JP4910999B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、超音波を送受信可能な超音波探触子およびこの超音波探触子を備えた超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe capable of transmitting and receiving ultrasonic waves and an ultrasonic diagnostic apparatus including the ultrasonic probe.

超音波は、通常、16000Hz以上の音波をいい、非破壊および無害でその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの超音波の反射波(エコー)から生成した受信信号に基づいて当該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置では、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子が用いられている。この超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動して超音波を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波の反射波を受けて受信の電気信号を生成する複数の圧電素子を備え、これら複数の圧電素子が例えばアレイ状に2次元配列されて構成されている(例えば、特許文献1参照)。   Ultrasound generally refers to sound waves of 16000 Hz or higher and can be examined non-destructively and harmlessly, so it is applied to various fields such as defect inspection and disease diagnosis. For example, an ultrasonic diagnosis that scans the inside of a subject with ultrasound and images the internal state of the subject based on a reception signal generated from a reflected wave (echo) of the ultrasound from the inside of the subject. There is a device. In this ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject is used. This ultrasonic probe uses a piezoelectric phenomenon to generate an ultrasonic wave by mechanical vibration based on an electric signal transmitted, and to generate a reflected wave of the ultrasonic wave caused by an acoustic impedance mismatch inside the subject. A plurality of piezoelectric elements that receive and generate received electrical signals are provided, and the plurality of piezoelectric elements are arranged in a two-dimensional array, for example (see, for example, Patent Document 1).

そして、近年では、超音波探触子から被検体内へ送信された超音波の周波数(基本周波数)成分ではなく、その高調波周波数成分によって被検体内の内部状態の画像を形成するハーモニックイメージング(Harmonic Imaging)技術が研究、開発されている(例えば、特許文献2参照)。このハーモニックイメージング技術は、基本周波数成分のレベルに比較してサイドローブレベルが小さく、S/N比(signal to noise ratio)が良くなってコントラスト分解能が向上すること、周波数が高くなることによってビーム幅が細くなって横方向分解能が向上すること、近距離では音圧が小さくて音圧の変動が少ないために多重反射が抑制されること、および、焦点以遠の減衰が基本波並みであり高周波を基本波とする場合に較べて深速度を大きく取れること等の様々な利点を有している。   In recent years, harmonic imaging that forms an image of the internal state in the subject using the harmonic frequency component, not the frequency (fundamental frequency) component of the ultrasound transmitted from the ultrasound probe into the subject ( Harmonic Imaging) technology has been researched and developed (for example, see Patent Document 2). In this harmonic imaging technology, the side lobe level is small compared to the level of the fundamental frequency component, the S / N ratio (signal to noise ratio) is improved, the contrast resolution is improved, and the beam width is increased by increasing the frequency. The lateral resolution improves, the sound pressure is small and the fluctuation in sound pressure is small at short distances, so that multiple reflections are suppressed. Compared to the case of using the fundamental wave, it has various advantages such as a greater depth speed.

このハーモニックイメージング用の超音波探触子は、基本波の周波数から高調波の周波数までの広い周波数帯域が必要とされ、その低周波側の周波数領域が基本波を送信するための送信用に利用され、その高周波側の周波数領域が高調波を受信するための受信用に利用される(例えば、特許文献3参照)。
特開2004−088056号公報 特開2001−286472号公報 特開平11−276478号公報
This ultrasonic probe for harmonic imaging requires a wide frequency band from the frequency of the fundamental wave to the frequency of the harmonic, and its lower frequency range is used for transmission to transmit the fundamental wave. The frequency region on the high frequency side is used for reception for receiving harmonics (see, for example, Patent Document 3).
JP 2004-088056 A JP 2001-286472 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-276478

ところで、より的確に検査や診断するためには、より高精度な画像が要望されている。   By the way, in order to more accurately inspect and diagnose, a more accurate image is required.

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より高精度な画像を得ることができる超音波探触子および超音波診断装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a more accurate image.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる超音波探触子は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる圧電部と、圧電材料を備えて成り、前記圧電部から送信された超音波信号を直接受信信号として電気信号へ圧電現象を利用することによって変換する直接受信部と、所定の信号を処理する信号処理部とを備え、前記圧電部が、当該圧電部から送信された超音波信号であって被検体で反射した超音波信号を受信し、この受信した超音波信号を反射受信信号として電気信号へ変換し、前記信号処理部が、前記直接受信信号に基づいて前記反射受信信号を処理することを特徴とする。   As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the ultrasonic probe according to one aspect of the present invention includes a piezoelectric material, and can convert a signal between an electric signal and an ultrasonic signal by using a piezoelectric phenomenon. And a direct receiving unit that converts the ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit into an electrical signal by using a piezoelectric phenomenon, and a signal processing that processes a predetermined signal The piezoelectric unit receives an ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit and reflected by the subject, and converts the received ultrasonic signal into an electrical signal as a reflected reception signal. The signal processing unit processes the reflected reception signal based on the direct reception signal.

このような構成の超音波探触子は、信号処理部が直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する。したがって、この直接受信信号に基づいて処理された反射受信信号を用いて画像(超音波画像)を生成することによって、そのまま反射受信信号を用いて超音波画像を生成する場合に較べて、より高精度な画像を得ることが可能となる。   In the ultrasonic probe having such a configuration, the signal processing unit directly processes the reflected reception signal based on the reception signal. Therefore, by generating an image (ultrasonic image) using the reflected reception signal processed based on the direct reception signal, it is higher than when generating an ultrasonic image using the reflected reception signal as it is. An accurate image can be obtained.

また、上述の超音波探触子において、前記信号処理部は、前記圧電部における圧電効率の温度依存性を補正すべく前記直接受信信号に基づいて前記反射受信信号を処理する温度依存補正部であることを特徴とする。   In the above-described ultrasonic probe, the signal processing unit is a temperature-dependent correction unit that processes the reflected reception signal based on the direct reception signal in order to correct the temperature dependency of the piezoelectric efficiency in the piezoelectric unit. It is characterized by being.

圧電現象によって超音波エネルギーと電気エネルギーとの間で一方から他方へ変換する場合における変換効率である圧電効率の温度依存性を圧電部が有する場合、反射受信信号の波形が圧電効率に温度依存性にない場合に対して歪むこと等によって超音波画像が劣化してしまう。この構成によれば、信号処理部が圧電部における圧電効率の温度依存性を補正すべく直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する温度依存補正部であるので、圧電効率の温度依存性が超音波画像に与える影響が軽減され、より高精度な画像を得ることが可能となる。   When the piezoelectric part has temperature dependency of piezoelectric efficiency, which is the conversion efficiency when converting from ultrasonic energy to electrical energy between piezoelectric energy and electric energy by piezoelectric phenomenon, the waveform of the reflected received signal is temperature dependent on the piezoelectric efficiency. The ultrasonic image is deteriorated due to distortion, etc. According to this configuration, since the signal processing unit is a temperature-dependent correction unit that directly processes the reflected reception signal based on the reception signal in order to correct the temperature dependency of the piezoelectric efficiency in the piezoelectric unit, the temperature dependency of the piezoelectric efficiency is The influence on the ultrasonic image is reduced, and a more accurate image can be obtained.

また、これら上述の超音波探触子において、前記圧電部は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第1および第2圧電部を備え、第1および第2圧電部は、互いに積層されていることを特徴とする。   In these ultrasonic probes described above, the piezoelectric portion includes a piezoelectric material, and can convert a signal between an electric signal and an ultrasonic signal by using a piezoelectric phenomenon. The first and second piezoelectric portions are provided, and the first and second piezoelectric portions are stacked on each other.

この構成によれば、圧電部が2層の第1および第2圧電部を備えるので、その一方を、例えば、第1圧電部を、超音波信号を送信する超音波送信部に用いると共に、その他方を、例えば、第2圧電部を、超音波信号を受信する超音波受信部に用いることができる。このため、超音波送信部の第1圧電部を送信用により適したものとすることができると共に、超音波受信部の第2圧電部を受信用により適したものとすることができる。したがって、第1および第2圧電部がそれぞれ超音波送信部および超音波受信部として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第1および第2圧電部が積層されているので、小型化が可能となる。   According to this configuration, since the piezoelectric part includes the first and second piezoelectric parts having two layers, one of the piezoelectric parts is used, for example, as an ultrasonic transmission part that transmits an ultrasonic signal, and the other. On the other hand, for example, the second piezoelectric unit can be used as an ultrasonic receiving unit that receives an ultrasonic signal. For this reason, the first piezoelectric unit of the ultrasonic transmission unit can be made more suitable for transmission, and the second piezoelectric unit of the ultrasonic reception unit can be made more suitable for reception. Therefore, the first and second piezoelectric units can be optimized as the ultrasonic transmission unit and the ultrasonic reception unit, respectively, and a more accurate image can be obtained. Furthermore, since the first and second piezoelectric portions are stacked, the size can be reduced.

また、この上述の超音波探触子において、前記圧電部における前記第1圧電部の前記圧電材料は、無機圧電材料であり、前記圧電部における前記第2圧電部の前記圧電材料は、有機圧電材料であることを特徴とする。   In the above-described ultrasonic probe, the piezoelectric material of the first piezoelectric portion in the piezoelectric portion is an inorganic piezoelectric material, and the piezoelectric material of the second piezoelectric portion in the piezoelectric portion is an organic piezoelectric material. It is a material.

この構成によれば、送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子を第1圧電部に用いると共に、超音波を比較的広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子を第2圧電部に用いた超音波探触子が提供される。   According to this configuration, an inorganic piezoelectric element capable of increasing transmission power is used for the first piezoelectric portion, and an organic piezoelectric element having a characteristic capable of receiving ultrasonic waves over a relatively wide frequency is used as the second piezoelectric element. An ultrasonic probe used for the part is provided.

また、この上述の超音波探触子において、前記圧電部における前記第1および第2圧電部は、前記第1圧電部上に前記第2圧電部が積層され、前記第2圧電部の前方に超音波信号の送受信面が在ることを特徴とする。   In the above-described ultrasonic probe, the first and second piezoelectric portions of the piezoelectric portion may be formed by laminating the second piezoelectric portion on the first piezoelectric portion and in front of the second piezoelectric portion. An ultrasonic signal transmitting / receiving surface is provided.

この構成によれば、第1圧電部上に第2圧電部が積層され、第2圧電部の前方に超音波信号の送受信面が在る超音波探触子が提供される。   According to this configuration, an ultrasonic probe is provided in which the second piezoelectric portion is stacked on the first piezoelectric portion, and an ultrasonic signal transmission / reception surface is present in front of the second piezoelectric portion.

また、これら上述の超音波探触子において、前記圧電部の前記第1圧電部は、電気信号が入力され、該電気信号を超音波信号へ変換して該変換した超音波信号を送信し、前記圧電部の前記第2圧電部は、超音波信号が受信され、該超音波信号を電気信号へ変換して該電気信号を出力することを特徴とする。   In the above-described ultrasonic probe, the first piezoelectric unit of the piezoelectric unit receives an electric signal, converts the electric signal into an ultrasonic signal, and transmits the converted ultrasonic signal. The second piezoelectric unit of the piezoelectric unit receives an ultrasonic signal, converts the ultrasonic signal into an electric signal, and outputs the electric signal.

