JP2010042042A - Ultrasonic diagnostic system - Google Patents

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武 羽生
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correspond to an increase in the number of piezoelectric elements in an ultrasonic diagnostic system constituted so that an ultrasonic probe equipped with an ultrasonic vibrator is connected to the body apparatus through a cable. <P>SOLUTION: In the ultrasonic probe 2, an ultrasonic receiving signal is subjected to A/D conversion by an analog/digital converter 28 and, after the obtained digital signal of a plurality of channels and a plurality of bits is subjected to P/S conversion by a parallel/serial converter 29, the obtained signal is converted to a light signal by an electrooptical transducer 30 to be transmitted by an optical fiber 52. In the body apparatus 3, the light signal is converted to an electric signal by an electrooptical transducer 31 and, after the electric signal is parallelly converted by an S/P converter 32, usual processing on and after a beam former circuit 33 is performed. Accordingly, serial communication is used to reduce the number of wires, to prevent the complication of connection, to make the cable 5 thin to ensure flexibility and to enhance manipulative operability. Further, since the optical fiber 52 is used only for the receiving signal, the lowering of the strength of the cable 5 can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に本体装置と超音波探触子とがケーブルを介して接続され、超音波振動子には多数の圧電素子が配列されるものに関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an apparatus in which a main body apparatus and an ultrasonic probe are connected via a cable, and an ultrasonic transducer is arranged with a large number of piezoelectric elements.

超音波診断装置は、超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、しかもX線などの被爆がなく安全性が高いので、循環器系(心臓の冠動脈)、消化器系(胃腸)、内科系(肝臓、膵臓、脾臓)、泌尿科系(腎臓、膀胱)、および産婦人科系などで広く利用されている。特に、近年乳房診断においては、超音波診断が腫瘤、腫瘍を高度に診断可能になり、乳癌の発見に大きな寄与を示すようになり、益々その重要性が認識されてきている。   An ultrasonic diagnostic apparatus is a medical imaging device that non-invasively obtains a tomographic image of soft tissue in a living body from a body surface by an ultrasonic pulse reflection method. Compared to other medical imaging equipment, this ultrasonic diagnostic device is small and inexpensive, and it is safe without exposure to X-rays, etc., so the circulatory system (heart coronary artery), digestive system (gastrointestinal), Widely used in internal medicine (liver, pancreas, spleen), urology (kidney, bladder), and obstetrics and gynecology. In particular, in recent years, in breast diagnosis, ultrasonic diagnosis has made it possible to highly diagnose tumors and tumors, and has made a great contribution to the discovery of breast cancer, and its importance has been increasingly recognized.

このような医療用超音波診断装置に使用される超音波探触子は、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、圧電セラミックの圧電効果が一般的に利用される。この場合、送信用圧電振動子(圧電素子)の振動モードとしては、単一圧電振動子であるシングル型プローブまたは複数の圧電振動子を1次元または2次元配置したアレイ型プローブがよく使用される。2次元配列したアレイは精細な画像を得ることができるので、医療用超音波診断のために広く普及している。ところが、圧電振動子が1次元に並ぶ超音波探触子では、素子数が、たとえば128個程度であり、超音波探触子を駆動するための演算処理は、その128個程度の圧電振動子を駆動できる規模でよかったものが、圧電振動子が前記2次元に並ぶ2次元アレイ超音波探触子では、たとえば振動子を64×64に配列した場合の素子数は4096個となる。128×128では、16384個にも及ぶ。したがって、2次元アレイ超音波探触子を駆動するための演算処理は、4096〜16384個にも及ぶ振動子を駆動し、そこから得られる受信信号の処理も加算されて演算処理の負担が非常に増大するようになっている。   An ultrasonic probe used in such a medical ultrasonic diagnostic apparatus generally uses the piezoelectric effect of a piezoelectric ceramic in order to transmit and receive high-sensitivity and high-resolution ultrasonic waves. In this case, as a vibration mode of the transmitting piezoelectric vibrator (piezoelectric element), a single probe which is a single piezoelectric vibrator or an array probe in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged one-dimensionally or two-dimensionally are often used. . Since a two-dimensional array can obtain a fine image, it is widely used for medical ultrasonic diagnosis. However, in the ultrasonic probe in which the piezoelectric vibrators are arranged one-dimensionally, the number of elements is, for example, about 128, and the arithmetic processing for driving the ultrasonic probe is about 128 piezoelectric vibrators. In the two-dimensional array ultrasonic probe in which the piezoelectric vibrators are arranged in two dimensions, for example, the number of elements when the vibrators are arranged in 64 × 64 is 4096. In 128 * 128, it reaches 16384 pieces. Therefore, the calculation processing for driving the two-dimensional array ultrasonic probe drives 4096 to 16384 transducers, and the processing of received signals obtained from the transducers is also added, so that the processing load is extremely high. It has come to increase.

また、各圧電振動子に所望のビームプロファイルを得る電圧(個別の遅延時間のパルス)を掛けて振動させるには、それに伴って信号線数が増大し、超音波探触子から本体装置への信号配線の結線が非常に煩雑になるという問題がある。また、前記信号配線を束ねて成る同軸ケーブルの太さが太くなり、ケーブルの取り回しが困難で、超音波探触子の手技操作性が劣るとともに、同軸ケーブルは容量が大きいので、損失およびインピーダンスマッチングが問題となる。   In addition, in order to oscillate each piezoelectric vibrator by applying a voltage (individual delay time pulse) for obtaining a desired beam profile, the number of signal lines increases accordingly, and the ultrasonic probe is connected to the main unit. There is a problem that the wiring of the signal wiring becomes very complicated. In addition, the coaxial cable formed by bundling the signal wiring becomes thicker, the cable is difficult to handle, the operability of the ultrasonic probe is inferior, and the coaxial cable has a large capacity, so loss and impedance matching Is a problem.

