(57)【要約】【課題】超音波診断装置において単純な構成において、帯域幅の広いパルスを発生する。【解決手段】被検体に対して超音波の送受信を行なう振動子を含む探触子と、探触子の振動子を用いて被検体内への送受信を行なう送受信部を有し、前記振動子は電極で仕切られた複数層の圧電振動体から構成され、複数の圧電振動体が独立して駆動可能な配線と駆動回路を有し、振動子に複数の圧電振動子間に電極を挟み込んだ、積層圧電振動子を用い、電極をそれぞれ別個に取り出し、複数のパルサで駆動すると、駆動パルスを一方では低い中心周波数に、他方では高い中心周波数にすることで、積層圧電振動子全体としては、両方の帯域を併せ持つ広い帯域の超音波パルスを生成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波の送受信を行なう振動子を含む探触子と、探触子の振動子を用いて被検体内への送受信を行なう送受信部を有し、前記振動子は電極で仕切られた複数層の圧電振動体から構成され、複数の圧電振動体が独立して駆動可能な配線と駆動回路を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
複数の駆動回路が略同時に異なる周波数帯域を持つパルスを発生することにより広帯域の超音波パルスを発生することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
複数の駆動回路が略同時に異なる駆動パルス波形を発生することで、振動子から発生する超音波の高調波を低減することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
複数の駆動回路が送信周波数の約半周期の時間だけずらして駆動パルス波形を発生することで、圧電体から発生する超音波の低い周波数成分を低減することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】
振動子が複数個配列しており、隣接した振動子の駆動信号を用いて超音波パルスを発生することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項６】
被検体に対して超音波の送受信を行なう振動子を含む探触子と、探触子の振動子を用いて被検体内への送受信を行なう送受信部を有し、前記振動子は電極で仕切られた複数層の圧電振動体から構成され、振動子が走査方向および走査方向に直交する向きの２次元に配列され、直交する向きの端部の振動子については、積層された圧電体のうちの一部のみを駆動することが可能なことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
直交する向きの端部の振動子については、積層された圧電体のうちの一部のみを駆動するか、もしくは、全ての圧電体を駆動するかを設定するスイッチを有することを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波を送受信し、受信信号を処理して表示する超音波診断装置の特に振動子および駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断装置は、超音波を被検体内に放射し、受信したエコーから体内の臓器などの形態情報や血液の流れを表示することができるもので、その原理はよく知られている。図８を用いてその概略を説明する。
【０００３】
図８は超音波診断装置の概略ブロック図である。制御部１０５の制御によりトリガ発生部１０４で発生したトリガ信号により送信回路１０３ａ〜１０３ｈより電気駆動パルスが出力され、探触子１０１中の振動子１０２ａ〜１０２ｈを駆動し、振動子１０２ａ〜１０２ｈより超音波パルスが図示されない被検体内に放射される。
【０００４】
被検体内で反射した超音波のうち一部は振動子１０２ａ〜１０２ｈに戻り、電気信号に変換され、受信回路１０６ａ〜１０６ｈで増幅された後、ビームフォーマ１０７で整相加算され、１つの信号にまとめられる。
【０００５】
ビームフォーマ１０７の出力信号は信号処理部１０８に入力する。信号処理部１０８においては、フィルタリングや検波などが行なわれ、振幅情報や、位相情報が抽出され、提供に適した形に処理される。
【０００６】
信号処理部１０８で処理された信号はディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１０９に入力し、走査変換を行なわれ、表示部１１０に表示される。これら一連の信号処理は制御部１０５の制御に基づいて行なわれる。
【０００７】
上記において複数の振動子を用いて送受信を行なうのは、超音波ビームを電子的に制御する目的による。
【０００８】
振動子１０２ａ〜１０２ｈを駆動する電気パルスは、通常数十Ｖ〜百数十Ｖであり、発生する熱などを考え、通常はスイッチ回路が用いられ、回路構成を小さくするためユニポーラのパルスが用いられることも多い。
【０００９】
振動子１０２ａ〜１０２ｈには圧電体を電極で挟んだ圧電振動子が用いられるが、例えば特許文献１に掲載されているように、中間電極を挟んで複数の圧電体を用いる積層圧電振動子も知られている。図９に積層圧電振動子の例を示す。図９においては、上下の電極が束ねられ、これらの電極と中間電極を対として端子１−２間に電圧を加え、電気パルスを超音波パルスに変換する。
【００１０】
超音波診断装置には様々なモダリティがあり、それぞれに応じたパルス数が用いられる。例えば振幅情報を表示するＢモード走査においては、分解能が優先されるので波数は少なく、また血流検出のための走査においては感度が優先されるので波数は多くなる。被検体に加えられる超音波パワーは制限があるため、波数が多いモダリティにおいては、小さい振幅のパルスで駆動されるようになっている。
【００１１】
