CN104244836A - 超声波探头和具有该超声波探头的超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

提供一种超声波探头(4)，在接收信号的传送路径(6)中包括多个阻抗匹配元件(7)，该多个阻抗匹配元件(7)与多个超声波换能器(a1～a2n)连接并具有预定的匹配频率，多个阻抗匹配元件(7)为了降低因所对应的超声波换能器在阵列(11)内的排列位置引起的超声波的接收发送的角度的影响，这些阻抗匹配元件的匹配频率具有如下分布：所对应的排列位置越靠近中心，阻抗匹配元件的匹配频率越高。通过使由超声波探头(4)的超声波换能器(a1～a2n)接收到的接收信号通过设置在各个传送路径(6)中的具有预定的频率分布的各个阻抗匹配元件(7)，来补偿各个接收信号的中心频率的偏移的影响，并依次输出至诊断装置主体(5)并生成接收数据，基于这些接收数据，生成高图像质量的超声波图像。

Description

超声波探头和具有该超声波探头的超声波诊断装置

技术领域

本发明涉及一种本发明涉及超声波探头和具有该超声波探头的超声波诊断装置，特别涉及连接于诊断装置主体、并进行超声波的收发的超声波探头。

背景技术

以往，在医疗领域中，利用了超声波图像的超声波诊断装置已经实用化。通常，这种超声波诊断装置从超声波探头的阵列式换能器向被检体内发送超声波束，由阵列式换能器接收来自被检体的超声回声，由诊断装置主体对该接收信号进行电气处理，从而生成超声波图像。

在专利文献1中公开了一种包括匹配部的超声波诊断装置，该匹配部通过包含在超声波振子与经由信号线连接于超声波振子的收发部之间串联连接的电感元件和并联连接的电容元件来进行阻抗匹配。

另外，在专利文献2及专利文献3中，公开了一种超声波诊断装置，为了以最良的状态接收从不同的深度反射来的反射波而能够使调谐频率可变。

根据这样的超声波诊断装置，通过利用阻抗匹配来变更调谐频率，能够获得与焦点深度对应的最适合的接收信号。

专利文献1：日本特许第3702259号公报

专利文献2：日本特开平6－225881号公报

专利文献3：日本特开昭63－221241号公报

发明内容

但是，在以往的超声波诊断装置中，虽然如上所述根据诊断的部位、深度等进行阻抗匹配，然而各个超声波换能器仅考虑了向正面方向放射的情况下的超声回声的特性，对于排列为阵列状的多个超声波换能器的每一个换能器的排列位置的差异即超声回声相对于各个超声波换能器的入射角度的差异所引起的超声波图像的图像质量的下降，没有做任何考虑。

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种超声波探头和具有该超声波探头的超声波诊断装置，能够补偿因超声回声相对于排列为阵列状的多个超声波换能器的入射角度的差异引起的超声波图像的图像质量的下降。

为了解决上述问题，本发明的超声波探头连接于诊断装置主体，通过由排列为阵列状的多个超声波换能器进行超声波的接收发送生成接收信号，并向诊断装置主体传送，其中，在接收信号的传送路径中包括多个阻抗匹配元件，该多个阻抗匹配元件连接于多个超声波换能器，并具有预定的匹配频率，多个阻抗匹配元件为了降低因所对应的超声波换能器在阵列内的排列位置引起的超声波的接收发送的角度的影响，这些阻抗匹配元件的匹配频率具有如下分布：所对应的超声波换能器在阵列内的排列位置越靠近中心，阻抗匹配元件的匹配频率越高。

另外，阻抗匹配元件能够通过将至少1个电感或电容串联或并联连接而构成。

超声波探头包括：探头主体，具备多个超声波换能器；线缆，将探头主体与诊断装置主体连接；以及连接器，将线缆连结于诊断装置主体，阻抗匹配元件最优选设置在连接器的内部，另外，阻抗匹配元件优选设置在探头主体的内部，此外，阻抗匹配元件也可以设置在线缆的内部。

另外，本发明的超声波诊断装置包括：所述的超声波探头；以及连接有超声波探头的诊断装置主体。

根据本发明，能够补偿因排列为阵列状的多个超声波换能器的排列位置引起的各个接收信号的中心频率的偏移的影响，因此，能够获得高图像质量的超声波图像。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的超声波探头的内部结构的简图。

图2是示意性地表示被检体内的反射点与超声波探头的各个超声波换能器的位置关系的图。

图3是表示实施方式1的超声波探头的各个超声波换能器的设置位置与所对应的阻抗匹配元件的匹配频率得关系的图表。

图4(A)～(F)是表示设置在实施方式1的超声波探头的传送路径中的阻抗匹配元件的一例的图。

图5是表示与超声波探头连接的诊断装置主体的内部结构的简图。

图6是表示本发明的实施方式2的超声波探头的内部结构的简图。

图7是表示本发明的实施方式2的变形例的超声波探头的内部结构的简图。

图8是表示与图7的超声波探头连接的诊断装置主体的内部结构的简图。

图9是表示本发明的实施方式3的超声波探头的内部结构的简图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

