(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に音響波を送信することで発生する音響波を受信して、前記被検体の情報を取得するための情報取得装置の本体に着脱可能に接続される探触子であって、
音響波の送受信を行うトランスデューサと、
音響波を送信するための送信信号、及び音響波を受信するための受信信号が共に通過する電気信号経路を有し、前記電気信号経路において、音響波の送信時と音響波の受信時との間で周波数特性が切り替わる周波数特性可変フィルタと、
を備え、
前記周波数特性可変フィルタは、音響波の送信時は、前記送信信号の基本周波数成分を通し、かつ前記送信信号の高調波成分を遮断し、音響波の受信時は、前記受信信号の基本周波数成分を遮断し、かつ前記受信信号の高調波成分を通すように構成され、
前記周波数特性可変フィルタの周波数特性の切り替えは、前記電気信号経路を通る前記送信信号または前記受信信号を用いて行われることを特徴とする探触子。
【請求項２】
前記周波数特性可変フィルタの周波数特性の切り替えは、前記電気信号経路を通る信号の電圧を検出する電圧検出手段からの信号でオンオフするスイッチにより行われることを特徴とする請求項１に記載の探触子。
【請求項３】
前記周波数特性可変フィルタの周波数特性の切り替えは、前記電圧検出手段が、前記送信信号が前記受信信号より電圧の高いことを検出することに基づく信号でオンオフするスイッチにより行われることを特徴とする請求項２に記載の探触子。
【請求項４】
前記周波数特性可変フィルタの周波数特性の切り替えは、前記電気信号経路を通る信号の作用でオンオフするスイッチにより行われることを特徴とする請求項１に記載の探触子。
【請求項５】
前記周波数特性可変フィルタは、音響波の送信時にオンするスイッチにより、音響波の送信時と音響波の受信時との間でバンドパスフィルタを切り替えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の探触子。
【請求項６】
前記周波数特性可変フィルタは、音響波の送信時にオンするスイッチにより、音響波の送信時のローパスフィルタと、音響波の受信時のバンドパスフィルタとの間でフィルタを切り替えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の探触子。
【請求項７】
前記周波数特性可変フィルタは、音響波の送信時にオフするスイッチにより、音響波の送信時と音響波の受信時との間でバンドパスフィルタを切り替えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の探触子。
【請求項８】
前記周波数特性可変フィルタの切り替えは、前記電気信号経路を通る前記送信信号でオンするスイッチとオフするスイッチを含むスイッチデバイスにより行われることを特徴とする請求項４に記載の探触子。
【請求項９】
前記周波数特性可変フィルタは、前記送信信号でオンするスイッチにより、音響波の送信時と音響波の受信時との間でバンドパスフィルタを切り替えることを特徴とする請求項４に記載の探触子。
【請求項１０】
前記周波数特性可変フィルタは、前記送信信号でオンするスイッチにより、音響波の送信時のローパスフィルタと、音響波の受信時のバンドパスフィルタとの間でフィルタを切り替えることを特徴とする請求項４に記載の探触子。
【請求項１１】
前記周波数特性可変フィルタは、前記送信信号でオフするスイッチにより、音響波の送信時と音響波の受信時との間でバンドパスフィルタを切り替えることを特徴とする請求項４に記載の探触子。
【請求項１２】
前記周波数特性可変フィルタの有効、無効を切り替えるスイッチを備えることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の探触子。
【請求項１３】
受信信号を増幅或いはインピーダンス変換する受信用フロントエンド回路と前記周波数特性可変フィルタを組み合わせたことを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の探触子。
【請求項１４】
前記トランスデューサは静電容量型トランスデューサであることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の探触子。
【請求項１５】
前記周波数特性可変フィルタは、音響波の受信時の周波数通過特性の中心周波数が、前記送信信号に持たせる周波数通過特性の中心周波数の１．５倍乃至３．０倍となるように構成されることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の探触子。
【請求項１６】
被検体に音響波を送信して得られる音響波を受信して被検体の情報を取得するための情報取得装置であって、
音響波の送受信を行うトランスデューサを備える探触子と、
音響波を送信するための送信信号、及び音響波を受信するための受信信号が共に通過する電気信号経路を有し、前記電気信号経路において、音響波の送信時と音響波の受信時との間で周波数特性が切り替わる周波数特性可変フィルタと、
を備え、
前記周波数特性可変フィルタは、音響波の送信時は、前記送信信号の基本周波数成分を通し、かつ前記送信信号の高調波成分を遮断し、音響波の受信時は、前記受信信号の基本周波数成分を遮断し、かつ前記受信信号の高調波成分を通し、
前記周波数特性可変フィルタの周波数特性の切り替えは、前記電気信号経路を通る前記送信信号または前記受信信号を用いて行われることを特徴とする情報取得装置。
【請求項１７】
少なくとも前記受信信号を用いて被検体の画像形成を行う画像形成部を有することを特徴とする請求項１６に記載の情報取得装置。
【請求項１８】
前記画像形成部はハーモニックイメージングにより被検体の画像形成を行うことを特徴とする請求項１６または１７に記載の情報取得装置。
【請求項１９】
被検体からの音響波を受信して電気信号に変換する探触子と、
前記電気信号を用いて前記被検体の情報を取得する取得部と、を有し、
前記探触子が請求項１から１５の何れか１項に記載の探触子であることを特徴とする情報取得装置。
【請求項２０】
前記探触子は、前記探触子から前記被検体に音響波を送信し、前記被検体から反射された音響波を受信することを特徴とする請求項１９に記載の情報取得装置。
【請求項２１】
前記探触子は、前記被検体に光を照射することにより発生する音響波を受信することを特徴とする請求項１９または２０に記載の情報取得装置。
【請求項２２】
