(57)【要約】【課題】複数の超音波を精度よく交差させることができる超音波探触子を提供する。【解決手段】圧電素子１１０は、球面形状をしている圧電材１１２を有する。圧電素子１１０の凹面側には、第１の電極１１４と、第２の電極１１６とが形成されている。圧電素子１１０の凸面側には、共通電極１１８が形成されている。リード線１１４ｃ，１１８ｃを介して、第１の電極１１４と共通電極１１８との間に交流電圧を印加すると、第１の電極１１４が形成された分極形成領域から、集束超音波が射出される。リード線１１６ｃ，１１８ｃを介して、第２の電極１１６と共通電極１１８との間に交流電圧を印加すると、第２の電極１１６が形成された分極形成領域から、集束超音波が射出される。これら超音波の進行方向は、圧電素子１１０の凹球面の法線方向であるので、２つの超音波は、当該凹球面の中心位置に集束し、そこで交差する。【選択図】図２
2012249950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹球面を有し、複数の分極形成領域を有する圧電材と、
前記分極形成領域に対応した前記凹球面上に形成された複数の電極と、
前記圧電材の前記凹球面と表裏を成す面に、前記分極形成領域を挟んで前記電極と対向するように形成された対向電極と、
異なる複数の周波数を有する交流電圧の各々を、何れかの前記電極と前記対向電極との間に印加することで、少なくとも２つの前記分極形成領域に、それぞれ前記交流電圧に対応した該周波数を有する超音波を射出させる電圧印加部と、
を具備することを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
少なくとも１つの前記分極形成領域は、少なくとも２つの前記分極形成領域の各々から射出された前記超音波の伝播路が交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記複数の電極のうち、少なくとも１つの該電極は、前記分極形成領域のうち第１の分極形成領域に形成された第１の電極群に属し、
前記複数の電極のうち、その他の前記電極は、前記分極形成領域のうち第２の分極形成領域に形成された第２の電極群に属し、
前記第１の分極形成領域は、第１の周波数を有する第１の超音波を射出し、
前記第２の分極形成領域は、第２の周波数を有する第２の超音波を射出し、
少なくとも１つの前記分極形成領域は、前記第１の超音波の伝播路と前記第２の超音波の伝播路とが交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記第１の電極群に属する前記電極の数は１つであり、前記第２の電極群に属する前記電極の数は１つである、ことを特徴とする請求項３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
少なくとも２つの前記分極形成領域は、それぞれ第１の周波数を有する第１の超音波と第２の周波数を有する第２の超音波とを射出し、
少なくとも１つの前記分極形成領域は、前記第１の超音波の伝播路と前記第２の超音波の伝播路とが交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記電極の数は２つであることを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記複数の電極は各々、前記分極形成領域のうち第１の分極形成領域に形成された第１の電極群と、前記分極形成領域のうち第２の分極形成領域に形成された第２の電極群と、前記分極形成領域のうち第３の分極形成領域に形成された第３の電極群とのうちの何れかに属し、
前記第１の電極群、前記第２の電極群、及び前記第３の電極群はそれぞれ、少なくとも１つの前記電極を有し、
前記第１の分極形成領域は、第１の周波数を有する第１の超音波を射出し、
前記第２の分極形成領域は、第２の周波数を有する第２の超音波を射出し、
前記第３の分極形成領域は、前記第１の超音波の伝播路と前記第２の超音波の伝播路とが交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記第１の電極群に属する前記電極の数は１つであり、前記第２の電極群に属する前記電極の数は１つであり、前記第３の電極群に属する前記電極の数は２つである、ことを特徴とする請求項７に記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記複数の電極のうち、少なくとも２つの該電極は、前記分極形成領域のうち第１の分極形成領域に形成された第１の電極群に属し、
前記複数の電極のうち、その他の前記電極は、前記分極形成領域のうち第２の分極形成領域に形成された第２の電極群に属し、
少なくとも２つの前記第１の分極形成領域は、それぞれ第１の周波数を有する第１の超音波と第２の周波数を有する第２の超音波とを射出し、
前記第２の分極形成領域は、前記分極形成領域の各々から射出された前記第１の超音波の伝播路と前記第２の超音波の伝播路とが交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記電極は円形である、ことを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記電極は、前記圧電材の周縁部に配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の超音波探触子。
