JPH08187245A - 超音波プローブ及びこれを用いた超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】周囲からの組織エコーの影響が大きい部位（心
筋、臓器実質など）でも、静脈注入によるコントラスト
エコー法を実施して、造影剤による輝度増強の像を的確
に得ることができる超音波診断装置を提供すること。 【構成】電気信号と音響信号とを双方向に変換可能な圧
電体から成る振動子２５1 …２５n を複数個配列し、そ
の各振動子に、少なくとも２種類の周波数成分の通過帯
域特性を持たせるようにアース電極２８を含む少なくと
も３個の電極２６〜２８を配設したプローブ１０と、前
記少なくとも３個の電極２６〜２８を介して前記少なく
とも２種類の周波数成分に関連して前記プローブ１０を
駆動する送受信手段１１とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超音波造影剤（コン
トラスト剤）を被検体内に注入し、この造影剤の超音波
に対する強い散乱特性によりエコーが増強される性質を
利用して造影剤のコントラスト像を得るようにした超音
波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波造影剤を用いたコントラス
トエコー法が心筋画像の解析分野で注目されている。

【０００３】このコントラストエコー法の一つとして、
超音波造影剤を動脈から注入する動脈注入による心筋コ
ントラストエコー法が研究されており、心筋パーフュー
ジョン（perfusion ）による心筋内血流の灌流域の評価
に利用されている。この心筋コントラストエコー法は大
動脈に留置されたカテーテルより超音波造影剤（例え
ば、用手的あるいはソニケータにより気泡の生成された
５％ヒトアルブミン）を注入するものである。造影剤に
より心筋内血流の灌流域は、Ｂモード上の輝度増強領域
として表示される。同様に、血流の灌流域の評価あるい
は腫瘍の支配血管系を評価するために、腹部領域でも動
脈注入によるコントラストエコー法が研究されている。
これらのコントラストエコー法を実施する診断装置は、
一般検査用の超音波診断装置あるいはさらにワークステ
ーションが用いられる。これにより、目視によりＢモー
ド像の輝度増強を評価したりあるいはメモリに記憶され
た画像データをワークステーション上で適当な処理後、
輝度レベルの変化を定量評価するようになっている。

【０００４】また、近年、超音波造影剤を静脈から注入
して左心系の評価が可能な超音波造影剤が開発され、こ
れを用いた超音波コントラストエコー法が試みられてい
る。

【０００５】この超音波造影剤としては、塩野義製薬株
式会社により輸入販売されている、『５％人血清アルブ
ミンを超音波処理するときに生成するアルブミン膜の中
に、空気を封じ込めた平均粒子径約４μｍの空気小球
体』（販売名：アルブネックス注５ml）がある。

【０００６】この静脈注入によるコントラストエコー法
は、現在、試験，研究段階であり、今後、頭部・心腔・
腹部などの診断でその有用性に期待が高まっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のコント
ラストエコー法のうち、動脈注入によるコントラストエ
コー法は、カテーテルを大動脈に留置させる必要がある
ため、それを施行できる施設（手術室）が比較的大きい
病院に限られること、また侵襲性が伴う診断のため患者
の負担も大きいことなどの理由に因って、一般の臨床に
は今後も容易には普及し難いと想定されている。

【０００８】一方、静脈注入よるコントラストエコー法
では、侵襲性は著しく小さく、患者の負担は小さくて済
むものの、造影剤を肺を通って心筋やその他の目的部位
に到達することになるため、動脈注入によるコントラス
トエコー法に比べて、造影剤濃度が薄くなり、輝度増強
の程度が下がる。このため、心筋、腹部の末梢部位な
ど、その周囲からの組織エコーの影響が大きい部位で
は、造影剤による輝度増強を観測することは極めて困難
であり、心筋パーフュージョンによる心筋内血流の灌流
域の評価には適用できないという現状にある。

【０００９】本発明は、このような従来の超音波造影剤
を用いたコントラストエコー法の現状に鑑みてなされた
もので、周囲からの組織エコーの影響が大きい部位（心
筋、臓器実質など）でも、静脈注入によるコントラスト
エコー法を実施して、造影剤による輝度増強の像を的確
に得ることができる超音波診断装置を提供することを目
的とする。

【００１０】特に、心筋パーシュージョンによる心筋内
血流の灌流域の評価を静脈注入によるコントラストエコ
ー法により可能にした超音波診断装置を提供すること
を、目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る超音波診断装置は次のように構成され
る。

【００１２】請求項１〜６記載の発明は、電気信号と音
響信号とを双方向に変換可能な圧電体から成る同一振動
子に、少なくとも２種類の周波数成分の通過帯域特性を
持たせるようにアース電極を含む少なくとも３個の電極
を配設したことを要部とする。

【００１３】請求項７〜１４記載の発明は、電気信号と
音響信号とを双方向に変換可能な圧電体から成る振動子
を複数個配列し、その各振動子に、少なくとも２種類の
周波数成分の通過帯域特性を持たせるようにアース電極
を含む少なくとも３個の電極を配設したプローブと、前
記少なくとも３個の電極を介して前記少なくとも２種類
の周波数成分に関連して前記プローブを駆動する送受信
手段とを備えたことを要部とする。

