(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子からなる超音波トランスデューサと、これにパルス電圧を印加し、このパルス電圧の印加によって前記超音波トランスデューサに発生する超音波応答信号を受信するパルサ／レシーバと、該パルサ／レシーバの出力信号を信号処理する手段からなり、該出力信号を解析することによって、被検対象物の音響的構造を検出する超音波診断装置に於いて、
前記パルス電圧を印加した直後の超音波応答信号を分離検出し、解析する手段を有することを特徴とした超音波診断装置。
【請求項２】
前記超音波診断装置において、
前記した直後超音波応答信号のみを分離検出する手段が、
パルス発生器（パルサ）の出力を分岐する手段と、
分岐信号の一方を増幅する手段と、
前記増幅信号を超音波トランスデューサに電圧印加したときの直後応答信号を入力し、該直後信号の振幅を低減させる減衰手段と、
前記分岐信号の他方の信号を遅延させる手段と、
前記遅延出力と前記減衰出力の差をとる手段と、
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】
前記超音波診断装置において、
前記直後の超音波応答信号のみを分離検出する手段が低損失超音波遅延媒体と、ゲート手段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】
前記超音波診断装置に於いて、
前記したパルス電圧を印加する手段が、電気的にダンピングされた時間領域とダンピングのされていない時間領域とからなる超音波パルス振動を発生させる手段を有してい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５】
前記超音波診断装置に於いて、
前記したパルス電圧を印加する手段が、電圧立ち上がり時間ｔｒ、電圧保持時間ｔｗ、電圧立ち下がり時間ｔｆを持ち、前記超音波トランスデューサを構成する圧電振動子の共振周波数の逆数をｔｐとすると、
ｔｒ＜ｔｐ＜ｔｆ
ｔｗ=ｎ×ｔｐ  （ｎ=1〜5）
ｔｆ=m×ｔｐ  （ｍ=1〜10）
の関係を有する台形パルスを発生させる手段と、該台形パルスを増幅する手段を有することを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記超音波診断装置に於いて、
前記台形パルスを発生させる手段が、前記ｍ，ｎの値を変化させる為の可変信号入力手段を有していることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記超音波診断装置に於いて、
前記パルス電圧を印加した直後の超音波応答信号を検出し、解析する手段が直後超音波応答信号から中心周波数ｆ０と最大振幅Ａ０をパラメータ抽出する手段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８】
前記超音波診断装置に於いて、
前記超音波トランスデューサが該超音波トランスデューサの超音波送受側と反対側の面に於いて、超音波振動に対する応力負荷が加わらない構造になっていることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記超音波診断装置に於いて、
前記トランスデューサが圧電振動子と、
超音波出射側の面に接合した音響結合層と該音響結合層上に接合した受圧部と、
で構成されることを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記超音波診断装置に於いて、
前記超音波トランスデューサが圧電振動子の超音波送受側の面に、超音波応答信号のみを分離検出する機能を有する低損失超音波遅延媒体を接合し、該低損失超音波遅延媒体の対象物に接する側の表面に受圧部を兼ねた音響整合層が形成されている構造を有することを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記超音波診断装置に於いて、
前記超音波トランスデューサが１つの低損失超音波遅延媒体に複数の圧電振動子を接合し、該複数の圧電振動子の低損失超音波遅延媒体を挟んだ対角側の低損失超音波遅延媒体の表面に、対象物に超音波を授受する為の受圧部が形成された構造を有することを特徴とする請求項１０に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波トランスデューサにパルス電圧を印加することにより発生する超音波応答信号を解析して被検対象物の表面及び深部に亘って音響的構造を検出する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超音波トランスデューサにパルス電圧を印加することにより発生する超音波応答信号を解析して、被検対象物の音響的構造を検出する超音波診断装置が、医療分野、非破壊検査分野において実用化されている。
【０００３】
これらの超音波トランスデューサにおいては、種々の構造や駆動法が開発されている。例えば、医療分野では、超音波トランスデューサを体腔内に挿入して皮下脂肪や肋骨に邪魔されずに、生体組織の異常を診断出来る超音波内視鏡への需要が急激に増加している。更に、血管内に超音波トランスデューサカテーテルを挿入し、血管内に堆積した血栓の有無や血管の硬化を診断する超音波診断装置が提案されている。又、一方で生体組織の表面の粘弾性特性を診断するという超音波診断装置も触覚センサ装置と称して、研究開発が進められている。
【０００４】
例えば、ＵＳＰ５，４５４，３７３号では、超音波トランスデューサカテーテルに関して開示されている。この超音波トランスデューサカテーテルは、図１３（ａ），（ｂ）に示した様な構造、即ち、フレキシブル管状構造体１０１の先端にベアリング１０２を介して回動可能に配置されたトランスデューサアセンブリ１０３を回転駆動軸１０４の回転で回転させることにより、超音波ビームをメカニカル走査して超音波断層像を得る様に構成している。
【０００５】
この装置に用いている超音波トランスデューサ１０５は、図１３に示したような構造、即ち約０．２mmφの圧電素子１０７の超音波送受側の面に超音波透過レンズ１０８を、背面側にバッキング材１０９を接合した構造になっている。この様な構造により、血管の分岐部１００近傍の血管壁１１１に付着した血栓１１２の形状を描画することができ、超音波エコー信号の検出時刻と超音波エコー信号の振幅の大きさから超音波像を合成するものである。
【０００６】
一方、本願発明の出願人は、特開平６−２７３３９６号公報において、血管の粘弾性を検出する触覚センサを提案している。この触覚センサは、図１４に示す様な超音波振動子（図１５に示す圧電体１０７ａ）にインパルス電圧を印加した時の振動応答のパラメータを抽出し、これらのパラメータを加工し、演算した結果を用いて、対象物の表面と深部の両方の粘弾性に対応した触感を呈示する装置に関するものであり、深部診断可能な触覚センサ装置である。ここで、触覚センシングというのは、対象物の表面の硬軟性を検出することであるので、この触覚センサの提案は、被検対象物の表面及び深部に亘って、音響的構造を検出する超音波診断装置と言い直すことが出来る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように特開平６−２７３３９６号公報において、被検対象物の表面及び深部に亘って音響的構造を検出する超音波診断装置が提案されているが、以下のような課題を改善することによって、更に好ましい超音波診断装置が提供できる。
【０００８】
まず、インパルス電圧を印加した時の振動応答波形から表面及び深部に亘って音響的構造に関する情報を検出する場合、表面情報即ち触覚情報は、インパルス電圧を印加した直後の超音波応答信号に含まれ、深部情報は、直後の超音波応答信号に後続する超音波応答信号即ちエコー信号に含まれる。
【０００９】
