JP4733988B2 - Body cavity ultrasound system - Google Patents
Body cavity ultrasound system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4733988B2 JP4733988B2 JP2005014415A JP2005014415A JP4733988B2 JP 4733988 B2 JP4733988 B2 JP 4733988B2 JP 2005014415 A JP2005014415 A JP 2005014415A JP 2005014415 A JP2005014415 A JP 2005014415A JP 4733988 B2 JP4733988 B2 JP 4733988B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- ultrasonic transducer
- cavity
- sensing information
- body cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
本発明は、静電容量型超音波振動子を搭載した超音波内視鏡スコープを備える体腔内超音波診断システムに関する。 The present invention relates to an intracorporeal ultrasound diagnostic system including an ultrasonic endoscope scope equipped with a capacitive ultrasonic transducer.
体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の1つに超音波内視鏡スコープがある。超音波内視鏡スコープは、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波振動子(超音波トランスデューサ)が取り付けてあり、このトランスデューサは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。 An ultrasonic diagnostic method is widely used in which an ultrasonic wave is irradiated toward the inner wall of a body cavity, and an internal state is imaged from the echo signal to make a diagnosis. One of the equipment used for this ultrasonic diagnostic method is an ultrasonic endoscope scope. An ultrasonic endoscope scope has an ultrasonic transducer (ultrasonic transducer) attached to the distal end of an insertion portion to be inserted into a body cavity. This transducer converts an electrical signal into ultrasonic waves and irradiates the body cavity. It also receives ultrasonic waves reflected in the body cavity and converts them into electrical signals.
従来、超音波トランスデューサでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子として、セラミック圧電材PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波トランスデューサ(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer(以下、c−MUTと称する))が注目を集めている。これは、マイクロマシン(MEMS:Micro Electro−Mechanical System 、超小型電気的・機械的複合体)と総称される素子の1つである。 Conventionally, in an ultrasonic transducer, a ceramic piezoelectric material PZT (lead zirconate titanate) has been used as a piezoelectric element that converts an electrical signal into an ultrasonic wave, but a silicon semiconductor substrate is processed using silicon micromachining technology. The capacitive ultrasonic transducer (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer (hereinafter referred to as c-MUT)) has attracted attention. This is one of the elements collectively referred to as a micromachine (MEMS: Micro Electro-Mechanical System).
MEMS素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成されており、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を駆動する駆動機構と、駆動機構を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更には機械的に結合させた素子である。MEMS素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。 The MEMS element is formed as a fine structure on a substrate such as a silicon substrate or a glass substrate, and includes a driver that outputs a mechanical driving force, a driving mechanism that drives the driving body, and a semiconductor integrated circuit that controls the driving mechanism. An element in which a circuit or the like is electrically and further mechanically coupled. The basic feature of a MEMS device is that a drive body configured as a mechanical structure is incorporated in a part of the device, and the drive body is driven by applying Coulomb attractive force between electrodes. It is done electrically.
さて、非特許文献1では、図14に示すようなc−MUTが開示されている。図14(a)は64個のエレメントからなる1次元c−MUTアレイの2セットの上面を示しており、図14(b)はダミーネイバーを設けた単離された1個のc−MUTエレメントを示しており、図14(c)は並列に接続された8X160個のセルで構成されたc−MUTエレメントの拡大図を示す。 In Non-Patent Document 1, a c-MUT as shown in FIG. 14 is disclosed. FIG. 14 (a) shows two sets of top surfaces of a one-dimensional c-MUT array of 64 elements, and FIG. 14 (b) shows one isolated c-MUT element with dummy neighbors. FIG. 14 (c) shows an enlarged view of a c-MUT element composed of 8 × 160 cells connected in parallel.
c−MUTエレメント500は、複数のセル501、各セルの上部に設けられた上部電極502、接地電極502、電極503、ダミーネイバー(Dummy Neighbor)505、溝(トレンチ)506から構成されている。上部電極502間も導通して、両端の電極502,503に接続されている。ダミーネイバー505は、隣接するエレメントとのクロストークを防止するためのものである。電極502,503とダミーネイバーの間には、溝506が設けてある。 The c-MUT element 500 includes a plurality of cells 501, an upper electrode 502 provided on the top of each cell, a ground electrode 502, an electrode 503, a dummy neighbor 505, and a groove (trench) 506. The upper electrode 502 is also electrically connected and connected to the electrodes 502 and 503 at both ends. The dummy neighbor 505 is for preventing crosstalk with adjacent elements. A groove 506 is provided between the electrodes 502 and 503 and the dummy neighbor.
上部電極は、メンブレンにより支持されている。また、不図示ではあるが、上部電極502と対向する位置でセル内部に下部電極が設けられ、下部電極とメンブレン間には空隙部(キャビティ)がある。 The upper electrode is supported by the membrane. Although not shown, a lower electrode is provided inside the cell at a position facing the upper electrode 502, and there is a gap (cavity) between the lower electrode and the membrane.
エレメントの上部電極及び下部電極に電圧を印加すると、各セルが同時に駆動して、同位相で一斉に振動する。これにより、超音波が放射される。
特許文献1では、上記のエレメント500を用いて、シリコン基板のLamb波(A0モード)及び固相−液相界面を伝達するStoneley波(境界波)がエレメント間のクロストークに重大な影響を与えることを見出している。
In Patent Document 1, using the element 500 described above, Lamb waves (A0 mode) of a silicon substrate and Stoneley waves (boundary waves) transmitted through a solid-liquid interface have a significant effect on crosstalk between elements. I have found that.
ところで、従来の圧電振動子は、空気中で動作させると、破壊したり急激な特性劣化を起こすことがあり、空中での動作は避けられていた。そのため、従来超音波内視鏡スコープは、体腔内壁に接触させた状態でしか動作させることができなかった。また、同様に、空中で超音波を放射することができないため、振動子のみに由来するノイズ信号を検知することができなかった。 By the way, if the conventional piezoelectric vibrator is operated in the air, it may be destroyed or suddenly deteriorated in characteristics, and the operation in the air has been avoided. Therefore, the conventional ultrasonic endoscope scope can be operated only in a state where it is in contact with the inner wall of the body cavity. Similarly, since an ultrasonic wave cannot be emitted in the air, a noise signal derived only from the vibrator could not be detected.
また、従来においては、生体と空気とでは、音響インピーダンスに大きな差があったために、体腔内壁に接触させるタイプの圧電振動子と同じ構造で、空中音波を検出することは不可能であった。 Conventionally, since there is a large difference in acoustic impedance between a living body and air, it has been impossible to detect an aerial sound wave with the same structure as a piezoelectric vibrator of a type that is in contact with the inner wall of a body cavity.
このようなことから、従来、超音波振動子が体腔内壁に接触しているのか否かという超音波振動子の状態に関する情報を検知する必要がなかった。
しかしながら、超音波振動子が体腔内壁に非接触の状態で超音波の送受信が可能(以下、空中超音波という)となる超音波振動子を用いた場合、超音波振動子が体腔内壁に接触しているのか否かという超音波振動子の状態に関する情報を検知する必要性が生じる。
For this reason, conventionally, there is no need to detect information regarding the state of the ultrasonic transducer, such as whether the ultrasonic transducer is in contact with the inner wall of the body cavity.
However, when an ultrasonic transducer that can transmit and receive ultrasonic waves (hereinafter referred to as aerial ultrasonic waves) in a state where the ultrasonic transducer is not in contact with the inner wall of the body cavity, the ultrasonic transducer contacts the inner wall of the body cavity. Therefore, it is necessary to detect information regarding the state of the ultrasonic transducer, such as whether or not it is present.
また、従来、超音波振動子を体腔内壁に接触させたときの超音波診断画像と、超音波振動子を体腔内壁に非接触にしたときの超音波診断画像とを1種類の超音波振動子で取得する体腔内超音波診断システムは存在しなかった。 Conventionally, an ultrasonic diagnostic image obtained when the ultrasonic transducer is brought into contact with the inner wall of the body cavity and an ultrasonic diagnostic image obtained when the ultrasonic transducer is brought into non-contact with the inner wall of the body cavity are used as one type of ultrasonic transducer. There was no intracorporeal ultrasound diagnostic system acquired in.
次に、上述の通り、非特許文献1では、振動子エレメントの両端に溝を設けることにより、エレメント間のクロストークを抑止している。しかしながら、このような溝を設けることにより、図15に示すような問題が生じる。 Next, as described above, in Non-Patent Document 1, crosstalk between elements is suppressed by providing grooves at both ends of the transducer element. However, the provision of such a groove causes a problem as shown in FIG.
図15は、図14のc−MUTを用いて超音波を発生させた場合にメンブレン510に生じる振動波を示している。同図は、図14のエレメントの断面図である。エレメント500のように、両端に溝506を設けてはっきりとした端部511を有すると、この端部511を節とした定在波512が生じることになる。 FIG. 15 shows a vibration wave generated in the membrane 510 when an ultrasonic wave is generated using the c-MUT of FIG. This figure is a cross-sectional view of the element of FIG. When the groove 506 is provided at both ends and the end 511 is clear as in the element 500, the standing wave 512 having the end 511 as a node is generated.
すなわち、定在波は一対の隔てた壁の間に、その距離と、その距離を埋めた材質(図15ではシリコン)の音速で決まる周波数をもって発生する。一対の隣あった溝を考える場合、まず、メンブレン上に励起された振動波はラム波やストンレイ波としてメンブレン面に沿って伝達し、左側の溝の右側の壁と右側の溝の左側の壁との間を振動波である超音波が多重反射して、横波定在波となりうる。横波定在波は距離Lが1/2λになる周波数成分を持つ基底とし、その高次定在波が重なる振動波となる。したがって、この様な一対の壁があることによって定在波が発生することになる。そして、この定在波512は、超音波の送受におけるノイズ成分と成り得る。 That is, a standing wave is generated between a pair of spaced walls with a frequency determined by the distance and the sound velocity of the material (silicon in FIG. 15) filling the distance. When considering a pair of adjacent grooves, first, the vibration wave excited on the membrane is transmitted along the membrane surface as a Lamb wave or a Stoneley wave, and the right wall of the left groove and the left wall of the right groove The ultrasonic wave, which is a vibration wave, can be reflected multiple times to form a transverse standing wave. The transverse standing wave is a base having a frequency component with a distance L of 1 / 2λ, and becomes a vibration wave in which the higher-order standing waves overlap. Therefore, a standing wave is generated by the presence of such a pair of walls. The standing wave 512 can be a noise component in transmission / reception of ultrasonic waves.
したがって、両端に溝506が設けてあるエレメントを用いると定在波に起因するノイズが発生するという問題があった。
上記の課題に鑑み、本発明では、体腔内壁に接触しているか否かにかかわらず、1種類の静電容量型超音波振動子を搭載した超音波内視鏡スコープを体腔内に挿入しながら体腔内壁の輪郭に関する超音波診断画像を構築し、かつ、診断部位に至り、そこで接触固定することによって、断層に関する超音波診断画像を構築し、そしてこれらの構築された超音波診断画像にはノイズ成分が除去されている、体腔内超音波診断システムを提供する。
Therefore, when an element having grooves 506 at both ends is used, there is a problem that noise due to standing waves is generated.