一方で、デジタル信号処理の技術は進歩し、小型の演算処理チップが開発され、超音波診断装置の本体装置内でデジタル処理を実行するよりも、超音波探触子内でデジタル演算処理を実行し、ノイズを除去した信号を送信する方が、上述の同軸ケーブル通信でのノイズの混入を避けることができる。そこで、生体で発生した超音波の受信信号を超音波探触子内でアナログ信号からデジタル信号に変換して本体装置へ伝送し、処理する超音波診断装置において、受信信号をデジタルデータに変換するためのアナログ/デジタル変換器は、信号抽出速度が高速であることから、一般的にパラレル出力のものが用いられる。したがって、前記超音波探触子と本体装置との間の信号線数は、超音波探触子の受信チャンネル数と前記アナログ/デジタル変換器の出力信号(ビット)数との積に比例するので、受信チャンネル数(素子数)およびアナログ/デジタル変換器のビット数が増大すればする程、デジタル信号線の線数が増加することになる。   On the other hand, digital signal processing technology has progressed, and small arithmetic processing chips have been developed to perform digital arithmetic processing within the ultrasound probe rather than performing digital processing within the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus. However, it is possible to avoid mixing noise in the coaxial cable communication described above by transmitting a signal from which noise has been removed. Therefore, an ultrasonic reception signal generated in a living body is converted from an analog signal into a digital signal in an ultrasonic probe and transmitted to the main body apparatus, and the received signal is converted into digital data in an ultrasonic diagnostic apparatus for processing. The analog / digital converter for this purpose generally has a parallel output because of its high signal extraction speed. Therefore, the number of signal lines between the ultrasonic probe and the main unit is proportional to the product of the number of reception channels of the ultrasonic probe and the number of output signals (bits) of the analog / digital converter. As the number of reception channels (number of elements) and the number of bits of the analog / digital converter increase, the number of digital signal lines increases.

このように、超音波診断装置において、画質向上や3次元撮像等を可能にするために、アナログ/デジタル変換器の出力ビット数や装置の受信チャンネル数は増加する傾向にある。言い換えると、アナログ/デジタル変換器以降の回路において、受信データを伝送する信号線は増加の傾向にある。この事は、基板設計の複雑化や基板間接続コネクタのピン数増加、同軸ケーブル内の配線数の増加に伴う原料、製造コストの増加といった問題の原因となる。そこで、特許文献1には、パラレル信号をシリアル信号に変換して、送信する技術が提案された。
特開2003−10187号公報
As described above, in the ultrasonic diagnostic apparatus, the number of output bits of the analog / digital converter and the number of reception channels of the apparatus tend to increase in order to improve image quality and three-dimensional imaging. In other words, in the circuits after the analog / digital converter, the number of signal lines for transmitting received data tends to increase. This causes problems such as a complicated board design, an increase in the number of pins of the inter-board connection connector, an increase in the number of wires in the coaxial cable, and an increase in manufacturing cost. Therefore, Patent Document 1 has proposed a technique for converting a parallel signal into a serial signal and transmitting it.
JP 2003-10187 A

しかしながら、微弱な受信信号、特に前記の画質向上や3次元撮像等に有効な高調波の信号成分に対して、送信信号のパワーは大きく、デジタルの信号であっても、影響を及ぼす(クロストーク等)という問題がある。そこで、電力(電源)線を別途設け、送受信共に光ファイバを用い、実際に圧電振動子に与える送信信号も本体装置から光信号で伝送して、超音波探触子内で電気信号に変換し、前記のクロストーク等の影響を回避することが考えられる。   However, the power of the transmission signal is large for weak received signals, particularly harmonic signal components that are effective for image quality improvement and three-dimensional imaging as described above, and even digital signals have an effect (crosstalk). Etc.). Therefore, a separate power (power supply) line is used, and an optical fiber is used for both transmission and reception. The transmission signal that is actually given to the piezoelectric vibrator is also transmitted as an optical signal from the main unit and converted into an electrical signal within the ultrasonic probe. It is conceivable to avoid the influence of the crosstalk and the like.

ところが、光ファイバは脆く、折損する可能性がある。特に、屈折率を高くして漏光を防ごう(効率を良くしよう)とすると、硬くなり、その傾向が強くなる。   However, optical fibers are fragile and can break. In particular, if the refractive index is increased to prevent light leakage (enhance efficiency), it becomes harder and the tendency becomes stronger.

本発明の目的は、圧電素子の素子数の増大に対して、送信信号が受信信号に影響を及ぼすことが無く、かつケーブルにも必要な強度を得ることができる超音波診断装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus in which a transmission signal does not affect a reception signal and a cable can have a required strength as the number of piezoelectric elements increases. It is.

本発明の超音波診断装置は、複数の圧電素子が配列された超音波振動子を備える超音波探触子がケーブルを介して本体装置に接続されて成る超音波診断装置において、前記ケーブルは、少なくとも前記超音波振動子から送信すべき送信超音波の信号を伝送する複数の電気信号線と、前記超音波振動子で受信された受信超音波の信号を伝送する光ファイバとを備える同軸ケーブルから成り、前記超音波探触子には、前記超音波振動子の各圧電素子で受信された信号をアナログ/デジタル変換するアナログ/デジタル変換器と、得られた複数ビットのデジタル信号をパラレル/シリアル変換するパラレル/シリアル変換器と、得られたシリアルの電気信号を光信号に変換し、前記光ファイバに入射する電光変換素子とを備えて構成され、前記本体装置には、前記各圧電素子への送信超音波信号を作成する送信回路と、前記光ファイバから出射された前記光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、得られたシリアルの信号をシリアル/パラレル変換するシリアル/パラレル変換器と、得られた複数チャネル複数ビットのデジタル信号から、断層像を再構成する信号処理部とを含むことを特徴とする。   The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is an ultrasonic diagnostic apparatus in which an ultrasonic probe including an ultrasonic transducer in which a plurality of piezoelectric elements are arranged is connected to a main body device via a cable. From a coaxial cable comprising at least a plurality of electrical signal lines for transmitting a transmission ultrasonic signal to be transmitted from the ultrasonic transducer and an optical fiber for transmitting a reception ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer. The ultrasonic probe includes an analog / digital converter for analog / digital conversion of signals received by the piezoelectric elements of the ultrasonic transducer, and parallel / serial of the obtained multi-bit digital signals. A parallel / serial converter for conversion, and an electro-optic conversion element that converts the obtained serial electrical signal into an optical signal and enters the optical fiber, and the main body The transmitter includes a transmission circuit that generates a transmission ultrasonic signal to each of the piezoelectric elements, a photoelectric conversion element that converts the optical signal emitted from the optical fiber into an electrical signal, and a serial signal obtained. A serial / parallel converter that performs parallel / parallel conversion, and a signal processing unit that reconstructs a tomographic image from the obtained multi-channel, multi-bit digital signals.

