JP2018023774A - 超音波プローブ、及び被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の受信信号を増幅するプリアンプを備えた超音波プローブにおいて、プリアンプの前後に保護回路を必要とせずに超音波の送受波が可能な装置を提供する。
【解決手段】一対の電極を含む振動子を有し、振動子の振動によって超音波を送受することが可能な超音波プローブであって、一対の電極のうちの一方の電極に、振動子によって超音波を送波するための送信信号を伝達する配線が接続され、一対の電極のうちの他方の電極に、振動子によって超音波を受波することで得られる受信信号を増幅するプリアンプが接続されている超音波プローブ。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波の送受が可能な超音波プローブ、それを用いた被検体情報取得装置に関する。

被検体に超音波を送波して、被検体内から反射してくる超音波を受波することで、被検体内の情報を取得する超音波イメージング技術を用いて、被検体内の画像化を行う方法が知られている。超音波イメージングをするための装置は、超音波の送受信信号を処理する信号処理部と、ケーブルを介して信号処理部に接続された超音波プローブと、を含み構成される。超音波の送波及び受波のために、超音波プローブに備えられた超音波振動子（以下では単に振動子と略すことがある）が用いられる。超音波を送波するための送信信号は、信号処理部で生成され、ケーブルを介して振動子に伝えられる。また、振動子が超音波を受波して発生した受信信号は、ケーブルを介して信号処理部に伝えられ、デジタル信号に変換される。

特許文献１には、超音波の送信信号及び受信信号を、信号処理部からプローブへ伝達するパスを一部共通とした超音波診断装置の開示がある。

特開平６−２１７９８０号公報

特許文献１の超音波診断装置では、超音波の送受信信号の伝達のためのパスに、超音波の受信信号増幅のためのプリアンプが設けられている。そして特許文献１では、プリアンプの前後に、超音波送信のために印加される高電圧からプリアンプを保護するための保護回路を設けた構成の開示がある。

本発明者は特許文献１に開示の超音波診断装置に課題を見いだした。それは、プリアンプを保護する保護回路は、高電圧に対する耐圧が必要なため、保護回路内の寄生容量や配線抵抗などが大きく、プリアンプの受信特性を低下させる場合がある、という課題である。

本発明に係る超音波プローブは、一対の電極を含む振動子を有し、前記振動子の振動によって超音波を送受することが可能な超音波プローブであって、前記一対の電極のうちの一方の電極に、前記振動子によって超音波を送波するための送信信号を伝達する配線が接続され、前記一対の電極うちの他方の電極に、前記振動子によって超音波を受波することで得られる受信信号を増幅するプリアンプが接続されていることを特徴とする。

本発明によると、超音波の受信信号を増幅するプリアンプを備えた超音波プローブにおいて、プリアンプの前後に保護回路を必要とせずに超音波の送受波が可能である。そのため、保護回路によるプリアンプの受信特性への影響が抑制され、結果的に超音波プローブにおける超音波の受信感度の低下を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第２の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第３の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第４の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第５の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第６の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第７の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第８の実施形態に係る超音波プローブを説明する図。 本発明の第９の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する図。 本発明の第１０の実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する図。 本発明の各実施形態に係る超音波プローブが有する回路図の一例を示す図。 プリアンプを内蔵した超音波プローブを説明する図である。

以下図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、超音波の受信信号を増幅するプリアンプに、超音波を送信するための高電圧パルス信号が印加されないようにすることで、プリアンプの保護回路を必要としない構成とする。そのために、振動子が備える一対の電極のうち、超音波の受信信号を増幅するプリアンプが接続する電極と、超音波の送信信号が伝達される配線が接続される電極とが異なる構成とする。プリアンプの保護回路が設けられないので、保護回路に由来するプリアンプの受信特性低下を抑制できる。

以下、具体構成を用いて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る超音波プローブでは、下記の特徴を有する。超音波の送受波を行う振動子を構成する対向した一対の電極が、超音波の送受波を行う素子単位毎に分離されている。更に、対向する一対の電極の一方に超音波の送信信号を印加する配線が接続され、もう一方の電極に超音波の受信信号を検出するプリアンプ（検出回路）が接続されている。

図１を用いて、本実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）に、本実施形態に係る超音波プローブ及び信号処理部の回路構成を説明するための模式図を示す。図１において、１００は超音波プローブ、１０１はプローブ筺体、１０２はケーブル、１０３はコネクタ、１０４はプリアンプである。また、２０１は圧電素子、一対の電極のうちの一方の電極である２０２は第１の電極、他方の電極である２０３は第２の電極である。２０４は、２０１、２０２、２０３を含み構成される超音波振動子（以下、振動子と略すことがある）である。圧電素子を用いた振動子は、圧電型（超音波）トランスデューサと言い換えることもできる。

そして、５００は超音波の送信信号及び受信信号を処理する信号処理部、５０１は高い電圧のパルスを発生される電圧パルス発生手段である。そして、５０２はアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段（ＡＤ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。

超音波プローブ１００は、プローブ筺体１０１と、ケーブル１０２、コネクタ１０３を含む構成されている。プローブ筺体１０１内には、超音波の送受波を行う素子である振動子２０４が複数設けられており、ケーブル１０２を介して、コネクタ１０３に電気的に接続されている。

コネクタ１０３は、信号処理部５００に取り付けることができ、コネクタ１０３を介して、信号処理部内の電圧パルス発生手段５０１で発生した高電圧パルスを圧電素子２０１に伝達することができる。また、振動子２０４が超音波を受波することで発生した受信信号をプリアンプ１０４で増幅した信号を、コネクタ１０３を介して、信号処理部５００内のアナログ−デジタル変換手段５０２に伝達できる。ケーブル１０２内には、更に複数のケーブルが設けられているので、外来ノイズに強く、屈曲性が良い、細線同軸ケーブルを束ねた構成が用いられている。

振動子２０４は対向した第１の電極２０２と第２の電極２０３を含み構成される。第１の電極２０２と第２の電極２０３は、振動子２０４が送受波を行う単位（送受波の素子単位）毎に、電気的に分離されている。図１（ａ）では、１つ１つの振動子が電気的に分離されているが、複数の振動子が送受波を行う１つの素子を構成する場合、１つの素子を構成する複数の振動子同士は電気的に接続されていてもよい。この場合、異なる素子に属する振動子同士は電気的に分離されている。

本実施形態に係る超音波プローブでは、一対の電極間（２０２、２０３間）に設けられた圧電素子の圧電効果により、超音波を送受することが可能な構成となっている。

図１（ａ）では、圧電素子を３つ備えた構成を示しているが、本実施形態は２つ以下、又は４つ以上の圧電素子を備えたものであっても良い。以下の実施形態においても同様である。

振動子２０４の第２の電極２０３は、プリアンプ１０４の入力端子に接続され、ケーブル１０２内の受信用ケーブル４０２を介して、コネクタ１０３内の端子に接続されている。このコネクタ１０３の端子は、信号処理部５００内で、アナログ−デジタル変換手段５０２の入力端子に接続される。尚、本明細書では特に断りがない場合、接続され、とは電気的に接続されることを意味し、接続する物の間に、別の物が設けられる場合も包含する。