【００１４】

【作用】電気信号と音響信号とを双方向に変換可能な圧
電体から成る同一振動子に、少なくとも２種類の周波数
成分の通過帯域特性を持たせるようにアース電極を含む
少なくとも３個の電極を配設したことを特徴とし、また
電気信号と音響信号とを双方向に変換可能な圧電体から
成る振動子を複数個配列し、その各振動子に、少なくと
も２種類の周波数成分の通過帯域特性を持たせるように
アース電極を含む少なくとも３個の電極を配設したプロ
ーブと、前記少なくとも３個の電極を介して前記少なく
とも２種類の周波数成分に関連して前記プローブを駆動
する送受信手段とを備えたことを特徴とするので、周囲
からの組織エコーの影響が大きい部位（心筋、臓器実質
など）でも、静脈注入によるコントラストエコー法を実
施して、造影剤による輝度増強の像を的確に得ることが
できる超音波診断装置を提供することができる。また心
筋パーシュージョンによる心筋内血流の灌流域の評価を
静脈注入によるコントラストエコー法により可能にした
超音波診断装置を提供することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】（第１実施例）第１実施例を図１〜図４に
基づいて説明する。この第１実施例に係る超音波診断装
置は超音波造影剤に含まれる気泡の非線形散乱により生
成される非線形成分としての２次高調波成分を効率良く
検出し、その分布像を２次元表示するコントラストエコ
ー法を実施するものである。

【００１７】図１に示す如く、この超音波診断装置は、
被検体との間で超音波信号の送受信を行なう超音波プロ
ーブ１０と、この超音波プローブ１０を駆動するととも
に、超音波プローブ１０の受信信号を処理する装置本体
１１とを備える。

【００１８】超音波プローブ１０（以下、「プローブ」
という）はフェーズド・アレイ・タイプの電子セクタプ
ローブとして形成されており、プローブ本体２０と後述
する複数のバッファアンプとをプローブヘッド２２に内
蔵させた構造を有する。プローブ本体２０は直方体状の
圧電体２５を備える。図１において、この圧電体２５の
長手方向が走査方向ｘ、この走査方向ｘに直交する短手
方向がレンズ方向ｙ（スライス方向ともいう），両方向
ｘ，ｙに直交する方向が厚さ方向（深さ方向ともいう）
ｚに各々割り当てられている。

【００１９】圧電体２５は、その走査方向に複数個（例
えば６４個）の振動子２５1 …２５n （例えばｎ＝６
４）に分割され、フェーズド・アレイ・タイプの振動子
構造を有するとともに、３個の電極２６，２７，２８が
引き出され２周波プローブを成している。すなわち、各
振動子２５1 （…２５n)毎に、その一方の側面から背面
にかけて側方から見てＬ字状に貼り付けられた第１の電
極２６1 （…２６n ）と、他方の側面に貼り付けられた
第２の電極２７1 （…２７n ）と、超音波送受面に貼り
付けられた第３の共通電極、すなわちアース電極２８が
設けられている。アース電極２８は、図１では模式的な
構造例を示すが、具体的な構造の一例は図２に示すよう
になっている。

【００２０】さらに、第２の電極２７1 …２７n の各々
には、その途中位置に一体に中間電極が２９1 （…２９
n ）が垂設されており、この中間電極２９1 …２９n が
各々、各振動子２５1 （…２５n ）を厚さ方向ｚの２つ
の分極領域に分断するようになっている。この中間電極
２９1 …２９n の厚さ方向ｚの位置が各振動子の周波数
特性などに大きく影響するので、この中間電極２９1 …
２９n の位置や分極方向を変えてプローブ１０の２周波
特性をコントロールするものである。

【００２１】なお、図３に、１個の振動子２５n の（ｙ
−ｚ）面の構造を模式的に示す。

【００２２】ここで、この３つの電極２６，２７，２８
を形成した振動子２５の２周波特性をその典型例に基づ
いて説明する。

【００２３】図４（ａ）〜（ｄ）は各々、走査方向ｘか
ら見たｙ−ｚ面に沿った断面を模式的に示し、図中の矢
印は中間電極２９で分けられる厚さ方向ｚの各分割領域
Ｕ，Ｌにおける分極方向を示す。中間電極２９の厚さ方
向ｚの位置は振動子の周波数特性に大きく影響する。図
中、「ｆ」および「２ｆ」は各々、図５（ａ），（ｂ）
に示す如く、信号の基本波成分ｆ（または２次高調波成
分２ｆ）を中心とした通過帯域を有することを示す。
「ｆ，２ｆ」は、図５（ｃ）に示す如く「ｆ」および
「２ｆ」を中心とした２つの通過帯域がある双峰性の周
波数特性が在ることを示す。

【００２４】図４（ａ）の振動子では分極方向を分割領
域Ｕ，Ｌで互いに反対向きとし、中間電極２９を厚さ方
向ｚの真中の位置に置いており、これにより、第１（こ
こではアース），第３の電極２６，２８から２次高調波
成分２ｆの周波数帯域が得られ（同図（ａ）上段）、第
２（ここではアース），第３の電極２７，２８から基本
波，２次高調波成分ｆ，２ｆの双峰性の周波数帯域が得
られる（同図（ａ）下段）。

