(57)【要約】【課題】より低電圧駆動で超音波トランスデューサの送受信感度を向上させる。【解決手段】超音波トランスデューサ（ＵＴ）２７は、ソフト・リラクサー系の第１圧電体（Ｐｓ）３５と、ハード系の第２圧電体（Ｐｈ）３６と、第１、第２電極３７、３８、およびＰｓ３５の上面電極とＰｈ３６の下面電極を兼ねる第３電極３９とを備える。第１電極３７には第１スイッチ（ＳＷａ）４１を介してパルサ４４が、第２電極３８には第２スイッチ（ＳＷｂ）４２を介して受信アンプ４５が、第３電極３９には第３スイッチ（ＳＷｃ）４３を介してグランドがそれぞれ接続される。超音波の送信時は、パルサ４４からＰｓ３５のみに励振パルスが印加される。超音波の受信時は、Ｐｓ３５、Ｐｈ３６が直列接続され、各検出信号の和が受信アンプ４５に入力される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なり、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された超音波トランスデューサと、
１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記超音波トランスデューサの駆動を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線方向に分極されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
複数の圧電体は、等価圧電定数ｄ３３、電圧出力係数ｇ３３、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
直列接続の一方の端の第１圧電体と、
前記第１圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第２圧電体と、
前記第１圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサと、
前記第２圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、検出電圧を増幅する増幅器と、
前記第１圧電体、前記第２圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン／オフを切り替える切り替えスイッチとを備え、
前記駆動制御手段は、前記第２圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記増幅器と前記第２圧電体の電極は、電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続されていることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記増幅器は、電圧帰還型または電荷蓄積型であることを特徴とする請求項４または５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記第２圧電体は、前記第１圧電体よりも等価圧電定数ｄ３３が低く、電圧出力係数ｇ３３が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さいことを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記第１圧電体はソフト・リラクサー系、前記第２圧電体はハード系の圧電セラミックスであることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されており、
圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、
前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、
前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするＡ／Ｄ変換器と、
検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、
各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えることを特徴とする請求項９に記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
各部に電源を供給する電源供給手段と、
超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なり、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された超音波トランスデューサ、および１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記超音波トランスデューサの駆動を制御する駆動制御手段を備える超音波プローブと、