この構成によれば、第1圧電部が超音波信号を送信する送信部であり、第2圧電部が超音波信号を受信する受信部である超音波探触子が提供される。特に、第1圧電部が無機圧電素子である場合には、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となるため、このような構成の超音波探触子は、高調波のエコーを得るために比較的大きなパワーで基本波の超音波信号を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。また特に、第2圧電部が有機圧電素子である場合には、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となるため、このような構成の超音波探触子は、高調波の超音波信号を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。   According to this configuration, an ultrasonic probe is provided in which the first piezoelectric unit is a transmission unit that transmits an ultrasonic signal, and the second piezoelectric unit is a reception unit that receives an ultrasonic signal. In particular, when the first piezoelectric portion is an inorganic piezoelectric element, the transmission power can be increased with a relatively simple structure. Therefore, it is suitable for a harmonic imaging technique that requires transmission of a fundamental ultrasonic signal with a relatively large power to provide a higher-accuracy ultrasonic image. In particular, when the second piezoelectric portion is an organic piezoelectric element, the frequency band can be widened with a relatively simple structure. It is suitable for a harmonic imaging technique that requires receiving an ultrasonic signal of the above, and it is possible to provide a more accurate ultrasonic image.

また、この上述の超音波探触子において、前記圧電部の前記第2圧電部は、前記直接受信部と兼用されていることを特徴とする。   In the above-described ultrasonic probe, the second piezoelectric portion of the piezoelectric portion is also used as the direct receiving portion.

この構成によれば、前記圧電部の前記第2圧電部が前記直接受信部と兼用されているので、個別に直接受信部が不要となり、小型化を図ることができる。   According to this configuration, since the second piezoelectric portion of the piezoelectric portion is also used as the direct receiving portion, the direct receiving portion is not required individually, and the size can be reduced.

また、これら上述の超音波探触子において、前記圧電部から出力された電気信号を所定の時間だけ遅延する遅延部をさらに備えることを特徴とする。   In addition, the above-described ultrasonic probe further includes a delay unit that delays the electrical signal output from the piezoelectric unit by a predetermined time.

この構成によれば、遅延部が圧電部から出力された電気信号を所定の時間だけ遅延するので、圧電部へ送信信号を送る信号線と圧電部から受信信号を送る信号線とを兼用することができる。   According to this configuration, since the delay unit delays the electrical signal output from the piezoelectric unit by a predetermined time, the signal line for transmitting the transmission signal to the piezoelectric unit and the signal line for transmitting the reception signal from the piezoelectric unit are combined. Can do.

また、これら上述の超音波探触子において、前記直接受信部は、前記圧電部から送信された超音波信号を所定の時間間隔ごとに直接受信信号として電気信号へ変換することを特徴とする。   In the above-described ultrasonic probe, the direct receiving unit converts the ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit into an electric signal as a direct reception signal at predetermined time intervals.

この構成によれば、直接受信部は、所定の時間間隔ごとに圧電部から送信された超音波信号を直接受信信号として電気信号へ変換する。したがって、一の直接受信信号を得てから所定の時間間隔の経過後に次の直接受信信号を得るまで、信号処理部は、この一の直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する。このため、超音波信号の送信ごとに超音波信号を直接受信信号として電気信号へ変換する場合に較べて、超音波画像の生成時間が短縮される。   According to this configuration, the direct reception unit converts the ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit at predetermined time intervals into an electrical signal as a direct reception signal. Therefore, the signal processing unit processes the reflected reception signal based on the one direct reception signal until the next direct reception signal is obtained after the elapse of a predetermined time interval after obtaining the one direct reception signal. For this reason, the generation time of an ultrasonic image is shortened compared with the case where an ultrasonic signal is directly converted into an electric signal as a reception signal every time an ultrasonic signal is transmitted.

そして、本発明の他の一態様にかかる超音波診断装置は、これら上述のうちのいずれかの超音波探触子を備えることを特徴とする。   An ultrasonic diagnostic apparatus according to another aspect of the present invention includes any one of the above-described ultrasonic probes.

このような構成の超音波診断措置は、より高精度な画像を生成することができる。   The ultrasonic diagnostic measure having such a configuration can generate a more accurate image.

本発明の超音波探触子および超音波診断装置は、より高精度な画像を得ることができる。   The ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention can obtain a more accurate image.

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

図1は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図2は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図3は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an external configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an ultrasound probe in the ultrasound diagnostic apparatus according to the embodiment.

超音波診断装置Sは、図1および図2に示すように、図略の生体等の被検体に対して超音波(超音波信号)を送信すると共に、被検体で反射した超音波の反射波(エコー)を受信する超音波探触子2と、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子2に被検体に対して超音波を送信させると共に、超音波探触子2で受信された被検体内からの超音波の反射波に応じて超音波探触子2で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体1とを備えて構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic diagnostic apparatus S transmits ultrasonic waves (ultrasonic signals) to a subject such as a living body (not shown), and also reflects reflected waves of the ultrasonic waves reflected by the subject. The ultrasonic probe 2 that receives (echo), the ultrasonic probe 2 and the cable 3 are connected, and the transmission signal of the electrical signal is transmitted to the ultrasonic probe 2 via the cable 3. The ultrasonic probe 2 is caused to transmit ultrasonic waves to the subject by the ultrasonic probe 2 and the ultrasonic probe 2 responds to the reflected wave of the ultrasonic wave from the subject received by the ultrasonic probe 2. The ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 is configured to image the internal state of the subject as an ultrasonic image based on the generated reception signal of the electrical signal.

超音波診断装置本体1は、例えば、図2に示すように、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、信号処理部14と、画像処理部15と、表示部16と、制御部17とを備えて構成されている。   For example, as shown in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 includes an operation input unit 11, a transmission unit 12, a reception unit 13, a signal processing unit 14, an image processing unit 15, a display unit 16, And a control unit 17.

操作入力部11は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。   The operation input unit 11 inputs data such as a command for instructing start of diagnosis and personal information of a subject, for example, and is an operation panel or a keyboard provided with a plurality of input switches, for example.

送信部12は、制御部17の制御に従って、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子2に超音波を発生させる回路である。送信部12は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。受信部13は、制御部17の制御に従って、超音波探触子2からケーブル3を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を信号処理部14へ出力する。受信部13は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器、および、この増幅器で増幅された受信信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル変換器等を備えて構成される。   The transmission unit 12 is a circuit that supplies a transmission signal of an electrical signal to the ultrasonic probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 17 and generates an ultrasonic wave in the ultrasonic probe 2. The transmission unit 12 includes, for example, a high voltage pulse generator that generates a high voltage pulse. The receiving unit 13 is a circuit that receives a reception signal of an electrical signal from the ultrasound probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 17, and outputs the reception signal to the signal processing unit 14. The receiving unit 13 includes, for example, an amplifier that amplifies the received signal with a predetermined amplification factor set in advance, an analog-digital converter that converts the received signal amplified by the amplifier from an analog signal to a digital signal, and the like. Configured.

信号処理部14は、制御部17の制御に従って、所定の信号を処理する回路、より具体的には、直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する回路であり、その信号処理した反射受信信号を画像処理部15へ出力する。後述するように超音波探触子2の圧電部22(図3参照)から超音波信号が送信されるが、この直接受信信号は、被検体で反射した超音波信号(エコー)を受信することによって生成された信号ではなく、この圧電部22から送信された超音波信号を直接的に受信することによって生成された信号である。ここで、「直接的に」とは、被検体で反射した超音波信号(エコー)を除く意味であり、直接受信信号は、圧電部22から送信された超音波信号を例えば中間層222(図3参照)等の他の部材を介して受信することで生成された信号も含む。反射受信信号は、圧電部22から送信された超音波信号であって被検体で反射した超音波信号(エコー)を受信することによって生成された信号である。   The signal processing unit 14 is a circuit that processes a predetermined signal under the control of the control unit 17, more specifically, a circuit that processes a reflected reception signal based on a direct reception signal. Is output to the image processing unit 15. As will be described later, an ultrasonic signal is transmitted from the piezoelectric portion 22 (see FIG. 3) of the ultrasonic probe 2, and this direct reception signal receives an ultrasonic signal (echo) reflected by the subject. Is a signal generated by directly receiving the ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit 22 instead of the signal generated by. Here, “directly” means that an ultrasonic signal (echo) reflected by the subject is excluded, and the direct reception signal is an ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit 22 such as the intermediate layer 222 (FIG. The signal generated by receiving through other members such as 3) is also included. The reflection reception signal is an ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit 22 and generated by receiving an ultrasonic signal (echo) reflected by the subject.

さらに、信号処理部14は、本実施形態では、圧電部22における圧電効率の温度依存性を補正すべく直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する温度依存補正部である。圧電効率は、圧電現象によって超音波エネルギーと電気エネルギーとの間で一方から他方へ変換する場合における変換効率である。   Further, in the present embodiment, the signal processing unit 14 is a temperature-dependent correction unit that processes the reflected reception signal based on the direct reception signal in order to correct the temperature dependency of the piezoelectric efficiency in the piezoelectric unit 22. Piezoelectric efficiency is the conversion efficiency when converting from one to the other between ultrasonic energy and electrical energy by a piezoelectric phenomenon.

信号処理部14は、例えば、受信部13から出力された受信信号(直接受信信号および反射受信信号)を記憶する例えばRAM(Random Access Memory)等の記憶回路と、この記憶回路に記憶された直接受信信号および反射受信信号を用いて、直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する例えばマイクロプロセッサ等の演算回路とを備えて構成される。   The signal processing unit 14 stores, for example, a storage circuit such as a RAM (Random Access Memory) that stores the reception signal (direct reception signal and reflection reception signal) output from the reception unit 13 and the direct memory stored in the storage circuit. An arithmetic circuit such as a microprocessor that processes the reflected reception signal based on the direct reception signal using the reception signal and the reflection reception signal is configured.

画像処理部15は、制御部17の制御に従って、信号処理部14で信号処理された反射受信信号に基づいて例えばハーモニックイメージング技術等を用いて被検体内の内部状態の画像(超音波画像)を生成する回路である。表示部16は、制御部17の制御に従って、画像処理部15で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する装置である。表示部16は、例えば、CRTディスプレイ、LCD、有機ELディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。   The image processing unit 15 performs an internal state image (ultrasonic image) in the subject using, for example, a harmonic imaging technique based on the reflected reception signal signal-processed by the signal processing unit 14 under the control of the control unit 17. This is a circuit to be generated. The display unit 16 is a device that displays an image of the internal state in the subject generated by the image processing unit 15 under the control of the control unit 17. The display unit 16 is, for example, a display device such as a CRT display, LCD, organic EL display, or plasma display, or a printing device such as a printer.

制御部17は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部11、送信回路12、受信回路13、信号処理部14、画像処理部15および表示部16を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Sの全体制御を行う回路である。   The control unit 17 includes, for example, a microprocessor, a storage element, and peripheral circuits thereof. The operation input unit 11, the transmission circuit 12, the reception circuit 13, the signal processing unit 14, the image processing unit 15, and the display unit 16 are provided. Is a circuit that performs overall control of the ultrasonic diagnostic apparatus S by controlling each according to the function.

