JP2006122657A - Ultrasonic diagnostic apparatus and probe - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic diagnostic apparatus which can excellently perform transmission/reception of ultrasonic waves through a gap of a structure body in an organism. <P>SOLUTION: A 2D array vibrator 16 has a recess cylinder face shape. The X-direction is the electronic sector scanning direction and a plurality of vibration element arrays 20 are arranged in the direction. Each vibration element array 20 is configured by a plurality of vibration elements 20a arranged in a θ-direction. A switch part 24 performs selection of openings in the θ-direction. A three-dimensional space with a constriction part is formed by the 2D array vibrator 16. Ultrasonic diagnosis of the heart is excellently performed by positioning the constriction part between the ribs. It is also preferable to set a matching layer as an integration member with a bending form by vibrator element arrays 20. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は超音波診断装置及びプローブに関し、特に2Dアレイ振動子の構造及び2Dビームステアリング技術に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and a probe, and more particularly to a structure of a 2D array transducer and a 2D beam steering technique.

超音波診断装置は、医療の分野において、患者の疾病を診断するために用いられる。詳しくは、超音波診断装置は、生体に対して超音波を送波し、生体からの反射波を受波し、その受波によって得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する。   The ultrasonic diagnostic apparatus is used for diagnosing a disease of a patient in the medical field. Specifically, the ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic wave to a living body, receives a reflected wave from the living body, and forms an ultrasonic image based on a reception signal obtained by the reception.

超音波ビームを二次元走査し、これによって生体内において三次元エコーデータ取込空間(三次元空間)を形成するために、二次元(2D)アレイ振動子が用いられる。2Dアレイ振動子は、一般に、二次元配列された複数の振動素子によって構成され、それらは一般に平面状に配列される。   A two-dimensional (2D) array transducer is used to two-dimensionally scan the ultrasonic beam, thereby forming a three-dimensional echo data capturing space (three-dimensional space) in the living body. A 2D array transducer is generally composed of a plurality of two-dimensionally arranged vibration elements, which are generally arranged in a planar shape.

特許文献1には、凸型円筒面上に複数の振動素子を配列することによって構成された2Dアレイ振動子が記載されている。その2Dアレイ振動子に対しては、円筒中心軸方向に対して電子セクタ走査を適用し、円周方向に対して電子リニア走査を適用することが可能である(第1図、第2図)。特許文献2には、平面状に複数の振動素子を配列することによって構成された2Dアレイ振動子が記載されている。その2Dアレイ振動子に対して、第1方向に対して電子セクタ走査を適用し、第2方向に対して電子リニア走査を適用することが可能である(第2図)。特許文献3には、二段階で整相加算部を設けた構成が示されている。   Patent Document 1 describes a 2D array transducer configured by arranging a plurality of vibration elements on a convex cylindrical surface. For the 2D array transducer, it is possible to apply electronic sector scanning in the direction of the central axis of the cylinder and apply electronic linear scanning in the circumferential direction (FIGS. 1 and 2). . Patent Document 2 describes a 2D array transducer configured by arranging a plurality of vibration elements in a planar shape. With respect to the 2D array transducer, it is possible to apply electronic sector scanning in the first direction and electronic linear scanning in the second direction (FIG. 2). Patent Document 3 shows a configuration in which a phasing addition unit is provided in two stages.

特許第2851005号Patent No. 2851005 米国特許第6238346号US Pat. No. 6,238,346 特開2000−33087号JP 2000-33087 A

2Dアレイ振動子は一般に数千個(例えば3000個)にも及ぶ振動素子によって構成される。よって、各振動素子に個別的に送信器及び受信器を接続すると、電子回路規模が増大してしまう。また、プローブケーブルに多数の信号線を挿通させなければならず、プローブケーブルが太くなり、その重量も増大して、プローブの操作性を悪化させる。上記各特許文献にはチャンネルリダクションあるいはそれに関連する技術が開示されているが、心臓等の超音波診断に好適なプローブあるいは超音波診断装置を提供するものではない。例えば、特許文献1の第1図に示される2Dアレイ振動子を用いる場合、プローブ近傍から広い範囲にわたって超音波ビームが移動するため(三次元空間の頂部が大きいため)、肋間を通して超音波診断を行うことは困難である。   A 2D array transducer is generally composed of thousands (eg, 3000) of vibration elements. Therefore, when a transmitter and a receiver are individually connected to each vibration element, the electronic circuit scale increases. In addition, a large number of signal lines must be inserted into the probe cable, which increases the thickness of the probe cable and increases its weight, thereby degrading the operability of the probe. Each of the above patent documents discloses channel reduction or a related technique, but does not provide a probe or an ultrasonic diagnostic apparatus suitable for ultrasonic diagnosis of the heart or the like. For example, in the case of using the 2D array transducer shown in FIG. 1 of Patent Document 1, since the ultrasonic beam moves over a wide range from the vicinity of the probe (because the top of the three-dimensional space is large), ultrasonic diagnosis is performed through the intercostal space. It is difficult to do.

本発明の目的は、チャンネルリダクションを達成でき、しかも良好な三次元送受波空間を形成できる超音波診断装置及びそれに用いられるプローブを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of achieving channel reduction and forming a good three-dimensional transmission / reception space, and a probe used therefor.

本発明の他の目的は、心臓に対する三次元超音波診断を行うのに好適な超音波診断装置及びそれに用いられるプローブを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus suitable for performing three-dimensional ultrasonic diagnosis on the heart and a probe used therefor.

本発明の他の目的は、プローブの広帯域化を図ることにある。   Another object of the present invention is to increase the bandwidth of the probe.

(1)本発明に係る超音波診断装置は、凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記アレイ振動子に接続された送受信手段と、を含み、前記複数の振動素子は、円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、前記各振動素子列は、円周方向に整列した複数の振動素子によって構成され、前記送受信手段は、前記円筒中心軸方向に電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第1電子走査を実行し、且つ、前記円周方向に電子リニア走査としての第2電子走査を実行する、ことを特徴とする。 (1) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes an array transducer including a plurality of transducer elements arranged in a concave cylindrical surface, and transmission / reception means connected to the array transducer, The vibration element includes a plurality of vibration element arrays aligned in a cylindrical central axis direction, each vibration element array includes a plurality of vibration elements aligned in a circumferential direction, and the transmission / reception means includes the cylindrical central axis. A first electronic scan as an electronic sector scan or an electronic linear scan is executed in the direction, and a second electronic scan as an electronic linear scan is executed in the circumferential direction.

上記構成によれば、アレイ振動子は、凹型円筒面状の形態を有し、望ましくは直線的に並んだ複数の振動素子列によって構成され、各振動素子列は円弧状に並んだ複数の振動素子によって構成される。各振動素子は、単一の振動部材あるいは複数の振動部材を電気的に結合したものとして構成され、その形状は例えば正方形あるいは長方形である。アレイ振動子の円周(円弧)方向の曲率は当該方向のいずれの位置でも一定であるのが望ましいが、当該方向へ連続的に変化してもよい。   According to the above configuration, the array transducer has a concave cylindrical surface shape, and is preferably configured by a plurality of vibration element rows arranged linearly, and each vibration element row has a plurality of vibrations arranged in an arc shape. It is composed of elements. Each vibration element is configured as a single vibration member or a combination of a plurality of vibration members, and the shape thereof is, for example, a square or a rectangle. The curvature in the circumferential (arc) direction of the array transducer is preferably constant at any position in the direction, but may continuously change in the direction.

アレイ振動子に対して、円筒中心軸方向に第1電子走査(電子セクタ走査又は電子リニア走査)を適用し、また、円周方向に第2電子走査(電子リニア走査)を適用すると、超音波ビームが二次元走査され、これによって三次元空間(三次元エコーデータ取込空間)が形成される。換言すれば、第1電子走査によって形成される二次元の走査面が第2電子走査によって揺動走査され、これによって三次元空間が形成される。その場合に、三次元空間は一般に円筒中心軸の付近でくびれることになり、肋骨などの構造体の隙間を介して超音波の送受波を良好に行える。電子リニア走査においては、円周方向の全部又は一部においてビーム偏向制御を組み合わせ適用してもよい。上記構成において、第1電子走査は電子セクタ走査であるのが望ましい。この場合、例えば、電子セクタ走査によって形成される走査面が円弧状に電子リニア走査される。1つの送信ビーム及び1つの受信ビームを形成する場合に、一次元開口を設定してもよいが、二次元開口を設定して超音波ビームの集束性をより向上するのが望ましい。   When the first electronic scanning (electronic sector scanning or electronic linear scanning) is applied to the array transducer in the direction of the central axis of the cylinder and the second electronic scanning (electronic linear scanning) is applied to the circumferential direction, ultrasonic waves The beam is scanned two-dimensionally, thereby forming a three-dimensional space (three-dimensional echo data capturing space). In other words, the two-dimensional scanning surface formed by the first electronic scanning is swung by the second electronic scanning, thereby forming a three-dimensional space. In that case, the three-dimensional space is generally constricted in the vicinity of the central axis of the cylinder, so that ultrasonic waves can be transmitted and received satisfactorily through a gap between structures such as the ribs. In electronic linear scanning, beam deflection control may be combined and applied in all or part of the circumferential direction. In the above configuration, the first electronic scan is preferably an electronic sector scan. In this case, for example, the scanning surface formed by electronic sector scanning is electronic linearly scanned in an arc shape. In the case of forming one transmission beam and one reception beam, a one-dimensional aperture may be set. However, it is desirable to set a two-dimensional aperture to further improve the focusing property of the ultrasonic beam.

第2電子走査においては送受信開口が円周方向に走査される。その場合に、送波開口と受波開口は一般に一致するが、例えば、送波開口を小さくし受波開口を大きく設定するようにしてもよい。例えば、円筒中心軸方向において、1つの送波開口に対して複数の受波開口を設けることも可能である。これによれば複数の受信ビームの同時形成(同時受信)などを行える。また、共通の受波開口に対して複数の整相加算手段を並列接続することによって複数の受信ビームを同時形成することもできる。円筒中心軸方向に限られず、円周方向に複数の受信ビームを同時形成するようにしてもよい。送信フォーカス点及び受信フォーカス点の深さに応じて、円筒中心軸方向及び円周方向の開口サイズを可変してもよい。また、開口内において従来同様に各信号に対して重み付けを行うようにしてもよい。アレイ振動子を構成する複数の振動素子の中に1又は複数の無効振動素子が含まれていてもよい。   In the second electronic scanning, the transmission / reception aperture is scanned in the circumferential direction. In this case, the transmission aperture and the reception aperture generally match, but for example, the transmission aperture may be reduced and the reception aperture may be set larger. For example, it is possible to provide a plurality of receiving openings for one transmitting opening in the direction of the central axis of the cylinder. According to this, a plurality of reception beams can be simultaneously formed (simultaneous reception). Further, a plurality of receiving beams can be simultaneously formed by connecting a plurality of phasing and adding means in parallel to a common receiving aperture. A plurality of reception beams may be simultaneously formed in the circumferential direction without being limited to the cylindrical central axis direction. Depending on the depths of the transmission focus point and the reception focus point, the opening sizes in the cylindrical central axis direction and the circumferential direction may be varied. Further, each signal may be weighted in the opening as in the conventional case. One or a plurality of reactive vibration elements may be included in the plurality of vibration elements constituting the array vibrator.

