JPH11276478A - 超音波探触子および超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、被検体にあてがわれて被検体内に超
音波を送信しその被検体内で反射して戻ってきた超音波
を受信する超音波探触子、および、その超音波探触子が
接続され、その超音波探触子に電圧を印加して被検体内
に超音波を送信させるとともに超音波探触子で超音波を
受信して得た受信信号に基づく画像を生成する超音波診
断装置に関し、基本波を送信し、高調波を含む超音波を
受信するのに好適な超音波探触子、およびそのような超
音波探触子に適合した超音波診断装置を提供する。 【解決手段】第１の音響インピーダンスｚ₁ を有する配
列された複数の第１の圧電素子２１２１からなる、中心
周波数ｆ₁ の超音波の送受信を担う第１圧電層２１２
と、第２の音響インピーダンスｚ₂ （ｚ₂ ＜ｚ₁ ）を有
する配列された複数の第２の圧電素子２１３１からな
る、第１圧電層２１２に重ねられ、中心周波数ｆ₂ ＝２
ｆ₁ の超音波の受信を担う第２圧電層２１３とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体にあてがわ
れて被検体内に超音波を送信しその被検体内で反射して
戻ってきた超音波を受信する超音波探触子、および、そ
の超音波探触子が接続され、その超音波探触子に電圧を
印加して被検体内に超音波を送信させるとともに超音波
探触子で超音波を受信して得た受信信号に基づく画像を
生成する超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、上記の超音波診断装置が、被
検体、特に人体の内部の疾患の診断に役立てられてい
る。このような超音波診断装置において、昨今、被検体
内での非線形現像により生じた、超音波探触子から被検
体内に送信した超音波の周波数の２倍の周波数の超音波
の受信信号を用いて高画質の画像を表示する、いわゆる
“Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ”の手法が提案さ
れている。

【０００３】これまでなされてきた“Ｈａｒｍｏｎｉｃ
Ｉｍａｇｉｎｇ”においては、広い周波数帯域の超音
波を送受信することのできる圧電素子を用いた超音波探
触子を作製し、その広い周波数帯域内で、２倍の周波数
をもつ高調波を受信する工夫がなされている。図１４
は、従来の“Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ”の手
法の説明であり、超音波探触子に用いられた圧電素子の
周波数帯域を示す図である。

【０００４】超音波探触子に用いられた圧電素子の周波
数帯域がΔｆのように広がっているとき、周波数ｆ₁ を
中心周波数とし、周波数帯域Δｆ₁ の超音波を被検体内
に送信する。被検体内では、中心周波数ｆ₁ の基本波の
ほか、周波数ｆ₁ の２倍の周波数ｆ₂ を中心周波数とし
た周波数帯域Δｆ₂ の高調波が発生し、受信にあたって
は、中心周波数ｆ₂ の高調波を受信し、あるいは中心周
波数ｆ₁ の基本波と中心周波数ｆ₂ の高調波の双方を区
別なく受信した後高調波の信号成分を抽出して、その高
調波による画像を生成する。こうすることにより、“Ｈ
ａｒｍｏｎｉｃＩｍａｇｉｎｇ”が実現し、高画質の画
像を得ることができるものと期待されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の手法
で“Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ”を実現するに
は、 （１）超音波探触子に極めて広い周波数帯域を持つ圧電
素子を備える必要があるが、そのような圧電素子は製作
が大変であり、コスト高となるとともに、例えばエネル
ギー変換効率等、周波数帯域以外の他の特性に悪影響を
及ぼす恐れがある。

【０００６】（２）高調波の帯域に進入しないような基
本波を送信する必要上、圧電素子に印加する電気信号を
工夫する必要がある。 （３）圧電素子の周波数帯域にはどうしても制限があ
り、図１４に示すように、圧電素子の周波数帯Δｆ域内
を基本波と高調波とに分離すると狭帯域システムとな
り、時間分解能（被検体の深さ方向の空間分解能）に制
限を受ける。という問題がある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、基本波を送信
し、高調波を含む超音波を受信するのに好適な超音波探
触子、およびそのような超音波探触子に適合した超音波
診断装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の超音波探触子は、被検体にあてがわれてその被検体
内に超音波を送信しその被検体内で反射して戻ってきた
超音波を受信する超音波探触子において、所定の第１の
音響インピーダンスを有する配列された複数の第１の圧
電素子からなる、所定の中心周波数の超音波からなる基
本波の、被検体内に向けた送信、およびその被検体内で
反射して戻ってきた超音波のうちの基本波の受信を担う
第１圧電層と、上記第１の音響インピーダンスよりも小
さい所定の第２の音響インピーダンスを有する配列され
た複数の第２の圧電素子からなる、上記第１圧電層の、
この超音波探触子が被検体にあてがわれる側の前面に重
ねられ、上記被検体内で反射して戻ってきた超音波のう
ち高調波の受信を担う第２圧電層とを備えたことを特徴
とする。

【０００９】本発明の超音波探触子は、第１圧電層と第
２圧電層とを積層したものであり、第１圧電層を構成す
る第１の圧電素子で基本波を送受信し第２圧電層を構成
する第２の圧電素子で高調波を受信することができ、基
本波の送信にあたっては第１の圧電素子の周波数帯域全
域を使用することができる。したがって圧電素子の周波
数帯域を無理矢理広げる必要はなく、かつ基本波送信の
ための電気信号に特別な工夫は無用である。さらに、広
帯域の超音波送受信を行なうことができるため、時間分
解能（被検体の深さ方向の空間分解能）も良好に保たれ
る。

【００１０】ここで、上記本発明の超音波探触子におい
て、上記第２圧電層の、この超音波探触子が被検体にあ
てがわれる側の前面に重ねられた、上記第２の音響イン
ピーダンスよりも小さく、かつ被検体の音響インピーダ
ンスよりも大きい、所定の第３の音響インピーダンスを
有する第３層を備えることが好ましい。この場合、その
第３層を、被検体と第２圧電層との間を伝播する上記第
２の中心周波数の超音波に対する整合層として作用させ
るとともに、上記第３層と第２圧電層とを合わせた層
を、被検体と第１圧電層との間を伝播する上記第１の中
心周波数の超音波に対する整合層として作用させること
ができる。

【００１１】その場合に、上記第３層の、この超音波探
触子が被検体にあてがわれる側の前面に、上記第３の音
響インピーダンスよりも小さく、かつ、被検体の音響イ
ンピーダンスよりも大きい音響インピーダンスの範囲内
で、第３層側から被検体にあてがわれる側に向かって音
響インピーダンスが順次に減少し、それぞれの層が被検
体と第２圧電層との間を伝播する高調波に対する整合層
として作用するとともに、上記第３層に隣接する層から
順に二層ずつペアにしたときの各ペアが被検体と第１圧
電層との間を伝播する基本波に対する整合層として作用
する、積層された偶数の層を有するものであることも好
ましい形態である。

【００１２】上記第３層以外にも整合層を重ねることで
より高性能の超音波探触子を構成することができる。こ
のとき、各層それぞれを第２圧電層に対する整合層とし
て作用させ、２層ずつペアにしたときの各ペアを第１圧
電層に対する整合層として作用させることができる。ま
た、本発明の超音波探触子において、上記第１の圧電素
子はセラミックスからなり、上記第２の圧電素子はスリ
ットが形成されたセラミックスとスリットを埋める樹脂
とからなるものであってもよい。

【００１３】セラミックスにスリットを形成しそのスリ
ットに樹脂を埋め込んだ圧電素子はコンポジット圧電素
子と呼ばれており、樹脂を埋め込むことにより、セラミ
ックスだけの場合と比べ音響インピーダンスを下げるこ
とができる。また、本発明の超音波探触子において、第
１圧電層を構成する複数の第１の圧電素子と第２圧電層
を構成する複数の第２の圧電素子が同一ピッチで同一方
向に配列されたものであって、第１圧電層と第２圧電層
との間に形成された、互いに対応する第１の圧電素子と
第２の圧電素子とに共通であって上記の同一方向に配列
された第１の電極と、第１圧電層の背面に形成された、
第１圧電層を構成する複数の第１の圧電素子に共通の第
２の電極と、第２圧電層の前面に形成された、第２圧電
層を構成する複数の第２の圧電素子それぞれに対応す
る、あるいはこれら複数の第２の圧電素子に共通の、第
３の電極とを備えることが好ましい。