これらの超音波応答信号は、圧電振動子の圧電効果によって高周波パルス信号に変換されるが、直後の超音波応答信号から変換された高周波パルス信号には、インパルス電圧信号が重畳されて観測される為、この重畳信号からは対象物接触による直後超音波応答信号の変化を検出することは困難となる。即ち、表面情報、即ち触覚情報を感度良く検出することは困難である。
【００１０】
従って、インパルス電圧信号が重畳した高周波パルス信号から、インパルス電圧を印加した直後の超音波応答信号のみに対応した高周波パルス信号を分離して検出し、解析する必要性があることが課題となる。
そこで本願発明は、被検対象物の表面及び深部に亘って音響的構造を検出することが出来る超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、圧電振動子からなる超音波トランスデューサと、これにパルス電圧を印加し、このパルス電圧の印加によって前記超音波トランスデューサに発生する超音波応答信号を受信するパルサ／レシーバと、該パルサ／レシーバの出力信号を信号処理する手段からなり、該出力信号を解析することによって、被検対象物の音響的構造を検出する超音波診断装置に於いて、前記パルス電圧を印加した直後の超音波応答信号を分離検出し、解析する手段を有する超音波診断装置を提供する。
【００１３】
以上のような構成の超音波診断装置は、超音波トランスデューサにパルス電圧を印加して、そのパルス電圧を印加した直後の超音波応答信号のみを分離検出して解析して被検対象物の音響的構造を検出する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１乃至図５を参照して、本発明による超音波診断装置の第１の実施形態について説明する。ここで、図１は第１の実施形態の超音波診断装置の構成例を示す図であり、図２は超音波応答波形を模式に示した図であり、図３は台形パルス発生器の内部構成例を示す図であり、図４はダイナミックダンピングの原理を説明するための図であり、図５は、本実施形態を説明するための、通常の超音波診断装置に利用されている方法で得られる超音波応答波形を示す図である。
【００１８】
この超音波診断装置において、例えば、最大電圧が１０Ｖ以下、立ち上がり時間ｔr が２０ns以下、電圧保持時間ｔw が２０〜１００nsで可変，立ち下がり時間ｔf が２０〜２００nsで可変できる台形パルスを一定の周期で繰り返して発生する台形パルス発生器１と、この台形パルス発生器１の出力信号１６を２つに分岐し、等価な２つの信号１７ａ，１７ｂを生成する分岐回路２と、前記信号１７ａを５０〜１００Ｖに電圧増幅させる為の高周波増幅器３と、高周波増幅器３で増幅された増幅信号１８が直接印加される超音波トランスデューサ４と、超音波トランスデューサ４が出力した後述する高周波パルス電圧信号１９ａ，１９ｂのうち、高周波パルス電圧信号１９ａの電圧を低電圧に減衰させる減衰器５と、パルス電圧信号１９ｂから直後応答信号を除去するゲート回路５９と、前記信号１７ｂを遅延させるための遅延回路７と、この遅延回路７からの信号２１と減衰器５からの信号２０との差をとる差動増幅器６と、差動増幅器６の出力信号と高周波増幅器８の出力信号を波形解析のために合波するＦＦＴ回路９と、差動増幅器６からの１つの出力信号２３をゲートタイミング設定部１０からの信号に基づいて、一定の時間通過させるゲート回路１１と、このゲート回路１１を通過してくる信号２５の最大値を検出し、その出力信号２６を台形パルスの立ち下がり時間に関係したｎ値として次段の台形パルス波形制御部１５へ自動入力させる最大値検出器１２と、台形パルスの立ち下がり時間に関係したｎ値を予め複数記憶し、台形波形の最適化に用いられるマニュアル設定回路１３と、前記最大値検出器１２の信号２６とマニュアル設定回路１３からのｎ値のいずれかを選択する切り替えスイッチ１４と、切り替えスイッチ１４からの信号に基づき、台形パルス発生器１の制御を行う台形パルス波形制御部１５とで構成される。
【００１９】
前記高周波パルス電圧信号１９ａ，１９ｂは、印加電圧信号18と、超音波応答信号が圧電変換された高周波パルス電圧信号との重畳信号になっていて、特に、印加電圧信号１８を印加直後に発生する直後高周波パルス電圧信号は、直後超音波応答信号の圧電変換によって得られる直後高周波パルス電圧信号（図２に示す波形２９）と、印加電圧信号１８（図２に示す波形３０と同じ）との重畳信号となっており、かなり複雑な波形（図示せず）となる。図１において、減衰器５、差動増幅器６、遅延回路７を点線で囲った部分は、直後超音波応答を印加電圧信号１８と分離するための回路ブロック部を示している。
【００２０】
次に図３には、前記台形パルス発生器１の具体的な回路構成例を示し説明する。この回路は、後述するダイナミックダンピングを実現するための具体的な回路例であり、従来の超音波診断装置には用いられていない回路構成である。
【００２１】
この台形パルス発生器１においては、矩形波発生器３７の出力部が、トランジスタ３８とエミッタ抵抗４６からなるエミッタフォロワ回路に接続され、その出力は、ダイオード３９と抵抗４０からなる台形パルスの立ち上がり時間設定部３５と、ダイオード４１と抵抗４２とＦＥＴ４３とからなる台形パルスの立ち下がり時間設定部３６との並列回路に接続されている。
【００２２】
更に、それらの出力は、トランジスタ４５とエミッタ抵抗４７からなるエミッタフォロワ回路に、他方が接地された積分用コンデンサ４４を介して接続され、台形パルス発生器出力部へ導かれている。また前記ＦＥＴのゲート部には、台形パルス波形制御回路１５からの制御信号２８が入力される様に接続されている。この制御信号２８は、台形パルス波形制御部１５において、信号２７が台形パルスのパルス幅を決めるｍ値設定部１０からの信号によって、デューティ設定信号４８に変換された後、デューティ設定部４９に入力され、生成された矩形波のデューティ比設定信号を矩形波発生器３７へ送出する。
【００２３】
この様に構成された第１の実施形態の超音波診断装置の作用について説明する。本実施形態には、以下の特徴がある。
第１の特徴としては、台形パルスを超音波トランスデューサに印加した直後の超音波応答信号を分離検出する。第２の特徴としては、前記直後の超音波応答信号が機械的に全くダンピングされていない領域を有し、且つ短いパルス幅の超音波パルスとなっていることである。第３の特徴としては、前記直後の超音波応答信号が対象物に入射し、対象物内の異常組織との境界面で反射して超音波トランスデューサにエコー信号として戻る信号も受信し、直後信号とエコー信号、又はエコー信号同志の関係をＦＦＴを経て信号解析出来る様になっていることである。
【００２４】
本実施形態により、第１の特徴を実現する為の方法として、電気的な信号処理で直後超音波応答信号分離を行うというものである。以下、図１乃至図６を参照して、作用について詳述する。
【００２５】
まず、台形パルス波形制御部１５からの制御信号２８によって、パルス幅ｔw と立ち下がり時間ｔf が最適に制御された台形パルス信号１６は、分岐回路２によって、２つの同等な分岐信号１７ａ，１７ｂに分岐される。これらの分岐信号のうち、分岐信号１７ａは、高周波増幅器３によって、５０〜１００Ｖに増幅され、増幅された増幅信号１８が超音波トランスデューサ４に印加される。圧電振動子からなる超音波トランスデューサ４は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、背面負荷材が一切形成されていないため、圧電振動子の共振周波数近くで超音波振動が発生する。
【００２６】
この超音波振動は、台形パルス電圧印加直後に発生する直後超音波応答信号２９と印加電圧信号３０との大きな振幅の重畳信号と、対象物中に入射し、減衰して異物との境界面で反射し、エコー信号として観測される超音波信号３１，３２，３３，３４とが時間軸上に合成された信号１９ａ，１９ｂとなる。この信号１９ａは、減衰器５によって信号１７ａと同レベルの電圧に減衰された減衰信号２０として、差動増幅器６の一方の入力端子に入力される。
【００２７】
