(57)【要約】【課題】複合圧電素子振動子を励振して診断を行う超音波観測装置において、広帯域の利用と高周波側の超音波画質の改善を可能にする。【解決手段】第１のスイッチ１１と、第１のパルスドライバ１３と、第１の共振用インダクタ１５と、超音波振動子２０の第１の正極２１と、第１のＳＴＣ回路３１は、第１の系統Ａ１となっており、低周波に対応している。第２のスイッチ１２と、第２のパルスドライバ１４と、第２の共振用インダクタ１６と、超音波振動子２０の第２の正極２２と、第２のＳＴＣ回路３２は、第２の系統Ａ２となっており、高周波に対応している。超音波診断装置１は、第１及び第２のスイッチ１１，１２の切り換えにより、広帯域の利用するモードを選択したり高周波側の超音波画質の改善するモードを選択するようになっている。【選択図】  図１
2004181094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送受信して超音波エコー信号を得る複合圧電体振動子と、
前記複合圧電体振動子の第１の部分に第１の周波数の駆動信号の供給が可能な第１の周波数供給手段と、
前記複合圧電体振動子の第２の部分に第２の周波数の駆動信号の供給が可能な第２の周波数供給手段と、
前記第１の周波数供給手段と前記第２の周波数供給手段とのいずれか一方または同時に選択可能な送信選択手段と、
前記第１の周波数供給手段により前記複合振動子を駆動して得られる超音波エコー信号を増幅する第１の信号増幅手段と、
前記第２の周波数供給手段により前記複合振動子を駆動して得られる超音波エコー信号を増幅する第２の信号増幅手段と、
前記第１の信号増幅手段からの出力と前記第２の信号増幅手段からの出力とを合成する合成手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合圧電体振動子を用いて被検体内に超音波を送受信することで断面像を作り出す超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波診断装置は超音波内視鏡及び超音波プローブと接続して体腔内の断面像を作り出し、病変の深達度診断、臓器の実質診断等に用いられている。
【０００３】
この超音波内視鏡及び超音波プローブの先端には超音波振動子が内蔵されている。超音波診断装置から送信される電気的な駆動パルスは、前記超音波振動子によって音響的な超音波パルスに変換され、体内組織に照射される。体内からはその反射波が返ってくるため、それを超音波振動子は電気的信号に変換する。超音波診断装置は、超音波振動子からの電気的信号に対して信号処理等を行って超音波断層像として表示するような仕組みになっている。
【０００４】
近年になってから、この超音波振動子にＣＰＭ（複合圧電素子）を使用した広帯域な振動子が登場した（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
振動子の帯域が大幅に広がったことで、従来のＰＺＴ振動子｛二成分系圧電セラミックス  Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ３｝では周波数ごとに素子を分け、複数存在していた超音波内視鏡を１本にて実現することが可能となった。反面、１素子で多周波数に対応するため、画質を重視する高周波を使用する場合において問題が生じてきた。
【０００６】
即ち、ＰＺＴではＱ値が非常に高く高周波用の振動子において低周波成分は超音波振動子の特性によっておおよそ排除できていた。これに対してＣＰＭでは低周波と高周波を超音波振動子では分別できないため、その切り分けを送受信回路に依るところが大きくなった。しかし現状の構成では、完全に低周波をカットできず低周波成分による分解能の劣化が起こる。
【０００７】
ここで、従来、超音波診断装置としては、超音波振動子のＣＰＭとＰＺＴの送信波形を変更する技術があるが、この場合、ＣＰＭとＰＺＴの送信波形は変更していてもＣＰＭでは広域帯の送信を行うのみである（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
超音波診断装置としては、ＣＰＭからの電気信号の受信フィルタを切替えて使用する技術があり、これでＰＺＴとまったく同様性能の実現は可能であるが、ＣＰＭの特徴である広帯域を利用した近距離は高周波で受け高画質な画質、遠距離では低周波を利用した深達度のある画像を作るようなことができなくなる（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
このことに対応して、可変容量（バリキャップダイオード）を使用した可変フィルタを利用して前述したＣＰＭの特徴を出す技術がある（例えば、特許文献４参照）。しかし、この技術では可変容量の限界で、固定フィルタよりＱ値が低くなり、結果高周波側で低周波成分を完全に除去できていなかった。