【００１４】この場合に、上記第１圧電層と上記第２圧
電層との間に段差を有し、その段差の部分に上記第１の
電極への配線が接続されてなるものであってもよい。ま
た、本発明の超音波診断装置のうちの第１の超音波診断
装置は、被検体にあてがわれて被検体内に超音波を送信
しその被検体内で反射して戻ってきた超音波を受信する
超音波探触子が接続され、超音波探触子に電圧を印加し
て被検体内に超音波を送信させるともに超音波探触子で
超音波を受信して得た受信信号に基づく画像を生成する
超音波診断装置において、上記超音波探触子が、所定の
第１の音響インピーダンスを有する配列された複数の第
１の圧電素子からなる、所定の中心周波数の超音波から
なる基本波の、被検体内に向けた送信、およびその被検
体内で反射して戻ってきた超音波のうちの基本波の受信
を担う第１圧電層と、上記第１の音響インピーダンスよ
りも小さい所定の第２の音響インピーダンスを有し上記
複数の第１の圧電素子と同一ピッチで同一方向に配列さ
れた複数の第２の圧電素子からなる、上記第１圧電層
の、この超音波探触子が被検体にあてがわれる側の前面
に重ねられ上記被検体内で反射して戻ってきた超音波の
うちの高調波の受信を担う第２圧電層と、第１圧電層と
第２圧電層との間に形成された、互いに対応する第１の
圧電素子と第２の圧電素子とに共通であって上記同一の
方向に配列された第１の電極と、第１圧電層の背面に形
成された、第１圧電層を構成する複数の第１の圧電素子
に共通の第２電極と、第２圧電層の前面に形成された、
第２圧電層を構成する複数の第２の圧電素子それぞれに
対応する、あるいはこれら複数の第２の圧電素子に共通
の第３の電極とを備えたものであって、この超音波診断
装置が、超音波送信時には、上記第３の端子を開放状態
あるいは対応する第１の端子に接続した状態に保ち、超
音波受信時には、上記第３の端子を接地する端子制御手
段を備えたことを特徴とする。

【００１５】超音波送信時に、上記第３の端子を開放状
態あるいは対応する第１の端子に接続した状態に保つこ
とにより、第１圧電層と第２圧電層のうち第１圧電層の
みから基本波のみを送信することができ、超音波受信時
には、上記第３の端子を接地することにより、第２圧電
層で高調波を受信することができる。さらに、上記本発
明の超音波診断装置のうちの第２の超音波診断装置は、
被検体にあてがわれて被検体内に超音波を送信しその被
検体内で反射して戻ってきた超音波を受信する超音波探
触子が接続され、超音波探触子に電圧を印加して被検体
内に超音波を送信させるとともに超音波探触子で超音波
を受信して得た受信信号に基づく画像を生成する超音波
診断装置において、上記超音波探触子が、所定の第１の
音響インピーダンスを有する配列された複数の第１の圧
電素子からなる、所定の中心周波数の超音波からなる基
本波の、被検体内に向けた送信、およびその被検体内で
反射して戻ってきた超音波のうちの基本波の受信を担う
第１圧電層と、上記第１の音響インピーダンスよりも小
さい所定の第２の音響インピーダンスを有し上記複数の
第１の圧電素子と同一ピッチで同一方向に配列された複
数の第２の圧電素子からなる、上記第１圧電層の、この
超音波探触子が被検体にあてがわれる側の前面に重ねら
れ上記被検体内で反射して戻ってきた超音波のうちの高
調波の受信を担う第２圧電層とを備えたものであって、
この超音波診断装置が、超音波探触子で得られた受信信
号を第１の圧電素子で得られた信号成分と第２の圧電素
子で得られた信号成分とに分離する信号分離手段と、信
号分離手段で分離された各信号成分をそれぞれ処理する
信号処理手段と、信号処理手段で処理された後の各信号
成分を互いに合成する信号合成手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１６】高調波に基づいて画像を生成すると高画質
の画像を得ることができることが期待されるが、基本波
に比べ超音波のパワーが小さく高調波のみで画像を生成
するのは困難な場合がある。その場合、高調波のみでな
く基本波も合わせて画像を生成することが考えられる
が、基本波と高調波とでは性質が異なる。そこで、上記
のように受信信号を基本波の信号成分と高調波の信号成
分とに分離し、それぞれに信号処理を施した後に合成す
ることにより、十分な信号強度を保ち、かつ高画質の画
像を生成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。以下では、先ず、超音波診断装置の概要につ
いて説明し、次いで本発明の実施形態の特徴部分につい
て説明する。図１は、本発明の超音波診断装置の一実施
形態を示すブロック図である。以下、各部の作用ないし
機能の説明はあとにまわし、先ずは、この超音波診断装
置の構成について説明する。

【００１８】この超音波診断装置の本体部１０は、大別
して、制御部１００、信号処理部２００、ディジタルス
キャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、表示
制御部５００、生体信号アンプ部６００から構成されて
いる。制御部１００は、ＣＰＵ部１０１とビームスキャ
ン制御部１０２からなり、ＣＰＵ部１０１には、操作パ
ネル７０１、一体的に構成されたタッチパネル７０２と
ＥＬ表示器７０３、およびフロッピィディスク装置７０
４が接続されている。

【００１９】また、信号処理部２００は、送受信部２０
１、受信ディレイ制御部２０２、ビームフォーマ部２０
３、コントロールインターフェイス部２０４、演算部２
０５、およびドプラシグナル処理部２０６から構成され
ており、コントロールインターフェイス部２０４と、送
受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、およびドプ
ラシグナル処理部２０６は、制御ライン２０７で結ばれ
ている。また、コントロールインターフェイス部２０４
と演算部２０５は制御ライン２０８で結ばれており、さ
らに、受信ディレイ制御部２０２とビームフォーマ部２
０３は制御ライン２０９で結ばれている。信号処理部２
００を構成する送受信部２０１には、超音波探触子２０
が、着脱自在に、ここでは最大４本まで接続される。

【００２０】また、ディジタルスキャンコンバータ部３
００には、白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用
スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャ
ンコンバータ３０３が備えられている。また、ドプラ処
理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１と
カラードプラ解析部４０２が備えられている。

【００２１】さらに、表示制御部５００は、ここでは１
つのブロックで示されており、この表示制御部５００に
は、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）
７０６、観察用テレビモニタ７０７、およびスピーカ７
０８が接続されている。また、生体信号アンプ部６００
も、表示制御部５００と同様、ここでは１つのブロック
で示されており、この生体信号アンプ部６００には、Ｅ
ＣＧ電極ユニット７０９、心音マイク７１０、および脈
波用トランスデューサ７１１が接続されている。

【００２２】さらに、この超音波診断装置には、電源部
８００が備えられている。この電源部８００は、商用電
源に接続され、この超音波診断装置各部に必要な電力を
供給する。また、本体部１０は、ＣＰＵバス９０１を有
しており、このＣＰＵバス９０１は、制御部１００を構
成するＣＰＵ部１０１およびビームスキャン制御部１０
２と、信号処理部２００を構成するコントロールインタ
ーフェイス部２０４と、ディジタルスキャンコンバータ
部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、
カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール
用スキャンコンバータ３０３と、ドプラ処理部４００を
構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラ
ードプラ解析部４０２と、さらに画像表示部５００とを
接続している。また、この本体部１０は、エコーバス９
０２を有しており、このエコーバス９０２は、信号処理
部２００を構成する演算部２０５で生成される画像デー
タを、ディジタルスキャンコンバータ部３００に供給す
る。また、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続
波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２
で生成されたデータも、エコーバス９０２を経由してデ
ィジタルスキャンコンバータ部３００に供給される。さ
らに、この本体部１０は、ビデオバス９０３を有してお
り、このビデオバス９０３は、ディジタルスキャンコン
バータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３
０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスク
ロール用スキャンコンバータ３０３のいずれかで生成さ
れたビデオ信号を表示制御部５００に伝達する。

【００２３】操作パネル７０１は、多数のキーを備えた
キーボード等からなり、この操作パネル７０１を操作す
るとその操作情報がＣＰＵ部１０１で検知され、その操
作情報に応じた指令が、その指令に応じて、ビームスキ
ャン制御部１０２、コントロールインターフェイス部２
０４、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ
処理部４００、あるいは表示制御部５００に伝達され
る。

