(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波撮像装置用の超音波探触子であって、
前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、
前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、
前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、
前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電気エネルギー変換素子を具備し、
前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続し、前記第１の光ファイバケーブルと異なる第２の光ファイバケーブルを介して入力された光エネルギーを前記光電気エネルギー変換素子により電気エネルギーに変換して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波撮像装置用の超音波探触子であって、
前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、
前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、
前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、
前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、充電池及びバイアス制御回路を具備し、
前記充電池から前記バイアス制御回路を介して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
光の位相を変化させる光変調器を具備し、前記光変調器による変調光を前記第１の光ファイバケーブルによって伝送することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記着脱部には、前記ｃＭＵＴが設けられたチップと、前記チップをマウントした基板とが設けられ、
前記チップと前記基板との間、あるいは前記基板の背面に超音波吸収層が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項５】
ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波探触子と、当該超音波探触子に駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、当該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段と、前記超音波像が表示される表示手段を備える超音波撮像装置であって、
前記超音波探触子は、前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、
前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、
前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、
前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電気エネルギー変換素子を具備し、
前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続し、前記第１の光ファイバケーブルと異なる第２の光ファイバケーブルを介して入力された光エネルギーを前記光電気エネルギー変換素子により電気エネルギーに変換して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波探触子と、当該超音波探触子に駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、当該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段と、前記超音波像が表示される表示手段を備える超音波撮像装置であって、
前記超音波探触子は、前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、
前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、
前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、
前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、充電池及びバイアス制御回路を具備し、
前記充電池から前記バイアス制御回路を介して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
光の位相を変化させる光変調器を具備し、前記光変調器による変調光を前記第１の光ファイバケーブルによって伝送することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記着脱部には、前記ｃＭＵＴが設けられたチップと、前記チップをマウントした基板とが設けられ、
前記チップと前記基板との間、あるいは前記基板の背面に超音波吸収層が設けられることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の診断画像として超音波像を撮像する超音波撮像装置等に関する。詳細には、容量型マイクロマシン超音波振動子を有する超音波探触子を備える超音波撮像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波診断装置における超音波の送信及び受信を担う超音波振動子として、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミクスや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電素子が用いられる。一般的にこれらの振動子は、超音波探触子内で数百素子以上に微細分離されたアレイ形態で利用され、各分離素子には、各々電気配線が接続されて数百近くの信号チャンネル構造が実現される。
また、超音波撮像装置のアナログ信号処理部とデジタル信号処理部の間で電気信号→光信号→電気信号の信号変換を行い、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）による撮像中に漏洩電磁波がＭＲＩ測定系内に入ることを防止する超音波撮像装置が提案されている（例えば、［特許文献１］参照。）。
【０００３】
また、圧電振動子以外を用いた超音波探触子として、半導体成膜技術を用いて製作される容量型マイクロマシン超音波振動子（ｃＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）がある（例えば、［非特許文献１］参照。）。
ｃＭＵＴはフォトリソグラフィー微細加工といった半導体成膜プロセスを用いているために、厚さ数十〜数百μｍの薄い小型のチップ上に数μｍ〜数十μｍのサイズで製作される。さらに、同一チップ上にトランジスタ等の様々な電気回路を含むデバイスを混載することが可能である。また、ｃＭＵＴは圧電振動子では実現困難な広帯域な音響特性を有しており、小型であるだけでなく、広帯域超音波探触子用トランスデューサとして用いることができる（例えば、［非特許文献２］参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４２８８６号公報
【非特許文献１】Butas T. Khuri-Yakub et al, “SurfaceMicro-machined Capacitive Ultrasound Transducers” IEEE Transactions onUltrasonics, Ferroelectrics, and Frequency control, Vol. 45, No. 3, May 1998.