前記被検体に光を照射する光源を有することを特徴とする請求項２１に記載の情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波などの音響波の送受信を行う探触子、それを備える被検体情報取得装置に関する。音響波は音波、超音波、光音響波などを含む用語として用いるが、以下では超音波で代表することもある。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置において、超音波の生体内部における音響的な非線形現象によって発生した高調波成分（高調波）を利用して、被検体の映像化を行うハーモニックイメージングがある。ハーモニックイメージングにおいては、送信では高調波を抑え基本周波数成分（基本波）のみを送信し、被検体からの反射波を受信する際に基本波を抑え高調波のみを取り出し画像化する。
【０００３】
特許文献１に開示の装置においては、使用周波数の異なる超音波探触子に応じて切り替え可能なフィルタ回路を、超音波診断装置（装置の本体）の送信回路側に設けて、送信時に、基本波を通し高調波成分を遮断した超音波送信を行っている。受信においては、超音波探触子のトランスデューサと共振回路をなすインダクタを設け、高調波成分を通し基本周波数成分を遮断し高調波のハーモニック成分を抽出する装置構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８８０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波診断装置によるハーモニックイメージングにおいて、送信時は基本周波数のみを送出し、受信時には高調波のみを取り出すことが必要である。この周波数特性の切替えは超音波診断装置（装置の本体）或いは超音波探触子で行うことになるが、従来は超音波診断装置で行われており、超音波探触子では行われてはいなかった。本発明は、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分にするハーモニックイメージングなどに適した探触子、情報取得装置など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】
【０００６】
被検体に音響波を送信することで発生する音響波を受信して、前記被検体の情報を取得するための情報取得装置の本体に着脱可能に接続される本発明の探触子は次の特徴を有する。すなわち、音響波の送受信を行うトランスデューサと、音響波を送信するための送信信号、及び音響波を受信するための受信信号が共に通過する電気信号経路を有し、前記電気信号経路において、音響波の送信時と音響波の受信時との間で周波数特性が切り替わる周波数特性可変フィルタと、を備え、前記周波数特性可変フィルタは、音響波の送信時は、前記送信信号の基本周波数成分を通し、かつ前記送信信号の高調波成分を遮断し、音響波の受信時は、前記受信信号の基本周波数成分を遮断し、かつ前記受信信号の高調波成分を通すように構成され、前記周波数特性可変フィルタの周波数特性の切り替えは、前記電気信号経路を通る前記送信信号または前記受信信号を用いて行われることを特徴とする。
【０００７】
また、被検体に音響波を送信して得られる音響波を受信して被検体の情報を取得するための本発明の情報取得装置は次の特徴を有する。すなわち、音響波の送受信を行うトランスデューサを備える探触子と、音響波を送信するための送信信号、及び音響波を受信するための受信信号が共に通過する電気信号経路を有し、前記電気信号経路において、音響波の送信時と音響波の受信時との間で周波数特性が切り替わる周波数特性可変フィルタと、を有する。該フィルタは、音響波の送信時は、前記送信信号の基本周波数成分を通し、かつ前記送信信号の高調波成分を遮断し、音響波の受信時は、前記受信信号の基本周波数成分を遮断し、かつ前記受信信号の高調波成分を通し、前記周波数特性可変フィルタの周波数特性の切り替えは、前記電気信号経路を通る前記送信信号または前記受信信号を用いて行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、上記の如き周波数特性可変フィルタを備えるので、ハーモニックイメージングなどに適した探触子及び情報取得装置などを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は実施例１の探触子と情報取得装置を説明する図で、（ｂ）は実施例１の探触子に使用される周波数特性可変フィルタを説明する図。
【図２】実施例２の探触子を説明する図。
【図３】実施例３の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図４】実施例４の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図５】実施例５の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図６】（ａ）は実施例６の探触子を説明する図で、（ｂ）は実施例６の振動子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図７】実施例７の振動子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図８】（ａ）は実施例８の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図で、（ｂ）は実施例８の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図で、（ｃ）は実施例８の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図９】実施例９の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図１０】実施例１０の探触子中の周波数特性可変フィルタの回路構成図。
【図１１】実施例１１の探触子の回路動作を説明する図。
【図１２】実施例１２の静電容量型トランスデューサを説明する図。
【図１３】実施例１３の情報取得装置を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の探触子及び情報取得装置では、探触子内のトランスデューサに係わる送信信号と受信信号が共に通過する電気信号経路に、送信時と受信時の間で周波数特性が切り替わる周波数特性可変フィルタが設けられる。該フィルタは、送信時は、トランスデューサへの送信信号の基本周波数成分を通し高調波成分を遮断し、受信時は、トランスデューサからの受信信号の基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す。探触子は、典型的には、被検体に音響波を送信し反射波を受信して被検体の情報を取得するための情報取得装置の本体に着脱可能に接続され、そこに周波数特性可変フィルタが設けられる。周波数特性可変フィルタの周波数特性を切り替える手法としては幾つかある。電気信号経路を通過する信号の状態を検出する検出手段からの制御信号（論理信号）でオンオフするスイッチデバイスにより行ったり、電気信号経路を通る信号自体の作用でオンオフするスイッチデバイスにより行ったりすることができる。電気信号経路を通過する信号は、送信信号や受信信号であったり、装置の本体側の、送信と受信の間の切り替えを行う送受信スイッチ回路からの送信または受信を指示する信号であったりする。また、探触子とは別に周波数特性可変フィルタを設けるという構成も可能である。この場合、情報取得装置は、音響波の送受信を行うトランスデューサを備える探触子と、送信信号と受信信号が共に通過する電気信号経路において送信時と受信時の間で周波数特性が切り替わる周波数特性可変フィルタと、を備える。以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００１１】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