【００２４】ＥＬ表示部７０３は、液晶表示画面を有
し、また、ＣＰＵ部１０１は、そのＥＬ表示部７０３の
液晶表示画面に表示するＥＬ用線画を作成するＥＬ用線
画作成部を兼ねており、そのＣＰＵ部１０１で生成され
たＥＬ用線画がＥＬ表示部７０３の液晶表示画面上に表
示される。そのＥＬ表示部７０３の液晶表示画面上には
タッチパネル７０２が備えられており、そのタッチパネ
ル７０２に指で触れるとそのタッチパネル７０２上の指
で触れた位置をあらわす位置情報がＣＰＵ部１０１に伝
達される。このタッチパネル７０２およびＥＬ表示器７
０３は、例えば、操作パネル７０１の操作により、この
超音波診断装置に、ある１つのモードに関するパラメー
タを設定する旨指示すると、ＣＰＵ１０１により、その
１つのモード用に設定すべき多数のパラメータ一覧がＥ
Ｌ表示部７０３に表示され、タッチパネル７０２を指で
触れて所望のパラメータを設定するなど、この超音波診
断装置への各種の指示を入力し易いように構成されたも
のである。

【００２５】フロッピィディスク装置７０４は、図示し
ないフロッピィディスクが装脱自在に装填され、その装
填されたフロッピィディスクをアクセスする装置であっ
て、ＣＰＵ部１０１により、オペレータが操作パネル７
０１やタッチパネル７０２の操作により行なった指示が
そのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッ
ピィディスクに書き込まれ、この超音波診断装置への電
源投入時、あるいは操作パネル７０１の操作により初期
状態へのリセットが指示された時に、そのフロッピィデ
ィスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクから
そこに書き込まれている各種の指示情報がＣＰＵ部１０
１に入力され、ＣＰＵ部１０１は、その指示情報に応じ
て各部を初期状態に設定する。これは、この超音波診断
装置を稼働させるにあたって必要となる、操作パネル７
０１やタッチパネル７０２から設定すべきパラメータ等
が多数存在し、例えば電源投入のたびにそれら多数のパ
ラメータ等を設定し直すのは極めて大変であり、このた
めフロッピィディスクに初期状態のパラメータ等を書き
込んでおいて、電源投入時や初期状態へのリセットが指
示された時には、そのフロッピィディスクに書き込まれ
ているパラメータ等を読み込んでそれらのパラメータ等
に応じて各部を設定することにより、パラメータ等の設
定効率化を図るというものである。

【００２６】制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１
は、上述のように、主としてマン・マシンインターフェ
イスの役割りを担っているのに対し、同じく制御部１０
０を構成するビームスキャン制御部１０２は、主とし
て、この超音波診断装置による超音波の送受信のタイミ
ング等、リアルタイム性が要求される制御を担当してい
る。この超音波診断装置で超音波の送受信を行なう時に
は、信号処理部２００を構成する各部を制御するための
データがビームスキャン制御部１０２からＣＰＵバス９
０１を経由して信号処理部２００のコントロールインタ
ーフェイス部２０４に伝達され、このコントロールイン
ターフェイス部２０４は、制御ライン２０７を経由し
て、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、およ
びドプラシグナル処理部２０６を制御し、また、このコ
ントロールインターフェイス部２０４は、制御ライン２
０８を介して演算部２０５を制御し、さらに受信ディレ
イ制御部２０２は、コントロールインターフェイス部２
０４の制御を受けて、制御ライン２０９を介してビーム
フォーマ部２０３を制御する。信号処理部２００の各部
の制御についての詳細は後述する。

【００２７】送受信部２０１には、超音波探触子２０が
接続されている。この超音波探触子には、例えばリニア
走査型超音波探触子、コンベックス走査型超音波探触
子、セクタ走査型超音波探触子、また特殊な超音波探触
子としては、体腔内に挿入されるタイプの超音波探触
子、さらには、これら各種の超音波探触子について、使
用される超音波の周波数の相違による種別等、多種類の
超音波探触子が存在する。超音波探触子を本体部１０に
装着するにはコネクタ（図示せず）が用いられるが、本
体部１０側には超音波探触子を接続するためのコネクタ
が４個取り付けられており、前述したように、多種類の
超音波探触子のうち最大４本まで同時装着が可能であ
る。超音波探触子を本体部１０に装着すると、どの種類
の超音波探触子が装着されたかをあらわす情報が本体部
１０で認識できるように構成されており、その情報は、
制御ライン２０７、コントロールインターフェイス部２
０４、およびＣＰＵバス９０１を経由してＣＰＵ部１０
１に伝えられる。一方、操作パネル７０１からは、この
超音波診断装置を使用するにあたり、今回、本体部１０
側の４つのコネクタのうちのどのコネクタに接続された
超音波探触子を使用するか指示が入力される。その指示
は、ＣＰＵバス９０１を経由してビームスキャン制御部
１０２に伝えられ、そのビームスキャン制御部１０２か
ら、使用する超音波探触子に応じたデータが、ＣＰＵバ
ス９０１、コントロールインターフェイス部２０４、制
御ライン２０７を経由して送受信部２０１に伝達され、
送受信部２０１は、上記のようにして指示された超音波
探触子２０に対し、以下に説明するように高電圧パルス
を送信して超音波を送信し、その超音波探触子で受信さ
れた信号を受け取る。ここでは、図１に１つだけ示す超
音波探触子２０が超音波送受信のために選択されたもの
とする。

【００２８】図１に示す超音波探触子２０はいわゆるリ
ニア走査型の超音波探触子であり、その先端には、この
図１には図示が省略されている複数の圧電素子が配列さ
れた圧電部２１０が備えられており、超音波の送受信に
あたっては、被検体（特に人体）１の体表に圧電部２１
０があてがわれる。その状態で、送受信部２０１から複
数の圧電素子それぞれに向けて超音波送信用の各高電圧
パルスが印加される。複数の圧電素子それぞれに印加さ
れる各高電圧パルスは、コントロールインターフェイス
部２０４の制御により相対的な時間差が調整されてお
り、これら相対的な時間差がどのように調整されるかに
応じて、それら複数の圧電素子から、被検体１の内部に
延びる複数の走査線２のうちのいずれか一本の走査線に
沿って、被検体内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた超
音波パルスビームが送信される。

【００２９】この送信される超音波パルスビームの属
性、すなわち、その超音波パルスビームの方向、焦点の
深さ位置、中心周波数等は、ビームスキャン制御部１０
２からＣＰＵバス９０１を経由してコントロールインタ
ーフェイス部２０４に伝えられた制御データにより定ま
る。この超音波パルスビームは被検体１の内部を進む間
にその１本の走査線上の各点で反射して超音波探触子２
０に戻り、その反射超音波が複数の圧電素子で受信され
る。この受信により得られた複数の受信信号は、送受信
部２０１に入力されて送受信部２０１に備えられた複数
のプリアンプ（図示せず）でそれぞれ増幅された後ビー
ムフォーマ部２０３に入力される。このビームフォーマ
部２０３には、多数の中間タップを備えたアナログ遅延
線（後述する）が備えられており、受信ディレイ制御部
２０２の制御により、送受信部２０１から送られてきた
複数の受信信号がアナログ遅延線のどの中間タップから
入力されるかが切り換えられ、これにより、それら複数
の受信信号が相対的に遅延されるとともに互いに電流加
算される。ここで、それら複数の受信信号に関する相対
的な遅延パターンを制御することにより、被検体１の内
部に延びる所定の走査線に沿う方向の反射超音波が強調
され、かつ被検体１の内部の所定深さ位置に焦点が結ば
れた、いわゆる受信超音波ビームが形成される。ここ
で、超音波は、被検体１内部を、信号処理の速度と比べ
てゆっくりと進むため、１本の走査線に沿う反射超音波
を受信している途中で被検体内のより深い位置に焦点を
順次移動させる、いわゆるダイナミックフォーカスを実
現することもでき、この場合、超音波パルスビーム１回
の送信に対応する１回の受信の間であっても、その途中
で時間的に順次に、受信ディレイ制御部２０２により、
各超音波振動子で得られた各受信信号が入力される、ア
ナログ遅延線の各タップが切り換えられる。

【００３０】この受信超音波ビームの属性、すなわち受
信超音波ビームの方向、焦点位置等についても、ビーム
スキャン制御部１０２からＣＰＵバス９０１を経由して
コントロールインターフェイス部２０４に伝えられ、さ
らに制御ライン２０７を経由して受信ディレイ制御部２
０２に伝えられてきた制御データにより定められ、受信
ディレイ制御部２０２はそのようにして伝えられてきた
制御データに基づいて、ビームフォーマ部２０３を制御
する。