前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからな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、超音波プローブおよび超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブを利用した医療診断が盛んに行われている。超音波プローブの先端には、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）が配されている。ＵＴは、バッキング材、圧電体およびこれを挟む電極、音響整合層、および音響レンズから構成される。ＵＴから被検体（人体）に超音波を照射し、被検体からの反射波をＵＴで受信する。これにより出力される検出信号を超音波観測器で電気的に処理することによって、超音波画像が得られる。
【０００３】
また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能である。超音波断層画像を得る方法としては、ＵＴを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式や、複数のＵＴをアレイ状に配列（以下、ＵＴアレイという）し、駆動するＵＴを電子スイッチ等で選択的に切り替える電子スキャン走査方式が知られている。
【０００４】
被検体のより深部を高精細な画像で観察したいという要求が高まっている。この要求に応えるためには、ＵＴの送受信感度を高めることが必要である。従来、ＵＴの送受信感度を高めるための対策として、ＵＴの部材の材料選定、最適化が行われてきた。例えば１−３複合圧電体や単結晶圧電体（ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ−ＰＴ等）、積層圧電体を用いたり、音響整合層、音響レンズの音波減衰を低減させたりしている。また、別の対策として、ＵＴに印加する電圧を上げて超音波の送信パワーを増大させることも考えられる。
【０００５】
しかしながら、前者の材料選定、最適化の対策は、改善がいきつくところまでいった感があり、その効果も頭打ちの状況である。現況では飛躍的なＵＴの送受信感度向上は見込めない。また、後者の超音波の送信パワーを増大させる対策は、人体への影響を考えると好ましくない。
【０００６】
特許文献１には、圧電体の電極を複数に分割した超音波プローブが開示されている。電極を分割したので、１個の圧電体を複数の圧電体として扱うことができ、超音波の送信時には複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続することで送受信感度の向上を達成している。送信時のパワー不足を補うため、ＵＴに印加する電圧を上げることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０３−１１０９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、超音波の送信時のパワー不足を補うためにＵＴに印加する電圧を上げている。印加電圧を上げると電圧印加回路（パルサ）の規模が大きくなるし、電力消費も嵩む。電圧印加回路を内蔵するタイプの超音波プローブでは、電圧印加回路の規模が大きくなると超音波プローブが大型化し、超音波プローブに最も必要な操作性が阻害される。特に、電圧印加回路を内蔵する無線タイプの超音波プローブは、印加電圧が高くなると超音波プローブが大型化することに加え、バッテリ駆動であるため耐用時間が短くなり、使い勝手が悪くなる。
【０００９】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、より低電圧駆動で超音波トランスデューサの送受信感度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波プローブは、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なり、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された超音波トランスデューサと、１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記超音波トランスデューサの駆動を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
なお、「超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体」とは、複数の圧電体の１個１個が互いに異なる場合と、複数の圧電体のうち、少なくとも１個が他と異なる場合を含む。
【００１２】
複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線方向に分極されている。また、複数の圧電体は、等価圧電定数ｄ３３、電圧出力係数ｇ３３、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なる。
【００１３】
