CN101888809B - 超声波诊断装置和超声波探头 - Google Patents

超声波诊断装置和超声波探头 Download PDF

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Abstract

本发明的超声波诊断装置，具备：超声波探头，其具有机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压大小而变化的多个振动元件；超声波图像构成部，其根据从上述超声波探头接收的反射回波信号来构成超声波图像；以及显示部，其显示上述超声波图像，该超声波诊断装置的特征在于，具备：运算部，其运算上述偏置电压相对于上述振动元件的塌陷电压的大小；存储部，其存储上述运算出的偏置电压的大小；以及控制部，其根据上述所存储的偏置电压大小，使上述偏置电压供给部向上述振动元件供给上述偏置电压。

Description

超声波诊断装置和超声波探头
技术领域
本发明涉及采用使用了cMUT(capacitive Micromachined UltrasonicTransducer)芯片的超声波探头对超声波图像进行摄像的超声波诊断装置。
背景技术
超声波诊断装置经由超声波探头向被检体发送超声波，并根据从超声波探头输出的反射回波信号来对超声波图像进行摄像。近年来，在超声波探头中采用了如专利文献1所公开的cMUT芯片。所谓cMUT芯片是通过半导体精加工工艺来制造的超微细电容型超声波振动器，其具有机电耦合系数根据与从超声波收发部供给的驱动信号重叠施加的偏置电压值而发生变化的特性。
另外，如专利文献2所公开的那样，具有将超声波探头的振动器间的排列间隔、曲率、焦点以及口径的超声波探头结构信息存储在超声波探头内的存储器中的超声波诊断装置。
【专利文献1】日本特开2006-20313号公报
【专利文献2】日本特开昭63-154160号公报
但是，在上述专利文献1中仅仅记载了采用cMUT芯片的超声波探头，在专利文献2中仅仅记载了具有存储振动器的排列条件信息的存储器的超声波探头，而并没有提及由于cMUT芯片的塌陷(collapse)状态而导致的超声波探头灵敏度降低的问题。
这里，所谓塌陷状态是指如下这样的状态：当被施加的偏置电压成为某电压时，振动元件膜体的中心部(包含上部电极)与下部电极的表面接触，引起电荷从下部电极向上部电极移动，由于电荷移动的影响，振动元件即超声波探头的灵敏度降低。另外，还将由于塌陷状态时的电荷移动所产生的电压特别称为塌陷电压。
发明内容
本发明的目的是提供可抑制超声波探头的灵敏度降低的超声波诊断装置以及超声波探头。
本发明的超声波诊断装置具有如下的结构要素。
(1)一种超声波诊断装置，具备：超声波探头，其具有机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压大小而变化的多个振动元件；超声波图像构成部，其根据从上述超声波探头接收的反射回波信号来构成超声波图像；以及显示部，其显示上述超声波图像，该超声波诊断装置的特征在于，具备：运算部，其运算上述偏置电压相对于上述振动元件的塌陷电压的大小；存储部，其存储上述运算出的偏置电压的大小；以及控制部，其根据上述所存储的偏置电压大小，使上述偏置电压供给部向上述振动元件供给上述偏置电压。
(2)一种超声波诊断装置，具备：超声波探头，其具有机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压大小而变化的多个振动元件；超声波图像构成部，其根据从上述超声波探头接收的反射回波信号来构成超声波图像；以及显示部，其显示上述超声波图像，该超声波诊断装置的特征在于，具备：存储部，其存储上述振动元件的塌陷电压；以及控制部，其根据从上述存储部读出的上述塌陷电压来运算上述偏置电压的大小，并根据上述偏置电压的大小，使上述偏置电压供给部向上述振动元件供给上述偏置电压。
(3)一种超声波诊断装置，具备：超声波探头，其具有机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压大小而变化的多个振动元件；超声波图像构成部，其根据从上述超声波探头接收的反射回波信号来构成超声波图像；以及显示部，其显示上述超声波图像，该超声波诊断装置的特征在于，具备：测量部，其测量上述超声波探头的上述振动元件的塌陷电压；运算部，其运算成为上述塌陷电压以下的偏置电压的大小；存储部，其存储上述运算出的偏置电压；以及控制部，其根据上述偏置电压的大小，使上述偏置电压供给部向上述振动元件供给上述偏置电压。
