(57)【要約】本発明においては、超音波探触子が送受信する超音波の周波数特性の帯域を広げて、ハーモニックイメージング等の変調処理を容易にし良好な三次元超音波画像を形成するために、超音波を送受信する複数の振動子素子を二次元に配列された超音波探触子において、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が２次元マトリクス状に混在するように配列され、そして、１種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分が整数倍であるようにそれらの周波数特性が選択されている。
2001056474.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振動子素子が２次元に配列された超音波探触子において、前記二２次元に配列された複数の振動子素子は、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が２次元配列内に混在するように設けられていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、２次元配列の行または列の単位内において混在するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、２次元配列の行または列の単位毎に同一の周波数特性を持ち、行または列単位で混在するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記周波数特性が異なる複数種類の振動子の混在する順序が巡回的になされていることを特徴とする請求項２または３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記複数種類の振動子素子群は、一種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある周波数成分が整数倍の周波数であることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項６】
超音波を送受信する複数の振動子素子がアレイ状に配列された超音波探触子において、前記アレイ状に配列された複数の振動子素子は、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が配列内に混在するように設けられていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項７】
周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第１の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群とは異なる第２の周波数特性を有した振動子群で受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第１の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた第１の振動子群と、これとは異なる第２の周波数特性を有した振動子群とで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波診断装置において、第１の周波数特性の帯域が第２の周波数特性の帯域よりも低域にあることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群のうちの１種類の周波数特性を持つ振動子群のみで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波診断装置において、受信動作に供される振動子群の周波数特性の帯域が受信動作に供されない振動子群の周波数特性の帯域よりも高域にあることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群と同じ振動子群を用いて受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、被検体の診断部位を超音波を利用して検査するために用いる超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置に関し、特に、広帯域の超音波を送受信することができるように構成された２次元アレー型超音波探触子と、この探触子と組み合わせによってハーモニックイメージングや高分解能で明瞭な３次元画像を取得することができる超音波診断装置に関する。
背景技術