In view of the above problems, in the present invention, an ultrasonic endoscope scope equipped with one type of capacitive ultrasonic transducer is inserted into a body cavity regardless of whether it is in contact with the inner wall of the body cavity. By constructing an ultrasound diagnostic image related to the contour of the body cavity wall and reaching the diagnostic site where it is fixed in contact therewith, an ultrasound diagnostic image regarding the tomography is constructed, and these constructed ultrasound diagnostic images contain noise. Provided is an intracavitary ultrasound diagnostic system in which components have been removed.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項1に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープと、前記静電容量型超音波振動子の接触の有無を判別する振動子状態判別手段と、前記静電容量型超音波振動子によって感知された感知情報を記憶する記憶手段と、前記振動子状態判別手段による判別結果に基づいて、該判別結果に対応する前記記憶手段に、前記感知情報を記憶させる記憶制御手段と、前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも1つの該感知情報を用いて、演算処理を行う演算手段と、前記演算手段により演算処理された演算結果から、超音波診断画像を構築する画像構築手段と、を備えることを特徴とする体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic endoscope scope provided with a capacitive ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves, and the capacitive type. In accordance with the discrimination result by the vibrator state discriminating means, the vibrator state discriminating means for discriminating the presence or absence of contact of the ultrasonic vibrator, the storage means for storing the sensing information sensed by the capacitive ultrasonic vibrator, Based on the storage control means for storing the sensing information in the storage means corresponding to the determination result, and using at least one of the sensing information stored in the storage means, an arithmetic process is performed. It is achieved by providing an intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system comprising: an arithmetic unit that performs an operation; and an image constructing unit that constructs an ultrasonic diagnostic image from the arithmetic result calculated by the arithmetic unit. It can be.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項2に記載の発明によれば、前記静電容量型超音波振動子は、複数の静電容量型超音波振動子エレメントから構成され、円筒外周面に該複数の静電容量型超音波振動子エレメントを配列した1次元または2次元アレイ型静電容量型超音波振動子であることを特徴とする請求項1に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the second aspect of the present invention, the capacitive ultrasonic transducer is composed of a plurality of capacitive ultrasonic transducer elements, and is formed on a cylindrical outer peripheral surface. The intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 1, wherein the ultrasonic diagnostic system is a one-dimensional or two-dimensional array-type capacitive ultrasonic transducer in which the plurality of capacitive ultrasonic transducer elements are arranged. Can be achieved by providing.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項3に記載の発明によれば、前記隣接する前記振動子エレメント間には、溝部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the third aspect of the present invention, the object according to claim 3 is characterized in that a groove is provided between the adjacent transducer elements. This can be achieved by providing an ultrasound diagnostic system.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項4に記載の発明によれば、前記溝部に導電膜が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the fourth aspect of the present invention, there is provided the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 3, wherein a conductive film is formed in the groove. Can be achieved.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項5に記載の発明によれば、前記体腔内超音波診断システムは、さらに、前記静電容量型超音波振動子から放射される合成超音波ビームに、前記円筒の周方向に沿ってラジアル走査させるラジアル走査制御手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 5 of the present invention, the intracorporeal ultrasound diagnostic system further includes a synthesized ultrasonic beam emitted from the capacitive ultrasonic transducer, It can achieve by providing the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system of Claim 2 provided with the radial scanning control means to carry out radial scanning along the circumferential direction of the said cylinder.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項6に記載の発明によれば、前記ラジアル走査制御手段は、さらに、前記合成超音波ビームに前記円筒長軸方向にセクタ走査をさせることを特徴とする請求項5に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 6, the radial scanning control means further causes the synthetic ultrasonic beam to perform sector scanning in the long axis direction of the cylinder. This can be achieved by providing the intracorporeal ultrasound diagnostic system according to claim 5.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項7に記載の発明によれば、前記演算手段は、前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも2つの該感知情報の和、差、または相互相関を算出する演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the seventh aspect of the present invention, the calculation means is configured such that the calculation means includes a sum, a difference, or a difference of at least two of the detection information stored in the storage means, or The calculation for calculating the cross-correlation is performed, and this can be achieved by providing the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 1.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項8に記載の発明によれば、前記演算手段は、前記感知情報の1つから自己相関を算出する演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to an eighth aspect of the present invention, the calculation means performs a calculation for calculating an autocorrelation from one of the sensing information. This can be achieved by providing an intracorporeal ultrasound diagnostic system.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項9に記載の発明によれば、前記振動子状態判別手段は、前記静電容量型超音波振動子が、体外、及び体腔内の内壁に到達しているか否かのうちいずれかの状態であることを検知する状態検知手段と、前記状態検知手段から得られた検知情報に基づいて、前記状態を判別する検知情報判別手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the ninth aspect of the present invention, the vibrator state discriminating unit is configured such that the capacitive ultrasonic transducer reaches the inner wall outside the body and inside the body cavity. A state detection unit that detects whether the state is any one of the status detection unit, and a detection information determination unit that determines the state based on detection information obtained from the state detection unit. This can be achieved by providing the intracorporeal ultrasound diagnostic system according to claim 1.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項10に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記静電容量型超音波振動子の略近傍に設けた光センサであり、前記検知情報判別手段は、前記光センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別することを特徴とする請求項9に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 10, the state detection means is an optical sensor provided substantially in the vicinity of the capacitive ultrasonic transducer, and the detection information discrimination The means is based on the output of the optical sensor to determine whether the capacitive ultrasonic transducer is outside the body or inside the body cavity, but is not in contact with the inner wall of the body cavity, or is not in contact with the inner wall of the body cavity. This can be achieved by providing an intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 9.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項11に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記静電容量型超音波振動子の略近傍に設けた圧力センサであり、前記検知情報判別手段は、前記圧力センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別することを特徴とする請求項9に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 11, the state detection means is a pressure sensor provided in the vicinity of the capacitive ultrasonic transducer, and the detection information discrimination The means determines, based on the output of the pressure sensor, whether the capacitive ultrasonic transducer is in a body cavity but is not in contact with a body cavity inner wall or in a body cavity inner wall non-contact state. This can be achieved by providing an intracorporeal ultrasound diagnostic system according to claim 9.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項12に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記感知情報を表している電気信号の周波数に対応した前記状態検知情報を生成し、前記検知情報判別手段は、前記状態検知情報に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別することを特徴とする請求項9に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to a twelfth aspect of the present invention, the state detection means generates the state detection information corresponding to a frequency of an electric signal representing the detection information, and the detection is performed. Based on the state detection information, the information discriminating means determines whether the capacitive ultrasonic transducer is outside the body or inside the body cavity, but is not in contact with the inner wall of the body cavity, or is not in contact with the inner wall of the body cavity. It can achieve by providing the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system of Claim 9 characterized by distinguishing.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項13に記載の発明によれば、前記状態検知手段は、前記電気信号の周波数が所定の閾値以下の場合には、該電気信号を通過させるフィルタ回路であることを特徴とする請求項12に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 13, the state detection means is a filter circuit that passes the electric signal when the frequency of the electric signal is equal to or lower than a predetermined threshold value. This can be achieved by providing the intra-body-cavity ultrasound diagnostic system according to claim 12.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項14に記載の発明によれば、前記記憶制御手段は、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁に接触の状態で感知した前記感知情報のうち少なくともいずれか1つ記憶させることを特徴とする請求項1に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 14, the memory control means is configured such that the capacitive ultrasonic transducer is outside the body, inside the body cavity, but not in contact with the inner wall of the body cavity, and It can achieve by providing the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 1, wherein at least one of the sensing information sensed in a contact state is stored in the inner wall of the body cavity.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項15に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第1の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第1の感知情報であることを特徴とする請求項1に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the sensing information stored in the first storage means of the storage means is under a condition in which the ultrasonic waves are not reflected. 2. The intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 1, wherein the first ultrasonic detection information is detected by radiating ultrasonic waves to the capacitive ultrasonic transducer. 3. it can.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項16に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第2の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で前記超音波を送受して感知した第2の感知情報であり、前記演算手段は、前記第2の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項15に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 16 of the scope of the invention, the sensing information stored in the second storage means of the storage means is obtained by the capacitive ultrasonic transducer. It is second sensing information sensed by transmitting and receiving the ultrasonic wave in a body cavity but in a non-contact state with the inner wall of the body cavity, and the computing means includes the second sensing information and the first sensing information. The correlation or difference is calculated, and this can be achieved by providing the body cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 15.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項17に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第3の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第3の感知情報であり、前記演算手段は、前記第3の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項15に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 17, the above-mentioned problem is that the capacitive ultrasonic transducer stores the sensing information stored in the third storage unit of the storage unit. Third sensing information sensed by transmitting and receiving the ultrasonic wave in contact with the inner wall of the body cavity, and the calculation means calculates a correlation or difference between the third sensing information and the first sensing information. This can be achieved by providing an intracorporeal ultrasound diagnostic system according to claim 15.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項18に記載の発明によれば、前記記憶手段のうちの第2の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で前記超音波を送受して感知した第2の感知情報であり、前記記憶手段のうちの第3の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第3の感知情報であり、前記演算手段は、前記第2の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する第1の演算処理を行い、前記第3の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する第2の演算を行い、第1の演算処理の結果と第2の演算処理の結果を加算することを特徴とする請求項15に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 18, the above-mentioned problem is that the sensing information stored in the second storage means of the storage means is obtained by the capacitive ultrasonic transducer. The second sensing information sensed by transmitting and receiving the ultrasonic wave in a body cavity but in a non-contact state with the inner wall of the body cavity, and the sensing information stored in the third storage means of the storage means is: Third capacitive information sensed by transmitting and receiving the ultrasonic wave in a state where the capacitive ultrasonic transducer is in contact with an inner wall of the body cavity, and the computing means includes the second sense information and the first sensitive information. A first calculation process for calculating a correlation or difference with the sensing information is performed, a second calculation for calculating a correlation or difference between the third sensing information and the first sensing information is performed, and the first calculation is performed. The result of the processing and the result of the second arithmetic processing are added. It can be achieved by providing a body-cavity diagnostic ultrasound system according to.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項19に記載の発明によれば、前記超音波診断画像は、体腔内壁表面の輪郭を表す画像であることを特徴とする請求項16に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 19 of the claim, the ultrasonic diagnostic image is an image representing the contour of the inner wall surface of the body cavity. This can be achieved by providing an ultrasound diagnostic system.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項20に記載の発明によれば、前記超音波診断画像は、体腔内組織の断層を表す画像であることを特徴とする請求項17に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 20 of the claim, the ultrasonic diagnostic image is an image representing a tomogram of tissue in the body cavity. This can be achieved by providing an ultrasound diagnostic system.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項21に記載の発明によれば、前記超音波診断画像は、体腔内壁表面の輪郭を表す画像と体腔内組織の断層を表す画像とであることを特徴とする請求項18に記載の体腔内超音波診断システムを提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 21, the ultrasonic diagnostic image is an image representing an outline of a body cavity inner wall surface and an image representing a tomographic tissue in the body cavity. It can achieve by providing the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system of Claim 18.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項22に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムに用いられる前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第1の前記感知情報を記憶する第1の記憶手段と、前記静電容量型超音波振動子が、体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で、前記超音波を送受して感知した第2の前記感知情報を記憶する第2の記憶手段と、前記第2の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置を提供することによって達成できる。 According to the invention described in claim 22, the above-described problem is an intracorporeal ultrasonic wave provided with an ultrasonic endoscope scope provided with a capacitive ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves. A noise removing device for removing a noise component from sensing information sensed by the capacitive ultrasonic transducer used in a diagnostic system, wherein the capacitive ultrasonic vibration is performed under a condition in which the ultrasonic wave is not reflected. The first storage means for storing the first sensing information sensed by radiating the ultrasonic wave to the child and the capacitive ultrasonic transducer are in the body cavity but are not in contact with the inner wall of the body cavity A second storage means for storing the second sensing information sensed by transmitting and receiving the ultrasonic wave in a state, and an operation for calculating a correlation or difference between the second sensing information and the first sensing information And a noise removing method comprising: It can be achieved by providing a location.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項23に記載の発明によれば、超音波を送受信する静電容量型超音波振動子が設けられた超音波内視鏡スコープを備えた体腔内超音波診断システムに用いられる前記静電容量型超音波振動子が感知した感知情報からノイズ成分を除去するノイズ除去装置であって、前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第1の前記感知情報を記憶する第1の記憶手段と、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第3の前記感知情報を記憶する第3の記憶手段と、前記第3の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置を提供することによって達成できる。 According to the invention as set forth in claim 23, the above-described problem is an intracorporeal ultrasonic wave provided with an ultrasonic endoscope scope provided with a capacitive ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves. A noise removing device for removing a noise component from sensing information sensed by the capacitive ultrasonic transducer used in a diagnostic system, wherein the capacitive ultrasonic vibration is performed under a condition in which the ultrasonic wave is not reflected. A first storage means for storing the first sensing information sensed by radiating ultrasonic waves to the child; and the ultrasonic waves are transmitted and received while the capacitive ultrasonic transducer is in contact with the inner wall of the body cavity. And a third storage means for storing the third sensed information sensed as a result, and an arithmetic means for calculating a correlation or difference between the third sense information and the first sense information. To provide a noise removing device Thus it can be achieved.
本発明を用いることにより、体腔内壁に接触しているか否かにかかわらず、1種類の静電容量型超音波振動子を搭載した超音波内視鏡スコープを体腔内に挿入しながら輪郭に関する超音波診断画像を構築し、かつ、診断部位に至り、そこで接触固定することによって、断層に関する超音波診断画像を構築することができる。また、これらの構築された超音波診断画像には定在波に起因するノイズ成分が除去されている。 By using the present invention, an ultrasonic endoscope scope equipped with one type of capacitive ultrasonic transducer is inserted into the body cavity regardless of whether it is in contact with the inner wall of the body cavity or not. By constructing an ultrasonic diagnostic image and reaching a diagnostic site where it is fixed in contact therewith, an ultrasonic diagnostic image relating to a tomogram can be constructed. Further, noise components due to standing waves are removed from these constructed ultrasonic diagnostic images.
<第1の実施形態>
本実施形態では、ラジアル走査タイプの静電容量型超音波振動子を用いて、従来のような接触固定して断層像を得ることが出来るのに加え、非接触診断が可能になる体腔内超音波診断システムについて説明する。
<First Embodiment>
In the present embodiment, in addition to being able to obtain a tomographic image by using a radial scanning type capacitive ultrasonic transducer and fixing the contact as in the prior art, it is possible to perform intra-body cavity supervision that enables non-contact diagnosis. The ultrasonic diagnostic system will be described.
図1は、本実施形態における体腔内超音波診断システムの概要を示す。図1において、体腔内超音波診断システム1は、超音波内視鏡スコープ部2、信号処理部3、画像処理部200、表示部4から構成される。なお、図1には受信信号系のみ記載されているが、送信信号系は図から省略している。 FIG. 1 shows an outline of an intracorporeal ultrasound diagnostic system in the present embodiment. In FIG. 1, the intracorporeal ultrasound diagnostic system 1 includes an ultrasonic endoscope scope unit 2, a signal processing unit 3, an image processing unit 200, and a display unit 4. Although only the reception signal system is shown in FIG. 1, the transmission signal system is omitted from the figure.
超音波内視鏡スコープ2には、静電容量型超音波振動子2−1がその先端部に搭載されている。静電容量型超音波振動子2−1の主な機能としては、まず超音波内視鏡スコープ2の先端部を体腔内に挿入して静電容量型超音波振動子2−1から超音波を送信し、体腔内で反射した超音波を静電容量型超音波振動子2−1が受信して、その受信した超音波を電気信号に変換する。 The ultrasonic endoscope scope 2 is mounted with a capacitive ultrasonic transducer 2-1 at its tip. As a main function of the capacitive ultrasonic transducer 2-1, first, the distal end portion of the ultrasonic endoscope scope 2 is inserted into a body cavity, and ultrasonic waves are emitted from the capacitive ultrasonic transducer 2-1. The capacitive ultrasonic transducer 2-1 receives the ultrasonic wave reflected in the body cavity, and converts the received ultrasonic wave into an electrical signal.