本发明的超声波探头具有以下的结构要素。
(1)一种超声波探头，具备：多个振动元件，其机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压值来变化；以及存储部，其存储上述振动元件所涉及的信息，该超声波探头的特征在于，具备运算部，该运算部运算上述偏置电压相对于上述振动元件的塌陷电压的大小，上述存储部存储上述振动元件的偏置电压的大小，该存储部构成为能够将从上述存储部读出的偏置电压的大小输出至上述偏置电压供给部。
(2)一种超声波探头，具备：多个振动元件，其机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压值来变化；以及存储部，其存储上述振动元件所涉及的信息，该超声波探头的特征在于，上述存储部存储上述振动元件的塌陷电压，该超声波探头还具备根据从上述存储部读出的塌陷电压来运算偏置电压大小的运算部。
(3)一种超声波探头，具备：多个振动元件，其机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压值来变化；以及存储部，其存储上述振动元件所涉及的信息，该超声波探头的特征在于，该超声波探头具备运算部，该运算部运算成为上述振动元件的塌陷电压以下的上述偏置电压的大小，上述存储部存储上述振动元件的偏置电压的大小，该存储部构成为能够将从上述存储部读出的偏置电压的大小输出至上述偏置电压供给部。
(发明效果)
根据本发明，能够提供可抑制超声波探头的灵敏度降低的超声波诊断装置以及超声波探头。
附图说明
图1是示出本发明的整体结构的图。
图2是示出本发明的超声波探头的结构的图。
图3是示出本发明的振动器的结构的图。
图4是示出本发明的振动元件的结构的图。
图5是示出本发明的振动元件的驱动状态的图。
图6是示出本发明的振动元件的塌陷状态的图。
图7是示出本发明的电容测量部和发送部的详细图。
图8是示出本发明的第1实施方式和第2实施方式的图。
图9是示出本发明的第3实施方式的图。
图10是示出本发明的第4实施方式的图。
图11是示出本发明的第5实施方式的图。
图12是示出本发明的第7实施方式的图。
图13是示出本发明的第8实施方式的图。
标号说明：
1超声波诊断装置，2超声波探头，3存储器，4发送部，5运算部，6偏置电压供给部，7收发分离部，8接收部，9电容测量部，10整相相加部，12图像处理部，14显示部，16控制部，18操作部。
具体实施方式
参照附图，对应用本发明而构成的超声波诊断装置1以及超声波探头2进行说明。图1是本发明一实施方式中的超声波诊断装置1的框图。
如图1所示，超声波诊断装置1由超声波探头2、存储器3、发送部4、运算部5、偏置电压供给部6、收发分离部7、接收部8、电容测量部9、整相相加部10、图像处理部12、显示部14、控制部16和操作部18构成。
超声波探头2与被检体接触，在与被检体之间收发超声波。从超声波探头2向被检体射出超声波，从被检体产生的反射回波信号通过超声波探头2进行接收。
采用发送部4以及偏置电压供给部6，向超声波探头2提供驱动信号，接收部8接收从超声波探头2输出的反射回波信号，并实施模拟数字变换等处理。收发分离部7适当切换并传递向超声波探头2提供的驱动信号和从超声波探头2接收的反射回波信号。
整相相加部10对所接收的反射回波信号进行整相相加。图像处理部12根据已整相相加的反射回波信号来构成超声波图像(例如，断层像、血流像等)。然后，显示部18将图像处理后的超声波图像显示到显示画面上。控制部16控制上述各结构要素，操作部18对控制部16给与指示，其由跟踪球(trackball)及键盘等构成。在超声波探头2内内置有存储与超声波探头相关的信息(例如，偏置电压、塌陷电压)的存储器3。
接着，参照图2对超声波探头2进行详细说明。图2是超声波探头2的立体图。如图2所示，超声波探头2是短柵状地排列有多个振动器20a～20m(m：自然数)的1维阵列型的探头。不过，也可以采用2维阵列型、凸型等其它形态的探头。在振动器20a～20m的背面侧设置有支持层22，并且在超声波射出侧设置有匹配层24。在匹配层24的超声波射出侧设置有声透镜26。匹配层24通过匹配振动器20a～20m与被检体的声阻抗(acoustic impedance)，来提高超声波的传送效率。此外，可以是未采用匹配层24的结构。