【非特許文献２】Omer Oralkan et al, “CapacitiveMicromachined Ultrasonic Transducers: Next-Generation Arrays for AcousticImaging?” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequencycontrol, Vol. 49, No. 11, Nov. 2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の圧電振動子を用いた超音波撮像装置では、圧電振動子各チャンネルと装置本体との間はアナログ電気通信によって信号送受が行われる。従って、圧電振動子アレイを用いた超音波探触子を取り回す際、数百本以上の同軸メタル線を含むケーブルを同時に引き回す必要がある。多芯の同軸メタルケーブルは、重量及び体積が大きく引き回す際のフレキシビリティが低く、操作性や作業効率が低下したり労力的負担が増大するという問題点がある。
【０００６】
従来の超音波撮像装置において、圧電振動子各チャンネルと装置本体との間はアナログ電気通信によって信号送受が行われる。そのため、超音波探触子と装置本体との間を接続する電気配線ケーブルは２００チャンネル近くの電気配線を要する。また、受信したエコー信号は一般に非常に低レベルなので、メタル線は単純な撚り線ではなく、各々がそれ自身の信号線及び導電シールド（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｓｈｉｅｌｄ）を備える同軸線となる。そのため、超音波探触子と装置との間は２００芯以上の同軸メタル線から構成され構造的かつ重量的にも大きな多芯同軸メタルケーブルにより接続される。
【０００７】
また、従来の電線による印加パルス伝送もしくはバイアス電圧及び半導体回路電源の供給における漏洩電流に関しては、絶縁性能を追求すればケーブルが太く硬くなり操作性が低下する。また、電磁的両立性や不要輻射の低減に関しては、パルスを電線で送り、また同一経路で微弱な受信信号を受け取るので、性能を追求すると規模が大きくなる。また、外来ノイズが画面に混入する事は避けられない場合が多く、規格遵守のため感度を犠牲にすることも必要である。さらに、不要輻射を基準内に収めるために電圧を下げる等の対策が必要であり性能低下を招くこともある。
【０００８】
以上のように、圧電振動子アレイを用いた超音波探触子では、超音波探触子と装置本体との間の接続ケーブルの高フレキシビリティ化と超音波探触子自体の小型軽量化はトレードオフの関係にある。
【０００９】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、超音波探触子と装置本体との間における接続ケーブルのフレキシビリティを向上させ、操作性及び作業効率を向上させることを可能とする超音波撮像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】
【００１０】
前述した目的を達成するために第１の発明は、ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波撮像装置用の超音波探触子であって、前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電気エネルギー変換素子を具備し、前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続し、前記第１の光ファイバケーブルと異なる第２の光ファイバケーブルを介して入力された光エネルギーを前記光電気エネルギー変換素子により電気エネルギーに変換して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波探触子である。
第２の発明は、ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波撮像装置用の超音波探触子であって、前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、充電池及びバイアス制御回路を具備し、前記充電池から前記バイアス制御回路を介して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波探触子である。
【００１１】
超音波振動子としては容量型マイクロマシン超音波振動子（ｃＭＵＴ）を用いることが望ましい。光電気信号変換素子はフォトダイオード等である。電気光信号変換素子は面発光レーザ等である。超音波探触子には光通信モジュールや超音波振動子を含むデバイス混載チップが設けられる。
超音波撮像装置の本体と超音波探触子とを接続する接続ケーブルに関しては、メタル線に代えて光ファイバが用いられる。光ファイバを有するケーブルを介して、超音波撮像装置の本体と超音波探触子との間で信号やエネルギーの送受が行われる。
これにより、超音波探触子自体の重量や体積を増加させることなく、超音波探触子と装置本体との間における接続ケーブルのフレキシビリティを向上させ、操作性及び作業効率を向上させることができる。
【００１２】
第１の発明又は第２の発明により、被検体と接触する部分をディスポーザブルあるいは取替式にすることができる。超音波診断時に多くの被検体に対して同一の超音波放射面を使い回す必要がないので衛生面の向上を図ることができる。