【００３１】尚、上記説明では、圧電素子には高電圧パ
ルスを与え、超音波パルスビームを送信する旨説明した
が、この場合、前述したように超音波は信号処理速度と
比べるとゆっくりと被検体内を進むため、圧電素子に高
電圧パルスを印加した時点を起点とし、圧電素子で反射
超音波を受信する時点までの時間により、その時点で得
られた信号が被検体内のどの深さ位置で反射した反射超
音波に対応する信号であるかを知ることができる。すな
わち、送信される超音波がパルス状のものであることに
より、被検体の深さ方向に分解能を持つことになる。通
常は、このように、圧電素子には高電圧パルスが印加さ
れるが、特殊な場合には、被検体内の深さ方向に分解能
を持たないことを許容し、圧電素子に連続的に繰り返す
高電圧パルス列信号を印加して被検体内に連続波として
の超音波ビームを送信することもある。

【００３２】ただし、以下においても、ドプラ処理部４
００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１の説
明の際に連続波に言及する場合を除き、パルス状の超音
波ビームを送信するものとして説明する。送受信部２０
１およびビームフォーマ部２０３は、上記のようにし
て、被検体１内部の複数の走査線２のそれぞれに沿って
順次に超音波パルスビームの送信と受信とを繰り返し、
これにより生成される各走査線に沿う受信超音波ビーム
をあらわす信号が順次演算部２０５に入力される。この
演算部２０５の詳細については後述するが、この演算部
２０５では、入力された信号がＡ／Ｄ変換によりディジ
タルの走査線データに変換される。

【００３３】この演算部２０５で得られた走査線データ
は、エコーバス９０２を経由して、ディジタルスキャン
コンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバー
タ３０１に入力される。この白黒用スキャンコンバータ
３０１では、表示用の各画素に対応したデータを生成す
るための補間演算処理が施され、さらに入力された走査
線データが表示用のビデオ信号に変換され、その表示用
のビデオ信号がビデオバス９０３を経由して表示制御部
５００に入力される。この表示制御部５００は、複数の
走査線２で規定される被検体断層面内の超音波反射強度
分布によるＢモード像を観察用テレビモニタ７０７に表
示する。その際、必要に応じて、操作パネル７０１から
入力された患者名や撮影年月日、撮影条件等も、そのＢ
モード像に重畳されて表示される。このＢモード像とし
て、被検体１内部が動いている様子をあらわす動画像を
表示することもでき、あるいは、ある時点における静止
画像を表示することもでき、さらには、生体信号アンプ
部６００からの同期信号に基づいて、人体の心臓の動き
に同期した、その心臓の動きの、ある位相における画像
を表示することもできる。

【００３４】生体信号アンプ部６００には、被検体（人
体）１の心電波形を得るためのＥＣＧ電極ユニット７０
９、心音をピックアップする心音マイク７１０、人体の
脈をとらえる脈波用トランスデューサ７１１が接続され
ており、生体信号アンプ部６００では、これらのうちの
いずれか１つもしくは複数のセンサに基づいて同期信号
が生成され、表示制御部５００に送られる。

【００３５】また表示制御部５００には、観察用テレビ
モニタ７０７のほか、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオ
テープレコーダ）７０６が接続されており、表示制御部
５００は、オペレータからの指示に応じて、観察用テレ
ビモニタ７０７に表示された画像をプリンタ７０５ない
しはＶＴＲ７０６に出力する。再度、信号処理部２００
の説明から始める。

【００３６】被検体内部に延びるある一本の走査線上の
超音波反射情報の時間変化を知ろうとするときは、オペ
レータからの指示に応じて、その関心のある一本の走査
線に沿って超音波が繰り返し送受信され、その１本の走
査線に沿う被検体の受信超音波ビームをあらわすデータ
がエコーバス９０２を経由してスクロール用スキャンコ
ンバータ３０３に入力される。このスクロール用スキャ
ンコンバータ３０３は、縦方向にその１本の走査線に沿
う被検体の深さ方向の超音波反射強度分布、横軸が時間
軸からなり時間軸方向にスクロールする画像（Ｍモード
像）をあらわすビデオ信号が生成され、ビデオバス９０
３を経由して表示制御部５００に入力され、例えば観察
用テレビモニタ７０７に、そのビデオ信号に基づく画像
が表示される。尚、表示制御部５００は、白黒用スキャ
ンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像をあら
わすビデオ信号とスクロール用スキャンコンバータ３０
３から送られてきたＭモード像をあらわすビデオ信号と
を横に並べる機能や、Ｂモード像に、後述するカラーモ
ード像を重畳する機能も有しており、観察用テレビモニ
タ７０７には、オペレータからの指示に応じて、複数の
画像が並べて表示され、あるいは複数の画像が重畳して
表示される。

【００３７】もう一度、信号処理部２００の説明に戻
る。信号処理部２００を構成するドプラシグナル処理部
２０６は、被検体１内部の血流分布や、ある一点、ない
しある１本の走査線上の血流速度を求めるための構成要
素であり、このドプラシグナル処理部２０６では、ビー
ムフォーマ部２０３で生成された受信超音波ビームをあ
らわす受信信号に、いわゆる直交検波が施され、さらに
Ａ／Ｄ変換によりディジタルデータに変換される。ドプ
ラシグナル処理部２０６から出力された直交検波後のデ
ータは、ドプラ処理部４００に入力される。ドプラ処理
部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカ
ラードプラ解析部４０２とが備えられており、ここで
は、ドプラシグナル処理部２０６から出力されたデータ
は、カラードプラ解析部４０２に入力されるものとす
る。カラードプラ解析部４０２では、各走査線それぞれ
に沿って例えば８回ずつ超音波送受信を行なったときの
データに基づく自己相関演算により、オペレータにより
指定された、Ｂモード画像上の関心領域（ＲＯＩ）内の
血流分布をあらわすデータが求められる。ＲＯＩ内の血
流分布をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由し
てカラー用スキャンコンバータ３０２に入力される。こ
のカラー用スキャンコンバータ３０２では、そのＲＯＩ
内の血流分布をあらわすデータが表示に適したビデオ信
号に変換され、そのビデオ信号は、ビデオバス９０３を
経由して表示制御部５００に入力される。表示制御部５
００では、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られ
てきたＢモード像上のＲＯＩに、例えば超音波探触子２
０に近づく方向の血流を赤、遠ざかる方向の血流を青、
それらの輝度で血流速度をあらわしたカラーモード像を
重畳して、観察用テレビモニタ７０７に表示する。これ
により、そのＲＯＩ内の血流分布の概要を把握すること
ができる。

【００３８】ここで、オペレータにより、そのＲＯＩ内
のある１点もしくはある１本の走査線上の血流を詳細に
観察する旨の要求が入力されると、今度は送受信部２０
１により、その関心のある一点を通る一本の走査線、も
しくはその関心のある１本の走査線に沿う方向に多数回
超音波の送受信が繰り返され、それにより得られた信号
に基づいてドプラシグナル処理部２０６で生成されたデ
ータが、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波
ドプラ解析部４０１に入力される。被検体内のある一点
の血流に関心があるときは、被検体内にはパルス状の超
音波ビームが送信され、ある１本の走査線上の血流情報
が平均化されることを許容しＳ／Ｎの良い血流情報を得
たいときは、被検体内には連続波としての超音波ビーム
が送信される。パルス／連続波ドプラ解析部４０１で
は、ある１点もしくはある１本の走査線について多数回
超音波送受信を行なうことにより得られたデータに基づ
くＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍ）演算により、その一点の血流情報あるいはその一
本の走査線上の平均的な血流情報が得られる。このパル
ス／連続波ドプラ解析部４０１で得られた血流情報をあ
らわすデータは、エコーバス９０２を経由して、スクロ
ール用スキャンコンバータ３０３に入力され、スクロー
ル用スキャンコンバータ３０３では、縦軸が血流速度、
横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像
をあらわすビデオ信号が生成される。このビデオ信号
は、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入
力され、観察用テレビモニタ７０７上に、例えば白黒用
スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像
と並べられて表示される。

【００３９】図２は、複数の超音波振動子に印加される
高電圧パルスの遅延パターンを示した概念図である。配
列された複数の圧電素子２１のうち、配列の両端
（Ａ），（Ｂ）に位置する圧電素子と比べ配列の中央
（Ｏ）よりに位置する圧電素子に、時間的に遅れた高圧
パルス２２を印加する。このように、遅延パターンを持
った高電圧パルスを複数の圧電素子２１に印加すること
により、被検体内の所定の方向に延び、かつある深さ位
置に焦点が形成された送信超音波パルスビームが形成さ
れる。