望ましくは、前記第1電子走査及び前記第2電子走査の実行により超音波ビームが二次元走査され、これによって、集束部位を有する三次元空間が形成される。望ましくは、前記集束部位は円筒中心軸を含む部位である。望ましくは、前記集束部位は、人体(生体)の肋骨間又はその付近に相当する位置に設定される。集束部位は、理想的には1本のライン(円筒中心軸と一致するライン又は並行なライン)に相当するが、実際には若干の広がりをもった部位となる。集束部位は別の見方をすればくびれ部である。アレイ振動子が凹型円筒面の形状を有するので、例えば肋骨を避けつつ特定の肋間を介してその奥側に三次元の大きな取込空間を形成できる。つまり、肋骨の後側へ超音波を十分に到達させることができ、またその後側からのエコーを感度よく受信できる。   Preferably, the ultrasonic beam is two-dimensionally scanned by executing the first electronic scan and the second electronic scan, thereby forming a three-dimensional space having a focusing portion. Preferably, the focusing portion is a portion including a cylindrical central axis. Desirably, the said converging site | part is set in the position corresponded between the ribs of a human body (living body) or its vicinity. The converging part ideally corresponds to one line (a line that coincides with the central axis of the cylinder or a parallel line), but in reality, the converging part is a part having a slight spread. From another viewpoint, the converging site is a constricted portion. Since the array transducer has the shape of a concave cylindrical surface, for example, a large three-dimensional capture space can be formed on the back side through a specific intercostal space while avoiding ribs. That is, the ultrasonic wave can sufficiently reach the rear side of the rib, and the echo from the rear side can be received with high sensitivity.

望ましくは、前記送受信手段は、前記アレイ振動子上において前記円周方向に開口を走査するためのスイッチング部と、前記アレイ振動子に対して前記スイッチング部を介して接続された送信部と、前記アレイ振動子に対して前記スイッチング部を介して接続された受信部と、を含む。   Preferably, the transmission / reception means includes a switching unit for scanning an opening in the circumferential direction on the array transducer, a transmission unit connected to the array transducer via the switching unit, And a receiving unit connected to the array transducer via the switching unit.

上記スイッチング部は開口選択部として機能するものであり、スイッチング部における一方端子列には振動素子列に対応した複数のシグナルラインが接続され、他方端子例には振動素子列を構成する複数の振動素子が接続される。開口の設定によってチャンネルリダクションが図られる。   The switching section functions as an opening selection section, and a plurality of signal lines corresponding to the vibration element array are connected to one terminal row in the switching section, and a plurality of vibrations constituting the vibration element row are connected to the other terminal example. Elements are connected. Channel reduction is achieved by setting the aperture.

望ましくは、前記スイッチング部は、前記複数の振動素子列に対応して設けられた複数のスイッチング回路で構成され、前記受信部は、少なくとも1つの第1整相加算回路セットと、前記第1整相加算回路セットごとに少なくとも1つ設けられた第2整相加算回路と、を有し、前記第1整相加算回路セットは、前記各振動素子列ごとに前記開口に属する複数の振動素子から出力される複数の受信信号に対して第1整相加算処理を実行する複数の第1整相加算回路で構成され、前記第2整相加算回路は、それに対応する第1整相加算回路セットから出力された複数の第1整相加算信号に対して第2整相加算処理を実行する。   Preferably, the switching unit includes a plurality of switching circuits provided corresponding to the plurality of vibration element arrays, and the reception unit includes at least one first phasing and adding circuit set and the first rectifying circuit. A second phasing addition circuit provided at least one for each phase addition circuit set, and the first phasing addition circuit set includes a plurality of vibration elements belonging to the opening for each of the vibration element rows. It comprises a plurality of first phasing and adding circuits that execute a first phasing and adding process for a plurality of received signals to be output, and the second phasing and adding circuit is a first phasing and adding circuit set corresponding thereto. A second phasing addition process is performed on the plurality of first phasing addition signals output from the.

上記構成によれば、少なくとも1つの第1整相加算回路セットを前段として、その後段に少なくとも1つの第2整相加算回路が設けられているので、前段において各振動素子列内におけるサブ整相加算処理を実行し、後段においてサブ整相加算後の信号に対してメイン整相加算処理を実行できる。それぞれの第1整相加算回路セットは、複数のスイッチング回路に対応して設けられた複数の第1整相加算回路で構成される。円周方向に複数の受信ビームを同時に形成する場合には複数の第1整相加算回路セットが並列配置される。各第1整相加算回路セットごとに少なくとも1つの第2整相加算回路が設けられる。円筒軸方向に複数の受信ビームを同時に形成する場合には1つの第1整相加算回路セットに対して複数の第2整相加算回路が配列配置される。   According to the above configuration, since at least one first phasing / adding circuit set is the preceding stage and at least one second phasing / adding circuit is provided in the subsequent stage, the sub-phasing in each vibration element array is provided in the preceding stage. The main phasing addition processing can be executed on the signal after the sub phasing addition in the subsequent stage by executing the addition processing. Each first phasing and adding circuit set includes a plurality of first phasing and adding circuits provided corresponding to the plurality of switching circuits. When a plurality of reception beams are simultaneously formed in the circumferential direction, a plurality of first phasing and adding circuit sets are arranged in parallel. At least one second phasing and adding circuit is provided for each first phasing and adding circuit set. When a plurality of reception beams are simultaneously formed in the cylindrical axis direction, a plurality of second phasing and adding circuits are arranged and arranged for one first phasing and adding circuit set.

望ましくは、前記アレイ振動子、及び、前記スイッチング部がプローブヘッド内に設けられる。望ましくは、前記アレイ振動子、前記スイッチング部、前記少なくとも1つの第1整相加算回路セット、及び、前記送信部がプローブヘッド内に設けられる。これらの構成によればプローブヘッド内でチャンネルリダクションが行われ、プローブケーブルを構成する信号線の本数を削減できる。   Preferably, the array transducer and the switching unit are provided in a probe head. Preferably, the array transducer, the switching unit, the at least one first phasing and adding circuit set, and the transmission unit are provided in a probe head. According to these configurations, channel reduction is performed in the probe head, and the number of signal lines constituting the probe cable can be reduced.

望ましくは、前記円周方向の両端部で前記第2電子走査に続いて前記三次元空間を拡大するための追加のビーム偏向走査がなされる。この構成によれば、三次元空間の両端部を拡大することができる。よって必要に応じて上記のような追加の偏向走査を行わせればよい。   Preferably, an additional beam deflection scan for enlarging the three-dimensional space is performed following the second electronic scan at both ends in the circumferential direction. According to this configuration, both end portions of the three-dimensional space can be enlarged. Therefore, the additional deflection scanning as described above may be performed as necessary.

望ましくは、前記アレイ振動子の生体側に音響的な整合を図るための媒体が設けられる。望ましくは、前記円周方向に第2電子走査を実行する過程で、前記媒体と生体との間の境界面における超音波ビームの屈折に対処してビーム方向を補正するために、ビーム偏向制御が適用される。望ましくは、前記円周方向における前記ビーム偏向制御を伴う第2電子走査により各超音波ビームがビームクロス部位で交差する。   Preferably, a medium for acoustic matching is provided on the living body side of the array transducer. Preferably, in the process of performing the second electronic scan in the circumferential direction, beam deflection control is performed to correct the beam direction in response to refraction of the ultrasonic beam at the interface between the medium and the living body. Applied. Preferably, each ultrasonic beam intersects at a beam crossing site by the second electronic scanning with the beam deflection control in the circumferential direction.

アレイ振動子と生体との間には媒体が設けられる。そのような媒体は整合層を兼ねるものであってもよいし、整合層に加えてその生体側に設けられる部材であってもよい。媒体の音速と生体の音速とが一致している場合には境界面において超音波ビームの屈折は生じないが、それらが異なる場合には超音波ビームが境界面で屈折し、その結果、三次元空間が歪んだり集束部位に各超音波ビームが通過しなくなったりする問題が生じる。そこで、円周方向における第2電子走査(電子リニア走査)の過程において各ビームアドレスごとにビーム偏向制御(微小角度偏向制御)を適用して各超音波ビームのビーム方位を補正し、各ビームを集束部位でクロスさせるのが望ましい。   A medium is provided between the array transducer and the living body. Such a medium may also serve as a matching layer, or may be a member provided on the living body side in addition to the matching layer. When the sound speed of the medium and the sound speed of the living body are the same, the ultrasonic beam is not refracted at the boundary surface, but when they are different, the ultrasonic beam is refracted at the boundary surface, and as a result, three-dimensional There arises a problem that the space is distorted or each ultrasonic beam does not pass through the converging site. Therefore, in the process of the second electronic scanning (electronic linear scanning) in the circumferential direction, beam deflection control (fine angle deflection control) is applied for each beam address to correct the beam direction of each ultrasonic beam, It is desirable to cross at the focusing site.

(2)本発明に係る超音波診断装置は、凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記アレイ振動子の上面側に設けられ、円筒中心軸方向に整列した複数の整合層と、前記アレイ振動子に接続された送受信手段と、を含み、前記複数の振動素子は、前記円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、前記各振動素子列は、円周方向に整列した複数の振動素子によって構成され、前記送受信手段は、前記円筒中心軸方向に電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第1電子走査を実行し、且つ、前記円周方向に電子リニア走査としての第2電子走査を実行し、前記各整合層は前記各振動素子列ごとに設けられ、前記各整合層は前記円周方向に沿って連続する湾曲形態を有する、ことを特徴とする。 (2) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is provided with an array transducer including a plurality of transducer elements arranged in a concave cylindrical surface, and is arranged on the upper surface side of the array transducer and is aligned in the direction of the center axis of the cylinder A plurality of matching layers, and transmitting and receiving means connected to the array vibrator, wherein the plurality of vibration elements are constituted by a plurality of vibration element arrays aligned in a cylindrical central axis direction, and each vibration element array Is constituted by a plurality of vibrating elements aligned in the circumferential direction, and the transmitting / receiving means performs a first electronic scan as an electronic sector scan or an electronic linear scan in the cylindrical central axis direction, and the circumferential direction A second electronic scan as an electronic linear scan is performed, and each matching layer is provided for each of the vibrating element rows, and each matching layer has a curved shape continuous along the circumferential direction. Features.