また、超音波撮像装置の本体と超音波探触子との間は光ファイバのみの接続ケーブルで接続される。同軸メタル線を有する接続ケーブルと比較して、軽量かつ高フレキシビリティを有する接続ケーブルを用いることができ、超音波診断作業性の大幅な向上を図ることができる。メタル線を用いないので、電磁放射ノイズの問題も解消することができる。
【００１５】
また、光の位相を変化させる光変調器を具備し、前記光変調器による変調光を前記第１の光ファイバケーブルによって伝送することが望ましい。これにより、光外部変調方式により高速変調が可能であり、通信速度及び伝送量を向上させることができる。
また、前記着脱部には、前記ｃＭＵＴが設けられたチップと、前記チップをマウントした基板とが設けられ、前記チップと前記基板との間、あるいは前記基板の背面に超音波吸収層が設けられることが望ましい。これにより、チップから基板側への超音波放射を防ぐことが可能となる。
【００１６】
第３の発明は、ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波探触子と、当該超音波探触子に駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、当該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段と、前記超音波像が表示される表示手段を備える超音波撮像装置であって、前記超音波探触子は、前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電気エネルギー変換素子を具備し、前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続し、前記第１の光ファイバケーブルと異なる第２の光ファイバケーブルを介して入力された光エネルギーを前記光電気エネルギー変換素子により電気エネルギーに変換して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波撮像装置である。
第４の発明は、ｃＭＵＴを用いて被検体との間で超音波の送受を行う超音波探触子と、当該超音波探触子に駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、当該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段と、前記超音波像が表示される表示手段を備える超音波撮像装置であって、前記超音波探触子は、前記超音波探触子の本体部に対して着脱可能な着脱部を具備し、前記着脱部には、光信号を電気信号に変換する光電気信号変換素子または前記電気信号を光信号に変換する電気光信号変換素子の少なくともいずれかと、前記ｃＭＵＴと、バイアス電圧供給部と、が設けられ、前記着脱部と前記超音波撮像装置の本体部との間を接続する第１の光ファイバケーブルを用いて前記超音波に関する信号の送受を行い、前記着脱部は、前記バイアス電圧供給部として、充電池及びバイアス制御回路を具備し、前記充電池から前記バイアス制御回路を介して前記ｃＭＵＴに対しバイアス電圧を供給することを特徴とする超音波撮像装置である。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明の超音波探触子を備える超音波撮像装置に関する発明である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、超音波探触子と装置本体との間における接続ケーブルのフレキシビリティを向上させ、操作性及び作業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波撮像装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。
【００２０】
（１．第１の実施の形態）
最初に、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る超音波撮像装置１００について説明する。
【００２１】
図１は、超音波撮像装置１００の概略構成図である。
超音波撮像装置１００は、装置本体１と超音波探触子３とが接続ケーブル５により接続されて構成される。
超音波撮像装置１００は、超音波探触子３により被検体２７に対して超音波を送受信し、装置本体１において画像処理を行い、表示部２９に被検体の撮像画像を出力する。
【００２２】
装置本体１は、制御部１１、送波整相回路１２、Ｅ／Ｏ素子１３、受波整相回路２３、Ｏ／Ｅ素子２２を備える。装置本体１は、イメージプロセッサを備える画像処理部２８を介してディスプレイ等の表示部２９に接続される。
接続ケーブル５は、光ファイバ−メタル複合ケーブルであり、メタル線２５及び光ファイバ１４及び光ファイバ２１を含む。
【００２３】
超音波探触子３は、Ｏ／Ｅ素子１５、Ｄ／Ａコンバータ１６、送受切替スイッチ１７、増幅器１８、Ａ／Ｄコンバータ１９、Ｅ／Ｏ素子２０、ｃＭＵＴ２６（容量型マイクロマシン超音波振動子）を備える。
Ｏ／Ｅ素子１５及びＯ／Ｅ素子２２は、光信号を電気信号に変換する素子であり、例えば、フォトダイオードである。
Ｅ／Ｏ素子１３及びＥ／Ｏ素子２０は、電気信号を光信号に変換する素子であり、例えば、面発光レーザである。
尚、同一の混載チップ７上に、Ｄ／Ａコンバータ１６、送受切替スイッチ１７、増幅器１８、Ａ／Ｄコンバータ１９、ｃＭＵＴ２６が設けられる。
【００２４】
送受電気パルス信号は、装置本体１あるいは超音波探触子３でデジタル信号化された後に光信号に変換され、接続ケーブル５の光ファイバ１４及び光ファイバ２１を媒体として装置本体１と超音波探触子３との間を伝送される。