【００２５】図４（ｂ）の振動子では分極方向を分割領
域Ｕ，Ｌで同一とし、中間電極２９を同図（ａ）の場合
と同様に真中の位置に置いている。但し、同図（ｂ）下
段の振動子は、その肩部を半田付け（矢印Ｓ参照）する
ことにより、第１，第３の電極２６，２８が電気的に接
続されている。これにより、第１（アース），第３の電
極２６，２８から基本波成分ｆの周波数帯域が得られ
（同図（ａ）上段）、第１（＝第３），第２（アース）
の電極２６（＝２８），２７から２次高調波成分２ｆの
周波数特性が得られる（同図（ｂ）下段） さらに、図４（ｃ）の振動子は同図（ｂ）の分極方向お
よび電極構造と同じであるが、中間電極２９の位置が真
中よりも背面（底面）側にずれている。この結果、第
１，第３の電極２６，２８から基本波成分ｆの周波数特
性が得られる（同図（ｃ）上段）とともに、第１（＝第
３），第２の電極２６（＝２８），２７から基本波成分
ｆ、２次高調波成分ｆ，２ｆの双峰性の周波数特性が得
られる。

【００２６】さらにまた、同図（ｄ）に示す振動子は同
図（ａ）と同一の電極構造とし、分割領域Ｕ，Ｌの分極
方向を同一としている。これにより、第１（アース），
第３の電極２６，２８から基本波成分ｆの周波数特性が
得られる（同図（ｄ）上段）。一方、第２（アース），
第３の電極２７，２８から基本波，２次高調波成分ｆ，
２ｆの双峰性の周波数特性が得られる（同図（ｄ）下
段）。この場合、中間電極２９の位置を超音波送受面寄
りに移動させることにより、基本波，２次高調波成分
ｆ，２ｆの双峰性の周波数特性において、基本波成分ｆ
よりも２次高調波成分２ｆの通過特性を良好に設定する
ことができる。

【００２７】以上のように電極構造，中間電極２９の位
置，分極方向によって異なる周波数特性が得られる訳で
あるが、この内、本第１実施例では、図４（ｄ）に示し
た型の振動子構造を採用し、さらに中間電極２９の位置
を超音波送受面寄りに設定している。双峰特性における
２次高調波成分２ｆの通過特性は基本波成分ｆよりも良
好にしている。

【００２８】さらに図１に示す如く、圧電体２５の背面
にはバッキング材ＢＫが、超音波送受面には整合層３
０，音響レンズ３１が各々取り付けられている。

【００２９】本実施例では、各振動子２５1 （…２５n
）に対し、第１，第３の電極２６1（…２６n ），２８
がコントラストモード（コントラストエコー法を実施す
るモード）の送信および通常Ｂモード（組織の通常のＢ
モード断層像を得るモード）の送受信を担うとともに、
第２，第３の電極２７1 （…２７n ），２８がコントラ
ストモードの受信を担う接続に成っている（図３参
照）。第１の電極２６1 …２６n および第３の電極２８
はリード線３２1 …３２n ，３４により振動子毎にバッ
ファアンプ３５1 …３５n を介してプローブヘッド２２
の外部に引き出され、「系１」を成す。同様に、第２の
電極２７1 …２７n および第３の電極２８はリード線３
３1 …３３n により振動子毎にバッファアンプ３６1 …
３６n を介してプローブヘッド２２の外部に引き出さ
れ、「系２」を成す。

【００３０】上記バッファアンプ３５1 …３５n および
３６1 …３６n の各々は具体的には、図１の円内拡大図
に示す如く、エミッタフォロア形のトランジスタを有す
るアンプ回路ＡＭＰと、このアンプ回路ＡＭＰに並列に
接続されたクロスダイオード回路ＤＩＤとを備えてい
る。送信時にはその大きい駆動電流に拠ってアンプ回路
ＡＭＰのトランジスタがオフとなって非動作状態とな
り、且つクロスダイオード回路ＤＩＤが高圧によってキ
ックオンされるため、同図中の矢印Ｔで示す如く駆動電
流が流れて、各振動子が駆動される。しかし、受信時に
はエコー信号の電圧が低いため、クロスダイオード回路
ＤＩＤがオフのままであるから、エコー信号は同図中の
矢印Ｒで示す如く、バイアス的には動作状態となってい
るアンプ回路ＡＭＰを通って受信処理側に流れる。これ
により、インピーダンス変換機能が得られる。

【００３１】このように振動子の間近に（プローブヘッ
ド２２内に）バッファアンプ３５1…３５n ，３６1 …
３６n を設けたので、振動子から見た負荷を高インピー
ダンスで終端することができる。信号伝送用のケーブル
が振動子に直接接続された場合、送信系および受信系が
相互に負荷になり所望の伝送特性が得られないこともあ
り得る。しかし、本実施例ではバッファアンプ３５1 …
３５n ，３６1 …３６n の高インピーダンス終端によ
り、かかる事態を確実に排除することができる。

【００３２】装置本体１１はプローブ１０を駆動する送
信系、およびプローブ１０からの信号を受信処理する受
信・処理系の各回路を有している。この他に、操作パネ
ルなどの入力系やＥＣＧなどの生体信号の検出系などが
あるが、図面では割愛している。