【００１０】
さらに、従来のＰＺＴでは高周波の超音波振動子を用いる際は、低周波の超音波振動子より開口を一回り小さくし、焦点を近距離にすると共にビームの拡散を防いでいた。しかしＣＰＭでは、低周波から高周波まで一定の開口径であるため、高周波側では焦点が遠方にずれ、拡散も早く、方位方向の分解能が悪くなることが挙げられる（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−４６３７９号公報（第３−４頁、図２）
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−５７９７８号公報（第４−７頁、図１−４）
【００１３】
【特許文献３】
特開２００１−１６１６８２号公報（第３−４頁、図１）
【００１４】
【特許文献４】
特開２００１−４６３７９号公報（第５−６頁、図６−８）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の超音波振動子にＣＰＭ（複合圧電素子）を使用した超音波診断装置では、ＣＰＭの特徴である広帯域の利用と高周波側での低周波のカットを両立できず、遠距離で低周波を利用した深達度のある画像を作れなくなるか、または、高周波側で低周波成分による分解能の劣化するという問題があった。また、ＣＰＭでは、低周波から高周波まで一定の開口径であるため、高周波側では焦点が遠方にずれ、拡散も早く、方位方向の分解能が悪くなっていた。
【００１６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、複合圧電素子振動子を励振して診断を行う超音波観測装置において、広帯域の利用と高周波側の超音波画質の改善が可能な超音波診断装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に記載の超音波診断装置は、被検体に超音波を送受信して超音波エコー信号を得る複合圧電体振動子と、前記複合圧電体振動子の第１の部分に第１の周波数の駆動信号の供給が可能な第１の周波数供給手段と、前記複合圧電体振動子の第２の部分に第２の周波数の駆動信号の供給が可能な第２の周波数供給手段と、前記第１の周波数供給手段と前記第２の周波数供給手段とのいずれか一方または同時に選択可能な送信選択手段と、前記第１の周波数供給手段により前記複合振動子を駆動して得られる超音波エコー信号をＳＴＣ処理する第１のＳＴＣ処理手段と、前記第２の周波数供給手段により前記複合振動子を駆動して得られる超音波エコー信号をＳＴＣ処理する第２のＳＴＣ処理手段と、前記第１のＳＴＣ処理手段からの出力と前記第２のＳＴＣ処理手段からの出力とを合成する合成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１乃至図８は本発明の超音波診断装置の実施の形態に係り、図１は超音波診断装置の回路構成を示すブロック図、図２は超音波振動子の正極を示す平面図、図３はパルス生成部の出力パルスの周波特性を示すグラフ、図４は第１の共振用インダクタを通過した出力パルスの周波特性を示すグラフ、図５は第２の共振用インダクタを通過した出力パルスの周波特性を示すグラフ、図６は第１及び第２のＳＴＣ回路の第１の設定を示す説明図、図７は第１及び第２のＳＴＣ回路の第２の設定を示す説明図、図８は第１及び第２のＳＴＣ回路の第３の設定を示す説明図である。
【００１９】
（構成）
図１に示すように、超音波診断装置１は、パルス発生部１０と、第１及び第２のスイッチ１１，１２と、第１及び第２のパルスドライバ１３，１４と、第１及び第２の共振用インダクタ１５，１６と、ＣＰＭ（複合圧電体）振動子による超音波振動子２０と、第１及び第２のＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｔｉｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ＝感度時間制御）回路３１，３２と、受信合成部３３と、受信処理部３４と、モニタ３５とを含んで構成されている。
【００２０】
ここで、ＳＴＣ回路は、超音波診断装置においては音波減衰量自動補正回路とも呼ばれている。
【００２１】
また、第１のスイッチ１１と、第１のパルスドライバ１３と、第１の共振用インダクタ１５と、超音波振動子２０の第１の正極２１と、第１のＳＴＣ回路３１は、第１の系統Ａ１となっており、低周波側（例えば３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度）に対応している。
【００２２】