超音波診断装置により取得される診断部位の超音波画像を良好な画像とするためには、反射エコーを受信する超音波探触子の周波数特性を可能な限り広い帯域にすると良いことが知られている。超音波探触子で受信されたエコー信号に対してさまざまな変調処理が行わなければならないが、超音波画像の画質を向上させるためには、上記エコー信号の変調処理がより広いレンジで行われなければならない。そのためには超音波探触子が有する周波数特性の帯域を拡大させることが必要である。
また、近年、超音波画像の画質を向上させるためのハーモニックイメージングと称する超音波撮像技術が用いられている。ハーモニックイメージング技術とは、超音波探触子からある周波数を有する基本波を被検体（生体）内に送信し、被検体内から発生する上記基本波の整数倍（例えば、２倍）の周波数成分を有する高調波の反射エコーを超音波探触子により受信し、超音波診断装置で上記反射エコーを電気信号に変換した後にさまざまな画像処理を行うことにより超音波画像の分解能を向上させ明瞭な画像を形成する技術である。このハーモニックイメージング技術は、マイクロバブル等からなる超音波造影剤を血管を介して生体内部へ投与し、診断部位をコントラストの強調された画像として描出するために用いられる。その理由は、被検体内へ投与されたマイクロバブルが高調波をより強く反射する性質を有していることにある。
このハーモニックイメージング技術を用いて診断部位の超音波画像の画質を向上させることは、振動子素子が２次元に配列された超音波探触子を用いる超音波診断装置にとっても必要となる。このためには、２次元配列振動子を備えた超音波探触子は、基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とをカバーする広い帯域の周波数特性を有することが必要とされる。
一方、近年において、被検体の診断部位を立体画像化して表示させる３次元超音波撮像技術が注目されている。３次元超音波撮像技術とは、超音波を送受信する振動子素子を２次元配列された超音波探触子から被検体内へ超音波を送信し、送信された超音波が診断部位で反射されたエコーを探触子で受信し、この受信されたエコー信号を信号処理するとともに、超音波の送受信方向を変えて被検体内を超音波ビームで走査する動作を被検体内の複数断面に対して行い、上記診断部位の断面を表示する２次元画像を多数形成し、この多数の断面の画像データを用いて診断部位を立体的に表示する３次元画像を表示する技術である。
従来の超音波探触子は広い帯域の周波数特性を有していなかったので、超音波診断装置により取得された診断部位の３次元画像は分解能が低く、画質が良好ではなかった。そのため、３次元超音波撮像技術の分野においても上記のハーモニックイメージング技術を適用することにより、高分解能を有した、かつ明瞭な３次元超音波画像を取得できる技術が待望されていた。３次元超音波撮像技術へハーモニックイメージング技術を適用するためには、前記２次元超音波探触子が基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とをカバーする広い帯域の周波数特性を有することが要求される。
本発明の第１の目的は、超音波探触子により送受信される超音波の周波数特性の帯域を拡大することにある。
そして、本発明の第２の目的は、ハーモニックイメージングにおける変調処理を容易に行うことができる超音波診断装置を提供することにある。
さらに、本発明の第３の目的は、被検体の診断部位を高分解能を有した、かつ明瞭な３次元画像で表示させることができる超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置を提供することにある。
発明の開示
前記第１の目的を達成するために、本発明による超音波探触子は、超音波を送受信する複数の振動子素子が２次元に配列された超音波探触子において、前記二２次元に配列された複数の振動子素子は、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が２次元配列内に混在するように設けられていることを特徴としている。
そして、前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、２次元配列の行または列の単位内において混在するように設けられていることが望ましい。
また、前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、２次元配列の行または列の単位毎に同一の周波数特性を持ち、行または列単位では混在するように設けられていることが望ましい．
さらに、前記周波数特性が異なる複数種類の振動子の混在する順序が巡回的になされていることが望ましい。
前記第２の目的を達成するために、本発明による超音波探触子では、前記複数種類の振動子素子群は、一種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある
周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある周波数成分が整数倍の周波数であることを特徴としている。