【００３３】送信系は、コントラストモード、通常Ｂモ
ード時共通に使用されるもので、クロック発生回路４
０、送信遅延回路４１、およびパルサ回路４２を備えて
いる。クロック発生回路４０は超音波信号の送信タイミ
ングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する回路
であり、送信遅延回路４１は送信時に遅延を掛けて送信
フォーカスを実施する回路である。パルサ回路４２は各
振動子に対応した個別経路（以下、「チャンネル」とい
う）の数分のパルサを内蔵し、個別に遅延が掛けられた
送信タイミングで駆動パルスを発生し、プローブ１０の
系１に伝送ライン４３1 …４３n を介して供給するよう
になっている。

【００３４】受信・処理系はコントラストモード用と通
常Ｂモード用とに分かれている。コントラストモード用
の受信・処理系はプローブ１０の系２のチャンネル毎の
バッファアンプ３６1 …３６n から伝送ライン４４1 …
４４n を介して個別に引き出されており、伝送ライン４
４1 …４４n の出力側にプリアンプ回路４５，ＨＰＦ回
路４６，受信遅延加算回路４７，レシーバ回路４８，デ
ジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ），およびモニタ５
０をこの順に備えている。

【００３５】プリアンプ回路４５は系２で受信される双
峰性（ｆ，２ｆ）の周波数特性（図３，５参照）に係る
受信エコーの電力を受信チャンネル毎に増幅し、ＨＰＦ
回路４６を介して受信遅延加算回路４７に送る。ＨＰＦ
回路４６は上記双峰性のエコー信号の中から２次高調波
成分２ｆのみを通過させるハイパスフィルタ群であり、
基本波成分ｆを遮断するように低域側のカットオフ周波
数が決められている。このため、図３に示す如く、受信
遅延加算回路４７に入力する受信エコー信号は２次高調
波成分２ｆのみとなる。なお、ＨＰＦ回路４６の設置位
置は上記の位置に限定されることなく、プリアンプ回路
４５の入力側や受信遅延加算回路４７の出力側などであ
ってもよい。また、図４で示したように系２の周波数特
性が２次高調波成分２ｆしか含まない振動子仕様（例え
ば図４（ｂ）下段参照）の場合、ＨＰＦ回路を省略する
ことができる。さらに、ＨＰＦ回路の代りに、２次高調
波成分に対する共振特性を有し、その信号成分のみを通
過させると共振回路を挿入してもよい。

【００３６】受信遅延加算回路４７は、受信チャンネル
毎の遅延部とこれらの遅延結果を加算する加算部とを有
し、受信エコー信号に対する受信フォーカスを実施す
る。さらに、レシーバ回路４８は２次高調波成分２ｆに
対し、包絡線検波、ログ圧縮などの処理を行なってコン
トラスト像の画像信号を得る受信処理回路である。ＤＳ
Ｃ４９は、Ａ／Ｄ変換器、マルチプレクサ、フレームメ
モリ、書込み／読出し回路、Ｄ／Ａ変換器などを含み、
指令された表示態様に対応した１フレームの画像信号を
形成するとともに、その画像信号を標準ＴＶ方式で読出
し可能になっている。このＤＳＣ４９から読み出された
画像信号はモニタ５０に出力され、表示される。

【００３７】一方、通常Ｂモード用の受信・処理系とし
ては、図１に示すように送信系に並列に、プリアンプ回
路５２，受信遅延加算回路５３，レシーバ回路５４，Ｄ
ＳＣ５５，およびモニタ５６が備えられている。レシー
バ回路以降は、上記コントラスト用の回路と共通にする
こともできる。これにより、送信系から基本波成分ｆを
送信したことに伴うエコー信号を処理し、Ｂモード像を
表示できるようになっている。

【００３８】このようにして６４素子の電子セクタ形の
プローブ１０が形成されるとともに、このプローブ１０
を駆動させるための１２８チャンネル（ＣＨ）の送受信
システムが形成される。そしてコントラストモードで
は、プローブ１０の各振動子２５1 …２５n の系１（６
４ＣＨ）を介して超音波ビームを送信し、系２（６４Ｃ
Ｈ）を介してそのエコー信号を受信する。この結果、系
１は前述したように基本波成分ｆの周波数特性を有して
いるので、基本波成分ｆのみを含む超音波ビームが被検
体の所望診断部位に向って放射される。診断部位には超
音波造影剤が血液を介して流入・流出しているので、超
音波エコー信号は主に組織および超音波造影剤による散
乱成分で構成される。まり、造影剤による２次高調波成
分を含む非線形の散乱成分が含まれる。

【００３９】このエコー信号は双峰性の周波数特性を有
するプローブ１０の系２で受信される。このとき、各振
動子２５1 …２５n の中間電極２９1 …２９n の位置を
真中よりも送受面寄りに設定して基本波成分ｆに対する
感度を抑制しているので、造影剤による受信系の飽和を
避けることができる。

【００４０】プローブ１０から送られてきたエコー信号
の電力はプリアンフ回路４５で増幅される。このプリア
ンプ回路４５の各プリアンプ・ゲインを通常Ｂモード時
の値よりも大きく設定し、かつそのゲイン周波数特性を
２次高調波成分２ｆの帯域に合せておくことにより、エ
コー信号に含まれる２次高調波成分２ｆを良好なＳ／Ｎ
比で受信できる。

