JP2006122344A - Ultrasonographic picture diagnostic device - Google Patents

Ultrasonographic picture diagnostic device

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JP2006122344A
JP2006122344A JP2004314574A JP2004314574A JP2006122344A JP 2006122344 A JP2006122344 A JP 2006122344A JP 2004314574 A JP2004314574 A JP 2004314574A JP 2004314574 A JP2004314574 A JP 2004314574A JP 2006122344 A JP2006122344 A JP 2006122344A
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Pending
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JP2004314574A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Miyajima
泰夫 宮島
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Medical Systems Corp
東芝メディカルシステムズ株式会社
株式会社東芝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonographic picture diagnostic device for making the increase in the sound pressure of ultrasonic waves to be outputted compatible with the improvement of the receiving efficiency of ultrasonic reflection waves. <P>SOLUTION: This ultrasonographic picture diagnostic device is provided with: a plurality of C-MUT elements where a thin film and a board are provided having a gap between themselves and which transmit the ultrasonic waves by the vibration of the thin film and converts the vibration of the thin film by reception of the ultrasonic reflection wave to the echo signal of an electric signal; and a control means which gives variable bias voltage Vp where voltage is boosted gradually while going from a short distance reception period Rs for receiving the ultrasonic reflection wave reflected by the short distance section of a patient to a long distance reception period Re for receiving the ultrasonic reflection wave reflected by the long distance section in the receiving period T of the ultrasonic reflection waves, to the C-MUT element. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波振動子として、C・MUT(Capacitive Micromachining Ultrasound Transducers、静電容量型超音波振動子)素子を使用する超音波画像診断装置に関する。 The present invention, as an ultrasonic vibrator, C · MUT (Capacitive Micromachining Ultrasound Transducers, cMUT) relates to an ultrasound image diagnosis apparatus that uses the device.

近年、超音波画像診断装置の超音波振動子として、C・MUT素子(静電容量結合型超音波振動子)を使用したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Recently, as an ultrasonic transducer of the ultrasonic imaging apparatus, those using C · MUT element (capacitive coupling ultrasonic transducer) have been proposed (e.g., see Patent Document 1). このC・MUT素子は、シリコン等の基板上で対向配置された一対の電極膜間に、DC(直流)バイアス電圧が印加され、これに、電気信号の所要周波数の駆動パルスが重畳して印加されると、これら一対の電極膜間の静電容量が変動し、一方の電極膜が振動して所要周波数の超音波が送波される。 The C · MUT element is a light film disposed facing on a substrate such as silicon, DC (direct current) bias voltage is applied, this, the driving pulse of the required frequency of the electrical signal is superimposed is applied Once, the capacitance between the pair of electrode films is varied, one electrode film is transmitting ultrasonic required frequency vibrating. 図17はこのC・MUT素子に送信されて駆動する駆動信号の送信波形TaとそのDCバイアス電圧Vaとを示しており、このDCバイアス電圧Vaは、例えば約80V程度で一定に固定されている。 Figure 17 shows the transmission waveform Ta of the drive signal for driving is transmitted to the C · MUT element and the DC bias voltage Va, the DC bias voltage Va is fixed to a constant, for example, about 80V about .

また、C・MUT素子は、一方の電極膜により超音波の反射波(エコー波)が受波されると、これを電気信号のエコー信号に変換する機能を有する。 Also, C · MUT elements have the ultrasonic reflected waves by one electrode film (echo waves) is reception, the ability to convert it to the echo signal of an electrical signal. すなわち、C・MUT素子は、超音波を電気信号に可逆的に変換可能である。 That, C · MUT element can be reversibly convert ultrasound into electrical signals.

そして、C・MUT素子は、そのDCバイアス電圧を制御することにより、一対の電極膜間の静電容量を変化させて共振周波数を適宜制御することができる。 Then, C · MUT element, by controlling the DC bias voltage can be controlled appropriately resonance frequency by changing the capacitance between the pair of electrode films. しかし、この共振周波数帯域は狭いので、従来はC・MUT素子のDCバイアス電圧を共振周波数以外の周波数帯域を使用する値に設定して、超音波周波数の広帯域化を図っている。 However, since the resonance frequency band is narrower, conventionally set to a value using a frequency band other than the resonance frequency DC bias voltage of C · MUT elements, thereby achieving a wide band of ultrasonic frequencies.
米国特許第6,443,901号明細書 US Pat. No. 6,443,901

しかしながら、一般にC・MUT素子は、PZT等の超音波圧電素子に比して超音波の音圧が小さいという課題を有する。 However, in general C · MUT element has a problem that the sound pressure of the ultrasonic wave relative to the ultrasonic piezoelectric element is small, such as PZT.

そこで、C・MUT素子の一対の電極膜に印加するDCバイアス電圧を高くし、または、このDCバイアス電圧に重畳して与える駆動パルスの振幅を増幅させることにより、超音波の音圧を増大させることが考えられる。 Therefore, by increasing the DC bias voltage applied to the pair of electrode films of C · MUT elements, or by amplifying the amplitude of the drive pulses to provide superimposed on the DC bias voltage, increase the sound pressure of the ultrasonic wave it is conceivable.

また、DCバイアス電圧を高くすることにより、C・MUT素子の超音波受信感度ないし受信効率を向上させることができる。 Further, by increasing the DC bias voltage, it is possible to improve the ultrasonic reception sensitivity to reception efficiency of C · MUT element.

しかし、C・MUT素子のDCバイアス電圧と、駆動パルスの振幅が過大である場合には、振動する一方の電極膜の振幅が過大になって他方の電極膜に衝当して破損する場合がある。 However, a DC bias voltage of C · MUT elements, when the amplitude of the drive pulse is too high, if the amplitude of one electrode film of the vibration from being damaged by strike becomes excessive to the other electrode film is there.

このために、DCバイアス電圧は駆動パルスの振幅に応じて低減しておくことが必要である。 For this, DC bias voltage is required to keep reduced according to the amplitude of the drive pulse. すなわち、従来のC・MUT素子の駆動方法では、超音波の大きな音圧とエコー波受信効率の向上とを両立することは困難であるという課題がある。 That is, in the driving method of the conventional C · MUT elements, there is a problem that it is difficult to achieve both improvement of large sound pressure and echo wave reception efficiency of the ultrasonic wave.

また、DCバイアス電圧を例えば階段状等急激に高める場合には、エコー受信期間等意図しないときに超音波が送波されて2重像を発生させる場合がある。 Further, in a case of increasing a DC bias voltage, for example, stepped or the like suddenly may cause a double image ultrasound is transmitting when the echo reception period such unintended.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、出力する超音波の音圧の増大と超音波反射波の受信効率の向上とを両立させることができる超音波画像診断装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is improved ultrasonic diagnostic imaging can be achieved at the reception efficiency increases and the reflected ultrasonic wave of the ultrasonic sound pressure to be output to provide an apparatus.

本発明は、図8の特性曲線Aに示すようにC・MUT素子のDCバイアス電圧の上昇に伴って超音波反射波エコー信号の受信効率が指数関数的に上昇する点に着目してなされたものであり、エコー波受信期間にC・MUT素子に印加されるDCバイアス電圧を、近距離受信期間から遠距離受信期間へ行くに従って漸次高める点に特徴があり、次のように構成される。 The present invention was made in view of the point that with increasing DC bias voltage C · MUT element receiving efficiency of reflected ultrasonic wave echo signal increases exponentially as illustrated in curve A of FIG. 8 is intended, the DC bias voltage applied to the echo wave reception period to C · MUT element, is characterized in that increase gradually toward the short-range reception period to the long distance reception period is configured as follows.