信号処理部3は、超音波内視鏡スコープ2により得られた電気信号を解析して、演算を行う。信号処理部3は、記憶制御手段3−1、記憶手段3−2、演算手段3−3、振動子状態判別手段3−5から構成される。 The signal processing unit 3 performs an operation by analyzing an electrical signal obtained by the ultrasonic endoscope scope 2. The signal processing unit 3 includes a storage control unit 3-1, a storage unit 3-2, a calculation unit 3-3, and a vibrator state determination unit 3-5.
振動子状態判別手段3−5は、例えば、静電容量型超音波振動子2−1が体外なのか体腔内で体腔内壁に非接触か、または体腔内壁に接しているのか等の静電容量型超音波振動子の状態を判別するものである。振動子状態判別手段3−5は、状態検知手段3−5aと、検知情報判別手段3−5bから構成される。状態検知手段3−5aは、静電容量型超音波振動子2−1の状態を検知するためのものである。検知情報判別手段3−5bは、状態検知手段3−5aが検知した情報に基づいて、静電容量型超音波振動子2−1の状態を判別するためのものである。なお、振動子状態判別手段3−5は、その判別方法によっては、超音波内視鏡スコープ2に含まれていてもよいし、信号処理部3に含まれていてもよいし、その両方に渡って含まれていてもよい。 The vibrator state discriminating means 3-5 includes, for example, an electrostatic capacity such as whether the capacitive ultrasonic transducer 2-1 is outside the body, is not in contact with the inner wall of the body cavity in the body cavity, or is in contact with the inner wall of the body cavity. The state of the type ultrasonic transducer is discriminated. The transducer state determination unit 3-5 includes a state detection unit 3-5a and a detection information determination unit 3-5b. The state detection means 3-5a is for detecting the state of the capacitive ultrasonic transducer 2-1. The detection information discriminating means 3-5b is for discriminating the state of the capacitive ultrasonic transducer 2-1, based on the information detected by the state detecting means 3-5a. The transducer state determination unit 3-5 may be included in the ultrasonic endoscope scope 2 or may be included in the signal processing unit 3, depending on the determination method. May be included across.
記憶手段3−2は、静電容量型超音波振動子2−1が感知した感知情報(受信した反射波、定在波等)を記憶するためのものである。記憶手段3−2は複数存在する。なお、記憶手段は、物理的に複数存在してもよいし、論理的に複数の領域(1つの記憶装置内で記憶領域を論理的に複数確保し、各記憶領域を記憶手段とする)として存在してもよい。 The storage means 3-2 is for storing sensing information (received reflected wave, standing wave, etc.) sensed by the capacitive ultrasonic transducer 2-1. There are a plurality of storage means 3-2. Note that there may be a plurality of storage means physically or as a plurality of logical areas (logically securing a plurality of storage areas in one storage device and using each storage area as a storage means). May be present.
記憶制御手段3−1は、振動子状態判別手段3−5の判別結果に基づいて、静電容量型超音波振動子2−1が感知した感知情報を、判別結果に対応する記憶手段3−2に記憶させるためのものである。 The storage control means 3-1 detects the sensing information sensed by the capacitive ultrasonic transducer 2-1 based on the discrimination result of the vibrator state discrimination means 3-5 and stores the sensing information corresponding to the discrimination result. 2 for memorizing.
演算手段は、各記憶手段3−2に記憶された感知情報に基づいて、演算(差分、相関関す)を行うためのものである。演算の組み合わせは複数存在し、個々の目的に応じて、演算を行うことができる。 The calculation means is for performing calculation (difference, correlation) based on the sensing information stored in each storage means 3-2. There are a plurality of combinations of operations, and operations can be performed according to individual purposes.
画像処理部200は、画像構築手段200−1から構成されている。画像構築手段200−1は、演算手段3−3で演算された結果に基づいて、演算された信号から超音波診断画像(例えば、体腔内壁の輪郭画像、生体組織断層画像、またはこれらを組み合わせた画像等)を構築するものである。 The image processing unit 200 includes image construction means 200-1. Based on the result calculated by the calculation unit 3-3, the image construction unit 200-1 calculates an ultrasonic diagnostic image (for example, a contour image of a body cavity inner wall, a biological tissue tomographic image, or a combination thereof) from the calculated signal. Image, etc.).
表示手段4は、画像処理部200で生成された超音波診断画像を表示するためのものであり、例えばモニタ(ディスプレイ)4−1がある。なお、表示手段は、ディスプレイに限定されず、プリンタ等の出力機器であってもよい。 The display unit 4 is for displaying the ultrasonic diagnostic image generated by the image processing unit 200, and includes, for example, a monitor (display) 4-1. The display means is not limited to the display, and may be an output device such as a printer.
図2は、本実施形態における超音波内視鏡スコープ2の外観構成を示す。超音波内視鏡スコープ2は、細長の挿入部5の基端に操作部9を備えて、一端にスコープコネクタ11を有する。この操作部9の側部からは、図示しない光源装置に接続されるユニバーサルコード10が延出している。さらに、スコープコネクタ11は信号処理部3に接続される。 FIG. 2 shows an external configuration of the ultrasonic endoscope scope 2 in the present embodiment. The ultrasonic endoscope scope 2 includes an operation unit 9 at the proximal end of the elongated insertion unit 5 and a scope connector 11 at one end. A universal cord 10 connected to a light source device (not shown) extends from the side of the operation unit 9. Further, the scope connector 11 is connected to the signal processing unit 3.
挿入部5は、先端側から順に先端部に搭載された静電容量型ラジアルセクタ走査アレイ超音波振動子6、湾曲自在な湾曲部7、可撓性を有する可撓管部8を連設して構成されている。操作部9には湾曲操作ノブ9aが設けられており、この湾曲操作ノブ9aを操作することによって湾曲部7を湾曲させられるようになっている。また、先端部には、不図示の観察部位に照明光を照射する照明光学部を構成する照明レンズカバー、観察部位の光学像を捉える観察光学部を構成する観察用レンズカバー、及び処置具が突出する開口である鉗子出口等が設けられている。 The insertion portion 5 is provided with a capacitance type radial sector scanning array ultrasonic transducer 6, a bendable bending portion 7, and a flexible flexible tube portion 8 that are mounted on the tip portion in order from the tip side. Configured. The operation portion 9 is provided with a bending operation knob 9a, and the bending portion 7 can be bent by operating the bending operation knob 9a. Further, an illumination lens cover that constitutes an illumination optical unit that irradiates illumination light to an observation site (not shown), an observation lens cover that constitutes an observation optical unit that captures an optical image of the observation site, and a treatment tool are provided at the distal end portion. A forceps outlet or the like that is a projecting opening is provided.
図3は、図2の超音波内視鏡スコープ2の先端部に搭載された静電容量型ラジアルセクタ走査アレイ超音波振動子6(以下、超音波振動子または振動子という)の構成概念図を示す。超音波振動子6は、2次元アレイ振動子20、送受信回路21、及び同軸ケーブルバンドル22から構成される。2次元アレイ振動子20は、複数の振動子エレメントを配列したものである。同軸ケーブルバンドル22は、各振動子エレメントに接続された複数のケーブルを束にしたものであり、挿入部5の内部にある。送受信回路21は、振動子エレメントと送受される信号を制御するためのものである。すなわち、送受信回路21は、超音波振動子6から放射される合成超音波ビームの走査を制御し、円筒の周に沿った走査25(ラジアル走査超音波ビーム)だけでなく、1つのエレメントの中(円筒長軸方向に)でのセクタ走査24(超音波セクタ走査面)を行うことができる。これにより3次元の超音波画像を構築することができる。 FIG. 3 is a conceptual diagram of a configuration of a capacitive radial sector scanning array ultrasonic transducer 6 (hereinafter referred to as an ultrasonic transducer or transducer) mounted on the distal end portion of the ultrasonic endoscope scope 2 of FIG. Indicates. The ultrasonic transducer 6 includes a two-dimensional array transducer 20, a transmission / reception circuit 21, and a coaxial cable bundle 22. The two-dimensional array transducer 20 is an array of a plurality of transducer elements. The coaxial cable bundle 22 is a bundle of a plurality of cables connected to each transducer element and is inside the insertion portion 5. The transmission / reception circuit 21 is for controlling signals transmitted to and received from the transducer element. In other words, the transmission / reception circuit 21 controls the scanning of the synthesized ultrasonic beam emitted from the ultrasonic transducer 6 and includes not only the scanning 25 (radial scanning ultrasonic beam) along the circumference of the cylinder but also one element. Sector scanning 24 (in the ultrasonic major axis direction) can be performed. Thereby, a three-dimensional ultrasonic image can be constructed.
図4は、本実施形態における2次元アレイ振動子20の断面斜視図を示す。2次元アレイ振動子20は、複数の振動子エレメント33から構成される振動子ユニット32、制御回路ユニット34、配線用FPC(フレキシブルプリント基板)31から構成される。 FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of the two-dimensional array transducer 20 in the present embodiment. The two-dimensional array transducer 20 includes a transducer unit 32 composed of a plurality of transducer elements 33, a control circuit unit 34, and an FPC (flexible printed circuit board) 31 for wiring.
複数の長方形状の振動子ユニット32は円周方向に等間隔に配列し、それが円筒形をなしている。また、制御回路ユニット34は、振動子ユニット32の背面(円筒形の内側)に設けられており、振動子ユニット32へ電気信号を送受するのを制御するためのものである。なお、振動子ユニット32の形状は長方形に限定されない。 The plurality of rectangular vibrator units 32 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and form a cylindrical shape. The control circuit unit 34 is provided on the back surface (cylindrical inside) of the vibrator unit 32 and controls transmission / reception of electric signals to the vibrator unit 32. The shape of the vibrator unit 32 is not limited to a rectangle.
図5は、本実施形態における振動子ユニット32単体の上面図を示す。振動子ユニット32は、複数の正方形状の振動子エレメント33から構成されている。同図では、振動子ユニット32は振動子エレメント33を複数一次元に配列して構成されている。隣接する振動子ユニット間には振動子ユニット配列方向に垂直に溝47が設けられている。また、各振動子ユニット内において隣接する振動子エレメント間には振動子エレメント間溝46が設けられている。なお、振動子エレメントの形状は、正方形に限定されない。 FIG. 5 shows a top view of a single unit of the vibrator unit 32 in the present embodiment. The transducer unit 32 includes a plurality of square transducer elements 33. In the figure, the transducer unit 32 is configured by arranging a plurality of transducer elements 33 in one dimension. A groove 47 is provided between adjacent vibrator units perpendicular to the vibrator unit arrangement direction. In addition, an inter-vibrator element groove 46 is provided between adjacent vibrator elements in each vibrator unit. The shape of the transducer element is not limited to a square.
図6は、本実施形態における振動子エレメント33単体の上面図を示す。振動子エレメント33は、振動子ユニット配列方向に垂直な溝47、振動子エレメント間溝46、振動子セル電極間インターコネクト電極40,48,49、上部電極41、犠牲層剤除去孔43、下部電極スルーホール電極部44から構成される。上部電極41の背面(図面に対して垂直方向の奥側)には、キャビティが形成されており、それをキャビティ周縁部42として表している。 FIG. 6 shows a top view of the transducer element 33 alone in the present embodiment. The transducer element 33 includes a trench 47 perpendicular to the transducer unit arrangement direction, a transducer element groove 46, transducer cell electrode interconnect electrodes 40, 48, 49, an upper electrode 41, a sacrificial layer agent removal hole 43, and a lower electrode. The through-hole electrode portion 44 is configured. A cavity is formed on the back surface of the upper electrode 41 (the back side in the direction perpendicular to the drawing), which is represented as a cavity peripheral edge 42.
振動子エレメント33は、複数の振動子セルから構成されており、振動子セルはキャビティの個数に等しく、同図では4つの振動子セルから構成される。また、45はダイシングするためのダイシングラインを示している。 The transducer element 33 is composed of a plurality of transducer cells, and the transducer cell is equal to the number of cavities, and is composed of four transducer cells in FIG. Reference numeral 45 denotes a dicing line for dicing.
図7は、図6のAa−Abについての断面図である。50で示される構成単位を振動子セルという。メンブレンとは振動子セル50上部を覆っている膜のことであり、図7では上部電極41、メンブレン上層54、メンブレン下層52で構成される。このメンブレンは、各振動子セル50の両端のメンブレン支持部58で固定された振動膜である。メンブレン支持部58間におけるシリコン基板61の表面(凹部の底部分)に、上部電極41と対向するように下部電極63が構成され、その上に誘電体膜57(例えば、SiO2,Si3N4,Ta2O5,SrTiO3,BaTiO3,ALN等の薄膜)が形成されている。 FIG. 7 is a cross-sectional view taken along Aa-Ab in FIG. The structural unit indicated by 50 is called a transducer cell. The membrane is a film covering the upper part of the transducer cell 50, and is composed of the upper electrode 41, the membrane upper layer 54, and the membrane lower layer 52 in FIG. 7. This membrane is a vibrating membrane fixed by membrane support portions 58 at both ends of each transducer cell 50. A lower electrode 63 is formed on the surface of the silicon substrate 61 (the bottom portion of the recess) between the membrane support portions 58 so as to face the upper electrode 41, and a dielectric film 57 (for example, SiO 2 , Si 3 N) is formed thereon. 4 , Ta 2 O 5 , SrTiO 3 , BaTiO 3 , ALN, etc.).
