JP2011050571A - Ultrasonic probe, ultrasonograph, and ultrasonic transducer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the transmission and reception sensitivity of an ultrasonic transducer by eliminating the voltage drop of a detection signal due to cable transmission. <P>SOLUTION: The ultrasonic transducer (UT) 27 includes a first piezoelectric body 35, a second piezoelectric body 36, and first to fourth electrodes 37 to 40. Respective electrodes 37 to 40 are connected with first to fifth switches (SWa to SWe) 41 to 45. The first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are connected in parallel in ultrasonic transmission, and connected in series in receiving reflected waves. A reception amplifier 47 receives the reflected waves and amplifies a detection signal output from the first and second piezoelectric bodies 35 and 36. The reception amplifier 47 is directly connected with the second electrode 38 without interposing the transmission line of electric capacity. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波プローブおよび超音波診断装置、並びに超音波トランスデューサに関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe, an ultrasonic diagnostic apparatus, and an ultrasonic transducer.

超音波プローブを利用した医療診断が盛んに行われている。超音波プローブの先端には、超音波トランスデューサ(以下、UTと略す)が配されている。UTは、バッキング材、圧電体およびこれを挟む電極、音響整合層、および音響レンズから構成される。UTから被検体(人体)に超音波を照射し、被検体からの反射波をUTで受信する。これにより出力される検出信号を超音波観測器で電気的に処理することによって、超音波画像が得られる。   Medical diagnosis using an ultrasonic probe is actively performed. An ultrasonic transducer (hereinafter abbreviated as UT) is disposed at the tip of the ultrasonic probe. The UT includes a backing material, a piezoelectric body and electrodes sandwiching the piezoelectric body, an acoustic matching layer, and an acoustic lens. The subject (human body) is irradiated with ultrasonic waves from the UT, and the reflected wave from the subject is received by the UT. An ultrasonic image is obtained by electrically processing the detection signal output in this way with an ultrasonic observer.

また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能である。超音波断層画像を得る方法としては、UTを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式や、複数のUTをアレイ状に配列(以下、UTアレイという)し、駆動するUTを電子スイッチ等で選択的に切り替える電子スキャン走査方式が知られている。   It is also possible to obtain an ultrasonic tomographic image by irradiating while scanning with ultrasonic waves. As a method for obtaining an ultrasonic tomographic image, a mechanical scan scanning method in which a UT is mechanically rotated, rocked, or slid, or a plurality of UTs arranged in an array (hereinafter referred to as a UT array) and driven UTs are arranged. An electronic scan scanning method that is selectively switched by an electronic switch or the like is known.

被検体のより深部を高精細な画像で観察したいという要求が高まっている。この要求に応えるためには、UTの送受信感度を高めることが必要である。従来、UTの送受信感度を高めるための対策として、UTの部材の材料選定、最適化が行われてきた。例えば1−3複合圧電体や単結晶圧電体(PMN−PT、PZN−PT等)、積層圧電体を用いたり、音響整合層、音響レンズの音波減衰を低減させたりしている。また、別の対策として、UTに印加する電圧を上げて超音波の送信パワーを増大させることも考えられる。   There is an increasing demand for observing deeper portions of a subject with high-definition images. In order to meet this requirement, it is necessary to increase the transmission / reception sensitivity of the UT. Conventionally, as a measure for increasing the transmission / reception sensitivity of the UT, material selection and optimization of the UT member have been performed. For example, a 1-3 composite piezoelectric body, a single crystal piezoelectric body (PMN-PT, PZN-PT, etc.), a laminated piezoelectric body is used, or sound wave attenuation of an acoustic matching layer and an acoustic lens is reduced. As another countermeasure, it is conceivable to increase the transmission power of the ultrasonic wave by increasing the voltage applied to the UT.

しかしながら、前者の材料選定、最適化の対策は、改善がいきつくところまでいった感があり、その効果も頭打ちの状況である。現況では飛躍的なUTの送受信感度向上は見込めない。また、後者の超音波の送信パワーを増大させる対策は、人体への影響を考えると好ましくない。   However, the former material selection and optimization measures have felt that improvement has been striking, and the effects are at the peak. Under the present circumstances, a dramatic improvement in the transmission / reception sensitivity of UT cannot be expected. Further, the latter measure for increasing the transmission power of ultrasonic waves is not preferable in view of the influence on the human body.

特許文献1には、圧電体の電極を複数に分割した超音波プローブが開示されている。電極を分割したので、1個の圧電体を複数の圧電体として扱うことができ、超音波の送信時には複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続することで送受信感度の向上を達成している。   Patent Document 1 discloses an ultrasonic probe in which a piezoelectric electrode is divided into a plurality of parts. Since the electrodes are divided, one piezoelectric body can be handled as a plurality of piezoelectric bodies. When transmitting ultrasonic waves, connect multiple piezoelectric bodies in parallel, and when receiving reflected waves, connect them in series. Improvement has been achieved.

ところで、例えば腹部用の超音波プローブとして、UT1個あたりの静電容量Cz=150pFのものを一例として考える。いま、UTが出力した検出信号を超音波観測器に伝送するケーブルの静電容量Cc=200pF(1mあたり100pFの静電容量で長さが2mのケーブルを使用した場合を想定)とし、入力抵抗が無限大で超音波観測器の受信アンプで検出信号を受けたとする。また、UTが出力した検出信号の電圧をVutとする。このとき、受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Vaは、Va=Cz/(Cc+Cz)・Vutより、Va=150/(200+150)・Vut=0.43Vutとなる。   By the way, for example, an abdominal ultrasound probe having a capacitance Cz = 150 pF per UT is considered as an example. Now, the capacitance of the cable that transmits the detection signal output by the UT to the ultrasonic observation device is Cc = 200 pF (assuming that a cable with a capacitance of 100 pF per meter and a length of 2 m is used), and the input resistance Is infinite, and the detection signal is received by the receiving amplifier of the ultrasonic observer. The voltage of the detection signal output from the UT is Vut. At this time, the voltage Va of the detection signal observed at the input terminal of the receiving amplifier is Va = 150 / (200 + 150) · Vut = 0.43Vut from Va = Cz / (Cc + Cz) · Vut.

特許文献1のように、反射波の受信時に例えば2個の圧電体を直列接続した場合、その合成静電容量Cgは1/4・Czである。このときの受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Vbは、Vb=n・{Cg/(Cg+Cz)・Vut}(nは直列接続される圧電体の個数)より、Vb=2・{37.5/(37.5+200)・Vut}=0.32Vutとなる。   When, for example, two piezoelectric bodies are connected in series when a reflected wave is received as in Patent Document 1, the combined capacitance Cg is ¼ · Cz. The voltage Vb of the detection signal observed at the input terminal of the receiving amplifier at this time is Vb = n · {Cg / (Cg + Cz) · Vut} (n is the number of piezoelectric bodies connected in series). {37.5 / (37.5 + 200) · Vut} = 0.32 Vut.

複数の圧電体を直列接続しない場合の受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Va(=0.43Vut)よりも、複数の圧電体を直列接続した場合の電圧Vbのほうが低くなる。折角、複数の圧電体を直列接続して受信感度を向上させても、静電容量の低下によって電圧降下が起きてしまう。特許文献1では、複数の圧電体を直列接続して合成静電容量が低下したことに起因する検出信号の電圧降下の影響を軽減するため、UTとケーブルとの間にインピーダンス変換器を接続している。   The voltage Vb in the case where a plurality of piezoelectric bodies are connected in series is lower than the voltage Va (= 0.43 Vut) of the detection signal observed at the input terminal of the receiving amplifier when the plurality of piezoelectric bodies are not connected in series. Even when a plurality of piezoelectric bodies are connected in series to improve reception sensitivity, a voltage drop occurs due to a decrease in capacitance. In Patent Document 1, an impedance converter is connected between the UT and the cable in order to reduce the influence of the voltage drop of the detection signal caused by the combined capacitance being reduced by connecting a plurality of piezoelectric bodies in series. ing.

特開平03−110998号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-110998

しかしながら、特許文献1のようにUTとケーブルとの間にインピーダンス変換器を接続してインピーダンス整合を図るだけでは、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下を免れることは困難である。   However, it is difficult to avoid the voltage drop of the detection signal due to cable transmission only by connecting an impedance converter between the UT and the cable as in Patent Document 1 to achieve impedance matching.

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下をなくし、超音波トランスデューサの送受信感度をさらに向上させることにある。   The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to eliminate a voltage drop of a detection signal due to cable transmission and further improve transmission / reception sensitivity of an ultrasonic transducer.

本発明の超音波プローブは、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備えることを特徴とする。   An ultrasonic probe according to the present invention is connected to an ultrasonic transducer having a plurality of piezoelectric bodies arranged in a direction parallel to a transmission / reception surface of ultrasonic waves and reflected waves, and to each electrode sandwiching the plurality of piezoelectric bodies, and includes a plurality of piezoelectric elements. A changeover switch for switching the connection of the body in parallel or in series, a drive control means for operating the changeover switch so that a plurality of piezoelectric bodies are connected in parallel at the time of transmission of ultrasonic waves and connected in series at the time of reception of reflected waves; An amplifier that receives a reflected wave and amplifies a detection voltage output from a piezoelectric body, and includes an amplifier that is directly connected to an electrode of the piezoelectric body without passing through a capacitive transmission line.

前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の、送受波面に垂直な側面に配されていることが好ましい。この場合、前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の送受波面に垂直な側面に配されている。前記増幅器とともに前記切り替えスイッチを前記回路基板に実装してもよい。   It is preferable that the amplifier is disposed on a side surface perpendicular to the wave transmitting / receiving surface of the base material on which the piezoelectric body of the ultrasonic transducer is placed. In this case, the amplifier is mounted on a circuit board, and the circuit board is disposed on a side surface perpendicular to the wave transmitting / receiving surface of the base material. The changeover switch may be mounted on the circuit board together with the amplifier.

前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の内部に埋設されていることが好ましい。この場合、前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の内部に埋設されている。前記増幅器とともに前記切り替えスイッチを前記回路基板に実装してもよい。   The amplifier is preferably embedded in a base material on which the piezoelectric body of the ultrasonic transducer is placed. In this case, the amplifier is mounted on a circuit board, and the circuit board is embedded in the base material. The changeover switch may be mounted on the circuit board together with the amplifier.