ｃＭＵＴ２６やＯ／Ｅ素子１５やＥ／Ｏ素子２０等のデバイスを駆動させるためのバイアス電圧等は、接続ケーブル５のメタル線２５を通じて印加される。
【００２５】
装置本体１の制御部１１は、デジタル電気信号を送波整相回路１２に送る。送波整相回路１２は、デジタル電気信号に対してビーム形成処理を行って送波デジタル電気信号をＥ／Ｏ素子１３に送る。Ｅ／Ｏ素子１３は、送波デジタル電気信号を送波デジタル光信号に変換して光ファイバ１４に伝送する。送波デジタル光信号は、光ファイバ１４を介して超音波探触子３に伝送される。
【００２６】
超音波探触子３のＯ／Ｅ素子１６は、送波デジタル光信号を送波デジタル電気信号に変換する。Ｄ／Ａコンバータ１６は、送波デジタル電気信号をアナログ化する。送波アナログ電気信号は、送受切替スイッチ１７によって指定されるタイミングでｃＭＵＴ２６に印加され超音波パルスとして被検体２７に照射される。
被検体２７より反射された超音波エコー信号は、ｃＭＵＴ２６により検出されて受波アナログ電気信号に変換される。増幅器１８は、受波アナログ電気信号を増幅処理する。Ａ／Ｄコンバータ１９は、受波アナログ電気信号をデジタル化し、Ｅ／Ｏ素子２０に印加する。
超音波探触子３のＥ／Ｏ素子２０は、受波デジタル電気信号を受波デジタル光信号に変換する。受波デジタル光信号は、光ファイバ２１を介して装置本体１に伝送される。
尚、Ｄ／Ａコンバータ１６〜Ａ／Ｄコンバータ１９までの処理は、混載チップ７上で全て処理することができる。
【００２７】
装置本体１のＯ／Ｅ素子２２は、受波デジタル光信号を受波デジタル電気信号に変換する。受波整相回路２３は、受波デジタル電気信号に対してビーム形成処理を行う。画像処理部２８は、受波整相回路２３から送られたデジタル電気信号に対して加算処理及び検波処理等を行って表示部２９に超音波診断画像を表示させる。
【００２８】
図２は、ｃＭＵＴ２６の構造図である。
図３は、ｃＭＵＴ２６の配置を示す図である。
【００２９】
ｃＭＵＴ２６は、シリコン（Ｓｉ）等の基板４５、基板４５の表面に形成される可撓性の薄膜４３、薄膜４３の周囲を支持する窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁材料４２、基板４５〜薄膜４３間に形成される真空ギャップ層４４、下部電極４６、上部電極４１により構成される。
【００３０】
ｃＭＵＴ２６は、それを駆動する駆動信号に重畳して印加されるバイアス電圧の大きさに応じて超音波送受信感度が変化する振動子である。ｃＭＵＴ２６により超音波を送受するとき、そのｃＭＵＴ２６に所定のバイアスを印加して振動子の電気機械結合係数を変化させることにより、ｃＭＵＴ２６の送受信感度を所定の値に合わせている。
上部電極４１と下部電極４６との間に適切な電圧信号を印加すると、ｃＭＵＴ２６は、容量型超音波トランスデューサセルとして機能する。超音波エコー信号を薄膜４３の運動エネルギー変化として捕捉しこれに伴う電流値変化を検知することによって受信電気信号が得られる。
図３に示すように、ｃＭＵＴ２６は、複数（例えば、数十個）配置された状態で用いられる。
【００３１】
図４は、超音波探触子３の概略構成図である。
図５は、超音波探触子３の概略斜視図である。
【００３２】
混載チップ７は、プリント基板３３上にマウントされる。混載チップ７からプリント基板３３側への超音波放射を防ぐために、超音波吸収層（バッキング層）を混載チップ７とプリント基板３３との間あるいはプリント基板３３背面へ接着することが望ましい。
ワイヤ３４は、混載チップ７とプリント基板３３との間に設けられる電気配線である。
超音波放射面の裏側に設けられるプリント基板３３には、Ｏ／Ｅ素子１５としてＰＩＮ（ｐ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎ）フォトダイオード３１、Ｅ／Ｏ素子２０として半導体レーザの一種である面発光レーザ３２（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）、電気配線用コネクタ３５が取り付けられる。
【００３３】
ＰＩＮフォトダイオード３１、面発光レーザ３２、電気配線用コネクタ３５は、それぞれ、接続ケーブル５の光ファイバ１４、光ファイバ２１、メタル線２５に接続される。接続ケーブル５は、装置本体１に接続される。
装置本体１との接続端子は、光ファイバ及びメタル線の両接続コネクタとなる。光ファイバ接続に関しては、例えば、光ファイバ多芯一括接続コネクタであるＭＴコネクタ等を用いることができる。また、メタル線接続に関しては、例えば、コネクタ嵌合ピン等を利用することで容易に装置間と接続することができる。
【００３４】
このように、第１の実施の形態の超音波撮像装置１００では、装置本体１と超音波探触子３とを接続する接続ケーブルにはメタル線に代えて光ファイバが用いられ、超音波探触子３に光通信モジュールやｃＭＵＴを含むデバイス混載チップが設けられる。
従って、超音波探触子の小型化、ケーブルの低クロストーク化、ケーブルのフレキシビリティの向上、大容量通信、筐体内の光インターコネクション化を実現することができる。
すなわち、超音波探触子自体の重量や体積を増加させることなく、超音波探触子と装置本体との間における接続ケーブルのフレキシビリティを向上させ、操作性及び作業効率を向上させることができる。
【００３５】
ｃＭＵＴ駆動時に６４個のチャンネルにてビームを形成し、サンプリングレート４０ＭＨｚ、Ａ／Ｄコンバータによる変換レート１２ｂｉｔ／ｃｈ／ｃｌｏｃｋとした場合、通信媒体の伝送レートとしては３０Ｇｂｐｓが最低必要となる。