下部電極63には、下部電極63とシリコン基板61の底面に設けられた信号入出力端子電極パッド56とを電気的に導通させるための下部電極スルーホール電極部44が設けられている。具体的には、この下部電極スルーホール電極部44のホール表面に形成されたインターコネクト配線59により下部電極63と信号入出力端子電極パッド56とは電気的に導通している。 The lower electrode 63 is provided with a lower electrode through-hole electrode portion 44 for electrically connecting the lower electrode 63 and the signal input / output terminal electrode pad 56 provided on the bottom surface of the silicon substrate 61. Specifically, the lower electrode 63 and the signal input / output terminal electrode pad 56 are electrically connected by an interconnect wiring 59 formed on the hole surface of the lower electrode through-hole electrode portion 44.
シリコン基板61の底面表面はシリコン酸化膜62で被膜されている。上部電極41及び振動子セル電極間インターコネクト電極40は、Au,Al,Pt,Ta,Mo,W等の金属膜で構成されている。また、この上部電極は、溝部46,47の側面及び底面に形成された金属膜に電気的に導通している。 The bottom surface of the silicon substrate 61 is coated with a silicon oxide film 62. The upper electrode 41 and the interconnect electrode 40 between the transducer cell electrodes are made of a metal film such as Au, Al, Pt, Ta, Mo, and W. The upper electrode is electrically connected to the metal film formed on the side and bottom surfaces of the groove portions 46 and 47.
接地電極パッド55は、上部電極41をGNDに接続するために、溝46,47の底面に形成した電極をシリコン基板61底面に電気的に導通させるためのパッドである。
誘電体膜57は、キャビティを挟んだ上部電極41と下部電極63間の静電容量を増加させるためのものである。空乏層60は、電子あるいは正孔がほとんど存在しない状態になっている層であり、逆バイアス電圧を印加し、空乏層が有する静電容量、すなわち寄生容量を低減させる場合もある。
The ground electrode pad 55 is a pad for electrically connecting the electrodes formed on the bottom surfaces of the grooves 46 and 47 to the bottom surface of the silicon substrate 61 in order to connect the upper electrode 41 to the GND.
The dielectric film 57 is used to increase the capacitance between the upper electrode 41 and the lower electrode 63 across the cavity. The depletion layer 60 is a layer in which almost no electrons or holes exist, and a reverse bias voltage may be applied to reduce the capacitance of the depletion layer, that is, parasitic capacitance.
なお、キャビティ(空隙部)51は、メンブレンとメンブレン支持部58と下部電極63及び誘電体膜57とで囲まれた空間からなる。なお、キャビティ51を形成する場合に、製造工程上、犠牲層をキャビティ部分に形成するが、その犠牲層を除去するための犠牲層剤除去孔43をメンブレン下層54(Si3N4)設け、そこから犠牲層を除去する。 The cavity 51 is a space surrounded by the membrane, the membrane support 58, the lower electrode 63, and the dielectric film 57. When the cavity 51 is formed, a sacrificial layer is formed in the cavity part in the manufacturing process. A sacrificial layer agent removal hole 43 for removing the sacrificial layer is provided in the membrane lower layer 54 (Si 3 N 4 ), The sacrificial layer is removed therefrom.
また、溝部46,47の底部に配設された電極と接地電極パッド55との間の「接触抵抗」が限りなく小さく(オーミックコンタクト)なる構造となっている。
振動子セル50の動作について説明すると、上部電極41と下部電極63の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引っ張りあい、電圧を0にすると元に戻る。この振動動作によってメンブレンが振動した結果、超音波が発生し、上部電極41の上方向に超音波が照射される。
In addition, the “contact resistance” between the electrode disposed on the bottom of the grooves 46 and 47 and the ground electrode pad 55 is infinitely small (ohmic contact).
The operation of the transducer cell 50 will be described. When a voltage is applied to the pair of electrodes of the upper electrode 41 and the lower electrode 63, the electrodes are pulled together, and when the voltage is reduced to 0, the original state is restored. As a result of the vibration of the membrane by this vibration operation, ultrasonic waves are generated, and the ultrasonic waves are irradiated upward in the upper electrode 41.
次に、本実施形態における体腔内超音波診断システム1の動作の一連の流れについて説明する。
図8は、本実施形態における超音波無響セル70を示す。図8に示すように、超音波無響セル70の内部には空洞が形成されており、その開口部から超音波振動子6を挿入する。超音波振動子6を挿入後、超音波を放射する。このとき、超音波無響セル70は、超音波を吸収する部材(例えば、ウレタン繊維や発泡シリコーン樹脂等)で構成されているため、超音波が反射しない。したがって、超音波無響セル70内で超音波振動子により超音波を放射しても反射波を受信しない。そのため、受信時においては、本来メンブレンが振動することがないため、上部電極の電荷が変化することがない。だが、定在波等の不要振動が発生する場合には、その影響を受けてメンブレン上の電荷が変化するので、ここでは、その電荷の変化を検出する。すなわち、送信時のメンブレンの振動に伴って、送信超音波に変換されない不要振動が定在波となって残存し、この振動が実際のエコー信号受信時にもノイズ信号として重畳し、S/N低下につながる。
Next, a series of operations of the intracorporeal ultrasound diagnostic system 1 in this embodiment will be described.
FIG. 8 shows an ultrasonic anechoic cell 70 in the present embodiment. As shown in FIG. 8, a cavity is formed inside the ultrasonic anechoic cell 70, and the ultrasonic transducer 6 is inserted through the opening. After inserting the ultrasonic transducer 6, ultrasonic waves are emitted. At this time, since the ultrasonic anechoic cell 70 is composed of a member that absorbs ultrasonic waves (for example, urethane fiber, foamed silicone resin, etc.), the ultrasonic waves do not reflect. Therefore, even if an ultrasonic wave is radiated by the ultrasonic vibrator in the ultrasonic anechoic cell 70, a reflected wave is not received. Therefore, at the time of reception, since the membrane does not originally vibrate, the charge of the upper electrode does not change. However, when unnecessary vibrations such as standing waves occur, the charge on the membrane changes due to the influence, and here, the change in the charge is detected. That is, along with the vibration of the membrane at the time of transmission, unnecessary vibration that is not converted to transmission ultrasonic waves remains as a standing wave, and this vibration is superimposed as a noise signal even when an actual echo signal is received, resulting in a reduction in S / N. Leads to.
図9は、超音波振動子6を体腔内に挿入した状態を示す。図9(a)は口内に挿入した状態であり、図9(b)は胃の内壁に超音波振動子6を接触させて超音波を送受している状態を示す。 FIG. 9 shows a state in which the ultrasonic transducer 6 is inserted into the body cavity. FIG. 9A shows a state where it is inserted into the mouth, and FIG. 9B shows a state where the ultrasonic transducer 6 is brought into contact with the inner wall of the stomach to transmit / receive ultrasonic waves.
超音波の送受は、超音波無響セル70内で送受する場合(図8)(以下、「状態1」という)、体腔内に挿入してから観察部位に到達するまでの間での空中(体腔内壁に非接触)で送受する場合(図9(a))(以下、「状態2」という)、体腔内壁に超音波振動子を接触させて送受する場合(図9(b))(以下、「状態3」という)の3状態で行われる。 When transmitting / receiving ultrasonic waves in the ultrasonic anechoic cell 70 (FIG. 8) (hereinafter referred to as “state 1”), it is in the air until it reaches the observation site after being inserted into the body cavity ( When transmitting / receiving without contact with the inner wall of the body cavity (FIG. 9 (a)) (hereinafter referred to as "state 2"), when transmitting and receiving with the ultrasonic transducer in contact with the inner wall of the body cavity (FIG. 9 (b)) (hereinafter referred to as , “State 3”).
従来圧電振動子を用いた場合、観察部位に接触させてのみしか超音波画像を得ることができなかったが、c−MUTでは超音波送受面の音響インピーダンスが空気程小さくなく、生体程大きくないインピーダンスを有しているので、空中(体腔内壁に非接触の状態)で超音波画像を得ることができる。これにより、体腔内壁表面での反射波を受信することが容易にできるので、超音波振動子を挿通しながら、管腔壁の輪郭、すなわち凹凸面を測定することができる。c−MUTでは、数MHzの高周波超音波を送受信可能であり、高精度の表面凹凸検出が可能となる。 Conventionally, when a piezoelectric vibrator is used, an ultrasonic image can be obtained only by contacting an observation site, but in c-MUT, the acoustic impedance of the ultrasonic transmission / reception surface is not as small as air and not as large as a living body. Since it has impedance, an ultrasonic image can be obtained in the air (in a state where it is not in contact with the inner wall of the body cavity). Accordingly, it is possible to easily receive the reflected wave on the surface of the inner wall of the body cavity, so that the contour of the lumen wall, that is, the uneven surface can be measured while inserting the ultrasonic transducer. The c-MUT can transmit and receive high-frequency ultrasonic waves of several MHz, and can detect surface irregularities with high accuracy.
図10は、本実施形態における体腔内超音波診断システムの内部構成の概要を示す。体腔内超音波診断システムは、超音波内視鏡スコープ2、超音波内視鏡観測装置300から構成される。 FIG. 10 shows an outline of the internal configuration of the intra-body-cavity ultrasound diagnostic system in the present embodiment. The intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system includes an ultrasonic endoscope scope 2 and an ultrasonic endoscope observation apparatus 300.
超音波内視鏡スコープ2は、静電容量型超音波振動子101、光センサ102、チャージアンプ103、パルサー(パルス発生回路)104から構成されている。
超音波内視鏡観測装置300は、光センサー信号処理回路105、スイッチ回路106(選択端子SW1(107)、選択端子SW2(108)、選択端子SW3(109)、)、AD変換器110,111,112、記憶装置113,114,115、演算処理回路116,117,118、スイッチ回路119(選択端子Q1(120)、選択端子Q2(121)、選択端子Q3(122))、操作部123、画像変換器(デジタルスキャンコンバータ)124、モニタ4−1から構成される。
The ultrasonic endoscope scope 2 includes a capacitive ultrasonic transducer 101, an optical sensor 102, a charge amplifier 103, and a pulsar (pulse generation circuit) 104.
The ultrasonic endoscope observation apparatus 300 includes an optical sensor signal processing circuit 105, a switch circuit 106 (selection terminal SW1 (107), selection terminal SW2 (108), selection terminal SW3 (109)), AD converters 110 and 111. 112, storage devices 113, 114, 115, arithmetic processing circuits 116, 117, 118, switch circuit 119 (selection terminal Q1 (120), selection terminal Q2 (121), selection terminal Q3 (122)), operation unit 123, It comprises an image converter (digital scan converter) 124 and a monitor 4-1.
パルサー104は、静電容量型超音波振動子101を駆動させるための電気信号を発生させるための回路である。
チャージアンプ103では、インピーダンス変換を行う機能(高インピーダンス→低インピーダンスへ変換する)、静電容量型超音波振動子101の電極表面の電荷の検出を行う機能、及びアンプとしての機能を備えている。電荷の検出を行う機能とは、静電容量型超音波振動子101は反射波の受信を受信すると、反射波の受信強度に応じてメンブレンが振動し、その振動に応じた上部電極上の電荷の変動が起こるので、その電荷を検出する機能をいう。なお、本実施形態では、反射波の受信に起因する電荷のみならず、定在波等の不要振動に起因する電荷も検出してしまう場合を想定している。以下では、これら両者を含めて受信信号という。
The pulsar 104 is a circuit for generating an electrical signal for driving the capacitive ultrasonic transducer 101.
The charge amplifier 103 has a function of performing impedance conversion (converting from high impedance to low impedance), a function of detecting charge on the electrode surface of the capacitive ultrasonic transducer 101, and a function of an amplifier. . The function of detecting the charge is that when the capacitive ultrasonic transducer 101 receives the reflected wave, the membrane vibrates according to the received intensity of the reflected wave, and the charge on the upper electrode according to the vibration. This means the function of detecting the charge. In the present embodiment, it is assumed that not only electric charges caused by reception of reflected waves but also electric charges caused by unnecessary vibrations such as standing waves are detected. Hereinafter, both of these are referred to as a received signal.
光センサ102は、静電容量型超音波振動子101周辺の明るさを検知するものである。
光センサー信号処理回路105は、光センサ102から出力された信号に基づいて、明暗を判別するものである。すなわち、光センサで検知した光量に基づく信号を解析して、超音波振動子101周辺の明るさの違いを判別することができる。
The optical sensor 102 detects the brightness around the capacitive ultrasonic transducer 101.
The optical sensor signal processing circuit 105 discriminates light and dark based on the signal output from the optical sensor 102. That is, a signal based on the amount of light detected by the optical sensor can be analyzed to determine a difference in brightness around the ultrasonic transducer 101.
例えば、超音波振動子101を体腔内に挿入する前、すなわち超音波無響セル70内で送受する場合(状態1)では、3つの状態のうち最も明るさを検知することができるようにする。次に、超音波振動子101を体腔内に挿入して観察部位に到達する(状態2)までは、暗くなるので、それを検知することができるようにする。また、超音波振動子は観察部位に到達した場合(状態3)には、超音波振動子周辺に設けられた不図示のライトガイドより照射された光が体腔内壁に反射して、その反射光を検知することができるようにするので、状態2の場合より明るさを検知することができる。 For example, before the ultrasonic transducer 101 is inserted into the body cavity, that is, when transmission / reception is performed in the ultrasonic anechoic cell 70 (state 1), the brightness can be detected most among the three states. . Next, until the ultrasound transducer 101 is inserted into the body cavity and reaches the observation site (state 2), it becomes dark so that it can be detected. When the ultrasonic transducer reaches the observation site (state 3), light emitted from a light guide (not shown) provided around the ultrasonic transducer is reflected on the inner wall of the body cavity, and the reflected light is reflected. Therefore, brightness can be detected more than in the case of state 2.