一方、分岐回路２における他の出力信号１７ｂは、高周波増幅器３や減衰器５による位相遅れを補正する為に、遅延回路７を通し、差動増幅器６の他方の入力端子に入力される。この差動増幅器６から印加電圧信号が除去された信号２３として出力される。
【００２８】
また、信号１９ｂは、ゲート回路５９で直後応答信号が除去されたエコー信号のみが検出される。このエコー信号と信号２２は、同じタイムドメインの信号になる様に合波されて、合波信号２４となり、ＦＦＴ回路９によって信号解析される。最初の動作では、超音波トランスデューサ４は無負荷状態とし、エコー信号が全く検出されない様にして、直後応答信号２２のみを検出し、直後超音波応答波形が最適の形状になる様にｎ値をマニュアル設定する。同時に、その状態でのＦＦＴ解析結果、即ち直後超音波応答信号の中心周波数ｆ0 、最大振幅Ａ0 、比帯域幅α0 等のパラメータを記憶しておく。
【００２９】
次に、対象物負荷を印加する。対象物が粘弾性体の場合、等価的にインダクタンスＬと直流抵抗Ｒとの直列接続で表されることが知られており、これが圧電振動子の等価回路の直列共振回路に直列に挿入されるので、共振抵抗は大きくなり、共振周波数は低下することになる。これは、直後超音波応答信号の最大振幅Ａ0 が低下し、中心周波数ｆ0 が低下することを意味し、逆に、この変化の様子から、どの程度、粘弾性体負荷が印加されているか検出できる。
【００３０】
この検出感度は、無負荷状態での最大振幅Ａ0 が全くダンピングされていないことが好ましい。これを実現するためにダイナミック・ダンピング（ＤＤ）と称される方法を用いる。
【００３１】
このＤＤ方法は、通常、機械的振動を他の機械振動の印加によって、制動しようとするものとして使われているが、従来の背面負荷材を超音波トランスデューサに形成して機械的、静的、構造的にダンピングするという通常の超音波診断装置に利用されている方法に対して、本実施形態では、電気的に、駆動波形で動的に一定の波数以上の波だけをダンピングすると言う意味でダイナミック・ダンピングと称している。重要なことは、図４に示すダイナミック・ダンピング領域（ＤＤ領域）５７は、大きくダンピングされて、その結果パルス全体のパルス幅が短くなっているが、直前の非ダンピング領域５６では、全くダンピングされていない最大振幅 ampＣを持っているということから、直後超音波応答信号を用いて、表面情報センシング（触覚センシング）を高感度で実現できる。背面負荷材を超音波トランスデューサに形成して機械的、静的、構造的にダンピングするという通常の超音波診断装置に利用されている方法で得られる超音波応答波形は、図５に示す信号５９ａのように、ダンピングによってパルス幅は短くなっているが、同時に超音波パルス全体がダンピングされてしまい、最大振幅も既に大きくダンピングされているので、最大振幅や中心周波数の高感度な変化を起こさせることが出来ない。
【００３２】
ここでＤＤ方法の原理を図４を参照して、以下に詳しく説明する。
背面負荷材が形成されていない圧電振動子は、ステップアップ電圧５０を印加すると、ステップアップ時刻Ｔ１から最大振幅 ampＡを持つ超音波振動５１が励起される。またステップダウン電圧５２を印加すると、ステップダウン時刻Ｔ２から最大振幅 ampＢを持ち、位相が反転した超音波振動５３が励起される。これは、時刻Ｔ2 に於ける印加電圧の急変部の周波数成分が圧電振動子の共振周波数以上であることが前提であるが、これによって圧電共振が起こり、緩やかな立ち下がり（時間ｔf ）によってダンピングを受け、最大振幅がamp Ｂに減衰する。
【００３３】
以上の２つのステップ状印加電圧を合成した電圧保持時間ｔw を持った台形パルス５４を印加すると、非ダンピング領域５６とダンピング領域５７を持った超音波パルス５５が得られることがわかる。
【００３４】
この様な非ダンピング領域を持ったパルス幅の短い超音波パルスを得るには、台形パルスの立ち上がり時間をｔr 、電圧保持時間をｔw 、立ち下がり時間をｔf 、圧電振動子の共振周波数の逆数をｔp とすると、
ｔr ＜ｔp ＜ｔf
ｔw ＝ｎ×ｔp （ｎ＝１〜５）
ｔf ＝ｍ×ｔp （ｍ＝１〜10）
が好ましい条件である。ｎ＞５の場合には、パルス幅が長くなりすぎ、深さ方向の分解能が低下する。しかし、ｍ＞１０の場合には、前述した時刻Ｔ2 に於ける印加電圧の急変部の周波数成分が、圧電振動子の共振周波数以上にならなくなり、ＤＤ効果が大幅に低下する。
【００３５】
次に、最適な台形パルス信号を発生させる台形パルス信号発生器について、図３を参照して、その動作を詳述する。
前記デューティ設定器４９からの制御信号によって、パルス幅ｔw 、繰り返し周波数１ｋ〜１０ｋＨｚの矩形波を矩形波発生器３７から発生させる。この発生信号をトランジスタ３８とエミッタ抵抗４６からなるエミッタフォロワ回路を介して順方向のダイオード３９と抵抗４０の直列接続からなるｔr 設定部と、逆方向のダイオード４１と抵抗４２と可変抵抗用ＦＥＴ４３の直列接続からなるｔf 設定部３６の並列接続支に入力する。
【００３６】
立ち上がり時間ｔr は抵抗４０とコンデンサ４４によって決まる。また立ち下がり時間ｔf は抵抗４２とＦＥＴ４３のソース−ドレイン間抵抗とコンデンサ４４とによって決まる。ソース−ドレイン間抵抗は、ＦＥＴ４３のゲート電圧信号２８（制御信号２８）で制御するが、ゲート電圧信号２８は、台形パルス波形制御回路１５とｍ値設定回路によって信号２７から変換される。信号２７はＤＤ領域に於ける最大電圧を最小にする為のフィードバック信号で、ｎ値設定回路１３からマニュアルで、または最大値検出回路１２の出力２６を直接用いる。
【００３７】
次にエコー信号の検出によって深部の情報、即ち対象物の内部粘弾性特性の検出について図１を参照して説明する。
前記超音波トランスデューサ４の圧電振動子の超音波応答信号の分岐信号１９ｂは、ゲート回路５９を振幅の小さいエコー信号のみ通過するように制御し、高周波増幅器８に入力、増幅する。その出力信号は、直後超音波応答信号２２と合成され、合成信号２４としたうえで、ＦＦＴ回路９で信号解析される。
【００３８】
この合成信号２４は、図２に示す様に、直後超音波応答信号２９とエコー信号３１（異物表面反射）、信号３２（異物背面反射）、信号３３（異物表面と対象物表面の間の多重反射）、信号３４（対象物の裏面反射）の様になっていると、時間ｔ1 から対象物の音速が、時間ｔ2 から対象物内の異物の音速が、また、直後超音波応答信号２９とエコー信号３１の振幅比Ａ1 / Ａ0 の関係から対象物の減衰率α1 が、エコー信号３１とエコー信号３２の振幅比Ａ2 / Ａ1 の関係から対象物内に存在する異物の減衰率α2 がそれぞれ次式に基づいて計算される。
【００３９】
音速Ｖ1 = ２ｄ1 / ｔ1 、Ｖ2 = ２ｄ2 / ｔ2
減衰α1 = ２０log （Ａ1 / Ａ0 ）/ ｄ1
α2 = ２０log （Ａ2 / Ａ1 ）/ ｄ2
但し、上式で、表面から異物までの距離ｄ1 、異物の層厚ｄ2 が既知であれば、音速、減衰率とも絶対値で表現出来るが、実際の生体組織の様な対象物の場合は、最初からｄ1 、ｄ2 が既知であることはない。しかしながら、対象物内部に出来た異物の音速Ｖ2 は、Ｖ1 に近いと近似できるので、寸法比ｄ1 / ｄ2 は、ｔ1 / ｔ2 で近似出来ることになる。
【００４０】
従って、減衰率比は、粘性率比に対応するため、対象物に内部の異物の相対的な粘性率比が分かることになる。通常、生体の音速は、比較的音速の早い肝臓が１５７０ｍ/ ｓ、比較的音速の遅い脂肪が１４７６ｍ/ ｓとされており、その差は６．５％であり、対象物の音速Ｖ1 が異物の音速Ｖ2 に等しいと近似しても、この近似による寸法誤差も６．５％となり、実際の診断には全く問題のない範囲であり、通常の超音波診断でも全く問題とされていない。
【００４１】
尚、音速及び減衰の求め方は、以下に示すＦＦＴ解析による方法もあるので、どちらを用いてもよい。
図２に示す超音波応答信号２９、３１、３２、３３、３４のそれぞれのＦＦＴをＦ0 、Ｆ1 、Ｆ2 、Ｆ3 、Ｆ4 とし、周波数ｆにおける。Ｆ0 とＦ1 の位相差をφ10、Ｆ1 とＦ2 の位相差をφ21、とすると、