2Dアレイ振動子においては各振動素子が微細に形成される。各振動素子ごとに独立した整合素子(整合層)を設ける場合、その整合素子も微細に形成されることになる。すると、通常、音響整合の機能が低下し、必要とする周波数帯域を確保することが困難となる。つまり、整合素子を微細化すると、その内部において波面が平面波的に伝搬しにくくなり、整合作用が低下する。特に、受信信号に含まれる高調波に基づいて画像を形成する場合に、周波数帯域を拡大することが要請される。   In the 2D array vibrator, each vibration element is minutely formed. When an independent matching element (matching layer) is provided for each vibration element, the matching element is also finely formed. Then, usually, the function of acoustic matching is lowered, and it becomes difficult to secure a necessary frequency band. That is, if the matching element is miniaturized, the wavefront is less likely to propagate in a plane wave in the inside thereof, and the matching action is reduced. In particular, when an image is formed based on harmonics included in the received signal, it is required to expand the frequency band.

上記構成によれば、各整合層が円弧状の振動素子列ごとに設けられ、それは円弧状に連続した一体化部材として構成される。よって、その整合作用の低下を防止して、周波数帯域を確保することが可能となる。   According to the said structure, each matching layer is provided for every circular-arc-shaped vibration element row | line | column, and it is comprised as an integrated member continuous in circular arc shape. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the matching effect and secure a frequency band.

一般に、複数の整合素子を相互に連結すると、その連結方向における指向角度が狭くなる。つまり、超音波ビームを大きく偏向形成した場合に十分な音圧及び感度を得られなくなる。上記構成においては、円周方向に第2電子走査として電子リニア走査が適用され、当該円周方向では(端部において偏向走査制御が行われたとしても)超音波ビームを大きく偏向する必要はないので、円周方向に連続した整合層を設けても、指向角特性の面で大きな問題は生じない。一方、円筒中心軸方向において電子セクタ走査が適用される場合、当該方向において各振動素子ごとに十分な指向角特性を確保する必要があるので、当該方向において、複数の整合層が相互に分離されるのが望ましい。なお、隣接する振動素子間及び隣接する整合層間に、振動作用及び整合作用にあまり悪影響を与えない音響インピーダンスをもった目詰め材料を充填するようにしてもよい。   Generally, when a plurality of matching elements are connected to each other, the directivity angle in the connecting direction becomes narrow. That is, when the ultrasonic beam is largely deflected, sufficient sound pressure and sensitivity cannot be obtained. In the above configuration, electronic linear scanning is applied as the second electronic scanning in the circumferential direction, and there is no need to greatly deflect the ultrasonic beam in the circumferential direction (even if deflection scanning control is performed at the end). Therefore, even if a matching layer that is continuous in the circumferential direction is provided, no major problem occurs in terms of directivity characteristics. On the other hand, when electronic sector scanning is applied in the direction of the central axis of the cylinder, it is necessary to ensure a sufficient directivity angle characteristic for each vibration element in that direction, so that a plurality of matching layers are separated from each other in that direction. Is desirable. Note that a clogging material having an acoustic impedance that does not significantly adversely affect the vibration action and the matching action may be filled between the adjacent vibration elements and the adjacent matching layers.

上記構成においては、円周方向に並んだ複数の振動素子が整合層に保持され、これによって、各振動素子を構造的に強化して、その倒れ込みを防止できる利点もある。つまり、耐久性を向上できる。   In the above-described configuration, a plurality of vibration elements arranged in the circumferential direction are held in the matching layer, which has an advantage that each vibration element is structurally strengthened and the collapse thereof can be prevented. That is, durability can be improved.

望ましくは、前記複数の整合層は前記円筒中心軸方向に相互に分割される。望ましくは、前記各整合層には、前記各振動素子列における複数の素子間溝に対応した配列で複数の切り込みが形成される。切り込みは、整合層の厚み方向において、その全部を切断しない(途中まで切断する)深さで設定される。その深さの調整(つまり隣接する整合素子間の連結度合いの調整)によって、整合作用(超音波帯域の調整、指向角度)を調整することができる。各切り込みは、生体側から形成してもよいし、非生体側から形成するようにしてもよい。あるいは、両方から切り込みを入れて整合素子間において厚み方向の途中に連結部分が残存するようにしてもよい。各振動素子列ごとに、積層された複数の整合層を設けるようにしてもよい。   Preferably, the plurality of matching layers are divided from each other in the direction of the central axis of the cylinder. Preferably, a plurality of cuts are formed in each matching layer in an arrangement corresponding to a plurality of inter-element grooves in each vibration element row. The incision is set at a depth that does not cut all of the matching layer in the thickness direction (cuts it halfway). By adjusting the depth (that is, adjusting the degree of connection between adjacent matching elements), the matching action (adjustment of ultrasonic band, directivity angle) can be adjusted. Each cut may be formed from the living body side or from the non-living body side. Alternatively, a cut portion may be provided from both sides so that the connection portion remains in the middle of the thickness direction between the matching elements. A plurality of matching layers stacked may be provided for each vibration element array.

(3)本発明は、プローブヘッドとプローブケーブルとを含む超音波診断装置用プローブにおいて、前記プローブヘッドは、凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を有し、前記アレイ振動子は、電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第2電子走査が適用される円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、前記各振動素子列は、電子リニア走査としての第2電子走査が適用される円周方向に整列した複数の振動素子によって構成されたことを特徴とする。振動素子列の個数及びそれを構成する振動素子の個数はそれぞれ2以上であって望ましくはそれぞれ数十以上の整数である。アレイ振動子は、矩形、六角形、八角形あるいは円形などの形状を有する。 (3) The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus probe including a probe head and a probe cable, wherein the probe head includes an array transducer including a plurality of transducer elements arranged in a concave cylindrical surface, The array transducer is composed of a plurality of vibrating element rows aligned in the direction of the central axis of the cylinder to which the second electronic scanning as the electronic sector scanning or the electronic linear scanning is applied. It is characterized by comprising a plurality of vibration elements aligned in the circumferential direction to which the second electronic scanning is applied. The number of vibration element arrays and the number of vibration elements constituting the vibration element array are each 2 or more, preferably each an integer of several tens or more. The array transducer has a shape such as a rectangle, a hexagon, an octagon, or a circle.

望ましくは、前記プローブヘッドの送受波面を生体胸部表面上に当接させた状態で、前記電子リニア走査におけるビームクロス部位が生体内の肋間又はその近傍の深さに位置決めされる。   Desirably, the beam cross site in the electronic linear scanning is positioned at a depth in the living body or in the vicinity thereof in a state where the wave transmitting / receiving surface of the probe head is in contact with the surface of the living body chest.

望ましくは、前記円筒中心軸方向の振動素子サイズよりも前記円周方向の振動素子サイズの方が大きい。第1電子走査が行われる円筒中心軸方向と、第2電子走査が行われる円周方向とで、分解能の差による問題(円周方向の分解能の方が悪くなることによる問題)が生じる可能性がある。その場合に上記構成を採用するのが望ましい。なお、ビームスキャンのピッチについても両方向で揃っているのが望ましいが、必ずしも一致していなくてもよい。   Desirably, the vibration element size in the circumferential direction is larger than the vibration element size in the cylindrical central axis direction. There may be a problem due to a difference in resolution between the central axis direction of the cylinder where the first electronic scanning is performed and the circumferential direction where the second electronic scanning is performed (problem due to the worse resolution in the circumferential direction). There is. In that case, it is desirable to employ the above configuration. It should be noted that the beam scan pitches are preferably aligned in both directions, but they need not necessarily coincide.

望ましくは、前記プローブヘッド内には前記第2電子走査において開口を円周方向へ走査するためのスイッチング部が設けられる。望ましくは、前記プローブヘッド内には、前記各振動素子列ごとに前記開口内における複数の受信信号を加算する手段が設けられる。複数の受信信号の加算は単純加算でもよいが、より信号処理精度を向上するために遅延加算(整相加算)であるのが望ましい。   Preferably, a switching unit for scanning the opening in the circumferential direction in the second electronic scanning is provided in the probe head. Desirably, a means for adding a plurality of received signals in the opening is provided for each of the vibrating element rows in the probe head. The addition of a plurality of received signals may be simple addition, but delay addition (phased addition) is desirable in order to further improve signal processing accuracy.

(4)本発明は、プローブヘッドとプローブケーブルとを含む超音波診断装置用プローブにおいて、前記プローブヘッドは、凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記アレイ振動子の上面側に設けられ、円筒中心軸方向に整列した複数の整合層と、を有し、前記アレイ振動子は、電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第1電子走査が適用される円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、前記各振動素子列は、電子リニア走査としての第2電子走査が適用される円周方向に整列した複数の振動素子によって構成され、前記各整合層は前記各振動素子列ごとに設けられ、前記各整合層は前記円周方向に沿って連続する湾曲形態を有する、ことを特徴とする。 (4) The present invention provides an ultrasonic diagnostic apparatus probe including a probe head and a probe cable, wherein the probe head includes an array transducer including a plurality of transducer elements arranged in a concave cylindrical surface, and the array vibration. A plurality of matching layers arranged on the upper surface side of the child and aligned in the direction of the central axis of the cylinder, and the array transducer has a cylindrical center to which the first electronic scanning as the electronic sector scanning or the electronic linear scanning is applied. A plurality of vibration element rows arranged in the axial direction, each vibration element row being constituted by a plurality of vibration elements arranged in a circumferential direction to which a second electronic scan as an electronic linear scan is applied; A matching layer is provided for each of the vibrating element rows, and each matching layer has a curved shape that continues along the circumferential direction.

以上説明したように、本発明によれば、プローブ内でチャンネルリダクションを行える。本発明によれば、特に体表直下に構造体が存在していてもその構造体が有する隙間から良好な超音波診断を行える。あるいは、本発明によれば、心臓の三次元診断を良好に行える。本発明によれば、整合層の構造の工夫によって広帯域化を図れる。   As described above, according to the present invention, channel reduction can be performed within the probe. According to the present invention, a good ultrasonic diagnosis can be performed from the gap of the structure even when the structure is present directly under the body surface. Or according to this invention, the three-dimensional diagnosis of the heart can be performed favorably. According to the present invention, a wide band can be achieved by devising the structure of the matching layer.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明に係る超音波診断装置における送受信部が示されている。超音波診断装置は、プローブと装置本体12とによって構成される。プローブはプローブヘッド10、プローブケーブル14及び図示されていないプローブコネクタによって構成される。この超音波診断装置は生体に対して送受波を行って、これにより得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する医療用装置である。本実施形態においては後に説明するように、三次元エコーデータ取込空間(三次元空間)が形成されており、そこから得られたボリュームデータに基づいて三次元画像が形成される。   FIG. 1 shows a transmission / reception unit in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus includes a probe and the apparatus main body 12. The probe includes a probe head 10, a probe cable 14, and a probe connector (not shown). This ultrasonic diagnostic apparatus is a medical apparatus that transmits and receives waves to a living body and forms an ultrasonic image based on a reception signal obtained thereby. In this embodiment, as will be described later, a three-dimensional echo data capturing space (three-dimensional space) is formed, and a three-dimensional image is formed based on the volume data obtained therefrom.