【００４０】図３は、ビームフォーマ部における、受信
超音波ビームの形成の仕方を示す原理説明図である。こ
こでは、説明の簡単のため、複数のタップを備えた遅延
線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎと、制
御信号に応じて受信信号の遅延線への入力ルートを切り
換える選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，
１００２ｎとのペアが各圧電素子２１に対応して備えら
れているものとする。各選択スイッチ１００２ａ，…，
１００２ｍ，…，１００２ｎそれぞれには対応する圧電
素子で得られた各１つの受信信号が入力され、各選択ス
イッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎで
は、その入力された受信信号が、遅延線の複数のタップ
のうちの、制御信号に応じたタップから遅延線に入力さ
れる。各遅延線は２００１ａ，…，２００１ｍ，…，２
００１ｎは受信信号が入力されたタップに応じた遅延時
間だけその入力された受信信号を遅延して加算器１００
３に入力する。加算器１００３は、その加算器１００３
に同時に入力された受信信号どうしを加算して、受信超
音波ビームをあらわす受信信号を出力する。

【００４１】なお、この図３では、解りやすさのため、
受信信号の数と同数の、遅延線１００１ａ，…，１００
１ｍ，…，１００１ｎと選択スイッチ１００２ａ，…，
１００２ｍ，…，１００２ｎとのペアを備えるととも
に、各遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００
１ｎから出力された受信信号を互いに加算する加算器１
０３を備えた構成について説明したが、実際には、多数
のタップを備えた一本の遅延線に、複数の圧電素子で得
られた複数の受信信号が、入力されるタップがそれぞれ
制御されながら入力され、それら複数の受信信号がそれ
ぞれ入力された各タップに応じた時間だけ遅延されると
共にその遅延線内で互いに電流的に加算され、その一本
の遅延線から、制御された遅延パターンに従って遅延を
受けかつ互いに加算された受信信号が、直接に出力され
る。

【００４２】図４は、遅延パターンと、走査線の方向
と、焦点位置との関係を示した説明図である。Ａ−Ｂ間
に複数の圧電素子が配列されているものとし、Ａ−Ｂ間
の中点をＯとする。このとき、各圧電素子に印加される
高電圧パルスに、図４（Ａ）に示すようにＢ側に位置す
る圧電素子に対し長めの遅延時間を与えて各圧電素子に
印加すると、中点ＯからＢ側に傾いた方向に延びる走査
線に沿う送信超音波ビームが形成され、図４（Ｂ）に示
すように、左右対称の遅延パターンを与えると中点Ｏか
ら圧電素子の配列方向に対し垂直に延びる走査線に沿う
送信超音波ビームが形成され、図４（Ｃ）に示すよう
に、Ａ側に位置する圧電素子に対し長めの遅延時間を与
えた高電圧パルスを印加すると、Ａ側に傾いた送信超音
波ビームが得られる。また、同一の走査線に沿う送信超
音波ビームであっても、高電圧パルスの遅延パターンに
応じて焦点位置を定めることができる。具体的には、図
４（Ａ）〜（Ｃ）に破線で示すように焦点を中心として
Ａ−Ｂ間を結ぶ線分に接する円弧を描いて考える。各圧
電素子から送信された超音波パルスがその円弧上に同時
に到達すると、それらの超音波パルスは焦点に集まるよ
うに進む。したがって、例えば図４（Ｂ）のように焦点
を形成する場合は、Ａ点およびＢ点に位置する圧電素子
に同時に高電圧パルスが印加され、その高電圧パルスの
印加によってＡ点およびＢ点に位置する圧電素子から発
せられた超音波パルスがその円弧上に達したタイミング
でＯ点に位置する圧電素子に高電圧パルスが印加されて
そのＯ点に位置する圧電素子から超音波パルスが送信さ
れる。こうすることにより、図４（Ｂ）に示す走査線に
沿うとともに図４（Ｂ）に示す焦点位置で最も細いビー
ム径を有する送信超音波パルスビームが形成される。

【００４３】ここで、Ａ−Ｂ間に配列された、超音波送
信に用いられている複数の圧電素子は、例えば超音波探
触子２０（図１参照）に配列された複数の圧電素子の一
部であって、送信超音波パルスビームの形成に用いる複
数の圧電素子からなる送信開口を、超音波探触子２０に
配列された圧電素子の配列方向に移動することにより、
走査線を、圧電素子の配列方向に平行移動させることが
できる。

【００４４】このようにして、超音波探触子２０に配列
された圧電素子上の任意の点を始点として被検体内の任
意の方向に延びる走査線に沿うとともに、その走査線上
の任意の点に焦点を持つ送信超音波ビームを得ることが
できる。受信超音波ビームの形成についても上記の送信
超音波ビームの場合と同様である。

【００４５】すなわち、被検体内で反射し各圧電素子に
戻ってきた超音波を各圧電素子で受信することにより得
られた各受信信号を、図４（Ａ）に示すように、Ｂ側の
圧電素子で得られた受信信号に対し長めの遅延時間を与
えた上で互いに加算すると、中点Ｏを始点としＢ側に傾
いた走査線に沿う受信超音波ビームが形成され、図４
（Ｂ）に示すように左右対称の遅延時間を与えた上で互
いに加算すると、中点Ｏを始点として圧電素子の配列方
向に対し垂直に延びる走査線に沿う受信超音波ビームが
形成され、図４（Ｃ）に示すようにＡ側の圧電素子で得
られた受信信号に対し長めの遅延時間を与えた上で互い
に加算すると、点Ｏを始点としＡ側に傾いた走査線に沿
う受信超音波ビームが得られる。また、同一の走査線に
沿う受信超音波ビームであっても、遅延パターンに応じ
て焦点位置を定めることができる。具体的には、焦点で
反射してそれぞれ各点Ａ，Ｏ，Ｂに向かう超音波は、焦
点と各点Ａ，Ｏ，Ｂとを結ぶ各線分と、円弧との交点に
同時に到達することになり、焦点で反射した超音波を各
圧電素子で受信する時刻に差異が生じることになる。そ
こで焦点で反射した超音波が先に到達した圧電素子で得
られた受信信号を、超音波が後から到達する圧電素子に
超音波が到達する迄の間遅延させた上で互いに加算する
と、焦点を通る走査線に沿う方向に延び、かつその焦点
で最も細く絞られた受信超音波ビームが形成されること
になる。

【００４６】ここで、送信の場合と同様、Ａ−Ｂ間に配
列された、反射超音波の受信に用いられている複数の圧
電素子は、例えば超音波探触子２０（図１参照）に配列
された複数の圧電素子の一部であって、反射超音波の受
信に用いる複数の圧電素子からなる受信開口を、超音波
探触子２０に配列された圧電素子の配列方向に移動する
ことにより、走査線を、配列された圧電素子の方向に平
行移動させることができる。

【００４７】このようにして、送信および受信の双方に
ついて、超音波探触子２０に配列された圧電素子上の任
意の点を始点として被検体内の任意の方向に延びる走査
線に沿うとともにその走査線上の任意の点に焦点を持つ
超音波ビームを得ることができる。図５は、超音波探触
子の圧電部の構造図である。

【００４８】この圧電部２１０は、音響吸収層２１１
と、その音響吸収層２１１の前面に配置された第１圧電
層２１２と、その第１圧電層の前面に配置された第２圧
電層２１３と、その第２圧電層の前面に配置された第３
層２１４を備えている。この第３層２１４は、その前面
が被検体１にあてがわれ、この圧電部２１０からは、図
５に示す矢印の方向に超音波が送信される。

【００４９】第１圧電層２１２は配列された複数の第１
の圧電素子２１２１からなり、この第１圧電層２１２
は、基本周波数ｆ₁ の超音波を送受するように、基本周
波数ｆ ₁ に対応する、その第１圧電層２１２の固有の音
速から割り出される波長λ₁ の１／２倍の厚さを有して
いる。またここではこの第１圧電層２１２の音響インピ
ーダンスを第１の音響インピーダンスｚ₁ と称する。

【００５０】第２圧電層２１３は、第１圧電層２１２に
配列された第１圧電素子２１２１の配列ピッチと同一の
ピッチで配列された複数の第２の圧電素子２１３１から
なり、この第２圧電層２１３は、基本周波数ｆ₁ の２倍
の周波数ｆ₂ に対応する、その第２圧電層２１３の固有
の音速から割り出される波長λ₂ の１／４倍の厚さを有
しており、基本周波数ｆ₁ の２倍の周波数ｆ₂ の超音波
を受信することができる。この第２圧電層２１３の音響
インピーダンスｚ₂ は、第１圧電層２１２の音響インピ
ーダンスｚ₁ よりも低く、かつ以下において説明する第
３層２１４の音響インピーダンスｚ₃ よりも高い。