また、振動子の配列に関しては走査方向のみの１次元配列でなく、走査方向に直交した方向にも数個の振動子を配列することにより、走査方向に直交した方向におけるビーム形状を改善するものが知られている。直交方向の振動子に関しては端部の振動子で発生させる音圧を下げ、開口の重み付けをするものや、端部の振動子と中央部の振動子で駆動タイミングをずらすことでビーム集束を行なうものが知られている。
【特許文献１】特開平１−１３９０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のように送信手段により電気パルスにもとに超音波ビームを形成しているが、空間的、周波数的の両面において、また物量面において様々な問題を抱えている。
【００１３】
最近、技術改良により振動子の周波数特性が広帯域化している。しかしながら駆動パルスの帯域が狭ければ、出力される送信パルスの周波数帯域は狭くなってしまう。
【００１４】
また、最近、被検体内での非線形現象により発生する高調波成分を利用したイメージングが行なわれている。この手法においては、送信パルス中に含まれる高調波を低減する必要がある。高調波を低減するにはリニア駆動などの手法が有効であるが、リニア駆動においては、回路の発熱や回路物量の増大という問題が発生する。
【００１５】
また、回路の簡略化においてユニポーラのパルスを発生する駆動回路が有利であるが、使用目的によっては、バイポーラのパルスを発生したほうが望ましい場合も存在する。
【００１６】
また、従来の技術でも説明したように複数の振動子を駆動するため、同数の駆動回路が必要となり物量が多いという問題も発生する。
【００１７】
また、複数のモダリティを短時間で繰り返す複合走査モードの場合、振幅の異なるパルスを発生する必要があり、回路規模が増大する。
【００１８】
さらに走査方向に直交方向に重み付けをかける場合、中心部の振動子と端部の振動子で別の駆動回路を用いるために物量が増加するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、上記目的を達成するために、積層圧電素子においてそれぞれの圧電体の駆動条件を変えることで目的を達成するものである。
【００２０】
請求項１の発明においては、周波数帯域の広い送信パルスを出力するために、積層された圧電体を用い、それぞれの圧電体を異なる周波数の駆動パルスで駆動することで、広帯域の超音波パルスを得るものである。
【００２１】
請求項２の発明においては、波形の異なる駆動パルスを用いることで、擬似的に多値の送信パルスを得、送信パルスに含まれる高調波を低減するものである。
【００２２】
請求項３の発明においては、タイミングをずらした駆動パルスをそれぞれの圧電体に加えることで、ユニポーラの駆動パルスを用いて、バイポーラ相当の送信パルスを出力させるものである。
【００２３】
請求項４の発明においては、隣り合う振動子の圧電体の一部を駆動することで、駆動回路の数を減らすものである。
【００２４】
請求項５の発明においては、複合モードにおいて、低い振幅を必要とするモダリティにおいては、複数の圧電体のうちの一部のみを駆動することで、送信出力を下げるものである。
【００２５】
請求項６の発明においては、走査方向に直交し複数の振動子を配列させた探触子において、直交方向の端部の振動子において、複数の圧電体のうち一部のみを駆動させることで重み付けを行なうものである。
【００２６】
請求項７の発明においては、請求項６において端部の振動子の圧電体の一部の駆動と全体を駆動に切り換える切換手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の超音波診断装置によれば、広帯域の超音波パルスを出力することができ、分解能の良い画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施について、図１を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１に本実施の形態の超音波診断装置の送信に関する説明図を示す。超音波診断装置全体の構成は従来例の図８と同様であるため省略する。
【００３０】
図１において１は積層圧電振動子であり、電極２、４と中間電極３に電気パルスを発生するためのパルサ５、６が接続されている。パルサ５、６はトリガ発生器７の制御により送信のための電気パルスを発生する。
【００３１】
パルサ５、６における電気パルスの発生は例えば図１の中央に波形で書いたようになっている。
【００３２】
パルサ５、６から発生する電気パルスをバイポーラ波形だとすると、パルサ５の発生するパルスの周期はパルサ６の発生するパルスの周期より短い。この結果、各々のパルサで発生する超音波の周波数特性は図１の右の図のようになる。積層圧電振動子全体でみると、これらの周波数の合成が発生することになるため、周波数特性は右図中に書いたようになり、広い周波数特性を得ることができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２に本実施の形態の説明図を示す。本実施の形態においても、送信部分の構成は第１の実施の形態と同様である（左の図）。各パルサにおいて発生するパルス波形は図２の中央のようになり、積層圧電振動子全体で見ると図２の中央下の合成出力波形のようになる。
【００３４】
周波数特性は右の図のようになり、高調波成分が減少する。高調波イメージングにおいては送信波形に含まれる高調波が少ないほうが望ましく、このような特性を得ることで画質を向上させることができる。
【００３５】
（実施の形態３）
図３に本実施の形態を示す。本実施の形態において、電気パルスを発生するパルサ５５、５６はユニポーラのパルスを発生するものであり、バイポーラのパルスの発生はできない。ユニポーラパルスのほうが回路規模は少なくて済み、また、電源も片側で済むが、例えば低い周波数の発生を防ぎたい場合など、バイポーラパルスの周波数特性を用いたいモダリティも存在する。