实施方式1

图1示出本发明的实施方式1的超声波探头4的构成。超声波探头4经由连接器3A及3B与诊断装置主体5连接，构成超声波诊断装置。

超声波探头4例如包括：探头主体1，具有由排列为1维阵列状的多个超声波换能器a1～a2n构成的阵列式换能器11；线缆2，连接于探头主体1，并将探头主体1与诊断装置主体5连接；以及连接器3A，将线缆2连结于诊断装置主体5的连接器3B。此外，线缆2相对于探头主体1连接固定，但是，线缆2相对于诊断装置主体5经由连接器3A、3B可装卸地连接。

另外，多个超声波换能器a1～a2n借助传送路径6分别独立地与诊断装置主体5连接，在各个传送路径6的途中在连接器3A内部分别设置有阻抗匹配元件7。

多个超声波换能器a1～a2n按照通过各个传送路径6从发送电路12供给的驱动信号来发送超声波，并且接收来自被检体的超声回声而输出接收信号。各超声波换能器ak(k＝1～2n)例如由在压电体的两端形成有电极的振子构成，该压电体由以PZT(锆钛酸铅)为代表的压电陶瓷、以PVDF(聚偏氟乙烯)为代表的高分子压电元件、以PMN－PT(铌镁酸·钛酸铅固溶体)为代表的压电单晶等构成。

在那样的振子的电极施加脉冲状或连续波的电压时，压电体伸缩，从各个振子发生脉冲状或连续波的超声波，通过这些超声波的合成而形成超声波束。另外，各个振子通过对传播的超声波进行接收而伸缩来发生电气信号，这些电气信号被作为超声波的接收信号而输出。

图2示出探头主体1的阵列式换能器11与被检体内的预定的反射点R的位置关系。阵列式换能器11的多个超声波换能器a1～a2n被排列为1维状，并且具有互相平行的声音放射面11S，1个反射点R位于与这些多个超声波换能器a1～a2n的声音放射面11S相向的位置。因此，反射点R和各超声波换能器ak的声音放射面11S所成的角度对于每个超声波换能器ak而言是不同的。这里，超声波换能器ak的声音放射面11S所成的角度θk(k＝1～2n)用在连结超声波换能器ak的声音放射面11S和反射点R的直线与声音放射面11S的法线之间形成的角度表示。此外，超声波换能器ak的声音放射面11S所成的角度θk也是来自反射点R的超声回声相对于超声波换能器ak的入射角度。并且，若使反射点R处于阵列式换能器11的中心线上，则处于相对于中心线对称的位置上的超声波换能器具有彼此相等大小的超声回声的入射角度。即，超声波换能器a1与a2n、a2与a(2n－1)、a3与a(2n－2)、···、an与a(n+1)具有彼此相等大小的超声回声的入射角度。

这样，从反射点R返回的超声回声的入射角度θk对于每个超声波换能器ak而言是不同的，因而由各个超声波换能器ak获得的接收信号具有根据超声回声的入射角度θk而不同的中心频率。通常，超声回声的入射角度θk越大，则超声波换能器ak中获得的接收信号的中心频率越低。

若将中心频率不同的接收信号原封不动地进行相位匹配来生成声音信号，则会导致超声波图像的图像质量的下降。因此，在超声波探头4中，为了补偿来自超声波换能器ak的各个接收信号的中心频率的偏离的影响，对于排列为阵列状的多个超声波换能器a1～a2n，对连接器3A内即各个传送路径6中所设置的多个阻抗匹配元件7进行调整使得具有图3所示那样的匹配频率的分布。此外，如上所述，处于相对于通过反射点R的阵列式换能器11的中心线对称的位置上的超声波换能器具有彼此相等大小的超声回声的入射角度，因此，图3所示的匹配频率的分布也具有相对于中心而对称的分布。

实施方式1的超声波探头4中，设置在各个接收信号的传送路径6中的多个阻抗匹配元件7具有与超声波换能器a1～a2n的排列位置对应的频率分布，并利用各个阻抗匹配元件7补偿各个接收信号的中心频率的偏移的影响，因此，实施方式1的超声波探头4与诊断装置主体5连接而能够生成图像质量的高超声波图像。

此外，阻抗匹配元件7是调整电阻抗的元件，因而例如，如图4(A)那样，可以是在各个传送路径6中串联连接有电感的结构，另外，如图4(B)那样，也可以是并联连接有电容的结构，另外，如图4(C)那样，也可以是串联连接有电容的结构，如图4(D)那样，也可以是将并联连接的电容和电感串联连接的结构。

