(57)【要約】【課題】超音波プローブ内の温度上昇を防止し、超音波プローブの使用を制限することなく、内蔵される増幅部の増幅量の変動や熱雑音の変動等による高調波画像の劣化のない超音波診断装置を提供すること。【解決手段】超音波を送受信する複数の送受信素子を有する送受信部と、送受信部により受信された受信信号を増幅する複数のアンプを有する増幅部と、増幅部と送受信部との接続状態を切り替える複数のスイッチを有する切替スイッチとを備えた超音波プローブを備えた超音波診断装置において、切替スイッチによって切り替えられた増幅部と送受信部との接続状態に基づいて、増幅部の増幅量を制御する制御部を備えることで、超音波プローブ内の温度上昇を防止し、超音波プローブの使用を制限することなく、内蔵される増幅部の増幅量の変動や熱雑音の変動等による高調波画像の劣化のない超音波診断装置を提供することができる。【選択図】図４
2012011118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する複数の送受信素子を有する送受信部と、
前記送受信部により受信された受信信号を増幅する複数のアンプを有する増幅部と、
前記増幅部と前記送受信部との接続状態を切り替える複数のスイッチを有する切替スイッチとを備えた超音波プローブを備えた超音波診断装置において、
前記切替スイッチによって切り替えられた前記増幅部と前記送受信部との接続状態に基づいて、前記増幅部の増幅量を制御する制御部を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記増幅部と前記送受信部との接続状態に基づいて、前記増幅部の増幅量を決定する増幅量決定電圧テーブルと、
前記増幅量決定電圧テーブルに基づいて、前記増幅部の増幅量を制御する増幅量決定電圧を出力する電圧制御部とを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記増幅部と前記送受信部との接続状態に基づいて、前記増幅部の増幅量を決定する増幅量決定電圧テーブルを生成し、
生成された前記増幅量決定電圧テーブルに基づいて、前記増幅部の増幅量を制御する増幅量決定電圧を出力する電圧制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記電圧制御部は、下記（１式）に従って前記増幅量決定電圧テーブルを演算することを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。ここに、
Ｖｇｄ（β）＝α×｛Ｎ−（γ−β）｝２・・・（１式）
ただし、
Ｖｇｄ（β）：（増幅量決定電圧テーブルの）β番目のアンプの増幅量決定電圧データ
α：増幅定数
Ｎ：超音波の送受信回数
γ：増幅部のアンプの数
β：増幅部のアンプの番号
である。
【請求項５】
前記超音波診断装置は、複数の動作モードを有し、
前記制御部は、
前記動作モード毎に増幅量決定電圧テーブルを有することを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記増幅部は、入力される電圧によって増幅量が決定される増幅量決定端子を有する可変ゲインアンプであり、
前記電圧制御部の前記増幅量決定電圧を、前記増幅部の増幅量決定端子に入力することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記送受信部は、有機圧電素子薄膜であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記送受信部は、送信された超音波の基本周波数成分の整数倍の高調波の反射波を受信し、
前記高調波の反射波に基づいて超音波画像を形成する画像処理部を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に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、超音波診断装置に関し、特に、超音波プローブから被検体へ送信された超音波の反射波を受信して被検体内部の超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法により、体表から被検体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等、多くの特長を有し、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿器科系（腎臓、膀胱）、および産婦人科系などで広く利用されている。
【０００３】
このような医療用超音波診断装置に使用される超音波プローブの送受信素子には、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、圧電素子の圧電効果が一般的に利用される。
【０００４】
一方、超音波の高調波信号を用いた組織ハーモニックイメージング（ＴＨＩ）診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから、標準的な診断モダリティとなりつつある。
【０００５】
ＴＨＩ診断は、基本波に比較して、サイドローブレベルが小さいことでＳ／Ｎが良くコントラスト分解能が良くなること、周波数が高くなることでビーム幅が細くなり横方向分解能が良くなること、近距離では音圧が小さく、さらに音圧の変動が少ないので多重反射が起こらないこと、焦点以遠の減衰は基本波並みであり、高調波の超音波は基本波の超音波に比べ深速度を大きく取れること、という多くの利点を有している。
【０００６】
そこで、例えば特許文献１には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン（Ｐ（ＶＤＦ／３ＦＥ））等の有機圧電素子を利用することで、広帯域で高感度の受信用圧電素子を構成する方法が提案されている。これによって、ＴＨＩ診断が容易になる。
【０００７】
ところで、超音波プローブを継続使用することで、プローブ内の温度が上昇し、被検者への当接面の温度の上限値を超えてしまったり、超音波を送受信する素子の特性が劣化する等の問題がある。
【０００８】
また、近年、受信した信号を確実に伝送するために、超音波プローブ内に増幅器を内蔵したプローブが提供されている。しかし、増幅器を内蔵したことで、増幅器の消費電力により、密閉された超音波プローブ内の温度がさらに上昇する問題が発生している。
【０００９】
さらに、超音波を送受信する素子が多素子化されたために、超音波プローブ内に、送受信素子と超音波プローブの出力ケーブルとを接続する切替スイッチの搭載が必要となり、超音波プローブ内の回路規模がますます大きくなり、消費電力の増大による超音波プローブ内の温度上昇がより厳しくなる傾向にある。
【００１０】
これらを解決するために、例えば特許文献２では、超音波プローブ内に設けられた温度センサによって検知された温度から送受信面の温度を推定し、推定された送受信面の温度に基づいて送信制限を行う方法が開示されている。
【００１１】
また、特許文献３では、周囲環境の温度を検知する温度センサを備え、使用環境温度内でのみ超音波プローブを使用可能とする制御方法が開示されている。
【００１２】
さらに、特許文献４では、超音波プローブの温度上昇を小さく抑えるために、所定期間において受信回路の動作を停止するように制御する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１８８４１５号公報
【特許文献２】特開２００３−０５２６９３号公報
【特許文献３】特開２０１０−０００１３７号公報