前記台材に、前記増幅器の駆動熱を冷却する冷却機構を設けることが好ましい。なお、前記台材は、いわゆるバッキング材、またはバッキング材のさらに背面にある台座である。   It is preferable that a cooling mechanism for cooling the driving heat of the amplifier is provided on the base material. The base material is a so-called backing material or a pedestal on the back side of the backing material.

前記増幅器は、電圧帰還型や電荷蓄積型等が考えられる。   The amplifier may be a voltage feedback type or a charge storage type.

前記超音波トランスデューサは、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された構成を有する。前記駆動制御手段は、1個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記切り替えスイッチを動作させる。   The ultrasonic transducer has a plurality of piezoelectric bodies having different ultrasonic transmission capabilities and reflected wave reception sensitivities, and an electrode including a combined electrode that also serves as one upper surface electrode and the other lower surface electrode of an adjacent piezoelectric body, A plurality of piezoelectric bodies are connected in series by the electrodes. The drive control means applies a drive voltage to electrodes other than one piezoelectric element via an electrode to generate an ultrasonic wave, receives a reflected wave, and detects a detection voltage output from the piezoelectric elements for all the piezoelectric elements. The changeover switch is operated so that the minute addition is performed.

なお、「超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体」とは、複数の圧電体の1個1個が互いに異なる場合と、複数の圧電体のうち、少なくとも1個が他と異なる場合を含む。   Note that “a plurality of piezoelectric bodies having different ultrasonic transmission capabilities and reflected wave reception sensitivities” means that each of the plurality of piezoelectric bodies is different from each other and at least one of the plurality of piezoelectric bodies. Includes cases that are different from others.

複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線と平行な同じ方向に分極されている。また、複数の圧電体は、等価圧電定数d33、電圧出力係数g33、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なる。 The plurality of piezoelectric bodies are polarized in the same direction parallel to the normal line of the transmission / reception surface of ultrasonic waves and reflected waves. In addition, the plurality of piezoelectric bodies have different equivalent piezoelectric constants d 33 , voltage output coefficients g 33 , or different area ratios of the transmission and reception surfaces of ultrasonic waves and reflected waves.

直列接続の一方の端の第1圧電体と、前記第1圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第2圧電体と、前記第1圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサとを備えることが好ましい。前記増幅器は、前記第2圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、前記切り替えスイッチは、前記第1圧電体、前記第2圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン/オフを切り替える。前記駆動制御手段は、前記第2圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させる。   The first piezoelectric body at one end of the series connection and the serial connection having a lower ultrasonic wave transmission capability and higher reflected wave reception sensitivity than the first piezoelectric body, and a lower area ratio of the transmission / reception surface of the ultrasonic wave and reflected wave It is preferable that a second piezoelectric body at the other end of the first piezoelectric element and a pulsar connected to an electrode that is not a dual-purpose electrode of the first piezoelectric body to supply a driving voltage. The amplifier is connected to an electrode that is not a dual-purpose electrode of the second piezoelectric body, and the changeover switch turns on / off connection of the first piezoelectric body, the electrode of the second piezoelectric body, the pulser, and the amplifier. Switch. The drive control means operates the changeover switch so that a drive voltage is applied to a piezoelectric body other than the second piezoelectric body and a sum of detection signals from all the piezoelectric bodies is input to the amplifier.

前記第2圧電体は、前記第1圧電体よりも等価圧電定数d33が低く、電圧出力係数g33が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さい。例えば、前記第1圧電体はソフト・リラクサー系、前記第2圧電体はハード系の圧電セラミックスである。 It said second piezoelectric body, wherein the low equivalent piezoelectric constant d 33 than the first piezoelectric element, a high voltage output coefficient g 33, the area ratio of the transmitting and receiving surface of the ultrasonic and the reflected wave is small. For example, the first piezoelectric body is a soft relaxor system, and the second piezoelectric body is a hard piezoelectric ceramic.

前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されている。この場合、圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするA/D変換器と、検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることが好ましい。   The ultrasonic transducers are arranged in a plurality of arrays. In this case, a pulser that supplies a driving voltage to the piezoelectric body, scanning control means that drives the pulser to scan ultrasonic waves, and an A / D converter that uses the detection voltage amplified by the amplifier as a digital detection signal And signal processing means for executing signal processing for generating an ultrasonic image from the detection signal, and main control means for comprehensively controlling each part.

超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えてもよい。さらに、各部に電源を供給する電源供給手段と、超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えてもよい。   You may provide the multiplexer which selectively switches the said ultrasonic transducer which transmits / receives an ultrasonic wave and a reflected wave. Furthermore, a power supply unit that supplies power to each unit and a wireless transmission unit that wirelessly transmits a detection signal after signal processing to an ultrasonic observation device that displays an ultrasonic image may be provided.

本発明の超音波診断装置は、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備える超音波プローブと、前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからなることを特徴とする。   An ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is connected to an ultrasonic transducer having a plurality of piezoelectric bodies arranged in a direction parallel to a transmission / reception surface of ultrasonic waves and reflected waves, and each electrode sandwiching the plurality of piezoelectric bodies, A changeover switch for switching the connection of the piezoelectric bodies in parallel or in series, and a drive control means for operating the changeover switch so that a plurality of piezoelectric bodies are connected in parallel when transmitting ultrasonic waves and connected in series when receiving reflected waves; An ultrasonic probe that receives a reflected wave and amplifies a detection voltage output from the piezoelectric body, and includes an electrode directly connected to the piezoelectric body electrode without passing through a capacitive transmission line; The ultrasonic probe is connected to the ultrasonic probe and displays an ultrasonic image.

本発明の超音波トランスデューサは、超音波および反射波を送受波する圧電体と、前記圧電体が載置される台材と、前記台材に埋設され、反射波を受信して前記圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器とを備えることを特徴とする。   The ultrasonic transducer of the present invention includes a piezoelectric body that transmits and receives ultrasonic waves and reflected waves, a base material on which the piezoelectric body is placed, and embedded in the base material, and receives reflected waves from the piezoelectric body. And an amplifier that amplifies the output detection voltage.

本発明によれば、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続して検出信号の和を受信アンプに入力させ、受信アンプを超音波トランスデューサの圧電体の電極に直接接続するので、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下がなくなり、超音波トランスデューサの送受信感度をさらに向上させることができる。   According to the present invention, when transmitting ultrasonic waves, a plurality of piezoelectric bodies are connected in parallel, and when receiving reflected waves, they are connected in series so that the sum of detection signals is input to the receiving amplifier, and the receiving amplifier is connected to the piezoelectric transducer piezoelectric transducer. Since it is directly connected to the body electrode, the voltage drop of the detection signal due to cable transmission is eliminated, and the transmission / reception sensitivity of the ultrasonic transducer can be further improved.

超音波診断装置の構成を示す外観図である。It is an external view which shows the structure of an ultrasonic diagnosing device. 超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of an ultrasonic transducer array. 超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of an ultrasonic transducer. (A)超音波の送信時および(B)反射波の受信時の超音波トランスデューサの等価回路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the equivalent circuit of the ultrasonic transducer at the time of (A) at the time of transmission of an ultrasonic wave, and (B) at the time of reception of a reflected wave. 超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of an ultrasonic diagnosing device. バッキング材の側面に受信アンプ付きフレキシブルプリント基板を配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the ultrasonic transducer which has arrange | positioned the flexible printed circuit board with a receiving amplifier on the side surface of the backing material. バッキング材の内部に受信アンプを配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the ultrasonic transducer which has arrange | positioned receiving amplifier inside the backing material. バッキング材の内部に受信アンプ付きフレキシブルプリント基板を配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the ultrasonic transducer which has arrange | positioned the flexible printed circuit board with a receiving amplifier inside the backing material. 冷却機構を設けた超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the composition of the ultrasonic transducer which provided the cooling mechanism. 別の例の超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical constitution of the ultrasonic diagnostic apparatus of another example. マルチプレクサを接続したさらに別の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another example which connected the multiplexer. 超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体を有する超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the composition of the ultrasonic transducer which has a plurality of piezoelectric bodies from which the transmission capacity of ultrasonic waves and the reception sensitivity of reflected waves differ. (A)超音波の送信時および(B)反射波の受信時の図12に示す超音波トランスデューサの等価回路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the equivalent circuit of the ultrasonic transducer shown in FIG. 12 at the time of (A) at the time of transmission of an ultrasonic wave, and (B) at the time of reception of a reflected wave.

図1において、超音波診断装置2は、携帯型超音波観測器10と体外式の超音波プローブ11とで構成される。携帯型超音波観測器10は、装置本体12とカバー13とからなる。装置本体12の上面には、携帯型超音波観測器10に種々の操作指示を入力するための複数のボタンやトラックボールが設けられた操作部14が配されている。カバー13の内面には、超音波画像をはじめとして様々な操作画面を表示するモニタ15が設けられている。   In FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus 2 includes a portable ultrasonic observation device 10 and an external ultrasonic probe 11. The portable ultrasonic observation device 10 includes an apparatus main body 12 and a cover 13. On the upper surface of the apparatus body 12, an operation unit 14 provided with a plurality of buttons and a trackball for inputting various operation instructions to the portable ultrasonic observation device 10 is arranged. A monitor 15 for displaying various operation screens including an ultrasonic image is provided on the inner surface of the cover 13.

カバー13は、ヒンジ16を介して装置本体12に取り付けられており、操作部14とモニタ15とを露呈させる図示する開き位置と、装置本体12の上面とカバー13の内面を対面させて、操作部14とモニタ15を互いに覆って保護する閉じ位置(図示せず)との間で回動自在である。装置本体12の側面には、グリップ(図示せず)が取り付けられており、装置本体12とカバー13を閉じた状態で携帯型超音波観測器10を持ち運ぶことができる。装置本体12のもう一方の側面には、超音波プローブ11が着脱自在に接続されるプローブ接続部17が設けられている。   The cover 13 is attached to the apparatus main body 12 via a hinge 16, and the opening position shown in the figure that exposes the operation unit 14 and the monitor 15, the upper surface of the apparatus main body 12, and the inner surface of the cover 13 face each other. It is rotatable between a closed position (not shown) that covers and protects the unit 14 and the monitor 15. A grip (not shown) is attached to the side surface of the apparatus main body 12, and the portable ultrasonic observer 10 can be carried with the apparatus main body 12 and the cover 13 closed. A probe connecting portion 17 to which the ultrasonic probe 11 is detachably connected is provided on the other side surface of the apparatus main body 12.