【００４１】このエコー信号の内、２次高調波成分２ｆ
のみがＨＰＦ回路４６により抽出され、前述したように
信号処理されて、超音波造影剤の非線形散乱に起因した
２次高調波成分によるＢモードの画像信号が形成され
る。この画像信号は被検体、例えば心筋のコントラスト
エコー法に従うコントラスト像として表示され、心筋パ
ーフュージョンによる心筋内血流など灌流域の評価が行
なわれる。

【００４２】さらに、本実施例の超音波診断装置では、
通常Ｂモード時には、系１を介して基本波成分ｆにより
超音波ビームで送受信されるので、通常のＢモード像が
得られる。これによってコントラストモード時と通常モ
ード時の両機能を兼ね備えることができ、適宜使い分け
られる。したがって、汎用性にも優れている。

【００４３】以上のように同一のプローブ（振動子）に
送信時と受信時とで異なる周波数特性を持たせ、送信時
には基本波成分ｆのみを送信させ、受信時には非線形成
分の中で最もパワーの大きい２次高調波成分のみを高Ｓ
／Ｎ比で受信するプローブおよびその送受信システムを
構成した。これにより、微小な気泡から成る超音波造影
剤の強い非線形散乱特性によるエコー増強効果を用い
て、気泡（造影剤）以外からの組織エコーと気泡からの
エコーとを高Ｓ／Ｎ比で良好に区別することができる。
したがって、静脈から超音波造影剤を注入する場合で、
診断部位到達時の造影剤濃度が薄くなる場合であって
も、心筋や、臓器などの組織エコーの大きい部位にて、
造影剤（すなわち、血流）による輝度増強効果を効率良
く検出でき、心筋内血流や臓器内の微小循環を高品質
（高Ｓ／Ｎ比，高分解能）で画像化できる。この結果、
循環器分野では、静脈注入によるエントランスエコー法
による心筋血流の画像化が可能となり、患者に無用な不
快感，負担を強いることなく、またカテーテルを用いる
大掛りな施行施設を用いることなく、心筋梗塞の超音波
診断が高い診断能率で可能となる。同様に腹部分野では
肝臓内微小循環や腫瘍血流の高品質の画像化，腎実質部
の血流の高品質の画像化も可能となる。

【００４４】（第２実施例）続いて本発明の第２実施例
を図６および図７に基づいて説明する。なお、前記第１
実施例で用いた構成要素と同一または同等のものは同一
符号を用いてその説明を省略または簡略化する。

【００４５】この第２実施例のプローブ１０は、電子セ
クタプローブであり６４素子によるフェーズド・アレイ
・タイプの前述した図４（ａ）に記載した電極の引出し
構造を採用している。すなわち中間電極２９は厚さ方向
ｚの中間に位置しており、一方の側面および背面の第１
の電極２６および送受面の第３の電極（アース）２８を
介して「系１」が形成されるとともに、中間電極２９に
結合した、もう一方の側面の第２の電極および第３の電
極２８により「系２」が形成されている（図７参照）。
これにより、系１の周波数帯域を基本波成分ｆと書き換
えると、系２は基本波成分ｆおよび分調波成分ｆ／２の
双峰性の周波数特性を有している。

【００４６】このプローブ１０に対して、本実施例では
コントラストモードにおいて系１を６４ＣＨの送信用
（即ち、周波数帯域は基本波成分ｆを中心とする帯域）
に使い、系２を６４ＣＨの受信用（即ち、周波数帯域は
分調波成分ｆ／２を中心とする帯域）に使っている。こ
の送受信システムは前述した図１と同様であるが、受信
系においてプリアンプ回路４５と受信遅延加算回路４７
との間に、ＬＰＦ回路６０を挿入している。ＬＰＦ回路
６０はチャンネル毎のＬＰＦから成り、双峰性（ｆ／
２，ｆ）の周波数特性を有する受信エコー信号の内、分
調波成分ｆ／２を中心とする帯域のみを通過させ、基本
波成分ｆのそれをカットする。これにより、送信は基本
波成分ｆの帯域で、受信は分調波成分ｆ／２の帯域で各
々、前記第１実施例と同様に、今度は超音波造影剤の非
線形散乱に起因した分調波成分ｆ／２のみを受信し、そ
の分調波成分ｆ／２のＢモード像（振幅の輝度変調
像）、即ち、コントラスト像を表示させることができ
る。

【００４７】この場合、プリアンプ回路４５のゲインを
通常Ｂモード時よりも大きく設定することができ、それ
により良好なＳ／Ｎ比で分調波成分を受信することがで
きる。また、中間電極より信号を取り出していることに
より、基本波成分ｆに対する感度は抑制されており、超
音波造影剤による受信系の飽和を避け、十分なダイナミ
ックレンジを得ることができる。

【００４８】さらに、この実施例では、通常Ｂモードの
画像化を行なうことができ、そのために系１の送信系に
は通常Ｂモード時の送信を行なわせるとともに、この送
信系に通常Ｂモード用の受信系を図５に示す如く並列に
装備している。これにより装置の多機能化が図られてい
る。