超音波探触子(超音波プローブ)2は、例えば、図3に示すように、音響制動部材21と、圧電部22と、音響整合層23と、音響レンズ24とを備えて構成される。   For example, as shown in FIG. 3, the ultrasonic probe (ultrasonic probe) 2 includes an acoustic braking member 21, a piezoelectric unit 22, an acoustic matching layer 23, and an acoustic lens 24.

音響制動部材21は、超音波を吸収する材料から構成された平板状の部材であり、圧電部22から音響制動部材21方向へ放射される超音波を吸収するものである。   The acoustic braking member 21 is a flat plate member made of a material that absorbs ultrasonic waves, and absorbs ultrasonic waves radiated from the piezoelectric portion 22 toward the acoustic braking member 21.

圧電部22は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換するものである。圧電部22は、超音波診断装置本体1の送信部12からケーブル3を介して入力された送信の電気信号を超音波信号へ変換してこの超音波信号を送信すると共に、受信した超音波信号を電気信号へ変換してこの電気信号(受信信号)をケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力する。超音波探触子2が被検体に当てられることによって圧電部22で生成された超音波信号が被検体内へ送信され、被検体内からの超音波の反射波が圧電部22で受信される。   The piezoelectric unit 22 includes a piezoelectric material, and converts signals between an electric signal and an ultrasonic signal by using a piezoelectric phenomenon. The piezoelectric unit 22 converts a transmission electrical signal input from the transmission unit 12 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1 via the cable 3 into an ultrasonic signal, transmits the ultrasonic signal, and receives the received ultrasonic signal. Is converted into an electric signal, and this electric signal (received signal) is output to the receiving unit 13 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1 via the cable 3. By applying the ultrasonic probe 2 to the subject, an ultrasonic signal generated by the piezoelectric unit 22 is transmitted into the subject, and an ultrasonic reflected wave from the subject is received by the piezoelectric unit 22. .

圧電部22は、例えば、本実施形態では、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第1および第2圧電部221、223を備え、第1および第2圧電部221、223は、互いに積層されている。本実施形態では、第1および第2圧電部221、223は、中間層222を介して互いに積層されている。この中間層222は、第1圧電部221と第2圧電部223とを積層するための部材であり、第1圧電部221と第2圧電部223との音響インピーダンスを整合させるものである。このように圧電部が2層の第1および第2圧電部221、223を備えるので、その一方を、例えば、第1圧電部221を、超音波信号を送信する超音波送信部に用いると共に、その他方を、例えば、第2圧電部223を、超音波信号を受信する超音波受信部に用いることができる。このため、超音波送信部の第1圧電部221を送信用により適したものとすることができると共に、超音波受信部の第2圧電部223を受信用により適したものとすることができる。したがって、第1および第2圧電部221、223がそれぞれ超音波送信部および超音波受信部として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第1および第2圧電部221、223が積層されているので、小型化が可能となる。   For example, in this embodiment, the piezoelectric unit 22 includes a piezoelectric material, and can convert signals between an electric signal and an ultrasonic signal by using a piezoelectric phenomenon. The piezoelectric portions 221 and 223 are provided, and the first and second piezoelectric portions 221 and 223 are stacked on each other. In the present embodiment, the first and second piezoelectric portions 221 and 223 are stacked on each other via the intermediate layer 222. The intermediate layer 222 is a member for laminating the first piezoelectric part 221 and the second piezoelectric part 223, and matches the acoustic impedance between the first piezoelectric part 221 and the second piezoelectric part 223. As described above, since the piezoelectric unit includes the first and second piezoelectric units 221 and 223 having two layers, one of the piezoelectric units is used, for example, as an ultrasonic transmission unit that transmits an ultrasonic signal, for example, For example, the second piezoelectric unit 223 can be used as an ultrasonic receiving unit that receives an ultrasonic signal. For this reason, the first piezoelectric unit 221 of the ultrasonic transmission unit can be made more suitable for transmission, and the second piezoelectric unit 223 of the ultrasonic reception unit can be made more suitable for reception. Therefore, the first and second piezoelectric units 221 and 223 can be optimized as the ultrasonic transmission unit and the ultrasonic reception unit, respectively, and a higher-accuracy image can be obtained. Further, since the first and second piezoelectric portions 221 and 223 are stacked, the size can be reduced.

また、本実施形態では、例えば、圧電部22における第1圧電部221は、無機圧電材料を備えて構成されており、この無機圧電材料から成る所定の厚さの圧電体における両面に一対の電極を備えて構成されている。この圧電体の厚さは、例えば、送信すべき超音波の周波数や無機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。無機圧電材料は、例えば、いわゆるPZT、水晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、ニオブ酸タンタル酸カリウム(K(Ta,Nb)O)、チタン酸バリウム(BaTiO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)およびチタン酸ストロンチウム(SrTiO)等である。本実施形態では、このように送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子が第1圧電部221に用いられている。 In the present embodiment, for example, the first piezoelectric portion 221 of the piezoelectric portion 22 is configured to include an inorganic piezoelectric material, and a pair of electrodes on both surfaces of a piezoelectric body having a predetermined thickness made of the inorganic piezoelectric material. It is configured with. The thickness of the piezoelectric body is appropriately set depending on, for example, the frequency of ultrasonic waves to be transmitted and the type of inorganic piezoelectric material. Examples of the inorganic piezoelectric material include so-called PZT, quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium tantalate niobate (K (Ta, Nb) O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3). And strontium titanate (SrTiO 3 ). In the present embodiment, an inorganic piezoelectric element that can increase the transmission power in this way is used for the first piezoelectric portion 221.

そして、本実施形態では、例えば、圧電部22における第2圧電部223は、有機圧電材料を備えて構成されており、この有機圧電材料から成る所定の厚さの圧電体における両面に一対の電極を備えて構成されている。この圧電体の厚さは、例えば、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数8MHzの超音波を受信する場合では、この圧電体の厚さは、約50μmである。有機圧電材料は、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電材料は、フッ化ビニリデン(VDF)系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体(コポリマ)であり、他の単量体としては、3フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、パーフルオロアルコキシエチレン(PAE)およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。フッ化ビニリデン系コポリマは、その共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数(圧電効果)が変化するので、例えば、超音波探触子の仕様等に応じて適宜な共重合比が採用される。例えば、フッ化ビニリデン/3フッ化エチレンのコポリマの場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が60mol%〜99mol%が好ましく、有機圧電素子を無機圧電素子に積層する複合素子の場合では、フッ化ビニリデンの共重合比が85mol%〜99mol%がより好ましい。また、このような複合素子の場合では、他の単量体は、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、パーフルオロアルコキシエチレン(PAE)およびパーフルオロヘキサエチレンが好ましい。また例えば、有機圧電材料は、ポリ尿素を用いることができる。このポリ尿素の場合では、蒸着重合法で圧電体を作成することが好ましい。ポリ尿素用のモノマとして、一般式、HN−R−NH構造を挙げることができる。ここで、Rは、任意の置換基で置換されてもよいアルキレン基、フェニレン基、2価のヘテロ環基、ヘテロ環基を含んでもよい。ポリ尿素は、尿素誘導体と他の単量体との共重合体であってもよい。好ましいポリ尿素として、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MDA)と4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)を用いる芳香族ポリ尿素を挙げることができる。本実施形態では、このように超音波を比較的広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子が第2圧電部223に用いられている。 In the present embodiment, for example, the second piezoelectric portion 223 of the piezoelectric portion 22 is configured to include an organic piezoelectric material, and a pair of electrodes on both surfaces of a piezoelectric body having a predetermined thickness made of the organic piezoelectric material. It is configured with. The thickness of the piezoelectric body is appropriately set depending on, for example, the frequency of the ultrasonic wave to be received and the type of the organic piezoelectric material. For example, when receiving an ultrasonic wave having a center frequency of 8 MHz, The thickness is about 50 μm. As the organic piezoelectric material, for example, a polymer of vinylidene fluoride can be used. Further, for example, a vinylidene fluoride (VDF) copolymer can be used as the organic piezoelectric material. This vinylidene fluoride copolymer is a copolymer (copolymer) of vinylidene fluoride and other monomers. Examples of the other monomers include ethylene trifluoride, tetrafluoroethylene, perfluoroalkyl vinyl ether ( PFA), perfluoroalkoxyethylene (PAE), perfluorohexaethylene, and the like can be used. In the vinylidene fluoride copolymer, the electromechanical coupling constant (piezoelectric effect) in the thickness direction varies depending on the copolymerization ratio. For example, an appropriate copolymerization ratio is adopted according to the specifications of the ultrasonic probe, etc. . For example, in the case of vinylidene fluoride / ethylene trifluoride copolymer, the copolymerization ratio of vinylidene fluoride is preferably 60 mol% to 99 mol%, and in the case of a composite element in which an organic piezoelectric element is laminated on an inorganic piezoelectric element, The copolymerization ratio of vinylidene is more preferably 85 mol% to 99 mol%. In the case of such a composite element, the other monomers are preferably perfluoroalkyl vinyl ether (PFA), perfluoroalkoxyethylene (PAE), and perfluorohexaethylene. For example, polyurea can be used for the organic piezoelectric material. In the case of this polyurea, it is preferable to produce a piezoelectric body by vapor deposition polymerization. Examples of the monomer for polyurea include a general formula and an H 2 N—R—NH 2 structure. Here, R may include an alkylene group, a phenylene group, a divalent heterocyclic group, or a heterocyclic group which may be substituted with any substituent. The polyurea may be a copolymer of a urea derivative and another monomer. Preferable polyurea includes aromatic polyurea using 4,4′-diaminodiphenylmethane (MDA) and 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI). In the present embodiment, an organic piezoelectric element having such a characteristic that ultrasonic waves can be received over a relatively wide frequency is used for the second piezoelectric portion 223.

また、本実施形態では、圧電部22の第1圧電部221は、超音波診断装置本体1の送信部12からケーブル3を介して電気信号が入力され、この電気信号を超音波信号へ変換し、この変換した超音波信号を中間層222、第2圧電部223、音響整合層23および音響レンズを介して被検体へ送信する。そして、圧電部22の第2圧電部223は、超音波信号が音響レンズ24および音響整合層23を介して被検体から受信され、この受信された超音波信号を電気信号へ変換し、この変換した電気信号を受信信号としてケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力する。本実施形態では、上述したように第1圧電部221が無機圧電素子であり、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となるため、このような圧電部22を備えた超音波探触子2は、高調波のエコーを得るために比較的大きなパワーで基本波の超音波信号を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、本実施形態では、上述したように第2圧電部223が有機圧電素子であり、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となるため、このような圧電部22を備えた超音波探触子2は、高調波の超音波信号を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。   In the present embodiment, the first piezoelectric unit 221 of the piezoelectric unit 22 receives an electrical signal from the transmission unit 12 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 via the cable 3 and converts the electrical signal into an ultrasonic signal. The converted ultrasonic signal is transmitted to the subject via the intermediate layer 222, the second piezoelectric unit 223, the acoustic matching layer 23, and the acoustic lens. The second piezoelectric unit 223 of the piezoelectric unit 22 receives the ultrasonic signal from the subject via the acoustic lens 24 and the acoustic matching layer 23, converts the received ultrasonic signal into an electrical signal, and converts the signal. The received electrical signal is output as a reception signal to the reception unit 13 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1 via the cable 3. In the present embodiment, as described above, the first piezoelectric portion 221 is an inorganic piezoelectric element, and the transmission power can be increased with a relatively simple structure. Therefore, an ultrasonic wave having such a piezoelectric portion 22 is provided. The probe 2 is suitable for a harmonic imaging technique that needs to transmit a fundamental ultrasonic signal with a relatively large power in order to obtain a harmonic echo, and provides a more accurate ultrasonic image. It becomes possible. In the present embodiment, as described above, the second piezoelectric portion 223 is an organic piezoelectric element, and the frequency band can be widened with a relatively simple structure. The ultrasonic probe 2 is suitable for a harmonic imaging technique that needs to receive a harmonic ultrasonic signal, and can provide a more accurate ultrasonic image.