超音波プローブ11は、術者が把持して被検体にあてがう走査ヘッド18と、プローブ接続部17に接続されるコネクタ19と、これらを繋ぐケーブル20とからなる。走査ヘッド18の先端部には、超音波トランスデューサアレイ(以下、UTアレイと略す)21が内蔵されている。   The ultrasonic probe 11 includes a scanning head 18 held by an operator and applied to a subject, a connector 19 connected to the probe connecting portion 17, and a cable 20 connecting them. An ultrasonic transducer array (hereinafter abbreviated as UT array) 21 is built in the tip of the scanning head 18.

図2において、UTアレイ21は、ガラス−エポキシ樹脂等の平板状の台座25上に、バッキング材26、超音波トランスデューサ(以下、UTと略す)27、音響整合層28a、28b、および音響レンズ29が順次積層された構造を有する。   In FIG. 2, the UT array 21 includes a backing material 26, an ultrasonic transducer (hereinafter abbreviated as UT) 27, acoustic matching layers 28 a and 28 b, and an acoustic lens 29 on a flat base 25 made of glass-epoxy resin or the like. Are sequentially stacked.

バッキング材26は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなり、UT27から台座25側に発せられる超音波を吸収する。バッキング材26は、エレベーション方向(以下、EL方向と略す)に垂直な断面が略蒲鉾様に形成された凸状である(図1も参照)。   The backing material 26 is made of, for example, epoxy resin or silicone resin, and absorbs ultrasonic waves emitted from the UT 27 toward the pedestal 25 side. The backing material 26 has a convex shape in which a cross section perpendicular to the elevation direction (hereinafter abbreviated as EL direction) is formed in a substantially bowl shape (see also FIG. 1).

UT27は、EL方向に長い短冊状をしており、EL方向と直交するアジマス方向(以下、AZ方向と略す)に複数等間隔で配列されている。各UT27の隙間およびその周囲には、充填材30が充填されている。   The UT 27 has a long strip shape in the EL direction, and is arranged at a plurality of equal intervals in the azimuth direction (hereinafter abbreviated as AZ direction) orthogonal to the EL direction. Fillers 30 are filled in the gaps of the respective UTs 27 and the periphery thereof.

音響整合層28a、28bは、UT27と被検体との間の音響インピーダンスの差異を緩和するために設けられている。音響レンズ29は、シリコーン樹脂等からなり、UT27から発せられる超音波を被検体内の被観察部位に向けて集束させる。なお、音響レンズ29は無くてもよく、音響レンズ29の代わりに保護層を設けてもよい。後述する第1電極37とパルサ46との間に遅延線を設け、励振パルスをUT27に与えるタイミングをずらすことで、電気的に超音波を集束させてもよい。   The acoustic matching layers 28a and 28b are provided to alleviate the difference in acoustic impedance between the UT 27 and the subject. The acoustic lens 29 is made of silicone resin or the like, and focuses an ultrasonic wave emitted from the UT 27 toward an observation site in the subject. The acoustic lens 29 may not be provided, and a protective layer may be provided instead of the acoustic lens 29. A delay line may be provided between the first electrode 37 and the pulser 46 described later, and the ultrasonic wave may be electrically focused by shifting the timing at which the excitation pulse is applied to the UT 27.

図3において、UT27は、第1圧電体35、第2圧電体36、および第1、第2、第3、第4電極37、38、39、40から構成される。(台座25、音響整合層28a、28b、および音響レンズ29は図示せず)。   In FIG. 3, the UT 27 includes a first piezoelectric body 35, a second piezoelectric body 36, and first, second, third, and fourth electrodes 37, 38, 39, and 40. (The pedestal 25, the acoustic matching layers 28a and 28b, and the acoustic lens 29 are not shown).

第1、第2圧電体35、36は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)系の同じ材質からなる圧電セラミックスである。第1、第2圧電体35、36は、ともに同じ方向(矢印で示す下から上の方向)に分極している。   The first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are piezoelectric ceramics made of the same material such as PZT (lead zirconate titanate). Both the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are polarized in the same direction (from the bottom to the top indicated by arrows).

第1、第2圧電体35、36は、AZ方向に平行な線で分断されている。第1、第2圧電体35、36のEL方向の長さは同じであり、従ってその上面である送受波面の面積も同じである。   The first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are divided by a line parallel to the AZ direction. The lengths of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 in the EL direction are the same, and therefore the area of the wave transmitting / receiving surface which is the upper surface thereof is also the same.

第1、第2電極37、38はそれぞれ、第1、第2圧電体35、36の上面電極であり、第3、第4電極39、40はそれぞれ、第1、第2圧電体35、36の下面電極である。第1、第2電極37、38は、第1、第2圧電体35、36の分断箇所で略直角に曲げられて、バッキング材26と台座25の内部を貫通し、台座25の下面まで設けられている。第3、第4電極39、40は、第1、第2圧電体35、36の上面から、バッキング材26と台座25の側面に沿って下方に延び、台座25の下面まで設けられている。第1、第2圧電体35、36の外側面および第1、第2圧電体35、36の分断箇所には、充填材30が充填されている。   The first and second electrodes 37 and 38 are upper surface electrodes of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36, respectively. The third and fourth electrodes 39 and 40 are first and second piezoelectric bodies 35 and 36, respectively. The lower surface electrode. The first and second electrodes 37 and 38 are bent at a substantially right angle at the divided portions of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36, penetrate the inside of the backing material 26 and the pedestal 25, and are provided up to the lower surface of the pedestal 25. It has been. The third and fourth electrodes 39 and 40 extend downward from the upper surfaces of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 along the side surfaces of the backing material 26 and the pedestal 25, and are provided up to the lower surface of the pedestal 25. Fillers 30 are filled in the outer surfaces of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 and the divided portions of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36.

第1〜第4電極37〜40には、第1、第2、第3、第4、第5スイッチ(以下、SWa、SWb、SWc、SWd、SWeという)41、42、43、44、45がそれぞれ接続されている。より詳しくは、第1電極37の一端にSWa41、第2電極38の一端にSWb42、第1、第2電極37、38の他端にSWc43がそれぞれ接続され、第3、第4電極39、40の一端にSWd44、第4電極40の一端にSWe45がそれぞれ接続されている。SWc〜SWe43〜45は台座25の下面に配され、下面の各電極37〜40の延設部分と接続している。   First, second, third, fourth, and fifth switches (hereinafter referred to as SWa, SWb, SWc, SWd, and SWe) 41, 42, 43, 44, and 45 are provided on the first to fourth electrodes 37 to 40, respectively. Are connected to each other. More specifically, SWa 41 is connected to one end of the first electrode 37, SWb 42 is connected to one end of the second electrode 38, and SWc 43 is connected to the other end of the first and second electrodes 37, 38, respectively. SWd44 and one end of the fourth electrode 40 are connected to one end of SWd44. SWc-SWe43-45 are distribute | arranged to the lower surface of the base 25, and are connected with the extension part of each electrode 37-40 of a lower surface.

SWa41、SWb42はそれぞれ、第1電極37とパルサ46、第2電極38と電圧帰還型または電荷蓄積型の受信アンプ47の接続をオン/オフする。SWc43、SWd44は二股のスイッチであり、SWc43は第1電極37と第2電極38または第4電極40とを選択可能に繋ぎ、SWd44は第3電極39と第4電極40またはグランドとを選択可能に繋ぐ。SWc43、SWd44は、第4電極40に繋がる出力端子が共通となっており、2入力3出力のスイッチを構成する。SWe45は、第4電極40とグランドの接続をオン/オフする。第2電極38、SWb42、および受信アンプ47は、電気容量性の伝送線路を介さずに互いに直接接続されている。   SWa41 and SWb42 turn on / off the connection of the first electrode 37 and the pulser 46, and the second electrode 38 and the voltage feedback type or charge storage type reception amplifier 47, respectively. SWc43 and SWd44 are bifurcated switches. SWc43 connects the first electrode 37 and the second electrode 38 or the fourth electrode 40 so that they can be selected. SWd44 can select the third electrode 39 and the fourth electrode 40 or the ground. Connect to. SWc43 and SWd44 have a common output terminal connected to the fourth electrode 40, and constitute a switch with two inputs and three outputs. The SWe 45 turns on / off the connection between the fourth electrode 40 and the ground. The second electrode 38, the SWb 42, and the reception amplifier 47 are directly connected to each other without passing through the capacitive transmission line.

表1に示すように、SWa〜SWe41〜45は、超音波の送信時と反射波の受信時で選択状態が変わる。超音波の送信時、SWa41はオン、SWb42はオフとなる。SWc43は第2電極38側に倒され、SWd44は第4電極40側に倒される。また、SWe45はオンとなる。図3に示す状態と同じである。この場合の等価回路は、図4(A)に示すようになる。すなわち、パルサ46、第1電極37、第2電極38が繋がれ、第3電極39、第4電極40、グランドが繋がれる。そして、第1、第2電極37、38と第3、第4電極39、40に挟まれた第1、第2圧電体35、36にパルサ46からの励振パルス(駆動電圧)が印加され、第1、第2圧電体35、36の上面から超音波(点線矢印で示す)が発せられる。   As shown in Table 1, the selection states of SWa to SWe41 to 45 change depending on whether the ultrasonic wave is transmitted or the reflected wave is received. When transmitting an ultrasonic wave, SWa41 is turned on and SWb42 is turned off. SWc43 is tilted to the second electrode 38 side, and SWd44 is tilted to the fourth electrode 40 side. Also, SWe45 is turned on. This is the same as the state shown in FIG. An equivalent circuit in this case is as shown in FIG. That is, the pulser 46, the first electrode 37, and the second electrode 38 are connected, and the third electrode 39, the fourth electrode 40, and the ground are connected. Then, an excitation pulse (driving voltage) from the pulser 46 is applied to the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 sandwiched between the first and second electrodes 37 and 38 and the third and fourth electrodes 39 and 40. Ultrasonic waves (indicated by dotted arrows) are emitted from the upper surfaces of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36.