【００５１】第３層２１４は、基本周波数ｆ₁ の２倍の
周波数ｆ₂ に対応する、その第３層の固有の音速から割
り出され波長λ₃ の１／４倍の厚みを有しており、か
つ、第２圧電層２１３の音響インピーダンスｚ₂ と、被
検体１の音響インピーダンスｚ ₀ の中間の音響インピー
ダンスｚ₃ を有している。ここで、本実施形態では、 第１圧電層２１２の音響インピーダンスｚ₁＝３０×１
０⁶ （ｋｇ／ｍ² ・ｓｅｃ） 第２圧電層２１３の音響インピーダンスｚ₂＝８×１０⁶
（ｋｇ／ｍ² ・ｓｅｃ） 第３層２１４の音響インピーダンスｚ₃＝５×１０⁶
（ｋｇ／ｍ² ・ｓｅｃ） であり、被検体（人体）１の音響インピーダンスｚ₀
は、 ｚ₀ ≒１．５×１０⁶ （ｋｇ／ｍ² ・ｓｅｃ） である。

【００５２】したがって、第３層２１４は、周波数ｆ₂
に対する波長λ₃ の１／４倍の厚さを有し、かつ、ｚ₀
＜ｚ₃ ＜ｚ₂ であることから、被検体１と第２圧電層２
１３との間を伝播する周波数ｆ₂ の高調波が共振透過す
る、音響的な整合層として作用する。また、第３層２１
４と第２圧電層２１３とを合わせると、それぞれが周波
数ｆ ₂ に対応する各波長λ₃ ，λ₂ の１／４倍の厚さを
有し、それらを合わせると、周波数ｆ₂ に対応する波長
の１／２倍の厚さを有し、周波数ｆ₂ は基本周波数ｆ ₁
の２倍の周波数を有することから、基本周波数ｆ₁ を基
準にすると、第３層２１４と第２圧電層２１３とを合わ
せると、基本周波数ｆ₁ に対応する波長の１／４倍の厚
さを有することになる。さらにｚ₀ ＜ｚ₃ ，ｚ₂ ＜ｚ₁
であることから、これら第３層２１４と第２圧電層２１
３とを合わせた層が、被検体１と第１圧電層２１２との
間を伝播する基本周波数ｆ₁ の超音波に対する整合層と
して作用する。

【００５３】ここで、第１圧電層２１２と第２圧電層２
１３との間には、この図の上下に隣接する互いに対応す
る第１の圧電素子２１２１と第２の圧電素子２１３１と
に共通の第１の電極２１５１が、これら第１の圧電素子
２１２１や第２の圧電素子２１３１と同一ピッチで同一
数配列されている。また、第１圧電層２１２の背面、す
なわち第１圧電層２１２と音響吸収層２１１との間に
は、第１圧電層２１２を構成する複数の第１の圧電素子
２１２１に共通の第２の電極２１６が形成されており、
さらに、第２圧電層２１３の前面、すなわち第２圧電層
２１３と第３層２１４との間には、この実施形態では第
２圧電層２１３を構成する複数の第２圧電素子２１３１
に共通の第３の電極２１７が形成されている。

【００５４】ここで、被検体１の内部に向けて超音波を
送信するときは、第２の電極２１６は接地し、第３の電
極２１７は電気的に絶縁された状態とし、配列された第
１の電極２１５１に高電圧パルスを印加する。これによ
り、第１圧電層２１２から被検体１の内部に向けて中心
周波数ｆ₁ の基本波が送信される。ここで、前述したと
おり、各第１の電極２１５１への高電圧パルスの印加の
タイミングを調整することにより、被検体１の内部に、
任意の方向に進み、かつ任意の深さ位置に焦点を持った
超音波ビームを送り込むことができる。

【００５５】この超音波送信時は、前述したように第３
層２１４と第２圧電層２１３とが複合的に、第１圧電層
２１２で発せられた中心周波数ｆ₁ の基本波を被検体１
に伝播する整合層として作用する。超音波受信時は、第
２の電極２１６は接地したまま、第３の電極２１７も接
地する。すると、上述のとおり、第３層２１４は、第２
圧電層２１３で受信する中心周波数ｆ₂ の高調波に対す
る整合層として作用して第２圧電層２１３を構成する複
数の第２の圧電素子２１３１それぞれで中心周波数ｆ₂
の高調波が受信され、これとともに、第３層２１４と第
２圧電層２１３とが複合的に、第１圧電層２１２で受信
する中心周波数ｆ₁ の基本波に対する整合層として作用
して、第１圧電層２１２を構成する複数の第１の圧電素
子２１２１それぞれで中心周波数ｆ₁の基本波が受信さ
れる。

【００５６】配列された複数の第１の電極２１５１それ
ぞれでは、対応する第２の圧電素子２１３１で受信され
た高調波の信号と対応する第１の圧電素子２１２１で受
信された基本波の信号とが複合された受信信号が得られ
ることになる。図６は、図５に示す圧電部２１０におけ
る送信、受信の周波数帯域を示す図である。

【００５７】超音波送信時は、第３の電極２１７が電気
的に絶縁された状態に置かれているため、第１の電極２
１５に印加した高電圧パルスは第１圧電層２１２にのみ
作用し、第１圧電層２１２から中心周波数ｆ₁ ，周波数
帯域Δｆ₁ の基本波が送波される。この周波数帯域Δｆ
₁ としては、第１圧電層２１２を構成する第１の圧電素
子２１２１の周波数帯域全域を使うことができる。また
超音波受信時には、第３の電極２１７も接地されている
ため、第１圧電層２１２では、中心周波数ｆ₁，周波数
帯域Δｆ₁ の基本波が受信されるとともに、第２圧電層
２１３では、中心周波数ｆ₁ の２倍の中心周波数数ｆ₂
を持つ周波数帯域Δｆ₂ の高調波が受信される。この周
波数帯域Δｆ₂ として、第２圧電層２１３を構成する第
２の圧電素子２１３１の周波数帯域全域を使用すること
ができる。

【００５８】したがって、図５に示す構造の圧電部２１
０を備えた超音波探触子を使用すると、送信用の基本波
の周波数帯域として第１圧電層２１２を構成する第１の
周波数帯域全域を使用することができ、高電圧パルスの
生成に特別な注意を払うことなく、従来と同様な送信回
路を使用することができる。また、送信用の基本波とし
て広い周波数帯域を確保することができるとともに、受
信用の基本波、高調波としても広い周波数帯域を確保す
ることができ、時間分解能も良好な、一層の高画質の
“Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ”を実現すること
ができる。

【００５９】図７は、超音波探触子の圧電部の他の例を
示す構造図である。図５に示す圧電部の構成要素と同一
の構成要素には、図５に付した符号と同一の符号を付し
て示し、相違点について説明する。但し、図７において
は電極は省略されている。この図７に示す圧電部２１０
には、第３層２１４のさらに前面に第４層２１８と第５
層２１９が配置されている。第４層２１８および第５層
２１９は、それぞれが基本周波数ｆ₁ の２倍の周波数ｆ
₂ に対応する、各層の固有の音速から割り出される各波
長λ₄ ，λ₅ の１／４倍の厚みを有しており、かつ、第
３層２１４の音響インピーダンスｚ₃ と被検体１の音響
インピーダンスｚ₀ との中間の音響インピーダンスを有
している。しかも、第４層２１８の音響インピーダンス
をｚ ₄ ，第５層２１９のインピーダンスをｚ₅ としたと
き、ｚ₄ ＞ｚ₅ の関係にある。

【００６０】したがって、これら第４層２１８，第５層
２１９は、それぞれの層が、第３層２１４と同様に、被
検体１と第２圧電層２１３との間を伝播する中心周波数
ｆ₂の高調波に対する整合層として作用するとともに、
これら第４層２１８と第５層２１９を合わせた層が、被
検体１と第１圧電層２１２との間を伝播する中心周波数
ｆ₁ の基本波に対する整合層として作用する。すなわ
ち、図７に示す圧電部の場合、第１圧電層２１２で送受
信される中心周波数ｆ₁ の基本波に対しては２層整合、
第２圧電層２１３で受信される中心周波数ｆ₂ の高調波
に対しては３層整合の超音波探触子となる。

【００６１】尚、この図７に示す例は、図５に示す例に
対し、第４層２１８と第５層２１９を追加した例である
が、同様の考え方でさらに２層ずつ層を増やしてもよ
い。第４層２１８と第５層２１９を備えるとともに、さ
らに２層追加したときは、第１圧電層２１２で送受信さ
れる中心周波数ｆ₁ の基本波に対しては３層整合、第２
圧電層２１３で受信される中心周波数ｆ₂ の高調波に対
しては４層整合の超音波探触子となる。