図1に示す構成においてはユーザーによって操作されるプローブヘッド10内に2Dアレイ振動子16及びスイッチ部24が設けられている。ただし、そのプローブヘッド10内に更に後述する第1モジュール34及び第2モジュール42を収納してもよい。すなわち第2モジュール42の後段にプローブケーブル14を設けるものである。   In the configuration shown in FIG. 1, a 2D array transducer 16 and a switch unit 24 are provided in a probe head 10 operated by a user. However, a first module 34 and a second module 42 which will be described later may be accommodated in the probe head 10. That is, the probe cable 14 is provided after the second module 42.

2Dアレイ振動子16は、複数の振動素子20aによって構成されている。具体的には、この2Dアレイ振動子16は湾曲形状を有しており、複数の振動素子20aが凹型円筒面状に二次元的に配列されている。すなわち、凹型円筒面の曲率中心として円筒中心軸18を図示のように定義すると、その円筒中心軸18を中心軸として一定の曲率をもって湾曲した2Dアレイ振動子16が構成されている。   The 2D array transducer 16 includes a plurality of vibration elements 20a. Specifically, the 2D array transducer 16 has a curved shape, and a plurality of vibration elements 20a are two-dimensionally arranged in a concave cylindrical surface. That is, if the cylindrical center axis 18 is defined as shown in the figure as the center of curvature of the concave cylindrical surface, the 2D array transducer 16 curved with a certain curvature with the cylindrical center axis 18 as the center axis is configured.

ここで、X方向は円筒中心軸18に平行な方向であり、本実施形態においては電子セクタ走査が行われる方向である。電子セクタ走査に代えて電子リニア走査を適用することもできる。円弧状のθ方向は円周方向であり、それはコンケーブ方式に従った電子リニア走査の方向である。2Dアレイ振動子16は、X方向に直線的に整列したm個の振動素子列20によって構成される。各振動素子列20は、θ方向に整列したn個の振動素子20aによって構成される。各振動素子20aは単一の振動体としてあるいは複数の振動体を電気的に接続したものとして構成される。図1に示す例では、各振動素子20aにおけるX方向のサイズよりもθ方向のサイズの方が大きくなっており、すなわち長方形の振動素子20aが構成されている。なお、2Dアレイ振動子16におけるθ方向の曲率は図1に示す例において一定であるが、その曲率をθ方向に沿って連続的に変化させるようにすることもできる。   Here, the X direction is a direction parallel to the cylindrical central axis 18, and in this embodiment, the direction in which electronic sector scanning is performed. Electronic linear scanning can be applied instead of electronic sector scanning. The arc-shaped θ direction is the circumferential direction, which is the direction of electronic linear scanning according to the concave method. The 2D array transducer 16 includes m transducer element arrays 20 linearly aligned in the X direction. Each vibration element array 20 includes n vibration elements 20a aligned in the θ direction. Each vibration element 20a is configured as a single vibration body or a structure in which a plurality of vibration bodies are electrically connected. In the example illustrated in FIG. 1, the size in the θ direction is larger than the size in the X direction in each vibration element 20 a, that is, a rectangular vibration element 20 a is configured. Note that the curvature in the θ direction in the 2D array transducer 16 is constant in the example shown in FIG. 1, but the curvature may be continuously changed along the θ direction.

各振動素子20aは例えばPZTなどの材料あるいは複合材料によって構成される。各振動素子20aの前面側及び後面側には図示されていない電極層が形成されている。ちなみに、図1においては2Dアレイ振動子16の前方すなわちZ方向に設けられる整合部材や、2Dアレイ振動子16の後方に設けられるバッキングユニットなどについては図示を省略している。   Each vibration element 20a is made of a material such as PZT or a composite material. An electrode layer (not shown) is formed on the front side and the rear side of each vibration element 20a. Incidentally, in FIG. 1, the illustration of the alignment member provided in front of the 2D array transducer 16, that is, in the Z direction, and the backing unit provided in the rear of the 2D array transducer 16 are omitted.

2Dアレイ振動子16の後側にはシグナルリードアレイ22が設けられている。シグナルリードアレイ22は複数の振動素子に対して個別的に接続された複数の(すなわちm×n個の)シグナルリード22aによって構成されている。ここで、mは例えば64であり、nは例えば30である。このシグナルリードアレイ22はバッキングユニット内に内蔵されるのが望ましい。   A signal lead array 22 is provided behind the 2D array transducer 16. The signal lead array 22 includes a plurality of (that is, m × n) signal leads 22a individually connected to a plurality of vibration elements. Here, m is 64, for example, and n is 30, for example. The signal lead array 22 is preferably built in the backing unit.

プローブヘッド10は図示されていないケーシングを有し、そのケーシング内には上記の2Dアレイ振動子16の他にスイッチ部24が設けられている。このスイッチ部24は複数の振動素子列20に対応する複数のスイッチ回路26によって構成される。各スイッチ回路26は開口選択手段として機能するものである。各スイッチ回路26は一方端子列及び他方端子列を有し、一方端子列にはk個のシグナルライン30aが接続されており、他方端子列にはn個のシグナルリード22aが接続されている。スイッチ回路26はk個のシグナルライン30aとn個のシグナルリード22aとを相互に接続するスイッチ列28を有しており、そのスイッチ列28はk個のスイッチ28aによって構成されている。すなわち、このスイッチ列28によって、θ方向に並んだn個の振動素子20aの中で互いに隣接して並んだk個の振動素子20aが選択され、それらの振動素子20aが送受信開口を構成する。ちなみに、本実施形態では、送信開口と受信開口とが同一のものとして構成されているが、それらの開口を互いに異ならせるようにしてもよい。   The probe head 10 has a casing (not shown), and a switch unit 24 is provided in the casing in addition to the 2D array transducer 16 described above. The switch unit 24 includes a plurality of switch circuits 26 corresponding to the plurality of vibration element arrays 20. Each switch circuit 26 functions as an aperture selection means. Each switch circuit 26 has one terminal row and the other terminal row, and k signal lines 30a are connected to one terminal row, and n signal leads 22a are connected to the other terminal row. The switch circuit 26 includes a switch row 28 that connects the k signal lines 30a and the n signal leads 22a to each other, and the switch row 28 includes k switches 28a. That is, the switch array 28 selects k vibration elements 20a arranged adjacent to each other among the n vibration elements 20a arranged in the θ direction, and these vibration elements 20a constitute a transmission / reception opening. Incidentally, in this embodiment, the transmission aperture and the reception aperture are configured to be the same, but the apertures may be different from each other.

θ方向への電子リニア走査にあたっては、各振動素子列20ごとに上述したスイッチ列28が機能し、θ方向の一方端から他方端まで開口が走査される。本実施形態では、各振動素子列20における開口のθ方向の位置は互いに同一とされており、図1においては開口の一例がハッチングとして示されている。すなわち、このような二次元的に広がる開口がθ方向に段階的に移動走査される。この場合におけるピッチは本実施形態において振動素子1個分であるが、もちろん複数個の振動素子分のピッチを設定するようにしてもよい。したがって、各振動素子列20ごとに部分的な開口が設定される結果、チャンネルリダクションが達成されることになる。すなわちθ方向についても電子セクタ方式が適用される場合よりも信号線の本数を少なくすることができる。ちなみに上記のkは例えば10である。   In the electronic linear scanning in the θ direction, the above-described switch row 28 functions for each vibration element row 20, and the opening is scanned from one end to the other end in the θ direction. In the present embodiment, the positions of the openings in each vibration element array 20 in the θ direction are the same, and an example of the openings is shown as hatching in FIG. That is, such an opening that expands two-dimensionally is scanned in stages in the θ direction. The pitch in this case is one vibration element in this embodiment, but it is of course possible to set a pitch for a plurality of vibration elements. Therefore, as a result of setting a partial opening for each vibration element row 20, channel reduction is achieved. That is, the number of signal lines can be reduced in the θ direction as compared with the case where the electronic sector method is applied. Incidentally, the above k is 10, for example.

プローブケーブル14は図1においてハッチングで示されている開口を構成する複数の振動素子20aに対応する個数の同軸ケーブル32によって構成される。具体的にはm×k個の同軸ケーブル32によって構成されている。   The probe cable 14 is constituted by a number of coaxial cables 32 corresponding to the plurality of vibration elements 20a constituting the opening shown by hatching in FIG. Specifically, it is configured by m × k coaxial cables 32.

プローブケーブル14の装置本体12側には第1モジュール34が設けられている。この第1モジュール34は複数の同軸ケーブル32に対応して設けられた複数の回路基板36によって構成され、各回路基板36は送信器38及び受信用のプリアンプ40を有している。更にその第1モジュールの後段には第2モジュール42が設けられている。第2モジュール42は、複数の振動素子列20に対応して設けられた複数の回路基板ペアによって構成され、各回路基板ペアは送信用基板42Aと受信用基板42Bとによって構成される。   A first module 34 is provided on the apparatus main body 12 side of the probe cable 14. The first module 34 includes a plurality of circuit boards 36 provided corresponding to the plurality of coaxial cables 32, and each circuit board 36 has a transmitter 38 and a reception preamplifier 40. Further, a second module 42 is provided after the first module. The second module 42 is constituted by a plurality of circuit board pairs provided corresponding to the plurality of vibration element arrays 20, and each circuit board pair is constituted by a transmission board 42A and a reception board 42B.

送信用基板42Aは送信タイミング制御回路44を有し、その送信タイミング制御回路44によって、それに接続された複数の送信器38の送信動作が制御される。具体的には各送信器38において生成する送信信号のタイミングが制御されている。受信用基板42Bは、入力される複数の(すなわちk個の)受信信号に対応して設けられた複数の遅延器46と各遅延器46によって遅延処理された受信信号を加算する加算器48とを有している。すなわち複数の遅延器46及び加算器48によってサブ整相加算回路(第1整相加算回路)45が構成されている。このサブ整相加算回路45によって各振動素子列20ごとにチャンネルリダクションが図られている。このサブ整相加算回路45は電子リニア走査に対応したものである。ちなみに、送信タイミング制御部44は、電子リニア走査及び電子セクタ走査の両方に対応した回路である。図1には、X方向に配列されたm個の第1整相加算回路によって構成される第1整相加算回路セットが1つだけ示されているが、θ方向すなわち円周方向において複数の受信ビームを同時に形成するために、複数の第1整相加算回路セットを配列配置してもよい。その場合には、円周方向において複数の受信ビーム間で受信開口が共通となる。   The transmission board 42A has a transmission timing control circuit 44, and the transmission timing control circuit 44 controls transmission operations of a plurality of transmitters 38 connected thereto. Specifically, the timing of the transmission signal generated in each transmitter 38 is controlled. The reception board 42B includes a plurality of delay units 46 provided corresponding to a plurality of (that is, k) reception signals to be input, and an adder 48 that adds the reception signals delayed by each delay unit 46, and have. In other words, a plurality of delay units 46 and adders 48 constitute a sub phase adjusting and adding circuit (first phase adjusting and adding circuit) 45. The sub phase adjusting and adding circuit 45 performs channel reduction for each vibration element array 20. The sub phase adjusting and adding circuit 45 corresponds to electronic linear scanning. Incidentally, the transmission timing control unit 44 is a circuit that supports both electronic linear scanning and electronic sector scanning. FIG. 1 shows only one first phasing and adding circuit set composed of m first phasing and adding circuits arranged in the X direction. In order to form a reception beam at the same time, a plurality of first phasing and adding circuit sets may be arranged. In this case, the reception aperture is common among the plurality of reception beams in the circumferential direction.