図１（ａ）は本実施例の探触子を説明する図である。探触子１０１内のトランスデューサヘッド部１０２と探触子コネクタ１０４とを繋ぐ、送信信号と受信信号が共に通過する送受信信号経路である電気信号経路１０６に周波数特性可変フィルタ１０３を設けていることを特徴とする。情報取得装置である診断装置の本体から印加された高電圧の送信信号をトランスデューサヘッド部１０２に印加して、超音波を送信する際（送信時）では、送信信号は図１（ａ）で紙面に向かって右から左方向に伝達される。周波数特性可変フィルタ１０３は、この送信信号に或る周波数通過特性Ａを持たせて、トランスデューサヘッド部１０２に伝達する。一方、トランスデューサヘッド部１０２が超音波を受信して発生した微小信号を診断装置の本体側に伝達して信号を受信する際（受信時）は、受信信号は図１（ａ）で紙面に向かって左から右方向に伝達される。周波数特性可変フィルタ１０３は、この受信信号に或る周波数通過特性Ｂを持たせて、探触子コネクタ１０４に伝達する。
【００１２】
本発明の周波数特性可変フィルタは、この受信信号に持たせる周波数特性Ｂが送信時の周波数特性Ａと異なることが特徴である。受信時の周波数通過特性Ｂの中心周波数は、送信信号に持たせる周波数通過特性Ａの中心周波数の１．５倍乃至３．０倍程度であることが特に望ましい。この倍数は、ハーモニックイメージングにて、何倍の高調波の受信を行うかに合わせて、最適なものを選択すればよい。
【００１３】
本実施例では、この送信時と受信時のそれぞれの周波数特性を、スイッチによる回路接続切り替えで変えていることを特徴とする。探触子１０１と診断装置１０８は、探触子コネクタ１０４と装置側コネクタ１０５により着脱可能であり、使用する周波数の異なる探触子１０１を、繋ぎ換えて使用することができる。探触子１０１は、被検体に音響波を送信し反射波を受信するトランスデューサヘッド部１０２と探触子コネクタ１０４と周波数特性可変フィルタ１０３を有する。トランスデューサヘッド部１０２は、トランスデューサのみ、或いはトランスデューサとフロントエンド回路を含む。診断装置１０８は、装置側コネクタ１０５、トランスデューサに送信信号を送るパルサー回路１１０、受信信号を増幅するレシーバー回路１１２を備える。さらに、送受信動作の制御及び少なくとも受信信号に基づく画像形成を行う制御／画像形成部（制御画像処理部）１１３を備えている。Ｔ／Ｒ−ＳＷ（送受信スイッチ回路）１１１は、診断装置１０８側の一般的な回路構成に入っているものである。これは、パルサー回路１１０の高電圧からレシーバー回１１２路を保護するために送信時の高い電圧でオフし、受信時のトランスデューサからの微小信号を通過させる回路である。送受信識別信号１０７は、送受信の時相で切り替わる論理信号であり、送信時１であれば受信時０、送信時０であれば受信時１と反転する。
【００１４】
図１（ｂ）は本実施例の探触子に使用される周波数特性可変フィルタ１０３を説明する図である。周波数特性の可変は、送受信時にフィルタ回路を切り替えることで行っている。基本波を通し高調波成分を遮断する基本波フィルタ回路２０１と、基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す高調波フィルタ回路２０２とスイッチ２０３からなる。基本波フィルタ回路２０１は、探触子の使用周波数の基本波を通し高調波成分を遮断する周波数特性を持っている。高調波フィルタ回路２０２は、探触子の使用周波数に合わせた基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す周波数特性を持っている。スイッチ２０３は、送受信識別信号１０７により信号の切り替えが制御される。信号は、スイッチ２０３により基本波フィルタ回路２０１側或いは高調波フィルタ回路２０２側へ接続される。
【００１５】
送信時に信号は、スイッチ２０３により、基本波フィルタ回路２０１に接続される。周波数特性可変フィルタ１０３は、送信時には基本波フィルタ回路２０１により基本波を通し高調波成分を遮断できる。受信信号は、送受信識別信号１０７により切り替わるスイッチ２０３によって高調波フィルタ回路２０２へ接続される。こうして、受信時には高調波フィルタ回路２０２により基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すことができる。基本波フィルタ回路２０１は、使用する基本波周波数を通過帯域周波数とするローパスフィルタ或いはバンドパスフィルタである。高調波フィルタ回路２０２は、高調波周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタ或いはハイパスフィルタである。診断装置では、通常０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚ程度の周波数の超音波が使用される。本実施例のそれぞれのフィルタ回路の周波数特性は探触子の使用周波数に合わせて値を決めて実装されている。
【００１６】
トランスデューサヘッド部１０２は、一般的なピエゾの超音波トランスデューサを始め、超音波の送受信を行うことができるものであれば用いることができる。周波数特性可変フィルタ１０３は、探触子内の接続コネクタ部分、トランスデューサヘッド部、或いはその間のどこに実装されても良い。スイッチ２０３は、リレー、アナログＳＷ（スイッチ）、トランジスタ、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ電界効果トランジスタ）等の、制御可能なスイッチング回路等で構成される。
【００１７】