【特許文献４】特開２００９−１４８４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２、３および４に示された方法では、いずれの方法においても超音波プローブの使用が制限されてしまうために診断が中断されてしまい、使用者および被検者に超音波プローブの温度が低下するまで待たせるという不便を強いることになる。また、超音波プローブ内の温度変化によって、内蔵される増幅器の動作が不安定となり、増幅量の変動や熱雑音の変動等によって、高調波信号に変動ノイズが多く含まれてしまい、超音波画像が劣化してしまう不具合も発生することが分かってきた。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、超音波プローブ内の温度上昇を防止し、超音波プローブの使用を制限することなく、内蔵される増幅部の増幅量の変動や熱雑音の変動等による超音波画像の劣化の少ない超音波診断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】
【００１６】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１７】
１．超音波を送受信する複数の送受信素子を有する送受信部と、
前記送受信部により受信された受信信号を増幅する複数のアンプを有する増幅部と、
前記増幅部と前記送受信部との接続状態を切り替える複数のスイッチを有する切替スイッチとを備えた超音波プローブを備えた超音波診断装置において、
前記切替スイッチによって切り替えられた前記増幅部と前記送受信部との接続状態に基づいて、前記増幅部の増幅量を制御する制御部を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【００１８】
２．前記制御部は、
前記増幅部と前記送受信部との接続状態に基づいて、前記増幅部の増幅量を決定する増幅量決定電圧テーブルと、
前記増幅量決定電圧テーブルに基づいて、前記増幅部の増幅量を制御する増幅量決定電圧を出力する電圧制御部とを有することを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００１９】
３．前記制御部は、
前記増幅部と前記送受信部との接続状態に基づいて、前記増幅部の増幅量を決定する増幅量決定電圧テーブルを生成し、
生成された前記増幅量決定電圧テーブルに基づいて、前記増幅部の増幅量を制御する増幅量決定電圧を出力する電圧制御部を有することを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００２０】
４．前記電圧制御部は、下記（１式）に従って前記増幅量決定電圧テーブルを演算することを特徴とする前記３に記載の超音波診断装置。ここに、
Ｖｇｄ（β）＝α×｛Ｎ−（γ−β）｝２・・・（１式）
ただし、
Ｖｇｄ（β）：（増幅量決定電圧テーブルの）β番目のアンプの増幅量決定電圧データ
α：増幅定数
Ｎ：超音波の送受信回数
γ：増幅部のアンプの数
β：増幅部のアンプの番号
である。
【００２１】
５．前記超音波診断装置は、複数の動作モードを有し、
前記制御部は、
前記動作モード毎に増幅量決定電圧テーブルを有することを特徴とする前記２から４の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【００２２】
６．前記増幅部は、入力される電圧によって増幅量が決定される増幅量決定端子を有する可変ゲインアンプであり、
前記電圧制御部の前記増幅量決定電圧を、前記増幅部の増幅量決定端子に入力することを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【００２３】
７．前記送受信部は、有機圧電素子薄膜であることを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【００２４】
８．前記送受信部は、送信された超音波の基本周波数成分の整数倍の高調波の反射波を受信し、
前記高調波の反射波に基づいて超音波画像を形成する画像処理部を有することを特徴とする前記１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、超音波を送受信する複数の送受信素子を有する送受信部と、送受信部により受信された受信信号を増幅する複数のアンプを有する増幅部と、増幅部と送受信部との接続状態を切り替える複数のスイッチを有する切替スイッチとを備えた超音波プローブを備えた超音波診断装置において、切替スイッチによって切り替えられた増幅部と送受信部との接続状態に基づいて増幅部の増幅量を制御する制御部を備えることで、超音波プローブ内の温度上昇を防止し、超音波プローブの使用を制限することなく、内蔵される増幅部の増幅量の変動や熱雑音の変動等による超音波画像の劣化の少ない超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の各実施の形態における超音波診断装置の外観構成を示す模式図である。
【図２】本発明の各実施の形態における送受信素子の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の各実施の形態における超音波プローブの構成の一例を示す模式図である。
【図４】超音波診断装置の第１の実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の超音波プローブの受信部の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】超音波プローブの形式と反射波の強度との関係を示す模式図である。
【図７】超音波の受信時に使用される受信素子を示す模式図である。
【図８】第１の実施の形態の増幅量の制御方法の第１の例における制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示す模式図である。
【図９】第１の実施の形態の増幅量の制御方法の第２の例における制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示す模式図である。
【図１０】超音波診断装置の第２の実施の形態の内部構成を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施の形態の超音波プローブの内部構成を示すブロック図である。
【図１２】第２の実施の形態における制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示す模式図である。
【図１３】第２の実施の形態における増幅部の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略することがある。
【００２８】
最初に、本発明の各実施の形態における超音波診断装置の構成について、図１を用いて説明する、図１は、本発明の各実施の形態における超音波診断装置の外観構成を示す模式図である。
【００２９】
図１において、超音波診断装置Ｓは、超音波診断装置本体１、超音波プローブ２およびケーブル３等で構成される。超音波診断装置本体１は、例えば診断開始を指示するコマンドや被検者の個人情報等のデータを入力する操作部１１、および、操作部１１で入力された各種情報や、超音波プローブ２で受信した受信信号に基づいて生成された被検体内の内部状態の画像（超音波画像）等を表示する表示部１５等を備えている。
【００３０】
超音波プローブ２は、図示しない人体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信するとともに、被検体内で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）を受信し、受信信号を生成する。