複数のサブ整相加算回路45の後段にはメイン整相加算回路50が設けられている。すなわち、このメイン整相加算回路50は電子セクタ走査に対応したものであり、入力されるm個のサブ整相加算信号を遅延処理するm個の遅延器と、そのm個の遅延器によって遅延処理されたm個の信号を加算する加算器と、を有している。これによって、そのメイン整相加算回路50から、電子リニア走査及び電子セクタ走査に対応した最終的な整相加算後の受信信号が得られることになる。その受信信号(エコーデータ)は必要な信号処理を経た後に画像形成回路へ出力され、その画像形成回路によって超音波画像(例えば三次元画像)が形成され、その超音波画像が図示されていない表示器に表示される。図1には、1つのメイン整相加算回路50だけが示されているが、複数のメイン整相加算回路50を並列配置して、X方向すなわち円筒軸方向において複数の受信ビームを同時に形成するようにするのが望ましい。上記のように複数の第1整相加算回路セットを設ける場合、各第1整相加算回路セットごとに1又は複数の第2整相加算回路が設けられる。円筒軸方向において1つの受信ビームのみを形成する場合、メイン整相加算回路50の設置を省略して、メイン整相加算回路50で各第1整相加算信号に付与すべき遅延量を前段の各第1整相加算回路で付与することができる。いずれにしても、円周方向及び円筒軸方向の一方又は両方について、必要に応じて、複数の受信ビームを同時に形成できる。   A main phasing and adding circuit 50 is provided at the subsequent stage of the plurality of sub phasing and adding circuits 45. That is, the main phasing and adding circuit 50 corresponds to electronic sector scanning, and includes m delay units for delaying input m sub phasing and addition signals, and a delay by the m delay units. And an adder for adding the processed m signals. As a result, a final received signal after the phasing addition corresponding to the electronic linear scanning and the electronic sector scanning is obtained from the main phasing addition circuit 50. The received signal (echo data) is output to an image forming circuit after undergoing necessary signal processing, an ultrasonic image (for example, a three-dimensional image) is formed by the image forming circuit, and the ultrasonic image is not shown. Displayed on the instrument. Although only one main phasing and adding circuit 50 is shown in FIG. 1, a plurality of main phasing and adding circuits 50 are arranged in parallel to simultaneously form a plurality of reception beams in the X direction, that is, the cylindrical axis direction. It is desirable to do so. When a plurality of first phasing and adding circuit sets are provided as described above, one or a plurality of second phasing and adding circuits are provided for each first phasing and adding circuit set. When only one reception beam is formed in the cylindrical axis direction, the installation of the main phasing / adding circuit 50 is omitted, and the delay amount to be added to each first phasing / adding signal by the main phasing / adding circuit 50 is set in the previous stage. Each of the first phasing and adding circuits can be applied. In any case, a plurality of reception beams can be simultaneously formed in one or both of the circumferential direction and the cylindrical axis direction as necessary.

図1において符号51は送受信制御部を表している。この送受信制御部51は上述した複数の送信タイミング制御回路44、複数のサブ整相加算回路45及びメイン整相加算回路50のそれぞれの動作を制御している。特に、2Dアレイ振動子16において、X方向に電子セクタ方式によって超音波ビームのステアリング及びフォーカシングが実現され、かつ、θ方向に電子リニア走査によって超音波ビームのステアリング及びフォーカスが実現されるように、送受信制御部51が制御を行っている。ちなみに、この送受信制御部51に対してはホストコントローラから必要な情報が渡されている。各整相加算回路はアナログ方式あるいはデジタル方式によって構成することが可能である。プローブヘッド10内に複数のサブ整相加算回路を設ける場合にはそれをアナログ方式とするのが回路規模の面から有利である。その一方において、複数のサブ整相加算回路45を装置本体12内に設置する場合には信号処理精度の観点からそれらをデジタル方式とするのが望ましい。メイン整相加算回路50は一般にデジタル方式の回路が採用される。   In FIG. 1, reference numeral 51 denotes a transmission / reception control unit. The transmission / reception control unit 51 controls the operations of the plurality of transmission timing control circuits 44, the plurality of sub phase adjusting and adding circuits 45, and the main phase adjusting and adding circuit 50 described above. In particular, in the 2D array transducer 16, so that the ultrasonic beam steering and focusing are realized by the electronic sector method in the X direction, and the ultrasonic beam steering and focusing are realized by the electronic linear scanning in the θ direction, The transmission / reception control unit 51 performs control. Incidentally, necessary information is passed from the host controller to the transmission / reception control unit 51. Each phasing and adding circuit can be configured by an analog method or a digital method. When a plurality of sub phase adjusting and summing circuits are provided in the probe head 10, it is advantageous from the viewpoint of circuit scale to adopt an analog system. On the other hand, when a plurality of sub phasing and adding circuits 45 are installed in the apparatus main body 12, it is desirable that they are digital in view of signal processing accuracy. The main phasing and adding circuit 50 is generally a digital circuit.

図2には、図1に示したプローブヘッド10内の構造が斜視図として示されている。ただし、図2においては図1に示されたスイッチ部24などについては図示省略されている。   FIG. 2 is a perspective view showing the structure inside the probe head 10 shown in FIG. However, in FIG. 2, the illustration of the switch unit 24 and the like shown in FIG. 1 is omitted.

上述したように、2Dアレイ振動子16はコンケーブ型を有しており、すなわちθ方向に湾曲した凹型円筒面状の形態を有している。2Dアレイ振動子16は上述したように複数の振動素子を有しているが、それらは複数のX溝52及び複数のθ溝54によって互いに分離されている。それらの溝52,54内に目詰め材などを充填してもよい。その場合においては音響的なクロストークを生じないような部材を充填するのが望ましい。   As described above, the 2D array transducer 16 has a concave shape, that is, has a concave cylindrical surface shape curved in the θ direction. As described above, the 2D array transducer 16 has a plurality of vibration elements, which are separated from each other by the plurality of X grooves 52 and the plurality of θ grooves 54. A filling material or the like may be filled in the grooves 52 and 54. In that case, it is desirable to fill a member that does not cause acoustic crosstalk.

2Dアレイ振動子16の後側にはバッキングユニット56が設けられている。バッキングユニット56の上面は2Dアレイ振動子16の形状にあわせて凹型円筒面の形状を有している。バッキングユニット56は複数のバッキングプレート58と複数の基板60とを互い違いに積層した構造を有している。バッキングプレート58はバッキング作用を発揮する材料によって構成されている。基板60は例えばフレキシブル回路基板などとして構成され、その基板60は、基板本体62上にパターニングされた複数のシグナルリード22aを有している。各シグナルリード22aはそれに対応する振動素子に対して電気的に接続される。バッキングユニット56においてはシグナルリードアレイ22がそれを貫通しており、各振動素子からのシグナルラインがその背面側に引き出されている。ちなみに、図2においては2Dアレイ振動子16の上面側に設けられるグランド層などについては図示省略されている。2Dアレイ振動子16を構成する各振動素子の前面側すなわち上面側にはそれぞれ整合素子64が設けられている。この整合素子64は音響インピーダンスマッチングを図るための部材である。複数の整合素子64の前面側には媒体としての保護部材66が設けられている。この保護部材66は2Dアレイ振動子16の全体を覆う形状を有しており、その前面側の面(生体接触面)は平坦である。ただし、その保護部材66の前面を緩やかな凸面にしたり、あるいは保護部材66に音響レンズの機能を発揮させるようにしてもよい。図示されるように保護部材66の後面すなわち下面は凸形を有しており、2Dアレイ振動子16における窪んだ部分には保護部材66が入り込んでいる。したがって、このような構成によりプローブヘッド10を生体表面に当接した場合においても、生体と2Dアレイ振動子16間における音響的なマッチングを良好にすることができる。   A backing unit 56 is provided on the rear side of the 2D array transducer 16. The upper surface of the backing unit 56 has a concave cylindrical surface shape in accordance with the shape of the 2D array transducer 16. The backing unit 56 has a structure in which a plurality of backing plates 58 and a plurality of substrates 60 are alternately stacked. The backing plate 58 is made of a material that exhibits a backing action. The substrate 60 is configured as, for example, a flexible circuit substrate, and the substrate 60 has a plurality of signal leads 22 a patterned on the substrate body 62. Each signal lead 22a is electrically connected to the corresponding vibration element. In the backing unit 56, the signal lead array 22 penetrates it, and a signal line from each vibration element is drawn to the back side thereof. Incidentally, in FIG. 2, the ground layer and the like provided on the upper surface side of the 2D array transducer 16 are not shown. Matching elements 64 are provided on the front surface side, that is, the upper surface side of each vibration element constituting the 2D array transducer 16. The matching element 64 is a member for achieving acoustic impedance matching. A protective member 66 as a medium is provided on the front side of the plurality of matching elements 64. The protective member 66 has a shape that covers the entire 2D array transducer 16, and the front surface (biological contact surface) thereof is flat. However, the front surface of the protective member 66 may be a gentle convex surface, or the protective member 66 may exhibit the function of an acoustic lens. As shown in the drawing, the rear surface, that is, the lower surface of the protection member 66 has a convex shape, and the protection member 66 enters the recessed portion of the 2D array transducer 16. Therefore, acoustic matching between the living body and the 2D array transducer 16 can be improved even when the probe head 10 is in contact with the surface of the living body with such a configuration.