一方、振動子２０４の第１の電極２０２は、ケーブル１０２内の送信用ケーブル４０１を介して、コネクタ１０３内の端子に接続されている。このコネクタ１０３の端子は、信号処理部５００内で、電圧パルス発生手段５０１の出力端子に接続されている。

本実施形態の構成によると、超音波の送信時に高電圧パルスを伝達する経路と、超音波の受信時に受信信号を増幅する経路を、分離している。具体的には超音波の受信信号を増幅するプリアンプ１０４が接続する電極を、振動子２０４の第２の電極２０３とし、高電圧パルスによる送信信号の経路が接続する電極を第１の電極２０２とする。このような構成により、プリアンプの入力側に、プリアンプを高電圧から保護するための保護回路が接続されない。そのため、保護回路が設けられることによって生じる寄生容量の発生等による、プリアンプの受信特性の低下を抑制できる。そのため、本実施形態に係る超音波プローブによると、プリアンプの受信特性低下が生じにくく、優れた受信特性を得ることができる。

尚、本明細書においてプリアンプとは、超音波プローブで受波した超音波の信号を、信号処理部を含む超音波装置に設けられる増幅器（不図示）に送られる前に、予め増幅する役割をする増幅器（アンプ）である。

（第１の実施形態 変形例１）
本実施形態では、信号処理部が超音波の送信信号の伝達用の端子と、受信信号の伝達用の端子を独立して有する構成を示したが、本発明はこれに限らない。例えば、図１（ｂ）で示すように、超音波送信用の端子と、超音波受信用の端子を選択して超音波プローブに接続する切り替えＴ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）２１０を設けても良い。そして、超音波プローブ１００のケーブル１０２と信号処理部５００を接続する部分にアダプタ１１０としてＴ／Ｒスイッチ２１０を配置する構成にしても良い。ここで、Ｔ／Ｒスイッチ２１０は、端子に低い電圧（通常、数ボルト以下）が印加されている際は、入力と出力端子間は導通しており、端子に高い電圧が印加されると、入力と出力端子間を遮断する機能を有したスイッチである。すなわち、送信信号を伝達させる配線と、受信信号を伝達させる配線とが一部共通する共通の配線を構成している。そして、この共通の配線に、送信信号を伝達可能な状態と受信信号を伝達可能な状態とを切り替えるスイッチが設けられている。

図１（ｂ）の構成では、Ｔ／Ｒスイッチ２１０を有しているため、超音波の送信時に、高電圧パルスが印加されると、プリアンプ１０４に繋がった配線の経路は遮断され、プリアンプ１０４の出力端子に高電圧が印加されることはない。また、超音波の受信時には、プリアンプ１０４から出力される出力信号は数百マイクロボルト程度であるので、Ｔ／Ｒスイッチ２１０は遮断されず、信号処理部５００に受信信号がそのまま伝達される。尚、Ｔ／Ｒスイッチ２１０はプリアンプ１０４の出力端子側に接続されているので、本実施形態の構成は、プリアンプ１０４の受信特性に影響を与え難くい構成となっていている。尚、もしＴ／Ｒスイッチ２１０がないと、送信時の高電圧パルスがプリアンプ１０４の出力端子に印可され、最悪の場合プリアンプ１０４が破損してしまい、本発明の構成ではこれを防ぐことができる。図１（ｂ）の構成では、プリアンプ１０４に高電圧が印加しない構成であるため、装置側に接続する送受信に用いる端子を送信と受信で兼用とすることができる。超音波イメージング装置と、超音波プローブを接続する端子は、送信と受信が兼用となっているものが一般的であり、本構成によると、プリアンプの受信特性低下が生じにくい上に、送信と受信の端子を兼用とすることができる。

これにより、従来の超音波イメージング装置の構成を変更することなく、本実施形態の超音波プローブを接続することができる。そのため、従来構成の超音波プローブと本実施形態の超音波プローブを併用して、同じ超音波イメージング装置で使用することができる。

（第１の実施形態 変形例２）
また、図１（ｃ）で示すように、図１（ｂ）でのアダプタ２１０を、ケーブル１０２と信号処理部５００を接続する際のコネクタ内に内蔵する構成にすることもできる。これにより、本実施形態の超音波プローブ１００を取り替える際、取り外したり、取り付ける部材をコネクタ１１０だけにすることができるので、従来の超音波プローブと同じ手間で取り替えることができる。そのため、図１（ｃ）の構成の本実施形態の超音波プローブは、従来の超音波プローブと同じ作業性で使用できる。

（比較例）
超音波プローブの受信特性を向上させるために、図１２で示すように、超音波により発生した受信信号を増幅するプリアンプ（検出回路）１０４を、超音波プローブ１００内に内蔵した構成が用いられることがある。しかし、信号処理部５００とプローブ１００を繋ぐケーブル１０２を送信と受信で兼用しているため、送信の高電圧パルスによるプリアンプ１０４の破損を防ぐために、プリアンプの前後（入出力端子側）に保護回路３０２、３０３を配置する必要がある。また、受信信号が送信信号として重畳されることを防ぐために、ダイオード３０１を配置する必要がある。ダイオード３０１、保護回路３０２、３０３は高電圧に対する耐圧が必要なため、回路内の寄生容量や配線抵抗などが大きく、プリアンプ１０４単体の特性に比べ、プリアンプの受信特性を低下させる場合がある。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、振動子が静電容量型トランスデューサである点が第１の実施形態と異なり、それ以外は特に説明のない限り、第１の実施形態と同じである。

以下、静電容量型トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）をＣＭＵＴと略す。

図２（ａ）は、ＣＭＵＴの一例の構造を説明する断面の模式図で、図２（ｂ）は、本実施形態に係る超音波プローブが備える回路を説明するための模式図である。図２（ａ）において、６００はＣＭＵＴ、６０１はチップ（基板）、６０２はメンブレン、６０３は第１の電極、６０４は第２の電極、６０６は間隙である。ＣＭＵＴの超音波の送受波は、メンブレン６０２と第１の電極６０３とを含み構成される振動膜を用いて行われる。振動膜は支持部６０５によって支持されている。また、６１１は、第１の電極６０３に接続される第１の配線、６１２は、第２の電極６０４に接続される第２の配線である。

ＣＭＵＴ６００は、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロセスを用いて、シリコンのチップ６０１上に作製される。ＣＭＵＴ６００は、圧電型の超音波トランスデューサに比べて、受信周波数の帯域を広くできる点に特徴がある。

ＣＭＵＴ６００の断面構成を説明する。メンブレン６０２は、支持部６０５によりチップ６０１上に支持されており、音響波（超音波）を受けて振動する構成となっている。メンブレン６０２上には第１の電極６０３が配置されており、チップ６０１上の第１の電極６０３に対向する位置には第２の電極６０４が配置されている。メンブレン６０２と間隙６０６を挟んで対向した第１の電極６０３と第２の電極６０４を１組として、セルと呼ぶ。