Ｖ1 = ４πｄ1 / （φ10/ ｆ）、Ｖ2 = ４πｄ2 / （φ21/ ｆ）
減衰  α1 = ２０log （｜Ｆ1 / Ｆ0 ｜）／2 ｄ1
α2 = ２０log （｜Ｆ2 / Ｆ1 ｜）／2 ｄ2
となる。その後の処理は、前述した方法と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００４２】
次に、図６には、本発明の超音波診断装置に用いられる超音波トランスデューサの構成を示し、説明する。
この超音波トランスデューサ４の圧電振動子４ａは、部分電極６０ａから裏面に折り返された引き出し電極６０acを有し、部分電極６０ｂも引き出し電極６０bcを有する。保持部６１は互いに絶縁された導線６７，６８を有し、それぞれ端を電極パッド６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄとして保持部６１の図に示す部分に繋いである。
【００４３】
さらに、管状構造体７７と脱着可能とするため、図８に示すような管状構造体７７の雌ネジ部（図示せず）を、該保持部６１にネジ部６２を有している。引き出し電極６１acは、保持電極パッド６１ａに６１bcは電極パッド６１ｂに合うように接着をして圧電振動子５９と保持部を一体化する。
【００４４】
このときの接着方法の一例としては、電極パッド６１ａ，６１ｂに導電性ペーストを塗布し、その周囲に嫌気性接着剤を塗布した後、圧電振動子４ａを保持部６１に位置を確認しながら落とし込み、一定時間加圧後、洗浄を行う。
【００４５】
嫌気性接着剤を使用することにより、空気と触れていた部位の接着剤は、硬化せず、容易に取り除くことができる。その後、受圧部を塗布する。
この受圧部材料にエポキシ系樹脂などの接着材となる材料を用いた場合は、前述したようなプロセスを行わず、受圧部塗布と圧電振動子と保持部の接着と受圧部形成を１つのプロセスで行うことが可能である。
【００４６】
組立後の保持部６１は、管状構造体７７にねじ込むが、該管状構造体７７にはＯリング６９、管状構造体７７にある信号線と繋がっている電気端子となるばね部６６ａ，６６ｂがある。リング６９は気密性を確実なものとし、ばね部は保持部との導通を確実なものとしている。ここで、２つのばね部は、上部電極６０ａ、下部電極６０ｂにそれぞれ対応しており、バネ部６６ａ，６６ｂと接続された信号線には、圧電振動子４ａのインビーダンス特性の変化が情報として伝達することになる。
【００４７】
この保持部の材質は、生体と直接接触する可能性があるため、生体適合性や圧電振動子との接着性を考慮して高密度ポリエチレンが望ましい。ただし生体適合性を優先するならば、テフロンやポリウレタンでもよい。さらに、着脱を考慮しない場合はネジ部６２を省略して単に、接着してもよい。
【００４８】
また、図７には前記保持部６１の変形例を示す。
この保持部のリベット形状は、リベットの凹部に圧電振動子４ａのそれぞれの電極に導通している電極端子６１ｃ、６１ｄが露出している。一方、図８に示している管状構造体７７には、リベットのメス部（図示せず）を設けておき、その先端には信号線と導通している端子６６ta、６６tbを設ける。
【００４９】
これらの保持部６１と管状構造体７７をはめ込むと、それぞれの端子が接触して電気的に導通となり、導通確認後、接着剤（エポキシ系）を用いて、保持部と管状構造体を接着固定する。
【００５０】
そして、受圧部６３が対象物６５に接していない状態では、音響結合層兼受圧部６３と空気との音響インピーダンスに大きな差があるので、超音波はいずれの面に於いても殆ど放射せず、圧電振動子４ａと音響結合層兼受圧部６３からなる超音波振動子の共振周波数で自由振動する。
【００５１】
この自由振動は背面側、即ち電極６０ｂ側に一切背面負荷材が形成されていないため、大きな振幅の自由振動を実現できる。この様に大きな振幅の自由振動を実現できるもう１つの理由は、電極６０ａ，６０ｂを部分電極とし、マウン卜構造体６１にマウン卜する、圧電振動子のエッジ部で振動が起らない様にしていることである。
【００５２】
この様に大きな振幅で自由振動しているところに、対象物６５が接触すると、大きな振幅の自由振動は、対象物の負荷状態に応じて、共振周波数と共振抵抗が変化する。これに応じて超音波振動の中心周波数、振動振幅も変化するので、この変化量を検出することによって、逆に対象物６５の機械的特性、例えば粘弾性特性を把握することが出来るのである。以上のように本実施の形態によれば台形パルス印加直後の超音波直後応答信号を分離して検出でき、エコー信号も検出できる。この超音波直後応答信号は、ダイナミックダンピングという特徴ある手法を用いることによって、殆どダンピングを受けていない短いパルス幅の超音波直後応答信号を得ることが出来る。
【００５３】
この信号は、殆どダンピングを受けていないので、対象物負荷によって、その中心周波数や振幅を高感度で変化させる。このことは対象物の表面情報（表面の粘弾性）の検出を高感度で出来ることを意味しており、粘弾性対象物が生体組織と考えれば、高精度の生体組織診断が出来るという好ましい効果に結びつくことを意味している。
【００５４】
ー方、短いパルス幅の超音波直後応答信号が対象物に侵入することによって得られるエコー信号も、その伝搬経路の粘弾性特性に応じて、振幅や中心周波数を変化させるので、超音波直後応答信号とエコー信号の関係やエコー信号同志の関係、例えば振幅や中心周波数の変化を解析することによって、対象物の深部情報（深さ方向の粘弾性）の検出を高感度で出来る。このことは、粘弾性対象物を生体組織と考えれば、高精度の生体組織の深部診断が出来るという好ましい効果に結びつくことを意味している。
【００５５】
以上のことから本実施形態は、従来の超音波診断装置で不可能だった表面情報の検出が可能な超音波診断装置を提供できる。また他方、この表面情報の検出は触覚センシングとみなすことも出来るので、従来の触覚センサ装置で不可能だった深部情報の検出が可能な触覚センサ装置を提供できる。
【００５６】
次に、図８（ａ）乃至（ｄ）には、第２の実施形態として、本発明の超音波診断装置に用いる超音波トランスデューサの構成を示し説明する。
図８（ａ）には、先端部に音響結合層兼受圧部７８が設けられた超音波トランスデューサカテーテル７７の外観を示し、同図（ｂ）には、超音波トランスデューサカテーテル７７をＡ方向から見た先端部付近の断面を示している。
【００５７】
この超音波トランスデューサカテーテル７７は、図８（ｃ）に示した様な２体構造で、同図（ｂ）に示すように、はめ合わされた構造である。
この２体構造のうち、一方は、はめ込み部８０ａと、はめ込みストッパ８３を付した保持構造体８０の複数の部分に、複数の圧電振動子８２ａ〜８２ｈが接合されている構造になっている。
【００５８】
まず、溶融石英等からなる円柱材料を、切削や研削加工を施し、はめ込み部８０ａを形成し、さらに圧電振動子８２ａ〜８２ｈをマウントする面８９ａ〜８９ｈが形成されている。
【００５９】
次に、共通接地電極９９として、スパッタリングや真空蒸着等の手段を用いて、金、白金、又は金/ チタン、白金/ チタン等の２層金属層を圧電振動子接合面８９ａ〜８９ｈを含む皿状面及びはめ込み部８０ａの表面に連続する様に形成する。さらに、前記圧電振動子接合面８９ａ〜８９ｈに接着等により圧電振動子８２ａ〜８２ｈを接合する。そして、圧電振動子８２ａ〜８２ｈ上にシリコーン樹脂やウレタン樹脂を薄くコーティングして、受圧部７８を形成する。
【００６０】
円柱状はめ込み部８０ａにストッパリング８３を接着剤で固着し、超音波トランスデューサヘッド９２が完成する。この超音波トランスデューサヘッド９２を図８（ｃ）のＢ方向から見たのが、同図８（ｄ）である。
【００６１】
これらの圧電振動子８２ａ〜８２ｈからは、リード線９３ａ〜９３ｈが中心軸管状孔９８に引導され、内部配線９３ａ" 〜９３ｈ" を経て、ターミナル９３ａ" 〜９３ｈ" に接続する。
【００６２】