【請求項１２】
凹球面を有し、複数の分極形成領域を有する圧電材と、
前記分極形成領域に対応した前記凹球面上に形成された複数の電極と、
前記圧電材の前記凹球面と表裏を成す面に、前記分極形成領域を挟んで前記電極と対向するように形成された対向電極と、
異なる複数の周波数を有する交流電圧の各々を、何れかの前記電極と前記対向電極との間に印加することで、少なくとも２つの前記分極形成領域に、それぞれ前記交流電圧に対応した該周波数を有する超音波を射出させる電圧印加部と、
前記圧電材を１次元、２次元又は３次元に移動させるスキャナと、
少なくとも２つの前記分極形成領域の各々から射出された前記超音波の伝播路が交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する超音波検出部と、
前記超音波検出部が検出した前記差音又は前記和音に由来する前記超音波に基づく信号と、前記スキャナが移動させた前記圧電材の位置とに基づいて、画像を構築する画像生成部と、
を具備することを特徴とするイメージング装置。
【請求項１３】
請求項２乃至９のうち何れかに記載の超音波探触子と、
前記圧電材を１次元、２次元又は３次元に移動させるスキャナと、
前記分極形成領域が検出した前記差音又は前記和音に由来する前記超音波に基づく信号と、前記スキャナが移動させた前記圧電材の位置とに基づいて、画像を構築する画像生成部と、
を具備することを特徴とするイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及びそれを用いたイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、２つの振動子から異なる周波数の超音波を射出し、それら超音波の交差する場所で発生する差音（パラメトリック信号）、和音、又は２次高調波を検出し、イメージングを行う装置が知られている。例えば特許文献１には、第１の超音波振動子と、当該第１の超音波振動子による超音波の照射方向に対して所望の角度で配置された第２の超音波振動子とを有し、パラメトリック信号を利用して画像を取得する診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１６８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようなイメージング装置において、周波数が異なる２つの超音波を、目標とする位置に精度よく交差させることは困難である。この２つの超音波を適切に交差させるための位置合わせの精度は、当該イメージング装置の分解能に影響を与える。すなわち、当該イメージング装置において、超音波を精度よく交差させて良好な分解能を得ることには困難を伴う。
【０００５】
そこで本発明は、複数の超音波を目標位置に精度よく交差させることで高い分解能を得ることができる超音波探触子及びそれを用いたイメージング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】
【０００６】
前記目的を果たすため、本発明の超音波探触子の一態様は、凹球面を有し、複数の分極形成領域を有する圧電材と、前記分極形成領域に対応した前記凹球面上に形成された複数の電極と、前記圧電材の前記凹球面と表裏を成す面に、前記分極形成領域を挟んで前記電極と対向するように形成された対向電極と、異なる複数の周波数を有する交流電圧の各々を、何れかの前記電極と前記対向電極との間に印加することで、少なくとも２つの前記分極形成領域に、それぞれ前記交流電圧に対応した該周波数を有する超音波を射出させる電圧印加部と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
また、前記目的を果たすため、本発明のイメージング装置の一態様は、凹球面を有し、複数の分極形成領域を有する圧電材と、前記分極形成領域に対応した前記凹球面上に形成された複数の電極と、前記圧電材の前記凹球面と表裏を成す面に、前記分極形成領域を挟んで前記電極と対向するように形成された対向電極と、異なる複数の周波数を有する交流電圧の各々を、何れかの前記電極と前記対向電極との間に印加することで、少なくとも２つの前記分極形成領域に、それぞれ前記交流電圧に対応した該周波数を有する超音波を射出させる電圧印加部と、前記圧電材を１次元、２次元又は３次元に移動させるスキャナと、少なくとも２つの前記分極形成領域の各々から射出された前記超音波の伝播路が交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する超音波検出部と、前記超音波検出部が検出した前記差音又は前記和音に由来する前記超音波に基づく信号と、前記スキャナが移動させた前記圧電材の位置とに基づいて、画像を構築する画像生成部と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の超音波を射出するための電極を、凹球面を有する圧電材の当該凹球面に形成し、各電極から射出される超音波を当該凹球面の中心位置に集束させるので、複数の超音波を目標位置に精度よく交差させることで高い分解能を得ることができる超音波探触子及びそれを用いたイメージング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパラメトリックイメージング装置の一実施形態を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る圧電素子の構成例を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る超音波探触子の構成例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る超音波探触子から射出される超音波及び発生する超音波の進行路を説明するための図。
【図５】第１の実施形態の第３の変形例に係る圧電素子の構成例を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る圧電素子の構成例を示す図。
【図７】第２の実施形態に係るパラメトリックイメージング装置の一実施形態を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１において本実施形態に係るパラメトリックイメージング装置１００は、超音波探触子１２０と、コントローラ１６０と、パルサー・レシーバ１６５と、信号処理装置１７０と、表示装置１７５と、ＸＹＺステージ１８０とを備える。
【００１１】
超音波探触子１２０は、後に詳述するとおり、第１の周波数ｆ１を有する超音波と、第２の周波数ｆ２を有する超音波とを射出する。また、超音波探触子１２０は、超音波を受信する。  
ＸＹＺステージ１８０は、超音波探触子１２０を、１次元、２次元又は３次元に移動させる。ここで、超音波探触子１２０が射出する超音波の主たる進行方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸と直行する面、すなわち超音波探触子１２０の後述する圧電素子１１０の広がる面を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と定義する。
【００１２】
コントローラ１６０は、パルサー・レシーバ１６５、信号処理装置１７０及びＸＹＺステージ１８０と接続しており、パラメトリックイメージング装置１００の全体を制御する。例えば、コントローラ１６０は、パルサー・レシーバ１６５、信号処理装置１７０及びＸＹＺステージ１８０の動作を指令し、各部の同期を取る。
【００１３】
パルサー・レシーバ１６５は、コントローラ１６０の制御の下、超音波探触子１２０に出力信号を送信し、超音波探触子１２０に超音波を射出させる。また、パルサー・レシーバ１６５は、超音波探触子１２０が受信した超音波に係る信号である受信信号を取得し、増幅する。パルサー・レシーバ１６５は、増幅した受信信号を信号処理装置１７０に出力する。
【００１４】
信号処理装置１７０は、コントローラ１６０の制御の下、パルサー・レシーバ１６５で取得した受信信号を処理する。例えば、信号処理装置１７０は、受信信号に対してフィルタリング処理を施す。また、フィルタリング処理した受信信号と、ＸＹＺステージ１８０によって設定された超音波探触子１２０の位置に係る情報とに基づいて、画像を表す画像信号を作成する。信号処理装置１７０は、作成した画像信号を表示装置１７５に出力する。  
表示装置１７５は、例えばディスプレイであり、信号処理装置１７０から入力した画像信号に基づいて、画像を表示する。
【００１５】
超音波探触子１２０の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２（ｂ）は、超音波探触子１２０を構成する圧電素子１１０の中心を通る断面を示す断面図である。この図に示すように、圧電素子１１０は、球面形状をしている圧電材１１２を有する。圧電材１１２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって構成されている。圧電材１１２の凸面側（外側）から見た平面図を図２（ａ）に示し、圧電材１１２の凹面側（内側）から見た平面図を図２（ｃ）に示す。これら図に示すように、圧電素子１１０は、凹面側から見ると円形をしている。圧電材１１２の凹面側であり、圧電材１１２の中心を通る当該凹面の法線方向が、前記したＺ軸方向である。
【００１６】
圧電素子１１０の凹面側には、図２（ｃ）に示すように、第１の電極１１４と、第２の電極１１６とが形成されている。第１の電極１１４と第２の電極１１６とは、ほぼ円形をしており、圧電材１１２の中心に対して対称に形成されている。第１の電極１１４は、圧電材１１２の周縁方向に形成された第１の回り込み電極１１４ａを有している。第１の回り込み電極１１４ａは、圧電材１１２の凹面側から凸面側に回り込み、凸面側において第１の端子１１４ｂを形成している。同様に、第２の電極１１６は、圧電材１１２の周縁方向に形成された第２の回り込み電極１１６ａを有している。第２の回り込み電極１１６ａは、圧電材１１２の凹面側から凸面側に回り込み、凸面側において第２の端子１１６ｂを形成している。
【００１７】
圧電素子１１０の凸面側には、図２（ａ）に示すように、ＧＮＤ電極として機能する共通電極１１８が形成されている。共通電極１１８は、円形をしている。圧電素子１１０の凸面側において、共通電極１１８にはリード線１１８ｃが、第１の端子１１４ｂにはリード線１１４ｃが、第２の端子１１６ｂにはリード線１１６ｃが、それぞれ例えば半田や導電性接着剤により接続されている。
【００１８】
リード線１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃは、それぞれパルサー・レシーバ１６５に接続されている。第１の電極１１４と共通電極１１８との間には、電圧が印加されて分極が形成される。同様に、第２の電極１１６と共通電極１１８との間には、電圧が印加されて分極が形成される。この分極により、圧電材１１２に電気・機械結合が生じる（圧電的に活性化される）。ここで、分極を形成し圧電素子として実際に機能する第１の電極１１４と共通電極１１８との間に挟まれた領域、及び第２の電極１１６と共通電極１１８との間に挟まれた領域を、分極形成領域と称することにする。
【００１９】
第１の電極１１４と共通電極１１８との間に交流電圧を印加すると、第１の電極１１４が形成された分極形成領域において、印加した電圧の周波数を有する超音波が発生する。同様に、第２の電極１１６と共通電極１１８との間に交流電圧を印加すると、第２の電極１１６が形成された分極形成領域において、印加した電圧の周波数を有する超音波が発生する。発生した超音波は、後述するように、圧電素子１１０の凹面側、すなわちＺ軸方向に伝播する。
【００２０】
また、超音波探触子１２０が超音波を受信すると、圧電材１１２が振動し、第１の電極１１４と共通電極１１８との間、及び第２の電極１１６と共通電極１１８との間に電圧の変化が生じる。超音波探触子１２０は、この電圧の変化を、リード線１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃを介して、受信信号としてパルサー・レシーバ１６５に出力する。
【００２１】
超音波探触子１２０の構成を、図３を参照して説明する。図３に示すように、図２を参照して説明した圧電素子１１０は、筐体１２２に固定されている。ここで、圧電素子１１０の周縁部と筐体１２２とは、例えばシリコーン系等の接着剤１２６で接着されている。圧電素子１１０と筐体１２２との間には、バッキング材１２４が充填されている。バッキング材１２４は、例えばアルミナ等の微粒子が混入した樹脂材料である。バッキング材１２４は、圧電素子１１０の凸面側に放射される超音波を減衰させる。その結果、バッキング材１２４は、圧電素子１１０の凸面側に放射され筐体１２２で反射された超音波に由来する種々のノイズを低下させる働きを有する。
【００２２】
なお、図３において、リード線１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃの表記は省略されている。圧電素子１１０の凹面側の面は、特に処理が施されていなくてもよいが、コーティングを施してもよい。また、圧電素子１１０の凹面側の面には、超音波をよりよく出力するため、マッチング層が設けられてもよい。
【００２３】
このように、例えば圧電材１１２は、凹球面を有し、複数の分極形成領域を有する圧電材として機能し、例えば第１の電極１１４及び第２の電極１１６は、圧電材の分極形成領域に対応した凹球面に形成された複数の電極として機能し、例えば共通電極１１８は、分極形成領域を挟んで前記電極と対向するように形成された対向電極として機能し、例えばパルサー・レシーバ１６５は、異なる複数の周波数を有する交流電圧の各々を、何れかの対向電極と電極との間に印加することで、少なくとも２つの前記分極形成領域に、それぞれ交流電圧に対応した周波数を有する超音波を射出させる電圧印加部として機能し、例えばＸＹＺステージ１８０は、圧電材を１次元、２次元又は３次元に移動させるスキャナとして機能し、例えば超音波探触子１２０及びパルサー・レシーバ１６５は、前記超音波の伝播路が交差する交差領域で発生した差音又は和音に由来する超音波を検出する超音波検出部として機能し、例えば信号処理装置１７０は、画像を構築する画像生成部として機能する。
【００２４】
次に、パラメトリックイメージング装置１００の動作を、超音波の伝播の様子を模式的に示した図４を参照して説明する。ユーザは、超音波探触子１２０を、カップリング材９１０を挟んで超音波の照射対象物である生体組織９２０に押し当てる。ここで、カップリング材は、例えば脱気水や超音波ゼリーである。
【００２５】
パルサー・レシーバ１６５は、コントローラ１６０の制御の下、リード線１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃを介して、超音波探触子１２０の圧電素子１１０の第１の電極１１４と共通電極１１８との間、及び第２の電極１１６と共通電極１１８との間に電圧を印加する。第１の電極１１４と共通電極１１８との間に印加される電圧は、例えば第１の周波数ｆ１を有するバースト波であり、第２の電極１１６と共通電極１１８との間に印加される電圧は、例えば第２の周波数ｆ２を有するバースト波である。ここで、第２の周波数ｆ２は第１の周波数ｆ１よりも高いものとする。
【００２６】
各電極間に電圧が印加された結果、圧電素子１１０は、その凹面側の第１の電極１１４が配置された分極形成領域から、第１の周波数ｆ１を有する第１の超音波５０１を射出する。同様に、圧電素子１１０は、その凹面側の第２の電極１１６が配置された分極形成領域から、第２の周波数ｆ２を有する第２の超音波５０２を射出する。
【００２７】
第１の超音波５０１及び第２の超音波５０２の進行方向は、圧電材１１２の表面の法線方向となる。圧電材１１２は、凹球面形状をしているので、第１の超音波５０１及び第２の超音波５０２は、それぞれ凹球面の中心に相当する焦域５１０に集束する集束超音波となる。したがって、第１の超音波５０１及び第２の超音波５０２は、図４に示す焦域５１０と一致する交差領域において交差する。
【００２８】
ここで、圧電材１１２は、凹球面形状をしているので、第１の電極１１４及び第２の電極１１６を、圧電材１１２の凹球面側の何れの位置に形成しても、第１の超音波５０１及び第２の超音波５０２は、それぞれ必ず焦域５１０に集束し、焦域５１０において互いに交差する。
【００２９】
第１の超音波５０１及び第２の超音波５０２の強度を適切な大きさにすると、交差領域である焦域５１０において、生体組織９２０の非線形性に由来して、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差音、すなわち周波数がｆ２−ｆ１である差音５０３が発生する。焦域５１０に生体組織固有の弾性的な不連続部位がある場合、この差音５０３は、その場所で反射される。反射された差音５０３は、圧電素子１１０まで戻る。なお、圧電素子１１０に戻ってくる反射波には、差音５０３に由来する周波数ｆ２−ｆ１の超音波の他に、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２や、和音である周波数ｆ１＋ｆ２や、その他の高調波の成分を有する超音波も含まれている。
【００３０】
圧電素子１１０は、差音５０３を含む反射波を受信する。すなわち、反射波を受けた圧電素子１１０において、圧電材１１２が振動し、超音波探触子１２０の第１の電極１１４と共通電極１１８との間、及び第２の電極１１６と共通電極１１８との間の電圧が変化する。超音波探触子１２０は、この電圧変化を受信信号として、パルサー・レシーバ１６５に出力する。ここで、第１の電極１１４と共通電極１１８との間、及び第２の電極１１６と共通電極１１８との間のうち何れか一方の電圧変化を受信信号としてもよい。
【００３１】
パルサー・レシーバ１６５は、受信信号を増幅し、増幅した受信信号を信号処理装置１７０に出力する。信号処理装置１７０は、入力した受信信号に対してフィルタリング処理を行い、第１の超音波５０１に由来する第１の周波数ｆ１の信号や、第２の超音波５０２に由来する第２の周波数ｆ２の信号等を取り除き、差音５０３に由来する周波数ｆ２−ｆ１の信号のみを抽出する。差音５０３は焦域５１０において発生するので、差音５０３に由来する抽出された信号は、焦域５１０に係る音響特性を表す情報を含む。
【００３２】
超音波探触子１２０を一箇所に固定しておいた場合、焦域５１０のみの狭い領域の音響特性を表す情報しか得られない。そのためパラメトリックイメージング装置１００は、ＸＹＺステージ１８０を備えている。すなわち、ＸＹＺステージ１８０は、コントローラ１６０の制御の下、超音波探触子１２０を１次元、２次元又は３次元に移動させる。
【００３３】
ＸＹＺステージ１８０によって超音波探触子１２０を移動させながら、上記の通り、信号処理装置１７０は、差音５０３に由来する周波数ｆ２−ｆ１の信号を抽出する。ここで、超音波探触子１２０と焦域５１０との距離は、圧電材１１２の形状によって規定されるので、焦域５１０で発生した超音波が超音波探触子１２０に到達するまでの時間は求まる。
【００３４】
信号処理装置１７０は、ＸＹＺステージ１８０による超音波探触子１２０の位置情報と、差音５０３に基づく焦域５１０の音響特性に係る情報とに基づいて、画像を構築する。ＸＹＺステージ１８０によって超音波探触子１２０に１次元のスキャニングをさせれば、１次元の情報が得られるし、２次元のスキャニングをさせれば、２次元画像が得られるし、３次元のスキャニングをさせれば、３次元画像が得られる。
【００３５】
信号処理装置１７０は、構築した画像を表す画像信号を表示装置１７５に出力する。表示装置１７５は、信号処理装置１７０から入力した画像信号に基づいて、画像を表示する。  
なお、パルサー・レシーバ１６５、信号処理装置１７０、及びＸＹＺステージ１８０の同期制御は、コントローラ１６０によって行われる。
【００３６】
本実施形態のように差音を用いることで、以下のような利点が得られる。例えば、第１の周波数ｆ１を７ＭＨｚとし、第２の周波数ｆ２を８ＭＨｚとすると、差音５０３の周波数ｆ２−ｆ１は１ＭＨｚとなる。一般に、周波数が高い超音波程、ビーム径が細くなる。ビーム径が細い程、その超音波に由来する信号の空間分解能は向上する。したがって、本実施形態では、第１の周波数ｆ１及び第２の周波数ｆ２を、例えば７ＭＨｚと８ＭＨｚといったように、比較的高い周波数にすることによって、超音波を照射する範囲を絞ることができ、高い空間分解能が得られる。また一般に、周波数が低い程、超音波の減衰は小さい。このため、焦域５１０で発生する差音５０３のレベルは小さくても、周波数が比較的低い差音５０３は、伝播しやすく超音波探触子１２０において検出しやすい。以上のことから、超音波探触子１２０から離れた場所について高い分解能で画像を取得することができる。
【００３７】
圧電材１１２の形状を正確な凹球面形状とすることは比較的容易である。本実施形態では、１個の凹球面形状の圧電材１１２に第１の電極１１４及び第２の電極１１６の２つの電極を形成している。このように構成する本実施形態によれば、異なる周波数を有する２つの集束超音波の焦域を、容易に正確に一致させることができる。このように圧電材１１２の形状により交差領域の位置合わせを行えば、独立の２つの超音波振動子を機械的に位置合わせするよりも、容易に正確に位置合わせを行うことができる。  
【００３８】
第１の電極１１４及び第２の電極１１６が円形をしていることによって、第１の電極１１４又は第２の電極１１６が形成されている分極形成領域から射出される第１の超音波５０１及び第２の超音波５０２の伝播路の、進行方向に対して垂直な面に係る形状は円形となる。その結果、対称性のよい焦域５１０にエネルギが集束する。したがって、第１の超音波５０１及び第２の超音波５０２は、狭い領域で正確に交差する。このことは、パラメトリックイメージング装置１００の分解能の向上に功を奏する。  
以上のことから、本実施形態によれば分解能に優れた超音波画像を得ることができる超音波イメージング装置を提供することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、共通電極１１８が形成された面を凸面としたが、第１の電極１１４及び第２の電極１１６が形成された面が凹球面であれば、共通電極１１８が形成された面は、平面等でもよい。  
第１の電極１１４の中心についての圧電材１１２に対する法線と、第２の電極１１６の中心についての圧電材１１２に対する法線との成す角が９０°以上であれば、交差領域はＺ軸方向について狭くなるので、パラメトリックイメージング装置１００は、距離分解能に優れたものとなる。一方、この成す角が９０°以下であれば、交差領域は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向について狭くなるので、パラメトリックイメージング装置１００は、方位分解能に優れたものとなる。
【００４０】
一般には、第１の電極１１４及び第２の電極１１６が圧電材１１２の周縁部に配置されているとき、当該超音波イメージング装置は、距離分解能に優れたものとなる。また、圧電材１１２上において第１の電極１１４又は第２の電極１１６が配置されていない場所は、圧電素子として機能しない。したがって、素子の小型化のためには、第１の電極１１４及び第２の電極１１６が配置されている部分よりも周縁部側の圧電材１１２は、ない方が有利である。その結果、第１の電極１１４及び第２の電極１１６は、圧電材１１２の周縁部に配置されることになる。
【００４１】
本実施形態では、１つの超音波探触子１２０が超音波の射出と受信とを行う例を示したが、これに限らない。超音波探触子１２０は、超音波の射出のみを行い、別途用意した圧電素子が超音波の受信を行うように構成してもよい。
【００４２】
以下に本実施形態の変形例を５つ挙げる。  
第１の変形例は次のとおりである。上記の説明では、超音波探触子１２０から第１の周波数ｆ１の第１の超音波５０１と、第２の周波数ｆ２の第２の超音波５０２とを射出し、焦域５１０において発生する周波数がｆ２−ｆ１である差音５０３を用いて超音波画像を取得する例を示した。焦域５１０では、周波数がｆ１＋ｆ２である和音も発生する。本変形例では、和音を用いて、超音波画像を取得する。この場合、信号処理装置１７０は、フィルタリング処理により周波数がｆ１＋ｆ２である和音の信号を抽出する。信号処理装置１７０は、抽出した和音に係る信号に基づいて画像を構築する。その他の構成及び動作は、上記の実施形態と同様である。このような本変形例によっても、和音の周波数が高く減衰が大きいことを除いて、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
第２の変形例は次のとおりである。本変形例では、第１の電極１１４が形成された分極形成領域と第２の電極１１６が形成された分極形成領域との両方から、それぞれ第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との両方の周波数を含む超音波を同時に射出させる。すなわち、第１の電極１１４と共通電極１１８との間、及び第２の電極１１６と共通電極１１８との間の両方に、第１の周波数及び第２の周波数を含む交流電圧を印加する。この場合、射出される超音波の強度を適宜調整することにより、焦域５１０においてのみ差音及び和音を発生させることができる。すなわち、第１の電極１１４を用いて射出された超音波と、第２の電極１１６を用いて射出された超音波とが、焦域５１０である交差領域において重畳し、そのエネルギが閾値を超える場合にだけ、交差領域において例えば差音５０３が発生する。その他の構成及び動作は、上記の実施形態と同様であり、同様に超音波画像を取得することができる。本変形例によっても、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
第３の変形例は次のとおりである。本変形例では、圧電素子の形状を図５に示す圧電素子１３０のように変更している。ここで、図２を参照して説明した圧電素子１１０と同一の部分については、同一の符号を付している。圧電素子１３０の圧電材１３２は、図２を参照して説明した圧電素子１１０において、圧電材１１２の第１の電極１１４又は第２の電極１１６が形成されていない部分を切り落とした形状となっている。図２を参照して説明した圧電素子１１０において、第１の電極１１４も第２の電極１１６も形成されていない領域、すなわち圧電材１３２で切り落とされている部分は、音響的に利用されていない。したがって、図５に示す圧電素子１３０と図２に示す圧電素子１１０とは、音響的な機能は同等である。一方、図５に示す圧電素子１３０は、図２に示す圧電素子１１０に比べて小型である。すなわち、本変形例によれば、超音波探触子１２０を小型化するという利益が得られる。
【００４５】
第４の変形例は次のとおりである。第１の実施形態において、圧電素子１１０の凹面側には、第１の電極１１４と第２の電極１１６との２つの電極が形成されている。これに対して、本変形例では、圧電素子は、その凹球面に３つ以上の独立な電極を有する。３つ以上の独立した電極を形成すると、電極数が２つの場合よりも焦域５１０が交差する領域、すなわち交差領域をさらに小さくすることができる。その結果、本変形例に係るパラメトリックイメージング装置は、空間分解能がさらに向上する。
【００４６】
第５の変形例は次のとおりである。第１の実施形態では、超音波探触子１２０は、第１の周波数ｆ１を有する超音波と、第２の周波数ｆ２を有する超音波とを射出している。これに対して本変形例では、超音波探触子１２０は、さらに、第２の周波数ｆ２よりも高い第３の周波数ｆ３を有する超音波も射出する。この際、例えば第４の変形例のように、電極を３つ有するように超音波探触子１２０を構成してもよい。また、例えば第２の変形例のように、例えば２つの電極から、それぞれ第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２と第３の周波数ｆ３とを有する超音波をそれぞれ射出するようにパラメトリックイメージング装置１００を構成してもよい。超音波探触子１２０から第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２と第３の周波数ｆ３とを有する超音波を射出すると、焦域において、周波数ｆ３−ｆ２を有する超音波と、周波数ｆ３−ｆ１を有する超音波と、周波数ｆ２−ｆ１を有する超音波との３種類の差音が発生する。パラメトリックイメージング装置１００は、これら３種の差音を使い分けて画像を構築することができる。また、超音波探触子１２０が４種類以上の周波数を射出するようにパラメトリックイメージング装置１００を構成することもできる。本変形例によっても、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係る圧電素子２１０を図６に示す。圧電素子２１０は、第１の実施形態に係る圧電素子１１０と同様に、例えばＰＺＴからなる凹球面形状をした圧電材１１２を用いて構成されている。図６（ａ）は、圧電素子２１０を凸面側から見た平面図であり、図６（ｂ）は、圧電素子２１０を凹面側から見た平面図である。
【００４８】
圧電材１１２の凹面側には、図６（ｂ）に示すように、ほぼ円形形状をした第１の電極２１１と、第２の電極２１２と、第３の電極２１３と、第４の電極２１４とが形成されている。第１の実施形態の圧電素子１１０の場合と同様に、第１の電極２１１は、第１の回り込み電極２１１ａを有しており、第１の回り込み電極２１１ａは、圧電材１１２の凸面側に第１の端子２１１ｂを形成している。同様に、第２の電極２１２は、第２の回り込み電極２１２ａを有しており、第２の回り込み電極２１２ａは、圧電材１１２の凸面側に第２の端子２１２ｂを形成している。第３の電極２１３は、第３の回り込み電極２１３ａを有しており、第３の回り込み電極２１３ａは、圧電材１１２の凸面側に第３の端子２１３ｂを形成している。第４の電極２１４は、第４の回り込み電極２１４ａを有しており、第４の回り込み電極２１４ａは、圧電材１１２の凸面側に第４の端子２１４ｂを形成している。
【００４９】
圧電材１１２の凸面側には、図６（ａ）に示すように、圧電材１１２を挟んで第１の電極２１１と対向する位置に、ほぼ円形形状をした第１の対向電極２１６が形成されている。第１の対向電極２１６は、第１の対向端子２１６ｂを有している。同様に、圧電材１１２の凸面側には、第２の電極２１２と対向する位置に、第２の対向端子２１７ｂを有する第２の対向電極２１７が形成されている。第３の電極２１３と対向する位置には、第３の対向端子２１８ｂを有する第３の対向電極２１８が形成されている。第４の電極２１４と対向する位置には、第４の対向端子２１９ｂを有する第４の対向電極２１９が形成されている。  
圧電素子２１０は、第１の実施形態に係る超音波探触子１２０の場合と同様に、筐体１２２に固定され、超音波探触子２２０を構成する。
【００５０】
本実施形態に係るパラメトリックイメージング装置２００の構成を図７に示す。この図に示すように、パラメトリックイメージング装置２００は、第１の実施形態の超音波探触子１２０の代わりに、前記した圧電素子２１０を有する超音波探触子２２０を備える。また、第１の実施形態のパルサー・レシーバ１６５の代わりに、パルサー２６６とレシーバ２６８とを有する。
【００５１】
第１の端子２１１ｂ、第２の端子２１２ｂ、第１の対向端子２１６ｂ、及び第２の対向端子２１７ｂには、それぞれリード線が接続され、これらリード線は、パルサー２６６に接続されている。また、第３の端子２１３ｂ、第４の端子２１４ｂ、第３の対向端子２１８ｂ、及び第４の対向端子２１９ｂには、それぞれリード線が接続され、これらリード線は、レシーバ２６８に接続されている。すなわち、第１の電極２１１及び第１の対向電極２１６、並びに第２の電極２１２及び第２の対向電極２１７は、超音波を射出するための電極である。また、第３の電極２１３及び第３の対向電極２１８、並びに第４の電極２１４及び第４の対向電極２１９は、超音波を受信するための電極である。