このことより、光センサー信号処理回路105の判別情報の設定として、初期状態では超音波振動子101を体腔内に挿入する前(状態1)であると判断するようにしておく。それから、超音波振動子101を体腔内に挿入して観察部位に到達するまで(状態2)は暗くなるので、光センサからの信号がある閾値以下になった場合、状態2の状態であると判断する。その後、再び明るくなり、光センサからの信号がある閾値以上になった場合、超音波振動子は観察部位に接している状態(状態3)であると判断するようにする。 Accordingly, as the setting of the discrimination information of the optical sensor signal processing circuit 105, it is determined that it is before inserting the ultrasonic transducer 101 into the body cavity (state 1) in the initial state. Then, until the ultrasound transducer 101 is inserted into the body cavity and reaches the observation site (state 2), it becomes dark. Therefore, if the signal from the optical sensor falls below a certain threshold value, the state 2 state is assumed. to decide. After that, when it becomes bright again and the signal from the optical sensor becomes equal to or greater than a certain threshold value, it is determined that the ultrasonic transducer is in contact with the observation site (state 3).
スイッチ回路106は、光センサー信号処理回路105の出力に応じて選択端子SW1,SW2,SW3をON/OFFするためのものである。光センサー信号処理回路105において体腔内に挿入前(状態1)であると判断した場合には、その旨の信号を出力し、スイッチ回路106では、その信号を受けて選択端子SW1(107)がONになる。また、光センサー信号処理回路105において体腔内に挿入して観察部位へ移動中である(状態2)と判断した場合には、その旨の信号を出力し、スイッチ回路106では、その信号を受けて選択端子SW2(108)がONになる。また、光センサー信号処理回路105において観察部位へ到達した(状態3)と判断した場合には、その旨の信号を出力し、スイッチ回路106では、その信号を受けて選択端子SW3(109)がONになる。 The switch circuit 106 is for turning ON / OFF the selection terminals SW1, SW2, and SW3 according to the output of the optical sensor signal processing circuit 105. When the optical sensor signal processing circuit 105 determines that it is before insertion into the body cavity (state 1), a signal to that effect is output, and the switch circuit 106 receives the signal and the selection terminal SW1 (107) receives the signal. Turns on. If the optical sensor signal processing circuit 105 determines that the optical sensor signal processing circuit 105 is inserted into the body cavity and is moving to the observation site (state 2), a signal to that effect is output, and the switch circuit 106 receives the signal. The selection terminal SW2 (108) is turned on. If the optical sensor signal processing circuit 105 determines that the observation site has been reached (state 3), a signal to that effect is output, and the switch circuit 106 receives the signal and the selection terminal SW3 (109) receives the signal. Turns on.
チャージアンプ103で検出された電荷情報に基づく受信信号は、スイッチ回路106の切り替え先に基づいて、AD変換器110,111,112のいずれかに入力される。AD変換器110,111,112では、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。その変換された信号は、AD変換器110,111,112に対応する記憶装置113,114,115に入力され、記憶される。 A reception signal based on the charge information detected by the charge amplifier 103 is input to one of the AD converters 110, 111, and 112 based on the switching destination of the switch circuit 106. The AD converters 110, 111, and 112 convert the input analog signal into a digital signal. The converted signals are input to and stored in the storage devices 113, 114, 115 corresponding to the AD converters 110, 111, 112.
演算処理回路116,117,118では、各状態で得られた受信信号(記憶装置113,114,115に格納されている信号)間の相関関数を求めることにより、状態1で得られたノイズ成分である定在波等の不要振動波成分を、状態2及び3の受信信号から除去することができる。 In the arithmetic processing circuits 116, 117, and 118, the noise component obtained in the state 1 is obtained by obtaining a correlation function between the reception signals obtained in the respective states (signals stored in the storage devices 113, 114, and 115). It is possible to remove unnecessary vibration wave components such as standing waves from the received signals of states 2 and 3.
相関関数には、相互相関関数と自己相関関数がある。相互相関関数を用いる場合を説明すると、2つの信号のうち一方の波形をτだけ遅延させたときのずらし量τの関数で、次式のように定義される。 The correlation function includes a cross correlation function and an autocorrelation function. The case where the cross-correlation function is used will be described. This is a function of the shift amount τ when one of the two signals is delayed by τ, and is defined as the following equation.
[x(t):状態m(mは任意)での受信信号に基づく波形、y(t):状態n(nは任意)での受信信号に基づく波形]
相互相関関数Rxyを利用することで、2信号間の類似度を求めることができる。もし、2信号が完全に異なっているならば、τに関わらず相互相関関数Rxyは0に近づく。これにより定在波等の不要振動の成分を検出することができるので、この成分を除去することができる。なお、相互相関関数Rxyは、クロススペクトルの逆フーリエ変換により求めることができる。
[X (t): Waveform based on received signal in state m (m is arbitrary), y (t): Waveform based on received signal in state n (n is arbitrary)]
By using the cross-correlation function R xy , the similarity between the two signals can be obtained. If the two signals are completely different, the cross-correlation function R xy approaches zero regardless of τ. As a result, an unnecessary vibration component such as a standing wave can be detected, so that this component can be removed. The cross-correlation function R xy can be obtained by inverse Fourier transform of the cross spectrum.
また、自己相関関数を用いることもできる。自己相関関数は、波形x(t)とそれをτだけずらした波形x(t+τ)を用いたずらし量τの関数で、次式のように定義される。 An autocorrelation function can also be used. The autocorrelation function is a function of a shift amount τ using a waveform x (t) and a waveform x (t + τ) obtained by shifting the waveform x (t) by τ, and is defined as follows.
自己相関関数Rxxはτ=0すなわち自身の積をとったときに最大値となり、波形が周期的ならば、自己相関関数も同じ周期でピークを示す。また、不規則信号では、変動がゆっくりならばτが大きいところで高い値となり、細かく変動するときはτが小さいところで高い値を示して、τ は変動の時間的な目安となる。これにより定在波等の不要振動の成分を検出することができるので、この成分を除去することができる。なお、パワースペクトルの逆フーリエ変換により自己相関関数を求めることができる。 The autocorrelation function R xx becomes a maximum value when τ = 0, that is, the product of itself, and if the waveform is periodic, the autocorrelation function also shows a peak with the same period. For irregular signals, if the fluctuation is slow, the value becomes high when τ is large, and if it fluctuates finely, a high value is shown when τ is small, and τ is a temporal measure of the fluctuation. As a result, an unnecessary vibration component such as a standing wave can be detected, so that this component can be removed. An autocorrelation function can be obtained by inverse Fourier transform of the power spectrum.
なお、相関関数を用いる以外にも、状態mでの受信信号に基づく波形と状態nでの受信信号に基づく波形との差分を求めることにより、定在波等の不要振動成分を取り除くようにしてもよい。 In addition to using the correlation function, an unnecessary vibration component such as a standing wave is removed by obtaining a difference between the waveform based on the received signal in the state m and the waveform based on the received signal in the state n. Also good.
演算処理回路116には、記憶装置113に格納された信号(状態1での受信信号)と記憶装置114に格納された信号(状態2での受信信号)とが入力される。演算処理回路116では、2信号間の相関を求めるか、または差分を求めることにより、不要振動成分を状態2での受信信号から取り除く。 The arithmetic processing circuit 116 receives a signal stored in the storage device 113 (received signal in state 1) and a signal stored in the storage device 114 (received signal in state 2). The arithmetic processing circuit 116 removes unnecessary vibration components from the received signal in the state 2 by obtaining a correlation between two signals or obtaining a difference.
演算処理回路117には、記憶装置114に格納された信号(状態2での受信信号)と記憶装置115に格納された信号(状態3での受信信号)とが入力される。演算処理回路117でも同様に、2信号間の相関を求めるか、または差分を求めることにより、状態3での受信信号から状態2での受信信号を取り除くができる。これにより、同時に不要振動成分も取り除くことができる。 The arithmetic processing circuit 117 receives a signal stored in the storage device 114 (received signal in the state 2) and a signal stored in the storage device 115 (received signal in the state 3). Similarly, the arithmetic processing circuit 117 can remove the reception signal in the state 2 from the reception signal in the state 3 by obtaining the correlation between the two signals or obtaining the difference. Thereby, unnecessary vibration components can be removed at the same time.
演算処理回路118では、演算処理回路116及び117で得られた信号の和を算出する。これにより管腔壁の輪郭画像(管腔壁の表面凹凸情報)と断層画像(深さ方向の情報)が同時に得られる。なお、相関関数を用いて演算処理回路116及び117で得られた信号の相関を求めても良い。 The arithmetic processing circuit 118 calculates the sum of the signals obtained by the arithmetic processing circuits 116 and 117. Thereby, a contour image of the lumen wall (surface unevenness information of the lumen wall) and a tomographic image (information in the depth direction) are obtained at the same time. Note that the correlation of signals obtained by the arithmetic processing circuits 116 and 117 may be obtained using a correlation function.
操作部123は、スイッチ回路119の切り替えを操作するためのものである。操作部123を操作することによりスイッチ回路119のスイッチの切り替えて、出力したい状態の画像を選択することができる。すなわち、選択端子Q1(120)が選択された場合には、演算処理回路116で演算処理された信号を画像変換器124へ出力することができる。また、選択端子Q2(121)が選択された場合には、演算処理回路118で演算処理された信号を画像変換器124へ出力することができる。また、選択端子Q3(122)が選択された場合には、演算処理回路117で演算処理された信号を画像変換器124へ出力することができる。 The operation unit 123 is for operating switching of the switch circuit 119. By operating the operation unit 123, the switch of the switch circuit 119 can be switched to select an image to be output. That is, when the selection terminal Q1 (120) is selected, the signal that has been subjected to the arithmetic processing by the arithmetic processing circuit 116 can be output to the image converter 124. When the selection terminal Q 2 (121) is selected, a signal that has been subjected to arithmetic processing by the arithmetic processing circuit 118 can be output to the image converter 124. In addition, when the selection terminal Q3 (122) is selected, a signal that has been subjected to arithmetic processing by the arithmetic processing circuit 117 can be output to the image converter 124.
画像変換器124に入力される前の信号は時間軸信号であるが、この信号は画像変換器124を介することで、画像信号へ変換される。そして、このようにして得られた画像信号がモニタ4−1に出力され、モニタ4−1に超音波診断画像が表示される。 The signal before being input to the image converter 124 is a time axis signal, but this signal is converted into an image signal via the image converter 124. The image signal obtained in this way is output to the monitor 4-1, and an ultrasonic diagnostic image is displayed on the monitor 4-1.
以上より、静電容量型超音波振動子を用いることとにより、超音波振動子が体腔内壁に対して接触及び非接触の両方の状態で、超音波の送受信が可能であり、かつ、この状態を検知することにより、それぞれの状態で受信した超音波の受信信号を対応したチャンネルに伝送することができる。 As described above, by using the capacitive ultrasonic transducer, the ultrasonic transducer can transmit and receive ultrasonic waves in both a contact state and a non-contact state with respect to the inner wall of the body cavity. By detecting this, it is possible to transmit an ultrasonic reception signal received in each state to a corresponding channel.
従来のような接触固定して断層像を得ることが出来るのに加え、「非接触診断」が可能になる。「非接触診断」は体腔内を挿通している最中にも、管腔壁表面の組識形状情報が得られる。つまり、従来の超音波診断では不可能だった超音波診断が可能になる。 In addition to being able to obtain tomographic images with contact fixation as in the prior art, “non-contact diagnosis” becomes possible. In the “non-contact diagnosis”, the tissue shape information on the surface of the lumen wall can be obtained even during insertion through the body cavity. In other words, it is possible to perform ultrasonic diagnosis that was impossible with conventional ultrasonic diagnosis.
また、各状態で得られた受信信号間での相関または差分を求める信号処理を行うことにより、不要な振動である定在波成分(ノイズ成分)を除去することができる。したがって、従来よりも鮮明な超音波診断画像を得ることができる。 In addition, by performing signal processing for obtaining a correlation or difference between received signals obtained in each state, a standing wave component (noise component) that is unnecessary vibration can be removed. Therefore, it is possible to obtain an ultrasonic diagnostic image that is clearer than before.
また、ノイズ成分である定在波等の不要振動成分を超音波診断画像より除去することができるため、クリアな画像信号を得ることができる。それにより、体腔内壁に非接触の状態で超音波診断画像を撮影した場合でも、はっきりとした体腔内壁の輪郭形状が表された超音波診断画像を得ることができる。 Further, since unnecessary vibration components such as standing waves that are noise components can be removed from the ultrasonic diagnostic image, a clear image signal can be obtained. Thereby, even when an ultrasound diagnostic image is photographed in a non-contact state on the inner wall of the body cavity, an ultrasound diagnostic image showing a clear contour shape of the inner wall of the body cavity can be obtained.
また、各状態での受信信号を組み合わせて信号処理を行うことにより、体腔内壁の輪郭画像及び生体組織断層画像を得ることができる。
また、光センサ等の検知手段を用いることにより、超音波振動子が体腔内壁に接触しているか否かの検知を行うことができるため、超音波振動子の状態を検知することができる。
Further, by performing signal processing by combining the received signals in each state, it is possible to obtain a contour image and a biological tissue tomographic image of the inner wall of the body cavity.
Further, by using detection means such as an optical sensor, it is possible to detect whether or not the ultrasonic transducer is in contact with the body cavity inner wall, so that the state of the ultrasonic transducer can be detected.