振动器20a～20m将来自发送部4以及偏置电压供给部6的驱动信号变换为超声波向被检体发送超声波。然后，振动器20a～20m将从被检体产生的超声波变换为电信号，作为反射回波信号接收。支持层22吸收从振动器20a～20m向背面侧射出的超声波的传播，并抑制多余的振动。声透镜26收敛从振动器20a～20m发送的超声波束，根据一个焦点距离来确定曲率。
这里，对振动器20a～20m以及振动元件28进行详细说明。图3是表示振动器20a～20m的立体图。如图3所示，振动器20a被分割为在超声波探头2的短轴方向(Y)上均等的多个电气图案、例如三个区分P1～P3。在区分P1中，并排配置多个例如6个振动元件28-1～28-6。并且，各振动元件28-1～28-6与驱动电极公共连接。同样，属于区分P2的振动元件28-7～28-12与驱动电极公共连接。在区分P3中排列的振动元件28-13～28-18与驱动电极公共连接。
这样的振动元件28-1～28-18是如下这样的电声变换元件，其机电耦合系数、即收发灵敏度基于偏置电压供给部6所施加的偏置电压大小而变化，根据该机电耦合系数，将从发送部4供给的驱动信号变换为超声波后进行发送，并且将所接收的超声波变换为电信号，作为反射回波信号来接收。
图4是示出振动元件28的构造的说明图。振动元件28是通过经由半导体工艺的精加工而形成的，其由半导体基板40、框体42、膜体44、上部电极46、下部电极48等构成。框体42由半导体化合物(例如氧化膜(PTEOS)及氮化硅(SIN)等绝缘体)形成，并载置于半导体基板40上的下部电极48的超声波射出侧的面上。膜体44由半导体化合物(例如，氧化膜(PTEOS)及氮化硅(SIN)等绝缘体))形成，并载置于框体42的超声波射出侧的面上。另外，在膜体44上设置有上部电极46。上部电极46和下部电极48与包含提供驱动信号的电源的发送部4和施加直流偏置电压(电场强度)的偏置电压供给部6连接。另外，由框体42与膜体44区划的内部空间的间隙(gap)50为真空状态或填充有规定气体的状态。此外，振动元件28例如是cMUT(capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer：IEEE Trans.Ultrason.Ferroelect.Freq.Contr.Vol45 pp.678-690May 1998)。
采用图5对振动元件28的动作进行说明。首先，经由上部电极46、下部电极48将直流偏置电压(Va)通过偏置电压供给部6施加给振动元件28。通过偏置电压(Va)在上部电极46与下部电极48之间产生电场。通过所产生的电场使膜体44紧致，由此机电耦合系数为kt 2a。该状态是基于膜体44的弹性力和基于偏置电压的库仑(coulomb)力平衡的状态。并且，从发送部4向膜体44提供驱动信号，由此膜体44根据机电耦合系数(kt 2a)进行振动，并从膜体44射出超声波。
另外，取代偏置电压(Va)，将偏置电压(Vb)施加给振动元件28。在此情况下，机电耦合系数是kt 2b。并且，从发送部4向膜体44提供驱动信号，由此根据机电耦合系数(kt 2b)从膜体44射出超声波。此外，在Va＜Vb时，kt 2a＜kt 2b。在接收超声波时也是同样，根据从被检体产生的反射回波信号来激励膜体44的振动，由此内部空间48的电容发生变化，并根据已变化的内部空间48的变化量来取得电信号。
即，振动元件28的机电耦合系数由膜体44的紧致度决定。因此，只要通过改变对振动元件28施加的偏置电压大小来控制膜体44的紧致度，即使在输入同一振幅的驱动信号时，也能够使从振动元件28射出的超声波声压(例如振幅)变化。
并且，当偏置电压供给部6对振动元件28施加的偏置电压变大时，基于偏置电压的库仑力超过基于膜体44的弹性力。并且，如图6所示，伴随着偏置电压变大，膜体44的中心部渐渐大幅变形。此外，当偏置电压超过被称为塌陷电压的值时，膜体44的中心部(包含上部电极46)与半导体基板40上的下部电极48的表面接触。此状态是塌陷状态。并且，在塌陷状态长期继续时电荷一点点向下部电极48与上部电极46之间的膜体44(绝缘体)收集(移动)。接着在对振动元件28施加了偏置电压的情况下，由于向下部电极48和上部电极46之间的膜体44所收集的电荷，电场小于塌陷状态以前，从而导致机电耦合系数降低，从振动元件28射出的超声波声压变小。