上記の構成によれば、複数の圧電素子が配列された超音波振動子を備える超音波探触子がケーブルを介して本体装置に接続されて成る超音波診断装置において、高解像度化に伴う前記圧電素子の素子数の増大に伴い、本体装置と超音波探触子とを結ぶ線数を削減するにあたって、超音波探触子の側では、超音波振動子の多数の圧電素子で受信された信号をアナログ/デジタル変換器でアナログ/デジタル変換器して、得られた複数ビットのデジタル信号をパラレル/シリアル変換器でパラレル/シリアル変換して本体装置へ送信するようにする。これに対応して、本体装置では、受信されたシリアルの信号をシリアル/パラレル変換器でシリアル/パラレル変換して、得られた複数チャネル複数ビットのデジタル信号から、信号処理部で断層像を再構成する。こうして、情報量の多い受信信号をシリアル信号で超音波探触子から本体装置へ伝送することで、前記の線数の削減を図り、結線の複雑化を防ぎ、またケーブルを細くして柔軟性を確保し、手技操作性を向上することができる。   According to the above configuration, in an ultrasound diagnostic apparatus in which an ultrasound probe including an ultrasound transducer in which a plurality of piezoelectric elements are arranged is connected to a main body device via a cable, As the number of piezoelectric elements increases, the number of lines connecting the main unit and the ultrasonic probe is reduced. On the ultrasonic probe side, signals are received by a large number of piezoelectric elements of the ultrasonic transducer. The signal is analog / digital converted by an analog / digital converter, and the obtained multi-bit digital signal is parallel / serial converted by a parallel / serial converter and transmitted to the main unit. Correspondingly, in the main unit, the received serial signal is serial / parallel converted by the serial / parallel converter, and the tomographic image is regenerated by the signal processing unit from the obtained multi-channel multi-bit digital signal. Constitute. In this way, the received signal with a large amount of information is transmitted as a serial signal from the ultrasound probe to the main unit, thereby reducing the number of wires mentioned above, preventing complicated connections, and making the cable thinner and flexible. And operability of the procedure can be improved.

しかしながら、送信信号および適宜制御信号などに関しては、旧来のまま、電気信号線で本体装置から超音波探触子へ伝送するのに対して、受信信号の伝送には、光ファイバを用いる。このため、超音波探触子には電光変換素子を設け、本体装置には光電変換素子を設ける。   However, the transmission signal and the appropriate control signal are transmitted from the main unit to the ultrasonic probe with an electric signal line as before, whereas an optical fiber is used to transmit the reception signal. Therefore, the ultrasonic probe is provided with an electro-optic conversion element, and the main body device is provided with a photoelectric conversion element.

したがって、総て電気信号線を用いた場合のように、大きなパワーの送信信号が受信信号に影響を及ぼす(クロストーク等)ことは無く、また送受信共に光ファイバを用いた場合のようにケーブルの強度が低下して光ファイバが折損してしまうようなこともない。こうして、ケーブルでの伝送を、送信信号は電気信号、受信信号は光信号という超音波診断装置に適した信号形式で行うことで、圧電素子の素子数の増大に対応することができる。   Therefore, the transmission signal with a large power does not affect the reception signal (crosstalk etc.) as in the case where all electric signal lines are used, and the cable is not used as in the case where an optical fiber is used for both transmission and reception. There is no case where the optical fiber is broken due to a decrease in strength. Thus, transmission by cable is performed in a signal format suitable for an ultrasonic diagnostic apparatus in which a transmission signal is an electrical signal and a reception signal is an optical signal, so that an increase in the number of piezoelectric elements can be accommodated.

また、本発明の超音波診断装置では、前記超音波振動子における各圧電素子は、送信用の無機圧電層の上に、受信用の有機圧電層を積層して成ることを特徴とする。   In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, each piezoelectric element in the ultrasonic transducer is formed by laminating an organic piezoelectric layer for reception on an inorganic piezoelectric layer for transmission.

上記の構成によれば、大パワーの超音波の送信に好適なPZTのような無機セラミック素子(無機圧電層)に、前述の高調波の受信に好適な弗化ビニリデンのような圧電高分子膜(有機圧電層)を積層することによって、画質向上や3次元撮像等に有効な高調波の信号成分をより高感度に補足することのできる圧電素子を実現することができる。そして、この有機無機の積層圧電素子は、GND用の信号線以外に、送信用圧電素子(無機圧電層)の信号線と受信用圧電素子(有機圧電層)の信号線とが必要になるために信号線数が増加するので、線数削減を実現する本発明が特に好適である。   According to the above-described configuration, an inorganic ceramic element (inorganic piezoelectric layer) such as PZT suitable for transmission of high-power ultrasonic waves, and a piezoelectric polymer film such as vinylidene fluoride suitable for reception of the above-described harmonics By laminating the (organic piezoelectric layer), it is possible to realize a piezoelectric element capable of supplementing higher harmonic signal components effective for image quality improvement and three-dimensional imaging with higher sensitivity. In addition to the GND signal line, this organic-inorganic laminated piezoelectric element requires a signal line for the transmitting piezoelectric element (inorganic piezoelectric layer) and a signal line for the receiving piezoelectric element (organic piezoelectric layer). Since the number of signal lines increases, the present invention that realizes a reduction in the number of lines is particularly suitable.

さらにまた、本発明の超音波診断装置では、前記光ファイバは、有機の光ファイバであることを特徴とする。   Furthermore, in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the optical fiber is an organic optical fiber.

上記の構成によれば、前記光ファイバには、石英ガラス等の無機のタイプや有機高分子のタイプ等、各種の物を用いることが可能であるが、有機の柔軟性のあるものが、超音波診断時の手技操作性に好適である。   According to the above configuration, various kinds of materials such as an inorganic type such as quartz glass and an organic polymer type can be used for the optical fiber. It is suitable for the operability of the procedure at the time of ultrasonic diagnosis.

また、本発明の超音波診断装置では、前記電光変換素子は、光伝送フォトニック結晶を利用した光デバイスから成ることを特徴とする。   In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the electro-optic conversion element is an optical device using an optical transmission photonic crystal.

上記の構成によれば、光伝送フォトニック結晶を利用した光デバイスは、導波すべき光の波長の数倍程度の大きさにすることが可能であり、光ファイバの径のサイズと比較して充分に小さく、このため光ファイバの径を小さくすることができる。   According to the above configuration, the optical device using the optical transmission photonic crystal can be about several times the wavelength of the light to be guided, compared with the size of the diameter of the optical fiber. Therefore, the diameter of the optical fiber can be reduced.