図3には、上述した2Dアレイ振動子16の動作が概念的に示されている。例えば図3に示されるような開口76が設定された場合、その開口76を用いて電子セクタ走査が適用され、すなわち超音波ビームがφ方向に走査される。すなわち当該φ方向に複数の超音波ビーム80−1〜80−kが形成され、これによって走査面Sが構成される。開口76を円周方向すなわちθ方向に1ステップずつずらしながら走査面Sを形成することにより、三次元空間が構成される。ちなみに、開口78が設定された場合における走査面Sを構成する超音波ビームが符号82−1〜82−kで表されている。ちなみに、各超音波ビームを形成する場合においては、電子セクタ走査方向については電子セクタ走査方式にしたがって超音波ビームのフォーカシングが行われ、同時に超音波ビームのステアリングが行われる。その一方、円周方向すなわちθ方向においては電子リニア方式にしたがって超音波ビームのフォーカシングが行われる。すなわち、両方向について超音波ビームのフォーカシングが行われ、これによって良好なビームプロファイルを得ることができる。ちなみに円周方向においては偏向制御によるビームステアリングは行われていないが、後に図6を用いて説明するように円周方向の両端部において微小角度セクタ走査すなわちビーム偏向走査を行うことにより当該端部において三次元空間を拡大するようにしてもよい。   FIG. 3 conceptually shows the operation of the 2D array transducer 16 described above. For example, when an opening 76 as shown in FIG. 3 is set, electronic sector scanning is applied using the opening 76, that is, the ultrasonic beam is scanned in the φ direction. That is, a plurality of ultrasonic beams 80-1 to 80-k are formed in the φ direction, and the scanning plane S is configured thereby. A three-dimensional space is formed by forming the scanning surface S while shifting the opening 76 step by step in the circumferential direction, that is, the θ direction. Incidentally, the ultrasonic beams constituting the scanning plane S when the opening 78 is set are denoted by reference numerals 82-1 to 82-k. Incidentally, in the case of forming each ultrasonic beam, the ultrasonic beam is focused in the electronic sector scanning direction according to the electronic sector scanning method, and the ultrasonic beam is steered at the same time. On the other hand, in the circumferential direction, that is, the θ direction, the ultrasonic beam is focused according to the electronic linear method. That is, focusing of the ultrasonic beam is performed in both directions, whereby a good beam profile can be obtained. Incidentally, beam steering by deflection control is not performed in the circumferential direction. However, as will be described later with reference to FIG. 6, by performing minute angle sector scanning, that is, beam deflection scanning at both ends in the circumferential direction, The three-dimensional space may be enlarged.

図3に示されているように、本実施形態においては2Dアレイ振動子16がコンケーブ形状を有しているため、例えば2つの肋骨70,72が存在している場合においてもその肋間に対して2D振動子16を適切に位置決めすれば、その肋間を介して走査面Sを十分に揺動運動させることができ、その場合においても肋骨70,72があまり障害とはならない。換言すれば、肋間を通してその奥側に大きな三次元空間を形成できるという利点がある。   As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the 2D array transducer 16 has a concave shape. For example, even when two ribs 70 and 72 are present, If the 2D vibrator 16 is properly positioned, the scanning surface S can be sufficiently swung through the gap, and even in this case, the ribs 70 and 72 do not become a hindrance. In other words, there is an advantage that a large three-dimensional space can be formed on the back side through the furrow.

これを図4を用いて更に説明する。本実施形態においては2Dアレイ振動子16についての円弧形状の曲率中心Pが、通常想定される肋間の深さ、すなわちプローブヘッドを胸部表面に当接した場合における通常の肋間の深さに設定されており、その曲率中心が図1に示した円筒中心軸18に相当する。したがって、各超音波ビームはその曲率中心Pを通過してそれを中心として回転運動あるいは揺動運動することになる。図5において説明するように、その部分が集束部位(交差部位)となりあるいはくびれ部位となるので、上述したように2つの肋骨70,72の影響を最低限に抑えることが可能となる。すなわち2Dアレイ振動子16を上記のような形態とすることにより肋骨による影響をあまり受けずに肋骨内側の臓器すなわち心臓について十分カバーできる三次元空間を形成することが可能となる。   This will be further described with reference to FIG. In the present embodiment, the arc-shaped curvature center P of the 2D array transducer 16 is set to the normally assumed intercostal depth, that is, the normal intercostal depth when the probe head is in contact with the chest surface. The center of curvature corresponds to the cylindrical central axis 18 shown in FIG. Therefore, each ultrasonic beam passes through the center of curvature P and rotates or swings around the center. As will be described with reference to FIG. 5, the portion becomes a converging portion (intersection portion) or a constricted portion, so that the influence of the two ribs 70 and 72 can be minimized as described above. That is, by making the 2D array transducer 16 as described above, it is possible to form a three-dimensional space that can sufficiently cover the organs inside the ribs, that is, the heart, without being greatly affected by the ribs.

ちなみに、図4においては、超音波ビームの太さが模式的に示されており、ここで開口76に対応する超音波ビーム80−iについての中心軸がL1で示され、その中心軸上のフォーカス点がF1で示されている。これと同様に、開口78に対応する超音波82−iについての中心軸がL2で表され、そのフォーカス点がF2で表されている。もちろん各フォーカス点は必要に応じてビーム軸上に沿って可変されるものであり、ここで受信フォーカス点は一般に受信ダイナミックフォーカス方式が適用され、超音波ビーム軸上を連続的にスキャンされる。なお円周方向における開口サイズを状況に応じて可変設定できるようにしてもよい。例えば肋間のサイズが大きいような場合にはより開口を大きくして音響パワーや受信感度を高めるようにしてもよい。あるいは肋間のサイズが小さいような場合には開口を制限して小さくし、これによって肋骨70,72による影響すなわち画像上発生するシャドウなどの問題を軽減するようにしてもよい。   Incidentally, in FIG. 4, the thickness of the ultrasonic beam is schematically shown. Here, the central axis of the ultrasonic beam 80-i corresponding to the opening 76 is indicated by L <b> 1 and is on the central axis. The focus point is indicated by F1. Similarly, the central axis for the ultrasonic wave 82-i corresponding to the opening 78 is represented by L2, and the focus point is represented by F2. Of course, each focus point can be varied along the beam axis as required. Here, the reception focus point is generally applied with the reception dynamic focus method, and is continuously scanned on the ultrasonic beam axis. The opening size in the circumferential direction may be variably set according to the situation. For example, when the size of the furrow is large, the opening may be made larger to increase the sound power and reception sensitivity. Alternatively, when the size of the ribs is small, the opening may be limited to be small, thereby reducing the influence of the ribs 70 and 72, that is, problems such as shadows generated on the image.

図5には、上述した2Dアレイ振動子16によって形成される三次元空間100が概念図として示されている。なお、走査面Sの頂点が2Dアレイ振動子16における電子セクタ走査方向の中央位置に一致して描かれている。実際には、当該電子セクタ走査方向における全域が開口として利用され、その開口によって超音波が送受波される。ちなみに、走査面Sの頂点の移動軌跡が符号106によって表されている。三次元空間100は、本実施形態において走査面Sの揺動軸に相当する円筒中心軸18を介して2つの部分102及び104によって構成されている。ここで部分102が主としてエコーデータ取込空間を形成する空間である。もちろん部分104についても三次元画像の一部に含めるようにしてもよい。図示されるように円筒中心軸18の付近が集束部位となっており、換言すればその部位はくびれ部位90である。図4などにおいて説明したように、そのようなくびれ部位が存在し、それを肋骨の間に設定することにより、肋骨による影響をあまり受けずに生体内の広い領域にわたってエコーデータを取り込むことが可能となる。   FIG. 5 shows a conceptual diagram of the three-dimensional space 100 formed by the 2D array transducer 16 described above. The vertex of the scanning surface S is drawn so as to coincide with the center position of the 2D array transducer 16 in the electronic sector scanning direction. Actually, the entire area in the scanning direction of the electronic sector is used as an aperture, and ultrasonic waves are transmitted and received through the aperture. Incidentally, the movement trajectory of the vertex of the scanning surface S is represented by reference numeral 106. The three-dimensional space 100 is constituted by two portions 102 and 104 via a cylindrical central axis 18 corresponding to the swing axis of the scanning plane S in this embodiment. Here, the portion 102 is a space that mainly forms an echo data capturing space. Of course, the portion 104 may be included in a part of the three-dimensional image. As shown in the drawing, the vicinity of the cylindrical central axis 18 is a converging part, in other words, the part is a constricted part 90. As described in FIG. 4 and the like, there is such a constricted part, and by setting it between ribs, it is possible to capture echo data over a wide area in the living body without being affected by the ribs much It becomes.

図6には他の実施形態が示されている。基本的な構成は図1及び図2に示したものと同様であるが、この図6に示す実施形態においてはθ方向の両端部において電子リニア走査に加えて超音波ビームの偏向走査(電子セクタ走査に相当)が追加的に加えられている。すなわち#1で示されるように、まず走査面が偏向走査され、引き続いて#2で示されるように電子リニア走査方式にしたがって開口が走査され、その後に#3で示されるように再び走査面の偏向走査が行われる。走査方式の切り替わり位置が各走査面S1〜S4で示されており、最初の偏向走査においてθ1の領域が追加的に形成され、その後にθ2で示される領域が上記の実施形態同様に形成された後、θ3で示される領域が更に追加的に形成されることになる。すると、図5に示した三次元空間に加えて図6においてハッチングで示される部分に相当する空間がデータ取込領域の一部として付加されることになる。   FIG. 6 shows another embodiment. The basic configuration is the same as that shown in FIGS. 1 and 2, but in the embodiment shown in FIG. 6, in addition to electronic linear scanning at both ends in the θ direction, ultrasonic beam deflection scanning (electronic sector). Equivalent to scanning). That is, as shown by # 1, the scanning surface is first deflected and scanned, and then the aperture is scanned according to the electronic linear scanning method as shown by # 2, and then the scanning surface is again scanned as shown by # 3. A deflection scan is performed. The scanning system switching positions are indicated by the respective scanning planes S1 to S4. In the first deflection scanning, a region θ1 is additionally formed, and thereafter a region indicated by θ2 is formed in the same manner as in the above embodiment. Thereafter, a region indicated by θ3 is additionally formed. Then, in addition to the three-dimensional space shown in FIG. 5, a space corresponding to the portion shown by hatching in FIG. 6 is added as a part of the data capture area.

よって、より大きな三次元エコーデータ取込空間を形成することが可能となるので、例えば肋骨の間が広いような場合に図6に示される実施形態を適用するのが望ましい。ちなみに、図6に示す実施形態ではθ方向の両端において走査面の偏向走査を行ったが、その一方側についてのみ偏向走査を行うようにしてもよい。また肋骨が3本存在しているような場合においてはθ方向の適当な部位において断続的に偏向走査を組み合わせて適用するようにしてもよい。すなわち電子リニア走査と部分的な電子セクタ走査とを複合したコンパウンド走査を行ってもよい。X方向については上記実施形態と同様に電子セクタ走査が適用される。   Therefore, since it is possible to form a larger three-dimensional echo data capturing space, it is desirable to apply the embodiment shown in FIG. 6 when the space between the ribs is wide, for example. Incidentally, in the embodiment shown in FIG. 6, the deflection scanning of the scanning surface is performed at both ends in the θ direction, but the deflection scanning may be performed only on one side thereof. Further, when there are three ribs, the deflection scanning may be applied intermittently in combination at an appropriate portion in the θ direction. That is, compound scanning combining electronic linear scanning and partial electronic sector scanning may be performed. Electronic sector scanning is applied to the X direction as in the above embodiment.