另外，进而，如图4(E)所示，主要以提高接收灵敏度为目的，也可以使用在振子侧的电气阻抗高的情况下所使用的Π型匹配器，如图4(F)所示，主要以提高接收灵敏度为目的，也可以使用在振子侧的电气阻抗低的情况下所使用的T型匹配器等。

由于来自超声波换能器ak的接收信号通过所对应的阻抗匹配元件7，从而各个接收信号的中心频率的偏移的影响被补偿。

接着，图5示出诊断装置主体5的内部结构。

诊断装置主体5包括经由各个传送路径6与探头主体1的多个超声波换能器a1～a2n连接的发送电路12及接收电路13。

另外，诊断装置主体5具有连接于接收电路13的信号处理部17，并在该信号处理部17依次连接有DSC(Digital Scan Converter，数字扫描转换器)18、图像处理部19、显示控制部20以及显示部16。另外，在图像处理部19连接有图像存储器21，由信号处理部17、DSC18、图像处理部19以及图像存储器21形成图像生成部22。

而且，控制部23与发送电路12及接收电路13、信号处理部17、DSC18以及显示控制部20连接，操作部15以及储存部24分别与控制部23连接。

图5的发送电路12例如包含多个脉冲发生器，基于根据来自控制部23的控制信号所选择的发送延迟模式，以从图1的阵列式换能器11的多个超声波换能器a1～a2n发送的超声波形成超声波束的方式调节各个驱动信号的延迟量并提供给多个超声波换能器a1～a2n。

另外，图5的接收电路在将从各超声波换能器ak发送的接收信号放大并进行A/D转换后，按照基于根据来自控制部23的控制信号所选择的接收延迟模式而设定的音速或音速的分布，对各接收信号施加各自的延迟并进行加算，从而进行接收聚焦处理。通过该接收聚焦处理来生成使超声回声的焦点收窄后的接收数据(声线信号)。

诊断装置主体5的信号处理部17对于由接收电路13生成的接收数据，根据超声波的反射位置的深度实施了基于距离的衰减的补正后，通过实施包络检波处理，生成与被检体内的组织相关的作为断层图像信息的B模式图像信号。

DSC18将由信号处理部17生成的B模式图像信号转换为遵循通常的电视信号的扫描方式的图像信号(光栅转换)。

图像处理部19在对从DSC18输入的B模式图像信号实施了灰度处理等各种的必要的图像处理后，将B模式图像信号输出至显示控制部20，或者存储于图像存储器21。

显示控制部20基于由图像处理部19实施了图像处理的B模式图像信号，使超声波诊断图像显示于显示部16。

显示部16例如包含LCD等显示器装置，在显示控制部24的控制下，显示超声波诊断图像。另外，在检查时，根据需要将用于检查的光标、量规等重叠显示于超声波诊断图像上。

操作部15具有操作者进行输入操作用的各种操作按钮。另外，储存部24存储动作程序及包含一系列的检查项目在内的检查程序等，能够使用硬盘、软盘、MO、MT、RAM、CD－ROM、DVD－ROM、SD卡、CF卡、USB存储器等记录介质、或服务器等。

控制部23基于由操作者从操作部15输入的各种指令信号等，进行诊断装置主体5内的各部的控制。

此外，信号处理部17、DSC18、图像处理部19、显示控制部20由用于进行动作的动作程序构成，但是，也可以用数字电路来构成它们。

接着，说明将实施方式1的超声波探头4连接于诊断装置主体5的超声波诊断装置的动作。

经由连接器3A及3B将超声波探头4连接于诊断装置主体5，并接通诊断装置主体5的电源开关，从而向诊断装置主体5内及超声波探头4内的各部供给电力，使超声波诊断装置启动。

然后，按照来自诊断装置主体5的发送电路12的驱动信号，从阵列式换能器11的多个超声波换能器a1～a2n依次发送超声波束，由多个超声波换能器a1～a2n接收到的接收信号通过设置在各个传送路径6中的具有预定的频率分布的各个阻抗匹配元件7，从而补偿各个接收信号的中心频率的偏移的影响，并经由传送路径6依次输出至诊断装置主体5的接收电路13并生成接收数据。基于这些接收数据，在诊断装置主体5的图像生成部22中生成图像信号，进而，基于图像信号，利用显示控制部20使超声波图像显示于显示部16。

此外，上述的接收信号由与如上所述分别设置于连接器3A的超声波换能器ak的排列位置对应的阻抗匹配元件7补偿了各自的中心频率的偏移的影响，因此，能够获得高图像质量的超声波图像。

在实施方式1中，对多个接收信号的中心频率的偏移的影响通过使所对应的阻抗匹配元件7具有预定的匹配频率的分布来进行了补偿，但是，由于使阻抗匹配元件7的设置位置处于超声波探头4的连接器3A内，因此，能够实现探头主体1的小型化，超声波探头4本身的操作变得容易。

实施方式2

图6示出实施方式2的超声波探头41的构成。该超声波探头41是在图1所示的实施方式1的超声波探头4中，将阻抗匹配元件7设置在探头主体1内，而不是设置在连接器3A内，其他的构成与实施方式1的超声波探头4相同。

这样，即使将分别与阵列式换能器11的多个超声波换能器a1～a2n连接的阻抗匹配元件7配置在探头主体1内，也与实施方式1进行同样的动作，补偿各个超声波换能器a1～a2n的中心频率的偏移的影响，能够获得高图像质量的超声波图像。

而且，作为实施方式2的变形例，如图7所示，还能够构成将在实施方式1中设置在诊断装置主体5内的发送电路12及接收电路13也配置在探头主体1内的超声波探头42。

在此情况下，超声波探头42被连接于图8所示那样的诊断装置主体51来使用。该诊断装置主体51是在图5所示的诊断装置主体5中省略了发送电路12及接收电路13的构成。

在该超声波探头42中，由阵列式换能器11的多个超声波换能器a1～a2n获得的接收信号分别经由阻抗匹配元件7被输入至接收电路13，且由接收电路13进行了数字化的信号被传送至诊断装置主体51。即，构成数字式的超声波探头42。

实施方式3

图9示出实施方式3的超声波探头43的构成。该超声波探头43是在图1所示的实施方式1的超声波探头4中，将阻抗匹配元件7设置在线缆2内，而不是设置在连接器3A内，其他的构成与实施方式1的超声波探头4相同。

这样，即使将分别与阵列式换能器11的多个超声波换能器a1～a2n连接的阻抗匹配元件7配置在线缆2内，也进行实施方式1同样的动作，补偿各个超声波换能器a1～a2n的中心频率的偏移的影响，能够获得高图像质量的超声波图像。

另外，在上述的实施方式1及2中，超声波探头4、41与诊断装置主体5经由线缆2互相连接，另外，超声波探头42与诊断装置主体51经由线缆2互相连接，但是，不限于此，探头主体1也可以无线连接于诊断装置主体5、51。

以上，详细说明了本发明的超声波探头和具有该超声波探头的超声波诊断装置，但是本发明不限定于上述实施方式，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改良、变更。

附图标记说明：

1          探头主体

2          线缆

3A、3B     连接器

4          超声波探头

5          诊断装置主体

6          传送路径

7          阻抗匹配元件

8          显示部

9          触摸面板

11         阵列式换能器

11S        声音放射面

12         发送电路

13         接收电路

15         操作部

16         显示部

17         信号处理部

18         DSC(Digital Scan Converter)

19         图像处理部

20         显示控制部

21         图像存储器

22         图像生成部

23         控制部

24         储存部

a1～a2n    超声波换能器

Claims (6)

1.一种超声波探头，连接于诊断装置主体，通过由排列为阵列状的多个超声波换能器进行超声波的接收发送来生成接收信号，并向所述诊断装置主体传送，所述超声波探头的特征在于，

在所述接收信号的传送路径中具备多个阻抗匹配元件，所述多个阻抗匹配元件连接于所述多个超声波换能器，并具有预定的匹配频率，

所述多个阻抗匹配元件为了降低因所对应的所述超声波换能器在阵列内的排列位置引起的超声波的接收发送的角度的影响，这些阻抗匹配元件的匹配频率具有如下分布：所对应的所述超声波换能器在阵列内的排列位置越靠近中心，阻抗匹配元件的匹配频率越高。

2.如权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，

所述阻抗匹配元件是通过将至少1个电感或电容串联或并联连接而构成的。

3.如权利要求1或2所述的超声波探头，其特征在于，

所述超声波探头包括：探头主体，具备所述多个超声波换能器；线缆，将所述探头主体与诊断装置主体连接；以及连接器，将所述线缆连结于所述诊断装置主体，

所述阻抗匹配元件设置在所述连接器的内部。

4.如权利要求1或2所述的超声波探头，其特征在于，

所述超声波探头包括：探头主体，具备所述多个超声波换能器；线缆，将所述探头主体与诊断装置主体连接；以及连接器，将所述线缆连结于所述诊断装置主体，

所述阻抗匹配元件设置在所述探头主体的内部。

5.如权利要求1或2所述的超声波探头，其特征在于，

所述超声波探头包括：探头主体，具备所述多个超声波换能器；线缆，将所述探头主体与诊断装置主体连接；以及连接器，将所述线缆连结于所述诊断装置主体，

所述阻抗匹配元件设置在所述线缆的内部。

6.一种超声波诊断装置，包括：权利要求1～5中任一项所述的超声波探头；以及连接有所述超声波探头的诊断装置主体。