本実施例の探触子は、送受信時に信号が周波数特性可変フィルタ１０３を通過することで、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すことができる。そのため、探触子のみでハーモニックイメージングに最適な送受信信号に調整することができるため、診断装置に特別な構成を追加することなく、ハーモニックイメージングを行うことができる。つまり、上述した周波数特性可変フィルタの回路要素が、異なる基本周波数を有する探触子ごとに合わせて変えられたものが探触子に組み込まれるため、診断装置では、異なる特性を持つ探触子に合わせるための回路要素などを付加する必要がない。なお、異なる基本周波数を有する探触子は、診断部位やその深さに応じて、診断装置に適宜付け変えられる。なお、ハーモニックイメージングは、送信した超音波が被検体に到達するまでの媒質を伝播する過程で生じる高調波が被検体で反射して戻ってきた高調波を、例えばフィルタ処理などで受信した電圧信号から分離する。そして、分離された高調波の電圧信号を例えば包絡線検波などの信号処理を行い、さらに輝度値に変換し、超音波を送受信した方向の走査線上の輝度情報を取得する。そして、被検体内の複数の方向や複数の位置に対して超音波の送受信を繰り返し、複数の走査線上の輝度情報を取得する。この複数の走査線上の輝度情報を並べることで被検体内の画像化をする。
【００１８】
（実施例２）
図２は本実施例の探触子を説明する図である。本実施例では、周波数特性可変フィルタのスイッチの制御を、探触子内で送信信号の高い電圧を検出する回路で行うことを特徴とする。
【００１９】
探触子１０１は、トランスデューサヘッド部１０２と探触子コネクタ１０４と周波数特性可変フィルタ１０３と電圧検出回路３０１からなる。周波数特性可変フィルタは図１（ｂ）の構成とする。電圧検出回路３０１は、送受信信号の経路の電圧による高電圧時と低電圧時に応じて、論理信号を送受信識別信号１０７として出力する。送信信号は、受信信号より高電圧であるため、送受信を判別する論理信号の閾値をその間に設定する。送信信号の電圧はピーク値で１０Ｖから数１００Ｖ程度、受信信号の電圧値は０Ｖから最大０．５Ｖ程度である。電圧検出回路３０１は、送信電圧の電圧最小値と受信信号の電圧最大値の間に閾値を設定する。送信信号は装置の本体からトランスデューサヘッド部へ流れ、受信信号はトランスデューサヘッド部から装置側へ流れる信号であり、フィルタ１０３は、信号が双方向に流れることが可能な構成となっている。
【００２０】
電圧検出回路３０１は、高い電圧の時には図１（ｂ）の周波数可変フィルタ１０３内のスイッチ２０３が基本波フィルタ回路２０１に接続されるように、低圧時にはスイッチ２０３が高調波フィルタ２０２に接続されるように、論理出力する。これにより送信時には、基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には、基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すことができる。ここでも、スイッチ２０３は、リレー、アナログＳＷ（スイッチ）、トランジスタ、ＦＥ等の制御可能なスイッチング回路等で構成される。本実施例の探触子は、周波数特性可変フィルタのスイッチの制御を外部から行うことが不要であり、診断装置の制御回路、配線を削減できる。
【００２１】
（実施例３）
図３は、本実施例である探触子に使用される周波数特性可変フィルタを説明する図である。周波数特性可変フィルタ１０３の回路構成で、送信時にオンするスイッチを用いバンドパスフィルタの周波数を切り替える構成としたことを特徴とする。
【００２２】
インダクタ４０１はインダクタ素子、コンデンサ４０２、コンデンサ４０３はコンデンサ素子である。スイッチ４０４は、送受信識別信号１０７によりオンオフするスイッチであり、送信時にスイッチがオン、受信時にはオフする制御を行う。送信時はスイッチ４０４がオンした場合、インダクタ４０１のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ４０２の容量値をＣ１、コンデンサ４０３の容量値をＣ２とすると、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊（Ｃ１＋Ｃ２））のバンドパスフィルタとなる。受信時はスイッチ４０４がオフするので、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ２））のバンドパスフィルタとなる。探触子の使用する周波数に合わせて、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断するバンドパスフィルタ、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すバンドパスフィルタとなるようにＬ１、Ｃ１、Ｃ２の値は選定される。こうして周波数特性可変フィルタ１０３は、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す。インダクタ４０１は送受信時に共用される部品として使用される。
【００２３】
本実施例によれば、送信時にオンするという単機能のスイッチで構成することや、送受信時の部品の一部を共通化していることで、回路の簡略化、共通化を行うことが可能となる。尚、バンドパスフィルタか、ロー或いはハイパスフィルタかは、インダクタやコンデンサの結合の仕方による。回路上でインダクタとコンデンサが直列になるとき（本実施例の場合）はバンドパスになり、インダクタだけのときはローパス、コンデンサだけのときはハイパスになる。このことは以下の実施例においても確認できる。
【００２４】
（実施例４）
図４は、本実施例である探触子に使用される周波数特性可変フィルタを説明する図である。周波数特性可変フィルタ１０３の回路構成で、送信時にオンするスイッチを用い、送信時ローパスフィルタ、受信時にバンドパスフィルタに切り替える構成としたことを特徴とする。
【００２５】
周波特性可変フィルタ１０３を、送信時に送受信識別信号１０７によりオンするスイッチで、送信時にはローパスフィルタ、受信時にはバンドパスフィルタとする構成である。インダクタ５０１はインダクタ素子、コンデンサ５０２、コンデンサ５０３はコンデンサ素子、スイッチ５０４、スイッチ５０５は送信時に送受信識別信号１０７の制御によりオンするスイッチである。周波数可変フィルタ１０３は、送信時にスイッチ５０４及びスイッチ５０５がオンした状態では、インダクタ５０１とコンデンサ５０３のローパスフィルタが構成される。送信時にはインダクタ５０１のインダクタンスの定数をＬ１、コンデンサ５０３の容量値をＣ２とすると、カットオフ周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ２）のローパスフィルタとして動作する。
【００２６】