【００３１】
ケーブル３は、超音波診断装置本体１と超音波プローブ２とを接続し、超音波診断装置本体１からの送信信号を超音波プローブ２へ伝達するとともに、超音波プローブ２で生成された受信信号を超音波診断装置本体１に伝達する。
【００３２】
次に、超音波プローブに用いられる送受信素子について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の各実施の形態における送受信素子の一例を示す断面模式図である。ここでは、送信用素子と受信用素子とを分けて設ける方法について説明する。
【００３３】
図２において、送受信素子２１は、バッキング層２１１、バッキング層２１１上に設けられた電極および圧電体を有する圧電部２１２、圧電部２１２上に設けられた音響整合層２１３、および音響整合層２１３上に設けられた音響レンズ２１４等で構成される。
【００３４】
圧電部２１２は、送信用素子２１２ａ、送信用素子２１２ａ上に配された中間層２１２ｂ、および中間層２１２上に配された受信用素子２１２ｃ等で構成される。送信用素子２１２ａは、送信用圧電素子２１８と、送信用圧電素子２１８の両面に電極２１７が付されたものがフレキシブル基板（以下、ＦＰＣと言う）２１５上に載置されて構成される。受信用素子２１２ｃも同様に、受信用圧電素子２１９と、受信用圧電素子２１９の両面に電極２１７が付されたものがＦＰＣ２１６上に載置されて構成される。
【００３５】
（バッキング層２１１）
バッキング層２１１は、圧電部２１２を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。バッキング層２１１に用いられるバッキング材としては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂に酸化タングステンや酸化チタン、フェライト等の粉末を入れてプレス成形した材料、塩化ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体などの熱可塑性樹脂などを用いることができる。
【００３６】
好ましいバッキング材としては、ゴム系複合材およびまたはエポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は送受信素子２１や送受信素子２１を含む超音波プローブ２の形状に応じて、適宜選択することができる。
【００３７】
ゴム系複合材としては、ゴム成分および充填剤を含有する物が好ましく、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準拠したスプリング硬さ試験機（デュロメータ硬さ）におけるタイプＡデュロメータでＡ７０からタイプＤデュロメータでＤ７０までの硬さを有するものであり、さらに、必要に応じて各種の他の配合剤を添加することもできる。
【００３８】
ゴム成分としては、たとえば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲおよび／またはＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴムなどが好ましい。
【００３９】
より好ましくは、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭまたはＥＰＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ＥＰＤＭとＨＮＢＲのブレンドゴム、ＥＰＤＭとニトリルゴム（ＮＢＲ）のブレンドゴム、ＮＢＲおよび／またはＨＮＢＲと高スチレンゴム（ＨＳＲ）のブレンドゴム、ＥＰＤＭとＨＳＲブレンドゴムなどが挙げられる。本実施の形態のゴム成分は、加硫ゴムおよび熱可塑性エラストマーなどのゴム成分の１種を単独で使用してもよいが、ブレンドゴムのように２種以上のゴム成分をブレンドしたブレンドゴムを用いてもよい。
【００４０】
ゴム成分に添加される充填剤としては、通常使用されているものから比重の大きいものに至るまでその配合量と共に様々な形で選ぶことが出来る。たとえば、亜鉛華、チタン白、ベンガラ、フェライト、アルミナ、三酸化タングステン、酸化イットリビウムなどの金属酸化物、炭酸カルシウム、ハードクレイ、ケイソウ土などのクレイ類、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属塩類、ガラス粉末などやタングステン、モリブデン等の各種の金属系微粉末類、ガラスバルーン、ポリマーバルーン等の各種バルーン類が挙げられる。
【００４１】
これらの充填剤は、種々の比率で添加することができるが、好ましくはゴム成分１００質量部に対して５０〜３０００質量部、より好ましくは１００〜２０００質量部、または３００〜１５００質量部程度が好ましい。また、これらの充填剤は１種または２種以上を組み合わせて添加してもよい。
【００４２】
ゴム系複合材料には、さらに他の配合剤を必要に応じて添加することができ、このような配合剤としては、加硫剤、架橋剤、硬化剤、それらの助剤類、劣化防止剤、酸化防止剤、着色剤などが挙げられる。たとえば、カーボンブラック、二酸化ケイ素、プロセスオイル、イオウ（加硫剤）、ジクミルパーオキサイド（Ｄｉｃｕｐ、架橋剤）、ステアリン酸などを配合することができる。これらの配合剤は必要に応じて使用されるものであるが、その使用量は、一般にゴム成分１００質量部に対しそれぞれ１〜１００質量部程度であるが全体的バランスや特性によって適宜変更することもできる。
【００４３】
エポキシ樹脂複合剤としては、エポキシ樹脂成分および充填剤を含有するのが好ましく、さらに必要に応じて各種の配合剤を添加することもできる。エポキシ樹脂成分としては、たとえばビスフェノールＡタイプ、ビスフェノールＦタイプ、レゾールノボラックタイプ、フェノール変性ノボラックタイプ等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン構造含有タイプ、アントラセン構造含有タイプ、フルオレン構造含有タイプ等の多環芳香族型エポキシ樹脂、水添脂環型エポキシ樹脂、液晶性エポキシ樹脂などが挙げられる。本発明のエポキシ樹脂成分は単独で用いても良いが、ブレンド樹脂のように２種類以上のエポキシ樹脂成分を混合して用いても良い。
【００４４】
エポキシ成分に添加される充填剤としては、上記ゴム成分に混合する充填剤と同様のものから、上記ゴム系複合剤を粉砕しさく作製した複合粒子までいずれも好ましく使用することができる。複合粒子としては、たとえばシリコーンゴム中にフェライトを充填したものを、粉砕器にて粉砕し２００μｍ程度の粒径にしたものが挙げることができる。
【００４５】
エポキシ樹脂複合剤を使用する際にはさらに架橋剤を添加する必要があり、たとえばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジプロピレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の鎖状脂肪族ポリアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、メンセンジアミン、イソフォロンジアミン等の環状脂肪族ポリアミン、ｍ−キシレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン、ポリアミド樹脂、ピペリジン、ＮＮ−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール等の２級および３級アミン等、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウム・トリメリテート等のイミダゾール類、液状ポリメルカプタン、ポリスルフィド、無水フタル酸、無視トリメリット酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸等の酸無水物を挙げることができる。