請求項1に係る発明は、被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、直流バイアス電圧が印加されて駆動し、駆動パルスを受信して上記超音波を送波する一方、上記超音波反射波を受波して電気信号のエコー信号に変換する複数の静電容量結合型超音波振動子と、上記超音波反射波の受信期間に、上記被検体の近距離部位で反射した超音波反射波を受波する近距離受信期間から、遠距離部位で反射した超音波反射波を受信する遠距離受信期間へ行くに従って電圧が漸次高くな可変バイアス電圧を、上記静電容量結合型超音波振動子に与える制御手段と、を具備していることを特徴とする The invention according to claim 1, while transmitting the ultrasonic wave to the transmission period to the subject, an ultrasonic image based on the echo signal of the ultrasonic reflected waves received wave from the subject to the reception period re the ultrasound image diagnosis apparatus which displays the configured display means, a DC bias voltage is driven is applied, while transmitting the ultrasonic wave receiving the drive pulses, and reception of the reflected ultrasonic wave electric a plurality of capacitive coupling ultrasonic transducer for converting the echo signal of the signals, the reception period of the reflected ultrasonic waves, a short distance to reception of the reflected ultrasonic wave reflected by the short distance region of the subject from reception period, and a control means for progressively increasing variable bias voltage the voltage toward the far receiving period for receiving a reflected ultrasonic wave reflected by the far site, giving to the capacitive coupling type ultrasonic transducer, characterized in that it comprises a 音波画像診断装置である。 A ultrasound image diagnosis apparatus.

請求項2に係る発明は、上記制御手段は、上記駆動パルスを作成するために必要な電位を有する駆動用バイアス電圧および上記受信期間中に印加される上記可変バイアス電圧を発生させるバイアス発生回路と、上記送信期間に上記バイアス発生回路から上記駆動用バイアス電圧を駆動パルスとして出力させる送信制御信号を出力する一方、上記受信期間に上記バイアス発生回路から上記可変バイアス電圧を出力させる送信制御信号を出力する送信制御手段と、この送信制御信号を出力する送信制御手段からの送信制御信号を受けて上記駆動パルスと可変バイアス電圧を上記静電容量結合型超音波振動子に選択的に与える送信回路と、を具備していることを特徴とする請求項1記載の超音波画像診断装置である。 The invention according to claim 2, wherein the control means includes a bias generation circuit for generating the variable bias voltage applied during the driving bias voltage and said receiving period having the necessary potential to create the drive pulse , while outputting a transmission control signal for outputting to the transmission period from the bias generator circuit a bias voltage for the drive as the driving pulse, outputs a transmission control signal for outputting the variable bias voltage from the bias generating circuit into the reception period and transmission control means for a transmission circuit for applying the driving pulse and a variable bias voltage by receiving the transmission control signal from the transmission control means for outputting the transmit control signal selectively to the capacitive coupling ultrasonic transducer an ultrasonic image diagnostic apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a.

請求項3に係る発明は、上記送信制御手段は、上記受信期間に印加される上記可変バイアス電圧に、上記駆動パルスの周波数成分を含まないように上記送信制御信号を出力する手段を、具備していることを特徴とする請求項2記載の超音波画像診断装置である。 The invention according to claim 3, said transmission control means, the variable bias voltage applied to the receiving period, a means for outputting the transmit control signal so as not to include a frequency component of the drive pulse, comprising it is an ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 2, wherein is.

請求項4に係る発明は、上記静電容量結合型超音波振動子は、その複数個が基板上に列状に配設されてアレイ素子に構成され、さらに、このアレイ素子の複数個がスキャン方向に並設されて二次元アレイ素子に構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波画像診断装置である。 Invention, the capacitive coupling type ultrasonic transducer, the plurality is configured to array elements are arranged in rows on a substrate, further, the scanning the plurality of the array elements according to claim 4 an ultrasound image diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is constituted by juxtaposed in a direction in a two-dimensional array elements.

請求項5に係る発明は、上記バイアス発生回路は、上記全アレイ素子に電気的に接続され、上記送信回路は上記各アレイ素子毎に電気的に接続され、上記送信回路制御手段は、上記アレイ素子をそのスキャン方向に電子走査するための送信制御信号を出力する手段を備えていることを特徴とする請求項4記載の超音波画像診断装置である。 Invention, the bias generation circuit according to claim 5 is electrically connected to the entire array element, the transmission circuit is electrically connected to each of the one array element, the transmission circuit controlling unit, said array it is an ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 4, wherein, further comprising means for outputting a transmission control signal for electronic scanning element in the scan direction.

請求項6に係る発明は、上記送信制御手段は、上記エコー信号を増幅する増幅器の利得を制御する操作卓の利得操作具の手動操作に応じて上記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の超音波画像診断装置である。 The invention according to claim 6, said transmission control means comprises means for controlling said variable bias voltage in response to manual operation of the gain operating tool of the console that controls the gain of the amplifier for amplifying the echo signals it is an ultrasound image diagnosis apparatus according to any one of claims 2-5, characterized in that there.

請求項7に係る発明は、上記送信制御手段は、上記駆動パルスの送信周波数を制御する操作卓の周波数操作具の手動操作に応じて上記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の超音波画像診断装置である。 That the invention according to claim 7, the transmission control means, which comprises means for controlling said variable bias voltage in response to manual operation of the frequency operating tool of the console for controlling the transmission frequency of the drive pulse claims 1, characterized an ultrasound image diagnosis apparatus according to any one of 6.

本発明によれば、超音波反射波の受信期間中には、近距離受信期間から遠距離受信期間へ行くに従って電圧が漸次高くなる可変バイアス電圧が静電容量結合型超音波振動子の薄膜と基盤間に印加されるので、この近距離受信期間から遠距離受信期間までのエコー波の受信効率ないし受信感度の向上を図ることができる。 According to the present invention, during the reception period of the reflected ultrasonic wave, and a thin film variable bias voltage to the voltage is gradually increased in the capacitive coupling ultrasonic transducer toward the short-range reception period to the long distance reception period since applied between infrastructure, it is possible to improve the reception efficiency or reception sensitivity of the echo waves from the short-range reception period to long reception period.

しかも、超音波送波の送信期間では、静電容量結合型超音波振動子のDCバイアス電圧を高くしないので、静電容量結合型超音波振動子に振幅の大きい駆動パルスを与えて超音波の音圧の増大を図っても、静電容量結合型超音波振動子が破損するのを有効に防止することができる。 Moreover, the transmission period of the ultrasonic transmitting and does not increase the DC bias voltage of the capacitive coupling type ultrasonic transducer, the capacitive coupling ultrasonic sound wave oscillator amplitude larger supplies a drive pulse of the ultrasonic even it aims to increase the sound pressure, may be capacitive-coupled ultrasonic vibrator can effectively be prevented from being damaged. すなわち、超音波の音圧の増大とエコー波の受信感度ないし受信効率の向上とを両立させることができる。 That is, it is possible to achieve both improvement of the reception sensitivity or reception efficiency increases and the echo wave of the ultrasonic sound pressure.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 It will be described below with reference to embodiments of the present invention in the accompanying drawings. これら添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。 In these drawings, and like reference numerals denote the same or corresponding parts.

図2は本発明の第1実施形態に係る超音波画像診断装置1の全体構成を示すブロック図である。 Figure 2 is a block diagram showing the entire configuration of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. この図2に示すように超音波画像診断装置1は、プローブヘッド200と、このプローブヘッド200に信号ケーブル300を介して電気的に接続された本体装置400とを具備している。 FIG 2 the ultrasound system 1 as shown, the probe head 200, and a main device 400 which is electrically connected via a signal cable 300 to the probe head 200.

プローブヘッド200は、プローブ201、送信回路202、送信制御回路203、バイアス発生回路204、受信前置増幅器205、受信遅延加算回路206を具備し、これらを図示しないヘッドケース内に設けて一体に構成している。 Probe head 200, probe 201, transmitting circuit 202, comprising a transmission control circuit 203, the bias generation circuit 204, the reception pre-amplifier 205, the reception delay addition circuit 206, formed integrally provided in the head in a case (not shown) of these are doing.

一方、本体装置400は、受信走査回路401、血流情報検出器402、振幅検出器403、データメモリ404、表示処理部405、表示モニタ406を具備しており、これらを図示しない本体ケース内に配設して一体に構成している。 On the other hand, the main device 400, receives the scanning circuit 401, the blood flow information detector 402, amplitude detector 403, data memory 404, display processing unit 405, which comprises a display monitor 406, the main body case to an unillustrated these It is configured to integrally disposed.