第１の電極６０３は、第１の配線６１１を介してチップ６０１外部に引き出され、その先で直流電圧発生手段（不図示）に接続されている。直流電圧発生手段により、第１の電極６０３と第２の電極６０４との間には、数十ボルトから数百ボルトの電位差が発生している。

第２の電極６０４には、第２の配線６１２を介してチップ６０１外部に引き出され、その先でプリアンプ（不図示）に接続されている。メンブレン６０２と第１の電極６０３が振動することにより、第１の電極６０３と第２の電極６０４間の距離が変化して、これら電極間の静電容量が変化する。電極間には電位差があるため、容量変化に対応して、微小な電流が発生する。微小電流は、第２の電極６０４の先に接続されたプリアンプで増幅され、電流から電圧に変換される。

ＣＭＵＴ６００は、この直流電圧発生手段を備える必要があるために、第１の実施形態の構成にそのまま適用することができない。本明細書内では、直流電圧発生手段を備えたＣＭＵＴを用いるための特殊な構成について、以下にそれぞれ記載する。

図２のようにチップ６０１上には、複数のセルが配置されており、所定の面積を有する領域にあるセル内の第１の電極６０３同士は電気的に接続されており、同様に、所定の面積を有する領域にあるセル内の第２の電極６０４同士は電気的に接続されている。この第１の電極６０３と、第２の電極６０４がそれぞれ接続されている領域は、ＣＭＵＴ６００が超音波の送受信を行う素子単位（エレメントと呼ぶ）となる。本実施形態の超音波プローブでは、送受信のエレメントと同数のプリアンプを備えており、それぞれのエレメント毎に超音波の受信信号を出力する構成となっている。また、超音波の送信時にも、エレメント毎の電極に、独立に送信パルスを印加することができるので、エレメント毎に超音波を送信することができる。ここで、セルの大きさの一例は、数百マイクロメータから数ミリメータで、１つのエレメント内のセルの数の一例は、百から数千個である。

本実施形態に係る超音波プローブは、一対の電極間（６０３、６０４間）に間隙６０６を備えた振動子の振動によって、一対の電極間の距離が変わることにより、超音波を送受することが可能な構成となっている。

本実施形態では、振動子２０４にＣＭＵＴ６００を用いるので、超音波の受信周波数の帯域が広く、被検体に由来する超音波の様々な周波数成分を検出できるので、被検体に関するより多くの情報を取得できる。

尚、図２（ａ）では、振動膜６０２上に第１の電極６０３が配置され、チップ６０１上に第２の電極６０４が配置された構成で説明したが、本実施形態はこれに限る訳ではない。逆の組み合わせでも、同様に用いることができる。加えて、図２（ａ）では、第１の電極６０３に直流電圧発生手段が接続され、第２の電極６０４にプリアンプが接続された構成を用いて説明したが、本実施形態はこれに限る訳ではない。逆の組み合わせでも、同様に用いることができる。

前述したように、ＣＭＵＴ６００は、第１の電極６０３と第２の電極６０４との間には、数十ボルトから数百ボルトの電位差（バイアス電圧Ｖｂ）が発生した状態で使用される。図２（ｂ）を用いて、振動子がＣＭＵＴ６００である場合の、本実施形態に係る超音波プローブ１００の構成を説明する。図２（ｂ）において、３１０は直流電位発生手段（直流電圧印加手段）、３２０は電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）である。

振動子２０４としてＣＭＵＴ６００を用いた際に、第１の実施形態と異なる点は、各ＣＭＵＴ６００の第１の電極６０３に、独立した直流電位発生手段３１０を接続している点である。第２の電極６０４には、受信信号を増幅するためのプリアンプ（検出回路）１０４の入力端子が接続されている。プリアンプ（検出回路）１０４には、グランド電位を基準として、正電源Ｖｐと負電源Ｖｎが接続されている。超音波を受波しない時には、プリアンプ（検出回路）１０４の入力端子は、プリアンプ１０４が有する基準電位（通常は、正電源Ｖｐと負電源Ｖｎの中点のグランド電位）となっている。そのため、第１の電極６０３に直流電圧が印加され、一方の第２の電極６０４はプリアンプ１０４が有する基準電位となっているので、対向する電極間には、直流の電位差（電圧）を発生させることができる。

ＣＭＵＴは、作製上のばらつきで特性にばらつきが発生し、振動膜６０２の送受信特性がばらつくことがある。図２（ｂ）の構成では、それぞれのＣＭＵＴに異なる電位を印加できるため、振動膜６０２の送受信特性のばらつきを補正するために、最適な電位差に調整することができ、特性がより均一なＣＭＵＴを提供することができる。更に、もし１つの素子が壊れて所定の電位差が印加できなくなっても、直流電位発生手段３１０が独立しているので、他の素子に影響を与えることなく使用することができる。

更に、本実施形態の超音波プローブは、一方の電極（第１の電極６０３）と送信電圧を伝達する送信用ケーブル４０１間に、電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を備えていることが特徴である。電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０は、低い電圧を基準とした信号に、高い電圧Ｖｂの大きさだけ基準となる電圧を付加（電圧シフト）できる機能を有している。

通常、制御部５００内の電圧パルス発生手段５０１で発生させる高電圧パルスは、グランド電位を基準に生成される。一方、ＣＭＵＴ６００の第１の電極６０３は、直流電位発生手段３１０（電位発生手段）に接続されているため、高電圧パルスとは電位差があり、電気的に接続しただけでは、高電圧パルスが伝達されない。本実施形態の超音波プローブは、第１の電極６０３と送信電圧を伝達する送信用ケーブル４０１間に、電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を備えている。そのため、グランド電位を基準とする高電圧パルスを、直流電位発生手段３１０が発生する電位まで電位差（電圧）をシフトさせることができる。本実施形態では、ＣＭＵＴが備える必要がある直流電位発生手段３１０に対応させて、電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０の構成を追加させることにより、ＣＭＵＴを適切に動作させることができるという効果を得ている。これにより、振動子２０４としてＣＭＵＴ６００を用いた超音波プローブ１００について、超音波の受信周波数帯域を広くできる。同様に、従来の超音波イメージング制御部５００により、超音波送信の駆動をさせることができる。

電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０は、電圧の直流電圧レベルを変換（バイアス電圧Ｖｂを加える動作を）して、交流信号を透過させるものであればよい。例えば、図１１（ａ）で示すように、コンデンサを用いることで容易に実現することができる。また、高電圧トランジスタを用いた、電圧のレベルシフト回路を用いることもできる。

そのため、本実施形態に係る超音波プローブによると、優れた広帯域の受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型の超音波プローブを提供できる。