【００４６】
バッキング層２１１の厚さは、概ね１〜１０ｍｍが好ましく、特に１〜５ｍｍであることが好ましい。
【００４７】
（送信用素子２１２ａおよび受信用素子２１２ｃ）
本実施の形態における送信用素子２１２ａおよび受信用素子２１２ｃは、電極および圧電素子を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子である。圧電素子は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電材料を含有する電気機械変換素子である。圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミクス、ＰｂＴｉＯ３系セラミックなどの無機圧電セラミクス、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの有機高分子圧電材料、水晶、ロッシェル塩などを用いることができる。圧電材料の厚さとしては、概ね１００μｍ〜５００μｍの範囲で用いられる。圧電材料は、その両面に電極が付された状態で、圧電素子として用いられる。
【００４８】
（電極２１７）
圧電材料に付される電極２１７に用いられる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）などが挙げられる。
【００４９】
圧電材料に電極２１７を付す方法としては、たとえば、チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）などの下地金属をスパッタ法により０．０２〜１．０μｍの厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属およびそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で１〜１０μｍの厚さに形成する方法が挙げられる。
【００５０】
電極形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。電極２１７は、圧電材料上に、送受信素子２１の形状に応じて、圧電体面の全面あるいは圧電体面の一部に設けられる。
【００５１】
圧電部２１２とバッキング層２１１とは、接着層を介して積層されていることが好ましい態様である。接着層を形成するための接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。
【００５２】
圧電部２１２の、バッキング層２１１側の表面の一部と、音響整合層２１３側の表面の一部には電極２１７が接触されており、バッキング層２１１と電極２１７とが接着層を介して積層されている部分を含む場合もある。
【００５３】
（音響整合層２１３）
本実施の形態における音響整合層２１３は、圧電部２１２と被検体との間の音響インピーダンスを整合させるもので、圧電部２１２と被検体との中間の音響インピーダンスを有する材料で構成される。音響整合層に用いられる材料としては、アルミ、アルミ合金（たとえばＡＬ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＡＢＣ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６−６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。
【００５４】
好ましくは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に充填剤として亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン等を入れて成形したものを用いることができる。
【００５５】
音響整合層２１３は、単層でもよいし複数層から構成されてもよいが、好ましくは２層以上である。音響整合層２１３の層厚は、超音波の波長をλとすると、λ／４となるように定める必要がある。これを満たさない場合、本来の共振周波数とは異なる周波数ポイントに複数の不要スプリアスが出現し、基本音響特性が大きく変動してしまう。結果、残響時間の増加、反射エコーの波形歪みによる感度やＳ／Ｎの低下を引き起こしてしまい、好ましくない。このような音響整合層２１３の厚さとしては、概ね３０μｍ〜５００μｍの範囲で用いられる。
【００５６】
（音響レンズ２１４）
音響レンズ２１４は、送受信素子２１の最先端にあり、超音波ビームを集束させるためのものである。音響レンズ２１４の音響インピーダンスは生体組織とほぼ同じであり、音響レンズ２１４の形状を凸形にすることで、スネルの法則に従って超音波ビームを集束させることができる。
【００５７】
上述した送受信素子２１では、送信用素子２１２ａと受信用素子２１２ｃとを別々に備える構成について説明した。送信用素子２１２ａと受信用素子２１２ｃとの配列は、各々を上下に配置する配列、および並列に配置する配列のどちらでもよいが、上下に配置して積層する構造が好ましい。積層する場合の送信用素子２１２ａおよび受信用素子２１２ｃの厚さとしては、４０〜１５０μｍであることが好ましい。
【００５８】
なお、送受信素子２１は、送信用素子２１２ａと受信用素子２１２ｃとを別々に備える構成に限るものではなく、例えば図２において、受信用素子２１２ｃ（受信用圧電素子２１９と電極２１７）とＦＰＣ２１６とを無くして、送信用素子２１２ａを送受信兼用の送受信素子としてもよい。
【００５９】
次に、本発明の各実施の形態における超音波プローブの構成の一例を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の各実施の形態における超音波プローブの構成の一例を示す模式図で、図３（ａ）は超音波プローブの外観模式図、図３（ｂ）は超音波プローブの内部構成図である。
【００６０】
図３（ａ）において、超音波プローブ２の外観は、筐体２９、筐体２９の先端に配置された送受信素子２１の音響レンズ２１４、および筐体２９の後端に接続されたケーブル３等で構成される。超音波プローブ２の使用者は、筐体２９を把持し、音響レンズ２１４を被検者に押し当てて使用する。
【００６１】
図３（ｂ）において、超音波プローブ２の筐体２９の内部には、音響レンズ２１４を含む送受信素子２１、基板２５、コネクタ２６およびケーブル３等が配置されている。
【００６２】
送受信素子２１には、ＦＰＣ２４が接続され、ＦＰＣ２４と基板２５とは接続部２４ａで接続されている。基板２５上には複数のスイッチ素子で構成される切替スイッチ２２と、複数のアンプ素子で構成される増幅部２３とが実装されている。増幅部２３を送受信素子２１から離れた位置に実装することで、増幅部２３の発熱が送受信素子２１に悪影響を及ぼすことを防止することができる。基板２５とケーブル３の各々の同軸ケーブル２７とは、コネクタ２６で接続されている。
【００６３】
なお、基板２５と同軸ケーブル２７とは、基板２５に直接ハンダ付け等で接続されてもよい。あるいは、同軸ケーブル２７を、ハンダ付けあるいは同軸ケーブル用コネクタを用いて別基板に接続し、別基板に設けた基板用コネクタと基板２５に設けたコネクタとで基板２５と同軸ケーブル２７とを接続する構成でもよい。
【００６４】
また、例えば後述する第２の実施の形態のように、超音波プローブ２に温度センサ２８を備える場合には、例えば図３（ａ）および図３（ｂ）の例のように温度センサ２８を配置することができる。
【００６５】