図3は上記プローブ201の要部平面を示す模式図である。 Figure 3 is a schematic view showing a principal part plan of the probe 201. この図3に示すようにプローブ201は複数(例えば64素子)のアレイ素子211,211,…をスキャン方向に並設して二次元アレイ素子に構成している。 FIG 3 the probe 201 as shown is configured in an array element 211 and 211, juxtaposed ... to the scanning direction the two-dimensional array element of a plurality (e.g., 64 elements).

各アレイ素子211はシリコン等の絶縁基板221に、平面形状が例えば円形等の複数のC・MUT素子231,231,…を、図3中横方向のスライス方向と、図3中縦方向のスキャン方向に、それぞれ所要のピッチを置いて、例えば3行12列にそれぞれ配設することにより構成されている。 An insulating substrate 221 such each array element 211 is silicon, a plurality of C · MUT element of planar shape for example circular, etc. 231 and 231, ..., and 3 and the horizontal direction of the slice direction, the longitudinal direction of the scan in Figure 3 direction, respectively at a predetermined pitch, and is configured by respectively disposed in example 3 rows and 12 columns.

各アレイ素子211は、絶縁基板221上に、複数のC・MUT素子231同士を並列に電気的に接続する、図示しない配線導体を形成し、さらにこの配線導体を、各アレイ素子211毎に備えた送信回路202に電気的にそれぞれ接続している。 Each array element 211, on the insulating substrate 221, electrically connecting a plurality of the C · MUT elements 231 together in parallel to form a not-shown wiring conductor further the wiring conductor, comprising for each array element 211 It is electrically connected to the transmitting circuit 202. 各送信回路202は各C・MUT素子231に、図1で示す送信信号202Sを各アレイ素子211毎に与える(送信する)ことにより各C・MUT素子231を駆動して、超音波を出力させ、図示しない被検体に送波させるものである。 Each transmission circuit 202 each C · MUT element 231, providing a transmission signal 202S shown in FIG. 1 for each array element 211 (transmitting) to drive each C · MUT element 231 by, to output an ultrasonic wave it is intended to transmit to a subject (not shown).

図4は各C・MUT素子231の縦断面図である。 Figure 4 is a longitudinal sectional view of the C · MUT element 231. この図4に示すように各C・MUT素子231は、基盤であるシリコン等の絶縁基板221の図4中上面上に、基板側導電性薄膜241を形成し、さらに、この基板側導電性薄膜241上に、非導電性の窒化ケイ素製等の枠状の絶縁層251を形成し、この絶縁層251により囲まれた内方には、厚さが例えば1μm以下の平面形状が円形の空隙261を形成している。 Each C · MUT element 231 as shown in FIG. 4, on Fig 4 in the upper surface of the insulating substrate 221 of silicon or the like, the foundation, to form a substrate-side conductive thin film 241, further, the substrate-side conductive thin film on the 241, the frame-shaped insulating layer 251, such as made of non-conductive silicon nitride is formed, this inward is surrounded by an insulating layer 251, the following planar shape having a thickness of, for example 1μm circular voids 261 to form a.

さらに、この絶縁層251上には、空隙層261上にて、非導電性薄膜271を形成し、この非導電性薄膜271の上面上に、例えば100μm以下の小円形の放射面側導電性薄膜281を蒸着等により一体に形成し、この放射面側導電性薄膜281と基板側導電性薄膜241との間には、送信回路202からの送信信号202Sが印加される。 Further, this on the insulating layer 251 at the gap layer 261 above the non-conductive film 271 is formed on the upper surface of the non-conductive thin film 271, for example 100μm or less of the small circular radiating surface side conductive thin film 281 formed integrally with the evaporation or the like, between the radiation plane side electroconductive thin film 281 and the substrate-side conductive thin film 241, the transmission signal 202S from the transmission circuit 202 is applied. これにより、基板側と放電面側の導電性薄膜241,281間には相互に引き合う静電力が作用し、DCバイアス電圧を制御することにより、これら導電性薄膜241,281間の静電力が変化するので、放電面側導電性薄膜281が非導電性薄膜271と一体となって振動し、放射面側導電性薄膜281から所要周波数の超音波が放射される。 Thus, between the conductive thin film 241,281 of the substrate side and the discharge side acts electrostatic attracting each other, by controlling the DC bias voltage, the electrostatic force between these conductive thin films 241,281 change since, the discharge side electroconductive thin film 281 to vibrate together with the non-conductive thin film 271, ultrasound required frequency from the radiation face side electroconductive thin film 281 is emitted.

また、放射面側導電性薄膜281の振動抵抗を低減するために、空隙261はほぼ真空に形成されている。 Further, in order to reduce the vibration resistance of the radiating surface side conductive thin film 281, the void 261 is formed in substantially a vacuum.

図1は上記送信回路202からC・MUT素子231に与えられる駆動信号である送信信号202Sの電圧波形を示す波形図である。 Figure 1 is a waveform diagram showing the voltage waveform of the transmission signal 202S is a drive signal provided to C · MUT element 231 from the transmission circuit 202. 図1中、横軸は時間(sec)tを示し、縦軸は電圧(V)を示し、さらに、Tは例えば200μsecの周期の超音波送信期間、Rは超音波反射波(エコー波)を受信する受信期間、Rsは被検体の近距離部位で反射した超音波反射波を受信する近距離受信期間、Reは被検体の遠距離部位で反射した超音波反射波を受信する遠距離受信期間、NRはノンレシーブ(非受信期間)をそれぞれ示している。 In Figure 1, the horizontal axis represents time (sec) t, and the vertical axis represents the voltage (V), and further, T is for example ultrasonic transmission period of the period of 200 .mu.sec, R is the reflected ultrasonic wave (echo waves) receiving receiving period, Rs is short-range reception period for receiving a reflected ultrasonic wave reflected by the short distance region of the subject, Re is far receiving period for receiving a reflected ultrasonic wave reflected by the long distance part of the object , NR denotes non receive a (non-reception period), respectively.

送信信号202Sの波形はバイアス電圧に、所要周波数の駆動パルスMPを一体に重畳することにより構成されている。 The waveform of the transmission signal 202S has a bias voltage, and is configured by superimposing together a drive pulse MP the required frequency. この駆動信号パルスMPが出力される送信期間Tにおいては、バイアス電圧が例えば約80V程度で最低であるが、バイアス電位よりも高電位側である上位側に立ち上がる上位側パルスPuと、同低電位側に立ち下がる下位側パルスPdとを1個ずつ有する。 In the transmission period T of the drive signal pulse MP is output, the bias voltage is the lowest at about 80V, for example, about the upper pulse Pu rising to the upper side is a high potential side than the bias potential, the low potential and a lower pulse Pd falls to the side one by one. 但し、これら上,下位側パルスPu,Pdは1個に限定されるものではなく、各々1個以上あればよく、または、その一方でもよい。 However, on these, the lower pulse Pu, Pd is not limited to one, may if each 1 or more, or may be on the other hand.

そして、この送信信号202Sは、その受信期間Rにて可変バイアス電圧Vpの成分を有する。 Then, the transmission signal 202S has a component of the variable bias voltage Vp at its reception period R. この可変バイアス電圧Vpは近距離受信期間Rsから遠距離受信期間Reへ行くに従ってバイアス電圧が漸次高くなるように時間に伴って変化する時間変化波形である。 The variable bias voltage Vp is the time change waveform that varies with time as the bias voltage is gradually increased toward the short-range reception period Rs to long distance reception period Re.

このように構成された送信信号202Sは、送信制御手段の一例である送信制御回路203からの送信制御信号203Sと、バイアス発生回路204からのバイアス電圧204Sとを送信回路202により受けて作成される。 Thus configured transmission signal 202S is generated by receiving and transmitting control signals 203S from the transmission control circuit 203 which is an example of a transmission control unit, the transmitting circuit 202 and a bias voltage 204S from the bias generating circuit 204 .