尚、本実施形態では、図２（ｂ）で示すように、ＣＭＵＴ６００の素子単位毎に、直流電圧発生手段３１０を備える構成で説明したが、本発明はこの形態に限らない。

（第２の実施形態 変形例）
本変形例は、図２（ｃ）のように、共通の直流電圧発生手段３１１、交流電圧分離手段３３０が設けられている点が、本実施形態の先の例とは異なる。図２（ｂ）ではＣＭＵＴ６００の素子単位毎に、直流電圧発生手段３１０を備えているが、図２（ｃ）では超音波プローブが振動子を複数有し、複数の振動子に共通に直流電圧発生手段３１１が接続されている。図２（ｃ）では、共通の直流電圧発生手段３１１と各素子の第１の電極６０３間に、交流電圧分離手段３３０を備えている。交流電圧分離手段３３０は、直流電圧発生手段３１１からの直流電圧を、第１の電極６０３に伝える特性を持っている。一方、制御部内の電圧パルス発生手段５０１で生成し、送信用ケーブル４０１と電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を介して伝えられた送信用の高電圧パルスは、直流電圧発生手段３１１側に伝えない特性を持っている。これにより、送受信素子毎に、第１の電極６０３に大きさが異なったり、またタイミングが異なる高電圧パルスが印加されても、直流電圧発生手段３１１側には伝えられない。そのため、共通の直流電圧発生手段３１１を用いた場合でも、他の素子に別の素子の高電圧パルス信号が印加されることが無く、それぞれの素子を独立して駆動させることができる。

交流電圧分離手段３３０は、一方向に直流電圧のみ透過させて、逆方向にはある一定の周波数以上の交流電圧は透過させない特性を有したものであれば、用いることができる。例えば、図１１（ｂ）で示すように、簡単なフィルタの構成で実現することができる。尚、本実施形態の交流電圧分離手段３３０は図１１（ｂ）に限らず必要な機能を有したものであれば、それ以外のフィルタの構成も同様に用いることができる。更に、交流分離手段は、ある素子に異常があって直流電位が印加されなくなっても、他の素子に異常が影響しない構造となっている。具体的には、図１１（ｂ）のように、抵抗を有していることで、素子の電極間の抵抗が著しく低くなっても、他の素子に印加する直流電位を変動させ難くすることができる。これにより、もし１つの素子が壊れて所定の電位差が印加できなくなっても、直流電位発生手段３１１が共通であるにも関わらず、他の素子に影響を与えることなく使用することができる構成である。

本実施形態の別の形態に係る超音波プローブによると、直流電圧発生手段が１つで済むためコンパクトで、優れた広帯域の受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

尚、本実施形態では、振動膜６０２上に第１の電極６０３のみを配置した構成で説明したが、本実施形態はこれに限らない。振動膜６０２上の第１の電極６０３の上に、更に絶縁膜を配置した構成などにも、同様に用いることができる。

尚、本実施形態では、プリアンプ（検出回路）１０４は、両電源（Ｖｐ、Ｖｎ）を供給する構成で説明したが、本実施形態はこれに限らない。例えば、単電源Ｖｐによって生じた電圧をＣＭＵＴに供給する構成でもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、プリアンプ（検出回路）を接続する電極が異なる。それ以外は、第２の実施形態と同じである。図３を用いて、本実施形態を説明する。

本実施形態では、プリアンプ（検出回路）１０４が、振動膜６０２上の第１の電極６０３に接続されていることが特徴である。一方、第２の電極６０４には、直流電圧発生手段３１０からの直流電圧に、送信用の高電圧パルスが重畳され、印加される構成になっている。

前述したようにプリアンプ（検出回路）１０４の入力端子は、プリアンプの基準電位（通常は、グランド電位。最大でも、数Ｖの大きさ）付近の電位を有している。プリアンプ１０４の入力端子に接続された第１の電極６０３も、同様にグランド電位付近の電位で固定されている。一方、直流電圧に、送信用の高電圧パルスが重畳された電位は、数十Ｖから数百Ｖの範囲の電位を有している。

ＣＭＵＴの直流電圧は、数十ボルトから数百ボルトあり、接触した対象に対して直流電流が流れ続けるので、できるだけプローブの内側に配置することが望ましい。加えて、送信用の高電圧パルスも数十ボルトの大きさがあるので、同様にできるだけプローブの内側に配置することが望ましい。通常のＣＭＵＴでは、直流電圧と高電圧パルスを別の電極に印加するので、どちらともプローブの内側に配置することは構成上できない。しかし、本実施形態では、電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を備えることで、直流電圧に送信用の高電圧パルスを重畳する構成としているので、高電圧な信号を同じ電極に集めている。そのため、直流電圧、送信用の高電圧パルスともに、プローブの内側に配置することができる。

本実施形態では、高い電圧を印加する電極を、測定対象から遠い位置に配置し、測定対象に近い電極に、より低い電圧を印加する構成としているので、超音波プローブの安全性をより高めることができる。

そのため、本実施形態に係る超音波プローブによると、優れた広帯域の受信特性を得ることができる、より安全性の高いプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

尚、本実施形態では、第２の実施形態の図２（ｂ）で示した送受信の素子毎に直流電圧発生手段３１０を有する構成を元に説明したが、これに限らない。図２（ｃ）の共通の直流電圧発生手段３１１が有する構成などにも、同様に用いることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、プリアンプ１０４に供給する電源の電位に関する。それ以外は、第２から第３の実施形態の何れかと同じである。図４を用いて、説明する。図４において、３４０は電圧レベルシフト手段である。

本実施形態では、プリアンプ（検出回路）１０４に供給する電源の電位を、高い電位を基準Ｖｂにして、正電源Ｖｐ＋Ｖｂと負電源Ｖｎ＋Ｖｂを印加する構成となっている。この高い電位Ｖｂは、ＣＭＵＴ６００の上下電極間に印加する電位差（バイアス電圧Ｖｂ）と同じ値である。プリアンプ（検出回路）１０４の入力端子は、プリアンプ１０４の基準電位付近で固定されるので、図４では第１の電極６０３は、高い基準電位Ｖｂ付近で固定されている。

一方、制御部５００内の高電圧パルス生成手段５０１は、グランド電位を基準としてパルスを生成し、パルスを生成しない時はグランド電位に固定されている。そのため、本実施形態によると、プリアンプ１０４の基準電位を、バイアス電圧Ｖｂとするだけで、上下電極間にバイアス電圧Ｖｂを印加することができる。

更に、プリアンプ１０４の出力段には、電圧レベルシフト手段（検出信号レベルシフト手段、受信信号レベルシフト手段）３４０が接続されている。電圧レベルシフト手段（検出信号レベルシフト手段）３４０は、通過する際に、信号の基準電位をバイアス電圧Ｖｂ分だけ低くさせて、出力させる機能を有している。これにより、プリアンプ１０４は、高い基準電位Ｖｂで動作しているので、検出信号は高い基準電位Ｖｂを基準として、オフセットを持って出力される。本実施形態では、プリアンプ１０４の出力段に電圧レベルシフト手段（検出信号レベルシフト手段）３４０が接続され、検出信号からオフセット電圧Ｖｂ分を差し引くことができる。そのため、アナログ−デジタル変換手段５０２にグランド電位を基準とした検出信号を伝達することができる。

電圧レベルシフト手段（検出信号レベルシフト手段）３４０は、電圧の直流電圧レベルを変換（バイアス電圧Ｖｂを差し引く動作を）して、交流信号を透過させるものであれば、用いることができる。例えば、図１１（ａ）で示すように、コンデンサを用いることで容易に実現することができる。また、高電圧トランジスタを用いた電圧のレベルシフト回路を用いることもできる。

