(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個の振動素子グループからなる振動素子アレイを含み、
前記振動素子アレイにおいては、各振動素子がアレイ方向に振動素子グループ順で繰り返し配列され、かつ、アレイ方向と直交する直交方向に各振動素子グループが相互にずれて配列され、
送信時にｎ個の振動素子グループにより１つの送信ビームが形成され、受信時に振動素子グループごとに１つの受信ビームが形成され、これにより、１つの送信ビームに対して、前記直交方向にｎ個の受信ビームが同時形成されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は圧電体と電極とを含み、前記各振動素子の圧電体は互いに両端部が揃って整列され、
前記各振動素子の電極は、振動素子グループごとに前記直交方向にずれて形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記各振動素子は圧電体とその上面側に設けられた整合層とを含み、
前記各振動素子の圧電体は互いに両端部が揃って整列され、
前記各振動素子の整合層は、振動素子グループごとに前記直交方向にずれて形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
ｎ個の振動素子グループからなる振動素子アレイを含む超音波探触子と、
前記超音波探触子に接続された装置本体と、
を含み、
前記振動素子アレイにおいては、各振動素子がアレイ方向に振動素子グループ順で繰り返し配列され、かつ、アレイ方向と直交する直交方向に各振動素子グループが相互にずれて配列され、
送信時にｎ個の振動素子グループにより１つの送信ビームが形成され、受信時に振動素子グループごとに１つの受信ビームが形成され、
前記装置本体は、送信ビームを形成する送信回路と、１つの送信ビームに対して前記直交方向にｎ個の受信ビームを同時形成する複数の受信回路と、を含む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】
本発明は超音波探触子及び超音波診断装置に関し、特に複数の受信ビームの同時形成に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
超音波三次元画像を形成するためには、超音波ビームを三次元走査する必要がある。具体的には、超音波ビームを電子走査して形成される走査面をそれと直交する方向に複数個形成する必要がある。この場合、二次元アレイ振動子が利用され、あるいは、アレイ振動子の機械走査などが利用される。いずれにしても、心臓などを三次元画像として表示する場合、フレームレートを上げる必要があるが、現状では必ずしも十分なフレームレートは得られていない。また、この問題は、三次元画像形成以外においても同様に指摘される。
【０００３】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、フレームレートを向上できる超音波探触子及び超音波診断装置を提供することにある。
【０００４】
本発明の他の目的は、アレイ振動子のアレイ方向と直交する方向に複数の走査面を同時形成できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ｎ個の振動素子グループからなる振動素子アレイを含み、前記振動素子アレイにおいては、各振動素子がアレイ方向に振動素子グループ順で繰り返し配列され、かつ、アレイ方向と直交する直交方向に各振動素子グループが相互にずれて配列されたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、複数の振動素子グループが直交方向（エレベーション方向）に相互にずれて設定されているため、例えば、それらの振動素子グループを同時に利用して複数の受信ビームを同時形成すれば、１回の送信で複数の走査面を形成可能である。よって、例えば１回の送受信で１個の走査面を形成する場合に比べて、時間当たりのエコーデータ量を増加できあるいはフレームレートを向上できる。
【０００７】
望ましくは、前記各振動素子は圧電体と電極とを含み、前記各振動素子の圧電体は互いに端部が揃って整列され、前記各振動素子の電極は、振動素子グループごとに前記直交方向にずれて形成される。この構成によれば、振動素子アレイにおいて、各振動素子の圧電体をエレベーション方向（直交方向）に揃えつつも、電極の形態をエレベーション方向にずらすことによって、結果として、エレベーション方向に互いにずれた複数の振動素子グループを形成できる。