【００６２】図８，図９は、超音波探触子の圧電部の製
造方法の説明図であり、図８は、２枚の圧電セラミック
ス板の接合方法の説明図、図９はその後の工程の説明図
である。先ず、図８に示すように、完成後に第１圧電層
となる第１の圧電セラミックス板２１２０と完成後に第
２圧電層となる第２の圧電セラミックス２１３０を、電
極形成物質が塗布された導電性メッシュシート２１５０
を間に挟んで重ね合わせ、焼成することにより、それら
第１の圧電セラミックス板２１２０と第２の圧電セラミ
ックス板２１３０を接合するとともに、それら２枚の圧
電セラミックス板２１２０，２１３０の間に、完成後に
第１の電極２１５１（図５参照）となる導体膜を形成す
る。

【００６３】次に、図９に示すように、２枚重ねの圧電
セラミックス板を音響吸収体２１１の上に固定し、スリ
ット２１１１を形成して第１の圧電セラミックス板２１
２０を複数の第１の圧電素子の配列に分離するととも
に、第２の圧電セラミックス板２１３０を複数の第２の
圧電素子の配列に分離する。さらにこのスリット２１１
１を形成することにより、配列された第１の電極２１５
１も形成される。次に、第１の電極２１５１を切断しな
い程度に、第２の圧電セラミックス板２１３０にスリッ
ト２１１２を形成し、このようにして形成されたスリッ
ト２１１１，２１１２に樹脂を注入する。これにより、
圧電セラミックス製の、配列された第１の圧電素子が生
成されるとともに、スリットが形成された圧電セラミッ
クスとそのスリットを埋める樹脂とからなる、配列され
た第２の圧電素子が形成される。第２の圧電素子を作製
するにあたり、スリットの本数やスリット幅、そのスリ
ットを埋める樹脂の材質等により、第２の圧電素子の音
響インピーダンスを調整することができる。

【００６４】スリット２１１１，２１１２を埋めた樹脂
が硬化した後、第２の圧電セラミックス板の前面を平面
に削り、メッキ、蒸着等により第３の電極を形成する。
尚、第１の電圧セラミックス板２１２０の背面の第２の
電極は予め形成されている。第２の電極、第３の電極の
形成方法は従来と同様であり、詳細説明は省略する。第
２の圧電セラミックス板２１３０（配列された第２の圧
電素子）の前面に第３の電極を形成した後、その上に図
５に示す第３層を重ねる（図９では図示省略）。

【００６５】図１０は、超音波探触子の圧電部のもう１
つの例を示した図である。尚、ここでも、第２圧電層２
１３の上の整合層は図示省略されている。第１圧電層２
１２と第２圧電層２１３との間に段差２１１３が設けら
れており、その段差２１１３の部分で第１の電極２１５
１が信号線２１５２に接続されている。また、第２の電
極２１６は、配列された複数の第１の圧電素子２１２１
に共通的に導通する電極シート２１６ａを介して信号線
２１５３に接続され、また、第３の電極２１７は、配列
された複数の第２の圧電素子２１３に共通的に導通され
て信号線２１５４に接続されている。

【００６６】図１１は、図１０に示す構造の圧電部を有
する超音波探触子２０が接続された超音波診断装置の特
徴部分を示す図である。本体部１０に備えられた送受信
部２０１（図１参照）の送受信回路２０１１には、超音
波探触子２０側の、配列された第１の電極２１５１にそ
れぞれ接続された複数本の信号線２１５２が接続されて
おり、送受信部２０１は、制御ライン２０７を経由して
入力された制御信号に基づいて、信号線２１５２を経由
して超音波探触子２０に高電圧パルスを送り超音波を送
信させるとともに、超音波探触子２０で得られ信号線２
１５２を経由して伝達されてきた受信信号を受け取る。
また、第２の電極２１６は、信号線２１５３を介して本
体部１０に接続され、接地されている。さらに、第３の
電極２１７は、信号線２１５４を経由して本体部１０に
接続され、スイッチ素子２０１２を介して接地されてい
る。このスイッチ素子２０１２は、制御ライン２０７を
経由して入力される制御信号により、超音波送信時は開
放されており、これにより第３の電極２１７は電気的に
他と絶縁された状態に置かれ、超音波受信時は閉鎖さ
れ、これにより第３の電極２１７は接地された状態に置
かれる。超音波送信時に第３の電極を他と絶縁された状
態に置き、超音波受信時に接地することの作用は図５を
参照して説明済であるため、ここでは、これ以上の説明
は省略する。

【００６７】図１２は、超音波探触子の圧電部のさらに
異なる例を示した図である。尚、ここでも、第２圧電層
２１３の上の整合層は図示省略されている。図１０に示
す圧電部との相違点について説明する。図１０に示す圧
電部では、第３の電極２１７は、配列された複数の第２
の圧電素子２１３に共通的に導通されて信号線２１５４
に接続されているが、図１２に示す圧電部では、第３の
電極２１７は、各第２の圧電素子２１３それぞれについ
て独立であって、基板２１５５上に配列された対応する
スイッチ素子２１５６を介して、対応する第１の電極２
１５１と接続されている。これらのスイッチ素子２１５
６は、本体部１０（図１，図１１参照）からの制御信号
を制御信号線２１５７を経由して受け取り、図１２に実
線で示す、第３の電極２１７と第１の電極２１５１とが
短絡される側と、図１２に破線で示す、第３の電極２１
７が接地される側とに切り替えられる。

【００６８】この制御信号線２１５７は、例えば図１１
に示す信号線２１５４に代わるものであり、スイッチ素
子２１５６は、本体部１０側のスイッチ素子２０１２
（図１１参照）がオフ（制御信号線２１５７が接地から
離れる）のときに第３の電極２１７と第１の電極２１５
１を短絡し、本体部１０側のスイッチ素子２０１２がオ
ン（制御信号線２１５７が接地される）のときに第３の
電極２１７が接地されるように切り替えられる。

【００６９】この場合、超音波送信時は、各第２の圧電
素子を挟む各第３の電極と各第１の電極が短絡されるた
め、第３の電極を開放状態としておく場合よりも、第２
圧電層２１３が存在することによる、基本波の送信への
悪影響を一層完全に押えることができる。図１３は、図
１に示す超音波診断装置のブロック図中の、演算部２０
５，白黒用スキャンコンバータ３０１および表示制御部
５００の、本実施形態に特徴的な構成部分を示した機能
ブロック図である。

【００７０】前述したように、本実施形態では、第１圧
電層２１２で受信された基本波と第２圧電層２１３で受
信された高調波との双方の成分を含んだ受信信号が得ら
れる。その受信信号はビームフォーマ部２０３（図１参
照）に入力されて受信超音波ビームが形成された後、演
算部２０５に入力される。演算部２０５では、２つのフ
ィルタ部２０５１Ａ，２０５１Ｂでそれぞれ基本波の信
号成分、高調波の信号成分が抽出され、これにより基本
波の信号成分と高調波の信号成分とに分離される。分離
された２つの信号成分は、各対数圧縮部２０５２Ａ，２
０５２Ｂでそれぞれ対数圧縮され、各検波部２０５３
Ａ，２０５３Ｂでそれぞれ検波され、各画像処理部２０
５４Ａ，２０５４Ｂにより、それぞれ基本波、高調波に
適した画像処理が施される。画像処理部２０５４Ａ，２
０５４Ｂにおいて行なわれる画像処理には、例えば、基
本波、高調波にそれぞれ適したスムージング処理、ある
いはエッジ強調処理等、基本波、高調波による画像の画
質改善のための処理が含まれる。各画像処理部２０５４
Ａ，２０５４Ｂで画像処理の行なわれた後の各信号成分
は、各Ａ／Ｄ変換器２０５５Ａ，２０５５Ｂでディジタ
ルの各走査線データに変換され、エコーバス９０２を経
由して白黒用スキャンコンバータ３０１に入力され、各
スキャンコンバータ３０１Ａ，３０１Ｂにより、表示用
の各ビデオ信号に変換され、ビデオバス９０３を経由し
て表示制御部５００に入力される。表示制御部５００の
画像合成部５００１では、これら基本波，高調波に基づ
いて生成された２つのビデオ信号が１つのビデオ信号に
合成される。すなわち、ここでは、受信信号が基本波の
信号成分と高調波の信号成分とに分離され、それぞれに
適した処理が施された後１枚の画像に合成される。こう
することにより、高調波のみでは信号パワーが低過ぎ、
画質が悪化する恐れがあるのを防ぐことができ、かつ、
基本波と高調波とを一緒にしたまま処理を行なう場合と
比べ高画質の画像を得ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
広帯域の“Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ”を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波診断装置の一実施形態を示すブ
ロック図である。