一方、反射波の受信時、SWa41はオフ、SWb42はオンとなる。SWc43は第4電極38側に倒され、SWd44はグランド側に倒される。また、SWe45はオフとなる。この場合の等価回路は、図4(B)に示すように、第2電極38と受信アンプ47が繋がれる。そして、第1電極37と第4電極38が繋がれ、第3電極39とグランドが繋がれる。第1、第2圧電体35、36は、各電極37〜40によって受信アンプ47に直列接続される。第1、第2圧電体35、36の上面に反射波(点線矢印で示す)が入射すると、これに応じた検出信号(検出電圧)が第1、第2圧電体35、36から出力される。第1、第2圧電体35、36は、ともに矢印で示す同じ方向に分極しているため、各検出信号も同極性で打ち消し合わない。また、第1、第2圧電体35、36は直列接続されているため、第2電極38、SWb42を介して受信アンプ47に入力される検出信号は、第1、第2圧電体35、36から出力された各検出信号の和である。   On the other hand, when the reflected wave is received, SWa41 is turned off and SWb42 is turned on. SWc43 is tilted to the fourth electrode 38 side, and SWd44 is tilted to the ground side. Also, SWe45 is turned off. In the equivalent circuit in this case, as shown in FIG. 4B, the second electrode 38 and the reception amplifier 47 are connected. The first electrode 37 and the fourth electrode 38 are connected, and the third electrode 39 and the ground are connected. The first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are connected in series to the reception amplifier 47 by the electrodes 37 to 40. When reflected waves (indicated by dotted arrows) are incident on the upper surfaces of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36, detection signals (detection voltages) corresponding to the reflected waves are output from the first and second piezoelectric bodies 35 and 36. . Since the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are both polarized in the same direction indicated by the arrows, the detection signals do not cancel out with the same polarity. Further, since the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are connected in series, the detection signal input to the reception amplifier 47 via the second electrode 38 and SWb 42 is the first and second piezoelectric bodies 35 and 36. Is the sum of the detection signals output from.

Figure 2011050571
Figure 2011050571

図5において、受信アンプ47にはレシーバ50が接続され、レシーバ50にはA/D変換器(以下、A/Dと略す)51が接続されている。レシーバ50は、受信アンプ47で増幅された検出信号を受信する。A/D51は、レシーバ50からの検出信号にデジタル変換を施し、検出信号をデジタル化する。このレシーバ50、A/D51と、前述のパルサ46、受信アンプ47は、ここでは1組しか図示していないが、1個のUT27に対して1個ずつ、つまりUT27の個数分設けられている。   In FIG. 5, a receiver 50 is connected to the reception amplifier 47, and an A / D converter (hereinafter abbreviated as A / D) 51 is connected to the receiver 50. The receiver 50 receives the detection signal amplified by the reception amplifier 47. The A / D 51 performs digital conversion on the detection signal from the receiver 50 and digitizes the detection signal. Only one set of the receiver 50, the A / D 51, the pulsar 46, and the reception amplifier 47 is shown here, but one set is provided for each UT 27, that is, the number of the UTs 27. .

パルサ46は、CPU52の制御の下、走査制御部53によって駆動制御される。走査制御部53は、複数のパルサ46の中から、駆動させるパルサ46を選択して、これを所定の時間間隔で順次切り替える。具体的には、例えばUT27が128個配されている場合、128個のUT27のうち、隣接する48個のUT27を1つのブロックとして各UT27に任意の遅延差を与えて駆動させるように選択し、超音波および反射波の1回の送受信毎に、駆動させるUT27を1〜数個ずつずらす。パルサ46は、走査制御部53から送信される駆動信号に基づいて、UT27に超音波を発生させるための励振パルスを送信する。   The pulser 46 is driven and controlled by the scanning control unit 53 under the control of the CPU 52. The scanning control unit 53 selects the pulsar 46 to be driven from the plurality of pulsars 46, and sequentially switches them at a predetermined time interval. Specifically, for example, when 128 UTs 27 are arranged, among the 128 UTs 27, the adjacent 48 UTs 27 are selected as one block so that each UT 27 is driven with an arbitrary delay difference. The UT 27 to be driven is shifted by one to several for each transmission / reception of the ultrasonic wave and the reflected wave. The pulser 46 transmits an excitation pulse for causing the UT 27 to generate an ultrasonic wave based on the drive signal transmitted from the scanning control unit 53.

また、走査制御部53は、SWa〜SWe41〜45のスイッチング動作を制御する。   Further, the scanning control unit 53 controls the switching operation of SWa to SWe41 to 45.

A/D51は、ビームフォーマ(以下、BFと略す)54と接続している。BF54は、A/D51でデジタル化された検出信号に対して、位相整合演算を施す。検波Log圧縮回路55は、BF54から出力される検出信号の振幅を検波し、Log圧縮を施す。検波Log圧縮回路55から出力された検出信号は、メモリ(図示せず)に一旦格納される。   The A / D 51 is connected to a beam former (hereinafter abbreviated as BF) 54. The BF 54 performs a phase matching operation on the detection signal digitized by the A / D 51. The detection log compression circuit 55 detects the amplitude of the detection signal output from the BF 54 and performs log compression. The detection signal output from the detection log compression circuit 55 is temporarily stored in a memory (not shown).

携帯型超音波観測器10は、デジタルスキャンコンバータ(以下、DSCと略す)60を有する。DSC60は、コネクタ19、プローブ接続部17等を介して超音波プローブ11のメモリからデジタルの検出信号を受け取る。DSC60は、CPU61の制御の下、検出信号をテレビ信号に変換する。DSC60で変換されたテレビ信号は、D/A変換器(図示せず)でD/A変換が施され、モニタ15に超音波画像として表示される。   The portable ultrasonic observer 10 has a digital scan converter (hereinafter abbreviated as DSC) 60. The DSC 60 receives a digital detection signal from the memory of the ultrasonic probe 11 via the connector 19, the probe connection unit 17, and the like. The DSC 60 converts the detection signal into a television signal under the control of the CPU 61. The television signal converted by the DSC 60 is D / A converted by a D / A converter (not shown) and displayed on the monitor 15 as an ultrasonic image.

CPU61は、携帯型超音波観測器10の各部の動作を統括的に制御する。CPU61は、操作部14からの操作入力信号に基づいて各部を動作させる。また、CPU61は、電源供給部62を駆動制御し、超音波プローブ11への電源供給を行わせる。   The CPU 61 comprehensively controls the operation of each part of the portable ultrasonic observation device 10. The CPU 61 operates each unit based on an operation input signal from the operation unit 14. Further, the CPU 61 controls the power supply unit 62 to supply power to the ultrasonic probe 11.

上記構成を有する超音波診断装置2の作用について説明する。まず、超音波プローブ11のコネクタ19を携帯型超音波観測器10のプローブ接続部17に挿入固定し、携帯型超音波観測器10と超音波プローブ11の電気的機械的接続を得る。そして、操作部14を操作して携帯型超音波観測器10の電源を立ち上げるとともに、電源供給部62から超音波プローブ11に電源を供給する。術者は、超音波プローブ11の走査ヘッド18を被検体に押し当てながら、携帯型超音波観測器10のモニタ15に表示される超音波画像を観察して診断を行う。   The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus 2 having the above configuration will be described. First, the connector 19 of the ultrasonic probe 11 is inserted and fixed to the probe connecting portion 17 of the portable ultrasonic observation device 10 to obtain an electrical mechanical connection between the portable ultrasonic observation device 10 and the ultrasonic probe 11. Then, the operation unit 14 is operated to turn on the power of the portable ultrasonic observation device 10, and power is supplied from the power supply unit 62 to the ultrasonic probe 11. The surgeon makes a diagnosis by observing the ultrasonic image displayed on the monitor 15 of the portable ultrasonic observation device 10 while pressing the scanning head 18 of the ultrasonic probe 11 against the subject.

超音波プローブ11では、走査制御部53によって選択されたパルサ46からUT27に励振パルスが送信され、UT27から被検体に超音波が照射される。走査制御部53により駆動されるパルサ46は、超音波および反射波の1回の送受信毎に順次切り替えられる。これにより被検体に超音波が走査される。   In the ultrasonic probe 11, an excitation pulse is transmitted from the pulser 46 selected by the scanning control unit 53 to the UT 27, and the subject is irradiated with ultrasonic waves from the UT 27. The pulser 46 driven by the scanning control unit 53 is sequentially switched every time transmission / reception of ultrasonic waves and reflected waves is performed. Thereby, ultrasonic waves are scanned on the subject.

このとき、走査制御部53により、超音波を照射するUT27のSWa41がオン、SWb42がオフされる。また、SWc43が第2電極38側に倒され、SWd44が第4電極40側に倒される。さらに、SWe45がオンされる。パルサ46からの励振パルスは、各電極37〜40を介して第1、第2圧電体35、36に印加され、第1、第2圧電体35、36から被検体に向けて超音波が発せられる。   At this time, the scanning control unit 53 turns on SWa41 of the UT 27 that emits ultrasonic waves and turns off SWb42. Further, SWc43 is tilted toward the second electrode 38, and SWd44 is tilted toward the fourth electrode 40. Further, SWe45 is turned on. The excitation pulse from the pulser 46 is applied to the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 via the electrodes 37 to 40, and ultrasonic waves are emitted from the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 toward the subject. It is done.

第1、第2圧電体35、36から発せられた超音波は被検体で反射され、その反射波に応じた検出信号がUT27から出力される。このとき、走査制御部53により、反射波を受信するUT27のSWa41がオフ、SWb42がオンされる。また、SWc43が第4電極38側に倒され、SWd44がグランド側に倒される。さらに、SWe45がオフされる。各電極37〜40によって、第1、第2圧電体35、36が受信アンプ47に直列接続される。受信アンプ47には、第1、第2圧電体35、36から出力された各検出信号の和が入力される。   The ultrasonic waves emitted from the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are reflected by the subject, and a detection signal corresponding to the reflected waves is output from the UT 27. At this time, the scanning control unit 53 turns off SWa41 of the UT 27 that receives the reflected wave, and turns on SWb42. Further, SWc43 is tilted to the fourth electrode 38 side, and SWd44 is tilted to the ground side. Furthermore, SWe45 is turned off. The first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are connected in series to the reception amplifier 47 by the electrodes 37 to 40. The reception amplifier 47 receives the sum of the detection signals output from the first and second piezoelectric bodies 35 and 36.