一方、管状構造体７９の中心軸管状孔９８´の内壁には、金属膜９４が形成され、圧電振動子８２ａ〜８２ｈのそれぞれに電気信号を授受する同軸多芯ケーブル９６が配置されている。この同軸多芯ケーブル９６のシールド線（図示せず）は、管状構造体７９の手元操作部付近で、中心軸管状孔９８´の内壁に形成されている金属膜９４に接続される。
【００６３】
この超音波トランスデューサヘッド９２の先端は、最後に前面塞ぎ材９７を接合封止する。
この様に構成された超音波トランスデューサヘッドの作用について説明する。前記同軸多芯ケ−ブル９６と表面接地電極９４，９９を経て、台形パルス電圧が圧電振動子８２ａ〜８２ｈのそれぞれに順に印加される。この印加によって、圧電振動子８２ａ〜８２ｈに発生した超音波パルスは、対象物に作用して、対象物の粘弾性特性に応じて変調を受け、直後超音波応答信号として観測される。この送受信を圧電振動子８２ａ〜８２ｈの各圧電振動子毎に電子式切り替えスイッチ等の手段を用いて順次動作させる。
【００６４】
そしてエコー信号が観測されない圧電振動子は、対象物に接していないので、圧電振動子の位置が分かっていれば、超音波トランスデューサヘッド９２の向きが分かることになる。また、対象物に接していない圧電振動子からの応答信号をＦＦＴ解析し、中心周波数ｆ0 、最大値Ａ0 、比帯域幅等のパラメータを抽出し、これらをリファレンス値として、対象物接触面からの反射超音波２９の中心周波数ｆ0 、最大値Ａ0 ，比帯域幅αと比較することによって対象物の粘弾性特性が判定できる。また、複数の超音波トランスデューサのそれぞれの信号処理方法は、前述した第１の実施形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００６５】
また圧電振動子が対象物に接触し、エコー信号がそれぞれから検出できる時は、順に電子的に走査することによって、円環状走査断層像が得られる。この場合の信号処理方法は、リニア電子スキャン超音波診断装置の場合と全く同じであり、ここでの説明は省略する。
【００６６】
この様な円環状走査断層像は、血管等の管腔壁の３６０度周囲の様子を診断するのに有効である。
以上説明したように、対象物に接しているときは、対象物表面で反射する超音波応答信号を解析して、対象物の粘弾性特性を評価し、エコー信号から断層情報を得られるが、圧電振動子を環状に配設し、順次走査させることによって、円環状走査断層像が得られ血管等の管腔壁の３６０度周囲の様子を、対象物の表面情報と断層情報を共に診断することが出来る様になる。
【００６７】
次に図９（ａ）〜（ｄ）を参照して、第３の実施形態として、本発明の超音波診断装置に用いる超音波トランスデューサについて説明する。
ここで、前述した第２の実施形態の構成と異なる点について説明する。構造の面で、図８と図９の比較から、超音波トランスデューサカテーテルの構成においては、複数の圧電振動子が形成されているのは同じであるが、本実施形態は、圧電振動子８２ａ〜８２ｈの前面に超音波遅延媒体８０を設けている点と、音響結合層兼受圧部が直接圧電振動子に形成されずに、超音波遅延媒体８０の対象物との接触面において形成されている点とが異なっている。
【００６８】
また、本実施形態を実施するための超音波診断装置の構成例を図１０に示す。この構成で、図１に示した部位と同等の部位には同じ参照符号を付してその説明は省略する。この超音波診断装置は、前述した第１の実施形態の構成から、分岐回路２、減衰器５、遅延回路７及び、差動増幅器６を削除した簡単な構成になっている。
【００６９】
図１０において、台形パルス発生器１からの台形パルス信号１６は、高周波増幅器３によって５０〜１００Ｖの信号１８に増幅され、超音波トランスデューサ６６に印加される。
【００７０】
超音波トランスデューサは、図９（ｄ）に示す様に、単一の超音波遅延媒体８０に複数の圧電振動子８２ａ〜８２ｈが取りつけられている。圧電振動子８２ａ〜８２ｈに発生した超音波振動は、超音波遅延媒体８０中をｔd / ２かかって伝搬し、対象物７５の表面ｔd / ２に到達し、対象物の表面の粘弾性特性に応じて中心周波数の変化や振幅の変化を受ける。
【００７１】
この影響を受けた後の超音波応答信号が、図１１に示す超音波信号２９であり、この超音波信号２９の中心周波数や振幅と、対象物７５を接触させない状態で、台形パルス３０を印加し、ｔd 時間後に発生する応答信号の中心周波数や振幅とを比較することによって、対象物の表面粘弾性特性が検出できる。対象物接触時の超音波応答波形は、図１１に示す様に最初の表面情報を含む超音波応答信号２９に後続して、エコー信号３１，３２，３３，３４等が観測される。これらの信号にそれぞれＦＦＴ処理を施し、それぞれから中心周波数、振幅、位相をパラメータ抽出し、比較することにより、対象物とその内部に存在する異常組織の粘弾性特性比を知ることが出来る。以上を各超音波トランスデューサ毎に順次切り替える。
【００７２】
本実施形態によれば、超音波が対象物表面に到達した直後の応答信号を、印加台形パルス波形と分離して検出することができ、対象物非接触時の応答信号との比較によって、対象物の表面の粘弾性特性を検出できる。また、直後応答信号に後続して観察されるエコー信号から対象物の深さ方向粘弾性特性が検出できる。また、超音波トランスデューサは、圧電振動子が直接生体等の対象物に接触しないので、生体に対する電流漏洩の不安がなくなるだけでなく、超音波トランスデューサの洗浄や消毒に対するダメージの心配もなくなる。
【００７３】
次に図１２には、前述した第３の実施形態の変形例について説明する。
この変形例が第３の実施形態と異なる点は、圧電振動子の構造が異なるのみである。即ち、皿状をした円環状圧電セラミクス８５に素子数（図１２の例では、８個）に対応した数の部分電極８６ａ〜８６ｈと、その裏面に全面電極（図示せず）を施し、部分電極形成後に全て同電位で分極し、超音波遅延媒体に全面電極側が接触するように接着等の方法で接合する。
【００７４】
そして各部分電極毎にリード線８７ａ〜８７ｈをとりつけ、このリード線と超音波遅延媒体のはめ込み部８０ａの表面に形成した表面接地電極９９との間に台形パルス電圧を印加する。
【００７５】
この変形例では、第３の実施の形態の様に圧電振動子をｌ枚づつ接合する必要がなく、組立による圧電振動子間の特性のばらつきを留意する必要がなくなる。さらに、各圧電振動子部が曲面になり、曲面の凹面側から超音波が出射するので超音波ビ−ムは絞られて、超音波ビ−ムの迷走が起こりにくくなる。これによって、高精度の直後超音波応答とエコー信号の検出ができる様になる。尚、本実施の形態では、圧電振動子が遅延媒体に対し、対象物に接しない側に配設させた例であるが、圧電振動子の位置は、前述した第２の実施形態と同様に、対象物に接する側に配設させた構成も当然、本発明の範囲にあることは言うまでもない。
【００７６】
また本発明の超音波診断装置は、従来の超音波診断装置に限定されず、従来触覚センサ、圧覚センサと称されるものも超音波振動を検出に用いているのであれば含めて考えている。
【００７７】
以上の実施形態について説明したが、本明細書には以下の課題を解決する発明も含まれている。
課題として、前述した直後の超音波応答信号のみに対応した高周波パルス信号を分離出来れば、前記第１の課題は、達成されることになるが、これだけでは、被検対象物の表面及び深部に亘って音響的構造を高感度、高分解能で検出できることにはならない。特に、深部情報検出の際には、エコー信号のパルス幅が大きく影響する。
【００７８】
一般に、エコー信号のパルス幅は、直後の超音波応答信号のパルス幅で殆ど決定される。従来技術に於いては、図１４に示した様に圧電素子１０７の背面に背面負荷材１０９を形成した超音波トランスデューサの構造によって超音波振動をダンピングさせ、パルス幅を短くすることが行われている。
【００７９】