本発明の超音波診断装置は、以上のように、複数の圧電素子が配列された超音波振動子を備える超音波探触子がケーブルを介して本体装置に接続されて成る超音波診断装置において、高解像度化に伴う前記圧電素子の素子数の増大に伴い、本体装置と超音波探触子とを結ぶ線数を削減するにあたって、超音波探触子の側では、超音波振動子の多数の圧電素子で受信された信号をアナログ/デジタル変換器でアナログ/デジタル変換器して、得られた複数ビットのデジタル信号をパラレル/シリアル変換器でパラレル/シリアル変換して本体装置へ送信し、これに対応して本体装置では、受信されたシリアルの信号をシリアル/パラレル変換器でシリアル/パラレル変換して、得られた複数チャネル複数ビットのデジタル信号から、信号処理部で断層像を再構成するとともに、送信信号および適宜制御信号などに関しては、旧来のまま、電気信号線で本体装置から超音波探触子へ伝送するのに対して、受信信号の伝送には、超音波探触子には電光変換素子を設け、本体装置には光電変換素子を設け、光ファイバを用いる。   As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is an ultrasonic diagnostic apparatus in which an ultrasonic probe including an ultrasonic transducer in which a plurality of piezoelectric elements are arranged is connected to a main body device via a cable. In order to reduce the number of lines connecting the main body device and the ultrasonic probe as the number of piezoelectric elements increases with the increase in resolution, many ultrasonic transducers are used on the ultrasonic probe side. The signal received by the piezoelectric element is analog / digital converted by an analog / digital converter, and the resulting multi-bit digital signal is parallel / serial converted by a parallel / serial converter and sent to the main unit. Correspondingly, in the main unit, the received serial signal is serial / parallel converted by a serial / parallel converter, and a signal processing unit is obtained from the obtained multi-channel multi-bit digital signal. While reconstructing tomographic images, transmission signals and appropriate control signals are transmitted from the main unit to the ultrasound probe using electrical signal lines as before. The acoustic probe is provided with an electro-optic conversion element, the main body device is provided with a photoelectric conversion element, and an optical fiber is used.

それゆえ、情報量の多い受信信号をシリアル信号で超音波探触子から本体装置へ伝送するので、前記の線数の削減を図り、結線の複雑化を防ぎ、またケーブルを細くして柔軟性を確保し、手技操作性を向上することができる。また、総て電気信号線を用いた場合のように、大きなパワーの送信信号が受信信号に影響を及ぼす(クロストーク等)ことは無く、また送受信共に光ファイバを用いた場合のようにケーブルの強度が低下して光ファイバが折損してしまうようなこともない。こうして、ケーブルでの伝送を、送信信号は電気信号、受信信号は光信号という超音波診断装置に適した信号形式で行うことで、圧電素子の素子数の増大に対応することができる。   Therefore, since a received signal with a large amount of information is transmitted as a serial signal from the ultrasonic probe to the main unit, the number of wires is reduced, the connection is prevented from becoming complicated, and the cable is thinned and flexible. And operability of the procedure can be improved. In addition, the transmission signal with a large power does not affect the reception signal (crosstalk etc.) as in the case where all electric signal lines are used, and the cable is not used as in the case where an optical fiber is used for both transmission and reception. There is no case where the optical fiber is broken due to a decrease in strength. Thus, transmission by cable is performed in a signal format suitable for an ultrasonic diagnostic apparatus in which a transmission signal is an electrical signal and a reception signal is an optical signal, so that an increase in the number of piezoelectric elements can be accommodated.

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置1の外観構成を示す図である。この超音波診断装置1は、図略の生体等の被検体に対して超音波を送信するとともに、被検体からの超音波を受信する超音波探触子2と、前記超音波探触子2での送信信号を作成するとともに受信信号を処理して、被検体内の超音波断層画像を再構成する本体装置3とが、フレキシブルな同軸ケーブル5を介して接続されている有線タイプの超音波診断装置である。   FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus 1 transmits an ultrasonic wave to a subject such as an unillustrated living body and receives an ultrasonic wave from the subject, and the ultrasonic probe 2. Wired type ultrasonic waves that are connected via a flexible coaxial cable 5 to a main body device 3 that creates a transmission signal at the same time and processes the received signal to reconstruct an ultrasonic tomographic image in the subject. It is a diagnostic device.

図2は超音波探触子(超音波プローブ)2における超音波振動子20の構造を示す斜視図である。超音波振動子20は、基板21上に多数の圧電素子22が配列(この図2の例では、図面の簡略化のために、6×4=24個の2次元配列)されて構成されている。図3は前記各圧電素子22の断面図であり、この図3は有機および無機の複合圧電振動子の一例を示す。この圧電素子22では、素子の上(被検体側)から、音響レンズ221、第1整合層222、有機圧電層223、第1バッキング層224、第2整合層225、無機圧電層226、第2バッキング層227、熱伝導層228、および前記基板21から構成される。基板21上には、冷却層229が形成されている。   FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the ultrasonic transducer 20 in the ultrasonic probe (ultrasonic probe) 2. The ultrasonic transducer 20 is configured by arranging a large number of piezoelectric elements 22 on a substrate 21 (in the example of FIG. 2, for simplification of the drawing, 6 × 4 = 24 two-dimensional arrays). Yes. FIG. 3 is a cross-sectional view of each piezoelectric element 22, and FIG. 3 shows an example of an organic and inorganic composite piezoelectric vibrator. In the piezoelectric element 22, the acoustic lens 221, the first matching layer 222, the organic piezoelectric layer 223, the first backing layer 224, the second matching layer 225, the inorganic piezoelectric layer 226, and the second are arranged from above the element (subject side). A backing layer 227, a heat conductive layer 228, and the substrate 21 are included. A cooling layer 229 is formed on the substrate 21.

この複合圧電素子は、超音波の放射送信にPZTのような無機セラミック素子(無機圧電層226)を使用し、生体からの1次波から2次以上の高次高調波を受信する弗化ビニリデンのような圧電高分子膜(有機圧電層223)を整合層225やバッキング層224を介して積層することによって、画質向上や3次元撮像等に有効な高調波の信号成分をより高感度に補足することのできる圧電素子である。したがって、GND用の信号線23以外に、送信用圧電素子(無機圧電層226)の信号線24と受信用圧電素子(有機圧電層223)の信号線25とが必要になるために信号線数が増加するが、高い感度の断層画像を得ることができる。このように各圧電素子22当りに、3本の信号線23〜25で、128×128の2次元配列では、49152本以上の信号線を前記同軸ケーブル5に配線する必要が生じる。以下の説明で、本願発明のポイントであるこの信号線23〜25を減数する技術を詳細に説明する。   This composite piezoelectric element uses an inorganic ceramic element (inorganic piezoelectric layer 226) such as PZT for radiation transmission of ultrasonic waves, and receives vinylidene fluoride from the primary wave from the living body to the second and higher harmonics. By stacking a piezoelectric polymer film (organic piezoelectric layer 223) like this via the matching layer 225 and the backing layer 224, the signal components of higher harmonics effective for image quality improvement and three-dimensional imaging are supplemented with higher sensitivity. This is a piezoelectric element that can be used. Therefore, in addition to the signal line 23 for GND, the signal line 24 of the transmitting piezoelectric element (inorganic piezoelectric layer 226) and the signal line 25 of the receiving piezoelectric element (organic piezoelectric layer 223) are required, so the number of signal lines However, a highly sensitive tomographic image can be obtained. As described above, in the 128 × 128 two-dimensional array of the three signal lines 23 to 25 for each piezoelectric element 22, it is necessary to wire 49152 or more signal lines to the coaxial cable 5. In the following description, a technique for subtracting the signal lines 23 to 25, which is a point of the present invention, will be described in detail.