【００３６】
このような場合において、本実施の形態では、２つのユニポーラ用パルサ５５、５６を用いてバイポーラパルスを生成する。積層圧電振動子１の中間電極３を共通電位とし、図３の右の図のようなタイミングで２つのパルサ５５、５６を駆動することで、バイポーラのパルスを生成することができる。
【００３７】
（実施の形態４）
図４に本実施の形態の説明図を示す。本実施の形態において、振動子８〜１０は一連の配列振動子のうちの隣接する３つである。従来例の説明でも述べたように、配列振動子を用いた送信においては、各振動子の送信パルスの発生タイミングをずらすことで、送信ビームの集束や偏向を行なう。したがって、この振動子８〜１０もそれぞれ独立のタイミングで送信パルスを発生する必要があり、それぞれに対応する３つのパルサが必要となる。
【００３８】
本実施の形態ではパルサの数を減らしても従来例と同様に独立したタイミングで送信パルスを発生させる。
【００３９】
本実施の形態では、振動子８、１０に関しては積層圧電振動子の両端の電極を束ね、中央の電極と対でパルサ５、６に接続し、中央の振動子９に関しては、両端の電極を束ねず、一方の電極はパルサ５で、もう一方の電極はパルサ６で駆動する。
【００４０】
振動子８〜１０より発生するパルス波形を図４の右側に示す。振動子９の出力パルスは振動子８の送信パルスと振動子１０の送信パルスの合成となり、振動子８より時間的に遅く、振動子１０より時間的に早くなる。
【００４１】
（実施の形態５）
図５に本実施の形態の説明図を示す。本実施の形態はモダリティの異なる複合モードにおいて、送信パルスの出力を高速で切り換えるためのものである。
【００４２】
例えば波数の少ないＢモード用の送信においては、制御器１２の制御によりスイッチ１１をＯＮし、積層圧電振動子の上段下段の両方を用いて駆動する。波数の多い血流計測モードの送信においては、スイッチ１１をＯＦＦし、積層圧電振動子の下部のみを用いて駆動することにより、送信出力を切り換えることができる。
【００４３】
このようにモダリティに合わせて使い分けることで、双方のモダリティに好適な送信パルスを得ることができる。
【００４４】
（実施の形態６）
図６に本実施の形態の説明図を示す。超音波の送受信では開口の端部において送信パワー（受信の場合はゲイン）を下げる「重み付け」がよく行なわれる。
【００４５】
重み付けのメリットはサイドローブが低減されることである。
【００４６】
配列振動子においては、走査方向に重み付けが行なわれるほか、走査方向に直交した方向に振動子を分割し、重み付けを行なうことがある。
【００４７】
この直交した方向に重み付けを行なう際に異なる振幅の電気パルスを用意するために、別個のパルサを必要とする。
【００４８】
本実施の形態においては、同一のドライバにより中心部の比較的大きな出力と、端部の比較的小さな振幅を用意できるようにするものである。
【００４９】
図６の左の図は走査方向にｎチャンネル、走査方向に直交した方向に３チャンネルの振動子２１〜４１を示している。また、その右の図はあるチャンネルにおいて、走査方向に直交した方向の３つの振動子４２〜４４とパルサ５との接続を示している。
【００５０】
中央部の振動子に関しては上下の電極を束ねて使用し、端部においては、下部の電極のみを使用する。これにより中央部では大きな振幅、端部では小さな振幅となり重み付けができる。
【００５１】
さらに、図７に示したように端部の振動子４２、４４に対し、上部電極を開放にするか接続するかを切り換えるスイッチ４５を設けることで、端部の出力を小さくして重み付けを行なうか、端部の出力を中央部と同じにするかを切り換えることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は上記実施の形態より明らかなように、積層圧電素子の複数の圧電体を別個に駆動することで、周波数帯域の広い超音波を送出することができ、分解能の高い画質の優れた超音波診断装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の送信部の説明図
【図２】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の送信部の説明図
【図３】本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置の送信部の説明図
【図４】本発明の第４の実施の形態における超音波診断装置の送信部の説明図
【図５】本発明の第５の実施の形態における超音波診断装置の送信部の説明図
【図６】本発明の第６の実施の形態における超音波診断装置の送信部の説明図
【図７】本発明の第６の実施の形態における超音波診断装置の送信部の別の説明図
【図８】本発明の従来例における超音波診断装置の送信部の説明図
【図９】本発明の従来例における積層圧電素子と送信部の説明図
【符号の説明】
【００５４】
１    積層圧電振動子
２〜４    電極
５，６，５５，５６    パルサ
７    トリガ発生器
８〜１０    振動子
１１    スイッチ
１２    制御器
２１〜４１，４２〜４４    振動子
４５    スイッチ
１００    本体部
１０１    探触子
１０２ａ〜１０２ｈ    振動子
１０３ａ〜１０３ｈ    送信回路（パルサ）
１０４    トリガ発生器
１０５    制御部
１０６ａ〜１０６ｈ    受信回路
１０７    ビームフォーマ
１０８    信号処理部
１０９    ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）
１１０    表示部
１１１    積層圧電振動子
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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