図7に示す別の構成において、アレイ振動子16の生体204側には媒体200が設けられている。媒体200は整合層の生体側に設けられあるいは整合層として設けられる。媒体200の上面は凸型円筒面を有し、その上面はアレイ振動子の形状に合致している。媒体200の下部はビーム走査範囲に対応して下方にかけて狭まっており、その下面(生体表面202への接触面)は平坦である。もちろん、その下面が下方へ緩やかに脹らんでいてもよい。媒体200の音速と生体204の音速とが一致しているのが望ましく、その場合、境界面206において超音波ビームは屈折しない。その場合の直線状のビーム中心軸(走査面の中心線に相当)がLAで表されている。一方、媒体中の音速と生体中の音速が異なる場合、図7のLBで示すように、境界面206で屈折を生じて、ビームクロス部位Pからビーム中心軸が外れてしまう。これは三次元空間における集束部位についての上下方向及び左右方向の広がりをもたらし、結果として、肋間を介して効率的に超音波を送受波できなくなる。   In another configuration shown in FIG. 7, a medium 200 is provided on the living body 204 side of the array transducer 16. The medium 200 is provided on the living body side of the matching layer or as a matching layer. The upper surface of the medium 200 has a convex cylindrical surface, and the upper surface matches the shape of the array transducer. The lower portion of the medium 200 narrows downward corresponding to the beam scanning range, and the lower surface (contact surface to the living body surface 202) is flat. Of course, the lower surface may be gently expanded downward. It is desirable that the sound speed of the medium 200 and the sound speed of the living body 204 coincide with each other. In this case, the ultrasonic beam is not refracted at the boundary surface 206. In this case, the linear beam center axis (corresponding to the center line of the scanning surface) is represented by LA. On the other hand, when the sound speed in the medium and the sound speed in the living body are different, refraction occurs at the boundary surface 206 as shown by LB in FIG. This causes the up and down direction and the left and right direction of the converging part in the three-dimensional space to spread, and as a result, it is impossible to efficiently transmit and receive ultrasonic waves through the intercostal space.

そこで、円周方向における電子リニア走査に伴って各ビームアドレスごとにビーム方位の補正つまりビーム偏向制御を行うのが望ましい。偏向制御された超音波ビームのビーム中心軸が図7においてLCで表されている。そのビーム中心軸LCはビームクロス部位Pを通過している。各ビームアドレスで形成される超音波ビームについて、その中心軸がビームクロス部位を通過するようにビーム偏向制御を行えば、集束部位の広がりを防止して良好な送受波環境を構築できる。上記のようなビーム偏向制御が組み合わされた電子リニア走査を行う場合には、各超音波ビームごとに各送受信開口の大きさ及び位置が適応的に設定される。また、各エコーデータを三次元記憶空間へマッピングする際にビーム屈折及びビーム偏向などが考慮される。   Therefore, it is desirable to perform beam azimuth correction, that is, beam deflection control for each beam address in association with electronic linear scanning in the circumferential direction. The beam central axis of the deflection-controlled ultrasonic beam is represented by LC in FIG. The beam center axis LC passes through the beam crossing portion P. If the beam deflection control is performed so that the central axis of the ultrasonic beam formed at each beam address passes through the beam crossing portion, the spread of the converging portion can be prevented and a good transmission / reception environment can be constructed. When electronic linear scanning combined with the above beam deflection control is performed, the size and position of each transmission / reception aperture are adaptively set for each ultrasonic beam. Further, when mapping each echo data to the three-dimensional storage space, beam refraction and beam deflection are considered.

図8には、更に他の実施形態が示されている。図8において、図2に示した構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 8 shows still another embodiment. In FIG. 8, the same components as those shown in FIG.

この実施形態においては、2Dアレイ振動子16の前面側に複数の整合層300が設けられている。具体的には、複数の整合層300は、円筒中心軸方向であるX方向に整列しており、各整合層300は、円周方向であるθ方向に沿って連続する湾曲した形態を有し、各整合層300は、θ方向に整列した複数の振動素子からなる振動素子列20ごとに設けられている。図2に示した実施形態では、各振動素子ごとに個別的に整合素子が設けられていたが、この図8に示す実施形態では、各整合層300は、θ方向に複数の整合素子が連結したものとして構成されている。つまり、各整合層300はθ方向に伸長する一体化部材である。但し、X方向において、複数の整合層300は溝54によって相互に分離されている。   In this embodiment, a plurality of matching layers 300 are provided on the front side of the 2D array transducer 16. Specifically, the plurality of matching layers 300 are aligned in the X direction, which is the cylindrical central axis direction, and each matching layer 300 has a curved shape that continues along the θ direction, which is the circumferential direction. Each matching layer 300 is provided for each vibration element array 20 including a plurality of vibration elements aligned in the θ direction. In the embodiment shown in FIG. 2, matching elements are individually provided for each vibration element. However, in the embodiment shown in FIG. 8, each matching layer 300 has a plurality of matching elements connected in the θ direction. It is configured as That is, each matching layer 300 is an integrated member that extends in the θ direction. However, the plurality of matching layers 300 are separated from each other by the grooves 54 in the X direction.

上記構成によれば、個々の整合素子を微細化した場合に生じる周波数帯域の悪化の問題を解消あるいは軽減することができる。これにより、例えば受信信号中の高調波成分を画像化するような場合、その画質を高めることが可能となる。複数の整合素子をθ方向に相互に連結すると、θ方向において指向角特性が低下することになるが(大きなビーム偏向角度の場合に音圧及び感度が低下することになるが)、θ方向においては基本的に電子リニア走査が適用され、超音波ビームを大きく偏向させることはないので、指向角特性が低下しても現実的な問題は生じない。一方、X方向においては、複数の整合層300が相互に分離されているため、当該X方向における指向角特性は維持できる。X方位において電子セクタ走査が適用されて、超音波ビームが大きく偏向されたような場合でも、十分な送信音圧を得られ、また、十分な受信感度を得られる。   According to the above configuration, it is possible to eliminate or reduce the problem of frequency band deterioration that occurs when individual matching elements are miniaturized. As a result, for example, when the harmonic component in the received signal is imaged, the image quality can be improved. When a plurality of matching elements are connected to each other in the θ direction, the directivity angle characteristic decreases in the θ direction (although sound pressure and sensitivity decrease in the case of a large beam deflection angle), Basically, electronic linear scanning is applied and the ultrasonic beam is not greatly deflected. Therefore, even if the directivity angle characteristic is lowered, no practical problem occurs. On the other hand, in the X direction, since the plurality of matching layers 300 are separated from each other, the directivity characteristics in the X direction can be maintained. Even when the electronic sector scanning is applied in the X direction and the ultrasonic beam is largely deflected, sufficient transmission sound pressure can be obtained and sufficient reception sensitivity can be obtained.

図9〜図12には変形例が示されている。図9に示されるように、各振動素子列ごとに積層された複数の整合層302,304を設けるようにしてもよい。図10に示される整合層306においては、所定間隔で複数の切り込み308が形成されている。各切り込みは、振動素子間に対応する位置に形成されている。切り込みは、上面側から又は下面側から形成することができる。あるいは、両側から切り込みを形成して、厚み方向の途中に整合素子間を連絡する連結部を残留させるようにしてもよい。切り込み態様及び切り込み量の調整によって、周波数帯域特性及び指向角特性を適宜調整することができる。整合層をその厚み方向に完全に切断しなければ、それを完全に切断した場合に比べて、周波数帯域特性を改善できる。図11に示す構成例では、振動素子間の溝52に目詰め材料310が充填されている。この目詰め材料310は、振動素子における超音波振動に悪影響を与えず、また音響的なクロストークが生じない音響インピーダンスを有する材料によって構成される。図10に示した切り込み308に対して、同様の目詰め材料を充填するようにしてもよい。また、図12に示すように、複数の整合層302,304を積層して設ける場合には、振動素子に近い整合層304に溝312を形成することにより、指向角特性を向上することができる。   9 to 12 show modified examples. As shown in FIG. 9, a plurality of matching layers 302 and 304 that are stacked for each vibration element array may be provided. In the matching layer 306 shown in FIG. 10, a plurality of cuts 308 are formed at predetermined intervals. Each notch is formed in a position corresponding to between the vibration elements. The cuts can be formed from the upper surface side or from the lower surface side. Alternatively, a notch may be formed from both sides to leave a connecting portion that communicates between the matching elements in the middle of the thickness direction. By adjusting the cutting mode and the cutting amount, the frequency band characteristic and the directivity angle characteristic can be appropriately adjusted. If the matching layer is not completely cut in the thickness direction, the frequency band characteristics can be improved as compared with the case where the matching layer is completely cut. In the configuration example shown in FIG. 11, the filling material 310 is filled in the groove 52 between the vibration elements. The plugging material 310 is made of a material having an acoustic impedance that does not adversely affect the ultrasonic vibration in the vibration element and does not cause acoustic crosstalk. The cut material 308 shown in FIG. 10 may be filled with the same filling material. As shown in FIG. 12, when a plurality of matching layers 302 and 304 are provided in a stacked manner, the directivity characteristics can be improved by forming the groove 312 in the matching layer 304 close to the vibration element. .

本発明に係る超音波診断装置における送受信部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the transmission / reception part in the ultrasonic diagnosing device which concerns on this invention. プローブヘッドの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a probe head. 本実施形態の2Dアレイ振動子の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the 2D array vibrator | oscillator of this embodiment. 電子リニア走査を説明するための図である。It is a figure for demonstrating electronic linear scanning. 本実施形態に係る2Dアレイ振動子によって形成される三次元空間を示す図である。It is a figure which shows the three-dimensional space formed with the 2D array transducer | vibrator which concerns on this embodiment. 他の実施形態に係る走査方式を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the scanning system which concerns on other embodiment. ビームの屈折とその対処を説明するための図である。It is a figure for demonstrating refraction of a beam, and its coping. 他の実施形態に係るプローブヘッドの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the probe head which concerns on other embodiment. 積層化された整合層を示す図である。It is a figure which shows the matching layer laminated | stacked. 複数の切り込みを有する整合層を示す図である。It is a figure which shows the matching layer which has a some notch. 振動素子間に目詰め材料が充填された状態を示す図である。It is a figure which shows the state with which the filling material was filled between vibration elements. 積層化された整合層の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the matching layer laminated | stacked.

符号の説明Explanation of symbols

10 プローブヘッド、12 装置本体、14 プローブケーブル、16 2Dアレイ振動子、20 振動素子列、20a 振動素子、24 スイッチ部、26 スイッチ回路、28 スイッチ列、32 同軸ケーブル、34 第1モジュール、36 回路基板、38 送信器、40 プリアンプ、42 第2モジュール、44 送信タイミング制御回路、45 サブ整相加算回路、50 メイン整相加算回路、51 送受信制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 probe head, 12 apparatus main body, 14 probe cable, 16 2D array vibrator | oscillator, 20 vibration element row | line | column, 20a vibration element, 24 switch part, 26 switch circuit, 28 switch row | line | column, 32 coaxial cable, 34 1st module, 36 circuit Board, 38 Transmitter, 40 Preamplifier, 42 Second module, 44 Transmission timing control circuit, 45 Sub phasing addition circuit, 50 Main phasing addition circuit, 51 Transmission / reception control unit.