この例では３個の温度センサ２８を配置している。温度センサ２８ａは、増幅部２３の配列の中心付近に配置されて、増幅部２３の温度を検知する。温度センサ２８ｂは、送受信素子２１の音響レンズ２１４に近接する位置に配置され、被検者が肌に感じる音響レンズ２１４の温度を検知する。温度センサ２８ｃは、例えば筐体２９内の側面位置で、使用者が把持しない位置に配置され、外気温を検知する。
【００６６】
次に、本発明の超音波診断装置の第１の実施の形態の構成について、図４および図５を用いて説明する。図４は、超音波診断装置の第１の実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。
【００６７】
図４において、上述したように、超音波診断装置Ｓは、超音波診断装置本体１、超音波プローブ２およびケーブル３等で構成される。超音波診断装置本体１は、送信部１２、受信部１３、画像処理部１４、制御部１６、記憶部１７、および上述した操作部１１、表示部１５等で構成される。超音波プローブ２は、送受信部２１、切替スイッチ２２、増幅部２３等で構成される。
【００６８】
操作部１１は、上述したように、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力する。送信部１２は、ケーブル３と切替スイッチ２２とを介して、超音波プローブ２の送受信部２１の所定の送受信素子へ送信信号１２１を供給することで、送受信部２１の所定の送受信素子に超音波を発生させるように駆動する。
【００６９】
受信部１３は、切替スイッチ２２とケーブル３とを介して、超音波プローブ２の送受信部２１の所定の送受信素子で受信した超音波の反射波の信号２１ｒを、増幅部２３で増幅した受信信号２３１を受信する。
【００７０】
画像処理部１４は、受信部１３で受信した受信信号２３１に基づいて、被検体内の内部状態の画像、即ち超音波画像を生成する。表示部１５は、上述した操作部１１で入力された各種情報や、画像処理部１４で生成された被検体内の超音波画像を表示する。記憶部１７は、画像処理部１４で生成された被検体内の超音波画像を記憶する。
【００７１】
制御部１６は、操作部１１、送信部１２、受信部１３、画像処理部１４、表示部１５、および記憶部１７を各機能に応じて制御することによって、超音波診断装置Ｓの全体制御を行う。
【００７２】
また、制御部１６は、ケーブル３を介して、超音波プローブ２の切替スイッチ２２に、切替スイッチ２２を制御するスイッチ制御信号Ｓｃを供給し、増幅部２３に、増幅部２３の増幅量を制御する増幅量決定電圧Ｖｇを供給する。増幅量決定電圧Ｖｇによって増幅部２３の増幅量を制御することで、増幅部２３の発熱を抑え、超音波プローブ２内の温度を所定の範囲に治めることができる。
【００７３】
図５は、第１の実施の形態の超音波プローブの受信部の構成の一例を示すブロック図である。
【００７４】
図５において、上述したように、超音波プローブ２の受信部は、受信用素子２１２ｃ、切替スイッチ２２、増幅部２３等で構成される。
【００７５】
図５の例では、受信用素子２１２ｃは、ＰＺ０からＰＺ１９１の１９２個の圧電素子ＰＺで構成され、切替スイッチ２２はＭＵＸ０からＭＵＸ６３の６４個の３対１の入出力関係を有する双方向スイッチＭＵＸで構成され、増幅部２３はＡＭ０からＡＭ６３の６４個のアンプＡＭで構成される。増幅部２３の各アンプＡＭは、増幅量決定端子２３３に増幅量決定電圧Ｖｇを印加することで、増幅量を制御可能な可変ゲインアンプである。
【００７６】
なお、上述した受信用素子２１２ｃの圧電素子ＰＺの数、切替スイッチ２２のスイッチＭＵＸの数および増幅部２３のアンプＡＭの数は一例であって、超音波プローブ２が使用される超音波診断装置や診断システムに従って適宜決定されればよい。また、超音波プローブ２の形式にも依存せず、例えば、リニアプローブ、コンベックスプローブおよびセクタープローブ等の何れの超音波プローブにも適用可能である。
【００７７】
超音波の受信時には、切替スイッチ２２は、制御部１６から供給されたスイッチ制御信号Ｓｃに従って、受信用素子２１２ｃの１９２個の圧電素子ＰＺの中の連続した６４個の圧電素子ＰＺで受信した超音波の反射波の信号２１ｒを増幅部２３の６４個の各アンプＡＭに入力する。増幅部２３は、制御部１６から供給された増幅量決定電圧Ｖｇに従って６４個の各アンプＡＭの増幅量を制御し、反射波の信号２１ｒを増幅した増幅出力を受信信号２３１として受信部１３に送信する。
【００７８】
スイッチ制御信号Ｓｃに従って切替スイッチ２２を順次シフトして切り替えながら、即ち受信用素子２１２ｃの圧電素子ＰＺを順次シフトして切り替えながら、超音波の送受信を繰り返すことで、超音波画像を生成することができる。
【００７９】
ここで、超音波プローブの形式と反射波の強度との関係について、図６を用いて説明する。図６は、超音波プローブの形式と反射波の強度との関係を示す模式図で、図６（ａ）は送信波の強度を示し、図６（ｂ）はリニアプローブの反射波の強度を示し、図６（ｃ）はコンベックスプローブの反射波の強度を示し、図６（ｄ）はセクタープローブの反射波の強度を示す。
【００８０】
図６（ａ）において、超音波プローブ２の送受信部２１から送信される超音波は指向性を有し、その主ピークＴの強度Ｉは、図示したようなナス型の強度を示す。従って、送受信部２１の法線に対して角度θだけ傾いた方向の主ピークＴの強度Ｉ（θ）は角度θの関数となる。また、送信される超音波は、主ピークＴの両側に２次ピークのサイドローブＴｓを有している。
【００８１】
図６（ｂ）で、リニアプローブにおいては、平面の送受信部２１に垂直に超音波を送信するので、図５に示した方法で圧電素子ＰＺを矢印Ｆ方向に順次シフトして切り替えながら、図６（ａ）に示した超音波を送受信することで、反射波の強度Ｒは、図の上部に示したような中央が強く両側が弱い形となる。ここに、図の横軸Δは、送受信部２１の圧電素子ＰＺの位置を示している。以下、同様である。
【００８２】
図６（ｃ）で、コンベックスプローブにおいては、球面の送受信部２１に垂直に超音波を送信するので、リニアプローブと同様に、図５に示した方法で圧電素子ＰＺを矢印Ｆ方向に順次シフトして切り替えながら、図６（ａ）に示した超音波を送受信することで、反射波の強度Ｒは、図の上部に示したような中央が強く両側が弱い形となる。
【００８３】
一方、図６（ｄ）で、セクタープローブにおいては、送受信部２１で発生される超音波の合成波面を偏向させることで扇形に超音波を送信するので、反射波の強度Ｒは、送信波の偏向角αに依存し、α＝０の場合にはリニアプローブやコンベックスプローブと同様に中央が強く両側が弱い強度Ｒとなるが、偏向角αが大きくなる（例えば図のα＝α１やα＝−α１の場合）と、図に破線で示したように、一端が強く、中央が中間の強度で、他端が弱い形となる。なお、ここでは、送受信部２１の受信用素子を、シフトして切り替えるのではなく、図９で後述する増幅部２３の増幅量の制御方法の第２の例に合わせて固定して表示している。
【００８４】
このように、超音波プローブの形式によって、反射波の強度分布の特性が異なるので、超音波画像の生成にあたっては、超音波プローブの形式に合わせて、超音波の受信時の増幅部２３の増幅量を制御することで、より良い超音波画像を生成することができる。以下に、超音波プローブの形式に合わせて、増幅量の制御方法の２つの例を示す。
【００８５】
次に、超音波の受信時の増幅部２３の各アンプＡＭの増幅量の制御方法の第１の例について、図７および図８を用いて説明する。図７は、超音波の受信時に使用される受信用素子を示す模式図である。第１の例は、上述したリニアプローブおよびコンベックスプローブの場合に適用される方法である。
【００８６】
図７において、超音波の１回目の送受信時には、切替スイッチ２２によって、受信用素子２１２ｃの１９２個の圧電素子ＰＺの中のＰＺ０からＰＺ６３の連続した６４個の圧電素子ＰＺが送受信範囲として選択され、超音波を送信し、超音波の反射波を受信する。