従来の超音波診断装置の様に、深部情報検出のみが目的でエコー信号のみを信号処理する場合はこれでも良いが、深部情報だけでなく、表面情報即ち触覚情報も感度良く検出する場合には、直後の超音波応答信号が最初からダンピングされていると、所望する検出感度が得られなくなってしまう課題がある。従って、表面情報即ち触覚情報を感度良く検出する為に、直後の超音波応答信号が最初からダンピングされていず、深部診断の分解能を高めるため超音波パルスのパルス幅は短く出来ることが必要である。
【００８０】
以上の様な技術課題の解決によって、直後の超音波応答信号が利用出来る様になると、この信号とこれに後続する信号との関係を導くことに意味が出てくる。従来は、単純にエコー信号の検出される時刻とエコー振幅の大きさの関係から、どの位置にどの様な音響的不連続部があるかを描出していたのみで、生体表面から音響的不連続部までの位置に存在する生体組織の粘弾性特性や生体異常組織の粘弾性特性を描出していたのではない。しかしながら、より望ましい超音波診断と言うのは、正常な生体組織のどの位置にどの様な異常組織があって、正常な生体組織に比べどの程度の異常度になっているかを診断出来ることである。
【００８１】
従って、正常な生体組織のどの位置に、どの様な、どの程度の異常組織が有るかを、絶対値または相対値で表現できることが必要となる課題がある。
さらに、生体組織の超音波診断を行う場合、超音波ビームを走査しなくてもある程度の診断は出来るが、超音波ビームを走査して面情報が得られれば、更に診断の精度は向上する。この様な面情報を得る為には、従来の技術の様に、単一の超音波トランスデューサを回転させ、超音波ビームを走査する方法があるが、本発明の目的の様に、被検対象物の表面及び深部に亘って音響的構造を検出するには、超音波トランスデューサの超音波送受面は、被検対象物の表面に接触している必要があるので、超音波トランスデューサを回転させることは出来ず、電子走査型の超音波トランスデューサにすることが必要である課題があり、電子走査型の超音波トランスデューサでなければならない。
【００８２】
（１）  圧電振動子からなる超音波トランスデューサと、これにパルス電圧を印加し、このパルス電圧の印加によって前記超音波トランスデューサに発生する超音波応答信号を受信するパルサ／レシーバと、該パルサ／レシーバの出力信号を信号処理する手段からなり、該出力信号を解析することによって、被検対象物の音響的構造を検出する超音波診断装置に於いて、前記パルス電圧を印加した直後の超音波応答信号を分離検出し、解析する手段を有することを特徴とした超音波診断装置。
【００８３】
但し、前記直後の超音波応答信号とは、対象物に最初に作用した超音波信号のことである。又、パルサ／レシーバとは、通常用いられている一体化されている装置で、パルサはパルス発生器、パルス幅、パルス発生周期設定部、時定数設定器等を含みレシーバは、高周波増幅器、フィルタ回路等から構成される装置である。前記パルサから、圧電振動子からなる超音波トランスデューサにパルス電圧を印加すると、超音波トランスデューサは、圧電振動子が持っている固有の共振周波数に等しい周波数成分を有した超音波応答信号を発生させる。
【００８４】
この信号は、圧電振動子の圧電効果によって高周波パルス電圧信号に変換される。この電圧信号のうちパルス電圧印加直後に発生する電圧信号には、印加パルス電圧信号と直後超音波応答信号が圧電変換された高周波パルス電圧信号が含まれている。このうち、直後超音波応答信号には、対象物の表面状態に対応した触覚信号が含まれている。従って、パルス電圧を印加した直後の超音波応答信号を分離検出し、解析する手段を有していれば、対象物の表面状態を診断できる効果が得られる。
【００８５】
（２）  前記（１）項に記載した超音波診断装置において、前記した直後超音波応答信号のみを分離検出する手段が、パルス発生器（パルサ）の出力を分岐する手段と、分岐信号の一方を増幅する手段と、該増幅信号を超音波トランスデューサに電圧印加したときの直後応答信号を入力し、該直後信号の振幅を低減させる減衰手段と、前記分岐信号の他方の信号を遅延させる手段と、該遅延出力と前記減衰出力の差をとる手段とを有することを特徴とした超音波診断装置。
【００８６】
第１の実施形態が該当する。
前記（１）項に記載した超音波診断装置は、パルス発生器（パルサ）の出力を分岐する手段を有しており、パルス出力は分岐され、一方は、リファレンス信号として、他方は、増幅手段で増幅した後、超音波トランスデューサにパルス電圧印加するための超音波励起信号として用いられる。この超音波励起信号の印加によって、超音波トランスデューサに直後超音波応答信号が励起されるが、印加パルス電圧信号と、前記超音波応答信号が圧電変換された高周波パルス電圧信号とは殆ど時間差が無いので、両者の重畳信号として観測される。この重畳信号は電圧が高いので減衰手段によって適当な振幅に減衰する。一方、リファレンス信号は、他方の信号伝達経路に存在する増幅手段や減衰手段や配線による全時間遅延に等しい時間遅延を与える。そして、両信号を、差をとる手段に入力し差動出力を得る。これらの手段を用いることによって、直後の超音波応答信号のみを分離検出でき、対象物の表面状態を診断出できる。
【００８７】
（３）  前記（１）項に記載した超音波診断装置において、前記直後の超音波応答信号のみを分離検出する手段が低損失超音波遅延媒体とゲート手段を有することを特徴とした超音波診断装置。
【００８８】
第２の実施形態が該当する。
但し、低損失超音波遅延媒体は、第２の実施形態では、溶融石英を一例として挙げているが、他の材料においても、例えばシリコンやニオブ酸リチウム、結晶化ガラス、又は振動に対して損失の少ない材料、具体的には減衰率α＜0.1dB/cm程度であれば良い。また、もともと超音波ロスの少ない対象物のみを測定することが分かっている場合は、必ずしも溶融石英程度の超音波ロスの必要はなく、α＜5dB/cm程度あれば良い。
【００８９】
従って、この（３）項は、圧電振動子に発生した超音波を低損失超音波遅延媒体を経て、対象物に作用させ、この時の応答信号を低損失超音波遅延媒体を経て圧電振動子に返し、圧電振動子の圧電効果により高周波パルス電圧信号に変換する。この場合の高周波パルス電圧信号は、圧電振動子に発生した超音波が低損失超音波遅延媒体を往復する時間だけ、パルス電圧印加タイミングより遅れるため、この時間経過後の信号のみを伝達させるゲート手段を通過させる。ゲート手段を通過した信号には圧電振動子への印加電圧波形が含まれていない。
【００９０】
以上の手段により、対象物による直後超音波応答信号のみを分離検出できることになり、対象物の表面状態を診断できる。
（４）  前記（１）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記したパルス電圧を印加する手段が、電気的にダンピングされた時間領域とダンピングのされていない時間領域とからなる超音波パルス振動を発生させる手段を有していることを特徴とした超音波診断装置。
【００９１】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（４）項は、パルス電圧を印加した直後、圧電振動子に発生する超音波パルス振動は電気的にダンピングされた時間領域に於いては、振動振幅を殆ど持たず、ダンピングのされていない時間領域に於いては、圧電振動子は何の影響も受けていない全く自由な振動をするので大きな振動振幅を持っている。よって、対象物負荷が加わった時、ダンピングのされていない時間領域に於ける超音波パルス振動は、対象物負荷が加わると振動状態が大きく変化する。また前述したように、超音波パルスが本来持っていた尾曳き部を電気的にダンピングしているため、超音波パルスのパルス幅を短くすることができる。以上の手段により、対象物の表面情報を感度良く検出することが可能となる。
【００９２】
（５）  前記（４）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記したパルス電圧を印加する手段が、電圧立ち上がり時間ｔr 、電圧保持時間ｔw 、電圧立ち下がり時間ｔf を持ち、前記超音波トランスデューサを構成する圧電振動子の共振周波数の逆数をｔp とすると、