第２のスイッチ１２と、第２のパルスドライバ１４と、第２の共振用インダクタ１６と、超音波振動子２０の第２の正極２２と、第２のＳＴＣ回路３２は、第２の系統Ａ２となっており、高周波側（例えば１０ＭＨｚ〜２５ＭＨｚ程度）に対応している。
【００２３】
以下、本実施の形態をさらに詳細に説明する。
超音波診断装置１は、内部のパルス発生部１０において、前記の第１の系統Ａ１および第２の系統Ａ２の周波数を含むパルスを発生する。
【００２４】
前記パルス発生部１０の出力線は２系統に分岐しそれぞれ第１及び第２のスイッチ１１，１２の一方の端子に接続される。前記第１及び第２のスイッチ１１，１２の他方の端子は、それぞれ第１及び第２のパルスドライバ１３，１４に接続される。
【００２５】
第１及び第２のパルスドライバ１３，１４は、それぞれ第１及び第２のスイッチ１１，１２からパルス信号を増幅してそれぞれの出力端子から出力する。
【００２６】
前記第１及び第２のパルスドライバ１３，１４の出力端子は、それぞれ値の異なる第１及び第２の共振用インダクタ１５，１６を経て、超音波内視鏡内部の超音波振動子２０の第１及び第２の正極２１，２２にそれぞれ接続される。
【００２７】
第１及び第２の正極２１，２２は超音波振動子２０の振動面で２分割されている。
【００２８】
超音波振動子２０は、圧電素子２３の一面に第１及び第２の正極２１，２２を形成し、圧電素子２３の他面に負極２４を形成したものである。負極２４は、図示しない配線を介してパルス発生部１０の負極に接続される。
【００２９】
前記第１の共振用インダクタ１５と第１のパルスドライバ１３との間からは、配線が分岐しており、この分岐した配線には第１のＳＴＣ回路３１の入力端子が接続している。
【００３０】
前記第２の共振用インダクタ１６と第２のパルスドライバ１４ととの間からは、配線が分岐しており、この分岐した配線には第２のＳＴＣ回路３２の入力端子が接続している。
【００３１】
超音波振動子２０で受信した超音波は電気信号に変換され、第１及び第２の正極２１，２２からそれぞれ第１及び第２の共振用インダクタ１５，１６を経て、それぞれ第１及び第２のＳＴＣ回路３１，３２に入力され、時間的に重み付けされる。
【００３２】
前記第１及び第２のＳＴＣ回路３１，３２の出力は、受信合成部３３で１系統に合成され、受信処理部３４にて信号処理される。
【００３３】
前記受信処理部３４にて処理された信号はモニタ３５に表示される。
図２に示すように、超音波振動子２０の第１及び第２の正極２１，２２は同心円で分割されている。第１の正極２１が同心円の外側、第２の正極２２が同心円の内側になっている。
【００３４】
このような構造により、超音波振動子２０は、被検体に超音波を送受信して超音波エコー信号を得る複合圧電体振動子となっている。超音波振動子２０の第１及び第２の正極２１，２２は、それぞれ前記複合圧電体振動子の第１及び第２の部分となっている。
【００３５】
第１のパルスドライバ１３及び第１の共振用インダクタ１５は、前記複合圧電体振動子の第１の部分に第１の周波数の駆動信号の供給が可能な第１の周波数供給手段となっている。
【００３６】
第２のパルスドライバ１４及び第２の共振用インダクタ１６は、前記複合圧電体振動子の第２の部分に第２の周波数の駆動信号の供給が可能な第２の周波数供給手段となっている。
【００３７】
第１及び第２のスイッチ１１，１２は、前記第１の周波数供給手段と前記第２の周波数供給手段とのいずれか一方または同時に選択可能な送信選択手段となっている。
【００３８】
第１のＳＴＣ回路３１は、前記第１の周波数供給手段により前記複合振動子を駆動して得られる超音波エコー信号をＳＴＣ処理する第１のＳＴＣ手段となっている。
【００３９】
第２のＳＴＣ回路３２は、前記第２の周波数供給手段により前記複合振動子を駆動して得られる超音波エコー信号をＳＴＣ処理する第２のＳＴＣ処理手段となっている。
【００４０】
受信合成部３３は、前記第１のＳＴＣ処理手段からの出力と前記第２のＳＴＣ処理手段からの出力とを合成する合成手段となっている。
【００４１】
（作用）
以下に、本実施の形態の作用について説明する。
図３に示すＳ１は、前記パルス発生部１０の出力パルスの周波特性であり、パルス発生部１０が広帯域のパルスを送出していることを表している。
【００４２】
図４に示すＳ２は、パルス発生部１０のパルスが第１の系統Ａ１側の前記第１の共振用インダクタ１５を通過した後の周波特性であり、前記第１の共振用インダクタ１５を通過した後のパルスが狭帯域の低周波のパルスになることを示している。
【００４３】
図５に示すＳ３は、パルス発生部１０のパルスが第２の系統Ａ２側の前記第２の共振用インダクタ１６を通過した後の周波特性であり、前記第２の共振用インダクタ１６を通過した後のパルスが狭帯域の高周波のパルスになることを示している。