Claims (22)

凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子に接続された送受信手段と、
を含み、
前記複数の振動素子は、円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、
前記各振動素子列は、円周方向に整列した複数の振動素子によって構成され、
前記送受信手段は、前記円筒中心軸方向に電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第1電子走査を実行し、且つ、前記円周方向に電子リニア走査としての第2電子走査を実行する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
An array vibrator composed of a plurality of vibration elements arranged in a concave cylindrical surface;
Transmitting / receiving means connected to the array transducer;
Including
The plurality of vibration elements are constituted by a plurality of vibration element arrays aligned in a cylindrical central axis direction,
Each of the vibrating element rows is composed of a plurality of vibrating elements aligned in the circumferential direction,
The transmission / reception means performs a first electronic scan as an electronic sector scan or an electronic linear scan in the cylindrical central axis direction, and executes a second electronic scan as an electronic linear scan in the circumferential direction.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項1記載の装置において、
前記第1電子走査及び前記第2電子走査の実行により超音波ビームが二次元走査され、これによって、集束部位を有する三次元空間が形成されることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein an ultrasonic beam is two-dimensionally scanned by executing the first electronic scan and the second electronic scan, thereby forming a three-dimensional space having a converging portion.
請求項2記載の装置において、
前記集束部位は円筒中心軸を含む部位であることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 2.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the converging part is a part including a cylindrical central axis.
請求項2記載の装置において、
前記集束部位は、人体の肋骨間又はその付近に相当する位置に設定されることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 2.
2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the converging part is set at a position corresponding to or between the ribs of the human body.
請求項1記載の装置において、
前記送受信手段は、
前記アレイ振動子上において前記円周方向に開口を走査するためのスイッチング部と、
前記アレイ振動子に対して前記スイッチング部を介して接続された送信部と、
前記アレイ振動子に対して前記スイッチング部を介して接続された受信部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The transmitting / receiving means includes
A switching unit for scanning an opening in the circumferential direction on the array transducer;
A transmission unit connected to the array transducer via the switching unit;
A receiving unit connected to the array transducer via the switching unit;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項5記載の装置において、
前記スイッチング部は、前記複数の振動素子列に対応して設けられた複数のスイッチング回路で構成され、
前記受信部は、少なくとも1つの第1整相加算回路セットと、前記第1整相加算回路セットごとに少なくとも1つ設けられた第2整相加算回路と、を有し、
前記第1整相加算回路セットは、前記各振動素子列ごとに前記開口に属する複数の振動素子から出力される複数の受信信号に対して第1整相加算処理を実行する複数の第1整相加算回路で構成され、
前記第2整相加算回路は、それに対応する第1整相加算回路セットから出力された複数の第1整相加算信号に対して第2整相加算処理を実行することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 5.
The switching unit includes a plurality of switching circuits provided corresponding to the plurality of vibration element rows,
The receiving unit includes at least one first phasing and adding circuit set, and at least one second phasing and adding circuit provided for each first phasing and adding circuit set;
The first phasing and adding circuit set includes a plurality of first phasing and adding processes for executing a first phasing and adding process on a plurality of reception signals output from a plurality of vibration elements belonging to the opening for each of the vibration element rows. It consists of a phase addition circuit,
The second phasing addition circuit performs a second phasing addition process on a plurality of first phasing addition signals output from the first phasing addition circuit set corresponding to the second phasing addition circuit. Diagnostic device.
請求項5記載の装置において、
前記アレイ振動子、及び、前記スイッチング部がプローブヘッド内に設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 5.
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the array transducer and the switching unit are provided in a probe head.
請求項6記載の装置において、
前記アレイ振動子、前記スイッチング部、前記少なくとも1つの第1整相加算回路セット、及び、前記送信部がプローブヘッド内に設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 6.
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the array transducer, the switching unit, the at least one first phasing and adding circuit set, and the transmission unit are provided in a probe head.
請求項1記載の装置において、
前記円周方向の両端部で前記第2電子走査に続いて前記三次元空間を拡大するための追加のビーム偏向走査がなされることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein an additional beam deflection scan for enlarging the three-dimensional space is performed at both ends in the circumferential direction following the second electronic scan.
請求項1記載の装置において、
前記アレイ振動子の生体側に音響的な整合を図るための媒体が設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein a medium for acoustic matching is provided on the living body side of the array transducer.
請求項10記載の装置において、
前記円周方向に第2電子走査を実行する過程で、前記媒体と生体との間の境界面における超音波ビームの屈折に対処してビーム方向を補正するために、ビーム偏向制御が適用されることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 10.
In the process of performing the second electronic scan in the circumferential direction, beam deflection control is applied to correct the beam direction to cope with the refraction of the ultrasonic beam at the interface between the medium and the living body. An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項11記載の装置において、
前記円周方向における前記ビーム偏向制御を伴う第2電子走査により各超音波ビームがビームクロス部位で交差することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 11.
2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein each ultrasonic beam intersects at a beam crossing site by the second electronic scanning with the beam deflection control in the circumferential direction.
請求項1記載の装置において、
前記第1電子走査は電子セクタ走査であることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the first electronic scan is an electronic sector scan.
凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の上面側に設けられ、円筒中心軸方向に整列した複数の整合層と、
前記アレイ振動子に接続された送受信手段と、
を含み、
前記複数の振動素子は、前記円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、
前記各振動素子列は、円周方向に整列した複数の振動素子によって構成され、
前記送受信手段は、前記円筒中心軸方向に電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第1電子走査を実行し、且つ、前記円周方向に電子リニア走査としての第2電子走査を実行し、
前記各整合層は前記各振動素子列ごとに設けられ、前記各整合層は前記円周方向に沿って連続する湾曲形態を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
An array vibrator composed of a plurality of vibration elements arranged in a concave cylindrical surface;
A plurality of matching layers provided on the upper surface side of the array transducer and aligned in the cylindrical central axis direction;
Transmitting / receiving means connected to the array transducer;
Including
The plurality of vibration elements are configured by a plurality of vibration element rows aligned in the cylindrical central axis direction,
Each of the vibrating element rows is composed of a plurality of vibrating elements aligned in the circumferential direction,
The transmission / reception means performs a first electronic scan as an electronic sector scan or an electronic linear scan in the cylindrical central axis direction, and performs a second electronic scan as an electronic linear scan in the circumferential direction,
Each matching layer is provided for each of the vibrating element rows, and each matching layer has a curved form that continues along the circumferential direction.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
請求項14記載の超音波診断装置において、
前記複数の整合層は前記円筒中心軸方向に相互に分割されたことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 14, wherein
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the plurality of matching layers are divided from each other in the cylindrical central axis direction.
請求項14記載の超音波診断装置において、
前記各整合層には、前記各振動素子列における複数の素子間溝に対応した配列で複数の切り込みが形成されたことを特徴とする超音波診断装置。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 14, wherein
2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein a plurality of cuts are formed in each matching layer in an arrangement corresponding to a plurality of inter-element grooves in each vibration element array.
プローブヘッドとプローブケーブルとを含む超音波診断装置用プローブにおいて、
前記プローブヘッドは、凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子を有し、
前記アレイ振動子は、電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第1電子走査が適用される円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、
前記各振動素子列は、電子リニア走査としての第2電子走査が適用される円周方向に整列した複数の振動素子によって構成されたことを特徴とする超音波診断装置用プローブ。
In the probe for an ultrasonic diagnostic apparatus including a probe head and a probe cable,
The probe head has an array transducer composed of a plurality of transducer elements arranged in a concave cylindrical surface,
The array transducer is composed of a plurality of vibrating element arrays aligned in the direction of the central axis of the cylinder to which the first electronic scanning as electronic sector scanning or electronic linear scanning is applied,
Each of the vibrating element arrays is constituted by a plurality of vibrating elements arranged in a circumferential direction to which the second electronic scanning as the electronic linear scanning is applied.
請求項17記載のプローブにおいて、
前記プローブヘッドの送受波面を生体胸部表面上に当接させた状態で、前記第2電子走査におけるビームクロス部位が生体内の肋間又はその近傍の深さに位置決めされることを特徴とする超音波診断装置用プローブ。
The probe of claim 17,
An ultrasonic wave characterized in that a beam crossing portion in the second electronic scanning is positioned at a depth between or near the intercostals in the living body in a state where the wave transmitting / receiving surface of the probe head is in contact with the surface of the living body chest. Probe for diagnostic equipment.
請求項17記載のプローブにおいて、
前記円筒中心軸方向の振動素子サイズよりも前記円周方向の振動素子サイズの方が大きいことを特徴とする超音波診断装置用プローブ。
The probe of claim 17,
The probe for an ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the vibration element size in the circumferential direction is larger than the vibration element size in the cylindrical central axis direction.
請求項17記載のプローブにおいて、
前記プローブヘッド内には前記第2電子走査において開口を円周方向へ走査するためのスイッチング部が設けられたことを特徴とする超音波診断装置用プローブ。
The probe of claim 17,
A probe for an ultrasonic diagnostic apparatus, wherein a switching unit for scanning an opening in a circumferential direction in the second electronic scanning is provided in the probe head.
請求項20記載のプローブにおいて、
前記プローブヘッド内には、前記各振動素子列ごとに前記開口内における複数の受信信号を加算する手段が設けられたことを特徴とする超音波診断装置用プローブ。
The probe of claim 20,
In the probe head, means for adding a plurality of received signals in the opening is provided for each of the vibration element arrays.
プローブヘッドとプローブケーブルとを含む超音波診断装置用プローブにおいて、
前記プローブヘッドは、
凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の上面側に設けられ、円筒中心軸方向に整列した複数の整合層と、
を有し、
前記アレイ振動子は、電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第1電子走査が適用される円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、
前記各振動素子列は、電子リニア走査としての第2電子走査が適用される円周方向に整列した複数の振動素子によって構成され、
前記各整合層は前記各振動素子列ごとに設けられ、前記各整合層は前記円周方向に沿って連続する湾曲形態を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置用プローブ。
In the probe for an ultrasonic diagnostic apparatus including a probe head and a probe cable,
The probe head is
An array vibrator composed of a plurality of vibration elements arranged in a concave cylindrical surface;
A plurality of matching layers provided on the upper surface side of the array transducer and aligned in the cylindrical central axis direction;
Have
The array transducer is composed of a plurality of vibrating element arrays aligned in the direction of the central axis of the cylinder to which the first electronic scanning as electronic sector scanning or electronic linear scanning is applied,
Each of the vibrating element rows is constituted by a plurality of vibrating elements aligned in a circumferential direction to which the second electronic scanning as the electronic linear scanning is applied.
Each matching layer is provided for each of the vibrating element rows, and each matching layer has a curved form that continues along the circumferential direction.
A probe for an ultrasonic diagnostic apparatus.
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