【０００８】
また、望ましくは、前記各振動素子は圧電体とその上面側に設けられた整合層とを含み、前記各振動素子の圧電体は互いに両端部が揃って整列され、前記各振動素子の整合層は、振動素子グループごとに前記直交方向にずれて形成される。このような構成によっても、整合層の位置をエレベーション方向に異ならせて複数の振動素子グループを形成できる。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明は、ｎ個の振動素子グループからなる振動素子アレイを含む超音波探触子と、前記超音波探触子に接続された装置本体と、を含み、前記振動素子アレイにおいては、各振動素子がアレイ方向に振動素子グループ順で繰り返し配列され、かつ、アレイ方向と直交する直交方向に各振動素子グループが相互にずれて配列され、前記装置本体は、送信ビームを形成する送信回路と、１つの送信ビームに対して前記直交方向にｎ個の受信ビームを同時形成する複数の受信回路と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１には、本発明に係る超音波探触子の要部構成が示されている。この超音波探触子は生体の表面に当接して用いられあるいは体腔内に挿入して用いられるものである。
【００１２】
図１において、振動素子アレイ１０は、図１に示す実施形態において２つの振動素子グループ１２，１４によって構成されている。各振動素子グループ１２，１４は、アレイ方向に整列した複数の振動素子からなるものであって、各振動素子グループ１２，１４は互いにアレイ方向と直交するエレベーション方向にずれて形成されている。ここで、そのずれ量Δｄは例えば１〜２ｍｍである。
【００１３】
各振動素子グループ１２，１４において、各振動素子は、圧電素子１６と、その上面側に設けられた第１整合層１８及び第２整合層２０とによって構成されている。圧電素子１６の後方（下側）には各振動素子に共通のバッキング層２２が設けられている。
【００１４】
図１においては、圧電素子１６の上面及び下面に設けられている電極（シグナル電極，グランド電極）及び信号リード、グランドリードが図示省略されている。ちなみに、２つの振動素子グループ１２，１４のエレベーション方向のずれに起因して、各振動子素子の一方端部に隙間が生じるが、そのような隙間には例えば接着剤などを充填するようにしてもよい。
【００１５】
本実施形態において各振動素子のアレイ方向の幅は例えば０．１ｍｍであり、各振動素子グループ１２，１４における素子間のピッチは例えば０．３ｍｍである。また、各振動素子のエレベーション方向の幅は例えば１０ｍｍである。図１に示されるように、各振動素子間はアレイ方向において分離されており、具体的には各振動素子間に溝が形成されている。そのような溝には、音響的に隔絶することのできる接着剤などを充填してもよい。
【００１６】
図２（Ｂ）には図１に示した超音波探触子のエレベーション方向における断面が模式的に示されている。また図２（Ａ）には、超音波探触子によって形成される送信ビーム１００及び２つの受信ビーム１０２，１０４のエレベーション方向における相対振幅が示されている。
【００１７】
図２（Ｂ）に示されるように、第２整合層２０の上面には従来同様の音響レンズ２４が設けられている。上述したように２つの振動素子グループ１２，１４は互いにエレベーション方向にずれて設定されており、送信時にはそれらの２つの振動素子グループ１２，１４が共に利用されて、図２（Ａ）に示すような送信音圧分布１００が形成され、一方、受信時には、それぞれの振動素子グループ１２，１４が個別的に利用され、図２（Ａ）に示すような２つの受信音圧分布１０２，１０４が形成される。２つの振動素子グループのエレベーション方向のシフト量に対応して、２つの受信音圧分布１０２，１０４はそれぞれそのピークがエレベーション方向に所定量だけずれており、このような音圧分布の関係の下で２つの受信ビームを電子走査すれば、結果として互いに平行な２つの走査面を形成可能である。但し、それらを非平行にすることもできる。
【００１８】
もちろん、図１及び図２に示した超音波探触子はいわゆるリニアアレイ振動子を有するものであるが、本発明は電子セクタ走査が適用される場合やあるいは他の電子走査方式が適用される場合にも適用可能である。もちろん、コンベックス型の超音波探触子にも本発明を適用することが可能である。
【００１９】