両スイッチがオフする受信時には、インダクタ５０１とコンデンサ５０２からなるバンドパスフィルタとして働く。インダクタ５０１のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ５０３の容量値をＣ１とすると、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ１））のバンドパスフィルタとして動作する。探触子の使用する周波数に合わせて、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断するローパスフィルタ、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すバンドパスフィルタとなるように、Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２の値は選定される。よって周波数特性可変フィルタ１０３は、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断する、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す。インダクタ５０１は送受信時に共用される部品として使用される。ただし、インダクタンス、容量、抵抗の値は、実際には、探触子のトランスデューサ、ケーブルのインピーダンス、インダクタンス成分、容量成分を考慮して値を決める必要がある。
【００２７】
本実施例によれば、送信時にオンするという単機能のスイッチで構成することや、送受信時の部品の一部を共通化していることで、回路の簡略化、共通化を行うことが可能となる。
【００２８】
（実施例５）
図５は、本実施例の探触子の周波数特性可変フィルタの回路構成図である。周波数特性可変フィルタ１０３を送信時にオフするスイッチを用いたことを特徴とする。
【００２９】
インダクタ６０１、インダクタ６０２はインダクタ素子、コンデンサ６０３はコンデンサ素子、スイッチ６０４は送信時に送受信識別信号１０７によりオフするスイッチである。２つのバンドパス特性をスイッチ６０４により切り替えて使用している。送信時はスイッチがオフとなる。この時、インダクタ６０１のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ６０２の容量値をＣ１とすると、送信時には中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ１））のバンドパスフィルタとなる。受信時は送受信識別信号１０７によりスイッチ６０４がオンするので、インダクタ６０２のインダクタンス値をＬ２とすると中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（（Ｌ１＊Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２））＊Ｃ１）のバンドパスフィルタとなる。
【００３０】
探触子の使用する周波数に合わせて、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断するバンドパスフィルタ、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すバンドパスフィルタとなるように、Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１の値は選定される。よって周波数特性可変フィルタ１０３は、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す。
【００３１】
送信時にオフするという単機能のスイッチで構成することや、送受信時の部品の一部を共通化していることで回路の簡略化、共通化を行うことが可能となる。
【００３２】
（実施例６）
図６（ａ）は、本実施例の探触子の構成図である。図６（ｂ）に示すように、電圧が高いことによりオンするスイッチとして働くデバイスと、電圧が高いことによりオフするスイッチとして働くデバイスとを周波数特性可変フィルタに用いたことを特徴とする。
【００３３】
図６（ｂ）は、本実施例の探触子の周波数特性可変フィルタの回路構成図である。電圧が高い時にオンするスイッチ或いはオフするスイッチとして働くデバイスで周波数特性を切り替え可変する周波数特性可変フィルタの構成の例である。高電圧オンデバイス８０１は高い電圧によりオンするデバイスであり、高電圧オフデバイス８０２は高い電圧によりオフするデバイスである。送信時は、送信信号が高い電圧となるので高電圧オンデバイス８０１がオン、高電圧オフデバイスがオフする。このとき基本波フィルタ回路２０１が挿入される。また受信時は、トランスデューサヘッド部からの受信信号が低い電圧であるため高電圧オンデバイス８０１がオフ、高電圧オフデバイス８０２がオンし、高調波フィルタ回路２０２が挿入される。送信時には、送信信号が基本波フィルタ回路２０１を通ることにより、基本波を通し高調波成分を遮断する。受信時には、受信信号が高調波フィルタ回路２０２を通ることにより、基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す。
【００３４】
本構成とすることで、装置側からの送受信切り替え制御がいらず、また探触子内に電圧検出回路を必要とせず、送受信の切り替え制御信号を必要としない構成とできる。電圧が高いことによりオンするデバイスとしては、スイッチングダイオードや、電圧検出部とトランジスタ、ＦＥＴの組み合わせをＩＣ化したものを用いることができる。電圧が高いことによりオフするデバイスとしては、診断装置の送受信回路に用いられるＴ／ＲスイッチＩＣ、ＩＣプロテクタ、電圧検出部とトランジスタ、ＦＥＴの組み合わせでＩＣ化したものを用いることができる。
【００３５】
本実施例によれば、送信時にオンするという単機能のスイッチで構成することや、送受信時の部品の一部を共通化していることで、回路の簡略化、共通化を行うことが可能となる。
【００３６】
（実施例７）
図７は本実施例の探触子に使用される周波数特性可変フィルタの回路構成図である。高い電圧によりオンするスイッチとして働くデバイスで、バンドパスフィルタの周波数特性を切り替える構成としたことを特徴とする。
【００３７】
インダクタ９０１はインダクタ素子、コンデンサ９０２、コンデンサ９０３はコンデンサ素子である。高電圧オンデバイス９０４は高い電圧によりオンするデバイスである。送信時には、送信信号の高い電圧でスイッチ９０４がオンする。インダクタ９０１のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ９０２の容量値をＣ１、コンデンサ９０３の容量値をＣ２とすると、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊（Ｃ１＋Ｃ２））のバンドパスフィルタとなる。受信時はスイッチ９０４がオフするので、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ２））のバンドパスフィルタとなる。探触子の使用する周波数に合わせて、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断するバンドパスフィルタ、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すバンドパスフィルタとなるようにＬ１、Ｃ１、Ｃ２の値は選定される。よって周波数特性可変フィルタ１０３は、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す働きをする。