なお、本実施形態では体腔内壁の輪郭画像及び生体組織断層画像を得るためにラジアルタイプの静電容量型超音波振動子を用いたが、定在波等の不要振動成分の除去に関しては、コンベックスタイプでもリニアタイプ等でも採用することができる。また、超音波振動子の状態を検知するのに本実施形態では光センサを用いたが、体腔内壁に接触しているか否かの検知に関しては、例えば、圧力センサを用いても良い。また、本実施形態では、定在波等の不要振動成分のみを静電容量型振動子で感知するために、超音波無響セル内で超音波を放射したが、これに限定されずに、超音波の反射しない無響環境であればよい。 In this embodiment, a radial capacitive ultrasonic transducer is used to obtain a contour image of a body cavity inner wall and a biological tissue tomographic image. However, regarding the removal of unnecessary vibration components such as standing waves, Both types and linear types can be used. In this embodiment, the optical sensor is used to detect the state of the ultrasonic transducer. However, for example, a pressure sensor may be used to detect whether or not the body is in contact with the inner wall of the body cavity. Further, in the present embodiment, in order to detect only unnecessary vibration components such as standing waves with the capacitive vibrator, ultrasonic waves are radiated in the ultrasonic anechoic cell. Any anechoic environment that does not reflect ultrasonic waves may be used.
<第2の実施形態>
第1の実施形態では、光センサを用いて超音波振動子が体腔内壁に接触しているか否かを検知したが、本実施形態では、受信した超音波の周波数の相違により音波振動子が体腔内壁に接触しているか否かを検知する場合について説明する。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, the optical sensor is used to detect whether the ultrasonic transducer is in contact with the inner wall of the body cavity. However, in this embodiment, the ultrasonic transducer is detected by the difference in the frequency of the received ultrasound. A case where it is detected whether or not it is in contact with the inner wall will be described.
図11は、本実施形態における超音波振動子を対象物に接触させた場合と接触させない場合での周波数特性を示したグラフである。このグラフの縦軸は相対振幅(縦軸の値の最大値で除した(規格化した)ときの値)、横軸は周波数を示す。 FIG. 11 is a graph showing frequency characteristics when the ultrasonic transducer according to this embodiment is brought into contact with an object and when it is not brought into contact. The vertical axis of this graph represents relative amplitude (value obtained by dividing (normalized) by the maximum value of the vertical axis), and the horizontal axis represents frequency.
130は、超音波振動子を対象物に非接触にした状態での周波数特性を示す。131は、超音波振動子を対象物に非接触にした状態(曲線130)でのピーク周波数(fc_非接触)を示す。132は、超音波振動子を対象物に接触させた状態での周波数特性を示す。133は、超音波振動子を対象物に接触状態(曲線132)でのピーク周波数(fc_接触)を示す。 Reference numeral 130 denotes a frequency characteristic in a state where the ultrasonic transducer is not in contact with the object. Reference numeral 131 denotes a peak frequency (fc_non-contact) in a state where the ultrasonic transducer is not in contact with the object (curve 130). Reference numeral 132 denotes frequency characteristics in a state where the ultrasonic transducer is in contact with the object. Reference numeral 133 denotes a peak frequency (fc_contact) when the ultrasonic transducer is in contact with the object (curve 132).
このグラフから対象物、すなわち体腔内の器官壁面に接触状態にあるか非接触状態にあるかにより放射される超音波の周波数特性に大きな差がある。このような接触/非接触による周波数特性の変化について、例えば、非特許文献2の図4に記載されている。この非特許文献2によると、(1)メンブレンから見た音響負荷(水/空気)の音響インピーダンスの違い、(2)メンブレン背面にあるキャビティの内圧が音響負荷(水/空気)によって異なる、(3)高周波超音波が空気中に放出されにくい、という理由から接触/非接触による周波数特性の変化が生じる旨が記載されている。 From this graph, there is a large difference in the frequency characteristics of ultrasonic waves radiated depending on whether the object is in contact with or not in contact with the organ wall in the body cavity. Such a change in frequency characteristics due to contact / non-contact is described in FIG. 4 of Non-Patent Document 2, for example. According to this Non-Patent Document 2, (1) the difference in acoustic impedance of the acoustic load (water / air) seen from the membrane, (2) the internal pressure of the cavity on the back of the membrane varies depending on the acoustic load (water / air), 3) It is described that frequency characteristics change due to contact / non-contact because high-frequency ultrasonic waves are not easily released into the air.
したがって、fc_接触とfc_非接触との間に閾値を設けることで、その閾値を境にしていずれの状態(曲線130または曲線132)であるかということを判別することができる。 Therefore, by providing a threshold value between fc_contact and fc_non-contact, it is possible to determine which state (curve 130 or curve 132) is that threshold.
図12は、本実施形態における体腔内超音波診断システムの内部構成の概要を示す。同図は、図10から光センサ102と光センサー信号処理回路105とを取り除いて、その代わりにローパスフィルタ125と検波器126を追加したものである。 FIG. 12 shows an outline of the internal configuration of the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system in the present embodiment. This figure is obtained by removing the optical sensor 102 and the optical sensor signal processing circuit 105 from FIG. 10 and adding a low-pass filter 125 and a detector 126 instead.
チャージアンプ103で検出された電荷情報に基づく信号は、ローパスフィルタ125に入力される。ローパスフィルタ125では、予め設定された閾値より低い周波数の信号を通過させるものである。よって、ローパスフィルタ125を通過する信号は超音波振動子を対象物に非接触にした状態での受信信号であり、通過できない信号は超音波振動子を対象物に接触させた状態での受信信号であることを判別することができる。 A signal based on the charge information detected by the charge amplifier 103 is input to the low-pass filter 125. The low-pass filter 125 passes a signal having a frequency lower than a preset threshold value. Therefore, the signal that passes through the low-pass filter 125 is a reception signal in a state where the ultrasonic transducer is not in contact with the object, and the signal that cannot pass is a reception signal in a state where the ultrasonic transducer is in contact with the object. Can be determined.
検波器126は、ローパスフィルタ125から出力された信号(交流信号)を検波して、スイッチ回路106を駆動させるための直流信号に変換するものである。超音波受信信号が低周波数の場合にはローパスフィルタ125を通過して、その超音波受信信号が検波器126に入力され、AC/DC変換が行われる。超音波受信信号が高周波数の時はローパスフィルタ125でカットされるので、検波器126には超音波受信信号が入力されず、したがって検波器126からの出力もない。また、図8で、超音波無響セル70内での受信信号は低レベルのノイズ以外に観測されないので、検波器126からの出力はこの場合にもない。したがって、検波器126からの出力は、キャリブレーション信号検出時(図8)はゼロ、管腔内挿入時(図9(a))は、高レベル出力、接触固定時(図9(b))は低レベル出力となる。この検波出力の差異によってスイッチ回路106のスイッチをSW1(107)→SW2(108)→SW3(109)と切り替え、上記各状態での受信信号をAD変換器110,111,112に伝送する。その後の動作は第1の実施形態と同様である。 The detector 126 detects the signal (AC signal) output from the low-pass filter 125 and converts it to a DC signal for driving the switch circuit 106. When the ultrasonic reception signal has a low frequency, it passes through the low-pass filter 125, and the ultrasonic reception signal is input to the detector 126 to perform AC / DC conversion. When the ultrasonic reception signal has a high frequency, the low-pass filter 125 cuts the ultrasonic reception signal. Therefore, the ultrasonic reception signal is not input to the detector 126, and therefore there is no output from the detector 126. Further, in FIG. 8, since the received signal in the ultrasonic anechoic cell 70 is not observed except for the low level noise, there is no output from the detector 126 in this case. Therefore, the output from the detector 126 is zero when the calibration signal is detected (FIG. 8), high level output when inserted into the lumen (FIG. 9A), and when the contact is fixed (FIG. 9B). Becomes a low level output. The switch of the switch circuit 106 is switched from SW1 (107) → SW2 (108) → SW3 (109) according to the difference in the detection output, and the received signals in the above states are transmitted to the AD converters 110, 111, and 112. The subsequent operation is the same as that of the first embodiment.
以上より、周波数特性の相違を判別することにより、体外か、または超音波振動子が体腔内にあり内壁に接触しているか非接触かの検知を行うことができるため、超音波振動子の状態を検知することができる。 As described above, by determining the difference in frequency characteristics, it is possible to detect whether the ultrasonic transducer is outside the body, or whether the ultrasonic transducer is in the body cavity and is in contact with the inner wall or non-contact. Can be detected.
<第3の実施形態>
本実施形態では、各状態で得られた超音波受信信号に基づく信号処理のバリエーションについて説明する。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, variations of signal processing based on ultrasonic reception signals obtained in each state will be described.
図13は、本実施形態における複数パターンの信号処理を行う演算制御回路150を示す。演算制御回路150は、図10の演算処理回路(116,117,118)及びスイッチ回路119に相当する回路群である。 FIG. 13 shows an arithmetic control circuit 150 that performs signal processing of a plurality of patterns in the present embodiment. The arithmetic control circuit 150 is a circuit group corresponding to the arithmetic processing circuits (116, 117, 118) and the switch circuit 119 of FIG.
演算制御回路150は、分配器151,152,153、演算処理回路154,155,156,157,158,159、スイッチ回路161から構成される。分配器151,152,153は、対応する記憶装置113,114,115から出力された信号を各演算処理回路へ分配するものである。演算処理回路154〜159では、入力された2つの受信信号の相関、差、または和を算出するものである。 The arithmetic control circuit 150 includes distributors 151, 152, 153, arithmetic processing circuits 154, 155, 156, 157, 158, 159, and a switch circuit 161. The distributors 151, 152, and 153 distribute the signals output from the corresponding storage devices 113, 114, and 115 to the respective arithmetic processing circuits. The arithmetic processing circuits 154 to 159 calculate the correlation, difference, or sum of the two input reception signals.
第1または第2の実施形態において、光センサー信号処理回路105(図10)または検波器(図12)から出力されたスイッチ制御信号141がスイッチ回路106に入力されると、上述の通り、そのスイッチ制御信号141の情報に基づいてスイッチが切り替わる。 In the first or second embodiment, when the switch control signal 141 output from the optical sensor signal processing circuit 105 (FIG. 10) or the detector (FIG. 12) is input to the switch circuit 106, as described above, The switch is switched based on the information of the switch control signal 141.
そうすると、チャージアンプ103で検出された電荷情報に基づく信号(受信信号140)は、スイッチ回路106の切り替え先に基づいて、AD変換器110,111,112のいずれかに入力される。AD変換器110,111,112では、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。その変換された受信信号140は、変換器110,111,112に対応する記憶装置113,114,115に入力され、記憶される。 Then, a signal (reception signal 140) based on the charge information detected by the charge amplifier 103 is input to any of the AD converters 110, 111, and 112 based on the switching destination of the switch circuit 106. The AD converters 110, 111, and 112 convert the input analog signal into a digital signal. The converted received signal 140 is input to and stored in the storage devices 113, 114, 115 corresponding to the converters 110, 111, 112.
その後、操作者は、操作部123を用いて、受信信号をどのような態様で表示させるかを選択する。そうすると、操作部123からスイッチ制御信号145が出力され、スイッチ回路161に入力される。スイッチ回路161では、スイッチ制御信号145に基づいて、選択端子161a,161b,161c,161d,161e,161f,161g,161h,161iのいずれかがONになる。そうすると、ONになった選択端子に接続された演算処理回路が動作することになる。 Thereafter, the operator uses the operation unit 123 to select in what manner the received signal is displayed. Then, a switch control signal 145 is output from the operation unit 123 and input to the switch circuit 161. In the switch circuit 161, based on the switch control signal 145, any of the selection terminals 161a, 161b, 161c, 161d, 161e, 161f, 161g, 161h, 161i is turned on. Then, the arithmetic processing circuit connected to the selection terminal turned on operates.
また、操作部123からの信号に基づいて、記憶装置制御信号142,143,144が発生する。記憶装置113では、記憶装置制御信号142を受信した場合、格納されている状態1の受信信号(以下、S1という)を分配器151に出力する。記憶装置114では、記憶装置制御信号143を受信した場合、格納されている状態2の受信信号(以下、S2という)を分配器152に出力する。記憶装置115では、記憶装置制御信号144を受信した場合、格納されている状態3の受信信号(以下、S3という)を分配器153に出力する。 Further, storage device control signals 142, 143, and 144 are generated based on signals from the operation unit 123. When the storage device 113 receives the storage device control signal 142, the storage device 113 outputs the stored reception signal of state 1 (hereinafter referred to as S 1) to the distributor 151. When the storage device 114 receives the storage device control signal 143, the storage device 114 outputs the stored reception signal of state 2 (hereinafter referred to as S <b> 2) to the distributor 152. When the storage device 115 receives the storage device control signal 144, the storage device 115 outputs the stored reception signal in the state 3 (hereinafter referred to as S 3) to the distributor 153.
そうすると、各記憶装置113〜115から出力された信号が演算処理回路で演算処理され、スイッチ回路161を通って、演算処理信号146として出力され、画像変換器124へ入力されることになる。その後は、第1の実施形態と同様である。 Then, the signals output from the storage devices 113 to 115 are subjected to arithmetic processing by the arithmetic processing circuit, output as the arithmetic processing signal 146 through the switch circuit 161, and input to the image converter 124. The subsequent steps are the same as in the first embodiment.
次に各選択端子161がONになった場合の各演算処置について説明する。
(ケース1)選択端子161aがONになった場合、分配器151から出力された信号S1が演算処理信号146として出力される。
Next, each calculation processing when each selection terminal 161 is turned on will be described.