そして、前記第２、第３の目的を達成するために本発明による超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第１の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群とは異なる第２の周波数特性を有した振動子群で受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。
また、本発明の超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第１の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた第１の振動子群と、これとは異なる第２の周波数特性を有した振動子群とで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。
さらに本発明の、超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群のうちの１種類の周波数特性を持つ振動子群のみで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。
そしてさらに本発明の超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群と同じ振動子群を用いて受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による超音波探触子の第１の実施形態の概念を示す図である。この超音波探触子は、超音波を用いて被検体の診断部位を画像化する超音波診断装置において、被検体に対して超音波を送信及び受信するもので、複数の振動子素子が２次元に配列された２次元配列振動子１と、この２次元配列振動子１へ超音波を送信させるためのパルス信号を供給する信号線及び２次元配列振動子１で受信されたエコー信号を出力する信号線が形成されているフレキシブル基板２と、前記各振動子素子の背面へ放出される超音波を吸収及び減衰するバッキング材３とを備えている。
ここで、実施形態においては、２次元配列振動子１は周波数特性が異なる振動子素子１ａと振動子素子１ｂとの２種類の振動子が入り混じるように配列されて構成されている。前記２種類の振動子素子１ａ，１ｂは、前記フレキシブル基板２の表面における所定部位に同一方向（２次元の行方向または列方向）にそれぞれ交互に配列されている。そして、各振動子素子１ａ，１ｂの背面にはバッキング材３が設けられている。このように本実施形態の超音波探触子は、２次元の行方向または列方向に交互に配列された振動子素子１ａ，１ｂとバッキング材３とを所定位置に備えたフレキシブル基板２を複数枚積層して構成されている。また、上記フレキシブル基板２の積層方向においても、前記２種類の振動子素子１ａ，１ｂがそれぞれ交互に配列されるように積層されている。
以上のように、本発明の第１の実施形態における超音波探触子は、２種類の振動子素子１ａ，１ｂがフレキシブル基板２上に配列される方向と、フレキシブル基板２が積層される方向との直交する二方向に交互に混在するように配列されて構成されている。
図２は、本発明の第２の実施形態における超音波探触子の概念を示す図である。この実施形態では、複数種類の振動子素子が、４種類の振動子素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから成り、これら振動子素子は互いに周波数特性が異なるものである。前記４種類の振動子素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、一つのフレキシブル基板２の所定位置に振動子素子１ａが配置され、この素子１ａの隣りに振動子素子１ｂが配置され、またこの素子１ｂの隣りに振動子素子１ｃが配置され、さらにこの素子１ｃの隣りに振動子素子１ｄが配設され、そしてこの素子１ｄの隣りに振動子素子１ａが配置されるというように４種類の振動子素子が巡回的に配列されている。また、４種類の振動子が巡回的に配列されたフレキシブル基板２は、その積層方向においても４種類の振動子素子が順次位置が異なるように複数枚積層されている。このような振動子素子の配列及びフレキシブル基板の積層により、４種類の振動子素子が、いわゆる２次元マトリックス状に混在して配列される。
図３は、本発明の第３の実施形態における超音波探触子の概念を示す図である。この実施形態では、各フレキシブル基板２には４種類の振動子素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうちの１種類の振動子素子のみが配列される。そして、１種類の振動子素子のみが配列されたフレキシブル基板２が４種類の振動子素子の各々について作成され、それらがその積層方向において４種類の振動子素子の周波数特性が巡回的に変化するように、複数枚積層されている。