因此，预先测量塌陷电压并在塌陷电压以下的偏置电压下进行使用是重要的。
这里，采用图1～8来说明第1实施方式。预先测量超声波探头2的振动元件28的塌陷电压，根据所测量的塌陷电压来运算偏置电压，并将所运算的偏置电压存储在超声波探头2内的存储器3中。此外，所谓偏置电压是指低于塌陷电压的电压。并且，在收发超声波时，从存储器3向偏置电压供给部6输出偏置电压，偏置电压供给部6设定该偏置电压。
具体说明第1实施方式。测量振动器20a～20m中的某一振动元件28的塌陷电压。测量塌陷电压的振动元件28适合对超声波收发几乎不影响的例如设置在振动器20a～20m端部的的振动元件28。此外，在本实施方式中，振动器20a～20m的振动元件28为大致均匀构成的振动元件。
如图7所示，发送部4由存储各种送波波形数据的存储器31、数字模拟变换器(以下DAC)32和脉冲发生器33构成，该数字模拟变换器32与存储器31连接，将从存储器31读出的送波波形数据变换为模拟信号，该脉冲发生器33与DAC32连接，放大模拟信号，并从振动元件28生成用于照射超声波的发送波形。存储器31与控制部16连接。
测量振动元件28的电容值的电容测量部9由测量输出电流的输出电流测量部35、测量输出电压的输出电压测量部36和矢量运算部37构成。输出电流测量部35配置在脉冲发生器33的输出与振动元件28之间(省略图示)，测量发送波形的输出电流。输出电压测量部36配置在脉冲发生器33和GND(省略图示)的基准电位之间，测量发送波形的电压。输出电流测量部35和输出电压测量部36的各个输出与矢量运算部37连接，根据电压、电流的强度以及各相位关系来求出阻抗或电抗。矢量运算部37特别根据电抗分量来运算求出振动元件28的电容值。此外，电容测量部9可与发送部4的电路共用。
脉冲发生器33将低频(10k～1MHz)的sin波形信号向振动元件28输出。偏置电压供给部6使偏置电压变化后施加到振动元件28的上部电极46和下部电极48之间。振动元件28使上部电极46与下部电极48之间的电场强度即库仑力根据偏置电压的变化而变化，通过与膜体44的弹性力平衡，间隙50发生变化。此时，矢量运算部37采用输出电流测量部35和输出电压测量部36所检测出的电流波形和电压波形来运算求出电容值。因为电流I(t)是相位比低频的sin电压V(t)大致提前90°的状态，所以电抗分量是大致表示电容值的状态。由此，矢量运算部37根据该电抗分量来运算求出电容值。
运算部5追踪由偏置电压供给部6对振动元件28施加的偏置电压和由电容测量部9求出的电容值的关系，来提取CV曲线。在使偏置电压供给部6的施加电压从小值开始逐渐变大时，电容值根据偏置电压的增加而增加。如图8所示，在CV曲线中在电容值的增加停止的点处表示振动元件28的塌陷电压(Vc)。
并且，运算部5对所提取的CV曲线的波形进行微分。运算部5将斜率(微分值)从正变负的点作为塌陷电压(Vc)进行测量。所谓该塌陷电压(Vc)就是膜体44的中心部与半导体基板40上的下部电极48表面接触的状态的偏置电压。
如图8(a)所示，运算部5将低于塌陷电压(Vc)例如70％的电压作为偏置电压(Vdc)进行运算。然后，运算部5将运算出的偏置电压(Vdc)存储在存储器3内。
在收发超声波时，从存储器3读出偏置电压(Vdc)，并设定偏置电压供给部6的偏置电压(Vdc)。偏置电压供给部6将该偏置电压(Vdc)向振动器20a～20m的各个振动元件28施加。即，向全部沟道的振动元件28施加相同的偏置电压(Vdc)。并且，通过从发送部4向膜体44提供驱动信号，根据基于偏置电压(Vdc)的机电耦合系数来从膜体44射出超声波。
在本实施方式中，将塌陷电压(Vc)的70％的电压设定为偏置电压(Vdc)，所以在振动器20a～20m的振动元件28中即使塌陷电压(Vc)有稍稍的偏差(±10％左右)，各个振动元件28也未到达塌陷电压(Vc)。此外，偏置电压供给部6还可以设定偏置电压(Vdc)以下的偏置电压。
以上，在本实施方式中，偏置电压供给部6所设定的偏置电压未到达塌陷电压，所以膜体44的中心部没有与半导体基板40上的下部电极48的表面接触。由此，没有引起电荷从下部电极48向上部电极46移动。从而，能够确保超声波探头2的灵敏度。