本実施形態の構成によると、プリアンプ１０４の基準電位を調整することで、本来はＣＭＵＴに備えることが必要な直流電圧発生手段を省くことができ、構成を簡略化することができる。また、大電流が流れる高電圧パルスを電圧シフトする構成に比べて、流れる電流が小さい検出信号をシフトするだけでいいため、電圧レベルシフト手段の構成をより簡素化することができる。

本実施形態に係る超音波プローブによると、簡単な構成で、優れた広帯域の受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、ケーブル１０２内の細線同軸ケーブルの構成以外は、第１の実施形態と同じである。

図５を用いて、本実施形態を説明する。

上記第１から第４の実施形態までは、ケーブル１０２内に２種類の送信用ケーブル４０１と受信用ケーブル４０２を、それぞれ送受信素子と同じ数だけ有していた。本実施形態では、振動子２０４と制御部５００間において、振動子２０４へ高電圧パルスを伝達する経路（送信パス）と、制御部５００へ側受信信号を伝達する経路（受信パス）が、同一の送受信用ケーブル４０３となっている。すなわち、送信信号を伝達させる配線と、受信信号を伝達させる配線とが一部共通し、この共通の配線に、送信信号と受信信号とを切り替えるスイッチが設けられている。

まず、制御部５００内の構成と動作について説明する。制御部５００内では、高電圧パルス生成手段５０１の出力端子に、アナログ−デジタル変換手段５０２が制御部内Ｔ／Ｒスイッチ５０３を介して、コネクタ１０３を介して、ケーブル４０３の一方の端に接続されている。制御部内Ｔ／Ｒスイッチ５０３は、端子に低い電圧（通常、数ボルト以下）が印加されている際は、入力と出力端子間は導通しており、端子に高い電圧が印加されると、入力と出力端子間を遮断する機能を有したスイッチである。

これにより、送信時に、電圧パルス発生手段５０１において、高電圧パルスを発生させた際、アナログ−デジタル変換手段５０２の入力段に、高電圧が印加されることを防ぐことができる。一方、超音波の受信時は、プリアンプ（検出回路）１０４からの出力信号は、数Ｖより十分小さい。そのため、制御部内Ｔ／Ｒスイッチ５０３は、入力と出力端子間は導通した状態で、プリアンプ１０４からの検出信号は、アナログ−デジタル変換手段５０２の入力段に伝達される。この時、電圧パルス発生手段５０１の出力端子は、ハイインピーダンスになっており、アナログ−デジタル変換手段５０２で検出信号が変換される効率を落とさないような動作をする。

次に、本実施形態の超音波プローブ１００の構成について図５を用いて説明する。コネクタ１０３に接続されたケーブル４０３の端子の逆側の端子は、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３３０を介して振動子２０４の第１の電極２０２と、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３３１を介して、プリアンプ（検出回路）１０４と接続されている。また、第１の電極２０２には、直流電位固定手段３３２が、グランド電位との間に配置されている。直流電位固定手段３３２は、抵抗を用いることで、容易に構成することができる。

送信スイッチ（低電圧阻止手段）３３０は、端子に低い電圧（通常、数ボルト以下）が印加されている際は、入力と出力端子間は遮断されており、端子に所定値以上の高い電圧が印加されると、入力と出力端子間を導通する機能を有したスイッチである。

また、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３３１は、端子に所定値以下の低い電圧（通常、数ボルト以下）が印加されている際は、入力と出力端子間は導通しており、端子に高い電圧が印加されると、入力と出力端子間を遮断する機能を有したスイッチである。

制御部５００からケーブル４０３を介して、送信用の高電圧パルスが印加されると、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３３１は遮断され、プリアンプ（検出回路）１０４の出力端子に高電圧が印加され、破損することを防ぐ。一方、ケーブル４０３に接続されたもう一方の送信スイッチ（低電圧阻止手段）３３０は導通し、振動子２０４の第１の電極２０２に、高電圧パルスが印加される。ここで、直流電位固定手段３３２は、探触子２０４の電極間のインピーダンスより大きなインピーダンス値を有するように設定されている。そのため、第１の電極２０２に印加された高電圧パルスのエネルギーは、直流電位固定手段３３２に比べて、探触子２０４側により伝達され、効率よく超音波の送信を行うことができる。

一方、受信時は、第２の電極からの信号を、プリアンプ（検出回路）１０４で増幅し、検出信号として、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３３１を通して、ケーブル４０３を介し、制御部５００に伝えられる。この時、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０は、遮断されているので、検出信号が劣化することなく、制御部５００側に伝えられる。本実施形態では、第１の電極２０２に直流電位固定手段３３２が接続されていることが特徴である。これにより、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０が遮断されている時に、第１の電極２０２の電位がグランド電位に固定される。第１の電極２０２の電位が固定されておらずフロートになっていると、受信信号の検出動作に不具合が発生することがあり、本発明ではこれを防ぎ、安定した受信動作をすることができる。

送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０は、図１１（ｃ）で表すように、ダイオードを逆向きに２つ接続した構成で容易に実現することができる。本実施形態では、図１１（ｃ）の構成に限ったものではなく、入力と出力端子間は遮断されており、端子に高い電圧が印加されると、入力と出力端子間を導通する機能を有したものであれば同様に用いることができる。尚、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３３０が、伝達する下限の電圧ＶＬは、送信する高電圧パルスの信号を劣化させないために、高電圧パルスの高さに比べて十分小さい方が望ましい。特に、伝達する下限の電圧ＶＬを１．０ボルト以下にすることで、１００ボルトの高電圧パルスが印加された際、超音波トランスデューサに投入されるエネルギー劣化を１パーセント以下に抑えることができる。

尚、図１１（ｃ）で示した回路で用いるシリコンを用いたダイオードの順方向電圧降下は０．６ボルトから０．７ボルトである。そのため、図１１（ｃ）の回路では、伝達する下限の電圧ＶＬを十分小さくし、高電圧パルスの伝達時の劣化を抑えた動作を行うことができる。

Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３３１は、図１１（ｄ）で示すように、ダイオードを用いたブリッジ構成で容易に実現することができる。本実施形態は、図１１（ｄ）の構成に限ったものではない。端子に低い電圧（通常、数ボルト以下）が印加されている際は、入力と出力端子間は導通しており、端子に高い電圧が印加されると、入力と出力端子間を遮断する機能を有したものであれば同様に用いることができる。例えば、他にはトランジスタを用いて、印加電圧を検出して、導通と遮蔽の動作を行うスイッチなどを用いることができる。また、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３３１が、伝達する上限の電圧ＶＨは、検出信号の振幅を正確に伝達するために、検出信号の振幅以上で有る必要がある。そのため、伝達する上限の電圧ＶＨは、使用する条件での検出信号の振幅以上であれば用いることができる。一般的には、超音波トランスデューサでの受信信号を増幅した検出信号の大きさは、０．５ボルトが最大である。そのため、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３３１が、伝達する上限の電圧ＶＨを、０．５ボルト以上にすることにより、様々な種類の超音波トランスデューサについても受信信号をクリップすることなく、制御部５００側に伝達することができる。