【００４９】（第３実施例）さらに図８および図９に基
づいて本発明の第３実施例を説明する。

【００５０】この実施例に係るプローブ１０は、やは
り、２周波数特性を有するフェーズド・アレイ・タイプ
の電子セクタプローブとして形成されているが、前述し
た各実施例のプローブとは異なり、２つの周波数成分
ｆ，２ｆ毎に振動子が構造的に分けられ２つの振動子群
１，２を形成している。

【００５１】具体的にはプローブ１０には、図８に示す
如く、例えば１２８素子から成る振動子２５1 …２５n
（例えばｎ＝１２８）が走査方向ｘに分割配置され、前
述の実施例と同様に、各々の振動子２５1 （…２５n ）
に第１〜第３の電極２６1 （…２６n ），２７1 （…２
７n ），２８が取り付けられている。この内、第１の電
極２６1 …２６n の超音波送受側の端部はその送受面ま
で延設され、一部が送受面に沿って折り曲げられた状態
で取り付けられている。

【００５２】このような分割構造および電極構造を有す
る振動子２５1 …２５n の内、奇数番目に配置してある
振動子２５1 ，２５3 ，…２５n-1 が一方の「振動子群
１」を形成し、偶数番目に配置してある振動子２５2 ，
２５4 ，…２５n がもう一方の「振動子群２」を形成し
ている（図９参照）。つまり、２つの振動子群１および
２の振動子が走査方向に交互に配置されている。２つの
振動子群１，２の内、奇数番目の振動子群１は前記図４
（ｂ）上段に形成した電極配置および電極引出し構造を
採用しているので、基本波成分ｆを中心とする帯域にの
み周波数特性を有する。そこで、この振動子群１を本実
施例では系１として割り振り、コントラストモード時の
送信および通常Ｂモード時の送受信を担当させる。一
方、偶数番目の振動子群２は図４（ｂ）下段に記載した
電極配置および電極引出し構造を採用しており、２次高
調波成分２ｆを中心とする帯域にのみ周波数特性を有す
る。この振動子群２は系２として割り振られコントラス
トモード時の受信を専用に受け持つようになっている。

【００５３】なお、振動子群１では第２の電極２７1 ，
２７3 ，…２７n-1 が動作に関与しないので取り外す構
造としてよいが、交互配置による製造工程の都合上、そ
のまま残しておくようにしている。また、振動子群２で
は第１の電極２６2 ，２６4，…２６n の放射面側端部
を半田付けＳで第３のアース電極２８に電気的に接続し
ている。アース電極２８は走査方向ｘに振動子毎に分割
するようにしてもよい。

【００５４】一方、装置本体１１は、コントラストモー
ド用の６４ＣＨの送信系（クロック発生回路４０，送信
遅延回路４１，パルサ回路４２）を有し、この送信系が
伝送ライン４３1 ，４３3 ，…４３n-1 を介して系１を
成す振動子群１の各振動子２５1 ，２５3 ，…２５n-1
に接続されている。この送信系には、また、通常Ｂモー
ド用の受信系（プリアンプ回路５２，受信遅延加算回路
５３，レシーバ回路５４，ＤＳＣ５５，モニタ５６）が
並設されている。また装置本体１１には、コントラスト
モード用の６４ＣＨの受信系（プリアンプ回路４５，受
信遅延加算回路４７，レシーバ回路４８，ＤＳＣ４９，
モニタ５０）が設けられており、各チャンネルが伝送ラ
イン４４2 ，４４4 ，…４４n を介して系２を成す振動
子群２の各振動子２５2 ，２５4 ，…２５n に接続され
ている。

【００５５】この結果、コントラストモード３５では振
動子群１を介して超音波ビームを送信し、これに交互配
置の振動子群２を介してエコー信号を受信できる。これ
により、静脈注入によるコントラストエコー法に係る超
音波造影剤の非線形散乱に起因する２次高調波成分のみ
を受信し、その輝度変調画像を表示することができる。
このように同一プローブであっても振動子交互に異なる
２つの周波数帯域（ｆ，２ｆ）の内の片方ずつを持た
せ、送受信する振動子を専用化しているので高いＳ／Ｎ
比で微小循環を流れる血流（すなわち、造影剤）信号を
検出・画像化できる。特に、プリアンプ回路４５のゲイ
ンを通常モード時の値よりも大きく設定できるので、さ
らに高いＳ／Ｎ比で、２次高調波成分２ｆを受信するこ
とができる。

【００５６】一方、通常Ｂモードのときは振動子群１を
送受信に使い、基本波成分ｆに拠る輝度変調画像を表示
できる。

【００５７】本発明の他の実施例に係る超音波診断装置
を図１０に示す。この超音波診断装置は血流からの速度
情報を、Ｂモード断層像の情報と共に得るようにしたも
ので、本発明に係る３個の電極２６〜２８（中間電極２
９）を配設したプローブ１０を備えている。このプロー
ブ１０は第２実施例を示す図６のものと同一の構造を有
する（すなわち図４（ａ）に示す電極引出し構造になっ
ている）。