此外，在本实施方式中，运算部5将塌陷电压(Vc)的70％的值作为偏置电压(Vdc)进行了运算，但不限于此值。操作部18如图8(b)所示，可在规定范围内设定将塌陷电压(Vc)的几％的值设为偏置电压(Vdc)。操作部18可设定运算部5，以使塌陷电压(Vc)的70％～90％范围内例如80％、85％、90％的值为偏置电压(Vdc)。
这里对第2实施方式进行说明。与第1实施方式不同的点是在存储器3中存储塌陷电压的点。
预先测量超声波探头2的振动元件28的塌陷电压，并将该塌陷电压存储在超声波探头2内的存储器3中。并且，在收发超声波时，从存储器3输出塌陷电压，运算部5对作为所输出的塌陷电压以下的偏置电压进行运算，偏置电压供给部6设定偏置电压。
利用运算部5，来测量振动器20a～20m中某一振动元件28的塌陷电压(Vc)。因为该测量方法与第1实施方式同样，所以省略说明。存储器3存储由偏置电压供给部6和运算部5提取出的振动元件28的塌陷电压(Vc)。
并且，在收发超声波时，运算部5根据存储器3所存储的塌陷电压(Vc)信息来运算偏置电压(Vdc)。如图8(a)所示，运算部5将塌陷电压(Vc)以下的例如70％的值作为偏置电压(Vdc)进行运算。
偏置电压供给部6将该偏置电压(Vdc)施加给振动器20a～20m的各个振动元件28。然后，通过从发送部4向膜体44提供驱动信号，根据偏置电压(Vdc)的机电耦合系数，从膜体44射出超声波。
根据本实施方式，因为偏置电压供给部6所设定的偏置电压没有到达塌陷电压，所以膜体44的中心部没有与半导体基板40上的下部电极48的表面接触。由此，没有引起电荷向下部电极48和上部电极46之间的膜体44移动。从而，能够确保超声波探头2的灵敏度。
这里，采用图9来说明第3实施方式。与第1实施方式以及第2实施方式不同的点是从多个振动元件28求出塌陷电压并根据多个塌陷电压设定偏置电压供给部6的偏置电压的点。
如图9所示，通过运算部5，例如在振动器20a～20m中的3个振动元件28内提取CV曲线。第1振动元件获得如虚线60所示的特性。第2振动元件获得如实线62所示的特性。第3振动元件获得如单点划线64所示的特性。
运算部5在各个振动元件28中求出塌陷电压(Vc1、Vc2、Vc3)。因为该测量方法与第1实施方式相同，所以省略说明。运算部5根据塌陷电压(Vc1、Vc2、Vc3)信息来求出塌陷电压(Vc1、Vc2、Vc3)的平均值(Vcav)。并且，运算部5根据塌陷电压的平均值(Vcav)来运算偏置电压(Vdc)。如图9所示，运算部5将塌陷电压的平均值(Vcav)以下例如70％的值作为偏置电压(Vdc)进行运算。存储器3存储所运算的偏置电压。
在收发超声波时，从存储器3取出偏置电压(Vdc)，设定偏置电压供给部6的偏置电压(Vdc)。偏置电压供给部6向振动器20a～20m的各个振动元件28施加该偏置电压(Vdc)。然后，通过从发送部4向膜体44供给驱动信号，根据偏置电压(Vdc)的机电耦合系数，从膜体44射出超声波。
在本实施方式中，将多个振动元件28中的塌陷电压的平均值(Vcav)以下、70％的值设定为偏置电压(Vdc)。由此，在多个振动元件28中塌陷电压(Vc)即使稍稍偏差也能够对应。
另外，运算部5根据这些振动元件28的塌陷电压(Vc1、Vc2、Vc3)来求出塌陷电压的平均值(Vcav)，不过也可以根据塌陷电压的最小值(Vc1)来运算偏置电压(Vdc)。例如，运算部5将塌陷电压的最小值(Vc1)以下、70％的值作为偏置电压(Vdc)进行运算。因此，不用使各个振动元件28的偏置电压到达塌陷电压，就能够在偏置电压供给部6中设定偏置电压。
根据本实施方式，因为偏置电压供给部6所设定的偏置电压没有到达塌陷电压，所以膜体44的中心部没有与半导体基板40上的下部电极48的表面接触。由此，没有引起电荷向下部电极48和上部电极46之间的膜体44移动。从而，能够确保超声波探头2的灵敏度。
此外，在本实施方式中，提取振动器20a～20m中的3个振动元件28的塌陷电压(Vc1、Vc2、Vc3)，并求出偏置电压(Vdc)，但不限于3个。例如，可提取振动器20a～20m中的5个振动元件28的塌陷电压(Vc1～Vc5)，并求出偏置电压(Vdc)。另外，可针对每个振动器20a～20m提取1个振动元件28的塌陷电压，并求出偏置电压(Vdc)。关于上述选择，可利用操作部18任意地选择。另外，在本实施方式中，以塌陷电压的平均值进行了说明，不过能够以塌陷电压的中央值及塌陷电压的最小值等其它定义来提取偏置电压(Vdc)。
这里，采用图10来说明第4实施方式。与第1实施方式～第3实施方式不同的点是求出全部振动元件28的塌陷电压并根据全部塌陷电压设定偏置电压供给部6的偏置电压的点。
首先，利用运算部5，在振动器20a～20m的全部振动元件28中提取CV曲线。运算部5在各个振动元件28中求出塌陷电压。因为该测量方法与第1实施方式相同，所以省略说明。
运算部5求出表示这些塌陷电压(Vc)的频度、度数的直方图(histogram)。并且，运算部5求出已求出的直方图中的平均值及中央值(Vcav)。然后，运算部5根据塌陷电压(Vc)的平均值及中央值(Vcav)来运算偏置电压(Vdc)。如图10所示，运算部5将塌陷电压的平均值及中央值(Vcav)以下、例如70％的值作为偏置电压(Vdc)进行运算。存储器3存储所运算的偏置电压(Vdc)。
在收发超声波时，从存储器3读出偏置电压(Vdc)，并设定偏置电压供给部6的偏置电压(Vdc)。偏置电压供给部6将该偏置电压(Vdc)对振动器20a～20m的各个振动元件28施加。然后，通过从发送部4向膜体44供给驱动信号，根据偏置电压(Vdc)的机电耦合系数，从膜体44射出超声波。
另外，运算部5根据全部振动元件28的塌陷电压(Vc)求出了直方图的平均值及中央值(Vcav)，不过也可以根据直方图中的最小值(Vc1)来运算偏置电压(Vdc)。例如，运算部5将塌陷电压的最小值(Vc1)的70％的值运算为偏置电压(Vdc)。因此，不用使各个振动元件28的偏置电压到达塌陷电压，就能够在偏置电压供给部6中设定偏置电压。
根据本实施方式，在全部振动元件28中，因为偏置电压供给部6所设定的偏置电压没有到达塌陷电压，所以膜体44的中心部没有与半导体基板40上的下部电极48的表面接触。由此，没有引起电荷向下部电极48和上部电极46之间的膜体44移动。从而，能够确保超声波探头2的灵敏度。
这里，采用图11来说明第5实施方式。与第1实施方式～第4实施方式不同的点是经时地测量塌陷电压并更新存储器3所存储的偏置电压或塌陷电压的点。
首先，如第1实施方式～第4实施方式所示，将偏置电压或塌陷电压存储在存储器3内。然后，从存储到存储器3的时刻开始到例如经过1月或1年的时刻，再次通过偏置电压供给部6、运算部5和电容测量部9，来测量振动器20a～20m中的某1振动元件28或多个振动元件28或全部振动元件28的塌陷电压。这里虽然在经过1月或1年的时刻测量了塌陷电压，但关于此期间可以利用操作部18任意地设定。
如图11所示，在CV曲线中在电容的增加停止的点处表示振动元件28的塌陷电压(Vc)。实线CV曲线80是过去的实测值，虚线CV曲线82是当前的实测值。
运算部5运算从实线CV曲线80中提取出的塌陷电压(Vc1)以下的偏置电压(Vdc1)。在存储器3中存储所运算的偏置电压(Vdc1)。并且，运算部5运算从虚线CV曲线82中提取出的塌陷电压(Vc2)以下的偏置电压(Vdc2)。存储器3将所运算的偏置电压(Vdc2)置换为偏置电压(Vdc1)后存储。
在收发超声波时，从存储器3读出偏置电压(Vdc2)，并设定偏置电压供给部6的偏置电压(Vdc2)。偏置电压供给部6将该偏置电压(Vdc2)向振动器20a～20m的各个振动元件28进行施加。然后，通过从发送部4向膜体44提供驱动信号，根据偏置电压(Vdc2)的机电耦合系数从膜体44射出超声波。
根据本实施方式，因为与振动元件28的经时劣化所导致的塌陷电压变化相对应地设定偏置电压，所以偏置电压没有到达塌陷电压。膜体44的中心部没有与半导体基板40上的下部电极48表面接触，没有引起电荷向下部电极48和上部电极46之间的膜体44移动。从而，能够确保超声波探头2的灵敏度。
此外，在本实施方式中，在经过了1月或1年的时刻测量塌陷电压，并更新了偏置电压，例如，在500次的诊断中以1次的比例来测量塌陷电压，并可以更新存储器3内的偏置电压。
这里对第6实施方式进行说明。与第1实施方式～第5实施方式不同的点是根据振动元件28的种类来设定偏置电压的点。
在振动元件28的直径大的情况下，因为膜体44的刚性小所以塌陷电压(Vc)低。另一方面，在振动元件28的直径小的情况下，因为膜体44的刚性大所以塌陷电压(Vc)变高。另外，在振动元件28的间隙50大的情况下，因为电场强度小，所以塌陷电压(Vc)高。另一方面，在振动元件28的间隙50小的情况下，因为电场强度高，所以塌陷电压(Vc)低。另外，塌陷电压也根据膜体44的介电常数等进行变化。因为具有这样的特性，所以需要根据振动元件28的构造及种类来确定塌陷电压(Vc)，并设定偏置电压。
因此，在本实施方式中，根据装备于超声波探头2上的振动元件28的种类(例如，间隙或直径)，来测量塌陷电压(Vc)。因为该测量方法与第1实施方式相同，所以省略说明。运算部5将根据振动元件28的种类而测量出的塌陷电压(Vc)以下例如70％的电压作为偏置电压(Vdc)进行运算。然后，运算部5将运算出的偏置电压与振动元件28的种类信息一起存储在存储器3中。
在收发超声波时，从存储器3中读出与振动元件28的种类相应的偏置电压(Vdc)，并设定偏置电压供给部6的偏置电压(Vdc)。偏置电压供给部6使振动元件28的种类与偏置电压(Vdc)相对应，向各个振动元件28施加偏置电压(Vdc)。并且，通过从发送部4向膜体44提供驱动信号，根据偏置电压(Vdc)的机电耦合系数从膜体44射出超声波。
根据本实施方式，因为与依据振动元件28的种类而产生的塌陷电压变化对应着设定偏置电压，所以偏置电压没有到达塌陷电压。膜体44的中心部没有与半导体基板40上的下部电极48的表面接触，没有引起电荷向下部电极48与上部电极46之间的膜体44移动。因此，能够确保超声波探头2的灵敏度。
这里，采用图12来说明第7实施方式。与第1实施方式～第6实施方式不同的点是按照每个沟道对偏置电压设定权重的点。
偏置电压供给部6根据由运算部5求出的偏置电压(Vdc)，按照每个沟道来设定不同的偏置电压。
首先，测量振动器20a～20m中某一振动元件28的塌陷电压(Vc)。因为该测量方法与第1实施方式相同，所以省略说明。并且，运算部5将塌陷电压(Vc)以下例如70％的电压作为偏置电压(Vdc)进行运算。存储器3存储偏置电压(Vdc)。
并且，偏置电压供给部6增加超声波探头2中央部沟道的偏置电压(Vdc)的权重，减小端部沟道的偏置电压(Vdc)的权重。具体地说，如图12所示，偏置电压供给部6将对8沟道的振动元件28授予的偏置电压设为权重1。偏置电压供给部6将对4沟道和12沟道的振动元件28授予的偏置电压设为权重0.8。并且，偏置电压供给部6将对1沟道和16沟道的振动元件28授予的偏置电压近似设为权重0。
适用于8沟道的偏置电压(Vdc)的权重最大。针对8沟道以外的沟道设定适用于8沟道的偏置电压(Vdc)以下的偏置电压。由此，在全部沟道中的振动元件28的偏置电压没有到达塌陷电压，能够设定偏置电压。膜体44的中心部没有与半导体基板40上的下部电极48的表面接触，没有引起电荷向下部电极48和上部电极46之间的膜体44移动。因此，能够确保超声波探头2的灵敏度。
另外，偏置电压供给部6还可以根据口径来使权重的分布变化。例如，在希望以5沟道～11沟道的口径来收发超声波时，将1～4沟道和12～16沟道的权重设为0。即，偏置电压供给部6将不用于超声波收发的沟道的权重设为0。
这里，采用图13来说明第8实施方式。与第1实施方式～第7实施方式不同的点是将包含对塌陷电压(Vc)以及偏置电压(Vdc)进行运算的运算部92的运算装置90设置在超声波诊断装置1外的点。此外，省略与第1实施方式重复的说明。
运算装置90由对塌陷电压(Vc)以及偏置电压(Vdc)进行运算的运算部92、操作运算部92的控制部94和操作部96构成。
运算部92追踪由偏置电压供给部6对振动元件28施加的偏置电压和由电容测量部9求出的电容值的关系，提取CV曲线。运算部92将斜率(微分值)从正变负的点作为塌陷电压(Vc)进行测量。如图8(a)所示，运算部92将塌陷电压(Vc)以下例如70％的电压作为偏置电压(Vdc)进行运算。然后，运算部92将运算出的偏置电压(Vdc)存储在存储器3中。
在产品出厂时等，一旦将偏置电压(Vdc)存储在存储器3中，就解除运算装置90(运算部92)与超声波探头2以及超声波诊断装置1内的结构要素的连接。此时，保持存储器3与偏置电压供给部6的连接状态。
然后，在收发超声波时，从存储器3读出偏置电压(Vdc)，设定偏置电压供给部6的偏置电压(Vdc)。偏置电压供给部6将该偏置电压(Vdc)向振动器20a～20m的各个振动元件28施加。并且，通过从发送部4向膜体44供给驱动信号，根据偏置电压(Vdc)的机电耦合系数，从膜体44射出超声波。