【００８７】
この時、リニアプローブおよびコンベックスプローブの場合には、図６（ｂ）および図６（ｃ）で説明したように、反射波の受信範囲の端にあたる圧電素子ＰＺ０やＰＺ６３およびその近傍では、反射波が弱いために、増幅部２３のアンプＡＭの増幅量を大きくして反射波を十分に増幅する必要がある。一方、反射波の受信範囲の中心にあたる圧電素子ＰＺ３１およびその近傍では、反射波が強いために、増幅部２３のアンプＡＭの増幅量をあまり大きくする必要がない。
【００８８】
一方、超音波の３２回目の送受信時には、切替スイッチ２２によって、受信用素子２１２ｃの１９２個の圧電素子ＰＺの中のＰＺ３１からＰＺ９４の連続した６４個の圧電素子ＰＺが送受信範囲として選択され、超音波を送信し、超音波の反射波を受信する。
【００８９】
この時、反射波の受信範囲の端にあたる圧電素子ＰＺ３１やＰＺ９４およびその近傍では、反射波が弱いために、増幅部２３のアンプＡＭの増幅量を大きくして反射波を十分に増幅する必要がある。一方、反射波の受信範囲の中心にあたる圧電素子ＰＺ６３およびその近傍では、反射波が強いために、増幅部２３のアンプＡＭの増幅量をあまり大きくする必要がない。
【００９０】
つまり、切替スイッチ２２によって選択された受信範囲の両端とその近傍では、増幅部２３のアンプＡＭの増幅量を大きくする必要があり、受信範囲の中心とその近傍では、アンプＡＭの増幅量をあまり大きくする必要がない。
【００９１】
そこで、第１の実施の形態では、切替スイッチ２２によって選択された受信範囲の圧電素子ＰＺの両端とその近傍の圧電素子ＰＺに接続された増幅部２３のアンプＡＭの増幅量を大きくし、受信範囲の中心とその近傍の圧電素子ＰＺに接続された増幅部２３のアンプＡＭの増幅量を低くする。
【００９２】
受信範囲の両端と中心との間に位置する圧電素子ＰＺに接続された増幅部２３のアンプＡＭの増幅量は、圧電素子ＰＺの位置に応じて、両端の圧電素子ＰＺに接続されたアンプＡＭの増幅量と、中心の圧電素子ＰＺに接続されたアンプＡＭの増幅量との間の増幅量とする。
【００９３】
具体的には、図５に示したように、増幅部２３のＡＭ０からＡＭ６３の６４個のアンプＡＭの各々の増幅量決定端子２３３に、制御部１６から増幅量決定電圧Ｖｇを印加することで、各々のアンプＡＭ毎に増幅量を制御する。
【００９４】
これによって、従来は大きな増幅量が不要なアンプＡＭまで一律に増幅していたために発生していた余計な消費電力を低減することができ、超音波プローブ２内の温度上昇を防ぐことができる。
【００９５】
図８は、第１の実施の形態の増幅量の制御方法の第１の例における制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示す模式図であり、図８（ａ）は制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示すブロック図で、図８（ｂ）は増幅量決定電圧テーブルの構成を示す模式図である。
【００９６】
図８（ａ）において、制御部１６は、電圧制御部１６１と増幅量決定電圧テーブル１６２等とで構成され、増幅部２３の各アンプＡＭの増幅量を制御する。電圧制御部１６１は、電圧決定制御部１６１１と増幅量決定電圧生成部１６１２等とで構成される。
【００９７】
電圧決定制御部１６１１は、超音波の送受信回数Ｎに基づいて、増幅量決定電圧テーブル１６２から各アンプＡＭ毎の６４個の増幅量決定電圧データＶｇｄを決定し、増幅量決定電圧生成部１６１２に送信する。
【００９８】
増幅量決定電圧生成部１６１２は、電圧決定制御部１６１１から受信した増幅量決定電圧データＶｇｄに基づいて、各アンプＡＭ毎の６４個の増幅量決定電圧Ｖｇを生成し、増幅部２３の各アンプＡＭに供給する。
【００９９】
図５で示したように、超音波プローブ２の受信用素子２１２ｃの切替スイッチ２２によって選択された６４個の圧電素子ＰＺで受信された超音波の反射波の信号２１ｒは、増幅部２３のアンプＡＭ０からＡＭ６３に入力され、各アンプＡＭの増幅量決定端子２３３に印加された増幅量決定電圧Ｖｇによって決定される増幅量で増幅されて、受信信号２３１として出力される。ここでは、アンプＡＭは、増幅量決定電圧Ｖｇが高いと増幅量が大きく、低いと小さいとする。
【０１００】
図８（ｂ）において、増幅量決定電圧テーブル１６２は、超音波の送受信回数Ｎに対応した増幅部２３のアンプＡＭ０からＡＭ６３の増幅量決定電圧データＶｇｄで構成されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）である。増幅量決定電圧テーブル１６２は、記憶部１７内に設けられてもよい。
【０１０１】
図示の例では、超音波の１回目の送受信時には、受信範囲の両端の圧電素子ＰＺ０とＰＺ６３に接続されたアンプＡＭ０とＡＭ６３との増幅量決定電圧データＶｇｄの値は高く、受信範囲の中心の圧電素子ＰＺ３１に接続されたアンプＡＭ３１の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は低い。
【０１０２】
一方、超音波の３２回目の送受信時には、受信範囲の端の圧電素子ＰＺ３１に接続されたアンプＡＭ３１の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は高く、受信範囲の中心の圧電素子ＰＺ６３やＰＺ６４に接続されたアンプＡＭ６３やＡＭ０の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は低い。しかしながら、増幅量決定電圧テーブル１６２は、これに限るものではない。
【０１０３】
また、超音波プローブ２の動作モード（例えば、Ｂ−モード、パワードプラモード、カラードプラモード、Ｍ−モードやこれらの複合モード等）毎に消費電力や必要な増幅量が異なるので、動作モード毎に別個の増幅量決定電圧テーブル１６２を持ってもよい。
【０１０４】
さらに、例えば診断部位によって使用される超音波プローブが異なる場合等では、使用される超音波プローブ毎の増幅部２３の数や送受信回数等の設定値を読み込んで、例えば下記の（１式）等を用いて、増幅量決定電圧テーブル１６２を演算して生成するようにしてもよい。ここに、
Ｖｇｄ（β）＝α×｛Ｎ−（γ−β）｝２・・・（１式）
ただし、
Ｖｇｄ（β）：（増幅量決定電圧テーブルの）β番目のアンプの増幅量決定電圧データ
α：増幅定数
Ｎ：超音波の送受信回数
γ：増幅部２３のアンプＡＭの数
β：増幅部２３のアンプＡＭの番号
である。増幅定数αは、実験等により適宜決定されればよい。上述したように、（１式）は、リニアプローブおよびコンベックスプローブの場合に適用される。
【０１０５】
次に、超音波の受信時の増幅部２３の各アンプＡＭの増幅量の制御方法の第２の例について、図９を用いて説明する。図９は、第１の実施の形態の増幅量の制御方法の第２の例における制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示す模式図であり、図９（ａ）は制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示すブロック図で、図９（ｂ）は増幅量決定電圧テーブルの構成を示す模式図である。第２の例は、上述したセクタープローブの場合に適用される方法である。
【０１０６】
ここでは、説明を分かりやすくするために、図５の受信用素子２１２ｃをＰＺ０からＰＺ６３の６４個の圧電素子ＰＺとし、各圧電素子ＰＺと増幅部２３の各アンプＡＭ（ＡＭ０からＡＭ６３）とが切替スイッチ２２の各双方向スイッチＭＵＸ（ＭＵＸ０からＭＵＸ６３）で１対１に固定接続されるとする。
【０１０７】