直列接続の一方の端の第１圧電体と、前記第１圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第２圧電体と、前記第１圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサと、前記第２圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、検出電圧を増幅する増幅器と、前記第１圧電体、前記第２圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン／オフを切り替える切り替えスイッチとを備えることが好ましい。前記駆動制御手段は、前記第２圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させる。
【００１４】
前記増幅器と前記第２圧電体の電極は、電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続されている。前記増幅器は、電圧帰還型または電荷蓄積型等が考えられる。
【００１５】
前記第２圧電体は、前記第１圧電体よりも等価圧電定数ｄ３３が低く、電圧出力係数ｇ３３が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さい。例えば、前記第１圧電体はソフト・リラクサー系、前記第２圧電体はハード系の圧電セラミックスである。
【００１６】
前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されている。この場合、圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするＡ／Ｄ変換器と、検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることが好ましい。
【００１７】
超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えてもよい。さらに、各部に電源を供給する電源供給手段と、超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えてもよい。
【００１８】
本発明の超音波診断装置は、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なり、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された超音波トランスデューサ、および１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記超音波トランスデューサの駆動を制御する駆動制御手段を備える超音波プローブと、前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なり、兼用電極を含む電極により直列接続された複数の圧電体を有する超音波トランスデューサを、１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう駆動するので、超音波トランスデューサの送受信感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】超音波診断装置の構成を示す外観図である。
【図２】超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。
【図３】超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図４】（Ａ）超音波の送信時および（Ｂ）反射波の受信時の超音波トランスデューサの等価回路を示す説明図である。
【図５】第１、第２圧電体の合成静電容量比と面積比率の関係を示すグラフである。
【図６】超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】別の例の超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図８】別の例の超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】マルチプレクサを接続したさらに別の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１において、超音波診断装置２は、携帯型超音波観測器１０と体外式の超音波プローブ１１とで構成される。携帯型超音波観測器１０は、装置本体１２とカバー１３とからなる。装置本体１２の上面には、携帯型超音波観測器１０に種々の操作指示を入力するための複数のボタンやトラックボールが設けられた操作部１４が配されている。カバー１３の内面には、超音波画像をはじめとして様々な操作画面を表示するモニタ１５が設けられている。
【００２２】
カバー１３は、ヒンジ１６を介して装置本体１２に取り付けられており、操作部１４とモニタ１５とを露呈させる図示する開き位置と、装置本体１２の上面とカバー１３の内面を対面させて、操作部１４とモニタ１５を互いに覆って保護する閉じ位置（図示せず）との間で回動自在である。装置本体１２の側面には、グリップ（図示せず）が取り付けられており、装置本体１２とカバー１３を閉じた状態で携帯型超音波観測器１０を持ち運ぶことができる。装置本体１２のもう一方の側面には、超音波プローブ１１が着脱自在に接続されるプローブ接続部１７が設けられている。