以上，在本实施方式中，将运算装置90设置在超声波诊断装置1外，在产品出厂时，解除超声波诊断装置1与运算装置90的连接，因此能够提供廉价的超声波诊断装置1。
在本实施方式例中，利用将下部电极48与上部电极46之间的绝缘体设置到膜体44侧的构造进行了说明，不过通过在下部电极48上也设置绝缘体等也能够实现。
以上，对本发明的超声波诊断装置的优选实施方式进行了说明，不过本发明不仅限于此例。从业人员在本申请公开的技术思想范畴内，可联想到各种变更例或修正例，所以这些变更例或修正例显然也属于本发明的技术范围。

Claims (12)

1.一种超声波诊断装置，具备：
超声波探头，其具有机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压大小而变化的多个振动元件；
超声波图像构成部，其根据从上述超声波探头接收的反射回波信号来构成超声波图像；以及
显示部，其显示上述超声波图像，
该超声波诊断装置的特征在于，具备：
测量部，其测量上述多个振动元件的塌陷电压；
运算部，其求出所测量出的多个振动元件的塌陷电压的大小的中央值、平均值、最小值中的任一个值，并运算成为所求出的值以下的偏置电压的大小；
存储部，其存储上述运算出的偏置电压的大小；以及
控制部，其根据上述存储部所存储的偏置电压的大小，控制从上述偏置电压供给部向上述多个振动元件供给的电压。
2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
还具备测量上述振动元件的电容值的电容测量部。
3.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
上述控制部使上述偏置电压供给部向上述多个振动元件供给上述存储部中所存储的偏置电压的大小的电压。
4.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
上述存储部内置于上述超声波探头内。
5.根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其特征在于，
上述测量部经时测量上述多个振动元件的塌陷电压，
上述控制部使上述运算部运算出成为上述塌陷电压测量部所经时测量的塌陷电压以下的上述偏置电压的大小，并且使上述存储部存储所运算出的偏置电压的大小。
6.根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其特征在于，
上述控制部使上述运算部运算出成为根据上述多个振动元件的种类而测量出的塌陷电压以下的上述偏置电压的大小，并且使上述存储部存储所运算出的偏置电压的大小。
7.根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其特征在于，
上述控制部使上述运算部运算出针对由上述多个振动元件构成的每个沟道而不同的偏置电压的大小，使上述存储部存储所运算出的偏置电压的大小。
8.一种超声波探头，具备：多个振动元件，其机电耦合系数根据偏置电压供给部所供给的偏置电压值来变化；以及存储部，其存储上述振动元件所涉及的信息，该超声波探头的特征在于，
具备运算部，该运算部求出由测量部所测量出的多个振动元件的塌陷电压的大小的中央值、平均值、最小值中的任一个值，并运算成为所求出的值以下的偏置电压的大小，
上述存储部存储上述振动元件的偏置电压的大小，该存储部构成为能够将从上述存储部读出的偏置电压的大小输出至上述偏置电压供给部。
9.根据权利要求8所述的超声波探头，其特征在于，
还具备测量上述振动元件的电容值的电容测量部。
10.根据权利要求8所述的超声波探头，其特征在于，
上述运算部使用由上述测量部经时测量的上述多个振动元件的塌陷电压，来运算偏置电压的大小。
11.根据权利要求8所述的超声波探头，其特征在于，
上述运算部使用由上述测量部根据上述多个振动元件的种类而测量出的塌陷电压，来运算偏置电压的大小。
12.根据权利要求8所述的超声波探头，其特征在于，
上述运算部使用按由上述多个振动元件构成的每个沟道而不同的偏置电压，来运算偏置电压的大小。
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