UT27からの検出信号は、受信アンプ47で増幅された後、レシーバ50に受信され、A/D51でA/D変換されてデジタル化される。A/D51でデジタル化された検出信号は、BF54に送られてBF54で位相整合演算され、さらに検波Log圧縮回路55で検波、Log圧縮された後、メモリに一旦格納される。   The detection signal from the UT 27 is amplified by the reception amplifier 47, received by the receiver 50, A / D converted by the A / D 51, and digitized. The detection signal digitized by the A / D 51 is sent to the BF 54, subjected to phase matching calculation by the BF 54, further detected and Log compressed by the detection Log compression circuit 55, and then temporarily stored in the memory.

検波、Log圧縮後の検出信号は、コネクタ19、プローブ接続部17等を介して携帯型超音波観測器10のDSC60に送信され、DSC60でテレビ信号に変換される。DSC60で変換されたテレビ信号は、D/A変換されてモニタ15に超音波画像として表示される。   The detection signal after detection and log compression is transmitted to the DSC 60 of the portable ultrasonic observation device 10 via the connector 19 and the probe connection unit 17 and the like, and is converted into a television signal by the DSC 60. The television signal converted by the DSC 60 is D / A converted and displayed on the monitor 15 as an ultrasonic image.

以上説明したように、超音波の送信時は第1、第2圧電体35、36を並列接続し、反射波の受信時は直列接続して検出信号の和を受信アンプ47に入力させるので、送受信感度を向上させることができる。受信アンプ47をUT27の直近に配置して、第2電極38、SWb42、および受信アンプ47を互いに直接接続するので、伝送線路による電圧降下を低減することができる。   As described above, when transmitting ultrasonic waves, the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are connected in parallel, and when receiving reflected waves, they are connected in series and the sum of detection signals is input to the reception amplifier 47. Transmission / reception sensitivity can be improved. Since the reception amplifier 47 is disposed in the immediate vicinity of the UT 27 and the second electrode 38, the SWb 42, and the reception amplifier 47 are directly connected to each other, a voltage drop due to the transmission line can be reduced.

上記実施形態では、第1、第2圧電体35、36の2個の圧電体を有するUT27を例示したが、圧電体の個数は2個以上でもよい。圧電体の個数が増えると、直列接続したときの合成静電容量はさらに低下する。このため、伝送線路による電圧降下をさらに低減する必要がある。この対策として、受信アンプ47をUT27のさらに近くに配置することが考えられる。   In the above-described embodiment, the UT 27 having the two piezoelectric bodies of the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 is illustrated, but the number of piezoelectric bodies may be two or more. As the number of piezoelectric bodies increases, the combined capacitance when connected in series further decreases. For this reason, it is necessary to further reduce the voltage drop due to the transmission line. As a countermeasure against this, it is conceivable to arrange the reception amplifier 47 closer to the UT 27.

図6〜図8に示すUT70、75、80は、受信アンプ47との間をさらに近付けるための対策を講じたものである。なお、図6〜図8の例は、その構造が上記実施形態と異なるだけで、超音波の送信時と反射波の受信時のSWa〜SWe41〜45の選択状態は、表1と同じである。   The UTs 70, 75, and 80 shown in FIGS. 6 to 8 are provided with measures for further approaching the reception amplifier 47. 6 to 8 are different from the above embodiment only in the structure, and the selection states of SWa to SWe 41 to 45 at the time of transmission of ultrasonic waves and reception of reflected waves are the same as those in Table 1. .

図6に示すUT70は、その側面にポリイミド等のフレキシブルプリント基板(以下、FPCという)71が取り付けられている。FPC71は、第2圧電体35の側面を埋める充填材30の側面からバッキング材26の上部側面にかけて配置されている。   The UT 70 shown in FIG. 6 has a flexible printed circuit board (hereinafter referred to as FPC) 71 made of polyimide or the like attached to its side surface. The FPC 71 is arranged from the side surface of the filler 30 filling the side surface of the second piezoelectric body 35 to the upper side surface of the backing material 26.

第2電極38は、上記実施形態よりも側面に向けて長く形成され、その一端が下方に鉤の手状に曲げられている。FPC71は、第2電極38の鉤の手状の屈曲部分とグランドにハンダ等で接続されている。点線の丸囲いで示すように、FPC71には、SWb42と受信アンプ47が実装されている。上記実施形態と同様、SWb42は第2電極38に、受信アンプ47のグランド端子はグランドにそれぞれ接続されている。なお、図では1個分のUT70のSWb42と受信アンプ47しか1つのFPC71に実装されていないが、実際には、UT70の個数分のSWb42と受信アンプ47が1つのFPC71に実装されている。   The second electrode 38 is formed longer toward the side surface than in the above embodiment, and one end of the second electrode 38 is bent downward in the shape of a hand. The FPC 71 is connected to the hand-shaped bent portion of the second electrode 38 and the ground with solder or the like. As indicated by a dotted circle, the SWB 42 and the reception amplifier 47 are mounted on the FPC 71. As in the above embodiment, the SWb 42 is connected to the second electrode 38, and the ground terminal of the reception amplifier 47 is connected to the ground. In the figure, only one SWb 42 of the UT 70 and the reception amplifier 47 are mounted on one FPC 71, but actually, the SWb 42 and the reception amplifier 47 corresponding to the number of UTs 70 are mounted on one FPC 71.

受信アンプ47が実装されたFPC71をバッキング材26の側面に取り付けるので、受信アンプ47をUTのさらに近くに配置することができ、伝送線路による電圧降下をより低減することができる。   Since the FPC 71 on which the reception amplifier 47 is mounted is attached to the side surface of the backing material 26, the reception amplifier 47 can be disposed closer to the UT, and the voltage drop due to the transmission line can be further reduced.

図7に示すUT75は、SWa〜SWe41〜45、受信アンプ47をバッキング材26内に埋め込んでいる。第1、第2電極37、38は、上記実施形態の如くバッキング材26と台座25の内部を貫通しておらず、バッキング材26の上面までしか設けられていない。第1、第2電極37、38は、バッキング材26の上面付近でSWc43と接続している。第2電極38は、図6のUT70と同様、側面に向けて長く形成され、その一端が下方に鉤の手状に曲げられ、さらにバッキング材26の上部側面にかけて延設されており、全体として断面略コの字状に形成されている。この第2電極38の延設部分にSWb42が接続している。   In the UT 75 shown in FIG. 7, SWa to SWe 41 to 45 and the reception amplifier 47 are embedded in the backing material 26. The first and second electrodes 37 and 38 do not penetrate through the backing material 26 and the pedestal 25 as in the above embodiment, and are provided only up to the upper surface of the backing material 26. The first and second electrodes 37 and 38 are connected to the SWc 43 near the upper surface of the backing material 26. Similar to the UT 70 of FIG. 6, the second electrode 38 is formed long toward the side surface, one end of which is bent downward in the shape of a scissors, and further extended toward the upper side surface of the backing material 26. It is formed in a substantially U-shaped cross section. The SWb 42 is connected to the extended portion of the second electrode 38.

第3、第4電極39、40は、上記実施形態とは異なり、台座25の下面まで延設されておらず、バッキング材26の上部付近までしか設けられていない。第3、第4電極39、40は、バッキング材26の上部でSWd44、SWe45と接続している。   Unlike the above-described embodiment, the third and fourth electrodes 39 and 40 do not extend to the lower surface of the pedestal 25 and are provided only to the vicinity of the upper portion of the backing material 26. The third and fourth electrodes 39 and 40 are connected to the SWd 44 and the SWe 45 at the upper part of the backing material 26.

受信アンプ47をバッキング材26内に埋め込むので、図6の場合と同様に伝送線路による電圧降下をより低減することができる。また、図6の場合はFPC71をバッキング材26の側面に配置する分、UTがEL方向に若干大型化するが、本例では小型化することができる。   Since the receiving amplifier 47 is embedded in the backing material 26, the voltage drop due to the transmission line can be further reduced as in the case of FIG. In the case of FIG. 6, the UT is slightly enlarged in the EL direction by the amount of the FPC 71 disposed on the side surface of the backing material 26. However, in this example, the size can be reduced.

図8に示すUT80は、図7でバッキング材26に埋め込んだSWa〜SWe41〜45、受信アンプ47を、1つのFPC81に集積した例である。電極等の構成は図7と同じであるため説明を省略する。この場合も図6のFPC71と同様、図では1個分しか描いていないが、実際には、UT80の個数分のSWa〜SWe41〜45と受信アンプ47が1つのFPC81に実装されている。各部品の集積度を高めたので、各部品が散逸した図7の場合と比べてUTアレイをよりコンパクトにすることができ、UTアレイの製造時の取扱も容易になる。   A UT 80 shown in FIG. 8 is an example in which the SWa to SWe 41 to 45 and the reception amplifier 47 embedded in the backing material 26 in FIG. 7 are integrated in one FPC 81. Since the configuration of the electrodes and the like is the same as that in FIG. In this case as well as the FPC 71 of FIG. 6, only one is drawn in the figure, but in reality, the SWAs to SWe 41 to 45 and the reception amplifiers 47 corresponding to the number of UTs 80 are mounted on one FPC 81. Since the degree of integration of each part is increased, the UT array can be made more compact than in the case of FIG. 7 in which each part is dissipated, and handling during manufacture of the UT array is facilitated.