【００２３】
超音波プローブ１１は、術者が把持して被検体にあてがう走査ヘッド１８と、プローブ接続部１７に接続されるコネクタ１９と、これらを繋ぐケーブル２０とからなる。走査ヘッド１８の先端部には、超音波トランスデューサアレイ（以下、ＵＴアレイと略す）２１が内蔵されている。
【００２４】
図２において、ＵＴアレイ２１は、ガラス−エポキシ樹脂等の平板状の台座２５上に、バッキング材２６、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）２７、音響整合層２８ａ、２８ｂ、および音響レンズ２９が順次積層された構造を有する。
【００２５】
バッキング材２６は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなり、ＵＴ２７から台座２５側に発せられる超音波を吸収する。バッキング材２６は、エレベーション方向（以下、ＥＬ方向と略す）に垂直な断面が略蒲鉾様に形成された凸状である（図１も参照）。
【００２６】
ＵＴ２７は、ＥＬ方向に長い短冊状をしており、ＥＬ方向と直交するアジマス方向（以下、ＡＺ方向と略す）に複数等間隔で配列されている。各ＵＴ２７の隙間およびその周囲には、充填材３０が充填されている。
【００２７】
音響整合層２８ａ、２８ｂは、ＵＴ２７と被検体との間の音響インピーダンスの差異を緩和するために設けられている。音響レンズ２９は、シリコーン樹脂等からなり、ＵＴ２７から発せられる超音波を被検体内の被観察部位に向けて集束させる。なお、音響レンズ２９は無くてもよく、音響レンズ２９の代わりに保護層を設けてもよい。後述する第１電極３７とパルサ４４との間に遅延線を設け、励振パルスをＵＴ２７に与えるタイミングをずらすことで、電気的に超音波を集束させてもよい。
【００２８】
図３において、ＵＴ２７は、第１圧電体（以下、Ｐｓと略す）３５、第２圧電体（以下、Ｐｈと略す）３６、および第１、第２、第３電極３７、３８、３９から構成される（台座２５、音響整合層２８ａ、２８ｂ、および音響レンズ２９は図示せず）。
【００２９】
Ｐｓ３５は、一般にソフト・リラクサー系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばＰｂ（Ｍｎ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｎ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３等を主体とする。Ｐｈ３６は、Ｐｓ３５とは異なり、一般にハード系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系である。Ｐｓ３５とＰｈ３６は、ともに同じ方向（矢印で示す下から上の方向）に分極している。
【００３０】
Ｐｓ３５とＰｈ３６は、ＡＺ方向に平行な線で分断されている。Ｐｓ３５は、ＥＬ方向の長さがＰｈ３６よりも長く、従ってその上面である送受波面の面積はＰｈ３６よりも大きい。送受波面の面積比率は、例えばＰｓ：Ｐｈ＝４：１である。
【００３１】
本例では、Ｐｓ３５として富士セラミックス社製の型番Ｃ−９２Ｈを、Ｐｈ３６として同社製の型番Ｃ−５を用いる。表１に示すように、Ｐｓ３５に用いる型番Ｃ−９２Ｈは、比誘電率ε３３が５３００、等価圧電定数ｄ３３が７７０、電圧出力係数ｇ３３が１６．４である。一方、Ｐｈ３６に用いる型番Ｃ−５は、比誘電率ε３３が１１７０、等価圧電定数ｄ３３が３３３、電圧出力係数ｇ３３が３２．１である。型番Ｃ−５は、等価圧電定数ｄ３３が型番Ｃ−９２Ｈの約０．４３倍、電圧出力係数ｇ３３が約１．９５倍である。等価圧電定数ｄ３３が大きいほど超音波の送信能力が高く、電圧出力係数ｇ３３が大きいほど反射波の受信感度が高いので、Ｐｓ３５はＰｈ３６よりも送信能力が高く、Ｐｈ３６はＰｓ３５よりも受信感度が高いといえる。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
第１電極３７、第２電極３８はそれぞれ、Ｐｓ３５の下面電極、Ｐｈ３６の上面電極である。第３電極３９は、Ｐｓ３５の上面電極とＰｈ３６の下面電極を兼ねる。第３電極３９は、Ｐｓ３５とＰｈ３６の分断箇所で略乙字状に屈曲した接続部４０を有する。接続部４０は、Ｐｓ３５の上面電極の部分とＰｈ３６の下面電極の部分を繋ぐ。Ｐｓ３５とＰｈ３６の外側面および接続部４０があるＰｓ３５とＰｈ３６の分断箇所には、充填材３０が充填されている。なお、第１電極３７、第２電極３８をそれぞれ、Ｐｓ３５の上面電極、Ｐｈ３６の下面電極とし、第３電極３９がＰｓ３５の下面電極とＰｈ３６の上面電極を兼ねる構成としてもよい。
【００３４】
第１〜第３電極３７〜３９には、第１、第２、第３スイッチ（以下、ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃという）４１、４２、４３がそれぞれ接続されている。ＳＷａ４１は二股のスイッチであり、第１電極３７とパルサ４４またはグランドとを選択可能に繋ぐ。ＳＷｂ４２、ＳＷｃ４３はそれぞれ、第２電極３８と電圧帰還型または電荷蓄積型の受信アンプ４５、第３電極３９とグランドの接続をオン／オフする。第２電極３８、ＳＷｂ４２、および受信アンプ４５は、電気容量性の伝送線路を介さずに互いに直接接続されている。