本実施形態では、超音波プローブ筺体１０１内において、送信信号と受信信号を伝達するケーブル４０３が、送信用の経路（送信パス）と受信用の経路（受信パス）を分岐していている。送信パス側は、低電圧を遮蔽し、一定の電圧値以上の高電圧を透過させる送信スイッチ（低電圧阻止手段）３３０を介して、第１の電極２０２に接続されている。一方、受信パス側は、高電圧を遮蔽し、低電圧のみを透過するＴ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３６０と、その先のプリアンプ１０４を介して、第２の電極２０３に接続されている。これにより、制御部５００側から送信パルスを印加するケーブル（以前の実施形態での４０１）と、制御部５００側に受信信号を伝達するケーブル（以前の実施形態での４０２）を兼用した送受信ケーブル４０３を用いた構成でもよい。このような構成でも、プリアンプ１０４の入力端子に保護回路を付加する必要がないため、受信特性の優れた受信信号を得ることができる。

図５の構成では、Ｔ／Ｒスイッチ３３１を有しているため、超音波の送信時に、送受信兼用のケーブル４０３に高電圧パルスが印加されると、プリアンプ１０４に繋がった配線の経路は遮断され、プリアンプ１０４の出力端子に高電圧が印加されることはない。また、超音波の受信時には、プリアンプ１０４から出力される出力信号は数百マイクロボルト程度であるので、Ｔ／Ｒスイッチ３３１は遮断されず、信号処理部５００に受信信号がそのまま伝達される。尚、Ｔ／Ｒスイッチ３３１はプリアンプ１０４の出力端子側に接続されているので、本実施形態の構成は、プリアンプ１０４の受信特性に影響を与え難くい構成となっていている。尚、もしＴ／Ｒスイッチ３３１がないと、送信時の高電圧パルスがプリアンプ１０４の出力端子に印可され、最悪の場合プリアンプ１０４が破損してしまい、本発明の構成ではこれを防ぐことができる。図５の構成では、プリアンプ１０４に高電圧が印加しない構成であるため、装置側に接続する送受信に用いるケーブルを送信と受信で兼用とすることができる。

また、送信スイッチ３３０があることで、送受信兼用のケーブルの分岐点から、第２の電極２０２側に、検出信号が回り込むことを防ぐことができる。送受信の送信時に印加する高電圧パルスに比べて検出信号は小さいが、より高精度な超音波の送信を行おうとすると、検出信号の回り込みの影響が無視できなくなる。本構成では、検出信号が回り込む経路に、定電圧を通さない送信スイッチ３３０があるため、検出信号の回り込みを低減し、より高精度な超音波の送信を行うことができるため、より正確な送受信を行うことができる。

本実施形態に係る超音波プローブによると、制御部と接続するためのケーブル本数が少なく、優れた受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態は、第５の実施形態の構成に、第２の実施形態の超音波トランスデューサを適用した構成である。図６を用いて、説明する。

本実施形態では、制御部５００と送受信信号のやり取りをする送受信用ケーブル４０３を用いている。超音波プローブ筺体１０１内においては、送信信号と受信信号を伝達するケーブル４０３は、送信用の経路（送信パス）と受信用の経路（受信パス）を分岐されている。送信パス側は、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０と電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を介して、ＣＭＵＴ６００の第１の電極６０３に接続されている。ＣＭＵＴ６００の第１の電極６０３は、独立した直流電位発生手段３１０を接続している。一方、受信パス側は、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３６０と、その先のプリアンプ１０４を介して、ＣＭＵＴ６００の第２の電極６０４に接続されている。

本実施形態では、送受信用ケーブル４０３の先の送信パスに、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０と電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を有している。この電圧レベルシフト手段３２０があることで、基準電位の異なる高電圧パルスを、第１の電極６０３の電位に一致させることができる。つまり、制御部側からのグランド電位を基準とした高電圧パルスを、直流電圧に重畳して、ＣＭＵＴ６００の第１の電極６０３に印加することができる。もう一方の第２の電極６０４の電位はプリアンプ１０４の基準電位（多くの場合、グランド電位）に固定されているので、第１の電極６０３と第２の電極６０４間に、所定の電位差Ｖｂと更に高電圧パルスを重畳した電位差を印加することができる。これにより、送受信ケーブルを兼用とした構成でも、ＣＭＵＴの電極間に電位差を発生させ、且つ高電圧パルスを印加できるため、ＣＭＵＴの送信動作を安定して行うことができる。

一方、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０が遮蔽された超音波の受信時には、第１の電極６０３の電位を直流電位発生手段３１０で規定することができる。一方の第２の電極６０４の電位はプリアンプ１０４の基準電位（多くの場合、グランド電位）に固定されているので、第１の電極６０３と第２の電極６０４間に、所定の電位差Ｖｂを印加することができる。それにより、ＣＭＵＴの電極間に電位差を発生させることができるため、ＣＭＵＴの受信動作を安定して行うことができる。また、超音波トランスデューサに、ＣＭＵＴ６００を用いているので、広帯域で受信特性の優れた受信信号を検出することができる。

本実施形態に係る超音波プローブによると、制御部と接続するためのケーブル本数が少なく、且つ広い帯域で優れた受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

尚、本実施形態では、独立した直流電位発生手段３１０を用いて説明したが、これに限らない。図６（ｂ）で示すように、第５の実施形態の構成に、図２（ｃ）の構成を組み合わせた構成も同様に用いることができる。図６（ｂ）では、交流電圧分離手段３３０があることで、複数のＣＭＵＴに対して、直流電位発生手段３１１を１つで済ませることができる。直流電位発生手段は高電圧を発生する必要があるので、高耐圧の部品を用いる必要があり、回路構成が大きくなりやすい。本構成では、直流電位発生手段が１つで済むため、より小型のプローブにすることができる。これにより、制御部と接続するためのケーブル本数が少なく、直流電圧発生手段が１つで済むためコンパクトで、優れた広帯域の受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

尚、図２、図３、図６などでは、直流電位発生手段をプローブ内に備える構成として説明したが、本発明はこの構成に限らない。直流電位発生手段を制御部５００に備えて、ケーブルを介して、プローブに直流電位を供給する構成としても、同様に用いることができる。特に図２（ｃ）や図６（ｂ）の構成では、直流電位を供給するケーブルを１本で済ますことができるので、より細く可動性の高いケーブルを用いることができ、使用上制約の少ない超音波プローブを提供することができる。特に、直流電位を供給するケーブルは高電圧を伝達する必要があるため、ケーブルが太くなりやすいため、図２（ｃ）や図６（ｂ）の構成では、直流電位を供給するケーブルを１本で済ますことができ、特に大きな効果を得られる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態は、第５の実施形態の構成に、第４の実施形態の超音波トランスデューサを適用した構成である。図７を用いて、説明する。