現在、短距離用光通信で用いられている、ＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｅｃｔｏｒ）Ｇ．６５０に代表されるグレーデッドインデックス（ＧＩ：Ｇｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ）型石英系マルチモード光ファイバは波長８５０ｎｍにおいて、伝送レート１０Ｇｂｐｓ／ｋｍを満たすものが既に実用化されている。
また、超短距離用光通信用として、敷設距離数十ｍを想定した、大コア径かつ高フレキシビリティを有するプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Ｐｌａｓｔｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）等も１０Ｇｂｐｓの伝送速度を実現している。
【００３６】
従って、超音波探触子を超音波撮像装置と光ファイバにてデジタル通信を行う場合、理論上最低４芯の光ファイバがあれば超音波信号を伝送可能となる。４芯ファイバテープをＭＴコネクタにて接続する方法は従来の光通信においては既に実用化されており、非常に低損失の接続が可能である。
また、シングルモード光ファイバ等を用いてシングルモード光通信を行うことで、波長多重化通信を行うことができる。この場合、信号に全て異なる波長の光を用い、超音波探触子内及び超音波撮像装置内に、ファイバブラッググレーティング、カプラ等を具備させる必要があるが、究極的には１本の光ファイバにて信号伝送を行うことができる。
【００３７】
Ｅ／Ｏ素子及びＯ／Ｅ素子は半導体部品であり共に超小型のデバイスである。
Ｅ／Ｏ素子としては、半導体レーザが一般的に用いられる。特に、近年光インターコネクション等で利用されつつある面発光レーザは、従来のＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体レーザと比較し、半導体膜積層方向に光を取り出すことができることから、アレイ化が容易であり、また低消費電力、高変換効率、低閾値動作、高速直接変調も可能であるといった特長を有し、電気光混載実装を行う際の電気光変換素子として最も実用性が高い。面発光レーザに用いられる発光材料としては、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｎ（窒素）といった元素を用いた化合物が用いられ、これらの化合物をＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板上に多層膜化しすることで面発光レーザは製作される。この多層膜構造は使用波長に応じて選択、最適化される。
【００３８】
Ｏ／Ｅ素子としては、フォトダイオードを用いることができる。フォトダイオードは半導体製膜技術を用いて作製されるデバイスであり、使用波長に対して高感度仕様のものを用いる必要がある。また、フォトダイオードを駆動させるためのバイアス電流はメタル線によって供給される。例えば、面発光レーザを光源として、通信波長８５０ｎｍの光を用いた場合は、Ｓｉ（シリコン）を用いたフォトダイオードが用いるのが最適である。一方、さらに波長１μｍ以上の長波長の光を通信に用いる場合には、Ｓｉ（シリコン）よりも禁制帯幅の小さな材料が用いられ、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｓ（ヒ素）といった材料からなる化合物によって作製される。本発明における光通信波長は、光源と光検出器の検出感度波長依存性及び光ファイバの伝送レートとの関係で最適なものを選ぶのが好ましい。
【００３９】
超音波撮像装置内のシステムとして、受信信号は装置内コンピュータにて高速演算処理されて画像化される。この演算処理量が増えるにしたがい、装置内コンピュータの負荷は高くなり、処理能力が低下してしまう。従って、超音波撮像装置内コンピュータとして、出来るだけ高速演算処理可能な高い処理能力を持つコンピュータを用いるのが望ましい。
現在の銅配線による電気実装をベースとしたコンピュータではクロックの高速化に対して、信号劣化、消費電力増大、電磁干渉等が生じるという問題点がある。例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ベーストランジスタが高速化、集積密度の増大によりマイクロプロセッサのクロック周波数が向上し、２０Ｇｂｐｓのデータ伝送レートが実現可能になったとしても、実際は１５Ｇｂｐｓ程度の通信速度が限界となってしまう。この問題を解決するため、現在コンピュータ内信号送受を光信号で行う光インターコネクションテクノロジが発達しつつある。光インターコネクションテクノロジは、メタル線によるインターコネクションと比較して、高周波数においても低い伝送損失、低クロストーク、広帯域といった多くの利点を有している。
【００４０】
この光インターコネクションテクノロジは、高速演算処理を必要とされる超音波診断装置内コンピュータにも将来的に適用されることが想定される。本発明はこのような装置内コンピュータ光インターコネクション化に対して、超音波探触子との間で伝送される光信号をダイレクトに装置内コンピュータに伝送できるという点で、超音波撮像装置システム構築を容易化できる利点を有する。
【００４１】
尚、図４はリニアタイプ探触子の形状を示しているが、コンベックスタイプあるいはセクタタイプの構造に関しても同一構造の探触子を構成することができる。