(Case 1) When the selection terminal 161a is turned ON, the signal S1 output from the distributor 151 is output as the arithmetic processing signal 146.
(ケース2)選択端子161dがONになった場合、分配器152から出力された信号S2が演算処理信号146として出力される。
(ケース3)選択端子161iがONになった場合、分配器153から出力された信号S3が演算処理信号146として出力される。
(Case 2) When the selection terminal 161d is turned ON, the signal S2 output from the distributor 152 is output as the arithmetic processing signal 146.
(Case 3) When the selection terminal 161i is turned on, the signal S3 output from the distributor 153 is output as the arithmetic processing signal 146.
(ケース4)選択端子161bがONになった場合、分配器151,152から出力された信号S1,S2が演算処理回路154に入力される。演算処理回路154では、信号S4を生成するため、S4=S2−S1の演算処理を行う。そして、生成された信号S4が演算処理信号146として出力される。 (Case 4) When the selection terminal 161b is turned ON, the signals S1 and S2 output from the distributors 151 and 152 are input to the arithmetic processing circuit 154. The arithmetic processing circuit 154 performs an arithmetic process of S4 = S2-S1 in order to generate the signal S4. Then, the generated signal S4 is output as the arithmetic processing signal 146.
(ケース5)選択端子161fがONになった場合、分配器151,153から出力された信号S1,S3が演算処理回路155に入力される。演算処理回路155では、信号S5を生成するため、S5=S3−S1の演算処理を行う。そして、生成された信号S5が演算処理信号146として出力される。 (Case 5) When the selection terminal 161f is turned ON, the signals S1 and S3 output from the distributors 151 and 153 are input to the arithmetic processing circuit 155. The arithmetic processing circuit 155 performs the arithmetic processing of S5 = S3-S1 in order to generate the signal S5. Then, the generated signal S5 is output as the arithmetic processing signal 146.
(ケース6)選択端子161hがONになった場合、分配器152,153から出力された信号S2,S3が演算処理回路156に入力される。演算処理回路156では、信号S6を生成するため、S6=S3−S1の演算を行う。そして、生成された信号S6が演算処理信号146として出力される。 (Case 6) When the selection terminal 161h is turned ON, the signals S2 and S3 output from the distributors 152 and 153 are input to the arithmetic processing circuit 156. The arithmetic processing circuit 156 performs the calculation of S6 = S3−S1 in order to generate the signal S6. Then, the generated signal S6 is output as the arithmetic processing signal 146.
(ケース7)選択端子161cがONになった場合、演算処理回路154,155で生成された信号S4,S5が演算処理回路157に入力される。演算処理回路157では、信号S7を生成するため、S7=S4+S5の演算を行う。そして、生成された信号S7が演算処理信号146として出力される。 (Case 7) When the selection terminal 161c is turned ON, the signals S4 and S5 generated by the arithmetic processing circuits 154 and 155 are input to the arithmetic processing circuit 157. The arithmetic processing circuit 157 performs an operation of S7 = S4 + S5 in order to generate the signal S7. Then, the generated signal S7 is output as the arithmetic processing signal 146.
(ケース8)選択端子161eがONになった場合、演算処理回路155,156で生成された信号S5,S6が演算処理回路158に入力される。演算処理回路158では、信号S8を生成するため、S8=S5+S6の演算を行う。そして、生成された信号S8が演算処理信号146として出力される。 (Case 8) When the selection terminal 161e is turned ON, the signals S5 and S6 generated by the arithmetic processing circuits 155 and 156 are input to the arithmetic processing circuit 158. The arithmetic processing circuit 158 performs an operation of S8 = S5 + S6 in order to generate the signal S8. Then, the generated signal S8 is output as the arithmetic processing signal 146.
(ケース9)選択端子161gがONになった場合、演算処理回路154,156で生成された信号S4,S6が演算処理回路159に入力される。演算処理回路159では、信号S9を生成するため、S9=S4+S6の演算を行う。そして、生成された信号S9が演算処理信号146として出力される。 (Case 9) When the selection terminal 161g is turned ON, the signals S4 and S6 generated by the arithmetic processing circuits 154 and 156 are input to the arithmetic processing circuit 159. The arithmetic processing circuit 159 performs an operation of S9 = S4 + S6 in order to generate the signal S9. Then, the generated signal S9 is output as the arithmetic processing signal 146.
ここで、各演算処理について詳述する。S1は、例えば、図8(状態1)における超音波無響セル70での測定データ(これは、超音波送信にともなって発生する振動子(駆動信号も含む)由来のノイズやゆらぎに関するノイズデータであって、振動子由来のノイズの中には、c−MUT特有の面内横波伝播に関係するクロストーク振動波や定在波が含まれているものである。 Here, each calculation process will be described in detail. S1 is, for example, measurement data in the ultrasonic anechoic cell 70 in FIG. 8 (state 1) (this is noise data related to noise and fluctuations derived from transducers (including drive signals) generated with ultrasonic transmission) In the noise derived from the vibrator, a crosstalk vibration wave and a standing wave related to the in-plane transverse wave propagation unique to c-MUT are included.
S2は、図9(a)(状態2)における体腔内を挿通している最中の受信超音波データであって、空中超音波を用いて非接触で体腔内の管腔壁からの表面反射信号に相当するものである。この信号の中にも、振動子(駆動信号も含む)由来のノイズやゆらぎに関するノイズ信号が含まれている。従って、「S4=S2−S1」という演算で、このノイズ信号を除去することが可能となる。 S2 is the received ultrasonic data during insertion through the body cavity in FIG. 9A (state 2), and the surface reflection from the lumen wall in the body cavity without contact using the aerial ultrasound. It corresponds to a signal. Among these signals, noise signals related to noise and fluctuations derived from vibrators (including drive signals) are also included. Therefore, this noise signal can be removed by the calculation “S4 = S2−S1”.
次に、S3は、図9(b)(状態3)における振動子を管腔壁表面に接触固定した場合における深部診断測定情報を含むデータであって、深部反射信号に相当するものである。この信号の中には、S1とS2の信号成分が含まれている。この場合、S1信号はノイズ信号なので、除去することが必要であるため、「S5=S3−S1」という演算になる。 Next, S3 is data including deep diagnostic measurement information when the transducer in FIG. 9B (state 3) is fixed in contact with the surface of the lumen wall, and corresponds to a deep reflection signal. This signal includes signal components S1 and S2. In this case, since the S1 signal is a noise signal, it is necessary to remove the S1 signal. Therefore, the calculation is “S5 = S3−S1”.
一方、S2信号にもノイズ信号が含まれているので、「S6=S3−S2」の演算でも良い場合もあるが、同時にS3に含まれている管腔壁からの表面反射信号をも除去することになってしまう。この様な信号処理は、一方で生体の管腔壁表面の組識情報を失うという欠点もあるが、他方で、管腔壁表面の組識情報を削除することによって、深部診断像を見やすくするという長所もある。この様に、「S5=S3−S1」を使うか、「S6=S3−S2」を使うかは操作者の裁量に委ねられる。このため、診断の自由度を向上させることにつながる。 On the other hand, since the noise signal is also included in the S2 signal, the calculation of “S6 = S3−S2” may be performed, but at the same time, the surface reflection signal from the lumen wall included in S3 is also removed. It will be. On the one hand, such signal processing has the disadvantage of losing the tissue information on the surface of the luminal wall of the living body, but on the other hand, it is easier to see the deep diagnostic image by deleting the tissue information on the surface of the luminal wall. There is also an advantage. In this way, whether to use “S5 = S3-S1” or “S6 = S3-S2” is left to the discretion of the operator. For this reason, it leads to improving the freedom degree of a diagnosis.
なお、「S7=S4+S5」は、ノイズを除去した管腔壁からの表面反射信号とノイズを除去した深部診断信号とを加算したもので、これによって、表面から深部までムラなく診断が出来る。また、「S8=S5+S6」及び「S9=S4+S6」についても各種の信号の利点を備えた画像をえることができる。 Note that “S7 = S4 + S5” is a sum of the surface reflection signal from the lumen wall from which noise has been removed and the deep diagnostic signal from which noise has been removed, thereby enabling diagnosis from the surface to the deep portion without any unevenness. In addition, for “S8 = S5 + S6” and “S9 = S4 + S6”, images having various signal advantages can be obtained.
ところで、操作者は元の信号はどうであったか、ということにも関心がある場合があり、単独の信号S1、S2,S3も選択して検知出来ることが、スイッチ回路161の配設によって可能となる。本実施形態には演算処理信号143の以降の信号処理について詳しくは述べていないが、例えば呈示装置23であるモニター画面に、別々のウィンドウで表示することが可能となる。 By the way, the operator may be interested in how the original signal was, and the arrangement of the switch circuit 161 makes it possible to select and detect the single signals S1, S2, and S3. Become. Although the signal processing subsequent to the arithmetic processing signal 143 is not described in detail in this embodiment, for example, it can be displayed on a monitor screen which is the presentation device 23 in a separate window.
また、本実施形態では、演算処理装置154,155,156において、入力された2信号間の差を算出したが、第1の実施形態と同様に、相関関数(相互相関、自己相関)を用いても良い。 In the present embodiment, the arithmetic processing devices 154, 155, and 156 calculate the difference between the two input signals. However, as in the first embodiment, a correlation function (cross-correlation, autocorrelation) is used. May be.
さらに、ドップラー信号制御、ハーモニックイメージングに静電容量型超音波振動子は対応可能で、本発明による超音波診断システムを適用することが可能である。
以上より、操作者の選択により、各状態で得られた超音波受信信号に基づいて様々なパターンの信号処理を行うことができる。これにより、生成される超音波診断画像もその信号処理に対応した特徴を備えることができるので、多面的に診断を行うことができる。
Furthermore, the capacitive ultrasonic transducer can cope with Doppler signal control and harmonic imaging, and the ultrasonic diagnostic system according to the present invention can be applied.
As described above, various patterns of signal processing can be performed based on the ultrasonic reception signals obtained in the respective states according to the selection of the operator. As a result, the ultrasonic diagnostic image to be generated can also be provided with features corresponding to the signal processing, so that diagnosis can be performed from multiple aspects.
1 体腔内超音波診断システム
2 超音波内視鏡スコープ
2−1 静電容量型超音波振動子
3 信号処理部
3−1 記憶制御手段
3−2 記憶手段
3−3 演算手段
200 画像処理部
200−1 画像構築手段
3−5 振動子状態判別手段
3−5a 状態検知手段
3−5b 検知情報判別手段
4 表示手段
4−1 モニタ
5 挿入部
6 静電容量型ラジアルセクタ走査アレイ超音波振動子
7 湾曲部
8 可撓管部
9 操作部
10 ユニバーサルコード
11 スコープコネクタ
20 2次元アレイ振動子
21 送受信回路
22 同軸ケーブルバンドル
31 配線用FPC
32 振動子ユニット
33 振動子エレメント
34 制御回路ユニット
40,48,49 振動子セル電極間インターコネクト電極
41 上部電極
42 キャビティ周縁部
43 犠牲層剤除去孔
44 下部電極スルーホール電極部
45 ダイシングライン
46 振動子エレメント間溝
47 振動子ユニット配列方向溝
50 セル
51 キャビティ
52 メンブレン下層
54 メンブレン上層
55 接地電極パッド
56 信号入出力端子電極パッド
57 誘電体膜
58 メンブレン支持部
59 インターコネクト配線
60 空乏層
61 シリコン基板
62 シリコン酸化膜
63 下部電極
70 超音波無響セル
300 超音波内視鏡観測装置
101 静電容量型超音波振動子
102 光センサ
103 チャージアンプ
104 パルサー(パルス発生回路)
105 光センサー信号処理回路
106 スイッチ回路
110,111,112 AD変換器
113,114,115 記憶装置
116,117,118 演算処理回路
119 スイッチ回路
123 操作部
124 画像変換器
125 ローパスフィルタ
126 検波器
150 演算制御回路
151,152,153 分配器
154,155,156,157,158,159 演算処理回路
161 スイッチ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Intracorporeal ultrasound diagnostic system 2 Ultrasound endoscope scope 2-1 Capacitive ultrasonic transducer 3 Signal processing unit 3-1 Storage control unit 3-3 Storage unit 3-3 Calculation unit 200 Image processing unit 200 -1 Image construction unit 3-5 Vibrator state determination unit 3-5a State detection unit 3-5b Detection information determination unit 4 Display unit 4-1 Monitor 5 Insertion unit 6 Capacitive radial sector scanning array ultrasonic transducer 7 Bending portion 8 Flexible tube portion 9 Operating portion 10 Universal cord 11 Scope connector 20 Two-dimensional array transducer 21 Transceiver circuit 22 Coaxial cable bundle 31 FPC for wiring
32 vibrator unit 33 vibrator element 34 control circuit unit 40, 48, 49 interconnect electrode between vibrator cell electrodes 41 upper electrode 42 cavity peripheral edge 43 sacrificial layer agent removal hole 44 lower electrode through-hole electrode part 45 dicing line 46 vibrator Inter-element groove 47 Oscillator unit arrangement direction groove 50 cell 51 cavity 52 membrane lower layer 54 membrane upper layer 55 ground electrode pad 56 signal input / output terminal electrode pad 57 dielectric film 58 membrane support 59 interconnect wiring 60 depletion layer 61 silicon substrate 62 silicon Oxide film 63 Lower electrode 70 Ultrasonic anechoic cell 300 Ultrasound endoscope observation apparatus 101 Capacitive ultrasonic transducer 102 Optical sensor 103 Charge amplifier 104 Pulser (pulse generation circuit)
105 Photosensor signal processing circuit 106 Switch circuit 110, 111, 112 AD converter 113, 114, 115 Storage device 116, 117, 118 Arithmetic processing circuit 119 Switch circuit 123 Operation unit 124 Image converter 125 Low-pass filter 126 Detector 150 Operation Control circuit 151, 152, 153 Distributor 154, 155, 156, 157, 158, 159 Arithmetic processing circuit 161 Switch circuit
Claims (23)
前記静電容量型超音波振動子の接触の有無を判別する振動子状態判別手段と、
前記静電容量型超音波振動子によって感知された感知情報を記憶する記憶手段と、
前記振動子状態判別手段による判別結果に基づいて、該判別結果に対応する前記記憶手段に、前記感知情報を記憶させる記憶制御手段と、
前記記憶手段に記憶された前記感知情報のうちの少なくとも1つの該感知情報を用いて、演算処理を行う演算手段と、
前記演算手段により演算処理された演算結果から、超音波診断画像を構築する画像構築手段と、
を備えることを特徴とする体腔内超音波診断システム。 An ultrasonic endoscope scope provided with a capacitive ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves;
Vibrator state discriminating means for discriminating the presence or absence of contact of the capacitive ultrasonic transducer;
Storage means for storing sensing information sensed by the capacitive ultrasonic transducer;
A storage control unit for storing the sensing information in the storage unit corresponding to the determination result based on the determination result by the vibrator state determination unit;
Arithmetic means for performing arithmetic processing using at least one of the sensing information stored in the storage means;
Image construction means for constructing an ultrasound diagnostic image from the computation result computed by the computation means;
An intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system comprising:
前記静電容量型超音波振動子から放射される合成超音波ビームに、前記円筒の周方向に沿ってラジアル走査させるラジアル走査制御手段
を備えることを特徴とする請求項2に記載の体腔内超音波診断システム。 The intracorporeal ultrasound diagnostic system further comprises:
3. The intra-body-cavity superstructure according to claim 2, further comprising: a radial scanning control unit that causes the synthetic ultrasonic beam radiated from the capacitive ultrasonic transducer to perform radial scanning along the circumferential direction of the cylinder. Ultrasonic diagnostic system.