【００５８】このプローブ１０に対して、この系１に
は、送信系の回路４０，４１，４２及び受信処理系の回
路５２，５３，５４，５５，５６が並列に接続されてい
る。さらに系２には、クロック発生回路７０，送信遅延
回路７１，パルサ回路７２を有する送信系の回路及び受
信処理系の回路４５，６０，４７，４８，４９，５０が
並列に接続されている（図６の構成に、回路７０〜７２
を付加したものと等価である）。つまり、系１，２共に
別個の送受信機能を有することになり、系１側をＢモー
ド断層像用に、系２側をドプラモード用に各々割り当て
られている。このため、Ｂモードは系１による高い側の
周波数（基本波成分ｆ）を使って送受信が行われる一
方、ドプラモードは系２による低い側の周波数（分調波
成分ｆ／２）を使って送受信が行われる。

【００５９】このように構成される超音波診断装置によ
れば、ドプラモードによる血流情報の取得に際し、次の
ような感度向上の効果が得られる。

【００６０】血流信号をより抹消まで検出するために
は、より高い検出感度が装置に求められる。生体減衰が
感度に最も影響する因子であることは知られており、従
来の装置においてもドプラモードでの送受信周波数はシ
ステムの許す範囲で低めに設定される。しかしながら、
従来のシステムではその許容範囲は狭く、通常プローブ
の中心周波数の０．８倍程度である。この図１０記載の
実施例によれば、ドプラ用の送受信周波数はＢモードの
中心周波数（従来のプローブの中心周波数に対応）の半
分まで低下させることができる。例えば生体減衰を０．
６ｄＢ／ＭＨｚ／cmと仮定し、３．５ＭＨｚのプローブ
を例にとり対象の深さをＸ（cm）として、感度向上をＧ
（ｄＢ）とすると、

【数１】Ｇ(dB)＝2 ×0.6 ×3.5 ×(0.8-0.5) ×Ｘ(cm) となり、１０cm深さで＋１３ｄＢの感度向上が得られ
る。より高周波のプローブではさらに大きな効果が得ら
れる。

【００６１】なお、振動子群１（周波数特性「ｆ」）に
接続される送信系に、基本波成分ｆのみを通過させるＬ
ＰＦや共振回路を挿入することもでき、これによりコン
トラストモードで使用した場合の、送信系における２次
高調波成分２ｆの発生を確実に抑えて、高純度の基本波
成分ｆのみから成るビームを送信し、造影剤に因る２次
高調波成分２ｆをより高精度に検出可能となる。

【００６２】また上記の如く、振動子群１につながる系
１にＬＰＦや共振回路を設置する場合、それらを切り替
えスイッチを介して挿入し、通常ＢモードのときはＬＰ
Ｆ等を動作させないようにすることもできる。

【００６３】さらに振動子群の配置についても種々の変
形が可能である。２つの振動子群１，２の各６４素子を
前述の如く交互配置することは製造上、単純で製造能率
に優れているが、必ずしもこれに限定されるものではな
い。例えば１２８素子の内、走査方向における連続する
片側半分の６４素子ずつを振動子群１，２に各々割り当
てることもできるし、振動子群１，２の振動子数の比を
１：１以外にすることもできるし、さらにその一方の群
の素子を２つ置き，３つ置きに配置する手法も採用でき
る。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明では電気信号と音
響信号とを双方向に変換可能な圧電体から成る同一振動
子に、少なくとも２種類の周波数成分の通過帯域特性を
持たせるようにアース電極を含む少なくとも３個の電極
を配設したことを特徴とする超音波プローブを形成し、
また電気信号と音響信号とを双方向に変換可能な圧電体
から成る振動子を複数個配列し、その各振動子に、少な
くとも２種類の周波数成分の通過帯域特性を持たせるよ
うにアース電極を含む少なくとも３個の電極を配設した
プローブと、前記少なくとも３個の電極を介して前記少
なくとも２種類の周波数成分に関連して前記プローブを
駆動する送受信手段とを備えたことを特徴とする超音波
診断装置を形成したので、周囲からの組織エコーの影響
が大きい部位（心筋、臓器実質など）でも、静脈注入に
よるコントラストエコー法を実施して、造影剤による輝
度増強の像を的確に得ることができる超音波診断装置を
提供することができる。特に、心筋パーシュージョンに
よる心筋内血流の灌流域の評価を静脈注入によるコント
ラストエコー法により可能にした超音波診断装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る超音波診断装置の概
略ブロック図。

【図２】アース電極の具体例を示す部分斜視図。

【図３】第１実施例における１個の振動子に対する電極
構造を示す模式図。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は各々、振動子の電極構造およ
び分極方向の違いに拠る周波数特性を説明する説明図。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は各々、周波数特性の説明図。