この第３の実施形態において、４種類の振動子素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおける各素子の厚みが異なっても幅と長さが全て同一であれば、各フレキシブル基板２に配列された各素子のピッチは、配列された素子の種類によらず総て同一となる。したがって、直交する２方向に配列された各素子の位置関係は等方的であるので、この探触子を使用して得た信号を画像化処理、例えば３次元画像化するための処理をする際に、素子の位置を算出するための演算処理は必要とされない。つまり、超音波探触子から診断装置本体に送出された電気信号（エコー信号）を演算処理して超音波画像を形成させるための演算処理が複雑化することはない。
以上に説明したように、本発明によれば、、振動子素子の周波数特性の数とその組合せを変えて種々の超音波探触子が形成され得る。それらの組合せは無数に設定することが可能であり、適正な振動子素子を組み合わせることにより用途に応じた多様な超音波探触子が実現され得る。
また、図１乃至図３に示す第１乃至第の実施形態では、リニアアレイ型やフェイズドアレイ型のように振動子の超音波送受信面が平坦なものについて説明したが、本発明はコンベックス型（カーブドリニア）型の超音波探触子などの様々な超音波探触子にも適用することができる。
次に、前記図１乃至図３に示された超音波探触子を構成する振動子素子群の構造を図４を参照して説明する。図４において、前記フレキシブル基板２の所定部位に振動子素子１が配列され、この振動子素子１の下方にはバッキング材３が設けられている。そして、前記振動子素子１の上方には、この振動子素子１から放出された超音波を効率よく生体に伝播させるマッチング層４が設けられている。前記振動子素子１の下面には信号電極５が、前記振動子素子１の上面にはグランド電極６が設けられている。この信号電極５とグランド電極６の間に電圧が印加されると、振動子素子１が振動して超音波が発生される。
ここで、図４から明らかに読み取れるように、前記実施形態では、振動子素子１下面に設けられたバッキング材３は１枚のフレキシブル基板に対しては１個が使用されているが、バッキング材は素子毎に個別に設けられても良い。何故ならば、バッキング材を一体成形するようにすると、振動子素子の周波数特性を素子の厚みによって変化させると仮定したときに、振動子の送受信面を平坦にするためには、バッキング材の振動子取付面を複雑に一体成形する必要が生ずるが、振動子素子毎にバッキング材を設けるようにすれば、バッキング材を複雑な形状にする必要がなくなるからである。
前記フレキシブル基板２は、その母体とされるベースフィルム７と、このベースフィルム７の表面の所定部位に配設された信号パターン８と、上記ベースフィルム７の裏面の所定部位に配設されたグランドパターン９と、このグランドパターン９を覆うようにベースフィルム７の裏面に配設されたカバー層１０とから構成されている。前記信号パターン８の接続部１１及びグランドパターン９の接続部１２は、それぞれ前記信号電極５と前記グランド電極６とへそれぞれ電気的に接続するように半田付けされている。また、このフレキシブル基板２の接続部１１と接続部１２へ振動子素子１の信号電極５とグランド電極６が半田付けによって接続される。そして、信号パターン８とグランドパターン９の間に電圧が印加されると、これらの電極とパターンとの接続によって振動子素子１の上下両面に設けられた信号電極５とグランド電極６の間に電圧が印加され、前記振動子素子１が振動して超音波が発生される。
前述のように、本発明の第１乃至第３の実施形態における超音波探触子は、周波数特性の異なる複数種類の振動子素子群から構成されているが、各振動素子群の周波数特性は、振動子素子１セラミック材料の組成、厚み及び／またはマッチング層４の厚さを変えることによって調整することができる。但し、振動子素子の周波数特性帯域に大きな差をつける場合には、振動子素子の厚み、とりわけ、圧電セラミックの厚みを変えることが望ましいと考えられる。そして、超音波振動子素子の周波数特性の帯域を高く設定したい場合には、振動子素子１及び／またはマッチング層４の厚さを薄くすれば良く、逆に周波数特性の帯域を低く設定したい場合には、振動子素子１及び／またはマッチング層４の厚さを厚くすれば良い。振動子素子１の上下両面に設けられた信号電極５及びグランド電極６の間隔は、振動子素子１の厚さによって変化させられる。
図５は、図４に示されるフレキシブル基板２の正面図である。図５において、フレキシブル基板２は、フレキシブル基板２の母体とされるベースフィルム７と、ベースフィルム７の表面に設けられた信号パターン８と、この信号パターン８を前記振動子素子１の下面に設けられた信号電極５（図４参照）へ電気的に接続させる接続部１１と、前記信号パターン８を診断装置本体と接続するためのケーブルに接続させる信号パターン端部１３と、前記ベースフィルム７の裏面に設けられたグランドパターン（図示せず）の接続部１２とで構成されている。