【００３８】
本実施例によれば、インダクタ９０１は送受信時に共用される部品として使用される。送信時にオンするという単機能のスイッチで構成することや、送受信時の部品の一部を共通化していることで、回路の簡略化、共通化を行うことが可能となる。
【００３９】
（実施例８）
図８（ａ）は、本実施例の探触子に使用される周波数特性可変フィルタの回路構成図である。高い電圧によりオンするスイッチとして働くデバイスで、送信時にローパスフィルタに切り替え、受信時にバンドパスフィルタに切り替える構成としたことを特徴とする。
【００４０】
インダクタ１００１はインダクタ素子、コンデンサ１００２、コンデンサ１００３はコンデンサ素子、高電圧オンデバイス１００４、１００５は高い電圧によりオンするデバイスである。送信時の高い電圧によりスイッチ１００４及びスイッチ１００５がオンした状態では、インダクタ１００１とコンデンサ１００３のローパスフィルタが構成される。送信時にはインダクタ１００１のインダクタンスの定数をＬ１、コンデンサ１００３の容量値をＣ２とすると、カットオフ周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ２）のローパスフィルタとして動作する。スイッチがオフする受信時には、インダクタ１００１とコンデンサ１００２からなるバンドパスフィルタとして働く。インダクタ５０１のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ１００３の容量値をＣ１とすると、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ１））のバンドパスフィルタとして動作する。
【００４１】
探触子の使用する周波数に合わせて、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断するローパスフィルタ、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すバンドパスフィルタとなるように、Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２の値は選定される。よって周波数特性可変フィルタ１０３は、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す。インダクタ１００１は送受信時に共用される部品として使用される。インダクタンス、容量、抵抗の値は、実際には探触子のトランスデューサ、ケーブルのインピーダンス、インダクタンス成分、容量成分を考慮して値を決める必要がある。
【００４２】
高い電圧時にオンするという単機能のスイッチデバイスで構成することや、送受信時の部品の一部を共通化していることで、回路の簡略化、共通化を行うことが可能となる。
【００４３】
図８（ｂ）は、図８（ａ）における電圧が高いことによりにオンするスイッチをダイオードにて構成した実施例である。ダイオードの電圧によるスイッチング特性を利用したものである。ダイオードのスイッチ動作の電圧閾値は通常０．５から１Ｖ程度である。図８（ａ）におけるスイッチ１００４、１００５の替わりに、ダイオード１１０４、１１０５とダイオード１１０６、１１０７をそれぞれ逆向きに並列にしたものを接続する。２個入りダイオードパッケージを用いることで１デバイスとして扱える。送信時の高い電圧印加時にはダイオードがスイッチとしてオンとなるので、送信時にはカットオフ周波数が１／（１πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ２）のローパスフィルタとして動作する。受信時にはオフとなるため、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ１））のバンドパスフィルタとして動作する。
【００４４】
送信時に波形のリンギングやオーバーシュートを防ぐために、ダンピング抵抗が入る構成としても良い。図８（ｃ）は、送信時にダンピング動作をする抵抗を追加した回路例である。ダンピング抵抗１２０１を追加した構成となっている。
【００４５】
（実施例９）
図９は、本実施例の探触子に使用される周波数特性可変フィルタの回路構成図である。周波数特性可変フィルタ１０３に電圧が高いことによりオフするスイッチとして働くデバイスを用い、バンドパスフィルタの周波数特性を切り替える構成としたことを特徴とする。
【００４６】
インダクタ１３０１、インダクタ１３０２はインダクタ素子、コンデンサ１３０３はコンデンサ素子、高電圧オフスイッチ１３０４は高い電圧によりオフするデバイスである。送信時は高い電圧が印加されるので高電圧オフスイッチ１３０４がオフとなる。この時、インダクタ１３０１のインダクタンス値をＬ１、コンデンサ１３０２の容量値をＣ１とすると、送信時には中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（Ｌ１＊Ｃ１））のバンドパスフィルタとなる。受信時は低い電圧となるので高電圧オフスイッチ１３０４がオンするので、インダクタ１３０２のインダクタンス値をＬ２とすると、中心周波数が１／（２πＳＱＲＴ（（Ｌ１＊Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２））＊Ｃ１）のバンドパスフィルタとなる。
【００４７】
探触子の使用する周波数に合わせて、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断するバンドパスフィルタとなり、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すバンドパスフィルタとなるように、Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１の値は選定される。よって周波数特性可変フィルタ１０３は、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通す働きをする。
【００４８】
高い電圧時にオフするという単機能のデバイスで構成することや、送受信時の部品の一部を共通化していることで回路の簡略化、共通化を行うことが可能となる。
【００４９】
（実施例１０）