図4は、前記超音波診断装置1の電気的構成を示すブロック図である。注目すべきは、本実施の形態では、先ず情報量の多い受信信号をシリアル信号で超音波探触子2から本体装置3へ伝送することで、前記の線数の削減を図り、結線の複雑化を防ぎ、またケーブル5を細くして柔軟性を確保し、手技操作性を向上することである。次に、送信信号および制御信号(この図4では制御信号線は省略している)などに関しては、旧来のまま、電気信号線51で本体装置3から超音波探触子2へ伝送するのに対して、受信信号の伝送には、光ファイバ52を用いることで、大きなパワーの送信信号の受信信号への影響(クロストーク等)を無くし、また同軸ケーブル5の強度を適宜維持することである。   FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 1. It should be noted that in the present embodiment, first, a received signal having a large amount of information is transmitted as a serial signal from the ultrasonic probe 2 to the main unit 3, thereby reducing the number of lines and making the connection complicated. In other words, the cable 5 is made thin and the flexibility is secured to improve the maneuverability. Next, transmission signals and control signals (control signal lines are omitted in FIG. 4) are transmitted from the main unit 3 to the ultrasonic probe 2 through the electric signal lines 51 as they are. On the other hand, by using the optical fiber 52 for transmission of the reception signal, the influence (crosstalk etc.) of the transmission signal with a large power on the reception signal is eliminated, and the strength of the coaxial cable 5 is appropriately maintained. .

具体的には、超音波探触子2内では、本体装置3からの送信信号は、前記同軸ケーブル5の電気信号線51から、前記信号線24を介して各圧電素子22の送信用圧電素子(無機圧電層226)に与えられる。これによる各受信用圧電素子(有機圧電層223)での受信信号は、前記信号線25から受信回路26に入力され、増幅回路27で増幅された後、アナログ/デジタル変換器28で、圧電素子22毎に所定のビット数のデジタル信号に変換される。そのマルチビットのデジタル信号は、パラレル/シリアル変換器29でシリアル信号に変換された後、さらに電光変換素子30によって光信号に変換されて、前記同軸ケーブル5の光ファイバ52に入射される。前記増幅回路27には、受信信号をアナログ/デジタル変換器28の入力範囲(ダイナミックレンジ)に合わせて増幅する可変利得調節回路も含まれる。   Specifically, in the ultrasonic probe 2, the transmission signal from the main body device 3 is transmitted from the electric signal line 51 of the coaxial cable 5 through the signal line 24 to the transmission piezoelectric element of each piezoelectric element 22. (Inorganic piezoelectric layer 226). The received signal at each receiving piezoelectric element (organic piezoelectric layer 223) is input to the receiving circuit 26 from the signal line 25, amplified by the amplifier circuit 27, and then amplified by the analog / digital converter 28. Every 22 is converted into a digital signal having a predetermined number of bits. The multi-bit digital signal is converted into a serial signal by the parallel / serial converter 29, further converted into an optical signal by the electro-optic conversion element 30, and incident on the optical fiber 52 of the coaxial cable 5. The amplification circuit 27 also includes a variable gain adjustment circuit that amplifies the received signal in accordance with the input range (dynamic range) of the analog / digital converter 28.

これに対して、本体装置3では、先ず光ファイバ52からの光信号は、光電変換素子31によって電気信号に変換され、シリアル/パラレル変換器32でパラレル信号に変換された後、ビームフォーマ回路33に入力される。ビームフォーマ回路33では、同期回路34で作成されたタイミングで、アドレス発生回路35で発生されたアドレスの信号を換算してゆくことで、各圧電素子22での受信信号が遅延時間を付けて整相加算されて所望深さで所望の形状のビーム形成が行われる。そのビーム形成された信号は、濾波回路36で、送信超音波と同じ周波数の1次波に、2次波などの高次高調波が周波数別に濾波され、さらに検波回路37で検波された後に、デジタルシグナル処理回路(DSP)38に伝送され、前記断層画像が再構成される。その断層画像は、液晶表示素子やEL表示素子などの表示機器39で画像化される。前記ビームフォーマ回路33、同期回路34、アドレス発生回路35、濾波回路36、検波回路37およびDSP38は、断層画像を再構成する信号処理部を構成する。   On the other hand, in the main unit 3, the optical signal from the optical fiber 52 is first converted into an electrical signal by the photoelectric conversion element 31, converted into a parallel signal by the serial / parallel converter 32, and then the beamformer circuit 33. Is input. The beamformer circuit 33 converts the address signal generated by the address generation circuit 35 at the timing created by the synchronization circuit 34, so that the received signal at each piezoelectric element 22 is adjusted with a delay time. Phase addition is performed to form a beam having a desired shape at a desired depth. The beam-formed signal is filtered by the filtering circuit 36 into the first-order wave having the same frequency as the transmission ultrasonic wave, and the higher-order harmonics such as the second-order wave are filtered by frequency, and further detected by the detection circuit 37. It is transmitted to a digital signal processing circuit (DSP) 38 to reconstruct the tomographic image. The tomographic image is imaged by a display device 39 such as a liquid crystal display element or an EL display element. The beam former circuit 33, the synchronization circuit 34, the address generation circuit 35, the filtering circuit 36, the detection circuit 37 and the DSP 38 constitute a signal processing unit for reconstructing a tomographic image.

前記DSP38は、受信ビームを画像化するための前処理として、対数変換処理、フィルタ処理、γ補正等の様々な演算処理を行う。このDSP35から超音波ビームの走査毎に出力されるデータによって、デジタルスキャンコンバータ(図中にはないが、DSP38と表示機器39の間にある)は画像データを形成し、表示機器39にはデジタルデータをそのまま表示することができるデジタル表示器が使用される。   The DSP 38 performs various arithmetic processes such as logarithmic conversion processing, filter processing, and γ correction as preprocessing for imaging the received beam. The digital scan converter (not shown in the figure, but between the DSP 38 and the display device 39) forms image data by the data output from the DSP 35 every time the ultrasonic beam is scanned. A digital display capable of displaying data as it is is used.