前記フレキシブル基板２の表面の所定位置には、周波数特性の異なる２種類の振動子素子１ａ，１ｂがそれぞれ交互に配列されている。このような構造を実現するため、フレキシブル基板２の表面に設けられた前記接続部１１と接続部１２との間隔は、図４に示される振動子素子１の上下両面に設けられた信号電極５及びグランド電極６の間隔に合わせて形成される。つまり、振動子素子の周波数特性の帯域を低く設定するときは、振動子素子の厚さは厚くなるので、信号電極５とグランド電極６との間隔は長くなる。逆に、配設される振動子素子の周波数特性の帯域を高く設定するときは、振動子素子の厚さは薄くなるので、信号電極５及びグランド電極６の間隔は短くなる。なお、第１の実施形態の超音波探触子では、周波数特性の異なる２種類の振動子素子１ａ，１ｂが上記フレキシブル基板２の表面の所定位置にそれぞれ交互に配列されるので、接続部１１と接続部１２との間隔は、長短交互に形成される。
このように振動子素子の周波数特性に合わせて形成されたフレキシブル基板２の表面には、接続部１１と接続部１２との間隔に等しい厚みを有した振動子素子がそれぞれ配列され、半田付け等により接続部１１，１２へ接続される。振動子素子をフレキシブル基板上に並べるには、半導体チップ部品等を基板上にマウントする技術を用いて実現することができ、また半田付けはリフロー炉等を用いれば容易に実現可能である。以上のようにして作製されたものを複数枚積層することにより、第１の実施形態による周波数特性が異なる２種類の振動子素子群が直交する二方向に配列されて構成された超音波探触子を作製することができる。
以上、本発明の超音波探触子の第１の実施形態について説明したが、図２、図３に示される第２、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、フレキシブル基板２の表面における接続部１１及び接続部１２の間隔は、振動子素子１の上下両面に設けられた信号電極５及びグランド電極６の間隔に合わせて形成される。
図６は、コンベックス型超音波探触子におけるフレキシブル基板２’の正面図である。このコンベックス型超音波探触子においても、図５に示されるリニアアレイ型用のフレキシブル基板２と同様に、フレキシブル基板２’は、フレキシブル基板２’の母体となるベースフィルム７’と、信号パターン８と、接続部１１，１２と、信号パターン端部１３とから構成されている。なお、上記ベースフィルム７’は上部が円弧状に形成されている。また、上記接続部１１及び接続部１２の配設間隔は振動子素子１の上下両面に設けられた信号電極５及びグランド電極６の間隔に合わせて形成されるが、振動子素子の配列位置を決める接続部１１及び接続部１２の位置は、ベースフィルム７’の上部の円弧に沿うように形成される。このように形成されたコンベックス型のフレキシブル基板２’上に振動子素子が配列されたものを複数枚積層させると、コンベックス型の２次元超音波探触子が形成される。
次に、本発明における超音波探触子の周波数特性について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、本発明の第１の実施形態で用いた周波数特性の異なる２種類の振動子素子１ａ，１ｂ（図１参照）の周波数特性を示すグラフである。このグラフは、２種類の振動子素子１ａ，１ｂが発生する超音波の周波数帯域に対する音響強度の関係を説明するもので、グラフにおける横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は音響強度である。符号Ａは振動子素子１ａの周波数特性を示し、符号Ｂは振動子素子１ｂの周波数特性を示している。前記２種類の振動子素子１ａ，１ｂにおいて、振動子素子１ａが有する周波数特性Ａに含まれるある周波数成分ｆ１に対し、振動子素子１ｂが有する周波数特性Ｂに含まれるある周波数成分ｆ２は整数倍、例えば２倍の周波数である。このように、前記２種類の振動子素子１ａ，１ｂが有する周波数特性Ａ，Ｂのうちのある成分ｆ１，ｆ２は整数倍の関係を有すようにすることにより、ハーモニックイメージングのための変調処理が容易になり、良好な超音波画像が形成される。また、本発明による超音波探触子は、周波数特性の異なる２種類の振動子素子１ａ，１ｂを備えているので、周波数特性が１種類のみの振動子素子を備えている超音波探触子よりその周波数帯域が広くなる。