【００５２】
第１の実施形態の場合と同様に、ユーザは、超音波探触子２２０を、カップリング材９１０を挟んで超音波の照射対象物である生体組織９２０に押し当てる。この状態で、パルサー２６６は、コントローラ１６０の制御の下、第１の電極２１１と第１の対向電極２１６との間に、第１の周波数ｆ１のバースト波状の電圧を印加する。その結果、圧電素子２１０の第１の電極２１１が形成されている分極形成領域から、第１の周波数ｆ１を有する第１の超音波５０１が射出される。同時に、パルサー２６６は、コントローラ１６０の制御の下、第２の電極２１２と第２の対向電極２１７との間に、第２の周波数ｆ２のバースト波状の電圧を印加する。その結果、圧電素子２１０の第２の電極２１２が形成されている分極形成領域から、第２の周波数ｆ２を有する第２の超音波５０２が射出される。
【００５３】
第１の超音波５０１と第２の超音波５０２とは、第１の実施形態の場合と同様に、焦域５１０に集束し、互いに交差する。このとき、焦域５１０において、周波数がｆ２−ｆ１である差音５０３が発生する。この焦域５１０に生体組織固有の弾性的な不連続部位があった場合、焦域５１０において発生した差音５０３は、反射して超音波探触子２２０に向けて伝播する。
【００５４】
超音波探触子２２０の圧電素子２１０は、差音５０３を含む反射波を受ける。このとき、この反射波の音圧によって、圧電材１１２が振動し、第３の電極２１３と第３の対向電極２１８の間、及び第４の電極２１４と第４の対向電極２１９の間の電圧が変化する。この電圧変化は、受信信号としてレシーバ２６８に出力される。
【００５５】
レシーバ２６８は、受信信号を増幅し、増幅した受信信号を信号処理装置１７０に出力する。また、第１の実施形態と同様に、ＸＹＺステージ１８０は、コントローラ１６０の制御の下、超音波探触子２２０にスキャニングさせる。信号処理装置１７０は、第１の実施形態の場合と同様に、スキャン中に入力した受信信号に対してフィルタリング処理等を施し、差音５０３に由来する信号を抽出する。その後は第１の実施形態の場合と同様に、抽出した信号及びスキャンによる座標に基づいて、画像を構築する。
【００５６】
本実施形態によっても第１の実施形態と同様に、空間分解能が高い超音波イメージング装置を提供することができる。さらに、本実施形態によれば、第１の電極２１１及び第２の電極２１２を用いて超音波を射出しながら、第３の電極２１３及び第４の電極２１４を用いて反射波を受信できるので、画像取得の時間を短縮することができる。
【００５７】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態の第１の変形例と同様に、焦域５１０において発生する周波数ｆ１＋ｆ２を有する和音を用いて画像取得を行うこともできる。また、第２の変形例と同様に、第１の電極２１１及び第２の電極２１２においてそれぞれ第１の超音波５０１と第２の超音波５０２との両方を発生させてもよい。また、超音波を射出するための電極を３組とし、受信するための電極を１組としてもよい。また、第４の変形例と同様に、電極数を増やして、超音波を射出又は受信するための電極の数を増やしてもよい。また、第５の変形例と同様に、射出する超音波の周波数を３種類以上としてもよい。それぞれにおいて、第１の実施形態の各変形例と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１００…パラメトリックイメージング装置、１１０…圧電素子、１１２…圧電材、１１４…第１の電極、１１４ａ…第１の回り込み電極、１１４ｂ…第１の端子、１１４ｃ，１１６ｃ，１１８ｃ…リード線、１１６…第２の電極、１１６ａ…第２の回り込み電極、１１６ｂ…第２の端子、１１８…共通電極、１２０…超音波探触子、１２２…筐体、１２４…バッキング材、１２６…接着剤、１３０…圧電素子、１３２…圧電材、１６０…コントローラ、１６５…パルサー・レシーバ、１７０…信号処理装置、１７５…表示装置、１８０…ＸＹＺステージ、２００…パラメトリックイメージング装置、２１０…圧電素子、２１１…第１の電極、２１１ａ…第１の回り込み電極、２１１ｂ…第１の端子、２１２…第２の電極、２１２ａ…第２の回り込み電極、２１２ｂ…第２の端子、２１３…第３の電極、２１３ａ…第３の回り込み電極、２１３ｂ…第３の端子、２１４…第４の電極、２１４ａ…第４の回り込み電極、２１４ｂ…第４の端子、２１６…第１の対向電極、２１６ｂ…第１の対向端子、２１７ｂ…第２の対向端子、２１７…第２の対向電極、２１８ｂ…第３の対向端子、２１８…第３の対向電極、２１９ｂ…第４の対向端子、２１９…第４の対向電極、２２０…超音波探触子、２６６…パルサー、２６８…レシーバ、５０１…第１の超音波、５０２…第２の超音波、５０３…差音、５１０…焦域、９１０…カップリング材、９２０…生体組織。
【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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