【図６】本発明の第２実施例に係る超音波診断装置の概
略ブロック図。

【図７】第２実施例における１個の振動子に対する電極
構造を示す模式図。

【図８】本発明の第３実施例に係る超音波診断装置の概
略ブロック図。

【図９】第３実施例および１対の振動子に対する電極構
造を示す模式図。

【図１０】本発明のその他の実施例に係る超音波診断装
置の概略ブロック図。

【符号の説明】

１０ プローブ １１ 装置本体（送受信手段） ２２ プローブヘッド ２５1 …２５n 振動子 ２６1 …２６n 第１の電極 ２７1 …２７n 第２の電極 ２８ 第３の電極 ２９1 …２９n 中間電極 ３５1 …３５n バッファアンプ ３６1 …３６n バッファアンプ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気信号と音響信号とを双方向に変換可
   能な圧電体から成る同一振動子に、少なくとも２種類の
   周波数成分の通過帯域特性を持たせるようにアース電極
   を含む少なくとも３個の電極を配設したことを特徴とす
   る超音波プローブ。
2. 【請求項２】 前記電極の数は共通のアース電極と２個
   の信号電極とから成る合計３個であり、前記通過帯域特
   性の数は２種類である請求項１記載の超音波プローブ。
3. 【請求項３】 前記２個の信号電極は、前記振動子の厚
   さ方向に沿う両側面の内の一方に少なくとも一部が貼り
   付けられた第１の電極と、前記振動子のもう一方の側面
   に貼り付けられた第２の電極とから成り、この第２の電
   極には前記厚さ方向を横断して前記圧電体を分割する中
   間電極が結合しているとともに、前記両側面の位置にて
   前記第１，第２の電極から個別にリード線を引き出した
   請求項２記載の超音波プローブ。
4. 【請求項４】 前記第１，第２の電極から引き出された
   リード線の各々の途中に高入力インピーダンスのバッフ
   ァアンプを個別に介挿するとともに、このバッファアン
   プの各々をプローブヘッド内に内蔵した請求項３記載の
   超音波プローブ。
5. 【請求項５】 前記振動子を走査方向に複数個配設し、
   この複数個の振動子を２つの振動子群に分け、この各振
   動子群の振動子が前記２つの通過帯域特性の内の割り当
   てられた一方の特性を持つように前記３個の電極からリ
   ード線を引き出した請求項２記載の超音波プローブ。
6. 【請求項６】 前記２つの振動子群の各振動子が走査方
   向に交互に配置されている請求項５記載の超音波プロー
   ブ。
7. 【請求項７】 電気信号と音響信号とを双方向に変換可
   能な圧電体から成る振動子を複数個配列し、その各振動
   子に、少なくとも２種類の周波数成分の通過帯域特性を
   持たせるようにアース電極を含む少なくとも３個の電極
   を配設したプローブと、 前記少なくとも３個の電極を介して前記少なくとも２種
   類の周波数成分に関連して前記プローブを駆動する送受
   信手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
8. 【請求項８】 前記電極の数は共通のアース電極と２個
   の信号電極とから成る３個であり、前記通過帯域特性の
   数は２種類である請求項７記載の超音波診断装置。
9. 【請求項９】 前記２種類の通過帯域はコントラストエ
   コー法を実施した場合に信号の基本波成分と造影剤に起
   因する非線形成分との通過帯域である請求項８記載の超
   音波診断装置。
10. 【請求項１０】 前記非線形成分は、高調波成分および
    分調波成分の内の何れかである請求項９記載の超音波診
    断装置。
11. 【請求項１１】 前記送受信手段は、前記アース電極と
    前記２個の信号電極の内の一方とを介して基本波成分の
    超音波信号を送信させる送信手段と、前記アース電極と
    前記２個の信号電極の内の他方とを介して高調波成分の
    超音波エコー信号を受信する受信手段と、その超音波エ
    コー信号に基づく電気信号を処理して輝度変調像を表示
    する表示手段とを備えた請求項１０記載の超音波診断装
    置。
12. 【請求項１２】 前記送受信手段は、前記アース電極と
    前記２個の信号電極の内の一方とを介して基本波成分の
    超音波信号を送信させる送信手段と、前記アース電極と
    前記２個の信号電極の内の他方とを介して分調波成分の
    超音波エコー信号を受信する受信手段と、その超音波エ
    コー信号に基づく電気信号を処理して輝度変調像を表示
    する表示手段とを備えた請求項１０記載の超音波診断装
    置。
13. 【請求項１３】 前記複数個の振動子を２つの振動子群
    に分け、この各振動子群の内、割り当てられた一方の特
    性を持つように前記３個の電極からリード線を引き出す
    とともに、前記送受信手段は、前記２つの振動子群の内
    の一方の各振動子を介して基本波成分の超音波信号を送
    信させる送信手段と、前記２つの振動子群の内の他方の
    各振動子を介して非線形成分の超音波エコー信号を受信
    する受信手段と、この超音波エコー信号に基づく電気信
    号を処理して輝度変調像を表示する表示手段とを備えた
    請求項１０記載の超音波診断装置。
14. 【請求項１４】 前記２つの振動子群各々の振動子を走
    査方向に交互に配置した請求項１３記載の超音波診断装
    置。
15. 【請求項１５】 前記送受信手段は、前記２種類の通過
    帯域の内の低周波側の帯域特性を有する前記３個の電極
    の内の１対を介して速度情報を得るドプラモードの送受
    信を行う第１の送受信手段と、前記２種類の通過帯域の
    内の高周波側の帯域特性を有する前記３個の電極の内の
    もう一対を介してドプラモード以外のモードの送受信を
    行う第２の送受信手段とを備えた請求項８記載の超音波
    診断装置。