次に図８を参照して、本発明の第２、第３の実施形態における超音波探触子の周波数特性を説明する。図８は周波数特性の異なる４種類の振動子素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周波数特性を示すグラフである。振動子素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周波数特性をそれぞれ符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示している。図８において、例えば、振動子素子１ａの周波数特性Ａの帯域を２〜４ＭＨｚとし、振動子素子１ｂの周波数特性Ｂの帯域を３〜６ＭＨｚとし、振動子素子１ｃの周波数特性Ｃの帯域を６〜９ＭＨｚとし、振動子素子１ｄの周波数特性Ｄの帯域を８〜１２ＭＨｚと仮定すると、各周波数帯域を重ね合わせることにより、２〜１２ＭＨｚの広い帯域の周波数特性が得られる。このように、周波数特性の異なる４種類の振動子素子群で構成された超音波探触子を用いると、被検体内から得られるエコー信号の帯域もそれに応じて広帯域化される。前記４種類の振動子素子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうち、１種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれる周波数成分がその整数倍の周波数成分を有すようにすることによりハーモニックイメージングのための変調処理が容易になり、良好な超音波画像が形成される。
以上のように本発明を用いると、周波性特性の異なる複数種類の振動子素子群を組み合わせることにより、用途に応じて超音波探触子の周波数特性を様々に設定することが可能となる。
次に、前述のように構成された超音波探触子を用いた超音波診断装置について説明する。図９は、明の第１の実施形態で説明された超音波探触子を用いた超音波診断装置を示すブロック図である。この超音波診断装置は、複数の振動子素子が２次元に配列され被検体に対し超音波を送受信する探触子２０と、超音波を発生させるためにこの探触子２０を駆動する送信部２１と、前記探触子２０で受信された反射エコーを電気信号に変換する受信部２２と、この受信部２２から出力された電気信号をＢモード信号に変換するＢモード処理部２３と、前記受信部２２から出力された信号をドプラ信号に変換するドプラ処理部２４と、前記Ｂモード処理部２３またはドプラ処理部２４からの信号を後述の表示部２６で表示される超音波画像情報に変換するデジタルスキャンコンバーター（以下「ＤＳＣ」と略称する）２５と、このＤＳＣ２５から出力された画像信号を表示する表示部２６とで構成されている。
この実施形態においては、前記探触子２０として、前述の図１に示した超音波探触子を用いたものである。すなわち、探触子２０は、振動子素子１ａから成る振動子群と振動子素子１ｂから成る振動子群を備えている。そして、前記２種類の振動子素子群１ａ，１ｂは、図７に示されるように、１種類の振動子素子群１ａが有する周波数特性Ａに含まれる周波数成分ｆ１に対し、他の種類の振動子素子群１ｂが有する周波数特性Ｂに含まれるある周波数成分ｆ２が整数倍である。そして、前記振動子素子群１ａは送信部２１に接続され、前記振動子素子群１ｂは受信部２２に接続されている。
このような構成により、前記探触子２０における振動素子群１ａから周波数特性Ａを有した超音波を被検体内へ送信し、周波数特性Ｂを有する振動子群１ｂで受信すると、送信周波数に対し整数倍の周波数を有した超音波を受信できる。したがって、受信されたエコー信号をハーモニックイメージング等のために変調処理することにより、被検体の診断部位が高分解能で明瞭な三次元超音波画像として表示される。また、前記探触子２０としては、図２、図３に示す第２、第３の実施形態を含むさまざまな超音波探触子が用いられ得るので、本発明の探触子を用いた超音波診断装置は、ハーモニックイメージング等の変調処理を最適に行うことができる。それゆえに、本発明によれば、より良好な三次元超音波画像を医師等へ提供することが可能となる。
図１０は、図９に示される超音波診断装置の第１の変形例を示すブロック図である。この実施形態における装置の全体構成は図１０に示される構成と似ているが、探触子２０を構成する２種類の振動子素子群１ａ，１ｂのうちの振動子素子群１ａが送信部２１に接続され、両方の振動子素子群が受信部２２に接続されている点が図９に示される構成と相違する。この実施の形態においては、周波数特性Ａを有した超音波が被検体内へ送信され、そのエコー信号は周波数特性Ａと周波数特性Ｂとが加算された周波数特性で受信される。したがって、周波数特性Ａによる画像と、周波数特性Ａに含まれるある周波数の整数倍の高調波の画像との合成画像が得られる。