一方、DSP38による信号受信からその受信結果による画像形成に、送信信号の作成は、統括制御部である送信回路40内の中央演算回路41によって制御される。また、この中央演算回路41は、送信制御回路42を制御して前記所望の所望深さで所望の形状のビームを形成させ、駆動信号発生回路43から前記電気信号線51を介して各圧電素子22へ、大パワーの送信信号(パルス)を出力させる。   On the other hand, from the signal reception by the DSP 38 to the image formation based on the reception result, the creation of the transmission signal is controlled by the central processing circuit 41 in the transmission circuit 40 which is an overall control unit. The central processing circuit 41 controls the transmission control circuit 42 to form a beam with a desired shape at the desired depth, and from the drive signal generation circuit 43 via the electric signal line 51 to each piezoelectric element. A high-power transmission signal (pulse) is output to 22.

上述のように構成される超音波診断装置1において、診断にあたっては、超音波探触子2を被検体の検査部位の体表に当接し、操作盤44から送波焦点深度等の走査数値を入力した後、超音波スキャン開始命令を入力すると、前記中央演算回路41が各回路を制御し、超音波走査を開始する。先ず、中央演算回路41は、送信制御回路42に対し、駆動パルス出力指令および送波焦点深度(ビーム形状)に応じた遅延時間を設定する指令を出力する。これら指令に応じて、送信制御回路42は、駆動信号発生回路43に、各圧電素子22への駆動信号(パルス)を発生させ、その駆動信号は前記電気信号線51を介して各圧電素子22に与えられる。超音波探触子2内で前記選択指令によって選択された圧電素子は、駆動信号(パルス)が入力されると、所定の基本周波数で振動し、超音波を順次被検体内へ送波する。   In the ultrasonic diagnostic apparatus 1 configured as described above, for the diagnosis, the ultrasonic probe 2 is brought into contact with the body surface of the examination site of the subject, and a scanning numerical value such as a transmission focal depth is obtained from the operation panel 44. When an ultrasonic scan start command is input after input, the central processing circuit 41 controls each circuit and starts ultrasonic scanning. First, the central processing circuit 41 outputs a drive pulse output command and a command for setting a delay time according to the transmission focal depth (beam shape) to the transmission control circuit 42. In response to these commands, the transmission control circuit 42 causes the drive signal generation circuit 43 to generate a drive signal (pulse) to each piezoelectric element 22, and the drive signal is transmitted to each piezoelectric element 22 via the electric signal line 51. Given to. When a drive signal (pulse) is input, the piezoelectric element selected by the selection command in the ultrasonic probe 2 vibrates at a predetermined fundamental frequency, and sequentially transmits ultrasonic waves into the subject.

こうして被検体内へ送波された超音波は、生体内の組織や臓器の音響インピーダンスの異なる面でその一部が反射され、基本の反射波と高次高調波とを発生して超音波探触子2へ到達する。この到達波を受信するために、中央演算回路41はDSP38を通じて受信系を制御する。この時受信に使用される圧電素子は、操作盤44から入力された走査数値条件に応じて、中央演算回路41によって制御されたDSP38がビームフォーマ回路33に選択させ、さらにビームフォーマ回路33がその選択された圧電素子からの受信信号の遅延時間を制御して加算を行うことで、ビームフォーミングが行われる。これらの制御によって、被検体内の浅い部位から深い部位へと超音波が伝搬してゆくにつれて生ずる超音波が受信される。   A part of the ultrasonic wave transmitted into the subject in this way is reflected by different surfaces of the tissue or organ in the living body where the acoustic impedance is different, and a fundamental reflected wave and higher harmonics are generated to generate an ultrasonic probe. Reach Tactile 2 In order to receive this reaching wave, the central processing circuit 41 controls the receiving system through the DSP 38. The piezoelectric element used for reception at this time is selected by the DSP 38 controlled by the central processing circuit 41 in accordance with the scanning numerical condition input from the operation panel 44, and the beam former circuit 33 further selects the beam element circuit 33. Beam forming is performed by controlling the delay time of the received signal from the selected piezoelectric element and performing addition. By these controls, ultrasonic waves generated as the ultrasonic waves propagate from a shallow part to a deep part in the subject are received.

その際、超音波探触子2で受信された信号は、アナログ/デジタル変換器28においてデジタル信号に変換された後、パラレル/シリアル変換器29によって、アナログ/デジタル変換器28の出力ビット数よりも少ない本数の光ファイバ52を介して本体装置3内のシリアル/パラレル変換器32に伝送されることになる。たとえば、アナログ/デジタル変換器28の出力が8ビットであれば、パラレル/シリアル変換器29が8ビット分を纏めて1本の光ファイバで、或いは上記8ビットが圧電素子22の1素子当りであり、複数の素子分纏める場合には素子数倍のビットを纏めて、1本の光ファイバで伝送させる。   At that time, the signal received by the ultrasound probe 2 is converted into a digital signal by the analog / digital converter 28 and then converted by the parallel / serial converter 29 from the number of output bits of the analog / digital converter 28. In other words, the data is transmitted to the serial / parallel converter 32 in the main body device 3 through a small number of optical fibers 52. For example, if the output of the analog / digital converter 28 is 8 bits, the parallel / serial converter 29 combines 8 bits into one optical fiber, or the 8 bits per element of the piezoelectric element 22. Yes, when a plurality of elements are combined, bits that are several times the number of elements are combined and transmitted through a single optical fiber.

これによって、高解像度化に伴う前記圧電素子22の素子数の増大に対しても、本体装置3と超音波探触子2とを結ぶ線数を削減することができ、結線の複雑化を防ぎ、また同軸ケーブル5を細くして柔軟性を確保し、手技操作性を向上することができる。しかも、大パワーの送信信号の電気信号線51に対して、受信信号には、電光変換素子30および光電変換素子31を用いることで、その伝送に光ファイバ52を用いるようにするので、同軸ケーブル5内で送信信号と受信信号とが近接して行き交っても、信号電流のクロストークの発生を防止することができるとともに、受信のインピーダンス制御の必要もなくなる。また、送受信共に光ファイバ52を用いた場合は、同軸ケーブルの強度が低下して、光ファイバが折損してしまう可能性がある。したがって、同軸ケーブル5での伝送を、送信信号は電気信号、受信信号は光信号という超音波診断装置1に適した信号形式で行うことで、圧電素子22の素子数の増大に対応することができる。   As a result, the number of lines connecting the main body device 3 and the ultrasonic probe 2 can be reduced even when the number of the piezoelectric elements 22 increases with the increase in resolution, thereby preventing complicated connection. In addition, the coaxial cable 5 can be thinned to ensure flexibility and improve the maneuverability. In addition, with respect to the electric signal line 51 of the transmission signal of high power, the optical fiber 52 is used for the transmission by using the electro-optic conversion element 30 and the photoelectric conversion element 31 for the reception signal. Even if the transmission signal and the reception signal go close to each other within 5, the occurrence of signal current crosstalk can be prevented and the need for reception impedance control is eliminated. In addition, when the optical fiber 52 is used for both transmission and reception, the strength of the coaxial cable may be reduced and the optical fiber may be broken. Therefore, transmission through the coaxial cable 5 is performed in a signal format suitable for the ultrasonic diagnostic apparatus 1 in which the transmission signal is an electrical signal and the reception signal is an optical signal, so that the increase in the number of piezoelectric elements 22 can be accommodated. it can.