図３には、１送信２受信を実現するための超音波診断装置の要部構成が示されている。送信ビームフォーマー３６は、振動素子アレイを構成する全ての振動子を利用して送信ビームを形成するための送信回路である。送信ビームフォーマー３６から各チャンネルごとに出力される送信信号は振動素子グループ１２，１４の両者に供給される。もちろん、電子リニア走査に従って送受信開口をスキャニングする場合には、その送受信開口内の振動素子のみに対して送信信号が供給されることになり、一方、電子セクタ走査が適用される場合には、全ての振動素子に対して送信信号が供給されることになる。
【００２０】
図３に示されるように各振動素子には送受信切替スイッチが設けられており、この送受信切替スイッチ３０は送信時には各振動素子を送信ビームフォーマー３６に接続し、一方、受信時には、振動素子グループ１２を構成する各振動子については受信ビームフォーマー３８を接続し、振動素子グループ１４を構成する振動素子については受信ビームフォーマー３９を接続する。ちなみに、それらの受信ビームフォーマー３８，４０の前段には各チャンネルごとにプリアンプ３２が挿入されている。受信ビームフォーマー３８，３９は、それぞれ受信信号に対する整相加算を実行し、これによって受信ビームを電子的に形成する機能を有している。したがって、それらの受信信号によって、２つの走査面を電子的に同時形成することが可能となる。
【００２１】
したがって、上記の構成によれば、例えば振動素子アレイを機械走査して生体内の三次元領域内においてエコーデータを取り込む場合に、従来よりも２倍の取込速度を実現することが可能になる。また、三次元画像形成に限らず、２つの走査面を同時に形成できるため、例えば互い違いにずれた２つの走査面を画面内に同時に超音波画像として表示することなども可能である。
【００２２】
図１に示した実施形態においては、各振動素子グループを構成する振動素子が互い違いにエレベーション方向にずれて配列されていたが、図４に示す実施形態においては、そのような互い違いの配列が電極の形態を工夫することによって実現されている。すなわち、図４において、各圧電素子４０はグループを問わずエレベーション方向の両端部が揃って整列されている。そして、各圧電素子ごとに設けられる電極４２と電極４４は、図４に示されるように、互いに１つおきにエレベーション方向にずれて形成されている。これによって、圧電素子４０における有効振動領域をエレベーション方向にずらすことが実現され、結果として図１に示した実施形態同様の作用効果を得ることが可能となる。
【００２３】
ちなみに、図４に示すような互い違いの電極パターンは、上面電極及び下面電極の両者に適用しても上記同様の作用効果を得ることが可能である。
【００２４】
なお、上述した各実施形態においては２つの振動子素子グループが形成されていたが、もちろん３つあるいはそれ以上の振動素子グループを構成するようにしてもよい。ｎ個の振動素子グループを構成すれば、基本的にｎ個の走査面を同時に形成できるという利点がある。また上述したように電子走査方式としては電子セクタ走査、電子リニア走査、コンベックス走査などの各種の走査方式を適用でき、更に振動子の表面形態としても平面、凹面、凸面などの各種の形態を採用できる。また、各振動素子グループ間におけるエレベーション方向のずれ量は、走査面間距離に相当するため、所望の走査面間距離に応じて振動素子グループのずれ量を設定するのが望ましい。
【００２５】
ちなみに、図１に示した超音波探触子を三次元データ取込用超音波探触子として利用する場合には、図１に示した振動子ユニットをエレベーション方向に平行移動あるいは揺動移動させることになる。その場合においては、モータなどを利用したメカニカルな機構が利用される。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡便な構成で複数の走査面を同時に形成でき、これによって例えばフレームレートの向上という効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波探触子の要部構成を示す斜視図である。
【図２】  本発明に係る超音波探触子の断面及び音圧分布を示す図である。
【図３】  本発明に係る超音波診断装置の要部構成を示すブロック図である。
【図４】  他の実施形態に係る振動素子グループの形成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  振動素子アレイ、１２，１４  振動素子グループ、１６  圧電素子、１８  第１整合層、２０  第２整合層、２２  バッキング層。
【図１】
0004627605.tif 000002
【図２】
0004627605.tif 000003
【図３】
0004627605.tif 000004
【図４】
0004627605.tif 000005