図１０は本実施例の探触子を説明する図である。周波数特性可変フィルタの有効、無効をスイッチにより切り替えることができることを特徴とする。フィルタオンオフスイッチ１４０１は、周波数特性可変フィルタ１０３と並列に接続されていて、手動でオンオフ可能な機械的なスイッチである。フィルタオンオフスイッチ１４０１をオンオフすることで周波数特性可変フィルタ１０３を有効にした使用と、無効にした使用を可能とする。フィルタオンオフスイッチ１２０１はオフ時には周波数特性可変フィルタ１０３が有効になり、オン時にはが無効となる。ハーモニックイメージングを使用しない場合に対応できる利点がある。外部制御でのスイッチとしてもよい。回路構成とスイッチの構成の仕方で、送信時のみ或いは受信時のみ周波数特性可変フィルタ１０３が働く構成としてもよい。また、電圧検出回路３０１からの信号でスイッチ１４０１がオンオフするような構成にしたり、装置の本体から切り替えのための信号でオンオフするような構成にしたりすることもできる。
【００５０】
（実施例１１）
図１１は、本実施例の探触子の動作を説明するための図である。周波数可変フィルタを受信用フロントエンド回路と組み合わせたことを特徴とする。探触子のトランスデューサヘッド部１０２における受信信号を増幅或いはインピーダンス変換する受信用フロントエンド回路と送受信用の周波数切替フィルタ１０３を組み合わせた構成となっている。
【００５１】
図１１（ａ）は、トランスデューサヘッド部１０２に受信用フロントエンド回路を構成する場合のブロック図である。トランスデューサ１５０１は、音響波と電気信号のトランスデューサである。受信用フロントエンド回路１５０２は、トランスデューサの受信信号を増幅或いはインピーダンス変換する回路である。送信パススイッチ１５０３は、送信時にオンするスイッチである。送信時には、送信パススイッチ１５０３がオンしており、受信用フロントエンド回路１５０２を経由せず、トランスデューサに送信信号が送られる。受信時には送信パススイッチ１５０３がオフしており、受信用フロントエンド回路１５０２を経由して受信信号が装置側へ送られる。受信フロントエンド回路１５０２により、トランスデューサヘッド部１０２からの受信信号は、トランスデューサ単体から出力される場合に比較し、出力インピーダンスを低くして診断装置側へ送ることが可能となっている。
【００５２】
図１１（ｂ）はトランスデューサのみの比較例の構成である。図１１（ｃ）は、トランスデューサヘッド部を信号源１５０４と出力インピーダンス１５０５にモデル化し、送受信用の周波数切替フィルタと診断装置との接続を表したものである。信号源１５０４は、微小電圧の正弦波で周波数可変である信号発生源、出力インピーダンス１５０５は信号源の出力インピーダンスである。インピーダンス１５０８は装置側回路のインピーダンスである。インダクタ１５０６はインダクタ素子、コンデンサ１５０７はコンデンサ素子で、受信時に構成される送受信用周波数フィルタのバンドパスフィルタである。このモデルで考えた時、トランスデューサヘッド部がトランスデューサ単体のときは、出力インピーダンス１５０５は大きく、受信用フロントエンド回路があるときは、出力インピーダンス１５０５は小さい。
【００５３】
信号源１５０４のレベルを基準とした診断装置の周波数特性を計算してみると、図１１（ｄ）のようになる。出力インピーダンス小時グラフ１５０９は出力インピーダンスが小さい時の周波数特性曲線、出力インピーダンス大時グラフ１５１０は出力インピーダンスが大きいときの周波数特性曲線である。出力インピーダンスが大きいときには出力インピーダンス大時グラフ１５１０のように周波数特性がフラットになり、出力インピーダンスが低いときにはグラフ曲線周波数１５０９のように特性が急峻になる。このことはフロントエンド回路を使用し、出力インピーダンスを小さくした方が高調波のみを取り出す周波数特性を得やすいことになる。このことから、トランスデューサヘッド部と受信信号のフロントエンド回路とを組み合わせることで受信時の高調波を取り出しやすい構成となる。
【００５４】
（実施例１２）
本実施例では、トランスデューサヘッド部１０２に、ＣＭＵＴを用いていることが、他の実施例と異なる。ＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ−Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ−Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ−Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）は、静電容量型トランスデューサである。これは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により作製される。
【００５５】
図１２は、本実施例の振動子（ＣＭＵＴ）を説明するための図である。ＣＭＵＴは、基板上に固定された第１の電極１３と、第１の電極に対向し配置された第２の電極１２を有する。第２の電極１２は、振動膜１１上に配置されており、振動膜１１と一体となって振動する構造になっている。振動膜１１は、支持部１４により基板１０上に保持されている。
【００５６】
第２の電極１２には、直流電圧発生手段２１が接続されている。第２の電極１２には、直流電圧発生手段２１より所定の直流電圧Ｖａが印加されている。もう一方の第１の電極１３は、送受信回路２２に接続され、ＧＮＤ電位付近の固定電位となっている。これにより、第１の電極１３と第２の電極１２間にＶｂｉａｓ＝Ｖａ−０Ｖの電位差を発生させている。こうして、高い受信効率で受信を行うことができる。
【００５７】
また、送受信回路２２により、第１の電極１３に、交流の駆動電圧を印加することで、第１と第２の電極間に交流の静電引力が発生し、振動膜１１を或る周波数で振動させて超音波を送信することができる。一方、振動膜１１が超音波を受け振動することにより、第１の電極１３に静電誘導により微小電流が発生し、送受信回路２２により、その電流値を測定することで、受信信号を取り出すことができる。この送受信回路２２の外部との入出力端子３０は、トランスデューサヘッド部１０２の電気信号経路１０６との接続端子であり、電気信号経路１０６に接続されている。
【００５８】
ＣＭＵＴは、電極を有した振動膜を用いているため、電気的な共振特性を有するピエゾを用いたトランスデューサに比べて、送受信時の周波数応答性が優れている。そのため、送信と受信時で大きく異なる周波数領域を用いるハーモニックイメージングには、適している。しかし、送信信号が有する周波数成分に応答してしまうため、送信信号が有する高調波成分にも応答し、送信する超音波に高調波成分が重畳してしまいやすい。トランスデューサヘッド部１０２にＣＭＵＴを用いた際、送受信で周波数特性が異なる可変フィルタを有した本発明の構成を用いることで、送信信号に高調波が含まれた信号が印加された場合でも、高調波成分が抑制された超音波をＣＭＵＴから送信できる。また、受信時にもＣＭＵＴは広い周波数領域の信号を受信するため、欲しい周波数領域以外の受信信号も検出してしまい、高感度な検出の妨げになる。本実施例の構成を用いることで、必要な周波数領域を制限することができるので、高調波成分のみを高感度に検出することができる。