そして、本実施形態では、圧電部22における第1および第2圧電部221、223は、第1圧電部221上に第2圧電部223が積層され、第2圧電部223の前方に超音波信号の送受信面が在る。より具体的には、第1圧電部221上に中間層222を介して第2圧電部223が積層されている。   In the present embodiment, the first and second piezoelectric portions 221 and 223 in the piezoelectric portion 22 are formed by stacking the second piezoelectric portion 223 on the first piezoelectric portion 221, and an ultrasonic signal in front of the second piezoelectric portion 223. There is a transmission and reception surface. More specifically, the second piezoelectric part 223 is laminated on the first piezoelectric part 221 with the intermediate layer 222 interposed.

そして、注目すべきは、本実施形態の超音波探触子2は、圧電材料を備えて成り、圧電部22、本実施形態では第1圧電部221から送信された超音波信号を直接受信信号として電気信号へ圧電現象を利用することによって変換する直接受信部を備えていることである。さらに、本実施形態の超音波探触子2では、圧電部22の第2圧電部223がこの直接受信部と兼用されている。まず第1に、送信部12および受信部13が制御部17によって制御されることによって、圧電部22の第1圧電部221から送信された超音波信号は、圧電部22の第2圧電部223で直ちに直接的に受信され、この直ちに受信された超音波信号は、第2圧電部223で直接受信信号として電気信号に変換され、この直接受信信号は、ケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力される。第2に、送信部12および受信部13が制御部17によって制御されることによって、圧電部22の第1圧電部221から送信された超音波信号は、中間層222、第2圧電部223、音響整合層23および音響レンズを介して被検体へ送信される。そして、この超音波信号に起因する被検体内からの超音波信号は、音響レンズ24および音響整合層23を介して第2圧電部223で受信され、この受信された超音波信号は、第2圧電部223で反射受信信号として電気信号に変換され、この反射受信信号は、ケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力される。本実施形態では、このように圧電部22の第2圧電部223が直接受信部と兼用されているので、個別に直接受信部が不要となり、小型化を図ることが可能となる。   It should be noted that the ultrasonic probe 2 of the present embodiment includes a piezoelectric material, and directly receives an ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit 22, in the present embodiment, the first piezoelectric unit 221. As described above, a direct receiving unit for converting an electric signal by using a piezoelectric phenomenon is provided. Furthermore, in the ultrasonic probe 2 of the present embodiment, the second piezoelectric portion 223 of the piezoelectric portion 22 is also used as this direct receiving portion. First, when the transmission unit 12 and the reception unit 13 are controlled by the control unit 17, the ultrasonic signal transmitted from the first piezoelectric unit 221 of the piezoelectric unit 22 is the second piezoelectric unit 223 of the piezoelectric unit 22. The ultrasonic signal received immediately and directly is converted into an electric signal as a direct reception signal by the second piezoelectric unit 223, and the direct reception signal is transmitted through the cable 3 to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. 1 to the receiver 13. Second, when the transmission unit 12 and the reception unit 13 are controlled by the control unit 17, the ultrasonic signal transmitted from the first piezoelectric unit 221 of the piezoelectric unit 22 is transmitted through the intermediate layer 222, the second piezoelectric unit 223, It is transmitted to the subject via the acoustic matching layer 23 and the acoustic lens. Then, the ultrasonic signal from the inside of the subject resulting from the ultrasonic signal is received by the second piezoelectric unit 223 via the acoustic lens 24 and the acoustic matching layer 23, and the received ultrasonic signal is the second The piezoelectric unit 223 converts the reflected reception signal into an electrical signal, and the reflected reception signal is output to the reception unit 13 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1 via the cable 3. In the present embodiment, since the second piezoelectric portion 223 of the piezoelectric portion 22 is also used as a direct receiving portion in this way, the direct receiving portion is not required separately, and the size can be reduced.

また、第1圧電部221は、単一の圧電素子から構成されてもよいが、本実施形態では、複数の圧電素子を備えて構成されている。これら複数の圧電素子は、ライン上に一列に配列されて構成されてもよいが、互いに所定の間隔を空けて平面視にて線形独立な2方向に、例えば、互いに直交する2方向にm行×n列で配列する2次元アレイ状に音響制動部材21上に配列されて構成されている(m、nは、正の整数である)。なお、これら複数の圧電素子の相互干渉を低減するために、これら複数の圧電素子間に、超音波を吸収する音響吸収材が充填されてもよい。この音響吸収材によって各圧電素子間におけるクロストークの低減が可能となる。   Moreover, although the 1st piezoelectric part 221 may be comprised from a single piezoelectric element, in this embodiment, it is comprised including several piezoelectric elements. The plurality of piezoelectric elements may be arranged in a line on a line. However, the piezoelectric elements are arranged in two linearly independent directions in a plan view at a predetermined interval, for example, m rows in two directions orthogonal to each other. A two-dimensional array arranged in × n rows is arranged on the acoustic braking member 21 (m and n are positive integers). In order to reduce mutual interference between the plurality of piezoelectric elements, an acoustic absorbing material that absorbs ultrasonic waves may be filled between the plurality of piezoelectric elements. This acoustic absorber can reduce crosstalk between the piezoelectric elements.

そして、第2圧電部223は、単一の圧電素子から構成されてもよいが、本実施形態では、複数の圧電素子を備えて構成されている。これら複数の圧電素子は、ライン上に一列に配列されて構成されてもよいが、互いに所定の間隔を空けて平面視にて線形独立な2方向に、例えば、互いに直交する2方向にp行×q列で配列する2次元アレイ状に中間層222上に配列されて構成されている(p、qは、正の整数である)。   And although the 2nd piezoelectric part 223 may be comprised from a single piezoelectric element, in this embodiment, it is comprised including several piezoelectric elements. The plurality of piezoelectric elements may be arranged in a line on a line, but p rows in two directions that are linearly independent in a plan view with a predetermined interval therebetween, for example, in two directions orthogonal to each other. It is configured by being arranged on the intermediate layer 222 in a two-dimensional array arranged in × q rows (p and q are positive integers).

このような第2圧電部223は、例えば、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電体と、この圧電体の一方主面に形成された互いに分離した複数の電極(素電極)と、この圧電体の他方主面に略全面に亘って一様に形成された電極層とを備えて構成されたシート状の有機圧電素子であってもよい。このように複数の素電極が圧電体の一方主面に形成されることによって、この有機圧電素子は、1個の素電極と圧電体と電極層とから成る圧電素子を複数備えることができ、これら各圧電素子が個別に動作することができる。このような有機圧電素子における複数の圧電素子は、個別に機能させるために無機の圧電素子のように個々に分離する必要がなく、一体的なシート状で構成することが可能である。したがって、この有機圧電素子の製造工程において、有機圧電材料から成るシート状の板状体に溝(間隙、隙間、ギャップ、スリット)を形成する工程が必要なく、有機圧電素子の製造工程がより単純化され、より少ない工数で有機圧電素子を形成することが可能となる。また、このような有機圧電素子は、一体的なシート状で構成されているので、その複数の圧電素子の各特性は、略均一となり、素子ピッチを含めてばらつきが少なくなり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。   The second piezoelectric portion 223 includes, for example, a piezoelectric body made of a flat organic piezoelectric material having a predetermined thickness, and a plurality of electrodes (elements) formed on one main surface of the piezoelectric body and separated from each other. An electrode) and an electrode layer formed on the other main surface of the piezoelectric body uniformly over substantially the whole surface may be used. By forming a plurality of elementary electrodes on one main surface of the piezoelectric body in this way, this organic piezoelectric element can be provided with a plurality of piezoelectric elements composed of one elementary electrode, a piezoelectric body and an electrode layer, Each of these piezoelectric elements can operate individually. The plurality of piezoelectric elements in such an organic piezoelectric element do not need to be individually separated like an inorganic piezoelectric element in order to function individually, and can be configured as an integral sheet. Therefore, in the manufacturing process of the organic piezoelectric element, there is no need to form a groove (gap, gap, gap, slit) in the sheet-like plate made of the organic piezoelectric material, and the manufacturing process of the organic piezoelectric element is simpler. Thus, it becomes possible to form an organic piezoelectric element with less man-hours. In addition, since such an organic piezoelectric element is configured as an integral sheet, the characteristics of the plurality of piezoelectric elements are substantially uniform, and there is less variation including the element pitch, resulting in higher accuracy. An ultrasound image can be provided.

また、第1圧電部221の圧電素子の個数と第2圧電部223の圧電素子の個数とは、同一でもよいが、異なっていてもよい。例えば、第2圧電部223の圧電素子の個数が第1圧電部221の圧電素子の個数より多くてもよい。このように構成されることにより、第1圧電部221における1個の圧電素子のサイズ(大きさ)を大きくすることが可能となり、その送信パワーを大きくすることができると共に、第2圧電部223の圧電素子の個数を多くすることが可能となり、その受信分解能を向上することが可能となる。   Further, the number of piezoelectric elements in the first piezoelectric portion 221 and the number of piezoelectric elements in the second piezoelectric portion 223 may be the same or different. For example, the number of piezoelectric elements in the second piezoelectric unit 223 may be larger than the number of piezoelectric elements in the first piezoelectric unit 221. With this configuration, the size (size) of one piezoelectric element in the first piezoelectric unit 221 can be increased, the transmission power can be increased, and the second piezoelectric unit 223 can be increased. The number of piezoelectric elements can be increased, and the reception resolution can be improved.

そして、音響整合層23は、圧電部22の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。より具体的には、本実施形態では、音響整合層23は、第1圧電部221の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとると共に、第2圧電部223の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。音響レンズ24は、圧電部22から被検体に向けて送信される超音波信号を収束する部材であり、例えば、図3に示すように、円弧状に膨出した形状とされている。   The acoustic matching layer 23 is a member that matches the acoustic impedance of the piezoelectric portion 22 and the acoustic impedance of the subject. More specifically, in the present embodiment, the acoustic matching layer 23 matches the acoustic impedance of the first piezoelectric unit 221 and the acoustic impedance of the subject, and the acoustic impedance of the second piezoelectric unit 223 and the subject's acoustic impedance. A member that matches the acoustic impedance. The acoustic lens 24 is a member that converges an ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit 22 toward the subject. For example, as illustrated in FIG. 3, the acoustic lens 24 has an arcuate shape.

このような構成の超音波診断装置Sでは、例えば、操作入力部11から診断開始の指示が入力されると、制御部17は、まず第1に、直接受信信号を得るべく各部を制御し、第2に、反射受信信号を得るべく各部を制御する。   In the ultrasonic diagnostic apparatus S having such a configuration, for example, when an instruction to start diagnosis is input from the operation input unit 11, the control unit 17 first controls each unit to obtain a received signal directly, Second, each unit is controlled to obtain a reflected reception signal.