本実施形態では、制御部５００と送受信信号のやり取りをする送受信用ケーブル４０３を用いている。超音波プローブ筺体１０１内においては、送信信号と受信信号を伝達するケーブル４０３は、送信用の経路（送信パス）と受信用の経路（受信パス）を分岐されている。送信パス側は、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０と電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を介して、ＣＭＵＴ６００の第１の電極６０３に接続されている。一方、受信パス側は、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３６０と電圧レベルシフト手段（検出信号レベルシフト手段）３４０、その先のプリアンプ１０４を介して、ＣＭＵＴ６００の第２の電極６０４に接続されている。また、第１の電極６０３には、直流電位固定手段３３２が、グランド電位との間に配置されている。直流電位固定手段３３２は、抵抗を用いることで、容易に構成することができる。

本実施形態では、プリアンプ１０４に印加する電源電圧の基準電位を、バイアス電圧Ｖｂを基準として印加している（Ｖｐ＋Ｖｂ、Ｖｎ＋Ｖｂ）。そのため、直流電位印加手段が無くても、上下電極間にバイアス電圧Ｖｂを印加させることができる。ここで、直流電位固定手段３３２は、探触子２０４の電極間のインピーダンスより大きなインピーダンス値を有するように設定されている。そのため、超音波の送信時には、第１の電極６０３に印加された高電圧パルスのエネルギーは、直流電位固定手段３３２に比べて、ＣＭＵＴ６００側により伝達され、効率よく超音波の送信を行うことができる。また、第１の電極６０３に直流電位固定手段３３２が接続されていることで、受信時に、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０が遮断されている時に、第１の電極６０３の電位がグランド電位に固定される。第１の電極６０３の電位が固定されておらずフロートになっていると、受信信号の検出動作に不具合が発生することがあり、本発明ではこれを防ぎ、安定した受信動作をすることができる。また、プリアンプ１０４で受信した出力信号を、電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０で、バイアス電圧Ｖｂ分のオフセットを差し引いて、制御部５００側に伝達できる。そのため、制御部５００内のアナログ−デジタル変換手段５０２で検出信号を変換することができる。また、超音波トランスデューサに、ＣＭＵＴ６００を用いているので、広帯域で受信特性の優れた受信信号を検出することができる。更に、ＣＭＵＴでは通常必要な直流電位発生手段を備える必要がなく、プリアンプ１０４が機能を兼ねているため、高耐圧の回路部品を用いた直流電位発生手段を無くすことができるので、より小型にすることができる。

本実施形態に係る超音波プローブによると、制御部と接続するためのケーブル本数が少なく、且つ簡単な構成で、広い帯域で優れた受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

（第８の実施形態）
第７の実施形態は、第５の実施形態の構成に、第３の実施形態の超音波トランスデューサを適用した構成である。図７を用いて、説明する。

本実施形態では、制御部５００と送受信信号のやり取りをする送受信用ケーブル４０３を用いている。超音波プローブ筺体１０１内においては、送信信号と受信信号を伝達するケーブル４０３は、送信用の経路（送信パス）と受信用の経路（受信パス）を分岐されている。送信パス側は、送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０と電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０を介して、ＣＭＵＴ６００の第２の電極６０４に接続されている。ＣＭＵＴ６００の第２の電極６０４は、交流電圧分離手段３３０を介して、共通の直流電位発生手段３１１に接続されている。電圧レベルシフト手段３２０があることで、基準電位の異なる高電圧パルスを、第２の電極６０４の電位に一致させることができる。つまり、制御部側からのグランド電位を基準とした高電圧パルスを、直流電圧に重畳して、ＣＭＵＴ６００の第２の電極６０４に印加することができる。もう一方の第１の電極６０３の電位はプリアンプ１０４の基準電位（多くの場合、グランド電位）に固定されているので、第１の電極６０３と第２の電極６０４間に、所定の電位差Ｖｂと更に高電圧パルスを重畳した電位差を印加することができる。これにより、送受信ケーブルを兼用とした構成でも、ＣＭＵＴの電極間に電位差を発生させ、且つ高電圧パルスを印加できるため、ＣＭＵＴの送信動作を安定して行うことができる。一方、受信パス側は、Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）３６０と、その先のプリアンプ１０４を介して、ＣＭＵＴ６００の第１の電極６０３に接続されている。送信スイッチ（低電圧阻止手段）３５０が遮蔽された超音波の受信時には、第１の電極６０３の電位を直流電位発生手段３１０で規定することができる。一方の第２の電極６０４の電位はプリアンプ１０４の基準電位（多くの場合、グランド電位）に固定されているので、第１の電極６０３と第２の電極６０４間に、所定の電位差Ｖｂを印加することができる。それにより、ＣＭＵＴの電極間に電位差を発生させることができるため、ＣＭＵＴの受信動作を安定して行うことができる。

本実施形態では、共通の直流電位発生手段３１１から各送受信素子の第２の電極６０４に、交流電圧分離手段３３０を介して接続しているので、各素子に印加した高電圧パルスがクロストークすることなく、素子毎に分離した超音波の送信をさせることができる。更に、高電圧（高電圧パルス、直流電圧Ｖｂ）を印加する電極が測定対象から内側に配置された第２の電極６０４であるので、より高い安全性を得ることができる。また、超音波トランスデューサに、ＣＭＵＴ６００を用いているので、広帯域で受信特性の優れた受信信号を検出することができる。

本実施形態に係る超音波プローブによると、制御部と接続するためのケーブル本数が少なく、且つより安全性が高く、広い帯域で優れた受信特性を得ることができるプリアンプ内蔵型超音波プローブを提供することができる。

尚、本明細書中では、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）６００に印加する直流電圧（バイアス電圧）を、グランド電位に対して、正の電圧で説明したが、本実施形態はこの形態に限らない。バイアス電圧を、グランド電位に対して、負の電圧で有る構成においても、同様に用いることができる。その際、直流電位発生手段（直流電位印加手段）３１０や共通の直流電位発生手段３１１はバイアス電圧の極性に合わせて、適切な動作を行う構成とすればよい。また、電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）３２０、電圧レベルシフト手段（検出信号レベルシフト手段）３４０についても、バイアス電圧の極性に合わせて、適切な動作を行う構成とすればよい。

（第９の実施形態）
第１から第８のいずれかの実施形態に記載の超音波プローブは、超音波イメージングの送受信に用いることができ、それを備えた被検体情報取得装置に適用することができる。

図９は、本実施形態の被検体情報取得装置を説明する模式図である。図９において、７０１は超音波プローブ、７０２は測定対象、７０３は画像情報生成装置、７０４は画像表示器、８０１は送信した超音波、８０２は反射した超音波である。また、８０３は超音波受信信号、８０４は超音波送信情報、８０５は超音波送受信信号による再現画像情報、９０１は超音波イメージングシステムである。

超音波プローブ７０１から、測定対象物７０２に向かって超音波８０１が出力（送信）される。測定対象物７０２の表面で、その界面での固有音響インピーダンスの差により、超音波が反射する。反射した超音波８０２は、超音波プローブ７０１で受信され、受信信号の大きさや形状、時間の情報が超音波受信信号８０３として画像情報生成装置７０３に送られる。一方、送信超音波の大きさや形状、時間の情報は超音波送信情報８０４として、画像情報生成装置７０３で記憶される。画像情報生成装置７０３では、超音波受信信号８０３と超音波送信情報８０４を基に測定対象物７０２の画像信号を生成して、再現画像情報８０５として出力する。