【００３５】
表２に示すように、ＳＷａ〜ＳＷｃ４１〜４３は、超音波の送信時と反射波の受信時で選択状態が変わる。超音波の送信時、ＳＷａ４１は、パルサ４４側に倒される。また、ＳＷｂ４２はオフ、ＳＷｃ４３はオンとなる。図３に示す状態と同じである。この場合の等価回路は、図４（Ａ）に示すようになる。すなわち、パルサ４４と第１電極３７、第３電極３９とグランドが繋がれる。そして、第１電極３７と第３電極３９に挟まれたＰｓ３５にパルサ４４からの励振パルス（駆動電圧）が印加され、Ｐｓ３５の上面から超音波（点線矢印で示す）が発せられる。ＳＷｂ４２がオフなので、第２電極３８と第３電極３９に挟まれたＰｈ３６には励振パルスは印加されず、従ってＰｈ３６から超音波は発せられない。
【００３６】
一方、反射波の受信時、ＳＷａ４１は、グランド側に倒される。また、ＳＷｂ４２はオン、ＳＷｃ４３はオフとなる。この場合の等価回路は、図４（Ｂ）に示すように、グランドと第１電極３７、第２電極３８と受信アンプ４５が繋がれる。Ｐｓ３５とＰｈ３６は、各電極３７〜３９によって受信アンプ４５に直列接続される。Ｐｓ３５とＰｈ３６の上面に反射波（点線矢印で示す）が入射すると、これに応じた検出信号（検出電圧）がＰｓ３５とＰｈ３６から出力される。Ｐｓ３５とＰｈ３６は、ともに矢印で示す同じ方向に分極しているため、各検出信号も同極性で打ち消し合わない。また、Ｐｓ３５とＰｈ３６は直列接続されているため、第２電極３８、ＳＷｂ４２を介して受信アンプ４５に入力される検出信号は、Ｐｓ３５とＰｈ３６から出力された各検出信号の和である。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
なお、表２の「ａｃｔｉｖｅ」は駆動、「ｉｎａｃｔｉｖｅ」は非駆動を示す。超音波の送信時はＰｓ３５のみから超音波が発せられるので、Ｐｓ３５は「ａｃｔｉｖｅ」、Ｐｈ３６は「ｉｎａｃｔｉｖｅ」である。反射波の受信時は、Ｐｓ３５とＰｈ３６両方で反射波を受けて検出信号を出力するので、両方とも「ａｃｔｉｖｅ」である。
【００３９】
超音波の送信時は比較的送信能力が高いＰｓ３５で超音波を発し、反射波の受信時はＰｓ３５と、比較的受信感度が高いＰｈ３６で反射波を受けるので、Ｐｓ３５、Ｐｈ３６の互いの長所を活かした（短所を補った）駆動方法であるといえる。
【００４０】
Ｐｓ３５として富士セラミックス社製の型番Ｃ−９２Ｈを、Ｐｈ３６として同社製の型番Ｃ−５を用いた場合、これらを直列接続したときの合成静電容量は、Ｐｓ３５とＰｈ３６の送受波面の面積比率に応じて図５のように変化する。縦軸はＰｓ３５単体を１としたときの合成静電容量の比、横軸はＰｓ３５の送受波面の面積比率である。
【００４１】
いま、例えばＰｓ３５の送受波面の面積比率を８０％（Ｐｈ３６の送受波面の面積比率２０％）としたとき、合成静電容量の比は、グラフから０．０５５と読み取れる。腹部用の超音波プローブに用いられる圧電体の静電容量は、通常２００〜３００ｐＦ程度である。本例の圧電体の静電容量は、２００〜３００×０．０５５＝１１〜１６．５ｐＦ程度となり低下する。本例では、この静電容量低下に伴う電圧降下の影響を極力抑えるため、受信アンプ４５をＵＴ２７の直近に配置して、第２電極３８、ＳＷｂ４２、および受信アンプ４５を互いに直接接続し、伝送線路による電圧降下を低減している。
【００４２】
また、送受信感度は、（送波面の面積比率）×｛（Ｐｓ３５の受信感度）＋（Ｐｈ３６の受信感度）｝＝（送波面の面積比率）×｛１＋（Ｐｓ３５に対するＰｈ３６の電圧出力係数ｇ３３の比）｝＝０．８０×（１＋１．９５）＝２．３６（＝＋７．４６ｄＢ）となる。単純に同じ種類の圧電体を直列接続した場合、送受信感度は圧電体の個数倍にしかならないが、本例では個数倍以上に送受信感度が向上する。
【００４３】
図６において、受信アンプ４５にはレシーバ５０が接続され、レシーバ５０にはＡ／Ｄ変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）５１が接続されている。レシーバ５０は、受信アンプ４５で増幅された検出信号を受信する。Ａ／Ｄ５１は、レシーバ５０からの検出信号にデジタル変換を施し、検出信号をデジタル化する。このレシーバ５０、Ａ／Ｄ５１と、前述のパルサ４４、受信アンプ４５は、ここでは１組しか図示していないが、１個のＵＴ２７に対して１個ずつ、つまりＵＴ２７の個数分設けられている。
【００４４】
パルサ４４は、ＣＰＵ５２の制御の下、走査制御部５３によって駆動制御される。走査制御部５３は、複数のパルサ４４の中から、駆動させるパルサ４４を選択して、これを所定の時間間隔で順次切り替える。具体的には、例えばＵＴ２７が１２８個配されている場合、１２８個のＵＴ２７のうち、隣接する４８個のＵＴ２７を１つのブロックとして各ＵＴ２７に任意の遅延差を与えて駆動させるように選択し、超音波および反射波の１回の送受信毎に、駆動させるＵＴ２７を１〜数個ずつずらす。パルサ４４は、走査制御部５３から送信される駆動信号に基づいて、ＵＴ２７に超音波を発生させるための励振パルスを送信する。
【００４５】
また、走査制御部５３は、ＳＷａ〜ＳＷｃ４１〜４３のスイッチング動作を制御する。