すなわち、第1に、制御部17の制御によって送信部12で電気信号の送信信号が生成される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル3を介して超音波探触子2へ供給される。より具体的には、この電気信号の送信信号は、超音波探触子2における圧電部22の第1圧電部221へ供給される。この電気信号の送信信号は、例えば、所定の周期で繰り返される電圧パルスである。第1圧電部221は、この電気信号の送信信号が供給されることによってその厚み方向に伸縮し、この電気信号の送信信号に応じて超音波振動する。この超音波振動によって、第1圧電部221は、超音波信号を放射する。第1圧電部221から音響制動部材21方向へ放射された超音波信号は、音響制動部材21によって吸収される。また、第1圧電部221から中間層222方向へ放射された超音波信号は、圧電部22の第2圧電部223で直ちに直接的に受信される。第2圧電部223は、この第1圧電部221から直ちに直接的に受信した超音波信号を直接受信信号として電気信号に変換し、この直接受信信号をケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力する。受信部13は、この入力された直接受信信号を受信処理し、より具体的には、例えば増幅した後にアナログ信号からディジタル信号へ変換し、信号処理部14へ出力する。信号処理部14は、このディジタル信号の直接受信信号を例えばRAM等の記憶素子に記憶する。   That is, first, a transmission signal of an electrical signal is generated by the transmission unit 12 under the control of the control unit 17. The generated electrical signal transmission signal is supplied to the ultrasonic probe 2 via the cable 3. More specifically, this electrical signal transmission signal is supplied to the first piezoelectric portion 221 of the piezoelectric portion 22 in the ultrasonic probe 2. The electric signal transmission signal is, for example, a voltage pulse repeated at a predetermined cycle. The first piezoelectric unit 221 expands and contracts in the thickness direction when the transmission signal of the electric signal is supplied, and ultrasonically vibrates according to the transmission signal of the electric signal. Due to this ultrasonic vibration, the first piezoelectric unit 221 emits an ultrasonic signal. The ultrasonic signal radiated from the first piezoelectric portion 221 toward the acoustic braking member 21 is absorbed by the acoustic braking member 21. Further, the ultrasonic signal radiated from the first piezoelectric part 221 toward the intermediate layer 222 is immediately received directly by the second piezoelectric part 223 of the piezoelectric part 22. The second piezoelectric unit 223 converts the ultrasonic signal received directly from the first piezoelectric unit 221 directly into an electrical signal as a direct reception signal, and this direct reception signal is converted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 via the cable 3. To the receiver 13. The reception unit 13 performs reception processing on the input direct reception signal, and more specifically, for example, after amplification, converts the analog signal into a digital signal and outputs the signal to the signal processing unit 14. The signal processing unit 14 stores the direct reception signal of the digital signal in a storage element such as a RAM.

第2に、例えば、直接受信信号が得られたタイミングを見計らって、前記第1の場合と同様に、制御部17の制御によって送信部12で電気信号の送信信号が生成される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル3を介して超音波探触子2の第1圧電部221へ供給される。第1圧電部221は、この電気信号の送信信号が供給されることによって超音波信号を放射する。第1圧電部221から音響制動部材21方向へ放射された超音波信号は、音響制動部材21によって吸収される。また、第1圧電部221から中間層222方向へ放射された超音波信号は、中間層222、第2圧電部223、音響整合層23および音響レンズ24を介して放射される。超音波探触子2が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子2から被検体に対して超音波が送信される。なお、超音波探触子2は、被検体の表面上に当接して用いられてもよいし、被検体の内部に挿入して、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。この被検体に対して送信された超音波は、被検体内部における音響インピーダンスが異なる1または複数の境界面で反射され、超音波の反射波(エコー)となる。この反射波には、送信された超音波信号の周波数(基本波の基本周波数)成分だけでなく、基本周波数の整数倍の高調波の周波数成分も含まれる。例えば、基本周波数の2倍、3倍および4倍等の第2高調波成分、第3高調波成分および第4高調波成分等も含まれる。この反射波の超音波信号は、超音波探触子2で受信される。より具体的には、この反射波の超音波信号は、音響レンズ24および音響整合層23を介して圧電部22の第2圧電部223で受信され、第2圧電部223で機械的な振動が電気信号に変換されて反射受信信号として取り出される。この取り出された電気信号の反射受信信号は、ケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力される。受信部13は、この入力された反射受信信号を受信処理し、より具体的には、例えば増幅した後にアナログ信号からディジタル信号へ変換し、信号処理部14へ出力する。信号処理部14は、このディジタル信号の反射受信信号を例えばRAM等の記憶素子に記憶する。   Secondly, for example, the transmission unit 12 generates a transmission signal of an electrical signal under the control of the control unit 17 in the same manner as in the first case, at the timing when the direct reception signal is obtained. The generated electrical signal transmission signal is supplied to the first piezoelectric portion 221 of the ultrasonic probe 2 via the cable 3. The first piezoelectric part 221 emits an ultrasonic signal by being supplied with a transmission signal of this electric signal. The ultrasonic signal radiated from the first piezoelectric portion 221 toward the acoustic braking member 21 is absorbed by the acoustic braking member 21. The ultrasonic signal radiated from the first piezoelectric portion 221 toward the intermediate layer 222 is radiated through the intermediate layer 222, the second piezoelectric portion 223, the acoustic matching layer 23, and the acoustic lens 24. When the ultrasonic probe 2 is in contact with the subject, for example, ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe 2 to the subject. Note that the ultrasound probe 2 may be used in contact with the surface of the subject, or may be used by being inserted into the subject, for example, being inserted into a body cavity of a living body. . The ultrasonic wave transmitted to the subject is reflected at one or a plurality of boundary surfaces having different acoustic impedances inside the subject, and becomes a reflected wave (echo) of the ultrasonic wave. This reflected wave includes not only the frequency (fundamental fundamental frequency) component of the transmitted ultrasonic signal, but also the frequency components of harmonics that are integer multiples of the fundamental frequency. For example, second harmonic components such as twice, three times, and four times the fundamental frequency, third harmonic components, and fourth harmonic components are also included. The ultrasonic signal of the reflected wave is received by the ultrasonic probe 2. More specifically, the ultrasonic signal of the reflected wave is received by the second piezoelectric unit 223 of the piezoelectric unit 22 via the acoustic lens 24 and the acoustic matching layer 23, and mechanical vibration is generated by the second piezoelectric unit 223. It is converted into an electric signal and extracted as a reflected reception signal. The extracted reflection reception signal of the electrical signal is output to the reception unit 13 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1 via the cable 3. The reception unit 13 performs reception processing on the input reflected reception signal, more specifically, for example, after amplification, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the converted signal to the signal processing unit 14. The signal processing unit 14 stores the reflected reception signal of the digital signal in a storage element such as a RAM.

ここで、上述において、第1圧電部221における複数の圧電素子から順次に超音波信号が被検体に向けて送信され、被検体で反射した超音波信号が第2圧電部223で受信される。   Here, in the above description, ultrasonic signals are sequentially transmitted from the plurality of piezoelectric elements in the first piezoelectric unit 221 toward the subject, and the ultrasonic signals reflected by the subject are received by the second piezoelectric unit 223.

そして、信号処理部14では、直接受信信号および反射受信信号が揃うと、記憶されている直接受信信号および反射受信信号を用いて、直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理し、この処理した反射受信信号を画像処理部15へ出力する。   Then, when the direct reception signal and the reflection reception signal are prepared, the signal processing unit 14 processes the reflection reception signal based on the direct reception signal by using the stored direct reception signal and reflection reception signal, and performs this processing. The reflected reception signal is output to the image processing unit 15.

画像処理部15は、制御部17の制御によって、信号処理部14で処理された反射受信に基づいて、送信から受信までの時間や受信強度等から被検体内の内部状態の画像(超音波画像)を生成し、表示部16は、制御部17の制御によって、画像処理部15で生成された被検体内の内部状態の画像を表示する。   Based on the reflection reception processed by the signal processing unit 14 under the control of the control unit 17, the image processing unit 15 determines an image (ultrasonic image) of the internal state in the subject from the time from transmission to reception, the reception intensity, and the like. ) And the display unit 16 displays the image of the internal state in the subject generated by the image processing unit 15 under the control of the control unit 17.

本実施形態の超音波探触子2および超音波診断装置Sでは、このように信号処理部14が直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する。したがって、この直接受信信号に基づいて処理された反射受信信号を用いて画像(超音波画像)を生成することによって、そのまま反射受信信号を用いて超音波画像を生成する場合に較べて、より高精度な画像を得ることが可能となる。   In the ultrasonic probe 2 and the ultrasonic diagnostic apparatus S of the present embodiment, the signal processing unit 14 processes the reflected reception signal based on the direct reception signal in this way. Therefore, by generating an image (ultrasonic image) using the reflected reception signal processed based on the direct reception signal, it is higher than when generating an ultrasonic image using the reflected reception signal as it is. An accurate image can be obtained.

そして、本実施形態では、信号処理部14は、温度依存補正部として機能し、圧電部22における圧電効率の温度依存性を補正すべく、記憶されている直接受信信号および反射受信信号を用いて、直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する。   In this embodiment, the signal processing unit 14 functions as a temperature-dependent correction unit, and uses the stored direct reception signal and reflected reception signal to correct the temperature dependency of the piezoelectric efficiency in the piezoelectric unit 22. The reflected reception signal is processed based on the direct reception signal.

無機圧電材料を備えて構成される無機圧電素子は、通常、圧電効率の温度依存性が少ないが、有機圧電材料を備えて構成される有機圧電素子は、圧電効率の温度依存性が比較的高い。有機圧電素子は、温度が高くなると圧電効率が小さくなる。したがって、有機圧電素子を含む超音波探触子は、その有機圧電素子の温度依存性から、温度依存性を有することになる。このため、この有機圧電素子を含む超音波探触子は、圧電効率の温度依存性がない場合に較べて、例えば、環境温度の変化等によって受信信号の波形が変化してしまう。さらに、有機圧電素子に無機圧電素子を積層した超音波探触子では、無機圧電素子が送信用に利用されると、無機圧電素子が送信の際に発熱し、この熱が有機圧電素子に熱伝導し、受信信号の波形が変化してしまう。   Inorganic piezoelectric elements configured with an inorganic piezoelectric material usually have little temperature dependence of piezoelectric efficiency, but organic piezoelectric elements configured with an organic piezoelectric material have a relatively high temperature dependence of piezoelectric efficiency. . The piezoelectric efficiency of the organic piezoelectric element decreases as the temperature increases. Therefore, the ultrasonic probe including the organic piezoelectric element has temperature dependence due to the temperature dependence of the organic piezoelectric element. For this reason, in the ultrasonic probe including the organic piezoelectric element, the waveform of the received signal changes due to, for example, a change in environmental temperature, as compared with the case where the piezoelectric efficiency does not depend on temperature. Furthermore, in an ultrasonic probe in which an inorganic piezoelectric element is laminated on an organic piezoelectric element, when the inorganic piezoelectric element is used for transmission, the inorganic piezoelectric element generates heat during transmission, and this heat is generated in the organic piezoelectric element. Conduction will change the waveform of the received signal.