ｔr ＜ｔp ＜ｔf
ｔw = ｎ×ｔp   （ｎ=1〜5 ）
ｔf =m×ｔp   （ｍ=1〜10）
の関係を有する台形パルスを発生させる手段と、該台形パルスを増幅する手段を有することを特徴とした超音波診断装置。
【００９３】
全ての実施の形態が該当する。
但し、m,n は必ずしも整数でなくても良く、実数を示している。また圧電振動子は微分素子なので、印加電圧が増加した時と減少する時では位相が反転した振動を起こす。
【００９４】
従って、前記（５）項は、圧電振動子の共振周波数の逆数ｔp より短い時間ｔr の立ち上がりのステップアップ電圧を与えると、圧電振動子は共振周波数で自由振動し、これに対し、逆数ｔp より長い時間ｔf の立ち下がりのステップダウン電圧を与えると、時間ｔf に対応して圧電振動子は、共振周波数で制動振動する。よって、適当なｔw を持ち、上記ｔr 、ｔp 、ｔf の関係の台形パルスを印加すると、電気的にダンピングされた時間領域とダンピングのされていない時間領域とからなる超音波パルス振動を発生させることが可能となる。
【００９５】
以上の手段により、対象物の表面情報を感度良く検出することが可能となり、短いパルス幅の超音波応答信号が利用できる。
（６）  前記（５）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記台形パルスを発生させる手段が、前記ｍ，ｎの値を変化させる為の可変信号入力手段を有していることを特徴とする超音波診断装置。
【００９６】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（６）項は、ｍ，ｎの値を変化させる為の可変信号入力手段を有しているので可変信号を入力し、最適な超音波応答信号が得られる最適台形パルス信号を発生することが可能となる。但し、ｍの値は、超音波応答波形の波数を決めることになる。波数が多くなると、パルス幅は長くなってしまい分解能に対しては悪影響を及ぼすが、超音波パルスの超音波エネルギーは、波数が多いほど大きくなりダイナミックレンジ増加に寄与する。よって、台形パルスのｔw 、ｔf を調整する機能があれば、対象物の表面情報を大きな感度及び、大きなダイナミックレンジで検出することが可能となり、短いパルス幅の超音波応答信号が利用できる。
【００９７】
（７）  前記（６）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記ｎの値は前記ｍの値を設定した上で、前記（５）項に記載した電気的にダンピングされた時間領域に於ける最大振幅が最小になる様に自動設定する手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
【００９８】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（７）項は、ｍの値を自動設定出来る様にすると、用いる超音波トランスデューサを交換しても最適の超音波応答波形が得られる。
【００９９】
（８）  前記（１）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記パルス電圧を印加した直後の超音波応答信号を検出し、解析する手段が直後超音波応答信号から中心周波数ｆ0 と最大振幅Ａ0 をパラメータ抽出する手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
【０１００】
全ての実施の形態が該当する。
但し、中心周波数ｆ0 と最大振幅Ａ0 をパラメータ抽出する手段は、実施の形態では時間軸に対する超音波応答信号をFFT 処理を施した上で、パラメータ抽出している。
【０１０１】
従って、前記（８）項は、直後超音波応答信号は対象物負荷の有無や対象物負荷の大きさに対応して、その中心周波数や振幅が変化するので、中心周波数ｆ0 と最大振幅Ａ0 をパラメータ抽出する手段によって、これらの変化量を知ることによって、逆に対象物負荷の有無や対象物負荷の大きさを知ることが出来る。
【０１０２】
（９）  前記（１）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記直後超音波応答信号に後続する超音波応答信号を検出し、解析する手段を有する事を特徴とした超音波診断装置。
【０１０３】
但し、前記後続する超音波応答信号とは、超音波エコー信号を意味する。
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（９）項は、直後超音波応答信号Ｓ0 から対象物の表面情報を検出することが可能となった。後続する超音波応答信号は、対象物表面から深部に伝搬していった超音波パルスが、その伝搬媒体の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスを持った組織に出会うと、その境界で超音波パルスは反射し、エコー信号Ｓe1となって、超音波トランスデューサに戻ってゆく。また、その境界面で透過していった超音波パルスは、次の境界面で反射を越し、最初の境界面に戻って行き、そこで一部が境界面を透過し、エコー信号Ｓe2となって超音波トランスデューサに戻ってゆく。
【０１０４】
これらのエコー信号Ｓ0 とエコー信号Ｓe1の関係から前記伝搬媒体の音速が分かり、振幅比から前記伝搬媒体の減衰が分かる。またＳe1とＳe2の関係から前記異なる音響インピーダンスを持った組織の音速が分かり、振幅比から前記異なる音響インピーダンスを持った組織の減衰が分かる。
【０１０５】
また、音速と減衰はそれぞれ粘弾性特性の弾性と粘性に関係しているので、直後超音波応答信号に後続する超音波応答信号を検出し、解析する手段が加わることによって、表面だけでなく深部の粘弾性特性の診断ができる。
【０１０６】
（１０）  前記（９）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記直後の超音波応答信号と後続した超音波応答信号との時間間隔を計測する手段と、後続した複数の超音波応答信号間の時間間隔を計測する手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
【０１０７】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（１０）項は、前記（９）項と同様の作用効果が得られる。
（１１）  前記（９）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記直後の超音波応答信号と後続した超音波応答信号との最大振幅比を計測する手段と、後続した複数の超音波応答信号間の時間間隔を計測する手段を有することを特徴とした超音波診断装置。
【０１０８】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（１１）項は、前記（９）項と同様の作用効果が得られる。
（１２）  前記（９）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記直後の超音波応答信号の位相と後続した超音波応答信号の位相との関係を計測する手段を有することを特徴とした超音波診断装置。
【０１０９】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（１２）項は、前記（９）項と同様の作用効果が得られる。
（１３）  前記（４）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記超音波トランスデューサが該超音波トランスデューサの超音波送受側と反対側の面に於いて、超音波振動に対する応力負荷が加わらない構造になっていることを特徴とした超音波診断装置。
【０１１０】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（１３）項は、超音波トランスデューサが背面負荷材を一切接合しない構造をとっているので前記（４）項に記載した様に電気的にダンピングされた時間領域とダンピングのされていない時間領域とからなる超音波パルス振動を発生させることができる。よって、対象物が接触した時の超音波パルス振動の中心周波数や振幅の変化が高感度及び、高ダイナミックレンジで検出できる。
【０１１１】
（１４）  前記（１３）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記トランスデューサが圧電振動子と、超音波出射側の面に接合した音響結合層と該音響結合層上に接合した受圧部からなることを特徴とした超音波診断装置。
【０１１２】
全ての実施の形態が該当する。
従って、前記（１４）項は、圧電振動子に励起された超音波が音響結合層を通して、一部は、対象物の深さ方向に受圧部を介して効率良く侵入し、残りは、直後超音波応答信号として表面情報検出に用いられる。最適に音響結合されると、対象物に大きな超音波エネルギーが侵入し、減衰の大きな対象物でも音響的境界面まで達し、そこで、反射した超音波エコー信号は検出でき、減衰の大きな対象物でも弾性率と粘性率が評価できる。
【０１１３】
（１５）  前記（１３）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記超音波トランスデューサが圧電振動子の超音波送受側の面に前記（４）に記載した低損失超音波遅延媒体を接合し、低損失超音波遅延媒体の対象物に接する側の表面に受圧部を兼ねた音響整合層が形成されている構造を有することを特徴とする超音波診断装置。
【０１１４】
第２の実施形態が該当する。
従って、前記（１５）項は、超音波トランスデューサの構造が低損失超音波遅延媒体を接合し、また、背面には圧電振動子の超音波振動の負荷になる様な背面負荷材が形成されていない構造になっている。
【０１１５】
そして圧電振動子に励起された超音波振動は、低損失超音波遅延媒体を伝搬し、対象物に到達し、その界面で反射する成分と対象物内に侵入して行く成分に分かれる。前者の成分を直後超音波応答信号として用い、この信号から対象物の表面情報を検出し、後者の成分をエコー信号の発生に用い、このエコー信号から深部情報を検出する。低損失超音波遅延媒体と対象物の間には音響整合層が形成されているので低損失超音波遅延媒体内での多重反射は、低減され程良く表面情報と深部情報を検出できる様になる。更に、対象物には圧電振動子が直に接触することが無いので、対象物が生体の場合、安全性に対する不安も完全に払拭できる効果も得られる。また、超音波トランスデューサの洗浄、消毒時の耐薬品性の問題も全く無くなる。
【０１１６】
（１６）  前記（１５）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記超音波トランスデューサが１つの低損失超音波遅延媒体に複数の圧電振動子を接合し、該複数の圧電振動子の低損失超音波遅延媒体を挟んだ対角側の低損失超音波遅延媒体の表面に、対象物に超音波を授受する為の受圧部が形成された構造を有することを特徴とする超音波診断装置。
【０１１７】
第２の実施形態が該当する。
従って、前記（１６）項は、前記（１５）項の作用効果に加えて、１つの低損失超音波遅延媒体に複数の圧電振動子を接合しているため、超音波トランスデューサの姿勢を変えなくても、対象物に低損失超音波遅延媒体を介して接している圧電振動子を用いて、対象物の診断が出来る。また、対象物に低損失超音波遅延媒体を介して接していない圧電振動子の信号を参照信号として、低損失超音波遅延媒体を介して接している圧電振動子からの信号に対し、温度特性等の共通に被る不要特性を補正することも出来る。
【０１１８】
（１７）  前記（１６）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記複数の圧電振動子が環状に配列し、前記低損失超音波遅延媒体の超音波送受面も対角的に環状に構成されていることを特徴とする超音波診断装置。
【０１１９】
第２，第３の実施形態が該当する。
従って、前記（１７）は、前記（１６）項に記載した実施形態では、環状に配列した圧電振動子の数は、8 個としているが、必ずしもこの数が最良ということでは無く、用途に応じ、それ以上の数でもそれ以下の数でもよく、用途に応じ設計すれば良い。また、ディスクリートな複数の圧電素子を接合するとしているが、例えば、耐熱性が高く、成膜性の良い超音波遅延媒体上に下部電極を介して圧電厚膜や圧電薄膜を形成し、その上に上部電極を形成し、配線した構造でも構わない。
【０１２０】
よって、複数の圧電振動子が環状に配列させ、順次環状に沿って駆動走査させることにより、超音波ビームを環状に走査できる。これによって先行技術の様に機械的に環状に超音波トランスデューサを回転させる必要が無くなり、機械的な構造部品を大幅に削減でき、装置の信頼性が大幅に向上する。
【０１２１】
（１８）  前記（１７）項に記載した超音波診断装置に於いて、前記環状に配列した複数の圧電振動子は環状圧電素子に分割電極が形成された構造であることを特徴とする超音波診断装置。
第２，第３の実施形態が該当する。
従って、前記（１８）項は、前記（１７）項と同等の作用効果が得られる。
【０１２２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、被検対象物の表面及び深部に亘って音響的構造を検出することが出来る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】
【図１】第１の実施形態の超音波診断装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示した超音波診断装置における超音波応答波形を模式に示した図である。
【図３】図１に示した超音波診断装置における台形パルス発生器の内部構成例を示す図である。
【図４】第１の実施形態の超音波診断装置におけるダイナミックダンピングの原理を説明するための図である。
【図５】従来、通常の超音波診断装置に利用されている方法で得られる超音波応答波形を示す図である。
【図６】第１の実施形態の超音波診断装置に用いられる超音波トランスデューサの構成例を示す図である。
【図７】図６に示した超音波トランスデューサの変形例を示す図である。
【図８】第２の実施形態として、本発明の超音波診断装置に用いる超音波トランスデューサの構成を示す図である。
【図９】第３の実施形態として、本発明の超音波診断装置に用いる超音波トランスデューサの構成を示す図である。
【図１０】第３の実施形態を実施するための超音波診断装置の構成例を示す図である。
【図１１】図１０における超音波応答波形を模式に示した図である。
【図１２】第３の実施形態の超音波診断装置に用いる超音波トランスデューサの変形例を示す図である。
【図１３】従来の超音波トランスデューサカテーテルの構成を示す図である。
【図１４】従来の超音波振動子の構成を示す図である。
【図１５】従来の超音波診断装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…台形パルス発生器
２…分岐回路
３…高周波増幅器
４…超音波トランスデューサ
５…減衰器
６…差動増幅器
７…遅延回路
８…高周波増幅器
９…ＦＦＴ回路
１０…ゲートタイミング設定部
１１，５９…ゲート回路
１２…最大値検出器
１３…ｎ値設定回路
１４…切り替えスイッチ
１５…台形パルス波形制御部
１６〜２８…信号
【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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【図１４】
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【図１５】
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