図９（ａ）において、制御部１６は、図８（ａ）と同様に、電圧制御部１６１と増幅量決定電圧テーブル１６２等とで構成され、増幅部２３の各アンプＡＭの増幅量を制御する増幅量決定電圧Ｖｇを出力する。電圧制御部１６１は、電圧決定制御部１６１１と増幅量決定電圧生成部１６１２等とで構成される。
【０１０８】
電圧決定制御部１６１１は、制御部１６で決定される送信波の偏向角αに基づいて、増幅量決定電圧テーブル１６２から各アンプＡＭ毎の６４個の増幅量決定電圧データＶｇｄを決定し、増幅量決定電圧生成部１６１２に送信する。
【０１０９】
増幅量決定電圧生成部１６１２は、電圧決定制御部１６１１から受信した増幅量決定電圧データＶｇｄに基づいて、各アンプＡＭ毎の６４個の増幅量決定電圧Ｖｇを生成し、増幅部２３の各アンプＡＭに供給する。
【０１１０】
図５で示したように、超音波プローブ２の６４個の圧電素子ＰＺで受信された超音波の反射波の信号２１ｒは、増幅部２３のアンプＡＭ０からＡＭ６３に入力され、各アンプＡＭの増幅量決定端子２３３に印加された増幅量決定電圧Ｖｇによって決定される増幅量で増幅されて、受信信号２３１として出力される。ここでは、アンプＡＭは、増幅量決定電圧Ｖｇが高いと増幅量が大きく、低いと小さいとする。
【０１１１】
図９（ｂ）において、増幅量決定電圧テーブル１６２は、超音波の偏向角αに対応した増幅部２３のアンプＡＭ０からＡＭ６３の増幅量決定電圧データＶｇｄで構成されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）である。増幅量決定電圧テーブル１６２は、記憶部１７内に設けられてもよい。
【０１１２】
図示の例では、超音波の偏向角α＝−４５°の場合には、受信範囲の一端の圧電素子ＰＺ０に接続されたアンプＡＭ０の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は低く、他端の圧電素子ＰＺ６３に接続されたアンプＡＭ６３の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は高く、受信範囲の中心の圧電素子ＰＺ３１に接続されたアンプＡＭ３１の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は中間の値である。偏向角α＝４５°の場合は、これとは逆である。
【０１１３】
一方、超音波の偏向角α＝０°の場合には、受信範囲の両端の圧電素子ＰＺ０およびＰＺ６３に接続されたアンプＡＭ３１の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は高く、受信範囲の中心の圧電素子ＰＺ３１に接続されたアンプＡＭ３１の増幅量決定電圧データＶｇｄの値は低い。しかしながら、増幅量決定電圧テーブル１６２は、これに限るものではない。
【０１１４】
上述した第２の例を、図５に示したような、切替スイッチ２２で受信用素子２１２ｃと増幅部２３との接続を切り替えながら走査する方式に拡張するためには、図９（ｂ）の増幅量決定電圧テーブル１６２を、超音波の偏向角α毎に図８（ｂ）の送受信回数Ｎ毎の複数のルックアップテーブルを持つ形に拡張すればよい。
【０１１５】
さらに、上述した第１の例の（１式）のように、偏向角αや送受信回数Ｎに基づいて、増幅量決定電圧テーブル１６２を演算して生成するようにしてもよい。
【０１１６】
上述したように、第１の実施の形態によれば、超音波を送受信する複数の送受信素子を有する送受信部と、送受信部により受信された受信信号を増幅する複数のアンプを有する増幅部と、増幅部と送受信部との接続状態を切り替える複数のスイッチを有する切替スイッチとを備えた超音波プローブを備えた超音波診断装置において、切替スイッチによって切り替えられた増幅部と送受信部との接続状態に基づいて、増幅部のアンプの増幅量を制御する制御部を備えることで、超音波プローブ内の温度上昇を防止し、超音波プローブの使用を制限することなく、内蔵される増幅部の増幅量の変動や熱雑音の変動等による高調波画像の劣化のない超音波診断装置を提供することができる。
【０１１７】
次に、本発明の超音波診断装置の第２の実施の形態の構成について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、超音波診断装置の第２の実施の形態の内部構成を示すブロック図である。
【０１１８】
図１０において、超音波診断装置Ｓの第２の実施の形態が図４に示した第１の実施の形態と異なるのは、超音波プローブ２に温度センサ２８を内蔵し、温度センサ２８で測定された超音波プローブ２の内部温度を示す温度信号２８１を、制御部１６に入力するようにした点と、後述する増幅部２３の構成が異なる点と、後述する制御部１６の増幅量決定電圧Ｖｇを供給する部分の構成が異なる点の３点である。その他は第１の実施の形態と同じであるので説明は省略する。
【０１１９】
図１１は、第２の実施の形態の超音波プローブの内部構成を示すブロック図である。
【０１２０】
図１１において、第２の実施の形態では、増幅部２３を構成するアンプＡＭが、第１の実施の形態とは異なり、通常の演算増幅器である。また、増幅部２３を構成する各アンプＡＭの電源電圧Ｖ＋およびＶ−が可変で、制御部１６の増幅量決定電圧Ｖｇによって制御される。詳細は後述する。その他は、図５に示した第１の実施の形態と同じであるので説明は省略する。
【０１２１】
図１２は、第２の実施の形態における制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示す模式図であり、図１２（ａ）は制御部の増幅量決定電圧を供給する部分の構成を示すブロック図で、図１２（ｂ）は温度経時変化データの構成を示す模式図である。
【０１２２】
図１２（ａ）において、制御部１６は、電圧制御部１６１と温度経時変化データ１６３等とで構成され、増幅部２３の増幅量を制御する。電圧制御部１６１は、電圧決定制御部１６１１と増幅量決定電圧生成部１６１２等とで構成される。
【０１２３】
電圧決定制御部１６１１は、例えば超音波プローブ２の電源が投入されてから所定時間（例えば１０秒）間隔毎に、図１０で示した温度センサ２８の温度信号２８１を受信し、温度信号２８１に基づいて、超音波プローブ２内の主な熱源である送受信部２１や増幅部２３の温度Ｔｐを取得して、温度経時変化データ１６３に追記する。
【０１２４】
次いで、取得された現在の温度Ｔｐと過去に取得された温度Ｔｐの経時変化データとに基づいて、例えばＰＩＤ制御やＰＩ制御等の制御法を用いて、増幅量決定電圧データＶｇｄを決定し、温度経時変化データ１６３に追記するとともに、増幅量決定電圧生成部１６１２に送信する。
【０１２５】
増幅量決定電圧データＶｇｄを決定する時の制御目標温度Ｔｏは、一意に決まる温度（例えば４０℃）としてもよい。さらに好ましくは、外気温との差分に基づいて、患者が外気温と超音波プローブ２の接触面とに大きな温度差を感じないような温度を制御目標温度Ｔｏとしてもよい。
【０１２６】
増幅量決定電圧生成部１６１２は、電圧決定制御部１６１１から受信した増幅量決定電圧データＶｇｄに基づいて、増幅量決定電圧Ｖｇを生成し、増幅部２３に供給する。図１３で後述するように、増幅量決定電圧Ｖｇは、増幅部２３の電源電圧Ｖ＋およびＶ−を制御する電圧である。
【０１２７】
図１２（ｂ）において、温度経時変化データ１６３は、超音波プローブ２の電源が投入されてからの所定時間（例えば１０秒）間隔毎の電圧決定制御部１６１１によって取得された超音波プローブ２内の温度Ｔｐと、その時の増幅量決定電圧データＶｇｄとのデータ表である。温度経時変化データ１６３は、記憶部１７内に設けられてもよい。
【０１２８】