本実施形態では、超音波探触子2の圧電部22は、無機圧電素子を備える送信用の第1圧電部221と有機圧電素子を備える受信用の第2圧電部223とを備えて構成されているが、信号処理部14が上述のように温度依存補正部として機能するので、圧電効率の温度依存性が超音波画像に与える影響が軽減され、より高精度な画像を得ることが可能となる。   In this embodiment, the piezoelectric portion 22 of the ultrasonic probe 2 includes a first piezoelectric portion 221 for transmission including an inorganic piezoelectric element and a second piezoelectric portion 223 for reception including an organic piezoelectric element. However, since the signal processing unit 14 functions as a temperature-dependent correction unit as described above, the influence of the temperature dependence of the piezoelectric efficiency on the ultrasonic image is reduced, and a more accurate image can be obtained. Become.

この信号処理部14が実行する温度依存性の補正は、例えば、直接受信信号に基づいて求めた補正係数Cを反射受信信号に作用させることによって実行される。例えば、温度依存性の補正は、直接受信信号に基づいて求めた補正係数Cを反射波の受信信号に乗算することによって実行される。また例えば、温度依存性の補正は、直接受信信号に基づいて求めた補正係数(補正値)Cを反射波の受信信号に減算することによって実行される。   The temperature dependence correction performed by the signal processing unit 14 is executed by, for example, applying a correction coefficient C obtained based on the direct reception signal to the reflected reception signal. For example, the correction of the temperature dependence is performed by multiplying the reception signal of the reflected wave by the correction coefficient C obtained based on the direct reception signal. Further, for example, the correction of the temperature dependence is executed by subtracting a correction coefficient (correction value) C obtained directly from the received signal from the reflected wave received signal.

この補正係数Cは、例えば、直接受信信号のピークトゥピーク(peak-to-peak、Vpp)に応じて求められる(C=f(Vpp))。直接受信信号のピークトゥピークVppは、通常、有機圧電素子の温度が高くなると小さくなる。また例えば、補正係数Cは、直接受信信号の波形の積分値Sに応じて求められる(C=g(S))。直接受信信号の波形の積分値Sは、通常、有機圧電素子の温度が高くなると小さくなる。また例えば、補正係数Cは、直接受信信号の波形の長さ(幅)Lに応じて求められる(C=h(L))。波形の長さは、波形の始まりから、当該波形の振幅(大きさ、レベル)がピークトゥピークVppの20dB(一桁)だけ落ちた値になったところまでである。直接受信信号の波形の長さLは、通常、有機圧電素子の温度が高くなると短くなる。例えば、Vpp=1Vの場合では、波形の長さは、波形の始まりから0.1Vになったところまでである。また例えば、補正係数Cは、直接受信信号の周波数帯域幅Bに応じて求められる(C=i(B))。直接受信信号の周波数帯域幅Bは、通常、有機圧電素子の温度が高くなると広くなる。なお、f、g、h、iは、関数を表す。   The correction coefficient C is obtained, for example, according to the peak-to-peak (Vpp) of the directly received signal (C = f (Vpp)). The peak-to-peak Vpp of the direct reception signal usually decreases as the temperature of the organic piezoelectric element increases. Further, for example, the correction coefficient C is obtained according to the integral value S of the waveform of the directly received signal (C = g (S)). The integral value S of the waveform of the direct reception signal usually decreases as the temperature of the organic piezoelectric element increases. For example, the correction coefficient C is obtained according to the length (width) L of the waveform of the directly received signal (C = h (L)). The length of the waveform is from the beginning of the waveform to the point where the amplitude (magnitude, level) of the waveform drops to 20 dB (one digit) of peak-to-peak Vpp. The length L of the waveform of the direct reception signal usually decreases as the temperature of the organic piezoelectric element increases. For example, in the case of Vpp = 1V, the waveform length is from the beginning of the waveform to the point where it reaches 0.1V. Further, for example, the correction coefficient C is obtained according to the frequency bandwidth B of the directly received signal (C = i (B)). The frequency bandwidth B of the directly received signal usually becomes wider as the temperature of the organic piezoelectric element becomes higher. Note that f, g, h, and i represent functions.

直接受信信号における例えばピークトゥピークVpp等の上述した特徴量(Vpp、S、L、B)と補正係数Cとの関係が例えば関数式やルックアップテーブル等によって表され、これを用いることによって直接受信信号の特徴量に基づいて補正係数Cが求められる。   For example, the relationship between the above-described feature amounts (Vpp, S, L, B) such as peak-to-peak Vpp in the directly received signal and the correction coefficient C is expressed by, for example, a function equation or a look-up table and directly A correction coefficient C is obtained based on the feature amount of the received signal.

なお、上述の実施形態では、信号処理部14は、温度依存補正部として機能したが、直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理することによって被検体で反射した超音波信号の高調波成分を抽出する高調波抽出部として機能するように、構成されてもよい。信号処理部14は、被検体で反射した超音波信号の高調波成分を抽出すべく、記憶されている直接受信信号および反射受信信号を用いて、直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理する。   In the above-described embodiment, the signal processing unit 14 functions as a temperature-dependent correction unit. However, the harmonic component of the ultrasonic signal reflected by the subject by processing the reflected reception signal based on the direct reception signal is obtained. You may comprise so that it may function as a harmonic extraction part to extract. The signal processing unit 14 processes the reflected reception signal based on the direct reception signal using the stored direct reception signal and reflection reception signal in order to extract the harmonic component of the ultrasonic signal reflected from the subject. .

図4は、高調波成分の抽出方法を説明するための図である。図4(A)は、直接受信信号の波形であり、図4(B)は、反射受信信号の波形である。図4の横軸は、時間であり、その縦軸は、信号レベル(振幅)である。   FIG. 4 is a diagram for explaining a method of extracting harmonic components. 4A shows the waveform of the direct reception signal, and FIG. 4B shows the waveform of the reflected reception signal. The horizontal axis in FIG. 4 is time, and the vertical axis is the signal level (amplitude).

この高調波成分の抽出は、例えば、反射受信信号と直接受信信号との差を求めることによって求められる。この場合において、反射受信信号の信号レベル(振幅)と直接受信信号の信号レベル(振幅)は、通常、異なるので、反射受信信号の信号レベルと直接受信信号の信号レベルが合わせられる。より具体的には、例えば、反射受信信号のピークにおける信号レベルと、この反射受信信号のピークに対応する直接受信信号のピークにおける信号レベルが一致するように、直接受信信号が定数倍される。例えば、図4に示すように、反射受信信号における最大の信号レベルであるピークPrの信号レベルArと、直接受信信号における最大の信号レベルであるピークPdの信号レベルAdとが一致するように、直接受信信号が定数K倍される。そして、この反射受信信号と直接受信信号の定数倍との差を求める場合において、反射受信信号と直接受信信号(直接受信信号の定数倍)とを時間的に対応させる。例えば、図4に示すように、反射受信信号における最大の信号レベルであるピークPrと直接受信信号における最大の信号レベルであるピークPdとを一致させることによって、両受信信号を時間的に対応させる。また例えば、反射受信信号と直接受信信号とが最も相関するように、反射受信信号に対して直接受信信号をずらすことによって、両受信信号を時間的に対応させる。また例えば、反射受信信号のピークArや直接受信信号のピークAdに対して、20dB低い値を初めて超えた時を内部トリガー点とし、この点を一致させることによって両受信信号を時間的に対応させる。   The extraction of the harmonic component is obtained, for example, by obtaining a difference between the reflected reception signal and the direct reception signal. In this case, since the signal level (amplitude) of the reflected reception signal and the signal level (amplitude) of the direct reception signal are usually different, the signal level of the reflection reception signal and the signal level of the direct reception signal are matched. More specifically, for example, the direct reception signal is multiplied by a constant so that the signal level at the peak of the reflected reception signal matches the signal level at the peak of the direct reception signal corresponding to the peak of the reflection reception signal. For example, as shown in FIG. 4, the signal level Ar of the peak Pr that is the maximum signal level in the reflected reception signal and the signal level Ad of the peak Pd that is the maximum signal level in the direct reception signal match. The directly received signal is multiplied by a constant K. Then, when obtaining the difference between the reflected reception signal and a constant multiple of the direct reception signal, the reflected reception signal and the direct reception signal (constant multiple of the direct reception signal) are temporally associated with each other. For example, as shown in FIG. 4, the peak Pr, which is the maximum signal level in the reflected reception signal, is matched with the peak Pd, which is the maximum signal level in the direct reception signal, so that both reception signals correspond in time. . Further, for example, the received signals are shifted in time with respect to the reflected received signal so that the reflected received signal and the directly received signal are most correlated with each other, thereby making the received signals correspond in time. In addition, for example, when the peak value Ar of the reflected reception signal or the peak Ad of the direct reception signal exceeds a value lower by 20 dB for the first time as an internal trigger point, both reception signals are temporally corresponded by matching this point. .

図5は、高調波成分の他の抽出方法を説明するための図である。図5の横軸は、周波数であり、その縦軸は、dB単位で示すパワースペクトル値である。また、実線(a)は、直接受信信号を表し、短破線(b)(・・・)は、直接受信信号に後述の減衰演算を実行した後の信号を表し、そして、長破線(c)(− − −)は、反射受信信号に後述の基本波のレベル合わせを実行した後の信号を表す。   FIG. 5 is a diagram for explaining another method of extracting harmonic components. The horizontal axis in FIG. 5 is the frequency, and the vertical axis is the power spectrum value shown in dB. In addition, a solid line (a) represents a directly received signal, a short broken line (b) (...) represents a signal after performing a later-described attenuation operation on the directly received signal, and a long broken line (c) (---) represents a signal after the level of the fundamental wave described later is executed on the reflected reception signal.

また例えば、この高調波成分の抽出は、反射受信信号および直接受信信号をそれぞれフーリエ変換し、周波数成分ごとに反射受信信号のフーリエ変換後の値と直接受信信号のフーリエ変換後の値との差をそれぞれ求めることによって求められてもよい。この場合においても反射受信信号の信号レベルと直接受信信号の信号レベルが合わせられる。例えば、この場合の信号レベル合わせは、時間波形のレベルを合わせることではなく、フーリエ変換後の周波数成分パワースペクトルのレベルを合わせることによって行われる。より具体的には、周波数成分パワースペクトルにおける基本周波数のレベルが反射受信信号と直接受信信号とで同一となるようにパワースペクトル値を演算し、それらの差分を求めること等によって実行される。その際の演算には、直接受信信号のパワースペクトル値(図5の曲線(a))をそのまま用いるのではなく、好ましくは、送信から反射受信信号までの時間に応じて体内の減衰率、例えば0.6dB/cm@MHz等を加味した演算を直接受信信号の周波数成分パワースペクトル値に対して行い(図5の曲線(b))、これに対して前記基本波の信号レベル合わせを行って、反射受信信号から差分パワースペクトル値を求める(図5において曲線(c)と曲線(b)との差分)。このように抽出された差分パワースペクトル値は、逆フーリエ変換等により時間波形に変換された後に、必要に応じて検波を行い、輝度変換や座標変換等の信号処理を行うことによってハーモニック画像が形成される。   Further, for example, this harmonic component extraction is performed by Fourier-transforming each of the reflected reception signal and the direct reception signal, and for each frequency component, the difference between the value after the Fourier transformation of the reflection reception signal and the value after the Fourier transformation of the direct reception signal. May be obtained by respectively obtaining. Even in this case, the signal level of the reflected reception signal and the signal level of the direct reception signal are matched. For example, the signal level adjustment in this case is performed not by adjusting the level of the time waveform but by adjusting the level of the frequency component power spectrum after Fourier transform. More specifically, it is executed by calculating the power spectrum value so that the level of the fundamental frequency in the frequency component power spectrum is the same between the reflected reception signal and the direct reception signal, and obtaining the difference between them. In the calculation at that time, the power spectrum value (curve (a) in FIG. 5) of the directly received signal is not used as it is, but preferably the attenuation rate in the body according to the time from the transmission to the reflected received signal, for example, An operation including 0.6 dB / cm @ MHz is directly performed on the frequency component power spectrum value of the received signal (curve (b) in FIG. 5), and the signal level of the fundamental wave is adjusted for this. Then, a differential power spectrum value is obtained from the reflected reception signal (difference between curve (c) and curve (b) in FIG. 5). The differential power spectrum value thus extracted is converted into a time waveform by inverse Fourier transform or the like, and then detected as necessary, and a harmonic image is formed by performing signal processing such as luminance conversion and coordinate conversion. Is done.

超音波画像の生成に高調波成分を用いるハーモニックイメージング技術には、大別すると、フィルタ法と位相反転法(パルスインバージョン法)との2つの方法がある。このフィルタ法は、高調波検出フィルタにより基本波成分と高調波成分とを分離し、高調波成分だけを抽出し、この高調波成分から超音波画像を生成する方法である。また、この位相反転法は、同一方向に続けて互いに位相が反転している第1および第2送信信号を送信し、これら第1および第2送信信号に対応する第1および第2受信信号を加算することによって高調波成分を抽出し、この高調波成分から超音波画像を生成する方法である。   Harmonic imaging techniques that use harmonic components to generate an ultrasound image can be broadly divided into two methods: a filter method and a phase inversion method (pulse inversion method). This filter method is a method of separating a fundamental wave component and a harmonic component by a harmonic detection filter, extracting only the harmonic component, and generating an ultrasonic image from the harmonic component. Further, this phase inversion method transmits first and second transmission signals whose phases are successively inverted in the same direction, and first and second reception signals corresponding to the first and second transmission signals are transmitted. In this method, a harmonic component is extracted by addition and an ultrasonic image is generated from the harmonic component.

実際には、送信信号の基本波成分や受信信号の基本波成分および高調波成分は、それぞれ、或る帯域幅を有している。このため、基本波成分と高調波成分とは、重複(オーバラップ)している部分が存在するため、高調波検出フィルタによって完全に基本波成分と高調波成分とが分離されない。そして、送信信号にもともと含まれている高調波成分と受信信号の高調波成分(被検体で生じた高調波成分)とを区別することができない。したがって、フィルタ法では、この重複した成分や送信信号にもともと含まれている高調波成分によって画像が劣化してしまう。一方、基本波成分と高調波成分との重複を少なくするために、送信信号のパルス幅を長くすると、距離分解能が低下してしまう。   Actually, the fundamental wave component of the transmission signal and the fundamental wave component and the harmonic component of the reception signal each have a certain bandwidth. For this reason, since the fundamental wave component and the harmonic component have an overlapping portion, the fundamental wave component and the harmonic component are not completely separated by the harmonic detection filter. Further, it is impossible to distinguish the harmonic component originally included in the transmission signal from the harmonic component of the reception signal (harmonic component generated in the subject). Therefore, in the filter method, the image is deteriorated by the overlapping component and the harmonic component originally included in the transmission signal. On the other hand, if the pulse width of the transmission signal is increased in order to reduce the overlap between the fundamental wave component and the harmonic component, the distance resolution is lowered.

また、位相反転法では、同一方向に続けて第1および第2送信信号を送信するので、1回の送信信号の送信によって1個の超音波画像を生成する場合に較べて、1個の超音波画像の生成に約2倍の時間が必要となり、フレームレートが低下してしまう。すなわち、時間分解能が低下してしまう。また、通常、キャビテーションの発生要因となる負圧を抑えて正圧成分の多い超音波信号を被検体に送信することによって、いわゆるMI値を満足(クリア)しながら、高いエネルギーの超音波を被検体に送信している。しかしながら、位相反転法では、正位相および逆位相の双方でMI値を満足しなければならないため、通常より低いエネルギーしか被検体に送信することができない。   Further, in the phase inversion method, the first and second transmission signals are transmitted in the same direction, so that one ultrasonic image is generated as compared with the case where one ultrasonic image is generated by one transmission signal transmission. About twice as much time is required to generate the sound image, and the frame rate is lowered. That is, the time resolution is lowered. In addition, by transmitting an ultrasonic signal having a large positive pressure component to the subject while suppressing the negative pressure that causes cavitation, the ultrasonic wave of high energy is usually received while satisfying (clearing) the so-called MI value. Sending to the specimen. However, in the phase inversion method, since the MI value must be satisfied in both the positive phase and the reverse phase, only energy lower than usual can be transmitted to the subject.

このような高調波抽出部として機能する信号処理部14を備える超音波探触子2は、上述したように直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理することによって被検体で反射した超音波信号の高調波成分を抽出するので、フレームレートの低下を抑制しつつ、より高精度に高調波を抽出することができる。このため、時間分解能の低下を抑制しつつ、より高精度な画像を得ることが可能となる。   The ultrasonic probe 2 including the signal processing unit 14 functioning as such a harmonic extraction unit, as described above, processes the reflected reception signal based on the direct reception signal, thereby reflecting the ultrasonic signal reflected by the subject. Therefore, harmonics can be extracted with higher accuracy while suppressing a decrease in the frame rate. For this reason, it is possible to obtain a more accurate image while suppressing a decrease in time resolution.

なお、このような高調波抽出部として機能する信号処理部14を備える超音波探触子2において、信号処理部14は、さらに、上述の温度依存補正部として機能するように構成されてもよい。すなわち、信号処理部14は、圧電部22における圧電効率の温度依存性を補正すべく直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理し、この補正処理された反射受信信号を直接受信信号に基づいて処理することによって被検体で反射した超音波信号の高調波成分を抽出するように、構成されてもよい。このように構成されることによって、圧電効率の温度依存性が補正されつつ超音波信号の高調波成分が抽出されるので、より高精度な画像を得ることが可能となる。   In the ultrasound probe 2 including the signal processing unit 14 that functions as such a harmonic extraction unit, the signal processing unit 14 may be further configured to function as the above-described temperature-dependent correction unit. . That is, the signal processing unit 14 processes the reflected reception signal based on the direct reception signal in order to correct the temperature dependence of the piezoelectric efficiency in the piezoelectric unit 22, and the corrected reception signal is processed based on the direct reception signal. It may be configured to extract the harmonic component of the ultrasonic signal reflected from the subject by processing. With this configuration, the harmonic component of the ultrasonic signal is extracted while correcting the temperature dependence of the piezoelectric efficiency, so that a more accurate image can be obtained.

また、上述の実施形態では、超音波探触子2および超音波診断装置Sは、圧電部22の現在の状態を直ちに反射受信信号へ反映すべく、超音波信号の送信ごとに直接受信信号を得るように構成されていたが、所定の間隔ごとに、例えば1フレームごとに直接受信信号を得るように構成されてもよい。このように構成されることによって、一の直接受信信号を得てから所定の時間間隔の経過後に次の直接受信信号を得るまで、信号処理部14がこの一の直接受信信号に基づいて反射受信信号を処理するので、超音波画像の生成時間が短縮される。あるいは、超音波探触子2および超音波診断装置Sは、例えばサーミスタ等の温度検出部をさらに備え、温度変化が予め設定された閾値以上変化した場合に、直接受信信号を得るように構成されてもよい。このように構成されることによって、温度変化によって超音波画像が劣化するタイミングで適切に直接受信信号が得られ、超音波画像の生成時間を短縮しつつ、超音波画像を所定の精度で維持することが可能となる。   In the above-described embodiment, the ultrasound probe 2 and the ultrasound diagnostic apparatus S directly receive the received signal every time the ultrasound signal is transmitted so that the current state of the piezoelectric unit 22 is immediately reflected in the reflected received signal. However, the reception signal may be directly obtained every predetermined interval, for example, every frame. With this configuration, the signal processing unit 14 performs reflection reception based on the one direct reception signal until the next direct reception signal is obtained after the elapse of a predetermined time interval after obtaining one direct reception signal. Since the signal is processed, the generation time of the ultrasonic image is shortened. Alternatively, the ultrasonic probe 2 and the ultrasonic diagnostic apparatus S are further provided with a temperature detection unit such as a thermistor, for example, and configured to obtain a received signal directly when the temperature change changes by a predetermined threshold value or more. May be. By being configured in this way, a reception signal can be obtained directly and appropriately at a timing at which the ultrasonic image deteriorates due to a temperature change, and the ultrasonic image is maintained with a predetermined accuracy while reducing the generation time of the ultrasonic image. It becomes possible.

また、上述の実施形態では、信号処理部14は、超音波診断装置本体1に備えられたが、超音波探触子2に内蔵されてもよい。   In the above-described embodiment, the signal processing unit 14 is provided in the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1, but may be included in the ultrasonic probe 2.

また、上述の実施形態において、超音波探触子2および超音波診断装置Sは、圧電部22から出力された電気信号を所定の時間だけ遅延する遅延部をさらに備えて構成されてもよい。   In the above-described embodiment, the ultrasound probe 2 and the ultrasound diagnostic apparatus S may further include a delay unit that delays the electrical signal output from the piezoelectric unit 22 by a predetermined time.

図6は、実施形態における超音波診断装置および超音波探触子の他の構成を示す図である。なお、図6において、超音波診断装置本体1は、図2に示す超音波診断装置本体1と同様であり、送信部12および受信部13のみが示され、他の構成の記載が省略されている。   FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus and the ultrasonic probe in the embodiment. In FIG. 6, the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 is the same as the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 shown in FIG. 2, and only the transmission unit 12 and the reception unit 13 are shown, and description of other components is omitted. Yes.

この超音波診断装置Saは、図6に示すように、超音波探触子2aと、超音波探触子2aとケーブル3aを介して接続される超音波診断装置本体1とを備えて構成される。   As shown in FIG. 6, the ultrasonic diagnostic apparatus Sa includes an ultrasonic probe 2a and an ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 connected to the ultrasonic probe 2a via a cable 3a. The

超音波探触子2aは、図1ないし図3に示す超音波探触子2と同様な超音波制動部材21、圧電部22、音響整合層23および音響レンズ24を備え、さらに、遅延部25および切換スイッチ26を備えて構成されている。遅延部25は、圧電部22の第2圧電部223から出力された受信の電気信号を所定の時間だけ遅延する回路である。切換スイッチ26は、圧電部22における第1および第2圧電部221、223とケーブル3aとの接続状態を切り換える1×2スイッチである。切換スイッチ26は、送信部12から圧電部22の第1圧電部221へ送信信号が出力される場合では、圧電部22の第1圧電部221とケーブル3aとを接続する第1接続状態とされ、圧電部22の第2圧電部223から受信部13へ受信信号が出力される場合では、圧電部22の第2圧電部223とケーブル3aとを接続する第2接続状態とされる。   The ultrasonic probe 2a includes an ultrasonic braking member 21, a piezoelectric portion 22, an acoustic matching layer 23, and an acoustic lens 24 similar to the ultrasonic probe 2 shown in FIGS. And a changeover switch 26. The delay unit 25 is a circuit that delays the received electrical signal output from the second piezoelectric unit 223 of the piezoelectric unit 22 by a predetermined time. The changeover switch 26 is a 1 × 2 switch that switches the connection state between the first and second piezoelectric portions 221 and 223 and the cable 3 a in the piezoelectric portion 22. When the transmission signal is output from the transmission unit 12 to the first piezoelectric unit 221 of the piezoelectric unit 22, the changeover switch 26 is in a first connection state that connects the first piezoelectric unit 221 of the piezoelectric unit 22 and the cable 3 a. When the reception signal is output from the second piezoelectric unit 223 of the piezoelectric unit 22 to the receiving unit 13, the second connection state is established in which the second piezoelectric unit 223 of the piezoelectric unit 22 and the cable 3a are connected.

ケーブル3aは、送信部12から切換スイッチ26を介して圧電部22へ送信信号を伝送すると共に、圧電部22から切換スイッチ26を介して受信部13へ受信信号を伝送する信号線(伝送路)を備えて構成される。   The cable 3a transmits a transmission signal from the transmission unit 12 to the piezoelectric unit 22 via the changeover switch 26, and transmits a reception signal from the piezoelectric unit 22 to the reception unit 13 via the changeover switch 26 (transmission path). It is configured with.

このような構成の超音波探触子2aおよび超音波診断装置Saでは、まず、切換スイッチ26が第1接続状態とされ、直接受信信号を得るための第1送信信号と反射受信信号を得るための第2送信信号とが送信部12から出力される。これら第1および第2送信信号は、ケーブル3aを伝送し、切換スイッチ26を介して圧電部22の第1圧電部221へ入力される。   In the ultrasonic probe 2a and the ultrasonic diagnostic apparatus Sa configured as described above, first, the changeover switch 26 is set to the first connection state to obtain a first transmission signal and a reflected reception signal for obtaining a direct reception signal. The second transmission signal is output from the transmission unit 12. These first and second transmission signals are transmitted through the cable 3 a and input to the first piezoelectric unit 221 of the piezoelectric unit 22 via the changeover switch 26.

第1送信信号によって第1圧電部221は、超音波信号を放射する。この超音波信号は、中間層222を介して第2圧電部223で直ちに直接的に受信され、第2圧電部223で直接受信信号として電気信号に変換され、遅延部25へ出力される。この直接受信信号は、遅延部25で所定の時間だけ遅延される。この間に、切換スイッチ26が第2接続状態とされる。この遅延部25の遅延時間(所定の時間)は、少なくとも、圧電部22の第1圧電部221が第1および第2送信信号によって超音波信号を放射する時間である。遅延部25で遅延された直接受信信号は、遅延部25から切換スイッチ26へ出力され、ケーブル3aを介して受信部13へ出力される。   The first piezoelectric unit 221 emits an ultrasonic signal by the first transmission signal. The ultrasonic signal is immediately received directly by the second piezoelectric unit 223 via the intermediate layer 222, converted directly into an electrical signal by the second piezoelectric unit 223, and output to the delay unit 25. This directly received signal is delayed by the delay unit 25 by a predetermined time. During this time, the changeover switch 26 is brought into the second connection state. The delay time (predetermined time) of the delay unit 25 is a time at which at least the first piezoelectric unit 221 of the piezoelectric unit 22 emits an ultrasonic signal using the first and second transmission signals. The direct reception signal delayed by the delay unit 25 is output from the delay unit 25 to the changeover switch 26 and output to the reception unit 13 through the cable 3a.

また、第2送信信号によって第1圧電部221は、超音波信号を放射する。この超音波信号は、中間層222、第2圧電部223、音響整合層23および音響レンズ24を介して放射される。超音波探触子2が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子2から被検体に対して超音波が送信される。この超音波は、被検体内部で反射され、超音波の反射波(エコー)となる。この反射波の超音波信号は、音響レンズ24および音響整合層23を介しての第2圧電部223で受信され、第2圧電部223で反射受信信号として電気信号に変換され、遅延部25へ出力される。この反射受信信号は、遅延部25で所定の時間だけ遅延される後に、切換スイッチ26およびケーブル3aを介して受信部13へ出力される。   Further, the first piezoelectric unit 221 emits an ultrasonic signal by the second transmission signal. This ultrasonic signal is radiated through the intermediate layer 222, the second piezoelectric portion 223, the acoustic matching layer 23, and the acoustic lens 24. When the ultrasonic probe 2 is in contact with the subject, for example, ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe 2 to the subject. This ultrasonic wave is reflected inside the subject and becomes a reflected wave (echo) of the ultrasonic wave. The reflected ultrasonic signal is received by the second piezoelectric unit 223 via the acoustic lens 24 and the acoustic matching layer 23, converted into an electrical signal as a reflected reception signal by the second piezoelectric unit 223, and sent to the delay unit 25. Is output. The reflected reception signal is delayed by a predetermined time by the delay unit 25 and then output to the reception unit 13 via the changeover switch 26 and the cable 3a.

このように構成されることによって、遅延部25が圧電部22(第2圧電部223)から出力された電気信号を所定の時間だけ遅延するので、圧電部22へ送信信号を送る信号線と圧電部22から受信信号を送る信号線とを兼用することができる。   With this configuration, the delay unit 25 delays the electrical signal output from the piezoelectric unit 22 (second piezoelectric unit 223) by a predetermined time. It can also be used as a signal line for sending a reception signal from the unit 22.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.

実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。It is a figure which shows the external appearance structure of the ultrasound diagnosing device in embodiment. 実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the ultrasonic diagnosing device in embodiment. 実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ultrasound probe in the ultrasound diagnosing device of embodiment. 高調波成分の抽出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction method of a harmonic component. 高調波成分の他の抽出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other extraction method of a harmonic component. 実施形態における超音波診断装置および超音波探触子の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the ultrasonic diagnosing device and ultrasonic probe in embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

S 超音波診断装置
1 超音波診断装置本体
2 超音波探触子
14 信号処理部
22 圧電部
25 遅延部
221 第1圧電部
223 第2圧電部
S ultrasonic diagnostic apparatus 1 ultrasonic diagnostic apparatus main body 2 ultrasonic probe 14 signal processing unit 22 piezoelectric unit 25 delay unit 221 first piezoelectric unit 223 second piezoelectric unit

Claims (10)

圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる圧電部と、
圧電材料を備えて成り、前記圧電部から送信された超音波信号を直接受信信号として電気信号へ圧電現象を利用することによって変換する直接受信部と、
所定の信号を処理する信号処理部とを備え、
前記圧電部は、当該圧電部から送信された超音波信号であって被検体で反射した超音波信号を受信し、この受信した超音波信号を反射受信信号として電気信号へ変換し、
前記信号処理部は、前記直接受信信号に基づいて前記反射受信信号を処理すること
を特徴とする超音波探触子。
A piezoelectric part comprising a piezoelectric material and capable of mutually converting a signal between an electrical signal and an ultrasonic signal by utilizing a piezoelectric phenomenon;
A direct receiving unit that includes a piezoelectric material, and that converts an ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit into an electrical signal by using a piezoelectric phenomenon as a direct reception signal;
A signal processing unit for processing a predetermined signal,
The piezoelectric unit receives an ultrasonic signal that is an ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit and reflected by a subject, and converts the received ultrasonic signal into an electric signal as a reflected reception signal,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the signal processing unit processes the reflected reception signal based on the direct reception signal.
前記信号処理部は、前記圧電部における圧電効率の温度依存性を補正すべく前記直接受信信号に基づいて前記反射受信信号を処理する温度依存補正部であること
を特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。
The said signal processing part is a temperature dependence correction | amendment part which processes the said reflected received signal based on the said direct received signal in order to correct | amend the temperature dependence of the piezoelectric efficiency in the said piezoelectric part. Ultrasonic probe.
前記圧電部は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第1および第2圧電部を備え、第1および第2圧電部は、互いに積層されていること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の超音波探触子。
The piezoelectric portion includes a piezoelectric material, and includes first and second piezoelectric portions that can mutually convert signals between an electrical signal and an ultrasonic signal by using a piezoelectric phenomenon. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the second piezoelectric portion and the second piezoelectric portion are stacked on each other.
前記圧電部における前記第1圧電部の前記圧電材料は、無機圧電材料であり、
前記圧電部における前記第2圧電部の前記圧電材料は、有機圧電材料であること
を特徴とする請求項3に記載の超音波探触子。
The piezoelectric material of the first piezoelectric part in the piezoelectric part is an inorganic piezoelectric material,
The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the piezoelectric material of the second piezoelectric portion in the piezoelectric portion is an organic piezoelectric material.
前記圧電部における前記第1および第2圧電部は、前記第1圧電部上に前記第2圧電部が積層され、前記第2圧電部の前方に超音波信号の送受信面が在ること
を特徴とする請求項4に記載の超音波探触子。
The first and second piezoelectric portions of the piezoelectric portion are characterized in that the second piezoelectric portion is laminated on the first piezoelectric portion, and an ultrasonic signal transmission / reception surface is present in front of the second piezoelectric portion. The ultrasonic probe according to claim 4.
前記圧電部の前記第1圧電部は、電気信号が入力され、該電気信号を超音波信号へ変換して該変換した超音波信号を送信し、
前記圧電部の前記第2圧電部は、超音波信号が受信され、該超音波信号を電気信号へ変換して該電気信号を出力すること
を特徴とする請求項3ないし請求項5の何れか1項に記載の超音波探触子。
The first piezoelectric part of the piezoelectric part receives an electrical signal, converts the electrical signal to an ultrasonic signal, and transmits the converted ultrasonic signal;
The second piezoelectric unit of the piezoelectric unit receives an ultrasonic signal, converts the ultrasonic signal into an electric signal, and outputs the electric signal. The ultrasonic probe according to item 1.
前記圧電部の前記第2圧電部は、前記直接受信部と兼用されていること
を特徴とする請求項6に記載の超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 6, wherein the second piezoelectric portion of the piezoelectric portion is also used as the direct receiving portion.
前記圧電部から出力された電気信号を所定の時間だけ遅延する遅延部をさらに備えること
を特徴とする請求項1ないし請求項7の何れか1項に記載の超音波探触子。
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 7, further comprising a delay unit that delays an electrical signal output from the piezoelectric unit by a predetermined time.
前記直接受信部は、前記圧電部から送信された超音波信号を所定の時間間隔ごとに直接受信信号として電気信号へ変換すること
を特徴とする請求項1ないし請求項8の何れか1項に記載の超音波探触子。
9. The direct reception unit converts the ultrasonic signal transmitted from the piezoelectric unit into an electrical signal as a direct reception signal at predetermined time intervals. The described ultrasonic probe.
請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の超音波探触子を備えること
を特徴とする超音波診断装置。
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 9.
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