(57)【要約】【課題】超音波ビームのフォーカス位置や送受信方向を変化させるために多数のパルサ回路や受信系回路を必要とせず、小型化やコストダウンが可能であり、発熱も低減できる超音波診断装置を提供する。【解決手段】この超音波診断装置は、（ａ）超音波を送受信するための複数の超音波送受信素子１０と、複数の超音波送受信素子の位置を変化させるアクチュエータ２０と、複数の超音波送受信素子の超音波送受信側に配置され、複数の超音波送受信素子の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材とを含む超音波用探触子１と、（ｂ）所望の超音波収束及び／又は超音波走査が実現されるようにアクチュエータを制御する送受信位置制御回路８０とを具備する。【選択図】　図１
2004089357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信するための複数の超音波送受信素子と、
前記複数の超音波送受信素子の位置を変化させる送受信位置変化手段と、
前記複数の超音波送受信素子の超音波送受信側に配置され、前記複数の超音波送受信素子の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材と、
を具備する超音波用探触子。
【請求項２】
前記音響整合部材の超音波送受信側に配置された音響整合層をさらに具備する請求項１記載の超音波用探触子。
【請求項３】
前記複数の超音波送受信素子に駆動信号を供給して超音波を送信させる駆動信号発生回路と、
前記複数の超音波送受信素子によって超音波を受信して得られる複数の検出信号を加算するアナログ加算回路と、
をさらに具備する請求項１又は２記載の超音波用探触子。
【請求項４】
超音波を送受信するための複数の超音波送受信素子と、前記複数の超音波送受信素子の位置を変化させる送受信位置変化手段と、前記複数の超音波送受信素子の超音波送受信側に配置され、前記複数の超音波送受信素子の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材とを含む超音波用探触子と、
所望の超音波収束及び／又は超音波走査が実現されるように前記送受信位置変化手段を制御する送受信位置制御手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項５】
前記超音波用探触子が、
前記複数の超音波送受信素子に駆動信号を供給して超音波を送信させる駆動信号発生回路と、
前記複数の超音波送受信素子によって超音波を受信して得られる複数の検出信号を加算するアナログ加算回路と、
をさらに含む、請求項４記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信する超音波用探触子に関し、さらに、そのような超音波用探触子を用いて超音波を送受信することにより医療診断又は非破壊検査を行うために用いられる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置においては、超音波の送信及び受信を行う振動子を複数有する１次元センサアレイが一般的に用いられている。このような１次元センサアレイにおいては、複数の振動子に印加する駆動信号の位相関係を調整することにより送信フォーカス位置が設定され、複数の振動子から出力される検出信号の位相関係を調整することにより受信フォーカス位置が設定される。また、超音波ビームのフォーカス位置と送受信方向とを変化させることにより、被検体を１つの断面において走査して２次元画像を取得することができる。さらに、このような１次元センサアレイを機械的に移動させることにより複数の２次元画像を取得して、これらの２次元画像を合成することにより３次元画像を得ていた。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、複数個の超音波振動子からなる超音波探触子から送受した超音波信号に基づいて、被検体に刺入した針状体の位置を表示手段に表示し、該表示画像を操作者の前記被検体の患部への前記針状体の刺入の案内に供する医療用超音波診断装置において、前記超音波探触子は、複数個の超音波振動子からなる２以上の振動子群を有し、該振動子群は超音波の走査方向と垂直をなす方向に隣り合って配置されると共に、前記振動子群の間隔を所定間隔に可変し保持する可変保持手段とを具備する医療用超音波診断装置が開示されている。
【０００４】
この医療用超音波診断装置に用いられる超音波探触子においては、振動子群の間隔を調節することにより、使用する針状体の太さに応じてフォーカス点の位置を最適位置に設定することが可能であるものの、超音波ビームのフォーカス位置や送受信方向を変化させるためには、送波手段において駆動信号の遅延時間差を調節すると共に、複数の受波信号処理手段を用いて位相整合を行う必要がある。一般に、パルス波形を有する駆動信号を発生するためには、高電圧回路であるパルサ回路が用いられるが、複数の駆動信号の遅延時間差を調節するためには、振動子と同数のパルサ回路が必要となるので、超音波診断装置の小型化やコストダウンの妨げとなり、また、多数のパルサ回路からの発熱も問題となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１３７５４９号公報（第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、超音波ビームのフォーカス位置や送受信方向を変化させるために多数のパルサ回路や受信系回路を必要とせず、小型化やコストダウンが可能であり、発熱も低減できる超音波診断装置、及び、それに用いる超音波用探触子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る超音波用探触子は、超音波を送受信するための複数の超音波送受信素子と、複数の超音波送受信素子の位置を変化させる送受信位置変化手段と、複数の超音波送受信素子の超音波送受信側に配置され、複数の超音波送受信素子の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材とを具備する。
【０００９】
また、本発明に係る超音波診断装置は、（ａ）超音波を送受信するための複数の超音波送受信素子と、複数の超音波送受信素子の位置を変化させる送受信位置変化手段と、複数の超音波送受信素子の超音波送受信側に配置され、複数の超音波送受信素子の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材とを含む超音波用探触子と、（ｂ）所望の超音波収束及び／又は超音波走査が実現されるように送受信位置変化手段を制御する送受信位置制御手段とを具備する。
【００１０】
本発明によれば、超音波用探触子において複数の超音波送受信素子の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材を設け、これらの超音波送受信素子の位置を送受信位置変化手段によって変化させて超音波の収束やステアリングを行えるようにしたので、超音波ビームのフォーカス位置や送受信方向を変化させるために多数のパルサ回路や受信系回路を必要とせず、小型化やコストダウンが可能であり、発熱も低減できる超音波診断装置を提供できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波用探触子（プローブ）１は、超音波を送受信するための複数の超音波送受信素子１０と、複数の超音波送受信素子１０をそれぞれ支持する複数のアクチュエータ２０と、複数の超音波送受信素子１０に駆動信号を供給して超音波を送信させる駆動信号発生回路（パルサ回路）３０と、複数の超音波送受信素子１０によって超音波を受信して得られる複数の検出信号を加算するアナログ加算回路４０とを含んでいる。
【００１２】
図２は、本実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波用探触子の機械的構造を示す部分的断面図である。超音波用探触子１のハウジング２内には、超音波を送信及び／又は受信するための振動子１１と、電極１２及び１３とを有する複数の超音波送受信素子１０が、複数のアクチュエータ２０にそれぞれ支持されて収納されている。これらの超音波送受信素子１０は、１次元状に配列されていても良いし、２次元状に配列されていても良い。また、超音波送受信素子１０において、超音波の受信に関しては、超音波によって変調された光を検出する光検出方式による超音波検出素子を用いても良い。
【００１３】
振動子１１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ｌｅａｄ）　ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　ｔｉｔａｎａｔｅ）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の高分子圧電素子のような圧電性を有する材料（圧電素子）等によって構成される。このような圧電素子にパルス状あるいは連続波の電圧（駆動信号）を印加すると、圧電素子は微少な機械的振動を生じる。この機械的振動により、パルス状あるいは連続波の超音波が発生し、伝播媒質中を超音波ビームとして伝達される。電極１２及び１３は、振動子１１に駆動信号を印加するために用いられる。なお、図２においては、これらの電極の配線、及び、これらの電極に接続される回路は省略されている。
【００１４】
アクチュエータ２０は、各種の稼働エネルギーを機械的な変位や応力に変換する役割を果たすものであり、本実施形態においては、ソレノイドコイルを用いたムービングマグネット型あるいはムービングコイル型のアクチュエータが用いられる。ソレノイドコイルの配線は、超音波診断装置本体の送受信位置制御回路（図１の８０）に接続される。
【００１５】
ハウジング２の内側には、音響インピーダンスの整合を図るために音響整合層３を設けることが望ましい。音響整合層３は、超音波を伝え易いパイレックスガラス（パイレックスは登録商標）や金属粉入りエポキシ樹脂等により構成することができる。また、音響整合層３と超音波送受信素子１０との間には、超音波送受信素子１０の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材４が充填されている。さらに、ハウジング２の表面には、振動子１１を保護することも兼ねて、シリコンゴム等の音響レンズ材５を設けることが望ましい。なお、ハウジング２内は、超音波送受信素子１０及びアクチュエータ２０が設けられた部分の近傍を除き、樹脂６で固められている。
【００１６】
ここで、図３を参照しながら、超音波用探触子における超音波の送受信動作について詳しく説明する。
図３の（ａ）は、超音波用探触子の正面に超音波ビームを送信し、あるいは、超音波用探触子の正面から超音波ビームを受信する際の動作を示す図である。複数のアクチュエータ２０に含まれているソレノイドコイルに制御信号が供給されて、電流により磁界が励起されることにより、これらのアクチュエータ２０に支持されている複数の超音波送受信素子１０が、図３の（ａ）に示す位置に移動する。これに伴って、音響整合部材４は、複数の超音波送受信素子１０の位置の変化に追従して変形する。その結果、複数の超音波送受信素子１０が、図３の（ａ）に破線で示すようなフォーカス面を形成し、超音波用探触子１の正面における所望の位置にフォーカス点が設定される。
【００１７】
図３の（ｂ）は、超音波用探触子の図中右側に超音波ビームを送信し、あるいは、超音波用探触子の右側から超音波ビームを受信する際の動作を示す図である。複数のアクチュエータ２０に含まれているソレノイドコイルに制御信号が供給されて、電流により磁界が励起されることにより、これらのアクチュエータ２０に支持されている複数の超音波送受信素子１０が、図３の（ｂ）に示す位置に移動する。これに伴って、音響整合部材４は、複数の超音波送受信素子１０の位置の変化に追従して変形する。その結果、複数の超音波送受信素子１０が、図３の（ｂ）に破線で示すようなフォーカス面を形成し、超音波用探触子１の右側（ステアリング角θ）における所望の位置にフォーカス点が設定される。
このようにして、所望の方向及び深度のフォーカス点に超音波ビームを収束させたり、フォーカス点の位置を変化させることにより超音波ビームを用いて被検体をスキャンすることが可能となる。
【００１８】
再び図１を参照すると、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波用探触子１と、超音波用探触子１内のアナログ加算回路４０によって加算された検出信号を処理する検出信号処理回路５０と、検出信号処理回路５０の出力信号に基づいて画像信号を生成して処理する画像信号処理回路６０と、画像信号処理回路６０から出力される画像信号に基づいて画像を表示する画像表示部７０と、超音波用探触子１に含まれている複数のアクチュエータ２０に複数の制御信号を供給してそれらの位置を制御する送受信位置制御回路８０と、各部の回路を制御するＣＰＵ等の制御部９０とを含んでいる。
【００１９】
次に、図１〜図４を参照しながら、本実施形態に係る超音波診断装置の動作について説明する。図４は、本実施形態に係る超音波診断装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
まず、ＣＰＵ等の制御部９０が、送信タイミング前の期間Ｔにおいて、送受信位置制御回路８０に送受信位置制御命令（Ａ）を出力すると、送受信位置制御回路８０は、超音波用探触子１に含まれている複数のアクチュエータ２０に複数の制御信号を供給して、それぞれの超音波送受信素子１０を所定の位置に配置する。
【００２０】
次に、制御部９０が、超音波用探触子１内の駆動信号発生回路（パルサ回路）３０に送信命令（Ｂ）を出力すると、駆動信号発生回路３０は、第１〜Ｎ番目の超音波送受信素子１０に対して駆動信号（Ｃの前部）を供給する。これらの超音波送受信素子１０に含まれている振動子は同じタイミングで駆動されるが、図３の（ａ）又は（ｂ）に示すように音響整合部材４内で音路差が形成されているので、所定の方向及び焦点を持つように超音波ビームが送信される。
【００２１】
超音波ビームが被検体に反射されると反射波（エコー）が戻って来るが、反射波についても音響整合部材４内で音路差が形成されているので、第１〜Ｎ番目の超音波送受信素子１０によって得られる複数の検出信号（Ｃの後部）のメインローブは、ほぼ等しい位相を有することになる。従って、これらの検出信号をアナログ加算回路４０においてそのまま加算することにより、図４に示すようなアナログ加算結果（Ｄ）が得られる。
【００２２】
アナログ加算回路４０によって加算された検出信号は、超音波診断装置本体の検出信号処理回路５０において、それぞれの方向における走査線Ｌ１、Ｌ２、・・・毎に検波やＳＴＣ（センシティビティタイムコントロール）等の信号処理が施され（Ｅ）、検出信号処理回路５０に含まれているＡ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換される。
【００２３】
検出信号処理回路５０から出力されたディジタル信号は、画像信号処理回路６０に入力され、フレームタイミング信号（Ｆ）に同期して、画像信号処理回路６０に含まれている１次記憶部に面データとして順次記憶される（Ｇ）。画像信号処理回路６０は、それらの面データに基づいて、２次元データ又は３次元の画像データを再構成すると共に、画像データに対して、補間、レスポンス強調処理、階調処理等の画像処理を施す（Ｈ）。画像処理が施された画像データは、画像信号処理回路６０に含まれている２次記憶部に記憶される。画像表示部７０は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置であり、画像データに基づいて画像を表示する（Ｉ）。
【００２４】
以上において、制御部９０は、所定のタイミングで駆動信号を発生するように駆動信号発生回路３０を制御すると共に、送信時刻から一定時間経過後に超音波送受信素子１０から出力される検出信号を取り込むように検出信号処理回路５０を制御する。このように、駆動信号及び検出信号のタイミングをコントロールすることにより、反射波を受け取る時間帯を限定し、被検体の所望の深度からの反射波を検出することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置について説明する。本実施形態においては、超音波用探触子において検出信号がディジタル信号に変換された後、超音波診断装置本体に伝送される。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波用探触子１００には、多数の超音波送受信素子１０が１次元状又は２次元状に配置されており、例えば、各行又は各列に含まれている超音波送受信素子１０から出力される検出信号が、それぞれのアナログ加算回路４１〜４３において加算される。アナログ加算回路４１〜４３によって加算された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器４４〜４６においてそれぞれＡ／Ｄ変換され、これらのＡ／Ｄ変換器４４〜４６から出力されるパラレルデータが、パラレル／シリアル変換回路４７においてシリアルデータに変換される。
【００２６】
このシリアルデータは、超音波用探触子１００から超音波診断装置本体に伝送され、シリアル／パラレル変換回路４８においてパラレルデータに変換されて、検出信号処理回路４９に入力される。検出信号処理回路４９においては、パラレルデータに対して、検波、ビームフォーミング、ＳＴＣ等の信号処理がディジタル的に施される。その他の点については、第１の実施形態と同様である。なお、多数の超音波送受信素子１０から出力される検出信号を１つのアナログ加算回路を用いて加算することにより、パラレル／シリアル変換回路４７及びシリアル／パラレル変換回路４８を省略するようにしても良い。本実施形態によれば、超音波送受信素子から出力される微小なアナログ信号の伝送距離を短くすることにより、検出信号のＳＮ比を向上させることが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波用探触子において複数の超音波送受信素子の位置の変化に追従して変形可能な音響整合部材を設け、これらの超音波送受信素子の位置を送受信位置変化手段によって変化させて超音波の収束やステアリングを行えるようにしたので、超音波ビームのフォーカス位置や送受信方向を変化させるために多数のパルサ回路や受信系回路を必要とせず、小型化やコストダウンが可能であり、発熱も低減できる超音波診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波用探触子の機械的構造を示す部分的断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置において用いられる超音波用探触子における超音波の送受信動作について説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、１００　超音波用探触子
２　ハウジング
３　音響整合層
４　音響整合部材
５　音響レンズ材
６　樹脂
１０　超音波送受信素子
１１　振動子
１２、１３　電極
２０　アクチュエータ
３０　駆動信号発生回路
４０、４１〜４３　アナログ加算回路
４４〜４６　Ａ／Ｄ変換器
４７　パラレル／シリアル変換回路
４８　シリアル／パラレル変換回路
４９、５０　検出信号処理回路
６０　画像信号処理回路
７０　画像表示部
８０　送受信位置制御回路
９０　制御部
【図１】
2004089357.tif 000003
【図２】
2004089357.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004089357.tif 000006
【図５】
2004089357.tif 000007