前記光ファイバ52には、石英ガラス等の無機のタイプや有機高分子のタイプ等、各種の物を用いることが可能であるが、有機の柔軟性のあるものが超音波診断時の手技操作性に好ましい。上述の説明では、電気信号線51と光ファイバ52とが同軸ケーブル5に束ねられているが、太い電気信号線51に細い光ファイバ52が貼り付けられてもよい。しかしながら、前記手技操作性から1本のケーブルに合体させるのが好ましい。その際、撚りをかけるか否かは、ケーブルの太さや線数に応じて適宜選択されればよい。   For the optical fiber 52, various types of materials such as an inorganic type such as quartz glass and an organic polymer type can be used. Is preferable. In the above description, the electric signal line 51 and the optical fiber 52 are bundled in the coaxial cable 5, but the thin optical fiber 52 may be attached to the thick electric signal line 51. However, it is preferable to unite into one cable from the said procedure operativity. At that time, whether or not to apply twist may be appropriately selected according to the thickness of the cable and the number of wires.

一方、前記電光変換素子30には、光伝送フォトニック結晶を利用した光デバイスを用いることが好ましい。フォトニック結晶は、二酸化珪素のような光に対して透明な材料の中に周期的な屈折率変化を配置して得られる光デバイスであり、たとえば材料に空孔を周期的に積層形成することによって作成できる。フォトニック結晶は、屈折率制御層によって光が進入できない波長領域を有し、この領域内での光を強く反射する性質を持つ。そして、このフォトニック結晶を利用した光デバイスの大きさは、導波すべき光の波長の数倍程度の大きさにすることが可能である。たとえば、石英ガラスを用いた光デバイスのサイズは、光通信に用いられる光の波長が約1.6μmであり、石英ガラスの屈折率が約2であるので、40〜80μm程度とすることができる。このように、フォトニック結晶を利用した光デバイスは、光ファイバの径のサイズと比較して充分に小さく、光ファイバ52の径を100μm程度に小さくすることができる。   On the other hand, the electro-optic conversion element 30 is preferably an optical device using an optical transmission photonic crystal. A photonic crystal is an optical device obtained by arranging periodic refractive index changes in a material transparent to light, such as silicon dioxide. For example, holes are periodically stacked in a material. Can be created. The photonic crystal has a wavelength region where light cannot enter by the refractive index control layer, and has a property of strongly reflecting light in this region. The size of the optical device using this photonic crystal can be made several times the wavelength of the light to be guided. For example, the size of an optical device using quartz glass can be about 40 to 80 μm because the wavelength of light used for optical communication is about 1.6 μm and the refractive index of quartz glass is about 2. . Thus, the optical device using the photonic crystal is sufficiently smaller than the diameter of the optical fiber, and the diameter of the optical fiber 52 can be reduced to about 100 μm.

ところで、システムを構成するには、電光変換素子30と光ファイバ52とを光学的に結合する必要がある。そこで、前記電光変換素子30と光ファイバ52とを光学的に結合する方法には、多様であるが、たとえば、光学レンズを用いて電光変換素子30と光ファイバ52とを光学的に結合する方法、光ファイバ52の末端部を先細りになるように傾斜した加工で該末端部に光学レンズの機能を持たせ、電光変換素子30と光ファイバ52とを光学的に結合する方法などあり、電光変換素子30と光ファイバ52との間で光学的なアライメントを取りながら結合する。このような方法で電光変換素子30と光ファイバ52とを結合するには、結合のアライメントに自由度を付与するために、光ファイバ52のコア部およびクラッド部を、直接、構造的に加工して、フォトニック結晶とした光ファイバの構成方法を採用してもよい。   By the way, to configure the system, it is necessary to optically couple the electro-optic conversion element 30 and the optical fiber 52. Therefore, there are various methods for optically coupling the electro-optic conversion element 30 and the optical fiber 52. For example, a method for optically coupling the electro-optic conversion element 30 and the optical fiber 52 using an optical lens. In addition, there is a method of optically coupling the electro-optic conversion element 30 and the optical fiber 52 by providing the function of an optical lens to the end portion by machining the end portion of the optical fiber 52 to be tapered. The element 30 and the optical fiber 52 are coupled while optically aligning. In order to couple the electro-optic conversion element 30 and the optical fiber 52 by such a method, the core portion and the clad portion of the optical fiber 52 are directly structurally processed in order to give freedom in alignment of the coupling. Thus, an optical fiber configuration method using a photonic crystal may be employed.

図5は、前記同軸ケーブル5の具体的な構造例を示す断面図である。上述のように光ファイバ52と銅などの金属の電気信号線51とを同一ケーブル5内に配置して電気信号のクロストークを減じるにあたって、図5(a)の同軸ケーブル5aは、内側に電気信号線51を、外側に光ファイバ52を配置した例を示す。図5(b)の同軸ケーブル5bは、内心側にも光ファイバ52を配置した例を示す。図5(c)の同軸ケーブル5cは、光ファイバ52と電気信号線51とが疎らになるように配置し、送信信号自体での干渉の影響が少なくするように配置した例を示す。電気信号線51は、できるだけ隣接し合わない配置が好ましく、図5(c)のような配置がこのましい。この他にも互いの干渉を避ける配置は存在するが、適宜選択することができる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a specific structure example of the coaxial cable 5. As described above, when the optical fiber 52 and the electric signal line 51 made of metal such as copper are arranged in the same cable 5 to reduce the crosstalk of the electric signal, the coaxial cable 5a in FIG. The example which has arrange | positioned the optical fiber 52 outside the signal wire | line 51 is shown. The coaxial cable 5b in FIG. 5B shows an example in which the optical fiber 52 is also arranged on the inner core side. The coaxial cable 5c in FIG. 5C shows an example in which the optical fiber 52 and the electric signal line 51 are arranged so as to be sparse and the influence of interference on the transmission signal itself is reduced. The electric signal lines 51 are preferably arranged so that they are not adjacent to each other as much as possible, and an arrangement as shown in FIG. There are other arrangements that avoid mutual interference, but can be selected as appropriate.