図6〜図8では、受信アンプ47等をバッキング材26の側面に配置したり内部に埋め込んでいるが、受信アンプ47には駆動熱の問題がある。図6の場合はバッキング材26の側面に配置しているため、図7、図8の場合と比べて多少の放熱効果は期待できるが、受信アンプ47を高集積度で実装すると、その駆動熱による悪影響が懸念される。   6 to 8, the receiving amplifier 47 and the like are arranged on the side surface of the backing material 26 or embedded therein, but the receiving amplifier 47 has a problem of driving heat. In the case of FIG. 6, since it is arranged on the side surface of the backing material 26, a slight heat dissipation effect can be expected as compared with the cases of FIGS. 7 and 8. There is concern about the negative effects of

そこで、図9に示すように、冷却水等の液状冷媒85を流す管路86をバッキング材26内のFPC81の近傍に配管する。管路86には冷却機と循環ポンプ(ともに図示せず)が繋がれており、FPC81の受信アンプ47の駆動熱を奪った液状冷媒85を冷却機で冷却しつつ、循環ポンプで管路86内を循環させる。こうすれば、受信アンプ47を高集積度で実装したことによる駆動熱を冷却することができ、その悪影響をなくすことができる。なお、図9では、図8のUT80を例に挙げているが、図6、図7のUT70、75に上記の冷却機構を設けてもよい。   Therefore, as shown in FIG. 9, a conduit 86 through which a liquid refrigerant 85 such as cooling water flows is piped in the vicinity of the FPC 81 in the backing material 26. The pipe 86 is connected to a cooler and a circulation pump (both not shown). The liquid refrigerant 85 that has taken away the drive heat of the reception amplifier 47 of the FPC 81 is cooled by the cooler, and the pipe 86 is connected by the circulation pump. Circulate inside. In this way, it is possible to cool the drive heat caused by mounting the reception amplifier 47 with high integration, and to eliminate the adverse effects thereof. In FIG. 9, the UT 80 in FIG. 8 is taken as an example, but the above cooling mechanism may be provided in the UTs 70 and 75 in FIGS.

図6、図7の例を個別に説明したが、全UTのうちのあるものは受信アンプ47をバッキング材26の側面に配置し、他のものはバッキング材26の内部に埋め込む、というように、これらを複合させてもよい。また、受信アンプ47等をバッキング材26の側面に配したり、内部に埋め込む例を説明したが、バッキング材26ではなく台座25でもよい。   Although the examples of FIGS. 6 and 7 have been described individually, some of the UTs have the receiving amplifier 47 disposed on the side of the backing material 26, and others are embedded in the backing material 26. These may be combined. In addition, although the example in which the reception amplifier 47 and the like are arranged on the side surface of the backing material 26 or embedded in the inside has been described, the pedestal 25 may be used instead of the backing material 26.

上記実施形態では、携帯型超音波観測器10と超音波プローブ11がケーブル20で有線接続される例を挙げたが、図10に示す超音波診断装置90のように、携帯型超音波観測器91と超音波プローブ92間のデータの送受信を無線で行うものに適用してもよい。   In the above embodiment, the portable ultrasonic observation device 10 and the ultrasonic probe 11 are wired by the cable 20. However, the portable ultrasonic observation device such as the ultrasonic diagnostic apparatus 90 shown in FIG. 10 is used. You may apply to what transmits / receives the data between 91 and the ultrasonic probe 92 by radio | wireless.

図10において、携帯型超音波観測器91と超音波プローブ92にはそれぞれ、A/D変換後の検出信号を無線で遣り取りするための無線受信部93と無線送信部94が設けられている。また、超音波プローブ92には、バッテリ95が内蔵されており、バッテリ95からの電源が電源供給部96を介して超音波プローブ92の各部に供給される。   In FIG. 10, a portable ultrasonic observation device 91 and an ultrasonic probe 92 are provided with a wireless reception unit 93 and a wireless transmission unit 94 for wirelessly exchanging detection signals after A / D conversion, respectively. The ultrasonic probe 92 has a built-in battery 95, and power from the battery 95 is supplied to each part of the ultrasonic probe 92 via the power supply unit 96.

本発明によれば、伝送線路による電圧降下を抑えた分、比較的低い電圧でUTを駆動しても、比較的高い送受信感度が得られるので、超音波プローブ92のようにバッテリ95で駆動するタイプの耐用時間を従来よりも長引かせることができる。また、低電圧駆動であるためパルサ等の回路規模を小さくすることができ、ひいては超音波プローブの小型化にも寄与することができる。   According to the present invention, since a relatively high transmission / reception sensitivity can be obtained even if the UT is driven with a relatively low voltage, the voltage drop due to the transmission line is suppressed, so that the battery 95 is driven like the ultrasonic probe 92. The service life of the type can be made longer than before. In addition, since the circuit is driven at a low voltage, it is possible to reduce the circuit scale of the pulser and the like, and thus contribute to the miniaturization of the ultrasonic probe.

なお、図11に示すように、UTアレイ21とパルサ46およびレシーバ50の間に、駆動するUT27を選択的に切り替えるマルチプレクサ(以下、MUXと略す)100を介挿してもよい。例えばUT27が128個で、隣接する48個のUT27を1つのブロックとして各UT27に任意の遅延差を与えて駆動させる場合、MUX100で駆動させる48個を選択する。こうすれば、一度に駆動するUT27の個数分(この場合は48個分)、パルサ46とレシーバ50を用意すればよいので、超音波プローブをさらに小型化することができる。   As shown in FIG. 11, a multiplexer (hereinafter abbreviated as MUX) 100 that selectively switches the UT 27 to be driven may be interposed between the UT array 21, the pulser 46, and the receiver 50. For example, when the number of UTs 27 is 128 and the adjacent 48 UTs 27 are driven as one block by giving an arbitrary delay difference to each UT 27, the 48 units driven by the MUX 100 are selected. By doing so, it is only necessary to prepare the pulsar 46 and the receiver 50 for the number of UTs 27 to be driven at a time (in this case, 48), so that the ultrasonic probe can be further miniaturized.

上記実施形態では、第1、第2圧電体35、36を同じ材質からなる圧電セラミックスとし、これらの送受波面の面積も同じとしているが、図12に示すUT105のような構成としてもよい。図12において、UT105は、第1圧電体(以下、Psと略す)106、第2圧電体(以下、Phと略す)107、および第1、第2、第3電極108、109、110から構成される。   In the above embodiment, the first and second piezoelectric bodies 35 and 36 are made of piezoelectric ceramics made of the same material, and the areas of these transmission and reception surfaces are also the same, but a configuration like the UT 105 shown in FIG. In FIG. 12, the UT 105 includes a first piezoelectric body (hereinafter abbreviated as Ps) 106, a second piezoelectric body (hereinafter abbreviated as Ph) 107, and first, second, and third electrodes 108, 109, and 110. Is done.

Ps106は、一般にソフト・リラクサー系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばPb(Mn、Nb)O−PbTiO、Pb(Ni、Nb)O−PbTiO、Pb(Zn、Nb)O−PbTiO等を主体とする。Ph107は、Ps106とは異なり、一般にハード系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)系である。Ps106とPh107は、ともに同じ方向(矢印で示す下から上の方向)に分極している。 Ps106 is a piezoelectric ceramic generally called a soft relaxor system, for example, Pb (Mn, Nb) O 3 —PbTiO 3 , Pb (Ni, Nb) O 3 —PbTiO 3 , Pb (Zn, Nb) O 3 —PbTiO 3. Mainly 3rd . Unlike Ps106, Ph107 is a piezoelectric ceramic generally called a hard system, for example, a PZT (lead zirconate titanate) system. Both Ps106 and Ph107 are polarized in the same direction (from the bottom to the top indicated by the arrows).

Ps106とPh107は、AZ方向に平行な線で分断されている。Ps106は、EL方向の長さがPh107よりも長く、従ってその上面である送受波面の面積はPh107よりも大きい。送受波面の面積比率は、例えばPs:Ph=4:1である。   Ps106 and Ph107 are divided by a line parallel to the AZ direction. Ps106 has a longer length in the EL direction than Ph107, and therefore the area of the transmission / reception surface, which is the upper surface thereof, is larger than Ph107. The area ratio of the transmission / reception wave surface is, for example, Ps: Ph = 4: 1.

本例では、Ps106として富士セラミックス社製の型番C−92Hを、Ph107として同社製の型番C−5を用いる。表2に示すように、Ps106に用いる型番C−92Hは、比誘電率ε33が5300、等価圧電定数d33が770、電圧出力係数g33が16.4である。一方、Ph107に用いる型番C−5は、比誘電率ε33が1170、等価圧電定数d33が333、電圧出力係数g33が32.1である。型番C−5は、等価圧電定数d33が型番C−92Hの約0.43倍、電圧出力係数g33が約1.95倍である。等価圧電定数d33が大きいほど超音波の送信能力が高く、電圧出力係数g33が大きいほど反射波の受信感度が高いので、Ps106はPh107よりも送信能力が高く、Ph107はPs106よりも受信感度が高いといえる。 In this example, model number C-92H manufactured by Fuji Ceramics is used as Ps106, and model number C-5 manufactured by the company is used as Ph107. As shown in Table 2, the model number C-92H used for Ps106 has a relative dielectric constant ε 33 of 5300, an equivalent piezoelectric constant d 33 of 770, and a voltage output coefficient g 33 of 16.4. On the other hand, the model number C-5 used for Ph107 has a relative dielectric constant ε 33 of 1170, an equivalent piezoelectric constant d 33 of 333, and a voltage output coefficient g 33 of 32.1. Model number C-5 is about 0.43 times the equivalent piezoelectric constant d 33 is model number C-92H, the voltage output coefficient g 33 is approximately 1.95 times. The larger the equivalent piezoelectric constant d 33 is, the higher the ultrasonic wave transmission capability is. The larger the voltage output coefficient g 33 is, the higher the reflected wave reception sensitivity is. Therefore, Ps 106 has higher transmission capability than Ph 107, and Ph 107 has higher reception sensitivity than Ps 106. Can be said to be expensive.