図１１は、図９に示される超音波診断装置の第２の変形例を示すブロック図である。この実施形態における装置の全体構成は、これも図９に示される構成と似ているが、探触子２０を構成する２種類の振動子素子群１ａ，１ｂの両方が送信部２１に接続され、振動子素子群１ｂのみが受信部２２に接続されている点が相違する。この実施の形態においては、周波数特性Ａと周波数特性Ｂとが合成された広帯域の超音波が被検体内へ送信され、送信された周波数特性Ｂに対応したエコー信号と、周波数特性Ａに含まれるある周波数の整数倍の周波数のエコー信号とが併せて受信される。したがって、この実施形態によって、高調波の信号がより強調された画像が得られる。
図１２は、図９に示される超音波診断装置の第３の変形例を示すブロック図である。この実施形態における装置の全体構成は、図１０と図１１に示された実施形態を組み合わされたもので。探触子２０を構成する２種類の振動子素子群１ａ，１ｂの両方が送信部２１に接続され、且つその両方が受信部２２に接続されている。この実施形態においては、周波数特性Ａと周波数特性Ｂとが合成された広帯域の超音波が被検体内へで送信され、二つの周波数特性で受信も行われるので、被検体の浅い部分からのエコー信号は周波数特性Ａによって、また被検体の深い部分からのエコー信号は周波数特性Ｂによって受信されるので、被検体の浅い部分から深い部分までの良好な画像が得られる。また、この実施形態によれば、前記ハーモニックイメージングに適した信号をも同時に受信することができる。
なお、図９乃至図１２に示された実施形態は、図２及び図３に示された探触子を組み合わせた変形例として構成することが可能である。
以上のように、本発明においては、探触子を構成する２種類の振動子素子群のうちの一方または両方が、送信部または受信部に接続されているので、前記探触子は、超音波を送信及び受信する周波数帯域を基本波の周波数成分と高調波の周波数成分をカバーするように広い帯域に拡大することができる。したがって、超音波診断装置は、ハーモニックイメージング等の変調処理によって被検体の診断部位を分解能が高く明瞭な三次元超音波画像で表示することができる。
なお、上記実施の形態では探触子を二次元探触子として説明したが、本発明は１次元のアレー配列振動子へ適用した場合にも同様の効果が得られる。
また、前記実施例では振動子素子の幅と長さを周波数特性が異なっても同じにする例を説明したが、振動子素子の幅と長さを周波数特性毎に変更しても良い。例えば、周波数特性の帯域が低いものは振動子素子のサイズを小さくし、帯域が高いものは振動子素子のサイズを大きくする実施形態もあり得る。こうすることによって、探触子の高調波受信感度を向上することが可能となる。
以上説明したように、本発明の第１の発明によれば、２次元に配列される複数の振動子素子として、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子群を備えたことにより、単一の周波数特性を有する振動子素子を備えた探触子と比較し、より広帯域の周波数特性を有した探触子が実現できる。
また、本発明の探触子において、一種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分が整数倍の関係を持たせると、基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とを同時にまたは個別に受信する使用態様に適応することができる。
また、本発明の第２の発明によれば、超音波診断装置の探触子として第１の発明による超音波探触子を用いることにより、ハーモニックイメージングのための変調処理が容易に行えるようになり、被検体の診断部位が高分解能で、かつ明瞭な画像で表示される。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による超音波探触子の第１の実施形態を示す概略構成図である。図２は上記超音波探触子の第２の実施形態を示す概略構成図である。図３は上記超音波探触子の第３の実施形態を示す概略構成図である。図４は図１乃至図３に示される第１乃至第３の実施形態における超音波探触子を構成する振動子素子群の構造を示す断面図である。図５は図４に示される超音波探触子を構成するフレキシブル基板の正面図である。図６はコンベックス型の超音波探触子を構成するフレキシブル基板の正面図である。図７は本発明の第１の実施形態における２種類の振動子素子群から構成される超音波探触子の周波数特性を示すグラフである。図８は本発明の第２、第３の実施形態における４種類の振動子素子群から構成される超音波探触子の周波数特性を示すグラフである。図９は本発明の第１の実施形態における超音波探触子を用いた超音波診断装置を示すブロック図である。図１０は図９に示される超音波診断装置の第１の変形例を示すブロック図である。図１１は図９に示される超音波診断装置の第２の変形例を示すブロック図である。図１２は図９に示される超音波診断装置の第３の変形例を示すブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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