【００５９】
そのため、本実施例によると、周波数帯域の広いＣＭＵＴの特性を生かして、基本波の送信と高調波の受信とを行うことができるため、トランスデューサにピエゾを用いた場合に比べて、より優れたハーモニックイメージングの信号を取得することができる。よって、本実施例の探触子を診断装置に接続して用いることで、装置の本体の変更なしに、より高画質なハーモニックイメージングを行うことができる。
【００６０】
尚、上記説明では、第２の電極１２に直流電圧発生手段２１を、第１の電極１３を送受信回路２２に接続しているが、第２の電極１２に送受信回路２２を、第１の電極１３を直流電圧発生手段２１に接続した構成も同様に用いることができる。また、本実施例では、トランスデューサヘッド部１０２にＣＭＵＴを用いて説明した。しかし、ピエゾに比べて周波数特性の優れたＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン、ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ−ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）などのトランスデューサなども用いることができる。
【００６１】
（実施例１３）
上記実施例で説明したトランスデューサは、音響波を用いた被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波をトランスデューサで受信し、出力される電気信号を用い、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報や音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報を取得することができる。
【００６２】
図１３（ａ）は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置を示したものである。光源４０から発生したパルス光は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材４２を介して、被検体４４に照射される。被検体２０１４の内部にある光吸収体４６は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波４８を発生する。プローブ（すなわち探触子）５２内のトランスデューサ５０は、光音響波４８を受信して電気信号に変換し、信号処理部５４に出力する。信号処理部５４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部５６へ出力する。データ処理部５６は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した特性情報）を画像データとして取得する。なお、ここでは、信号処理部５４とデータ処理部５６を含めて、処理部と言い、これは図１（ａ）の制御画像処理部１１３にほぼ対応している。表示部５８は、データ処理部５６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。
【００６３】
図１３（ｂ）は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置等の被検体情報取得装置を示したものである。プローブ（すなわち探触子）７２内のトランスデューサ７０から被検体６４へ送信された音響波は、反射体６６により反射される。トランスデューサ７０は、反射された音響波６８（反射波）を受信して電気信号に変換し、信号処理部７４に出力する。信号処理部７４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部７６へ出力する。データ処理部７６（取得部）は、入力された信号を用いて被検体情報（音響インピーダンスの違いを反映した特性情報）を画像データとして取得する。なお、ここでも、信号処理部７４とデータ処理部７６を含めて、処理部という。表示部７８は、データ処理部７６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。
【００６４】
プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。また、図１３（ｂ）のように反射波を用いる装置の場合、音響波を送信するプローブは受信するプローブと別に設けても良い。
【００６５】
さらに、図１３（ａ）と図１３（ｂ）の装置の機能をどちらも兼ね備えた装置とし、被検体の光学特性値を反映した被検体情報と、音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報と、をどちらも取得するようにしてもよい。この場合、図１３（ａ）のトランスデューサ５０が光音響波の受信だけでなく、音響波の送信と反射波の受信を行うようにしてもよい。具体的には、光音響効果を利用する場合には、プローブ（すなわち探触子）内のトランスデューサは被検体で発生した光音響波を受信する。この場合には、トランスデューサは、周波数特性可変フィルタによって、受信する光音響波の高調波成分を遮断し、基本周波数成分を通すようにする。一方、超音波エコー診断の場合には、プローブ（すなわち探触子）内のトランスデューサは、音響波を被検体に送信し、被検体内で反射された音響波を受信する。この場合には、プローブ（すなわち探触子）内のトランスデューサは、上述した周波数特性可変フィルタによって、送信時には基本波を通し高調波成分を遮断し、受信時には基本周波数成分を遮断し高調波成分を通すような使用方法が一例として挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明による装置は、主に超音波診断装置に利用出来るが、その他、周波数特性の切り替えを利用する情報取得装置などにも用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０１・・探触子、１０２・・トランスデューサヘッド部（トランスデューサ）、１０３・・周波数特性可変フィルタ、１０６・・電気信号経路、１０８・・本体
【図１】
0006426972.tif 000002
【図２】
0006426972.tif 000003
【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】
0006426972.tif 000009
【図９】
0006426972.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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