Ｆ２に送波した場合、図６（ｂ）は、焦点Ｆ１に送波した場合であり、それぞれフォーカス領域Ｅ２の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間は２／４×ｔ、フォーカス領域Ｅ１の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間は１／４×ｔである。
【０１０７】
図７は送波タイミングを説明するタイムチャートである。図７の横軸は時間軸であり、送信処理部１で生成されるタイミングパルスを示している。周期ｔ毎のタイミングパルスの立ち上がりで駆動信号が無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに送信され、超音波が送波される。Ｔは１画面を形成する期間である。
【０１０８】
送信処理部１は、図７に示す送波タイミングで駆動信号を無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに印加する。
【０１０９】
最初に、第１のモード時の送受信タイミングを説明する。
【０１１０】
制御部９９は、スイッチ５３ａ〜５３ｕを、信号線５６ａ〜５６ｕが無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに接続するようにしてから、Ｆ１のタイミングパルスの立ち上がりで最も近い焦点Ｆ１に収束するように超音波を送波させる。図７にＥ１で示すフォーカス領域Ｅ１からの反射波を受信する期間、無機圧電素子５０ａ〜５０ｕが受信した信号を、受信処理部３に送波時と同じ遅延処理をさせる。同様に、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４のタイミングパルスの立ち上がりで焦点Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４にそれぞれ収束するように超音波を送波させる。
【０１１１】
このように、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の期間に無機圧電素子５０ａ〜５０ｕが受信した信号は、受信処理部３によって送波時と同じ遅延処理を経て加算され、高調波用帯域通過型フィルタ５を通って、高調波成分だけＢモード処理部６に送られ画像を生成する。
【０１１２】
次に、第２のモード時の送受信タイミングを説明する。
【０１１３】
制御部９９は、スイッチ５３ａ〜５３ｕを、信号線５６ａ〜５６ｕが無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに接続するようにしてから、Ｆ１のタイミングパルスの立ち上がりで最も近い焦点Ｆ１に収束するように超音波を送波させる。送波後約１μＳの後、制御部９９は、スイッチ５３ａ〜５３ｕを、信号線５６ａ〜５６ｕが増幅器５２ａ〜５２ｕに接続するように切り替え、Ｅ１の期間に有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが受信した信号を、受信処理部３に送波時と同じ遅延処理をさせる。
【０１１４】
次に、制御部９９は、スイッチ５３ａ〜５３ｕを切り替えて、信号線５６ａ〜５６ｕが無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに接続するようにしてから、Ｆ２のタイミングパルスの立ち上がりで焦点Ｆ２に収束するように超音波を送波する。送波後約１μＳの後、制御部９９は、スイッチ５３ａ〜５３ｕを、信号線５６ａ〜５６ｕを増幅器５２ａ〜５２ｕに接続するように切り替え、Ｅ２の期間に有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが受信した信号を、受信処理部３に送波時と同じ遅延処理をさせる。同様に、Ｆ３、Ｆ４のタイミングパルスの立ち上がりで焦点Ｆ３、Ｆ４にそれぞれ収束するように無機圧電素子５０ａ〜５０ｕから超音波を送波させ、Ｅ３、Ｅ４の期間に、受信処理部３が増幅器５２ａ〜５２ｕの出力を処理するように制御する。
【０１１５】
このようにして、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の期間に有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが受信した信号は、受信処理部３によって送波時と同じ遅延処理を経て加算され、高調波用帯域通過型フィルタ５を通って、高調波成分だけＢモード処理部６に送られ画像を生成する。
【０１１６】
なお、本実施形態では、操作者が入力部１３でモード切り替え操作したときに第１のモード、第２のモードが、切り替わる例を説明したが、例えば、１断面分を１回走査する毎に、または１回送受信する毎に自動的に切り替えるようにしてもよい。
【０１１７】
以上このように、本発明によれば、操作性が良く信頼性の高い超音波探触子、及び該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１  送信処理部
２  超音波探触子
３  受信処理部
４  基本波用帯域通過型フィルタ
５  高調波用帯域通過型フィルタ
６  Ｂモード処理部
９  デジタルスキャンコンバータ
１０  表示部
１３  入力部
１４  超音波診断装置本体
１５  ケーブル
５０  無機圧電素子アレイ
５０ａ〜５０ｕ  無機圧電素子
５１  有機圧電素子アレイ
５１ａ〜５１ｕ  有機圧電素子
５２  増幅器
５３  切替手段
５３ａ〜５３ｕ  スイッチ
５６  信号線
５７  切替制御信号線
６９  第１電極
７０  第２電極
７４  第３電極
７５  第４電極
９６  記憶部
９８  ＣＰＵ
９９  制御部
１００  超音波診断装置
１２０  第２の切替手段
１２１  第３の切替手段
【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】
2011050538.tif 000009
【図８】
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【図９】
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