Figure 2011050571
Figure 2011050571

第1電極108、第2電極109はそれぞれ、Ps106の下面電極、Ph107の上面電極である。第3電極110は、Ps106の上面電極とPh107の下面電極を兼ねる。第3電極110は、Ps106とPh107の分断箇所で略乙字状に屈曲した接続部111を有する。接続部111は、Ps106の上面電極の部分とPh107の下面電極の部分を繋ぐ。Ps106とPh107の外側面および接続部111があるPs106とPh107の分断箇所には、充填材30が充填されている。なお、第1電極108、第2電極109をそれぞれ、Ps106の上面電極、Ph107の下面電極とし、第3電極110がPs106の下面電極とPh107の上面電極を兼ねる構成としてもよい。   The first electrode 108 and the second electrode 109 are a lower electrode of Ps106 and an upper electrode of Ph107, respectively. The third electrode 110 serves as both the upper surface electrode of Ps106 and the lower surface electrode of Ph107. The 3rd electrode 110 has the connection part 111 bent in the substantially letter shape at the parting part of Ps106 and Ph107. The connecting portion 111 connects the upper electrode portion of Ps106 and the lower electrode portion of Ph107. Filling material 30 is filled in the outer surface of Ps106 and Ph107 and the part where Ps106 and Ph107 are separated, where connection portion 111 is located. The first electrode 108 and the second electrode 109 may be the upper electrode of Ps106 and the lower electrode of Ph107, respectively, and the third electrode 110 may serve as the lower electrode of Ps106 and the upper electrode of Ph107.

第1〜第3電極108〜110には、第1、第2、第3スイッチ(以下、SWa’、SWb’、SWc’という)112、113、114がそれぞれ接続されている。SWa’112は二股のスイッチであり、第1電極108とパルサ46またはグランドとを選択可能に繋ぐ。SWb’113、SWc’114はそれぞれ、第2電極109と受信アンプ47、第3電極110とグランドの接続をオン/オフする。第2電極109、SWb’113、および受信アンプ47は、上記実施形態と同様、電気容量性の伝送線路を介さずに互いに直接接続されている。   First, second, and third switches (hereinafter referred to as SWa ′, SWb ′, and SWc ′) 112, 113, and 114 are connected to the first to third electrodes 108 to 110, respectively. SWa ′ 112 is a bifurcated switch, and connects the first electrode 108 and the pulser 46 or the ground in a selectable manner. SWb'113 and SWc'114 turn on / off the connection between the second electrode 109 and the receiving amplifier 47, and the third electrode 110 and the ground, respectively. The second electrode 109, SWb'113, and the reception amplifier 47 are directly connected to each other without using a capacitive transmission line, as in the above embodiment.

表3に示すように、SWa’〜SWc’112〜114は、超音波の送信時と反射波の受信時で選択状態が変わる。超音波の送信時、SWa’112は、パルサ46側に倒される。また、SWb’113はオフ、SWc’114はオンとなる。図12に示す状態と同じである。この場合の等価回路は、図13(A)に示すようになる。すなわち、パルサ46と第1電極108、第3電極110とグランドが繋がれる。そして、第1電極108と第3電極110に挟まれたPs106にパルサ46からの励振パルス(駆動電圧)が印加され、Ps106の上面から超音波(点線矢印で示す)が発せられる。SWb’113がオフなので、第2電極109と第3電極110に挟まれたPh107には励振パルスは印加されず、従ってPh107から超音波は発せられない。   As shown in Table 3, the selection states of SWa ′ to SWc ′ 112 to 114 are changed depending on whether an ultrasonic wave is transmitted or a reflected wave is received. When transmitting ultrasonic waves, SWa'112 is tilted toward the pulsar 46 side. Further, SWb'113 is turned off and SWc'114 is turned on. This is the same as the state shown in FIG. An equivalent circuit in this case is as shown in FIG. That is, the pulser 46 and the first electrode 108, and the third electrode 110 and the ground are connected. Then, an excitation pulse (driving voltage) from the pulser 46 is applied to Ps 106 sandwiched between the first electrode 108 and the third electrode 110, and ultrasonic waves (indicated by dotted arrows) are emitted from the upper surface of the Ps 106. Since SWb'113 is off, no excitation pulse is applied to Ph107 sandwiched between the second electrode 109 and the third electrode 110, and therefore no ultrasonic wave is emitted from Ph107.

一方、反射波の受信時、SWa’112は、グランド側に倒される。また、SWb’113はオン、SWc’114はオフとなる。この場合の等価回路は、図13(B)に示すように、グランドと第1電極108、第2電極109と受信アンプ47が繋がれる。Ps106とPh107は、各電極108〜110によって受信アンプ47に直列接続される。上記実施形態と同様、第2電極109、SWb’113を介して受信アンプ47に入力される検出信号は、Ps106とPh107から出力された各検出信号の和である。   On the other hand, when receiving the reflected wave, SWa'112 is tilted to the ground side. Further, SWb'113 is turned on and SWc'114 is turned off. In the equivalent circuit in this case, as shown in FIG. 13B, the ground, the first electrode 108, the second electrode 109, and the reception amplifier 47 are connected. Ps 106 and Ph 107 are connected in series to the reception amplifier 47 by the electrodes 108 to 110. As in the above embodiment, the detection signal input to the reception amplifier 47 via the second electrode 109 and SWb ′ 113 is the sum of the detection signals output from Ps 106 and Ph 107.

Figure 2011050571
Figure 2011050571

なお、表3の「active」は駆動、「inactive」は非駆動を示す。超音波の送信時はPs106のみから超音波が発せられるので、Ps106は「active」、Ph107は「inactive」である。反射波の受信時は、Ps106とPh107両方で反射波を受けて検出信号を出力するので、両方とも「active」である。   In Table 3, “active” indicates driving, and “inactive” indicates non-driving. When transmitting ultrasonic waves, ultrasonic waves are emitted only from Ps 106, so Ps 106 is “active” and Ph 107 is “inactive”. When a reflected wave is received, both the Ps 106 and Ph 107 receive the reflected wave and output a detection signal, so both are “active”.

超音波の送信時は比較的送信能力が高いPs106で超音波を発し、反射波の受信時はPs106と、比較的受信感度が高いPh107で反射波を受けるので、Ps106、Ph107の互いの長所を活かした(短所を補った)駆動方法であるといえる。   When transmitting ultrasonic waves, ultrasonic waves are emitted with Ps106 having relatively high transmission capability, and when receiving reflected waves, Ps106 and reflected waves are received with Ph107 having relatively high reception sensitivity. Therefore, the advantages of Ps106 and Ph107 are obtained. It can be said that this is a driving method that takes advantage of (compensates for disadvantages).

送受信感度は、(送波面の面積比率)×{(Ps106の受信感度)+(Ph107の受信感度)}=(送波面の面積比率)×{1+(Ps106に対するPh107の電圧出力係数g33の比)}=0.80×(1+1.95)=2.36(=+7.46dB)となる。単純に同じ種類の圧電体を直列接続した場合、送受信感度は圧電体の個数倍にしかならないが、本例では個数倍以上に送受信感度が向上する。 The ratio of the transmission and reception sensitivity (the area ratio of the transmitting surface) × {(reception sensitivity of Ps106) + (reception sensitivity of Ph107)} = (area ratio of the transmitting surface) × {1+ (of Ph107 for Ps106 voltage output coefficient g 33 )} = 0.80 × (1 + 1.95) = 2.36 (= + 7.46 dB). When the same kind of piezoelectric bodies are simply connected in series, the transmission / reception sensitivity is only several times that of the piezoelectric bodies, but in this example, the transmission / reception sensitivity is improved more than several times.

比較的送信能力に長けたPs106と比較的受信感度が高いPh107を各電極108〜110で直列接続し、超音波の送信時はPs106を用い、反射波の受信時はPs106とPh107の両方で検出信号を出力してその和を受信アンプ47に入力するので、従来よりもさらに送受信感度を向上させることができる。送受信感度が向上すれば、UT105に与える駆動電圧を上げる必要がなくなり、低電圧駆動が可能となる。   Ps106 with relatively high transmission capability and Ph107 with relatively high reception sensitivity are connected in series with each electrode 108 to 110, and Ps106 is used when transmitting ultrasonic waves, and both Ps106 and Ph107 are detected when receiving reflected waves. Since the signal is output and the sum is input to the reception amplifier 47, the transmission / reception sensitivity can be further improved as compared with the prior art. If the transmission / reception sensitivity is improved, there is no need to increase the drive voltage applied to the UT 105, and low voltage drive is possible.

UTを構成する圧電体の個数がn個(nは2以上の自然数)であった場合、隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる、第3電極110等の兼用電極はn−1個必要である。兼用電極を含む電極の総数はn+1個であり、兼用電極以外の電極は第1電極108と第2電極109の2個である。   When the number of piezoelectric bodies constituting the UT is n (n is a natural number of 2 or more), the shared electrodes such as the third electrode 110 that serve as one upper surface electrode and the other lower surface electrode of the adjacent piezoelectric body are n-1 are required. The total number of electrodes including the dual-purpose electrode is n + 1, and the number of electrodes other than the dual-purpose electrode is the first electrode 108 and the second electrode 109.

隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極である第3電極110に接続部111を設けているが、接続部の代わりにワイヤボンディング等で隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を導通させてもよい。また、ハード系の圧電セラミックスの代わりに、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の圧電樹脂を用いてもよい。   The connection portion 111 is provided on the third electrode 110 which is a dual-purpose electrode which also serves as one upper surface electrode and the other lower surface electrode of the adjacent piezoelectric body. However, instead of the connection portion, one of the adjacent piezoelectric bodies is bonded by wire bonding or the like. The upper electrode and the other lower electrode may be made conductive. Further, a piezoelectric resin such as PVDF (polyvinylidene fluoride) may be used instead of the hard piezoelectric ceramic.

上記実施形態では、EL方向に沿って各圧電体を並べているが、AZ方向に沿って並べても構わない。上記実施形態では、いわゆるコンベックス電子走査型の体外式の超音波プローブを例示したが、ラジアル電子走査型、あるいは1個のUTを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式の超音波プローブでもよい。電子内視鏡の鉗子チャンネルに挿入される体内式の超音波プローブや、電子内視鏡と一体化された超音波内視鏡についても本発明は適用可能である。   In the above embodiment, the piezoelectric bodies are arranged along the EL direction, but may be arranged along the AZ direction. In the above embodiment, a so-called convex electronic scanning type extracorporeal ultrasonic probe has been exemplified. However, a radial electronic scanning type or a mechanical scanning scanning type ultrasonic probe that mechanically rotates, swings, or slides a single UT. An acoustic probe may be used. The present invention can also be applied to an in-vivo ultrasonic probe inserted into a forceps channel of an electronic endoscope or an ultrasonic endoscope integrated with an electronic endoscope.