図示の例によれば、超音波プローブ２の電源が投入されてから時間が経過するにつれて、超音波プローブ２内の温度Ｔｐが徐々に上昇しており、それに対応して、増幅量決定電圧データＶｇｄも徐々に変化していることが分かる。
【０１２９】
図１３は、第２の実施の形態における増幅部の構成を示す模式図で、図１３（ａ）は第２の実施の形態における増幅部の構成を示す回路図で、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）は増幅部の消費電力を示す模式図である。
【０１３０】
図１３（ａ）において、第２の実施の形態では、増幅部２３を構成する各アンプＡＭは、オペアンプを用いた反転増幅器である。超音波プローブ２の送受信部２１で受信された超音波の反射波の信号２１ｒは、抵抗Ｒ１を介してオペアンプの非反転入力（−）に入力され、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１との比によって決定される増幅量で増幅されて、受信信号２３１として出力される。オペアンプの電源には、上述した増幅量決定電圧Ｖｇから生成される電源電圧Ｖ＋とＶ−とが用いられる。
【０１３１】
ここに、増幅部２３の各アンプＡＭの正の電源電圧Ｖ＋および負の電源電圧Ｖ−は、それぞれ、所定の電源電圧値＋Ｖｃｃから増幅量決定電圧データＶｇｄに所定の係数ｋを乗算した値を減算した電圧、および所定の電源電圧値−Ｖｃｃに増幅量決定電圧データＶｇｄに所定の係数ｊを乗算した値を加算した電圧として生成される。ここに、
Ｖ＋＝＋Ｖｃｃ−ｋ×Ｖｇｄ
Ｖ−＝−Ｖｃｃ＋ｊ×Ｖｇｄ
である。所定の係数ｋおよびｊは、実測等により適宜決定されればよい。
【０１３２】
超音波プローブ２の送受信部２１で受信された超音波の反射波の信号２１ｒは、通常は正負両方の電圧を持つ信号であることが多い。そのため、増幅部２３の消費電力ＰＴは、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、
ＰＴ＝Ｉｃｃ×（Ｖ＋−Ｖ−）＋Ｉｏ×（Ｖ＋−Ｖｏ）・・・（２式）
あるいは、
ＰＴ＝Ｉｃｃ×（Ｖ＋−Ｖ−）＋Ｉｏ×（Ｖｏ−Ｖ−）・・・（３式）
となる。
【０１３３】
従って、（２式）および（３式）から、増幅部２３の電源電圧の差（Ｖ＋−Ｖ−）、および、増幅部２３の出力Ｖｏと電源電圧との差（Ｖ＋−Ｖｏ）あるいは（Ｖｏ−Ｖ−）を小さくすることで、増幅部２３の消費電力ＰＴを小さく抑えることができ、増幅部２３の発熱を抑えることができる。従って、増幅部２３の電源電圧として、上述したＶ＋とＶ−とを用いることで、増幅部２３の発熱を抑えることができる。
【０１３４】
この場合でも、増幅部２３の出力Ｖｏの振幅が小さい場合には、信号が歪むことはなく、出力Ｖｏの振幅が大きい場合にのみ、出力の線形性がなくなって飽和する状態となる。つまり、増幅量決定電圧Ｖｇによって、出力Ｖｏの振幅が大きい場合にのみ、増幅部２３の増幅量が抑圧されるように決定されたことになる。
【０１３５】
上述したように、第２の実施の形態によれば、超音波を送受信する複数の送受信素子を有する送受信部と、送受信部により受信された受信信号を増幅する複数のアンプを有する増幅部と、増幅部と送受信部との接続状態を切り替える複数のスイッチを有する切替スイッチとを備えた超音波プローブを備えた超音波診断装置において、超音波プローブ内に温度センサを内蔵し、温度センサによって検知された超音波プローブ内の温度の経時変化に基づいて、増幅部のアンプの電源電圧を制御する制御部を備えることで、超音波プローブ内の温度上昇を防止し、超音波プローブの使用を制限することなく、内蔵される増幅部の増幅量の変動や熱雑音の変動等による高調波画像の劣化のない超音波診断装置を提供することができる。
【０１３６】
さらに、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせて、超音波プローブ２内の温度Ｔｐの履歴に基づいて、増幅部２３の電源電圧（Ｖ＋とＶ−）を制御するとともに、切替スイッチ２２によって切り替えられた増幅部２３と送受信部２１との接続状態に基づいて、増幅部２３のアンプＡＭの増幅量を制御することで、さらに効率よく増幅部２３の消費電力を抑えることができ、超音波プローブ２内の温度上昇を防止し、超音波プローブ２の使用を制限することなく、内蔵される増幅部２３の増幅量の変動や熱雑音の変動等による高調波画像の劣化のない超音波診断装置Ｓを提供することができる。
【０１３７】
ここで、超音波プローブ２に用いられる有機圧電素子薄膜とその動作とについて、簡単に説明する。有機圧電素子薄膜は、被検体内部で反射された超音波の反射波を受信して電気信号に変換する電気機械変換素子として用いられるもので、例えば、フッ化ビニリデンの重合体や、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマ、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体等の有機圧電材料の薄膜で構成される。
【０１３８】
被検体内部で反射された反射波は、送信された超音波の基本周波数成分の基本反射波だけでなく、基本周波数の整数倍の高調波の周波数成分、例えば、基本周波数の２倍、３倍および４倍等の第２高調波成分、第３高調波成分および第４高調波成分等の反射波も含まれる。
【０１３９】
つまり、基本波の高調波が受信されるので、上述したハーモニックイメージング技術によって超音波画像を形成することが可能となり、上述した第１および第２の実施の形態における超音波プローブ２および超音波診断装置Ｓは、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。特に、比較的パワーの大きい第２高調波と第３高調波が受信されるので、より鮮明な超音波画像の提供が可能となる。
【０１４０】
以上に述べたように、本発明によれば、超音波を送受信する複数の送受信素子を有する送受信部と、送受信部により受信された受信信号を増幅する複数のアンプを有する増幅部と、増幅部と送受信部との接続状態を切り替える複数のスイッチを有する切替スイッチとを備えた超音波プローブを備えた超音波診断装置において、切替スイッチによって切り替えられた増幅部と送受信部との接続状態に基づいて、増幅部の増幅量を制御する制御部を備えることで、超音波プローブ内の温度上昇を防止し、超音波プローブの使用を制限することなく、内蔵される増幅部の増幅量の変動や熱雑音の変動等による高調波画像の劣化のない超音波診断装置を提供することができる。
【０１４１】
なお、本発明に係る超音波診断装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１  超音波診断装置本体
２  超音波プローブ
３  ケーブル
１１  操作部
１２  送信部
１２１  送信信号
１３  受信部
１４  画像処理部
１５  表示部
１６  制御部
１６１  電圧制御部
１６１１  電圧決定制御部
１６１２  増幅量決定電圧生成部
１６２  増幅量決定電圧テーブル
１６３  温度経時変化データ
１７  記憶部
２１  送受信部
２１ｒ  （超音波の）反射波の信号
２２  切替スイッチ
２３  増幅部
２３１  受信信号
２３３  増幅量決定端子
２８  温度センサ
２８１  温度信号
Ｓ  超音波診断装置
ＰＺ  送受信素子
ＭＵＸ  スイッチ
ＡＭ  アンプ
Ｖｇ  増幅量決定電圧
Ｖｇｄ  増幅量決定電圧データ
Ｓｃ  スイッチ制御信号
Ｎ  送受信回数
Ｖ＋  （増幅部２３の）正の電源電圧
Ｖ−  （増幅部２３の）負の電源電圧
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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