【００４４】
即ち、図４及び図５は、第１の共振用インダクタ１５側が低周波、第２の共振用インダクタ１６側が高周波に設定されていることを示している。
【００４５】
次に前記実施の形態での具体的な動作を説明する。
第１のモード（低周波モード）では、図１の第１のスイッチ１１をオン（接続）し、第２のスイッチ１２をオフ（断続）するとともに、第１及び第２のＳＴＣ回路３１，３２の設定を図６に示す状態にする。これにより、図１の第１の共振用インダクタ１５によって低周波の送信パルスが超音波振動子２０の外側（図２の点線外側）から送出される。
【００４６】
図６の設定により、第１のＳＴＣ回路３１側の増幅度が第２のＳＴＣ回路３２側の増幅度に比べ大きくなるため、超音波振動子２０から第１の共振用インダクタ１５側を通過した低周波信号が増幅され、超音波振動子２０から第２の共振用インダクタ１６側を通過した高周波信号が減衰される。このため、受信処理部３４に入力する信号には高域成分がほとんど混入せず、低域成分の遠方まで深達度のある画像が得られる。さらに、高周波側の帯域を低周波側の整数倍となるように設定しておき、第１及び第２のＳＴＣ回路３１，３２の設定を図８とし、比較的低い周波数で送信した信号をその整数倍（例えば２倍）の高周波で受け取ることで、ハーモニックイメージにも応用できる。
【００４７】
第２のモード（広帯域モード）では、図１の第１及び第２のスイッチ１１，１２を同時或いはほぼ同時に両方オン（接続）するとともに、第１及び第２のＳＴＣ回路３１，３２の設定を設定を図７に示す状態にする。これにより、図１の第１及び第２の共振用インダクタ１５，１６によって低周波および高周波の送信パルスが超音波振動子２０の外側及び内側から同時に送出される。
【００４８】
図７の設定により、比較的超音波振動子２０に近い部位では第１のＳＴＣ回路３１側の増幅が第２のＳＴＣ回路３２側の増幅度に比べ小さくなり、比較的超音波振動子２０に遠い部位では第１のＳＴＣ回路３１側の増幅が第２のＳＴＣ回路３１側の増幅度に比べ大きくなるように、第１及び第２のＳＴＣ回路３１，３２の増幅を経時的に徐々に変化させる。
【００４９】
このため、超音波受信は、比較的超音波振動子２０に近い部位では超音波振動子２０の中心付近で受けた高周波側の画像を使い、超音波振動子２０から比較的遠い部位では低周波側の画像を使うようになる。これにより、超音波振動子２０に近い部位では高分解能の画像が得られ、かつ遠方まで深達度のある画像が得られる。
【００５０】
第３のモード（高周波モード）では、図１の第１のスイッチ１１をオフ（断続）し、第２のスイッチ１２をオン（接続）するとともに、第１及び第２のＳＴＣ回路３１，３２の設定を図８に示す状態にする。これにより、図１の第２の共振用インダクタ１６によって高周波の送信パルスが超音波振動子２０の中心部（図２の点線より内側）から送出される。このため、従来より超音波振動子２０の開口径を小さくできる。
【００５１】
図８の設定により第２のＳＴＣ回路３２側の増幅が第１のＳＴＣ回路３１側の増幅度に比べ大きくなるため、超音波振動子２０から第１の共振用インダクタ１５側を通過した低周波信号が減衰され、超音波振動子２０から第２の共振用インダクタ１６側を通過した高周波信号が増幅される。このため、受信処理部３４に入力する信号に低域成分はほとんど混入せず、高周波側の画像が改善される。
【００５２】
（効果）
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＣＰＭ振動子を励振して診断を行う超音波観測装置において、広帯域の利用と高周波側の超音波画質改善が可能となり、ＣＰＭ振動子を励振して診断を行う超音波観測装置の汎用性を高めることができる。また、高周波側の帯域を低周波側の整数倍となるように設定しておくことで、ハーモニックイメージにも応用できる。
【００５３】
図９は図１の実施の形態の変形例を示す回路図であり、図１から変更した部分を示している。
【００５４】
図１に示す超音波診断装置１は、第１及び第２の共振用インダクタ１５，１６を、超音波振動子２０に対して直列に接続したが、図９に示す本変形例の超音波診断装置５１は、第１及び第２の共振用インダクタ５５，５６を、超音波振動子２０に対して並列に接続している。
【００５５】
さらに詳しく説明すると、図９に示すように、前記第１及び第２のパルスドライバ１３，１４の出力端子は、超音波振動子２０の第１及び第２の正極２１，２２にそれぞれ直接接続されるとともに、それぞれ値の異なる第１及び第２の共振用インダクタ５５，５６を経て、圧電素子２３の負極２４に接続される。
【００５６】