この場合、基板の上に異なるプロセスのベアチップを搭載していくマルチチップの構成や同一の半導体に形成する方式が可能である。また、複数のプロセスを同一の半導体素材に施す方式も可能である。これは、後述する実施の形態においても同様である。
【００４２】
（２．第２の実施の形態）
次に、図６及び図７を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る超音波撮像装置２００について説明する。
【００４３】
図６は、超音波撮像装置２００の概略構成図である。
図７は、超音波探触子２０３の概略構成図である。
【００４４】
超音波撮像装置２００は、装置本体２０１と超音波探触子２０３とが接続ケーブル２０５により接続されて構成される。
装置本体２０１及び接続ケーブル２０５は、第１の実施の形態の装置本体１及び接続ケーブル５と同様のものである。
【００４５】
装置本体２０１及び超音波探触子２０３は、それぞれ、Ｅ／Ｏ素子１３及びＯ／Ｅ素子２２、Ｏ／Ｅ素子１５及びＥ／Ｏ素子２０を有する。接続ケーブル２０５は、メタル線２５、光ファイバ１４、光ファイバ２１の複合ケーブルである。
【００４６】
超音波探触子２０３は、超音波探触子本体部８及び当該超音波探触子本体部８に着脱可能な着脱部９により構成される。着脱部９は混載チップ７を含む。装置本体２０１と着脱部９との間の電力供給及び信号送受は、接続点５３及び接続点５４及び接続点５５において非接触方式で行われる。
【００４７】
超音波探触子本体部８は電力供給用の非接触送電コイル５１を備え、着脱部９は電力受給用の非接触受電コイル５２を備える。非接触給電方式により、混載チップ７に給電を行って混載チップ７の各デバイスを駆動させることができる。
【００４８】
信号送受のためのデジタル光信号は、空間接続により光ファイバ１４とＯ／Ｅ素子１５との間、光ファイバ２１とＥ／Ｏ素子２０との間を伝送される。
尚、空間接続部位に光学レンズを配置することで接続損失を低減することができる。光信号を空間接続にて接続する場合には光軸ズレによる伝送損失が生じやすいので、超音波探触子本体部８と着脱部９とを精密なアライメントによって嵌め合わせることが望ましい。
【００４９】
このように、第２の実施の形態では、接続ケーブルにはメタル線に代えて光ファイバが用いられ、超音波探触子に光通信モジュールやｃＭＵＴを含むデバイス混載チップが設けられるので、第１の実施の形態と同様の効果がある。
また、第２の実施の形態の超音波撮像装置２００では、超音波探触子２０３は、超音波探触子本体部８とこれに着脱可能な着脱部９とから構成される。
従って、被検体と接触する部分をディスポーザブルあるいは取替式にすることができる。超音波診断時に多くの被検体に対して同一の超音波放射面を使い回す必要がないので衛生面の向上を図ることができる。
【００５０】
（３．第３の実施の形態）
次に、図８を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る超音波撮像装置３００について説明する。
【００５１】
図８は、超音波撮像装置３００の概略構成図である。
超音波撮像装置３００は、装置本体３０１と超音波探触子３０３とが接続ケーブル３０５により接続されて構成される。
第３の実施の形態の超音波撮像装置３００は、第２の実施の形態の超音波撮像装置２００における非接触方式給電に代えて充電池よる給電を行うものである。
従って、装置本体３０１にはバイアス制御回路２４が設けられない。また、接続ケーブル３０５には光ファイバ１４及び光ファイバ２１が設けられるが、メタル線２５は設けられない。また、超音波探触子３０３には非接触送電コイル５１、非接触受電コイル５２が設けられない。
【００５２】
一方、着脱部９には、充電池５６及びバイアス制御回路５７が設けられる。超音波探触子本体部８から着脱部９が取り外され、外部電源から接続点５８を介して充電池５６の充電が行われる。充電後、超音波探触子本体部８に着脱部９が取り付けられ、充電池５６からバイアス制御回路５７を介して、混載チップ７やＯ／Ｅ素子１５等に給電が行われる。
【００５３】
このように、第３の実施の形態では、接続ケーブルにはメタル線に代えて光ファイバが用いられ、超音波探触子に光通信モジュールやｃＭＵＴを含むデバイス混載チップが設けられるので、第１の実施の形態と同様の効果がある。
また、第３の実施の形態の超音波撮像装置３００は、着脱部９に充電池５６が設けられ、当該充電池５６により超音波探触子３０３の各デバイスに給電を行う。従って、第２の実施の形態と同様に、被検体と接触する部分をディスポーザブルあるいは取替式にすることができ衛生面の向上を図ることができる。さらに、第３の実施の形態では、装置本体３０１側にバイアス制御回路を設ける必要がなく、給電用のメタル線も不要である。
【００５４】
（４．第４の実施の形態）
次に、図９を参照しながら、本発明の第４の実施の形態に係る超音波撮像装置３００について説明する。
【００５５】
図９は、超音波撮像装置４００の概略構成図である。
超音波撮像装置４００は、装置本体４０１と超音波探触子４０３とが接続ケーブル４０５により接続されて構成される。
【００５６】
装置本体４０１には光源６１が設けられる。光源６１は、紫外光レーザ、可視光レーザ、白色光源、重水素ランプ等の光源である。
接続ケーブル４０５は、第１の実施の形態の接続ケーブル５のメタル線２５に代えて光ファイバ６２を設けたものである。