【００４６】
Ａ／Ｄ５１は、ビームフォーマ（以下、ＢＦと略す）５４と接続している。ＢＦ５４は、Ａ／Ｄ５１でデジタル化された検出信号に対して、位相整合演算を施す。検波Ｌｏｇ圧縮回路５５は、ＢＦ５４から出力される検出信号の振幅を検波し、Ｌｏｇ圧縮を施す。検波Ｌｏｇ圧縮回路５５から出力された検出信号は、メモリ（図示せず）に一旦格納される。
【００４７】
携帯型超音波観測器１０は、デジタルスキャンコンバータ（以下、ＤＳＣと略す）６０を有する。ＤＳＣ６０は、コネクタ１９、プローブ接続部１７等を介して超音波プローブ１１のメモリからデジタルの検出信号を受け取る。ＤＳＣ６０は、ＣＰＵ６１の制御の下、検出信号をテレビ信号に変換する。ＤＳＣ６０で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）でＤ／Ａ変換が施され、モニタ１５に超音波画像として表示される。
【００４８】
ＣＰＵ６１は、携帯型超音波観測器１０の各部の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６１は、操作部１４からの操作入力信号に基づいて各部を動作させる。また、ＣＰＵ６１は、電源供給部６２を駆動制御し、超音波プローブ１１への電源供給を行わせる。
【００４９】
上記構成を有する超音波診断装置２の作用について説明する。まず、超音波プローブ１１のコネクタ１９を携帯型超音波観測器１０のプローブ接続部１７に挿入固定し、携帯型超音波観測器１０と超音波プローブ１１の電気的機械的接続を得る。そして、操作部１４を操作して携帯型超音波観測器１０の電源を立ち上げるとともに、電源供給部６２から超音波プローブ１１に電源を供給する。術者は、超音波プローブ１１の走査ヘッド１８を被検体に押し当てながら、携帯型超音波観測器１０のモニタ１５に表示される超音波画像を観察して診断を行う。
【００５０】
超音波プローブ１１では、走査制御部５３によって選択されたパルサ４４からＵＴ２７に励振パルスが送信され、ＵＴ２７から被検体に超音波が照射される。走査制御部５３により駆動されるパルサ４４は、超音波および反射波の１回の送受信毎に順次切り替えられる。これにより被検体に超音波が走査される。
【００５１】
このとき、走査制御部５３により、超音波を照射するＵＴ２７のＳＷａ４１がパルサ４４側に倒され、ＳＷｂ４２がオフ、ＳＷｃ４３がオンされる。パルサ４４からの励振パルスは、第１電極３７と第３電極３９を介してＰｓ３５に印加され、Ｐｓ３５から被検体に向けて超音波が発せられる。Ｐｈ３６からは超音波は発せられない。
【００５２】
Ｐｓ３５から発せられた超音波は被検体で反射され、その反射波に応じた検出信号がＵＴ２７から出力される。このとき、走査制御部５３により、反射波を受信するＵＴ２７のＳＷａ４１がグランド側に倒され、ＳＷｂ４２がオン、ＳＷｃ４３がオフされる。各電極３７〜３９によって、Ｐｓ３５とＰｈ３６が受信アンプ４５に直列接続される。受信アンプ４５には、Ｐｓ３５とＰｈ３６から出力された各検出信号の和が入力される。
【００５３】
ＵＴ２７からの検出信号は、受信アンプ４５で増幅された後、レシーバ５０に受信され、Ａ／Ｄ５１でＡ／Ｄ変換されてデジタル化される。Ａ／Ｄ５１でデジタル化された検出信号は、ＢＦ５４に送られてＢＦ５４で位相整合演算され、さらに検波Ｌｏｇ圧縮回路５５で検波、Ｌｏｇ圧縮された後、メモリに一旦格納される。
【００５４】
検波、Ｌｏｇ圧縮後の検出信号は、コネクタ１９、プローブ接続部１７等を介して携帯型超音波観測器１０のＤＳＣ６０に送信され、ＤＳＣ６０でテレビ信号に変換される。ＤＳＣ６０で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換されてモニタ１５に超音波画像として表示される。
【００５５】
以上説明したように、比較的送信能力に長けたＰｓ３５と比較的受信感度が高いＰｈ３６を各電極３７〜３９で直列接続し、超音波の送信時はＰｓ３５を用い、反射波の受信時はＰｓ３５とＰｈ３６の両方で検出信号を出力してその和を受信アンプ４５に入力するので、従来よりもさらに送受信感度を向上させることができる。送受信感度が向上すれば、ＵＴ２７に与える駆動電圧を上げる必要がなくなり、低電圧駆動が可能となる。
【００５６】
上記実施形態では、Ｐｓ３５とＰｈ３６の２個の圧電体を有するＵＴ２７を例示したが、圧電体の個数は２個以上でもよい。例えば図７に示すＵＴ７０のように、ソフト・リラクサー系のＰｓ３５とハード系のＰｈ３６に、もう１個ハード系の第３圧電体（以下、Ｐｈ’と略す）７１を追加した構成としてもよい。上記実施形態と同様、Ｐｓ３５、Ｐｈ３６、およびＰｈ’７１は、同じ方向に分極している。また、Ｐｈ３６とＰｈ’７１の送受波面の面積は同じであり、送受波面の面積比率は、例えばＰｓ：Ｐｈ：Ｐｈ’＝４：１：１である。
【００５７】
この場合、上記実施形態の第３電極３９に加えて、Ｐｈ３６の上面電極とＰｈ’７１の下面電極を兼ね、第３電極３９の接続部４０と同様の接続部７３を有する第４電極７２を形成する。また、上記実施形態の第２電極３８をＰｈ’７１の上面電極とする。第１、第２電極３７、３８とＳＷａ４１、ＳＷｂ４２との接続は上記実施形態と同じである。第３電極３９の代わりに第４電極７２にＳＷｃ４３が接続されている点が上記実施形態と異なる。超音波の送信時と反射波の受信時のＳＷａ〜ＳＷｃ４１〜４３の選択状態は、表２と同じである。