図5の例では、電気信号線51と光ファイバ52との線数は略等しく描かれている、すなわち、共通のGND線を除き、各圧電素子22につき、電気信号線51と光ファイバ52とを各1本設けているけれども、前記パラレル/シリアル変換器29の前にバッファメモリを設け、前述のように複数チャンネル分、時間軸圧縮して多重化することで、光ファイバ52の線数を大幅に削減することができる。   In the example of FIG. 5, the number of electrical signal lines 51 and optical fibers 52 are drawn substantially equal, that is, the electrical signal lines 51 and the optical fibers 52 for each piezoelectric element 22 except for the common GND line. 1 is provided, but a buffer memory is provided in front of the parallel / serial converter 29, and the number of optical fibers 52 is reduced by multiplexing the time axis for a plurality of channels as described above. It can be greatly reduced.

以上、本願発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。   Although the invention made by the inventor of the present application has been specifically described above based on the embodiment of the invention, the invention is not limited to the embodiment of the invention and does not depart from the gist of the invention. Of course, various changes can be made.

本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置の外観構成を示す図である。1 is a diagram showing an external configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. 超音波探触子(超音波プローブ)における超音波振動子の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the ultrasonic transducer | vibrator in an ultrasonic probe (ultrasonic probe). 前記超音波振動子における圧電素子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric element in the said ultrasonic transducer | vibrator. 前記超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an electrical configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus. FIG. 同軸ケーブルの具体的な構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the specific structural example of a coaxial cable.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波診断装置
2 超音波探触子
3 本体装置
5 同軸ケーブル
20 超音波振動子
21 基板
22 圧電素子
221 音響レンズ
222 第1整合層
223 有機圧電層
224 第1バッキング層
225 第2整合層
226 無機圧電層
227 第2バッキング層
228 熱伝導層
229 冷却層
23 GND用の信号線
24 送信用の信号線
25 受信用の信号線
26 受信回路
27 増幅回路
28 アナログ/デジタル変換器
29 パラレル/シリアル変換器
30 電光変換素子
31 光電変換素子
32 シリアル/パラレル変換器
33 ビームフォーマ回路
34 同期回路
35 アドレス発生回路
36 濾波回路
37 検波回路
38 デジタルシグナル処理回路(DSP)
39 表示機器
40 送信回路
41 中央演算回路
42 送信制御回路
43 駆動信号発生回路
51 電気信号線
52 光ファイバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic diagnostic apparatus 2 Ultrasonic probe 3 Main body apparatus 5 Coaxial cable 20 Ultrasonic transducer 21 Substrate 22 Piezoelectric element 221 Acoustic lens 222 First matching layer 223 Organic piezoelectric layer 224 First backing layer 225 Second matching layer 226 Inorganic piezoelectric layer 227 Second backing layer 228 Thermal conduction layer 229 Cooling layer 23 GND signal line 24 Signal line for transmission 25 Signal line for reception 26 Reception circuit 27 Amplifier circuit 28 Analog / digital converter 29 Parallel / serial conversion Device 30 electro-optic conversion device 31 photoelectric conversion device 32 serial / parallel converter 33 beam former circuit 34 synchronization circuit 35 address generation circuit 36 filtering circuit 37 detection circuit 38 digital signal processing circuit (DSP)
39 Display device 40 Transmission circuit 41 Central processing circuit 42 Transmission control circuit 43 Drive signal generation circuit 51 Electrical signal line 52 Optical fiber

Claims (4)

複数の圧電素子が配列された超音波振動子を備える超音波探触子がケーブルを介して本体装置に接続されて成る超音波診断装置において、
前記ケーブルは、少なくとも前記超音波振動子から送信すべき送信超音波の信号を伝送する複数の電気信号線と、前記超音波振動子で受信された受信超音波の信号を伝送する光ファイバとを備える同軸ケーブルから成り、
前記超音波探触子には、前記超音波振動子の各圧電素子で受信された信号をアナログ/デジタル変換するアナログ/デジタル変換器と、得られた複数ビットのデジタル信号をパラレル/シリアル変換するパラレル/シリアル変換器と、得られたシリアルの電気信号を光信号に変換し、前記光ファイバに入射する電光変換素子とを備えて構成され、
前記本体装置には、前記各圧電素子への送信超音波信号を作成する送信回路と、前記光ファイバから出射された前記光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、得られたシリアルの信号をシリアル/パラレル変換するシリアル/パラレル変換器と、得られた複数チャネル複数ビットのデジタル信号から、断層像を再構成する信号処理部とを含むことを特徴とする超音波診断装置。
In an ultrasonic diagnostic apparatus in which an ultrasonic probe including an ultrasonic transducer in which a plurality of piezoelectric elements are arranged is connected to a main body device via a cable.
The cable includes at least a plurality of electric signal lines that transmit a transmission ultrasonic signal to be transmitted from the ultrasonic transducer, and an optical fiber that transmits a reception ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer. Consisting of a coaxial cable
The ultrasonic probe includes an analog / digital converter for analog / digital conversion of signals received by the piezoelectric elements of the ultrasonic transducer, and parallel / serial conversion of the obtained multi-bit digital signals. A parallel / serial converter; and an electro-optic conversion element that converts the obtained serial electrical signal into an optical signal and enters the optical fiber;
The main body device includes a transmission circuit that generates a transmission ultrasonic signal to each piezoelectric element, a photoelectric conversion element that converts the optical signal emitted from the optical fiber into an electrical signal, and an obtained serial signal. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a serial / parallel converter for serial / parallel conversion; and a signal processing unit for reconstructing a tomographic image from the obtained multi-channel multi-bit digital signals.
前記超音波振動子における各圧電素子は、送信用の無機圧電層の上に、受信用の有機圧電層を積層して成ることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。   2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein each piezoelectric element in the ultrasonic transducer is formed by laminating an organic piezoelectric layer for reception on an inorganic piezoelectric layer for transmission. 前記光ファイバは、有機の光ファイバであることを特徴とする請求項1または2記載の超音波診断装置。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the optical fiber is an organic optical fiber. 前記電光変換素子は、光伝送フォトニック結晶を利用した光デバイスから成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超音波診断装置。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the electro-optic conversion element is an optical device using an optical transmission photonic crystal.
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