前記静電容量型超音波振動子が、体外、及び体腔内の内壁に到達しているか否かのうちいずれかの状態であることを検知する状態検知手段と、
前記状態検知手段から得られた検知情報に基づいて、前記状態を判別する検知情報判別手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の体腔内超音波診断システム。 The vibrator state determining means includes
State detecting means for detecting whether the capacitive ultrasonic transducer is in any state of whether it reaches the inner wall outside the body and inside the body cavity;
Based on detection information obtained from the state detection means, detection information determination means for determining the state;
The intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 1, comprising:
前記検知情報判別手段は、前記光センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別する
ことを特徴とする請求項9に記載の体腔内超音波診断システム。 The state detection means is an optical sensor provided substantially in the vicinity of the capacitive ultrasonic transducer,
Based on the output of the optical sensor, the detection information discriminating means is in a state in which the capacitive ultrasonic transducer is outside the body or inside the body cavity but is not in contact with the inner wall of the body cavity, or is not in contact with the inner wall of the body cavity It is discriminate | determined whether It is. The intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system of Claim 9 characterized by the above-mentioned.
前記検知情報判別手段は、前記圧力センサの出力に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別する
ことを特徴とする請求項9に記載の体腔内超音波診断システム。 The state detection means is a pressure sensor provided substantially in the vicinity of the capacitive ultrasonic transducer,
The detection information discriminating means is in any state of the capacitive ultrasonic transducer in the body cavity but not in contact with the body cavity inner wall or in the body cavity inner wall non-contact based on the output of the pressure sensor. The intra-body-cavity ultrasonic diagnostic system according to claim 9, wherein:
前記検知情報判別手段は、前記状態検知情報に基づいて、前記静電容量型超音波振動子が体外、体腔内であるが体腔内壁に非接触、及び体腔内壁非接触のうちいずれかの状態であるかを判別する
ことを特徴とする請求項9に記載の体腔内超音波診断システム。 The state detection means generates the state detection information corresponding to the frequency of an electrical signal representing the detection information,
The detection information discriminating means is based on the state detection information when the capacitive ultrasonic transducer is outside the body or inside the body cavity, but is not in contact with the inner wall of the body cavity, or is not in contact with the inner wall of the body cavity. It is discriminate | determined. The intra-body-cavity ultrasonic-diagnosis system of Claim 9 characterized by the above-mentioned.
前記演算手段は、前記第2の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項15に記載の体腔内超音波診断システム。 The sensing information stored in the second storage means of the storage means is the transmission and reception of the ultrasonic waves in a state where the capacitive ultrasonic transducer is in the body cavity but not in contact with the inner wall of the body cavity. Second sensing information sensed,
16. The intracorporeal ultrasound diagnostic system according to claim 15, wherein the calculation means calculates a correlation or difference between the second sensing information and the first sensing information.
前記演算手段は、前記第3の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出することを特徴とする請求項15に記載の体腔内超音波診断システム。 The sensing information stored in the third storage means of the storage means is a third sensing sensed by transmitting and receiving the ultrasound in a state where the capacitive ultrasonic transducer is in contact with the inner wall of the body cavity. Information,
16. The intracorporeal ultrasound diagnostic system according to claim 15, wherein the calculation means calculates a correlation or difference between the third sensing information and the first sensing information.
前記記憶手段のうちの第3の記憶手段に記憶される前記感知情報は、前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第3の感知情報であり、
前記演算手段は、前記第2の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する第1の演算処理を行い、前記第3の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する第2の演算を行い、第1の演算処理の結果と第2の演算処理の結果を加算することを特徴とする請求項15に記載の体腔内超音波診断システム。 The sensing information stored in the second storage means of the storage means is the transmission and reception of the ultrasonic waves in a state where the capacitive ultrasonic transducer is in the body cavity but not in contact with the inner wall of the body cavity. Second sensing information sensed,
The sensing information stored in the third storage means of the storage means is a third sensing sensed by transmitting and receiving the ultrasound in a state where the capacitive ultrasonic transducer is in contact with the inner wall of the body cavity. Information,
The computing means performs a first computing process for calculating a correlation or difference between the second sensing information and the first sensing information, and correlates the third sensing information with the first sensing information. Or the 2nd calculation which calculates a difference is performed, and the result of a 1st calculation process and the result of a 2nd calculation process are added, The intrabody cavity ultrasonic diagnosis system of Claim 15 characterized by the above-mentioned.
前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第1の前記感知情報を記憶する第1の記憶手段と、
前記静電容量型超音波振動子が、体腔内であるが体腔内壁に非接触の状態で、前記超音波を送受して感知した第2の前記感知情報を記憶する第2の記憶手段と、
前記第2の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置。 From sensing information sensed by the capacitive ultrasonic transducer used in an intracorporeal ultrasound diagnostic system having an ultrasonic endoscope scope provided with a capacitive ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves A noise removing device for removing noise components,
First storage means for storing the first sensing information sensed by emitting ultrasonic waves to the capacitive ultrasonic transducer under a condition where the ultrasonic waves are not reflected;
A second storage means for storing the second sensing information sensed by transmitting and receiving the ultrasound in a state where the capacitive ultrasonic transducer is in a body cavity but is not in contact with the inner wall of the body cavity;
An apparatus for removing noise, comprising: an arithmetic means for calculating a correlation or difference between the second sensing information and the first sensing information.
前記超音波の反射しない条件下で、前記静電容量型超音波振動子に超音波を放射させることにより感知された第1の前記感知情報を記憶する第1の記憶手段と、
前記静電容量型超音波振動子が体腔内壁に接触した状態で前記超音波を送受して感知した第3の前記感知情報を記憶する第3の記憶手段と、
前記第3の感知情報と前記第1の感知情報との相関または差分を算出する演算手段とを備えることを特徴とするノイズ除去装置。 From sensing information sensed by the capacitive ultrasonic transducer used in an intracorporeal ultrasound diagnostic system having an ultrasonic endoscope scope provided with a capacitive ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves A noise removing device for removing noise components,
First storage means for storing the first sensing information sensed by emitting ultrasonic waves to the capacitive ultrasonic transducer under a condition where the ultrasonic waves are not reflected;
Third storage means for storing third sensing information sensed by transmitting and receiving the ultrasound in a state where the capacitive ultrasonic transducer is in contact with a body cavity inner wall;
A noise removing apparatus comprising: an operation unit that calculates a correlation or difference between the third sensing information and the first sensing information.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005014415A JP4733988B2 (en) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | Body cavity ultrasound system |
EP05795888A EP1810619B1 (en) | 2004-10-27 | 2005-10-20 | Capacitive ultrasonic transducer and endo cavity ultrasonic diagnosis system using the same |
EP11001279A EP2335595B1 (en) | 2004-10-27 | 2005-10-20 | Capacitive ultrasonic transducer and endo cavity ultrasonic diagnosis system using the same |
PCT/JP2005/019336 WO2006046471A1 (en) | 2004-10-27 | 2005-10-20 | Capacitive micromachined ultrasonic transducer and intracorporeal ultrasound diagnostic system using same |
US11/666,372 US20070299345A1 (en) | 2004-10-27 | 2005-10-20 | Capacitive Ultrasonic Transducer and Endo Cavity Ultrasonic Diagnosis System Using the Same |
US13/040,922 US8930169B2 (en) | 2004-10-27 | 2011-03-04 | Capacitive ultrasonic transducer and endo cavity ultrasonic diagnosis system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005014415A JP4733988B2 (en) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | Body cavity ultrasound system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006198240A JP2006198240A (en) | 2006-08-03 |
JP4733988B2 true JP4733988B2 (en) | 2011-07-27 |
Family
ID=36956732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005014415A Expired - Fee Related JP4733988B2 (en) | 2004-10-27 | 2005-01-21 | Body cavity ultrasound system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4733988B2 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4790315B2 (en) * | 2005-05-31 | 2011-10-12 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Capacitive ultrasonic transducer |
US8465431B2 (en) * | 2005-12-07 | 2013-06-18 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Multi-dimensional CMUT array with integrated beamformation |
JP4839176B2 (en) * | 2006-10-12 | 2011-12-21 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Ultrasonic transducer and ultrasonic diagnostic apparatus |
JP4294678B2 (en) * | 2006-10-30 | 2009-07-15 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Ultrasonic transducer, method for manufacturing ultrasonic transducer, and ultrasonic endoscope |
JP5008946B2 (en) * | 2006-10-30 | 2012-08-22 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | Ultrasonic transducer, method for manufacturing ultrasonic transducer, and ultrasonic endoscope |
US8540640B2 (en) | 2007-03-20 | 2013-09-24 | Hitachi Medical Corporation | Ultrasonic probe and method for manufacturing the same and ultrasonic diagnostic device |
JP5188188B2 (en) * | 2008-01-15 | 2013-04-24 | キヤノン株式会社 | Manufacturing method of capacitive ultrasonic transducer |
US8998812B2 (en) * | 2010-09-13 | 2015-04-07 | General Electric Company | Ultrasound method and probe for electromagnetic noise cancellation |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002043593A1 (en) * | 2000-12-01 | 2002-06-06 | The Cleveland Clinic Foundation | Miniature ultrasound transducer |
JP2005511115A (en) * | 2001-07-31 | 2005-04-28 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ultrasonic probe using ribbon cable mounting system |
-
2005
- 2005-01-21 JP JP2005014415A patent/JP4733988B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002043593A1 (en) * | 2000-12-01 | 2002-06-06 | The Cleveland Clinic Foundation | Miniature ultrasound transducer |
JP2005511115A (en) * | 2001-07-31 | 2005-04-28 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ultrasonic probe using ribbon cable mounting system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006198240A (en) | 2006-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2335595B1 (en) | Capacitive ultrasonic transducer and endo cavity ultrasonic diagnosis system using the same | |
JP4733988B2 (en) | Body cavity ultrasound system | |
JP4575372B2 (en) | Capacitive ultrasonic probe device | |
US8333703B2 (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP4294376B2 (en) | Ultrasonic diagnostic probe device | |
CN110997165B (en) | Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer (CMUT) apparatus and control method | |
JP2006198239A (en) | Ultrasonic diagnostic system for body cavities | |
KR101484959B1 (en) | Acoustic Transducer, Acoustic probe and Acoustic diagnostic equipment including the same | |
JPH08191834A (en) | Ultrasonic measuring device | |
JP2005168667A (en) | Ultrasonic diagnostic device and its driving method | |
JP3490551B2 (en) | Body palpation device | |
CN107921477A (en) | The capacitive micromachined ultrasonic transducer of patient safety with raising | |
JP7305479B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment | |
JP2013244160A (en) | Ultrasonic diagnostic equipment and method for estimating sound velocity | |
JP3635512B2 (en) | Ultrasonic diagnostic equipment | |
JP2004350703A (en) | Ultrasonic diagnosis probe apparatus | |
WO2017154534A1 (en) | Ultrasonic probe, ultrasonic measuring device, and ultrasonic measuring method | |
JP7058727B2 (en) | Ultrasonic system and control method of ultrasonic system | |
JP2005102988A (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP6744769B2 (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus and method for acquiring ultrasonic image inside living body | |
JP2005074077A (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP2005027725A (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP2005253828A (en) | Ultrasonic imaging equipment | |
JP2013188412A (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP2014226186A (en) | Ultrasonic measurement apparatus and control method for the ultrasonic measurement apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071204 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100907 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101014 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101207 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110412 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110425 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140428 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4733988 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140428 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |