JP4812771B2 - 超音波診断装置、超音波診断装置の較正方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極間にＤＣバイアスを印加し超音波を送受信する超音波探触子を備える超音波診断装置及び超音波診断装置の較正方法に関する。
本出願は、日本国特許法に基づく特許出願特願第２００５−３３３７９７号に基づくパリ優先権主張を伴う出願であり、特願第２００５−３３３７９７号の利益を享受するために参照による援用を受ける出願である。

従来、半導体成膜技術を用いて、容量型超微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が製造されている。ｃＭＵＴは、微小なダイヤフラム様の装置であり、超音波信号の音響振動を変調型キャパシタンスへ変換する電極を備える。ｃＭＵＴは、電極間に犠牲層を有し、この電極間にＤＣバイアス及びＡＣパルスを印加し、容量電荷を変調して電界を生じさせ、ダイヤフラムを振動させることにより超音波を発生させる。
また、ｃＭＵＴの容量をキャパシタンスレギュレータにより監視して、バイアス電荷を調節する容量性マイクロマシン超音波振動子が提案されている。キャパシタンスレギュレータは、振動板電極における荷電あるいは放電に起因する微小交流電圧を測定してｃＭＵＴの容量を計測する。これにより、バイアス電荷の生成及び維持が行われる（例えば、［特許文献１］参照。）。

特表２００４−５０３３１２号公報

しかしながら、ｃＭＵＴは、電極間には犠牲層以外に短絡を防止する導電率１０^１１〜１０^１４Ω／ｍ程度の振動膜と上下間隙を支持するリムを有し、電極間にＤＣバイアスを印加すると、電極間の振動膜及びリムに、導電率や形状等の回路上のインピーダンスに応じて寡少ではあるがリーク電流（電荷の移動）が流れるという問題点がある。

特に、振動膜への電荷の注入が発生すると電極間電界強度の影響により、超音波送受信感度（以下、「送受感度」という。）が経時的に変化する。また、振動膜に注入された電荷はＤＣバイアスの印加を遮断しても振動膜中に残存する。長期間に渡るＤＣバイアスの印加により振動膜中に電荷が蓄積し、この振動膜中における電荷の蓄積が超音波送受信感度ドリフト（以下、「送受感度ドリフト」という。）となって送受感度歪みが生じる。送受感度歪みは、高調波成分を増大する原因となる。

また、［特許文献１］及び［特許文献２］が示す技術では、電極において荷電あるいは放電が生じるが、電極間の絶縁部に注入された電荷の処理を行うものではなく、上記の送受感度ドリフトに起因する送受感度歪みを抑制することができないという問題点がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、ＤＣバイアスの印加により電極間の絶縁部に流入した電荷の経時的蓄積に起因する送受感度ドリフトを迅速に較正する超音波診断装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために第１の発明は、一組の電極と前記電極間に設けられる絶縁部及び犠牲層とを有する超音波振動子を備える超音波探触子と、前記電極間にＤＣバイアスを印加するＤＣバイアス印加手段と、前記ＤＣバイアス及び超音波送信パルスを印加することにより前記絶縁部の一部を振動させて超音波を被検体に送信する送信手段と、前記被検体から超音波エコーを受信する受信手段と、当該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を構成する画像処理手段と、を備える超音波診断装置において、前記電極間の絶縁部に蓄積した電荷を放電する放電手段を具備することを特徴とする超音波診断装置である。

超音波診断装置は、所定値の電圧を、極性を交互に反転させて少なくとも１回超音波振動子の電極間に印加することにより、ＤＣバイアスの長時間印加により電極間の絶縁部に蓄積する電荷を放電する。
これにより、超音波診断装置は、電極間の絶縁部に蓄積した電荷の放電を加速させ、送受感度オフセットを急速に０に近づけることができる。すなわち、ＤＣバイアスの印加により電極間振動膜に流入した電荷の経時的蓄積に起因する送受感度ドリフトを迅速に較正することができる。

また、前記放電手段は、Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧値以上の電圧を前記電極間に印加することにより、前記電荷の放電を加速させることが望ましい。
これにより、超音波振動子にＣｏｌｌａｐｓｅ現象が生じて犠牲層のギャップ幅が０となり、インピーダンスが急激に減少するため電荷放電速度が加速する。電荷の放電は、瞬時に行われる。

第２の発明は、一組の電極と前記電極間に設けられる絶縁部及び犠牲層とを有する超音波振動子と、前記電極間にＤＣバイアスを印加するＤＣバイアス印加手段と、を備える超音波探触子を備える超音波診断装置の較正方法であって、前記電極間の絶縁部に蓄積する電荷量を監視する監視ステップと、前記電荷量に基づいて前記電極間の絶縁部に蓄積した電荷を放電する放電ステップと、前記監視ステップと前記放電ステップとを繰り返すステップと、を有することを特徴とする超音波診断装置の較正方法である。

本発明によれば、ＤＣバイアスの印加により電極間の絶縁部に流入した電荷の経時的蓄積に起因する送受感度ドリフトを迅速に較正する超音波診断装置を提供することができる。

超音波診断装置１の概略構成図（第１の実施の形態） 超音波探触子２が備える超音波振動子２０を示す図 送信回路３の構成図 放電回路４の構成図 制御手段５の構成図 超音波振動子２０の一態様を示す超音波振動子６０の断面図 超音波振動子２０の一態様を示す超音波振動子７０の断面図 超音波送信パルス電圧及び送受感度等の関係図 放電処理を示すフローチャート 放電パルス電圧及び送受感度及び送受感度ドリフト等の関係図 印加バイアス履歴情報５４及び状態遷移情報５６の一態様であるテーブル１１０を示す図 表示手段１０が表示する画面１２０の一態様を示す図 超音波診断装置１ａの概略構成図（第２の実施の形態） 超音波診断装置１ｂの概略構成図（第３の実施の形態） 超音波診断装置１ｃ及び外部制御装置１５３の概略構成図（第４の実施の形態）

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ………超音波診断装置
２………超音波探触子
３、３ａ………送信回路
４、４ａ、８０………放電手段
５………制御手段
６、６ｂ………ＤＣバイアス回路
７………送受分離回路
８………受信回路
９………画像処理手段
１０………表示手段
２０、６０、７０………超音波振動子
２１、６１、７１………上部電極
２２………振動膜
２３………リム
２４、６２、７２………下部電極
２５、６４、７４………犠牲層
２７………ギャップ幅
３１………超音波送信パルスタイミング発生手段
３２………超音波送信パルス波形生成手段
３３………超音波送信パルサ
４１………放電パルスタイミング発生手段
４２………放電パルス波形生成手段
４３………放電パルサ
５１………演算部
５２………主メモリ
５３………記憶部
５４………印加バイアス履歴情報
５５………放電パルス波形情報
５６………状態遷移情報
６３、７３………絶縁部
６９、７９………電荷注入
１５１、１５５………通信部
１５２………ネットワーク
１５３………外部制御装置
１５４………リモートメンテナンスセンタ
１５９………履歴情報
１６０………記憶部

以下添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

（１．超音波診断装置１の構成）
最初に、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置１について説明する。

（１−１．超音波診断装置１の概略構成）
図１は、超音波診断装置１の概略構成図である。
超音波診断装置１は、超音波探触子２、送信回路３、放電手段４、制御手段５、ＤＣバイアス回路６、送受分離回路７、受信回路８、画像処理手段９、表示手段１０から構成される。
第１の実施の形態の超音波診断装置１では、送信回路３及び放電手段４の各出力を結合して送受分離回路７へ出力する構成を採る。

超音波診断装置１は、超音波探触子２により被検体に対して超音波を送受信し、画像処理手段９により画像処理を行い、表示手段１０に被検体の撮像画像を出力する。超音波診断装置１は、超音波探触子２が備える超音波振動子２０の電極間にＤＣバイアスを印加することにより電界を発生させ、超音波送信パルスを印加することにより振動膜を振動させて被検体に超音波を送信し、被検体からの超音波エコーによる振動膜の振動を検出して超音波を受信する。

超音波探触子２には、ＤＣバイアス回路６及び送受分離回路７が接続される。送受分離回路７には、送信回路３及び受信回路８及び放電手段４が接続される。受信回路８には、表示手段１０を備える画像処理手段９が接続される。ＤＣバイアス回路６、送信回路３、放電手段４、受信回路８、画像処理手段９は、制御手段５に接続される。

送信回路３は、送受分離回路７に超音波送信パルスを送信する回路である。放電手段４は、超音波振動子２０の電極間の絶縁部に注入された電荷を放電させる装置である。ＤＣバイアス回路６は、超音波探触子２の超音波振動子２０に印加するＤＣバイアスを制御する回路である。送受分離回路７は、超音波送信パルスと超音波受信パルスとを分離する回路である。
受信回路８は、送受分離回路７からの超音波送信パルスを受信する回路である。画像処理手段９は、受信回路８から送られた受信信号に対して検波処理等を行って超音波像を再構成する演算装置である。表示手段１０は、画像処理手段９から送られた超音波像を表示するモニタ等の表示装置である。
制御手段５は、超音波診断装置１の状態及び各装置を制御する装置である。

（１−２．超音波振動子２０）
図２は、超音波探触子２が備える超音波振動子２０を示す図である。
尚、図２に示す超音波振動子２０はｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を示す。

超音波振動子２０は、上部電極２１、可撓性の絶縁材料からなる振動膜２２、振動膜２２の周囲を支持する窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の絶縁材料からなるリム２３、下部電極２４、上部電極２１〜下部電極２４間に形成される真空ギャップ層である犠牲層２５により構成される。犠牲層２５のギャップ幅２７は、電極間に印加されるＤＣバイアスや振動膜２２の振動により変化する。尚、「絶縁部」は、上部電極２１〜下部電極２４間の振動膜２２及びリム２３を含むものとして説明する。

超音波振動子２０は、それを駆動する駆動信号に重畳して印加されるバイアス電圧の大きさに応じて超音波送受信感度が変化する振動子である。超音波振動子２０により超音波を送受するとき、その超音波振動子２０に所定のバイアスを印加して振動子の電気機械結合係数を変化させることにより、超音波振動子２０の送受信感度を所定の値に合わせている。
上部電極２１と下部電極２４との間に適切な電圧信号を印加すると、超音波振動子２０は、容量型超音波トランスデューサセルとして機能する。超音波エコー信号をセンサ部（振動膜２２及び犠牲層２５）の運動エネルギー変化として捕捉しこれに伴う電流値変化を検知することによって受信電気信号が得られる。

（１−３．送信回路３）
図３は、送信回路３の構成図である。
送信回路３は、クロックカウンタ等を備える超音波送信パルスタイミング発生手段３１と、セレクタ及びメモリ及びメモリ制御部等を備える超音波送信パルス波形生成手段３２と、クロック分周器及びバッファ及びレベルシフタ及びパワードライバ等を備える超音波送信パルサ３３とから構成される。

送信回路３は、制御手段５により、中心周波数（例えば０．１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）及び波数及びエンベロープ等による波形生成、繰り返し周波数及び送波フォーカス用遅延量等による発生タイミング、増幅率、電源電圧等による出力強度が制御される

（１−４．放電回路４）
図４は、放電回路４の構成図である。
放電回路４は、クロックカウンタ等を備える放電パルスタイミング発生手段４１と、セレクタ及びメモリ及びメモリ制御部等を備える放電パルス波形生成手段４２と、クロック分周器及びバッファ及びレベルシフタ及びパワードライバ等を備える放電パルサ４３とから構成される。

放電手段４は、制御手段５により、中心周波数（例えば数Ｈｚ〜数十ｋＨｚ）、波数による波形生成、放電トリガ及び電荷蓄積量等による発生タイミング、増幅率、電源電圧などによる出力強度が制御される。

放電パルスタイミング発生手段４１は、制御手段５によりクロック分周比率及びクロックカウンタ数等が制御され、放電パルス発生タイミング信号を生成する。
放電パルス波形生成手段４２は、制御手段５により中心周波数及び波数及びエンベロープ等の条件設定に応じてセレクタを選択する。メモリ制御部は、セレクタにより選択された状態に応じてアドレス設定及び波形データの読み書きを行ってメモリを制御し、かつ、放電パルスタイミング発生手段４１の放電パルス発生タイミング信号発生時に放電パルス波形を生成する。
放電パルサ４３は、放電パルス波形生成手段４２により生成した放電パルス波形をバッファによりバッファリングし、レベルシフタによりレベルシフトすることにより増幅し、パワードライバにより超音波探触子２の各超音波振動子２０の電極間に放電パルスを印加する。

図５は、制御手段５の構成図である。
制御手段５は、ＣＰＵ等の演算部５１、ＲＡＭ等の主メモリ５２、ハードディスク等の記憶部５３から構成される。
記憶部５３は、印加バイアス履歴情報５４及び放電パルス波形情報５５、状態遷移情報５６を保持する。

印加バイアス履歴情報５４は、超音波振動子２０の電極間に印加したバイアスの履歴に関する情報（印加電圧値及び印加時間等）であり、Ｌｏｇファイル等の形態を採ることができる。
放電パルス波形情報５５は、放電手段４が生成する放電パルス波形に関する情報であり、Ｃｏｎｆｉｇファイル等の形態を採ることができる。
状態遷移情報５６は、通常の超音波送受信処理状態と蓄積した電荷を放電する放電処理状態との間の状態遷移に関する情報であり、Ｓｔａｔｅファイルやフラグ等の形態を採ることができる。

制御手段５は、主メモリ５２に印加バイアス履歴情報５４及び放電パルス波形情報５５及び状態遷移情報５６を一旦呼び出す。演算部５１は、印加バイアス履歴情報５４に基づき放電パルス波形情報５５の条件に応じて、放電パルス波形の波形情報としてパルス数及び各パルスの印加電圧及び印加時間（図１０（ｂ）の波高値ｖ_ｈ（ｔ_ｈ）及び放電時間ｔ_ｈ等）を算出する。制御手段５は、状態遷移情報５６により状況に応じて超音波送受信処理状態と放電処理状態とを遷移させ、超音波探触子２の各超音波振動子２０の電極間にある振動膜２２に蓄積した電荷を放電させる。

（２．電荷注入）
次に、図６及び図７を参照しながら、電極間の絶縁部への電荷注入について説明する。

図６は、超音波振動子２０の一態様を示す超音波振動子６０の断面図である。
超音波振動子６０は、半導体プロセスによる微細加工により形成される。超音波振動子６０は、上部電極６１、下部電極６２、絶縁部６３、犠牲層６４、基板６５から構成される。絶縁部６３は、膜体６６、枠体６７、膜体６８から構成される。絶縁部６３は、シリコン化合物等の絶縁材料からなる。犠牲層６４は、真空状態あるいは所定のガスが充填される。

ＤＣバイアスが印加されると、上部電極６１と下部電極６２との間には電界が生じる。絶縁部６３は高抵抗であるが、電極間に電界が生じることにより、絶縁部６３に微小電流が流れ、上部電極６１及び下部電極６２から絶縁部６３に対して電荷注入６９が発生する。ＤＣバイアスの印加が遮断されると、上部電極６１及び下部電極６２の電荷はなくなるが、絶縁部６３に注入した電荷はそのまま滞留して蓄積される。電荷蓄積量は、ＤＣバイアスの印加電圧と印加時間の積和に比例する。

絶縁部６３の一部は、振動膜を形成する。絶縁部６３の振動膜の部分に電荷注入が発生して電荷が蓄積されると、電極間電界強度の影響により、送受感度が変化する。また、電荷蓄積が送受感度ドリフトとなって送受感度歪みが生じる。

図７は、超音波振動子２０の一態様を示す超音波振動子７０の断面図である。
超音波振動子７０は、上部電極７１、下部電極７２、絶縁部７３、犠牲層７４から構成される。絶縁部７３は、膜体７６、枠体７７、膜体７８から構成される。図７の上部電極７１及び絶縁部７３及び犠牲層７４は、図６の上部電極６１及び絶縁部６３及び犠牲層６４と同様のものである。図７の下部電極７２は、図６の基板６５を下部電極として用いたものである。

図７の超音波振動子７０においても、図６の超音波振動子６０と同様に、上部電極７１及び下部電極７２から絶縁部７３に対して電荷注入７９が発生する。

（３．送受感度ドリフト）
次に、図８を参照しながら、送受感度ドリフトについて説明する。
図８は、超音波送信パルス電圧及び送受感度等の関係図である。

図８（ａ）は、超音波送信パルス電圧と送受感度との関係を示すグラフである。横軸は超音波送信パルス電圧ｖ_ｓを示し、縦軸は送受感度ｐ（ｖ_ｓ）を示す。
図８（ｂ）は、超音波送信パルス電圧と時間との関係を示すグラフである。横軸は超音波送信パルス電圧ｖ_ｓ（ｔ_ｓ）を示し、縦軸は超音波送信時間ｔ_ｓを示す。
図８（ｃ）は、超音波送信時間と送受感度との関係を示すグラフである。横軸は超音波送信時間ｔ_ｓを示し、縦軸は送受感度ｐ（ｔ_ｓ）を示す。

超音波振動子２０の電極間にＤＣバイアスを印加した時間が比較的短時間の場合、超音波送信パルス電圧と送受感度との関係はグラフ２０１に示される。グラフ２０１は、原点２０２を通る直線である。グラフ２０３に示すような極性±に同振幅の超音波送信パルス電圧ｖ_ｓ（ＡＣパルス）を印加すると、グラフ２０４に示すように、送受感度ｐ（ｔ_ｓ）は、極性±に偏り及び歪みがない。

一方、超音波振動子２０の電極間にＤＣバイアスを印加した時間が長時間の場合、超音波振動子２０の振動膜２２に電荷が注入されると、送受感度極性の偏りすなわち、送受感度ドリフト２０５が生じる。送受感度ドリフト２０５が生じると、超音波送信パルス電圧と送受感度との関係はグラフ２０６に移行する。グラフ２０６は、原点２０２を通らない。グラフ２０３に示すような極性±に同振幅の超音波送信パルス電圧ｖ_ｓ（ＡＣパルス）を印加すると、グラフ２０７に示すように、送受感度ｐ（ｔ_ｓ）は、極性±に偏り及び歪みが生じる。この送受感度歪みは、高調波成分が増大する原因となる。

（４．超音波診断装置１の放電処理）
次に、図９〜図１１を参照しながら、超音波診断装置１の放電処理について説明する。
本発明の超音波診断装置１は、Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象及びＳｎａｐｂａｃｋ現象を用いて、超音波振動子２０の電極間に蓄積した電荷を短時間に放電することを特徴とする。
（４−１．Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象及びＳｎａｐｂａｃｋ現象）
超音波振動子２０の電極間に印加するＤＣバイアスの大きさが所定の範囲内であれば、振動膜２２の弾性力とＤＣバイアス印加によるクーロン力とのつり合いにより犠牲層２５のギャップ幅２７が所定幅となり平衡状態となる。
一方、超音波振動子２０の電極間に印加するＤＣバイアスが大きくなるに伴いクーロン力が大きくなり、犠牲層２５のギャップ幅２７がより小さくなった状態で平衡となる。
さらに、超音波振動子２０の電極間に印加するＤＣバイアスが所定範囲を超えて大きくなると、振動膜２２の弾性力がＤＣバイアス印加によるクーロン力を支えきれなくなり不平衡が発生し、犠牲層２５のギャップ幅２７が急激に減少して０となる。この現象及び状態は、それぞれ、「Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象」及び「Ｃｏｌｌａｐｓｅ状態」と呼ばれる。Ｃｏｌｌａｐｓｅ状態が発生する印加電圧の閾値は、「Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧」と呼ばれる。

Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象が発生していない状態では、振動膜２２及びリム２３のインピーダンスとＤＣバイアス印加電圧の比に応じて、絶縁部に電荷の注入が発生する。
一方、Ｃｏｌｌａｐｓｅ状態では、振動膜２２のみのインピーダンスとＤＣバイアス印加電圧との比に応じて、電荷の注入が発生する。Ｃｏｌｌａｐｓｅ状態では、インピーダンスが急激に減少するため電荷注入速度が加速する。

また、Ｃｏｌｌａｐｓｅ状態からＤＣバイアス印加電圧を小さくすると、クーロン力が小さくなるのでＣｏｌｌａｐｓｅ現象とは逆の現象が生じ、犠牲層２５のギャップ幅が０から、急激に所定幅まで変化する。この現象は「Ｓｎａｐｂａｃｋ現象」と呼ばれる。Ｓｎａｐｂａｃｋ現象が発生する印加電圧の閾値は「Ｓｎａｐｂａｃｋ電圧」と呼ばれる。
すなわち、Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象が生じると、振動膜２２の弾性力とクーロン力との間で不平衡が生じるが、振動膜２２の弾性特性が失われることはない。従って、Ｓｎａｐｂａｃｋ現象が生じると、振動膜２２の弾性力とクーロン力との間で平衡状態が復活する。
Ｓｎａｐｂａｃｋ現象後は、振動膜２２及びリム２３のインピーダンスに対するＤＣバイアス印加電圧の比に応じて、電荷の注入が発生する。

（４−２．放電処理の詳細）
図９は、放電処理を示すフローチャートである。
図１０は、放電パルス電圧及び送受感度及び送受感度ドリフト等の関係図である。

図１０（ａ）は、放電パルス電圧と送受感度との関係を示すグラフである。横軸は放電パルス電圧ｖ_ｈを示し、縦軸は送受感度ｐ（ｖ_ｈ）を示す。
図１０（ｂ）は、放電パルス電圧と時間との関係を示すグラフである。横軸は放電パルス電圧ｖ_ｈ（ｔ_ｈ）を示し、縦軸は放電時間ｔ_ｈを示す。
図１０（ｃ）は、放電時間と送受感度ドリフトとの関係を示すグラフである。横軸は放電時間ｔ_ｈを示し、縦軸は送受感度ドリフトｐｄ（ｔ_ｈ）を示す。

超音波診断装置１が超音波送信処理を継続することにより、超音波振動子２０の電極２１と電極２４との間の絶縁部に、ＤＣバイアス印加電圧の極性の電荷が蓄積する（ステップ１０１）。
制御手段５は、ＤＣバイアスの印加電圧及び印加時間に関する情報を計測し、印加バイアス履歴情報５４に記録する（ステップ１０２）。制御手段５は、ＤＣバイアスの印加電圧及び印加時間の積和が所定の基準値に到達したか否かを判定する。所定の基準値に到達した場合（ステップ１０３のＹｅｓ）、ステップ１０４以降の放電処理に移行する。

放電手段４は、注入された電荷を放電するために、通常のＤＣバイアス印加電圧の極性と逆極性の放電パルス（Ｈ_１）を所定時間（ｔ_０〜ｔ_１）超音波振動子２０の電極間に印加する（ステップ１０４）。尚、所定時間（ｔ_０〜ｔ_１）は、状態のばらつきを考慮して、僅かに逆電荷が注入される程度の時間とすることが望ましい。
放電パルス（Ｈ_１）の波高値（ｖ_ｈ（ｔ_ｈ））は、Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧以上であり、Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象が発生する。犠牲層２５のギャップ幅２７が０となり、電荷の放電が加速される（ステップ１０５）。

次に、放電手段４は、残存した逆電荷を放電するために、前回の放電パルス（Ｈ_１）の極性と逆極性の放電パルス（Ｈ_２）を所定時間（ｔ_１〜ｔ_２）超音波振動子２０の電極間に印加する（ステップ１０６）。尚、所定時間（ｔ_１〜ｔ_２）は、状態のばらつきを考慮して、僅かに逆電荷が注入される程度の時間とすることが望ましい。また、所定時間（ｔ_０〜ｔ_１）＞所定時間（ｔ_１〜ｔ_２）、とすることが望ましい。
放電パルス（Ｈ_２）の波高値（ｖ_ｈ（ｔ_ｈ））は、Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧以上であり、Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象が発生する。犠牲層２５のギャップ幅２７が０となり、電荷の放電が加速される（ステップ１０７）。

放電手段４は、ステップ１０４及びステップ１０５の処理を所定の回数繰り返すと（ステップ１０８）、放電パルス（Ｈ）の印加を終了する（ステップ１０９）。好ましくは、印加時間を徐々に短くし、所定時間（ｔ_０〜ｔ_１）＞所定時間（ｔ_１〜ｔ_２）＞…＞所定時間（ｔ_ｍ−１〜ｔ_ｍ）＞所定時間（ｔ_ｍ〜ｔ_ｍ＋１）、とする。
超音波振動子２０の電極間の印加電圧がＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以下となると、Ｓｎａｐｂａｃｋ現象が生じ、犠牲層２５のギャップ幅２７が所定幅に回復する（ステップ１１０）。送受感度ドリフト（ｐｄ（ｔ_ｈ））は、略「０」に収束する。

図１０を参照すると、極性を反転させた放電パルス（Ｈ）の印加を４回繰り返した例が示されている。放電手段４が放電パルス（Ｈ_１）を超音波振動子２０の電極間に印加すると、送受感度ドリフトｐｄ（ｔ_０）から送受感度ドリフトｐｄ（ｔ_１）に移行する。同様にして、放電手段４が順に放電パルス（Ｈ_２）→放電パルス（Ｈ_３）→放電パルス（Ｈ_４）を超音波振動子２０の電極間に印加すると、送受感度ドリフトｐｄ（ｔ_２）→送受感度ドリフトｐｄ（ｔ_３）→送受感度ドリフトｐｄ（ｔ_４）に移行する。送受感度ドリフトｐｄ（ｔ_４）は、略「０」に集束する。

尚、極性反転放電パルスの印加回数は、少なくとも１回以上とする。超音波探触子２は、多数の超音波振動子２０により構成される。各超音波振動子２０の特性にはばらつきがあるので、１回の逆極性放電パルス印加では、全ての超音波振動子２０について同時に送受感度ドリフトを０にすることは困難である。１回の逆極性放電パルス印加により、ある程度の送受感度ドリフトを改善することができるが、図９及び図１０に示すように、極性反転放電パルスを複数回印加することにより送受感度ドリフトを０に収束させることが望ましい。
また、図９のステップ１０４〜ステップ１０９及び図１０に示す放電処理は、１秒以下の短時間で終了する。従って、放電処理を行うタイミングは、電源ＯＮ／電源ＯＦＦ時又は超音波の送受信を停止している時（Ｆｒｅｅｚｅ時）とすることが望ましい。

このように、第１の実施の形態では、超音波診断装置１は、放電手段４により、極性を交互に反転させてＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以上の波高値の放電パルスを超音波振動子２０の電極間に複数回印加し、超音波振動子２０の振動膜２２に蓄積した電荷の放電を加速させ、送受感度オフセットを急速に０に近づけることができる。電荷の放電は、瞬時に行われる。すなわち、ＤＣバイアスの印加により電極間の絶縁部に流入した電荷の経時的蓄積に起因する送受感度ドリフトを迅速に較正することができる。

（４−３．電荷蓄積の監視）
図１１は、印加バイアス履歴情報５４及び状態遷移情報５６の一態様であるテーブル１１０を示す図である。
テーブル１１０には、日付１１１、時刻１１２、印加時間１１３、印加電圧１１４、積和１１５、状態１１６の各項目が記録される。日付１１１、時刻１１２、印加時間１１３、印加電圧１１４、積和１１５は、図５の印加バイアス履歴情報５４に相当する。状態１１６は、図５の状態遷移情報５６に相当する。

日付１１１及び時刻１１２は、ＤＣバイアスの印加日時を示す。印加時間１１３は、ＤＣバイアスの印加時間を示し、例えば、「２ｈ」である。印加電圧１１４は、ＤＣバイアスの印加電圧を示し、例えば、「１００Ｖ」である。積和１１５は、前回の放電処理後のＤＣバイアスの印加電圧と印加時間との積和を示し、例えば、「２００Ｖ・ｈ」である。状態１１６は、電荷蓄積状況や放電処理の実行状況を示す。状態１１６には、例えば、所定の基準値（例えば、「３００００Ｖ・ｈ」）に対する積和１１５の到達率が記録される。

制御手段５は、図９のステップ１０２の処理において、テーブル１１０の日付１１１、時刻１１２、印加時間１１３、印加電圧１１４、積和１１５の記録を行う。制御手段５は、図９のステップ１０３の処理において、テーブル１１０の積和１１５が所定の基準値に到達したか否かを判断し、所定の基準値に到達したと判断した場合（ステップ１０３のＹｅｓ）、図９のステップ１０４以降の放電処理を実行する。制御手段５は、テーブル１１０に基づいて放電処理の実行タイミングや、図１０（ｂ）に示す放電パルス（Ｈ）の波形情報（パルス数及び各パルスの印加電圧及び印加時間）を算出し、電極間に放電パルスを印加する。
これにより、放電処理の開始タイミングを適切に決定することができる。

（４−４．ＤＣバイアス印加履歴及び状態の表示）
図１２は、表示手段１０が表示する画面１２０の一態様を示す図である。
表示手段１０は、印加バイアス履歴情報５４及び状態遷移情報５６に基づいて、電荷蓄積状況をグラフ表示する。
画面１２０は、縦軸がＤＣバイアスの印加電圧と印加時間との積和を示し、横軸が日時を示す。時点１２１では、ＤＣバイアスの印加電圧と印加時間との積和が所定の基準値１２２に到達したので、放電処理が行われる。また、現時点１２３における所定の基準値１２２に対する積和の到達率１２４を表示するようにしてもよい。さらに、放電処理の要否を表示するようにしてもよい。
これにより、電荷蓄積量や放電処理の要否及び時期を把握することができる。 尚、制御手段５が放電処理開始のタイミングを判断して自動的に放電処理を実行するものとして説明したが、放電スイッチ等を装置本体に設けて手動操作により放電処理を実行するようにしてもよい。この場合、表示手段１０が表示する上記到達率や放電処理の要否に基づいて、手動操作による放電処理を実行することが望ましい。

（５．第２の実施の形態）
次に、図１３を参照しながら、第２の実施の形態に係る超音波診断装置１ａについて説明する。
図１３は、超音波診断装置１ａの概略構成図である。

第１の実施の形態の超音波診断装置１では、放電手段４を単独に構成するものとして説明したが、第２の実施の形態の超音波診断装置１ａでは、送信回路３ａと放電手段４ａとの間で、パルスタイミング発生手段やパルス波形生成手段やパルサを共用あるいは一部共用される。例えば、送信回路３ａは、放電手段４を包含する構成とすることができる。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、超音波診断装置１ａは、放電手段４ａにより、極性を交互に反転させてＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以上の波高値の放電パルスを超音波振動子２０の電極間に複数回印加し、超音波振動子２０の振動膜２２に蓄積した電荷の放電を加速させ、送受感度オフセットを急速に０に近づけることができる。

また、第２の実施の形態では、送信回路３ａと放電手段４ａとの間で構成要素を一部共用するので、装置構成を簡素化することができる。

（６．第３の実施の形態）
次に、図１４を参照しながら、第３の実施の形態に係る超音波診断装置１ｂについて説明する。
図１４は、超音波診断装置１ｂの概略構成図である。

第１の実施の形態の超音波診断装置１では、放電手段４を単独に構成するものとして説明したが、第３の実施の形態の超音波診断装置１ｂでは、放電手段８０は、ＤＣバイアス回路６ｂ内に包含される。
放電手段８０を包含するＤＣバイアス回路６ｂにより、超音波振動子２０の電極間に印加するＤＣバイアス値を変動させることにより、超音波振動子２０の振動膜２２に蓄積した電荷の放電を加速させる。
超音波診断装置１ｂでは、第１の実施の形態及び第２の実施の形態のようなＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以上の放電パルスに代えて、記憶部５３の印加バイアス履歴情報５４に基づいて、Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧以下の逆極性のＤＣバイアスを印加することにより、超音波振動子２０の振動膜２２に注入した電荷を放電することができる。

第３の実施の形態では、放電手段８０を包含するＤＣバイアス回路６ｂにより、逆極性のＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以下のＤＣバイアスを印加することにより、超音波振動子２０の振動膜２２に蓄積した電荷の放電を加速させ、送受感度オフセットを迅速に０に近づけることができる。
尚、Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧以下のＤＣバイアスを印加する場合、放電処理時間は、数時間に渡って継続する。従って、キーボードやモニタ等の操作機器に放電処理を起動するスイッチを設けると共に、放電処理の実行中であることを示す表示や警報等の報知手段を設けることが望ましい。

また、第３の実施の形態では、放電処理用のパルスタイミング発生手段やパルス波形生成手段やパルサを設ける必要がないので装置構成を簡素化することができる。
尚、Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧以上のＤＣバイアスを印加することにより蓄積電荷の放電処理を行うことも理論的には可能であるが、逆極性のＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以上のＤＣバイアスを印加すると、逆に電荷注入が進行して送受感度ドリフトが増大する可能性があるので、逆極性のＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以下のＤＣバイアス電圧をゆっくりと印加して放電させる方が簡単確実で安全上も好ましい。

（７．第４の実施の形態）
次に、図１５を参照しながら、第４の実施の形態に係る超音波診断装置１ｃについて説明する。
図１５は、超音波診断装置１ｃ及び外部制御装置１５３の概略構成図である。

第１の実施の形態では、超音波診断装置１自身が放電処理のタイミングや放電パルス波形情報を算出して放電処理を実行するものとして説明したが、第４の実施の形態では、外部制御装置１５３により放電処理のタイミングや放電パルス波形情報を算出する。

超音波診断装置１ｃは、ネットワーク１５２を介して、リモートメンテナンスセンタ１５４に属する外部制御装置１５３と接続される。超音波診断装置１ｃは、図１の超音波診断装置１と同様のものである。外部制御装置１５３は、履歴情報取得手段１５６及びパラメータ更新手段１５７及び放電処理指示手段１５８及び記憶部１６０を備える。外部制御装置１５３は、パーソナルコンピュータ等の端末装置である。ネットワーク１５２は、簡易型携帯電話等の無線通信回線やインターネット等のネットワーク回線である。超音波診断装置１ｃ及び外部制御装置１５３は、それぞれ、通信部１５１及び通信部１５５を備え、通信部１５１及びネットワーク１５２及び通信部１５５を介して相互に情報を授受することができる。

超音波診断装置１ｃと外部制御装置１５３との間では、一定間隔あるいは使用状況に応じて間欠的に履歴情報１５９が送受信される。履歴情報１５９は、電極間のＤＣバイアスの印加履歴や放電パルスの印加履歴を含む。履歴情報１５９の送受信に関しては、超音波診断装置１ｃが能動的に外部制御装置１５３に履歴情報１５９を送信するか、あるいは、外部制御装置１５３が能動的に超音波診断装置１ｃから履歴情報１５９を取得する。

外部制御装置１５３は、履歴情報取得手段１５６により、超音波診断装置１ｃが記憶部５３に保持する履歴情報１５９を取得して記憶部１６０に保持する。外部制御装置１５３は、履歴情報１５９に基づいて超音波診断装置１ｃの絶縁部電荷の充放電状態を確認する。
また、外部制御装置１５３は、パラメータ更新手段１５７により、放電パルス波形の波高値、所定時間、回数等を生成するためのパラメータや、状態遷移の条件判断のパラメータ等の情報を確認すると共に、必要に応じて、これらのパラメータの更新値を超音波診断装置１ｃに送信して更新させる。
さらに、外部制御装置１５３は、放電処理指示手段１５８により、放電処理を超音波診断装置１ｃに指令して実行させる。

超音波診断装置１ｃは、外部制御装置１５３から送信された放電処理に関連するパラメータや放電処理指令に基づいて、これらのパラメータの更新や放電処理を実行する。また、超音波診断装置１ｃは、パラメータの更新結果や放電処理の実行結果を外部制御装置１５３に送信する。

このように、第４の実施の形態では、外部制御装置１５３から超音波診断装置１ｃにおける放電処理に関連するパラメータの更新や放電処理のタイミングを制御することができる。また、ネットワーク１５２に複数の超音波診断装置１ｃを接続することにより、複数の超音波診断装置１ｃにおける放電処理を１台の外部制御装置１５３により一元管理することができる。

（８．その他）
上述の実施の形態では、Ｃｏｌｌａｐｓｅ現象及びＳｎａｐｂａｃｋ現象を用いて、ＤＣバイアスの長時間印加により超音波振動子の振動膜に注入された電荷を迅速に放電することについて説明したが、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いたメカリレー等によるシャントスイッチを超音波振動子に内装することにより、振動膜の電荷を放電することができる。この場合、シャントスイッチの開閉を制御することにより、電荷の放電を行うことができる。

また、制御手段５は、超音波送受信処理状態と放電処理状態との間の状態遷移を監視し、超音波診断装置１の操作者に処理状態を通知するようにしてもよい。例えば、表示手段１０へのアラート表示や音情報等により、放電処理実行中の旨を超音波診断装置１の操作者に通知するようにしてもよい。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

Claims (20)

1. 一組の電極と前記電極間に設けられる絶縁部及び犠牲層とを有する超音波振動子を備える超音波探触子と、前記電極間にＤＣバイアスを印加するＤＣバイアス印加手段と、前記ＤＣバイアス及び超音波送信パルスを印加することにより前記絶縁部の一部を振動させて超音波を被検体に送信する送信手段と、前記被検体から超音波エコーを受信する受信手段と、当該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を構成する画像処理手段と、を備える超音波診断装置において、
   前記電極間の絶縁部に蓄積した電荷を放電する放電手段を具備することを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記放電手段は、前記電極間に放電電圧を少なくとも１回繰り返して印加することを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の超音波診断装置において、
   前記放電手段は、前記放電電圧の極性を交互に反転させて前記電極間に印加することを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３記載の超音波診断装置において、
   前記放電手段は、絶対値が同じ放電電圧を前記電極間に印加することを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項２記載の超音波診断装置において、
   前記放電手段は、前記電極間に繰り返し印加する放電電圧の少なくとも１つをＣｏｌｌａｐｓｅ電圧以上とすることを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項３記載の超音波診断装置において、
   前記放電手段は、前記電極間に繰り返し印加する放電電圧の印加時間を徐々に短くすることを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項２記載の超音波診断装置において、
   前記絶縁部に蓄積する電荷量を監視する監視手段を備え、
   前記放電手段は、前記絶縁部に蓄積した電荷量に基づいて前記放電電圧を前記電極間に印加することを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項７記載の超音波診断装置において、
   前記監視手段は、前記電極間の印加されるＤＣバイアスの印加電圧と印加時間の履歴を含む印加電圧履歴情報を保持する記憶手段を有し、
   前記放電手段は、前記印加電圧履歴情報に基づいて前記放電電圧を前記電極間に印加することを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項８記載の超音波診断装置において、
   前記記憶手段は、前記電極間に印加されるＤＣバイアスの印加電圧と印加時間との積和を保持し、
   前記放電手段は、前記積和が所定の閾値に到達した場合に、前記放電電圧を前記電極間に印加することを特徴とする超音波診断装置。
10. 請求項９記載の超音波診断装置において、
    前記積和の履歴と、前記所定の閾値に対する前記積和の到達状況と、前記到達状況に基づいて前記放電手段による放電処理の要否及び時期と、のうち少なくとも１つを表示する表示手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
11. 請求項１記載の超音波診断装置において、
    前記放電手段による前記電荷の放電を、超音波診断装置の電源ＯＮ又は電源ＯＦＦ時と、前記被検体への超音波の送受信を停止している時のうち少なくとも一方で行うことを特徴とする超音波診断装置。
12. 請求項１記載の超音波診断装置において、
    前記放電手段と前記送信手段とは、パルス波形を生成するパルス波形生成手段または前記パルス波形を発生するタイミングを生成するパルスタイミング発生手段または高圧の前記パルスを出力するパルス増幅手段の少なくともいずれかを共用あるいは一部共用することを特徴とする超音波診断装置。
13. 請求項１記載の超音波診断装置において、
    前記放電手段は、Ｃｏｌｌａｐｓｅ電圧値以下の電圧を前記電極間に印加することを特徴とする超音波診断装置。
14. 請求項１記載の超音波診断装置において、
    前記放電手段は、前記ＤＣバイアス印加手段とは逆極性のＤＣバイアス印加手段であることを特徴とする超音波診断装置。
15. 請求項１４記載の超音波診断装置において、
    前記放電手段による前記電荷の放電中であることを報知する報知手段を備えることを特徴とする超音波診断装置。
16. 請求項１記載の超音波診断装置において、
    前記放電手段は、前記絶縁部の一部である振動膜に蓄積する電荷を放電させることを特徴とする超音波診断装置。
17. 請求項１記載の超音波診断装置において、
    超音波診断装置とは別の場所に設けられた外部制御装置との間で通信を行う通信手段を備え、
    前記放電手段は、前記外部制御装置からの情報に基づいて、前記電極間の絶縁部に蓄積される電荷の放電を行うことを特徴とする超音波診断装置。
18. 一組の電極と前記電極間に設けられる絶縁部及び犠牲層とを有する超音波振動子と、前記電極間にＤＣバイアスを印加するＤＣバイアス印加手段と、を備える超音波探触子を備える超音波診断装置の較正方法であって、
    前記電極間の絶縁部に蓄積する電荷量を監視する監視ステップと、
    前記電荷量に基づいて前記電極間の絶縁部に蓄積した電荷を放電する放電ステップと、
    前記監視ステップと前記放電ステップとを繰り返すステップと、
    を有することを特徴とする超音波診断装置の較正方法。
19. 請求項１８記載の超音波診断装置の較正方法において、前記監視ステップは、
    前記電極間に印加されるＤＣバイアスの印加電圧と印加時間とを取得して保持する記憶ステップと、
    前記印加電圧と前記印加時間との積和を演算して保持する演算ステップと、
    前記積和と所定の閾値とを比較する比較ステップと、
    前記積和が前記所定の閾値に到達した場合に、前記放電ステップを起動する起動ステップと、
    を有することを特徴とする超音波診断装置の較正方法。
20. 請求項１８記載の超音波診断装置の較正方法において、
    前記監視ステップと前記放電ステップとの間に、超音波診断装置とは別の場所に設けられた外部制御装置との間で、前記電荷量の情報を送受信する通信ステップを有し、
    前記放電ステップは、前記外部制御装置からの情報に基づいて実行されることを特徴とする超音波診断装置の較正方法。

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