前記第１の共振用インダクタ５５と第１のパルスドライバ１３との間からは、配線が分岐しており、この分岐した配線には第１のＳＴＣ回路３１の入力端子が接続している。
【００５７】
前記第２の共振用インダクタ５６と第２のパルスドライバ１４ととの間からは、配線が分岐しており、この分岐した配線には第２のＳＴＣ回路３２の入力端子が接続している。
【００５８】
これ以外の超音波診断装置５１の構成は、図１に示す超音波診断装置１と同様である。
【００５９】
このような変形例の超音波診断装置５１によっても、図１に示す超音波診断装置１と同様の効果が得られる。
【００６０】
［付記］
以上詳述したような本発明の前記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００６１】
（付記項１）  被検体に超音波を送受信して超音波エコー信号を得るＣＰＭ（複合圧電体）振動子と、
前記ＣＰＭ振動子に第１の周波数の駆動信号の供給が可能な第１周波数供給手段と、
前記ＣＰＭ振動子に第２の周波数の駆動信号の供給が可能な第２周波数供給手段と、
前記１第周波数供給手段と前記第２周波数供給手段とのいずれか一方または同時に選択可能な送信選択手段と、
前記第１周波数供給手段により前記ＣＰＭ振動子を駆動して得られたエコー信号をＳＴＣ処理する第１ＳＴＣ手段と、
前記第２周波数供給手段により前記ＣＰＭ振動子を駆動して得られたエコー信号をＳＴＣ処理する第２ＳＴＣ処理する第２ＳＴＣ手段と、
前記第１ＳＴＣ手段からの出力と前記第２ＳＴＣ手段からの出力とを合成する合成手段と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【００６２】
（付記項２）  前記ＣＰＭ振動子の正極は２系統の分割されており、一方に第１周波数供給手段が、他方に第２の周波数供給手段が接続することを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べた様に本発明によれば、複合圧電素子振動子を励振して診断を行う超音波観測装置において、広帯域の利用と高周波側の超音波画質の改善が可能となり、超音波観測装置の汎用性を高めることができる。また、高周波側の帯域を低周波側の整数倍となるように設定しておくことで、ハーモニックイメージにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波内視鏡内部の送受信部のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態に係る超音波振動子の正極を示す平面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るパルス生成部の出力パルスの周波特性を示すグラフ。
【図４】本発明の実施の形態に係る第１の共振用インダクタを通過した出力パルスの周波特性を示すグラフ。
【図５】本発明の実施の形態に係る第２の共振用インダクタを通過した出力パルスの周波特性を示すグラフ。
【図６】本発明の実施の形態に係る第１及び第２のＳＴＣ回路の第１の設定を示す説明図。
【図７】本発明の実施の形態に係る第１及び第２のＳＴＣ回路の第２の設定を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る第１及び第２のＳＴＣ回路の第３の設定を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例の共振用インダクタと超音波振動子の接続を示す回路図。
【符号の説明】
１              …超音波診断装置
１０            …パルス発生部
１１，１２      …第１及び第２のスイッチ
１３，１４      …第１及び第２のパルスドライバ
１５，１６      …第１及び第２の共振用インダクタ
２０            …超音波振動子
２１，２２      …第１及び第２の正極
２３            …圧電素子
２４            …負極
３１，３２      …第１及び第２のＳＴＣ回路
３３            …受信合成部
３４            …受信処理部
３５            …モニタ
【図１】
2004181094.tif 000003
【図２】
2004181094.tif 000004
【図３】
2004181094.tif 000005
【図４】
2004181094.tif 000006
【図５】
2004181094.tif 000007
【図６】
2004181094.tif 000008
【図７】
2004181094.tif 000009
【図８】
2004181094.tif 000010
【図９】
2004181094.tif 000011