2、90 超音波診断装置
10、91 携帯型超音波観測器
11、92 超音波プローブ
21 超音波トランスデューサアレイ(UTアレイ)
25 台座
26 バッキング材
27、70、75、80、105 超音波トランスデューサ(UT)
35 第1圧電体
36 第2圧電体
37〜40 第1〜第4電極
41〜45 第1〜第5スイッチ(SWa〜SWe)
46 パルサ
47 受信アンプ
51 A/D変換器(A/D)
52 CPU
53 走査制御部
54 ビームフォーマ(BF)
55 検波Log圧縮回路
71、81 フレキシブルプリント基板(FPC)
85 液状冷媒
86 管路
94 無線送信部
95 バッテリ
100 マルチプレクサ(MUX)
106 第1圧電体(Ps)
107 第2圧電体(Ph)
108〜110 第1〜第3電極
111 接続部
112〜114 第1〜第3スイッチ(SWa’〜SWc’)
2,90 Ultrasonic diagnostic apparatus 10, 91 Portable ultrasonic observation device 11, 92 Ultrasonic probe 21 Ultrasonic transducer array (UT array)
25 Pedestal 26 Backing material 27, 70, 75, 80, 105 Ultrasonic transducer (UT)
35 1st piezoelectric body 36 2nd piezoelectric body 37-40 1st-4th electrode 41-45 1st-5th switch (SWa-SWe)
46 Pulser 47 Receiving amplifier 51 A / D converter (A / D)
52 CPU
53 Scanning Control Unit 54 Beamformer (BF)
55 Detection Log Compression Circuit 71, 81 Flexible Printed Circuit Board (FPC)
85 Liquid refrigerant 86 Pipe line 94 Wireless transmitter 95 Battery 100 Multiplexer (MUX)
106 First piezoelectric body (Ps)
107 Second piezoelectric body (Ph)
108-110 1st-3rd electrode 111 Connection part 112-114 1st-3rd switch (SWa '-SWc')

Claims (20)

超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、
複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、
超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、
反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備えることを特徴とする超音波プローブ。
An ultrasonic transducer having a plurality of piezoelectric bodies arranged in a direction parallel to a transmission / reception surface of ultrasonic waves and reflected waves;
A changeover switch connected to each electrode sandwiching a plurality of piezoelectric bodies, and switching the connection of the plurality of piezoelectric bodies in parallel or in series,
Drive control means for operating the changeover switch so that a plurality of piezoelectric bodies are connected in parallel at the time of transmission of ultrasonic waves and connected in series at the time of reception of reflected waves;
An amplifier that receives a reflected wave and amplifies a detection voltage output from a piezoelectric body, and includes an amplifier that is directly connected without an electrode of a piezoelectric body and a capacitive transmission line. Acoustic probe.
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の、送受波面に垂直な側面に配されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。 2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the amplifier is disposed on a side surface of the base material on which the piezoelectric body of the ultrasonic transducer is placed, which is perpendicular to the wave transmitting / receiving surface. 前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の送受波面に垂直な側面に配されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the amplifier is mounted on a circuit board, and the circuit board is disposed on a side surface perpendicular to the wave transmitting / receiving surface of the base material. 前記切り替えスイッチは、前記増幅器とともに前記回路基板に実装されていることを特徴とする請求項3に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the changeover switch is mounted on the circuit board together with the amplifier. 前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の内部に埋設されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の超音波プローブ。   5. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the amplifier is embedded in a base material on which a piezoelectric body of the ultrasonic transducer is placed. 前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の内部に埋設されていることを特徴とする請求項5に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 5, wherein the amplifier is mounted on a circuit board, and the circuit board is embedded in a base material. 前記切り替えスイッチは、前記増幅器とともに前記回路基板に実装されていることを特徴とする請求項6に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 6, wherein the changeover switch is mounted on the circuit board together with the amplifier. 前記台材に、前記増幅器の駆動熱を冷却する冷却機構を設けることを特徴とする請求項2ないし7のいずれかに記載の超音波プローブ。   8. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein a cooling mechanism for cooling the driving heat of the amplifier is provided on the base material. 前記増幅器は、電圧帰還型または電荷蓄積型であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the amplifier is of a voltage feedback type or a charge storage type. 前記超音波トランスデューサは、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された構成を有し、
前記駆動制御手段は、1個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記切り替えスイッチを動作させることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の超音波プローブ。
The ultrasonic transducer has a plurality of piezoelectric bodies having different ultrasonic transmission capabilities and reflected wave reception sensitivity, and an electrode including a combined electrode that also serves as one upper surface electrode and the other lower surface electrode of an adjacent piezoelectric body, A plurality of piezoelectric bodies are connected in series by the electrodes,
The drive control means applies a drive voltage to electrodes other than one piezoelectric element via an electrode to generate an ultrasonic wave, receives a reflected wave, and detects a detection voltage output from the piezoelectric elements for all the piezoelectric elements. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the changeover switch is operated so as to be added by a minute amount.
複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線と平行な同じ方向に分極されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 10, wherein the plurality of piezoelectric bodies are polarized in the same direction parallel to a normal line of a transmission / reception surface of ultrasonic waves and reflected waves. 複数の圧電体は、等価圧電定数d33、電圧出力係数g33、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なることを特徴とする請求項10または11に記載の超音波プローブ。 12. The ultrasonic probe according to claim 10, wherein the plurality of piezoelectric bodies have different equivalent piezoelectric constants d 33 , voltage output coefficients g 33 , or area ratios of transmission and reception surfaces of ultrasonic waves and reflected waves. 直列接続の一方の端の第1圧電体と、
前記第1圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第2圧電体と、
前記第1圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサとを備え、
前記増幅器は、前記第2圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、
前記切り替えスイッチは、前記第1圧電体、前記第2圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン/オフを切り替え、
前記駆動制御手段は、前記第2圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させることを特徴とする請求項10ないし12のいずれかに記載の超音波プローブ。
A first piezoelectric body at one end of the series connection;
A second piezoelectric body at the other end of the series connection, which has lower ultrasonic wave transmission capability and higher reflected wave reception sensitivity than the first piezoelectric body, and a lower area ratio of the transmission and reception surfaces of the ultrasonic wave and reflected wave;
A pulsar connected to an electrode that is not a dual-purpose electrode of the first piezoelectric body and supplying a driving voltage;
The amplifier is connected to an electrode that is not a dual-purpose electrode of the second piezoelectric body;
The changeover switch switches on / off the connection between the electrodes of the first piezoelectric body and the second piezoelectric body and the pulser and the amplifier,
The drive control means operates the changeover switch so that a drive voltage is applied to a piezoelectric body other than the second piezoelectric body, and a sum of detection signals from all the piezoelectric bodies is input to the amplifier. The ultrasonic probe according to any one of claims 10 to 12, characterized in that:
前記第2圧電体は、前記第1圧電体よりも等価圧電定数d33が低く、電圧出力係数g33が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さいことを特徴とする請求項10ないし13のいずれかに記載の超音波プローブ。 The second piezoelectric body has an equivalent piezoelectric constant d 33 lower than that of the first piezoelectric body, a high voltage output coefficient g 33 , and a small area ratio of transmission and reception surfaces of ultrasonic waves and reflected waves. The ultrasonic probe according to any one of 10 to 13. 前記第1圧電体はソフト・リラクサー系、前記第2圧電体はハード系の圧電セラミックスであることを特徴とする請求項10ないし14のいずれかに記載の超音波プローブ。   15. The ultrasonic probe according to claim 10, wherein the first piezoelectric body is a soft relaxor system, and the second piezoelectric body is a hard piezoelectric ceramic. 前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されており、
圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、
前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、
前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするA/D変換器と、
検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、
各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることを特徴とする請求項1ないし15のいずれかに記載の超音波プローブ。
The ultrasonic transducers are arranged in a plurality of arrays,
A pulser that supplies a drive voltage to the piezoelectric body;
Scanning control means for driving the pulser and scanning ultrasonic waves;
An A / D converter using the detection voltage amplified by the amplifier as a digital detection signal;
Signal processing means for executing signal processing for generating an ultrasound image from the detection signal;
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 15, further comprising main control means for comprehensively controlling each part.
超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えることを特徴とする請求項16に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 16, further comprising a multiplexer that selectively switches the ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves and reflected waves. 各部に電源を供給する電源供給手段と、
超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えることを特徴とする請求項16または17に記載の超音波プローブ。
Power supply means for supplying power to each unit;
The ultrasonic probe according to claim 16, further comprising: a wireless transmission unit that wirelessly transmits a detection signal after signal processing to an ultrasonic observation device that displays an ultrasonic image.
超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、
複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、
超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、
反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備える超音波プローブと、
前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからなることを特徴とする超音波診断装置。
An ultrasonic transducer having a plurality of piezoelectric bodies arranged in a direction parallel to a transmission / reception surface of ultrasonic waves and reflected waves;
A changeover switch connected to each electrode sandwiching a plurality of piezoelectric bodies, and switching the connection of the plurality of piezoelectric bodies in parallel or in series,
Drive control means for operating the changeover switch so that a plurality of piezoelectric bodies are connected in parallel at the time of transmission of ultrasonic waves and connected in series at the time of reception of reflected waves;
An ultrasonic probe that receives a reflected wave and amplifies a detection voltage output from a piezoelectric body, and includes an amplifier directly connected to the piezoelectric body electrode without passing through a capacitive transmission line;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic observer connected to the ultrasonic probe and displaying an ultrasonic image.
超音波および反射波を送受波する圧電体と、
前記圧電体が載置される台材と、
前記台材に埋設され、反射波を受信して前記圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器とを備える超音波トランスデューサ。
A piezoelectric body that transmits and receives ultrasonic waves and reflected waves;
A base on which the piezoelectric body is placed;
An ultrasonic transducer comprising an amplifier embedded in the base material and receiving a reflected wave and amplifying a detection voltage output from the piezoelectric body.
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