送信制御回路203は、図示しないクロック発生器、分周器、送信遅延回路、スイッチ回路を有し、クロック発生器で発生させたクロックパルスを、分周器により例えば5KHz程度の所定周波数に分周して所定レートのレートパルスに落とし、これを送信遅延回路を通してパルサに与え、ここでアレイ素子211毎に定められた所定のタイミングの電圧パルスを作成し、これを送信制御信号203Sとして送信回路202に与えるものである。 The transmission control circuit 203, a clock generator (not shown), a frequency divider, a transmission delay circuit, a switch circuit, the clock pulses generated by a clock generator, the frequency division by the frequency divider, for example, in a predetermined frequency of about 5KHz dropped to a rate pulse of a predetermined rate by which the applied to pulser through the transmission delay circuit, wherein to create a voltage pulse of a predetermined timing determined for each array element 211, the transmitting circuit 202 so as transmission control signal 203S it is intended to give to.

バイアス発生回路204は、複数(例えば64素子)のアレイ素子211に共通で使用されるものであり、図6で示す駆動用上位電圧b1、可変バイアス電圧b2、駆動用下位電圧b3をそれぞれ発生して、送信回路202のバイアス選択手段である上位側の第1スイッチSW1、可変側の第2スイッチSW2、下位側の第3スイッチSW3の各電源側にそれぞれ与えるものである。 Bias generating circuit 204 is intended to be used in common to the array elements 211 of the plurality (e.g., 64 elements), driving the upper voltage b1 shown in FIG. 6, a variable bias voltage b2, respectively generate driving low voltage b3 Te and gives to each power supply side of the transmission first switch SW1 of the upper side is the bias selection means of the circuit 202, the second switch SW2 variable side, the third switch SW3 of the lower side.

図5中破線で示すように駆動用上位電圧b1は、例えば約120V程度で一定であり、図1で示す上下一対の駆動パルスMPの上位側パルスPuの最大電位を与えるものである。 Driving the upper voltage b1 as shown in Figure 5 in broken lines, for example, constant approximately 120V, is intended to provide a maximum potential of the upper pulse Pu of the upper and lower pair of drive pulses MP shown in FIG. また、駆動用下位電圧b3は図5中一点鎖線で示すように例えば約40V程度で一定であり、図1で示す駆動パルスMPの下位側パルスPdの電位を与えるものである。 Also, driving low voltage b3 is constant in the example about 40V as shown by a chain line in FIG. 5 and gives the potential of the lower pulse Pd of the drive pulses MP shown in FIG.

そして、可変バイアス電圧b2は、図5中実線で示すように駆動用上位電圧b1と駆動用下位電圧b3との間の電位において、時間的に変化する電圧であり、送信期間Tでは最も低電位である。 The variable bias voltage b2 is the potential between the driving upper voltage b1 as shown by the solid line in FIG. 5 and the drive low voltage b3, the time-varying voltage, the lowest potential in the transmission period T it is. また、可変バイアス電圧b2は、近距離受信期間Rsから遠距離受信期間Reへ行くに従って漸次電圧が高くなるように変化する。 The variable bias voltage b2 is changed gradually so that the voltage becomes higher as it goes from a short reception period Rs to long distance reception period Re.

図7は、送信制御信号203Sの波形図である。 Figure 7 is a waveform diagram of the transmission control signal 203S. この送信制御信号203Sは送信制御回路203から送信回路202の上記第1〜第3スイッチ回路SW1〜SW3にそれぞれ与えられて、これらスイッチ回路SW1〜SW3をオンパルス幅の時間だけにオン制御して送信信号202Sを作成し出力するスイッチ制御タイミングパルスである。 The transmission control signal 203S is respectively given from the transmission control circuit 203 in the first to third switch circuits SW1~SW3 of the transmission circuit 202, only the ON control to the transmission time of the pulse width of these switching circuits SW1~SW3 a switch control timing pulse that creates a signal 202S output.

この送信制御信号203Sは、所定デューティ比のパルス幅の第1,第2,第3オンパルスP1,P2,P3を有する。 The transmission control signal 203S has a first, second, third on-pulse P1, P2, P3 of the pulse width of a predetermined duty ratio. 第1オンパルスP1は送信期間Tのみに、第1のスイッチ回路SW1を所定時間オンさせて駆動用上位電圧b1を出力させ、これを駆動パルスMP中の上位側パルスPuとしてアレイ素子211に送信させるための制御パルスである。 The first on-pulse P1 is only during the transmission period T, and transmits the first switching circuit SW1 predetermined time is turned on by outputting the driving upper voltage b1, this to array element 211 as the upper side pulse Pu in driving pulse MP it is a control pulse for.

第2オンパルスP2は、第2のスイッチ回路SW2を送信期間Tのみオフにする一方、受信期間R中オンし、この受信期間R中可変バイアス電圧b2を出力させ続ける制御用パルスである。 Second on pulse P2, while to the transmission period T only off the second switch circuit SW2, turns on during the reception period R, is the reception period R in the variable bias controlling pulse voltage b2 continues to output.

第3オンパルスP3は送信期間T中において、第1のオンパルスP1の次のタイミングで第3スイッチ回路SW3を所定時間オンさせて駆動用下位電圧b3を出力させ、これを駆動パルスMP中の下位側パルスPdとして出力させる制御用パルスである。 The third on-pulse P3 is in a transmission period T, at the next timing of the first on pulse P1 and the third switch circuit SW3 is turned on a predetermined time to output the driving low voltage b3, lower in driving pulse MP this a control pulse for outputting a pulse Pd.

このように構成された送信制御信号203Sは、その第1〜第3オンパルスP1〜P3の出力タイミングを、アレイ素子211毎、例えば64素子毎に所定時間ずつ遅延させた64種類の信号に構成されて、各送信回路202から各アレイ素子211に与えられることにより、全アレイ素子211を図3中のスキャン方向に電子走査することができる。 The configured transmission control signal 203S to the output timing of the first to third on-pulse P1 to P3, each array element 211 is configured to 64 kinds of signal delayed by a predetermined time, for example, every 64 element Te, by it is given from the transmission circuit 202 to each array element 211, the entire array element 211 can be electronically scanned in the scanning direction in FIG.

次に、この実施形態に係る超音波画像診断装置1の作用を説明する。 Next, the operation of the ultrasound system 1 according to this embodiment.

図6に示すようにバイアス発生回路204からは図5で示す駆動用上位電圧b1、可変バイアス電圧b2、駆動用下位電圧b3が送信回路202のバイアス選択手段である第1,第2,第3のスイッチ回路SW1〜SW3の電圧供給端子側に供給される。 Driving the upper voltage b1 shown in FIG. 5 from a bias generating circuit 204 as shown in FIG. 6, the first variable bias voltage b2, driving low voltage b3 is bias selecting means of the transmission circuit 202, the second, third is supplied to the voltage supply terminal of the switch circuit SW1 to SW3.

一方、これら第1〜第3のスイッチ回路SW1〜SW3には、送信制御回路203から送信制御信号203Sが与えられる。 On the other hand, these first to third switching circuits SW1 to SW3, it is given the transmission control signal 203S from the transmission control circuit 203.

このために、送信期間T中のタイミングでは、送信制御信号203Sの第1オンパルス信号P1が第1スイッチ回路SW1に与えられ、これをオン(active)するので、図1で示す上位側駆動用パルスPuが出力される。 Therefore, the timing during the transmission period T, the first on-pulse signal P1 of the transmission control signal 203S is supplied to the first switch circuit SW1, since this is on (active), the upper driving pulse shown in FIG. 1 Pu is output. この後、第3オンパルス信号P3が第3スイッチ回路SW3に与えられ、これをオンするので、下位側駆動パルスPdが出力される。 Thereafter, the third on-pulse signal P3 is applied to the third switch circuit SW3, since on this, the lower-side drive pulse Pd is outputted.

一方、受信期間R中は、図7に示すように送信期間T中のみオフとなり、これ以外の全受信期間R中はオンとなる第2オンパルス信号が第2スイッチ回路SW2に与えられ、これがオンとなるので、受信期間R中には、図5に示すように時間変化波形の可変バイアス電圧b2が送信回路202から出力される。 On the other hand, during the reception period R becomes a transmission period T in only off as shown in FIG. 7, the entire reception period during R other than this second on-pulse signal which is turned on is supplied to the second switch circuit SW2, which is turned on since the, during the reception period R, a variable bias voltage b2 time change waveform as shown in FIG. 5 is output from the transmission circuit 202. これら第1〜第3スイッチ回路SW1〜SW3のオン(active)期間は重複しないように制御され、いわゆるブレークビフォアメイク(Break before make)に構成され、これら複数のスイッチ回路SW1〜SW3が同時に導通して、C・MUT素子211に過大電流が流れることを防止している。 These first to ON (active) period of the third switch circuit SW1~SW3 are controlled so as not to overlap, configured in a so-called break before make (Break before make), the plurality of switching circuits SW1~SW3 conducts simultaneously Te, thereby preventing an excessive current from flowing to C · MUT element 211.

そして、この送信回路202からは図1で示す波形の送信信号202Sが各C・MUT素子231に与えられる。 Then, from the transmission circuit 202 transmits the signal 202S having a waveform shown in FIG. 1 given to each C · MUT element 231.

このために、送信期間T中には、上位側駆動用パルスPuと下位側駆動用パルスPdが駆動パルスMPとしてC・MUT素子231の放電面側と基板側の一対の導電性薄膜281,241間に与えられる。 Therefore, during transmission period T, a pair of conductive thin films of the discharge side and the substrate side of the C · MUT element 231 pulses Pu and lower driving pulse Pd for the upper driving as the driving pulse MP 281,241 applied between.

これにより、放電面側導電性薄膜281が非導電性薄膜271と一体となって機械的に振動する。 Accordingly, the discharge side electroconductive thin film 281 is mechanically vibrated together with the non-conductive film 271. この送信期間Tが所定周期(例えば150μsec)で繰り返すことにより、放電面側導電性薄膜271から所定周波数の超音波が所定周期で繰り返し出力され、図示しない被検体に送波される。 By this transmission period T is repeated at a predetermined cycle (e.g. 150Myusec), ultrasound of a predetermined frequency from the discharge surface side conductive thin film 271 is repeatedly outputted at a predetermined period, it is transmitting to a subject (not shown).

また、受信期間R中には、図1,図5で示す可変バイアス電圧b2がC・MUT素子231に印加される。 Also, during the reception period R, FIG. 1, a variable bias voltage b2 shown in FIG. 5 is applied to the C · MUT element 231.

そして、バイアス発生回路204は各アレイ素子211で共通に使用される。 The bias generation circuit 204 is used in common in each array element 211. さらに、送信制御信号203Sのスイッチオンのタイミングは独立に制御されることにより、アレイ素子211毎に所定のタイミングでC・MUT素子231を駆動することにより、各アレイ素子211をスキャン方向に電子走査することができる。 Furthermore, the timing of the switch-on of the transmission control signal 203S is by being independently controlled, by driving the C · MUT element 231 at a predetermined timing for each array element 211, electronic scanning each array element 211 in the scan direction can do.

こうして、被検体内に送波された超音波は、受信期間R中に、被検体内の異なる音響インピーダンスの境界で反射して、反射波(エコー波)としてC・MUT素子231に受波されて、放射面側導電性薄膜281と非導電性薄膜271に応力を与え変位させる。 Thus, ultrasonic waves transmitted into the subject, during the reception period R, and reflected at the boundary of different acoustic impedance within the subject, it is received wave to C · MUT element 231 as a reflected wave (echo waves) Te, displacing giving stress to the radiation face side electroconductive thin film 281 and a non-conductive thin film 271.

このときにも、放射面側と基板側の導電性薄膜281,241間には可変バイアス電圧b2が印加されており、これら一対の導電性薄膜281,241の変位に応じた起電力を発生し、電気信号のエコー信号に変換されて前置増幅器205に入力される。 In this case, between the conductive thin film 281,241 emitting surface side and the substrate side is variable bias voltage b2 is applied, the electromotive force generated in response to the displacement of the pair of the conductive thin film 281,241 , is input to the preamplifier 205 is converted into an echo signal of an electrical signal.

このエコー信号は前置増幅器205で前置増幅されると共に、信号源インピーダンスの影響が低減されてから受信遅延加算回路207に入力される。 Together with the echo signal is pre-amplified by pre-amplifier 205, the influence of the signal source impedance is input from being reduced to the reception delay addition circuit 207. この受信遅延加算回路207ではエコー信号が部分的に遅延加算されてアレイ素子211の素子数よりも少ない数のエコー信号に変換されてからケーブル300を介して本体装置401の受信走査回路401に入力される。 Input to the receive scan circuit 401 of the main unit 401 echo signals in the reception delay addition circuit 207 through the cable 300 after being converted into partially delayed summed by the number of echo signals less than the element number of the array elements 211 It is.

受信走査回路401は、各エコー信号を整相加算してビームフォーミングを行なうと共に、図示しない複数のデジタルビームフォーマにより複数の方向からの受信指向性を別々に形成するために、複数のビームフォーミング処理を行なう。 Receiving scanning circuit 401 performs beam forming each echo signal by phasing addition, in order to form separately reception directivity from the plurality of directions by a plurality of digital beam former (not shown), a plurality of beam forming process It is carried out.

このために、指向性を有するエコー信号が生成され、このエコー信号が血流情報検出器402と振幅検出器403とに与えられる。 For this, the echo signal having directivity is generated, the echo signal is supplied to the blood flow information detector 402 and the amplitude detector 403.

血流情報検出器402は、いわゆるカラードプライメージング(CDI)を実現するユニットであり、エコー信号から周波数偏移を受けたドプラ信号を取り出し、さらに、このドプラ信号からMTIフィルタで特定の周波数成分だけを通過させ、その通過した信号の周波数を自己相関器により求め、この周波数から演算部で平均速度、分散、パワーを演算する。 Blood flow information detector 402 is a unit for realizing a so-called color Doppler imaging (CDI), removed Doppler signals subjected to frequency shift from the echo signal, further, only specific frequency components in MTI filter from the Doppler signal is passed through obtains the frequency of the passing signal by autocorrelator, the average speed calculating part from the frequency, dispersion, calculates the power.

なお、MTIフィルタの通過帯域を調整することにより、主に被検体の血流を映像化する一般的なドプラモード(このモードによる画像データを血流ドプラ画像データと称する。)と、主に心筋等の臓器を映像化する組織ドプラモード(このモードによる画像データを組織ドプラ画像データと称する。)とを適宜切り替えることができる。 By adjusting the passband of the MTI filter, mainly common Doppler mode to image blood flow of a subject (image data according to the mode referred to as blood flow Doppler image data.), Mainly myocardial tissue Doppler mode to image an organ equal (referred to image data by the mode and tissue Doppler image data.) and can be switched appropriately. これら画像データはデータメモリ404にそれぞれ与えられる。 These image data are given to the data memory 404.

一方、振幅検出器403は受信走査回路401からのエコー信号を検波して画像データとしてデータメモリ404に与える。 On the other hand, the amplitude detector 403 is supplied to the data memory 404 as image data by detecting the echo signals from the receive scan circuit 401.

データメモリ404はこれら入力された画像データを記憶する。 Data memory 404 stores the image data of these input. このデータメモリ404の記憶データは表示処理部405により表示モニタ406の表示タイミングで読み出され、図示しないD/A変換器によりアナログ信号に変換されてから表示モニタ406に与えられ、超音波画像として表示される。 The stored data of the data memory 404 is read out at the display timing of the display monitor 406 by the display processing unit 405, provided to the display monitor 406 after being converted into an analog signal by a D / A converter (not shown), as an ultrasonic image Is displayed.

したがって、この超音波画像診断装置1によれば、図1で示す送信信号202SによりC・MUT素子231を駆動し、その送信期間Tには、このC・MUT素子231に印加するDCバイアス電圧を最小に低減させているので、超音波の音圧を増大させるために駆動パルスの振幅を増大させた場合でも、C・MUT素子231の放射面側導電性薄膜281およびこれと一体化されている絶縁性薄膜271が大きな振幅で他方の基板側導電性薄板241に衝当して破損するのを防止することができる。 Therefore, according to the ultrasound system 1, and drives the C · MUT element 231 by the transmission signal 202S shown in FIG. 1, the the transmission period T, the DC bias voltage applied to the C · MUT element 231 since reduced to a minimum, are integrated ultrasound even when increasing the amplitude of the drive pulses to the sound pressure to increase, C · MUT element 231 emitting surface side conductive thin film 281 and therewith the it is possible to prevent the insulating thin film 271 is damaged by strike the other substrate side conductive thin plate 241 with a large amplitude.

また、この送信期間Tのバイアス電圧が最低であるので、駆動パルスMPの振幅を増大させることにより、超音波の音圧の増大を図ることができる。 Further, since the bias voltage of the transmission period T is at a minimum, by increasing the amplitude of the drive pulses MP, it is possible to increase the ultrasonic sound pressure.

さらに、このC・MUT素子231に印加されるDCバイアス電圧は、図1に示すように送信期間T中よりも受信期間R中の方が高くなっているので、この受信期間R中に受信されるエコー信号の受信効率ないし受信感度を向上させることができる。 Furthermore, DC bias voltage applied to the C · MUT element 231, since the person in the reception period R is higher than during the transmission period T, as shown in FIG. 1, received during the reception period R it is possible to improve the receiving efficiency or the reception sensitivity of that echo signal.

すなわち、図8の特性曲線Aに示すようにバイアス電圧とエコー信号の受信効率との関係は、バイアス電圧の上昇に伴って受信効率が指数関数的に上昇する。 In other words, the relationship between the receiving efficiency of the bias voltage and the echo signal, as shown in the characteristic curve A in FIG. 8, the reception efficiency with increasing bias voltage increases exponentially. 例えば、バイアス電圧が100Vの場合に比べて80Vの場合では、−30%〜40%受信振幅が減少し、さらに、40Vの場合には、−70%〜80%受信振幅が減少し、受信感度が低下する。 For example, if the bias voltage is 80V as compared with the case of the 100V decreased -30% to 40% received amplitude, further, in the case of 40V decreased -70% to 80% received amplitude, reception sensitivity There is reduced. つまり、受信期間Rでは、バイアス電圧を送信期間Tよりも高く設定しているので、受信効率ないし受信感度を向上させることができる。 That is, in the reception period R, so is set higher than the bias voltage transmission period T, it is possible to improve the receiving efficiency or the reception sensitivity.

しかし、送信期間T直後、すなわち、近距離受信期間Rsでは、被検体の浅い箇所から反射する強力な反射波(エコー波)が受信されるので、この近距離受信期間Rsにおけるバイアス電圧を遠距離受信期間Reの電圧よりも低くしている。 However, immediately after the transmission period T, i.e., the short-range reception period Rs, so strong reflected wave reflected from the shallow portion of the object (echo waves) are received, far bias voltage in the short-range reception period Rs It is lower than the voltage of the reception period Re. これにより、近距離受信期間Rsで受波される被検体の浅い部位からの反射波のエコー信号の受信感度が高くなり過ぎて飽和するのを未然に防止することができる。 Thus, it is possible to prevent from being saturated too high reception sensitivity of the echo signals of the reflected waves from the shallow region of the subject to be received at the short-range reception period Rs.

これに対し、遠距離受信期間Reのバイアス電圧は、近距離受信期間Rsのバイアス電圧よりも高いので、この遠距離受信期間Reにおける受信効率ないし受信感度を高めることができる。 In contrast, the bias voltage of the far-reception period Re is higher than the bias voltage of the short-range reception period Rs, it is possible to increase the receiving efficiency or the reception sensitivity in the long-distance reception period Re. すなわち、遠距離受信期間Reで受波される被検体の深部からの超音波反射波の受信効率ないし受信感度を向上させることができる。 That is, it is possible to improve the receiving efficiency or reception sensitivity of the ultrasonic reflected waves from the object of deep to be received at the far reception period Re.

したがって、出力される超音波の音圧の増大と、超音波反射波の受信効率ないし受信感度の向上との両立を図ることができる。 Therefore, it is possible to achieve the increase of ultrasonic sound pressure output, the compatibility between the improvement of reception efficiency or reception sensitivity of the ultrasonic reflected waves.

また、図5に示すように、可変バイアス電圧b2は、送信期間T直後、すなわち、近距離受信期間Rsから遠距離受信期間Reに向けて緩かに変化し、図9の周波数スペクトラムの図中破線Bに示すように実線Cで示す駆動パルスMPの周波数帯域の周波数成分が含まれていないので、受信期間R中にC・MUT素子231が駆動して不要な超音波が出力され、2重画像が発生するのを未然に防止することができる。 Further, as shown in FIG. 5, the variable bias voltage b2 is after the transmission period T, i.e., changed from a short reception period Rs in the relaxed or toward the far reception period Re, in view of the frequency spectrum of FIG. 9 does not contain any frequency band of the frequency component of the driving pulse MP indicated by the solid line C as shown in broken line B, and C · MUT element 231 is output unwanted ultrasonic waves by driving during the reception period R, 2 double image can be prevented from occurring.

例えば図9で示す送信信号203Sの波形の場合はバイアス電圧の波形の変化の急峻さが1MHz程度に収まり、駆動パルスMPの周波数3MHzに対して十分に離れた周波数成分だけを含むので、上記2重画像の起因をなす不要な超音波の出力を未然に防止することができる。 For example, in the case of the waveform of the transmission signal 203S shown in FIG. 9 fits about 1MHz steepness of the change of the waveform of the bias voltage, because it contains a sufficient distant frequency components with respect to the frequency 3MHz drive pulses MP, the 2 the output of unnecessary ultrasonic waves forming the resulting heavy image can be prevented.

また、図9に示すように送信信号203Sの波形Cの周波数スペクトルがほぼ1MHz〜5MHzの領域でほぼ平坦であり、広帯域であるので、エコー信号のSN比の向上を広帯域に図ることができる。 Further, a substantially flat in the region of approximately 1MHz~5MHz frequency spectrum of the waveform C of the transmission signal 203S is as shown in FIG. 9, since the wide band, it is possible to improve the SN ratio of the echo signal to a wide band.

図10は本発明の第2の実施形態に係る送信信号202Saの約半周期分の波形図、図11はこの送信信号202Saの送信期間Tおよびその周辺の部分拡大図、図12はこの送信信号202Saの駆動パルスMPの周波数特性を示す図、図13はこの送信信号202Saを受けてC・MUT素子231から放射される超音波Saの周波数特性を示す図である。 Figure 10 is approximately half a cycle waveform diagram of the transmission signal 202Sa according to a second embodiment of the present invention, FIG. 11 is the transmission period T and a partially enlarged view around the of the transmission signal 202Sa, 12 the transmission signal diagram showing the frequency characteristic of the drive pulse MP in 202Sa, FIG. 13 is a graph showing the frequency characteristics of the ultrasonic Sa radiated from C · MUT element 231 receives the transmission signal 202Sa.

図11に示すようにこの送信信号202Saは図1で示す送信信号202Sに比して駆動パルスMPの上位側パルスPuを2個備え、下位側パルス信号Pdは有しない。 The transmission signal as shown in FIG. 11 202Sa the upper side pulse Pu 2 Kosonae driving pulse MP than the transmission signal 202S shown in FIG. 1, the lower-side pulse signal Pd no. また、可変バイアス電圧b2における上位側パルスPuの出力直前の遠距離受信期間Reの可変バイアス電圧b2aの電位Veを、駆動パルスMPの送信直後の近距離受信期間Rsのバイアス電圧の電位Vsよりも高くし、送信期間(T)には、このバイアス電圧Veを打ち消すような波形の上位側パルスPuを出力させるようにバイアス変化と駆動パルス波形を一体化した点に特徴がある。 Further, the potential Ve of the variable bias voltage b2a distant reception period Re output immediately before the upper pulse Pu in the variable bias voltage b2, than the potential Vs of the bias voltage of the short-range reception period Rs immediately after the transmission of the driving pulse MP high, the transmission period (T) is characterized in that integrated bias changes the drive pulse waveform so as to output the upper pulse Pu waveform that cancels the bias voltage Ve.

この送信信号202Saは例えば5MHzであり、これにより駆動されるC・MUT素子231から出力される超音波波形の周波数分布は図13に示すように例えば3MHz〜6MHzでほぼ平坦に分布しているので、広帯域の超音波の送信が可能である。 The transmission signal 202Sa is, for example, 5 MHz, thereby the frequency distribution of the ultrasonic wave output from the C · MUT element 231 to be driven are substantially flat distributed for example 3MHz~6MHz 13 , it is possible the transmission of broadband ultrasound.

ところで、本発明は、上記可変バイアス電圧b2を、本体装置400に設けた図示しない操作卓のSTC(Sensitive Time Control:受信感度調整)つまみや、送信出力(Gain)調整つまみ、送信周波数選択つまみの手動操作にそれぞれ連動して制御するように構成してもよくこれらによれば、その調整のダイナミックレンジを小さくして節電を図ることができる。 Incidentally, the present invention, the variable bias voltage b2, STC of the console (not shown) provided in the main device 400 (Sensitive Time Control: reception sensitivity adjustment) knob and the transmission output (Gain) adjustment knob, the transmission frequency selection knob According to these may be configured to control in conjunction with each of the manual operation, it is possible to save power by reducing the dynamic range of the adjustment.

図14はこのSTCつまみの調整操作に連動して送信信号202Sbの可変バイアス電圧b2bを制御した場合の当該送信信号202Sbの波形の一例を示す図である。 Figure 14 is a diagram showing an example of the transmission signal 202Sb of waveform when controlling a variable bias voltage b2b transmission signal 202Sb in conjunction with the adjustment operation of the STC knob.

この送信信号202Sbは、図1で示す送信信号202Sに比して、近距離受信期間Rsのバイアス電圧を低下させて近距離での受信感度を低下させている点に特徴がある。 The transmission signal 202Sb is different from the transmission signal 202S shown in FIG. 1, it is characterized in that to lower the reception sensitivity at close range by reducing the bias voltage of the short-range reception period Rs. このために、被検体の近距離部位で反射した強力な超音波反射波に基づくエコー信号が飽和するのを防止することができる。 For this, it is possible to echo signals based on strong reflected ultrasonic wave reflected by the short distance region of the subject is prevented from saturating.

図15は送信出力調整つまみの調整操作に連動して送信信号202Scの可変バイアス電圧b2cを制御した場合の当該送信信号202Scの波形の一例を示す図である。 Figure 15 is a diagram showing an example of the transmission signal 202Sc the waveform when controlling a variable bias voltage b2c interlocked to transmit signals 202Sc the adjustment operation of the transmission power adjustment knob.

この送信信号202Scは、図1で示す送信信号202Sに比して、送信出力の振幅を縮小し、駆動パルスMP出力直後のバイアスb0を高くしている点に特徴がある。 The transmission signal 202Sc is different from the transmission signal 202S shown in FIG. 1, to reduce the amplitude of the transmission output, is characterized in that by increasing the bias b0 immediately after driving pulse MP output. このために、近距離受信期間Rsでの受信効率ないし受信感度を向上させることができる。 For this, it is possible to improve the receiving efficiency or the reception sensitivity at close ranges reception period Rs.

図16は送信周波数選択つまみの選択操作に連動して送信信号202Sdの可変バイアス電圧b2dを制御した場合の当該送信信号202Sdの波形の一例を示す図である。 Figure 16 is a diagram showing an example of the transmission signal 202Sd the waveform when controlling a variable bias voltage b2d interlocked to transmit signals 202Sd the selection operation of the transmission frequency selection control.

この送信信号202Sdは、その周波数を制御することにより、図1で示す送信信号202Sに比して、近距離受信時間Reにおけるバイアス電圧の立上りを急峻にしている点に特徴がある。 The transmission signal 202Sd, by controlling the frequency, as compared with the transmission signal 202S shown in FIG. 1, is characterized in that the steep rise of the bias voltage at the short-range reception time Re. このために、近距離受信期間Reにおける受信効率ないし受信感度を急峻に立上げ(向上)ることができる。 For this, steeply rising (increase) receiving efficiency or the reception sensitivity in the near field reception period Re can Rukoto. このために、近距離受信期間Rsにおいて急激に減衰するエコー波を高感度で受信することができる。 For this, it is possible to receive an echo wave decreases rapidly in the near reception period Rs sensitive.

なお、上記実施形態では、バイアス発生回路204をプローブヘッド200側に設けた場合について説明したが、このバイアス発生回路204を本体装置400側に設けてもよい。 In the above embodiment, the bias generation circuit 204 has been described the case of providing a probe head 200, the bias generation circuit 204 may be provided in the main device 400 side. これによれば、このバイアス発生回路204の電力損失による発熱分だけ、プローブヘッド200側の発熱量を低減することができる。 According to this, only the heat generation caused by the power loss of the bias generating circuit 204, it is possible to reduce the heating value of the probe head 200 side.

図2で示す送信回路から出力される送信信号のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram for one cycle of the transmission signal output from the transmission circuit shown in FIG. 本発明の第1実施形態に係る超音波画像診断装置の全体構成を示すブロック図。 Block diagram showing the entire configuration of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2で示すプローブの一部切欠平面図。 Partially cut plan view of the probe shown in FIG. 図3で示す静電容量結合型超音波振動子の縦断面図。 Longitudinal sectional view of the capacitive coupling type ultrasonic vibrator shown in Figure 3. 図1で示す送信信号のバイアス成分のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram of one cycle of the bias component of the transmission signal shown in FIG. 図2で示すバイアス発生回路と送信回路の構成を示すブロック図。 Block diagram showing the configuration of a bias generation circuit and the transmission circuit shown in FIG. 図2で示す送信制御回路から送信回路に与えられる送信制御信号のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram of one cycle of the transmission control signal supplied to the transmission circuit from the transmission control circuit shown in FIG. C・MUT素子のバイアス電圧と受信効率との相互関係を示すグラフ。 Graph showing the interrelation of the bias voltage C · MUT elements and the receiving efficiency. 図1で示す送信信号のスペクトル図。 Spectrum of the transmission signal shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る送信信号のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram for one cycle of the transmission signal according to a second embodiment of the present invention. 図10の送信期間およびその周辺期間の部分拡大図。 Partial enlarged view of the transmission period and around period of FIG. 10. 図10の送信信号のスペクトル図。 Spectrum of the transmission signal in FIG. 10. 図10の送信信号に基づいてC・MUT素子から出力される超音波のスペクトル図。 Spectral diagram of the ultrasonic wave output from the C · MUT element based on the transmission signal in FIG. 10. 本発明の第3実施形態に係る送信信号のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram for one cycle of the transmission signal according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係る送信信号のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram for one cycle of the transmission signal according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態に係る送信信号のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram for one cycle of the transmission signal according to the fifth embodiment of the present invention. 従来の超音波画像診断装置のほぼ1周期分の電圧波形図。 Almost voltage waveform diagram of one cycle of a conventional ultrasound system.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 超音波画像診断装置200 プローブヘッド201 プローブ202 送信回路202S,202Sa,202Sb,202Sc,202Sd 送信信号203 送信制御回路203S 送信制御信号204 バイアス発生回路MP 駆動パルスVP,b2 可変バイアス電圧 1 ultrasound system 200 probe head 201 probe 202 transmit circuit 202S, 202Sa, 202Sb, 202Sc, 202Sd transmission signal 203 transmission control circuit 203S transmission control signal 204 bias generator circuit MP driving pulse VP, b2 variable bias voltage

Claims (9)

  1. 被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、 While transmitting ultrasonic waves to the transmission period to the subject, ultra displays the reconstructed display unit an ultrasound image based on the echo signal of the ultrasonic reflected waves received wave from the subject to the reception period in ultrasound imaging apparatus,
    薄膜と基盤が空隙を挟んで設けられ、前記薄膜の振動により前記超音波を送波する一方、前記超音波反射波の受波による前記薄膜の振動を電気信号のエコー信号に変換する複数の静電容量結合型超音波振動子と、 Thin film and base is provided across the gap, while transmitting the ultrasonic by the vibration of the thin film, said plurality of electrostatic converting the echo signal of the electrical signal to the vibration of the thin film by reception of reflected ultrasonic waves a capacitive coupling type ultrasonic transducer,
    前記超音波反射波の受信期間に、前記被検体の近距離部位で反射した超音波反射波を受波する近距離受信期間から、遠距離部位で反射した超音波反射波を受信する遠距離受信期間へ行くに従って電圧が漸次高くなる可変バイアス電圧を、前記薄膜と基盤の間に印加する制御手段と、 Wherein the reception period of the ultrasonic reflected waves, from said short-range reception period for reception of the reflected ultrasonic wave reflected by the short distance region of the subject, far reception for receiving ultrasonic waves reflected wave reflected by the far site and a control means for a variable bias voltage to the voltage is gradually increased, is applied between the thin film and the base toward the period,
    を具備していることを特徴とする超音波画像診断装置。 Ultrasound imaging apparatus characterized in that it comprises a.
  2. 前記制御手段は、 Wherein,
    前記送信期間中に前記薄膜を振動させるために印加されるパルス電圧および前記受信期間中に印加される前記可変バイアス電圧を発生させるバイアス発生回路と、 A bias generation circuit for generating the variable bias voltage applied during the applied pulse voltage and the reception period in order to vibrate the thin film during the transmission period,
    前記送信期間に前記バイアス発生回路から前記パルス電圧を出力させる送信制御信号を出力する一方、前記受信期間に上記バイアス発生回路から前記可変バイアス電圧を出力させる送信制御信号を出力する送信制御手段と、 While outputting a transmission control signal for outputting said pulse voltage from said bias generating circuit to the transmission period, a transmission control means for outputting a transmission control signal for outputting the variable bias voltage from the bias generating circuit into the reception period,
    この送信制御信号を出力する送信制御手段からの送信制御信号を受けて前記パルス電圧と可変バイアス電圧を前記薄膜と基盤の間に選択的に印加する送信回路と、 A transmission circuit for selectively applying the pulse voltage and a variable bias voltage by receiving the transmission control signal from the transmission control means for outputting the transmit control signal between the thin film and base,
    を具備していることを特徴とする請求項1記載の超音波画像診断装置。 Ultrasound system according to claim 1, characterized in that it comprises a.
  3. 前記送信制御手段は、前記受信期間に印加される前記可変バイアス電圧に、前記パルス電圧の周波数成分を含まないように前記送信制御信号を出力する手段を、具備していることを特徴とする請求項2記載の超音波画像診断装置。 Said transmission control means, according to the variable bias voltage applied to the receiving period, a means for outputting said transmission control signal so that it does not include a frequency component of the pulse voltage, characterized in that it comprises ultrasound system of claim 2 wherein.
  4. 前記静電容量結合型超音波振動子は、その複数個が基板上に列状に配設されてアレイ素子に構成され、さらに、このアレイ素子の複数個がスキャン方向に並設されて二次元アレイ素子に構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波画像診断装置。 The capacitive coupling type ultrasonic transducer, the plurality is configured to array elements are arranged in rows on a substrate, further, two dimensions plurality of array elements are arranged in a scanning direction ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is configured in an array element.
  5. 前記バイアス発生回路は、前記全アレイ素子に電気的に接続され、 Wherein the bias generating circuit is electrically connected to the entire array element,
    前記送信回路は上記各アレイ素子毎に電気的に接続され、 The transmitter circuit is electrically connected to each of the one array element,
    前記送信回路制御手段は、上記アレイ素子をそのスキャン方向に電子走査するための送信制御信号を出力する手段を備えていることを特徴とする請求項4記載の超音波画像診断装置。 It said transmission circuit controlling unit, ultrasound system according to claim 4, characterized in that it comprises a means for outputting a transmission control signal for electronically scanning the array element in the scan direction.
  6. 前記送信制御手段は、上記エコー信号を増幅する増幅器の利得を制御する操作卓の利得操作具の手動操作に応じて前記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の超音波画像診断装置。 It said transmission control means, claims, characterized in that it comprises a means for controlling the variable bias voltage in response to the manual operation of the gain operating tool of the console that controls the gain of the amplifier for amplifying the echo signals ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to any one of 2-5.
  7. 前記送信制御手段は、前記パルス電圧の送信周波数を制御する操作卓の周波数操作具の手動操作に応じて前記可変バイアス電圧を制御する手段を具備していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の超音波画像診断装置。 It said transmission control means, claims 1, characterized in that it comprises a means for controlling the variable bias voltage in response to the manual operation of the frequency operating tool of the console for controlling the transmission frequency of the pulse voltage 6 ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to any one of.
  8. 被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、 While transmitting ultrasonic waves to the transmission period to the subject, ultra displays the reconstructed display unit an ultrasound image based on the echo signal of the ultrasonic reflected waves received wave from the subject to the reception period in ultrasound imaging apparatus,
    薄膜と基盤が空隙を挟んで設けられ、前記薄膜の振動により上記超音波を送波する一方、上記超音波反射波の受波による前記薄膜の振動を電気信号のエコー信号として受信する静電容量結合型超音波振動子と、 Thin film and base is provided across the gap, while transmitting the ultrasonic by the vibration of the thin film, the capacitance of receiving vibration of the thin film by reception of the reflected ultrasonic wave as an echo signal of the electrical signal and a coupling-type ultrasonic vibrator,
    前記受信期間においては、前記薄膜を緊張させるように前記薄膜と基盤の間にバイアス電圧を印加し、前記送信期間においては、前記薄膜を振動させて超音波を発生させるように前記薄膜と基盤の間にパルス電圧を印加すると共に前記受信期間におけるバイアス電圧よりも小さなバイアス電圧を印加する制御手段と、 In the receiving period, the thin film bias voltage is applied between the thin film and the foundation so as to tension the said at transmission period, the thin film and the foundation so as to generate ultrasonic waves by vibrating the thin film and control means for applying a small bias voltage than the bias voltage in the receiving period to apply a pulse voltage between,
    を有することを特徴とする超音波診断装置。 Ultrasonic diagnostic apparatus characterized by having a.
  9. 被検体に対して送信期間に超音波を送波する一方、受信期間にこの被検体から受波された超音波反射波のエコー信号に基づいて超音波画像を再構成し表示手段に表示する超音波画像診断装置において、 While transmitting ultrasonic waves to the transmission period to the subject, ultra displays the reconstructed display unit an ultrasound image based on the echo signal of the ultrasonic reflected waves received wave from the subject to the reception period in ultrasound imaging apparatus,
    薄膜と基盤が空隙を挟んで設けられ、前記薄膜の振動により上記超音波を送波する一方、上記超音波反射波の受波による前記薄膜の振動を電気信号のエコー信号として受信する静電容量結合型超音波振動子と、 Thin film and base is provided across the gap, while transmitting the ultrasonic by the vibration of the thin film, the capacitance of receiving vibration of the thin film by reception of the reflected ultrasonic wave as an echo signal of the electrical signal and a coupling-type ultrasonic vibrator,
    前記受信期間においては、前記薄膜を緊張させるように前記薄膜と基盤の間にバイアス電圧を印加し、前記送信期間においては、前記バイアス電圧を打ち消すような波形のパルス電圧を前記薄膜と基盤の間に印加する制御手段と、 In the receiving period, a bias voltage is applied between the thin film and the foundation so as to tension the film, in the transmission period, while a pulse voltage having a waveform as to cancel the bias voltage of the thin film and the underlying and control means for applying to,
    を有することを特徴とする超音波診断装置。 Ultrasonic diagnostic apparatus characterized by having a.
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