超音波探触子４０３には、光エネルギーを電気エネルギーに変換するＯ／Ｅ素子６３が設けられる。Ｏ／Ｅ素子６３は、フォトダイオードではなく、アモルファスシリコン、シリコン単結晶、多結晶、化合物半導体、色素増感太陽電池等を用いた光電気変換素子である。
【００５７】
装置本体４０１と超音波探触子４０３との間では、超音波送受信号だけでなくバイアス電流も光に変換されて光ファイバ６２を介して伝送される。
超音波探触子４０３のＯ／Ｅ素子６３は、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、超音波探触子４０３の各デバイスにバイアス電圧を供給する。
尚、光源６１及びＯ／Ｅ素子６３のデバイスに関しては、最も変換効率の高い組み合わせとなるように選択するのが望ましい。
【００５８】
このように、第４の実施の形態では、接続ケーブルにはメタル線に代えて光ファイバが用いられ、超音波探触子に光通信モジュールやｃＭＵＴを含むデバイス混載チップが設けられるので、第１の実施の形態と同様の効果がある。
また、第４の実施の形態では、装置本体４０１と超音波探触子４０３との間は光ファイバのみの接続ケーブル４０５で接続される。例えば、接続ケーブル４０５の芯数を超音波信号送受信用に８芯としバイアス供給用に２芯とした場合、総数１０芯程度となる。
従って、同軸メタル線を有する接続ケーブルと比較して、軽量かつ高フレキシビリティを有する接続ケーブルを用いることができ、超音波診断作業性の大幅な向上を図ることができる。また、装置本体４０１と超音波探触子４０３との間の接続ケーブルとしてメタル線を用いないので、電磁放射ノイズの問題も解消することができる。
【００５９】
また、第２の実施の形態と同様に、着脱部４０９を設け、当該着脱部４０９にＯ／Ｅ素子６３及びＯ／Ｅ素子１５及びＥ／Ｏ素子２０及び混載チップ７を設けることにより、被検体と接触する部分をディスポーザブルあるいは取替式にすることができる。超音波診断時に多くの被検体に対して同一の超音波放射面を使い回す必要がないので衛生面の向上を図ることができる。
さらに、第４の実施の形態では、電気的に絶縁されているので交換する部分を限定することなく設計可能である。この場合は電力供給及び信号印加に対応した光通信の接続部に精度を要するが一般に用いられる光通信接続コネクタの応用で実施可能である。また、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）振動子など機械的微細加工が必要な従来製品とは異なり、半導体プロセスのみで製作できる部分が主であるので製造コスト低減が可能である。
【００６０】
（５．第５の実施の形態）
次に、図１０〜図１２を参照しながら、本発明の第５の実施の形態に係る超音波撮像装置５００について説明する。
【００６１】
図１０は、超音波撮像装置５００の概略構成図である。
超音波撮像装置５００は、装置本体５０１と超音波探触子５０３とが接続ケーブル５０５により接続されて構成される。
【００６２】
装置本体５０１には、Ｅ／Ｏ素子７２及びＯ／Ｅ素子７４及び検出回路７５が設けられる。
超音波探触子５０３には、光変調器７１が設けられる。光変調器７１は、混載チップ７とは別のデバイスとして超音波探触子５０３に実装される。
接続ケーブル５０５は、光ファイバ−メタル複合ケーブルであり、光ファイバ７３が設けられる。光ファイバ７３は、超音波探触子５０３側の光変調器７１と装置本体５０１側のＥ／Ｏ素子７２及びＯ／Ｅ素子７４との間の光信号の伝送を媒介する。
【００６３】
被検体２７より反射された超音波エコー信号は、ｃＭＵＴ２６により検出されて受波アナログ電気信号に変換される。増幅器１８は、受波アナログ電気信号を増幅処理する。Ａ／Ｄコンバータ１９は、受波アナログ電気信号をデジタル化して光変調器７１に印加する。
【００６４】
装置本体５０１側の面発光レーザ等の半導体レーザからの単色光は、光ファイバ７３を通じて、超音波探触子５０３側の光変調器７１に入射する。入射単色光は、光変調器７１により変調されて再び光ファイバ７３を通じて、装置本体５０１側に入射する。検出回路７５は、変調された光を検出して超音波信号を取得する。
【００６５】
このように、第５の実施の形態では、接続ケーブルにはメタル線に代えて光ファイバが用いられ、超音波探触子に光通信モジュールやｃＭＵＴを含むデバイス混載チップが設けられるので、第１の実施の形態と同様の効果がある。
また、第５の実施の形態の超音波撮像装置５００は、超音波探触子５０３側に光変調器７１が設けられ、装置本体５０１側に検出回路７５が設けられる。
従って、光外部変調方式により高速光変調が可能であり、通信速度及び伝送量を向上させることができる。
【００６６】
尚、光変調器７１は、ＭＥＭＳミラー（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、多層膜ミラー、屈折率異方性変化型変調器、屈折率変化型変調器を用いたデバイスである。
【００６７】
ＭＥＭＳミラーは、微細加工によって製作される超小型デバイスである。ＭＥＭＳミラーは、外部からの電気信号によってミラーの角度を変えることができる。ＭＥＭＳミラーによって光ファイバから出射される単色光は偏光されるため、ＭＥＭＳミラーをを光強度変調素子として動作させることができる。
【００６８】