【００５８】
超音波の送信時は、Ｐｓ３５とＰｈ３６から超音波が発せられる。Ｐｈ’７１からは発せられない。反射波の受信時には、Ｐｓ３５、Ｐｈ３６、およびＰｈ’７１が受信アンプ４５に直列接続される。直列接続する圧電体が多くなる分、合成静電容量は低下するが、送受信感度は向上する。なお、第３電極３９がＰｓ３５の上面電極とＰｈ３６の下面電極となっているので、Ｐｓ３５とＰｈ３６から発せられる超音波は逆位相となるが、Ｐｈ３６の送受波面の面積がＰｓ３５に比して小さく、等価圧電定数ｄ３３もＰｈ３６の方が小さいので、Ｐｈ３６の超音波によるＰｓ３５の超音波のキャンセル量は軽微である。
【００５９】
ＵＴを構成する圧電体の個数がｎ個（ｎは２以上の自然数）であった場合、隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる、第３電極３９や第４電極７２等の兼用電極はｎ−１個必要である。兼用電極を含む電極の総数はｎ＋１個であり、兼用電極以外の電極は第１電極３７と第２電極３８の２個である。
【００６０】
上記実施形態では、携帯型超音波観測器１０と超音波プローブ１１がケーブル２０で有線接続される例を挙げたが、図８に示す超音波診断装置８０のように、携帯型超音波観測器８１と超音波プローブ８２間のデータの送受信を無線で行うものに適用してもよい。
【００６１】
図８において、携帯型超音波観測器８１と超音波プローブ８２にはそれぞれ、Ａ／Ｄ変換後の検出信号を無線で遣り取りするための無線受信部８３と無線送信部８４が設けられている。また、超音波プローブ８２には、バッテリ８５が内蔵されており、バッテリ８５からの電源が電源供給部８６を介して超音波プローブ８２の各部に供給される。
【００６２】
本発明によれば、比較的低い電圧でＵＴを駆動しても、比較的高い送受信感度が得られるので、超音波プローブ８２のようにバッテリ８５で駆動するタイプの耐用時間を従来よりも長引かせることができる。また、低電圧駆動であるためパルサ等の回路規模を小さくすることができ、ひいては超音波プローブの小型化にも寄与することができる。
【００６３】
なお、図９に示すように、ＵＴアレイ２１とパルサ４４およびレシーバ５０の間に、駆動するＵＴ２７を選択的に切り替えるマルチプレクサ（以下、ＭＵＸと略す）９０を介挿してもよい。例えばＵＴ２７が１２８個で、隣接する４８個のＵＴ２７を１つのブロックとして各ＵＴ２７に任意の遅延差を与えて駆動させる場合、ＭＵＸ９０で駆動させる４８個を選択する。こうすれば、一度に駆動するＵＴ２７の個数分（この場合は４８個分）、パルサ４４とレシーバ５０を用意すればよいので、超音波プローブをさらに小型化することができる。
【００６４】
上記実施形態では、隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極である第３電極３９や第４電極７２に接続部４０、７３を設けているが、接続部の代わりにワイヤボンディング等で隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を導通させてもよい。
【００６５】
上記実施形態では、ＥＬ方向に沿って各圧電体を並べているが、ＡＺ方向に沿って並べても構わない。また、ハード系の圧電セラミックスの代わりに、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電樹脂を用いてもよい。
【００６６】
上記実施形態では、いわゆるコンベックス電子走査型の体外式の超音波プローブを例示したが、ラジアル電子走査型、あるいは１個のＵＴを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式の超音波プローブでもよい。電子内視鏡の鉗子チャンネルに挿入される体内式の超音波プローブや、電子内視鏡と一体化された超音波内視鏡についても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
２、８０  超音波診断装置
１０、８１  携帯型超音波観測器
１１、８２  超音波プローブ
２１  超音波トランスデューサアレイ（ＵＴアレイ）
２７、７０  超音波トランスデューサ（ＵＴ）
３５  第１圧電体（Ｐｓ）
３６  第２圧電体（Ｐｈ）
３７〜３９  第１〜第３電極
４０、７３  接続部
４１〜４３  第１〜第３スイッチ（ＳＷａ〜ＳＷｃ）
４４  パルサ
４５  受信アンプ
５１  Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
５２  ＣＰＵ
５３  走査制御部
５４  ビームフォーマ（ＢＦ）
５５  検波Ｌｏｇ圧縮回路
７１  第３圧電体（Ｐｈ’）
７２  第４電極
８４  無線送信部
８５  バッテリ
９０  マルチプレクサ（ＭＵＸ）
【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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