本実施形態に係る超音波プローブによると、優れた受信特性を得ることができる、プリアンプを内蔵した超音波プローブを実現することができるので、それを用いた被検体情報取得装置は、被検体のより正確な超音波イメージング像を得ることができる。

（第１０の実施形態）
被検体に光を照射して、光音響効果により被検体中の測定対象から音響波（超音波）を発生させ、発生した音響波をアレイ状の超音波プローブを用いて受信する測定システム（光音響イメージングシステム）がある。本実施形態に係る超音波プローブは、この光音響イメージングシステムに用いることもできる。

第１０の実施形態では、本実施形態の超音波プローブを、第９で説明した超音波イメージングに加えて、光音響イメージングを行う被検体情報取得装置に適用した構成を説明する。

図１０は、本実施形態の被検体情報取得装置を説明する模式図である。図１０において、７０５は光源、８１１は光、８１２は光８１２の照射により発生した音響波（超音波）、８１４は光音響波受信信号、８１３は発光指示信号である。また、８１５は光音響信号による再現画像情報、９０２は光音響イメージング機能付き超音波イメージングシステムである。

以下、光音響イメージングでの動作について説明する。まず、発光指示信号８１３に基づいて、光源７０５から光８１１（パルス光）を発生させることにより、測定対象物７０２に光８１１を照射する。測定対象物７０２では光８１１の照射により光音響波（超音波）８１２が発生し、この超音波８１２を超音波プローブ７０１が有する複数の振動子２０４で受信する。受信信号の大きさや形状、時間の情報が光音響波受信信号８１３として画像情報生成装置７０３に送られる。一方、光源７０５で発生させた光８１１の大きさや形状、時間の情報（発光情報）８１３が、画像情報生成装置７０３に記憶される。画像情報生成装置７０３では、光音響波受信信号８１４と発光情報８１３を基に物体（被検体）７０２の画像信号を生成して、光音響信号による再現画像情報８１５として出力する。

その後、画像表示器８０４では、光音響信号による再現画像情報８１５と、前述の第９の実施形態で説明した方法で取得した超音波送受信による再現画像情報８０５の２つの情報を基に、測定対象物７０２を画像として表示する。

以上のように、本実施形態に係る超音波プローブは、プリアンプを内蔵した超音波プローブを実現することができるので、それを用いた被検体情報取得装置は、被検体のより正確な光音響イメージング像を得ることができる。

本実施形態の被検体情報取得装置は、超音波の送受信に加えて、光音響という異なる測定方法の受信情報を取得して画像を形成する。そのため、測定対象７０２から、情報量のより多い画像を取得、表示することができる。

また、本実施形態では、光音響波の受信と超音波の送受信を１つの超音波プローブで行っているため、光音響イメージング像、超音波イメージング像の相対位置ズレがより少ない画像を得ることができる。

尚、本実施形態では、超音波イメージングに加えて、光音響イメージングを行う被検体情報取得装置について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明に係る超音波プローブを、光音響イメージングのみを行う被検体情報取得装置について適用することもできる。

尚、本明細書において、音響波とは、光音響波、光超音波、音波、超音波と呼ばれる弾性波を含み、光照射により発生する音響波を、特に「光音響波」と呼ぶ。また、音響波のうち、プローブから送信される音響波を「超音波」と呼び、送信された超音波が被検体内で反射したものを特に「反射波」と呼ぶ場合もある。音響波を代表して超音波と記す場合もある。

１００ 超音波プローブ
１０１ プローブ筺体
１０２ ケーブル
１０３ コネクタ
１０４ プリアンプ（検出回路）
２０１ 圧電素子
２０２ 第１の電極
２０３ 第２の電極
２１０ Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）
３０１ Ｔ／Ｒスイッチ
３０２ 保護回路
３０３ 保護回路
３１０ 直流電位発生手段（直流電位印加手段）
３１１ 共通の直流電位発生手段
３２０ 電圧レベルシフト手段（送信信号レベルシフト手段）
３３０ 交流電圧分離手段
３４０ 電圧レベルシフト手段（検出信号レベルシフト手段）
３５０ 送信スイッチ（低電圧阻止手段）
３６０ Ｔ／Ｒスイッチ（高電圧阻止手段）
４０１ 送信用ケーブル
４０２ 受信用ケーブル
４０３ 送受信用ケーブル
５００ 信号処理部

Claims (13)

1. 一対の電極を含む振動子を有し、前記振動子の振動によって超音波を送受することが可能な超音波プローブであって、
   前記一対の電極のうちの一方の電極に、前記振動子によって超音波を送波するための送信信号を伝達する配線が接続され、前記一対の電極うちの他方の電極に、前記振動子によって超音波を受波することで得られる受信信号を増幅するプリアンプが接続されていることを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記送信信号を伝達させる配線と、前記受信信号を伝達させる配線とが一部共通する共通の配線を構成し、該共通の配線に、前記送信信号を伝達可能な状態と、前記受信信号の伝達可能な状態とを切り替えるスイッチが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記一対の電極間に圧電素子を備え、前記圧電素子の圧電効果により、超音波を送受することが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。
4. 前記一対の電極間に間隙を備え、前記振動子の振動によって、前記一対の電極間の距離が変わることにより、超音波を送受することが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波プローブ。
5. 前記一方の電極に、直流電位を発生させる電位発生手段、及び電圧レベルをシフトする電圧レベルシフト手段が接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
6. 前記振動子を複数有し、複数の前記振動子の前記送信信号を印加する経路が接続された、前記複数の素子の各電極が、交流電圧分離手段を介して、共通の電位印加手段に、接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
7. 前記送信信号を印加する経路が接続された電極に、所定値以上の電圧が印加されたときに導通する低電圧阻止手段が接続されており、
   前記他方の電極が、前記プリアンプ、及び、所定値以下の電圧が印加されたときに導通する高電圧阻止手段がこの順に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
8. 前記プリアンプと前記高電圧阻止手段の間に、前記受信信号の検出信号レベルをシフトさせる受信信号レベルシフト手段が接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
9. 前記低電圧阻止手段と接続された電極に、直流電位固定手段が接続されていることを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
10. 前記低電圧阻止手段が、１．０ボルト以下の電圧について伝達せず、前記高電圧阻止手段が、０．５ボルト以上の電圧について伝達しないことを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
11. 前記プリアンプを保護するための保護回路が設けられていないことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
12. 前記超音波トランスデューサを用いて、超音波を測定する対象である物体と前記第１の電極との間の距離が、前記物体と前記第２の電極との間の距離よりも小さく、かつ、前記第１の電極に受信信号を検出するプリアンプが接続され、前記第２の電極に送信信号を印加する経路が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の超音波プローブと、
    前記送信信号を発生させるための電圧パルス発生手段と、
    前記受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換手段と、を有する超音波装置。

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