多層膜ミラーは、例えば、ＳｉＯ２（酸化シリコン）／ＴｉＯ２（酸化チタン）といった屈折率の異なる材料から構成される多層膜にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子を接合させて製作される。多層膜ミラーは、音響光学効果を利用したデバイスとして用いることができる。混載チップから伝達されるデジタル電気信号はＰＺＴ素子に印加され、多層膜の膜厚を変化させる。ブラッググレーティング波長は多層膜の膜厚と屈折率によって決まり、印加デジタル電気信号は反射光波長を変化させる。この効果を利用してある波長での光強度を検出することにより、多層膜ミラーを光強度変調素子として動作させることができる。
【００６９】
また、屈折率異方性変化型変調器に関しては、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）等の電気光学効果を示す結晶を用いることができる。これらの結晶中を通る光波は、偏波面の方向によって常光及び異常光に分かれ、それぞれ、異なった速度で進む。この時に結晶に電圧を印加すると、これらの光線の速度が変化して位相差が発生し、光強度を変調させることができる。
【００７０】
また、媒質そのものの屈折率を電気によって変化させる屈折率変化型変調器としてはＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）等を用いたＭＺ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型干渉計などによって構成された光導波路素子を利用することができる。
【００７１】
図１１は、光変調器７１としての屈折率変化型変調器８０を概略構成図である。
図１２は、光変調器７１としての屈折率変化型変調器８３を概略構成図である。
【００７２】
光導波路素子８１上に分岐型及び集合型の導波路が設けられ、光ファイバ７３が入射部及び出射部にカップリングされる。分岐された一方の導波路に電界が印加されるように電極８２が設けられる。電極８２には、混載チップ７からの電気配線が接続される。
電気信号が導波路に印加されると、電気光学効果による屈折率変化を誘起されて出射光の干渉パターンが変化する。この干渉光を検出することにより光強度変調を検出することができる。
【００７３】
尚、図１１では導波回路平行方向に光ファイバ７３をカップリングして光信号を取り出すが、図１２に示すように導波路内にミラー８４を設けることで、導波回路垂直方向に光を取り出すこともできる。
また、光変調器７１は、混載チップ７とは別のデバイスとして超音波探触子４０３に実装されるものとして説明したが、ＭＥＭＳミラーを用いた光変調器７１を混載チップ７上に設けるようにしてもよい。
【００７４】
（６．その他）
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波撮像装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７５】
第１の実施の形態〜第５の実施の形態について説明したが、これらを適宜組み合わせて超音波撮像装置を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】超音波撮像装置１００の概略構成図
【図２】ｃＭＵＴ２６の構造図
【図３】ｃＭＵＴ２６の配置を示す図
【図４】超音波探触子３の概略構成図
【図５】超音波探触子３の概略斜視図
【図６】超音波撮像装置２００の概略構成図
【図７】超音波探触子２０３の概略構成図
【図８】超音波撮像装置３００の概略構成図
【図９】超音波撮像装置４００の概略構成図
【図１０】超音波撮像装置５００の概略構成図
【図１１】光変調器７１としての屈折率変化型変調器８０を概略構成図
【図１２】光変調器７１としての屈折率変化型変調器８３を概略構成図
【符号の説明】
【００７７】
１００、２００、３００、４００、５００………超音波撮像装置
１、２０１、３０１、４０１、５０１………装置本体
３、２０３、３０３、４０３、５０３………超音波探触子
５、２０５、３０５、４０５、５０５………接続ケーブル
７………混載チップ
８………超音波探触子本体部
９………着脱部
１１………制御部
１２………送波整相回路
１３、２０、３２、７２………Ｅ／Ｏ素子（面発光レーザ等）
１４、２１、６２、７３………光ファイバ
１５、２２、３１、７４………Ｏ／Ｅ素子（フォトダイオード等）
１６………Ｄ／Ａコンバータ
１７………送受切替スイッチ
１８………増幅器
１９………Ａ／Ｄコンバータ
２３………受波整相回路
２４、５７………バイアス制御回路
２５………メタル線
２６………ｃＭＵＴ
２７………被検体
２８………画像処理部（イメージプロセッサ）
２９………表示部（ディスプレイ）
５１………非接触送電コイル
５２………非接触受電コイル
５３、５４、５５、５８………接続点
５６………充電池
６１………光源
６３………Ｏ／Ｅ素子（アモルファスシリコン等）
７１………光変調器
７５………検出回路
８０、８３………屈折率変化型変調器
８１………光導波路素子
８２………電極
【図１】
0004776344.tif 000002
【図２】
0004776344.tif 000003
【図３】
0004776344.tif 000004
【図４】
0004776344.tif 000005
【図５】
0004776344.tif 000006
【図６】
0004776344.tif 000007
【図７】
0004776344.tif 000008
【図８】
0004776344.tif 000009
【図９】
0004776344.tif 000010
【図１０】
0004776344.tif 000011
【図１１】
0004776344.tif 000012
【図１２】
0004776344.tif 000013