【図２】複数の超音波振動子に印加される高電圧パルス
の遅延パターンを示した概念図である。

【図３】ビームフォーマ部における、受信超音波ビーム
の形成の仕方を示す原理説明図である。

【図４】遅延パターンと、走査線の方向と、焦点位置と
の関係を示した説明図である。

【図５】超音波探触子の圧電部の構造図である。

【図６】図５に示す圧電部における送信、受信の周波数
帯域を示す図である。

【図７】超音波探触子の圧電部の他の例を示す構造図で
ある。

【図８】超音波探触子の圧電部の製造方法の説明図であ
る。

【図９】超音波探触子の圧電部の製造方法の説明図であ
る。

【図１０】超音波探触子の圧電部のもう１つの例を示し
た図である。

【図１１】図１０に示す構造の圧電部を有する超音波探
触子が接続された超音波診断装置の特徴部分を示す図で
ある。

【図１２】超音波探触子の圧電部のさらに異なる例を示
した図である。

【図１３】図１に示す超音波診断装置のブロック図中
の、演算部，白黒用スキャンコンバータおよび表示制御
部の、本実施形態に特徴的な構成部分を示した機能ブロ
ック図である。

【図１４】従来の“Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎ
ｇ”の手法の説明であり、超音波探触子に備えた圧電素
子の周波数帯域を示す図である。

【符号の説明】

１ 被検体 ２ 走査線 １０ 本体部 ２０ 超音波探触子 １００ 制御部 １０１ ＣＰＵ部 １０２ ビームスキャン制御部 ２００ 信号処理部 ２０１ 送受信部 ２０２ 受信ディレイ制御部 ２０３ ビームフォーマ部 ２０４ コントロールインターフェイス部 ２０５ 演算部 ２０７ 制御ライン ３００ ディジタルスキャンコンバータ部 ３０１ 白黒用スキャンコンバータ ３０１Ａ，３０１Ｂ スキャンコンバータ ４００ ドプラ処理部 ５００ 表示制御部 ７０１ 操作パネル ７０７ 観察用テレビモニタ ２１０ 圧電部 ２１１ 音響吸収層 ２１２ 第１圧電層 ２１３ 第２圧電層 ２１４ 第３層 ２１６ 第２の電極 ２１７ 第３の電極 ２１８ 第４層 ２１９ 第５層 ２０１１ 送受信回路 ２０１２ スイッチ素子 ２０５１Ａ，２０５１Ｂ フィルタ部 ２０５２Ａ，２０５２Ｂ 対数圧縮部 ２０５３Ａ，２０５３Ｂ 検波部 ２０５４Ａ，２０５４Ｂ 画像処理部 ２０５５Ａ，２０５５Ｂ Ａ／Ｄ変換器 ２１２１ 第１の圧電素子 ２１３１ 第２の圧電素子 ２１５１ 第１の電極 ２１５６ スイッチ素子 ５００１ 画像合成部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体にあてがわれて該被検体内に超音
   波を送信し該被検体内で反射して戻ってきた超音波を受
   信する超音波探触子において、 所定の第１の音響インピーダンスを有する配列された複
   数の第１の圧電素子からなる、所定の中心周波数の超音
   波からなる基本波の、被検体内に向けた送信、および該
   被検体内で反射して戻ってきた超音波のうちの基本波の
   受信を担う第１圧電層と、 前記第１の音響インピーダンスよりも小さい所定の第２
   の音響インピーダンスを有する配列された複数の第２の
   圧電素子からなる、前記第１圧電層の、この超音波探触
   子が被検体にあてがわれる側の前面に重ねられ、前記被
   検体内で反射して戻ってきた超音波のうちの高調波の受
   信を担う第２圧電層とを備えたことを特徴とする超音波
   探触子。
2. 【請求項２】 前記第２圧電層の、この超音波探触子が
   被検体にあてがわれる側の前面に重ねられた、前記第２
   の音響インピーダンスよりも小さく、かつ被検体の音響
   インピーダンスよりも大きい、所定の第３の音響インピ
   ーダンスを有する第３層を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の超音波探触子。
3. 【請求項３】 前記第３層が、被検体と前記第２圧電層
   との間を伝播する前記高調波に対する整合層として作用
   するとともに、前記第３層と前記第２圧電層とを合わせ
   た層が、被検体と前記第１圧電層との間を伝播する前記
   基本波に対する整合層として作用するものであることを
   特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
4. 【請求項４】 前記第３層の、この超音波探触子が被検
   体にあてがわれる側の前面に、前記第３の音響インピー
   ダンスよりも小さく、かつ、被検体の音響インピーダン
   スよりも大きい音響インピーダンスの範囲内で、該第３
   層側から被検体にあてがわれる側に向かって音響インピ
   ーダンスが順次に減少し、それぞれの層が被検体と前記
   第２圧電層との間を伝播する前記高調波に対する整合層
   として作用するとともに、前記第３層に隣接する層から
   順に二層ずつペアにしたときの各ペアが被検体と前記第
   １圧電層との間を伝播する前記基本波に対する整合層と
   して作用する、積層された偶数の層を有することを特徴
   とする請求項３記載の超音波探触子。
5. 【請求項５】 前記第１の圧電素子がセラミックスから
   なり、前記第２の圧電素子がスリットが形成されたセラ
   ミックスと該スリットを埋める樹脂とからなるものであ
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
6. 【請求項６】 前記第１圧電層を構成する複数の第１の
   圧電素子と前記第２圧電層を構成する複数の第２の圧電
   素子が同一ピッチで同一方向に配列されたものであっ
   て、 前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に形成された、
   互いに対応する第１の圧電素子と第２の圧電素子とに共
   通であって前記同一方向に配列された第１の電極と、 前記第１圧電層の背面に形成された、該第１圧電層を構
   成する複数の第１の圧電素子に共通の第２の電極と、 前記第２圧電層の前面に形成された、該第２圧電層を構
   成する複数の第２の圧電素子それぞれに対応する、ある
   いはこれら複数の第２の圧電素子に共通の、第３の電極
   とを備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触
   子。
7. 【請求項７】 前記第１圧電層と前記第２圧電層との間
   に段差を有し、該段差の部分に前記第１の電極への配線
   が接続されてなることを特徴とする請求項６記載の超音
   波探触子。
8. 【請求項８】 被検体にあてがわれて該被検体内に超音
   波を送信し該被検体内で反射して戻ってきた超音波を受
   信する超音波探触子が接続され、該超音波探触子に電圧
   を印加して被検体内に超音波を送信させるとともに該超
   音波探触子で超音波を受信して得た受信信号に基づく画
   像を生成する超音波診断装置において、 前記超音波探触子が、 所定の第１の音響インピーダンスを有する配列された複
   数の第１の圧電素子からなる、所定の中心周波数の超音
   波からなる基本波の、被検体内に向けた送信、および該
   被検体内で反射して戻ってきた超音波のうちの基本波の
   受信を担う第１圧電層と、 前記第１の音響インピーダンスよりも小さい所定の第２
   の音響インピーダンスを有し前記複数の第１の圧電素子
   と同一ピッチで同一方向に配列された複数の第２の圧電
   素子からなる、前記第１圧電層の、この超音波探触子が
   被検体にあてがわれる側の前面に重ねられ前記被検体内
   で反射して戻ってきた超音波のうち高調波の受信を担う
   第２圧電層と、 前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に形成された、
   互いに対応する第１の圧電素子と第２の圧電素子とに共
   通であって前記配列方向に配列された第１の電極と、 前記第１圧電層の背面に形成された、該第１圧電層を構
   成する複数の第１の圧電素子に共通の第２の電極と、 前記第２圧電層の前面に形成された、該第２圧電層を構
   成する複数の第２の圧電素子それぞれに対応する、ある
   いはこれら複数の第２の圧電素子に共通の第３の電極と
   を備えたものであって、 この超音波診断装置が、超音波送信時には、前記第３の
   端子を開放状態あるいは対応する第１の端子に接続した
   状態に保ち、超音波受信時には、前記第３の端子を接地
   する端子制御手段を備えたことを特徴とする超音波診断
   装置。
9. 【請求項９】 被検体にあてがわれて該被検体内に超音
   波を送信し該被検体内で反射して戻ってきた超音波を受
   信する超音波探触子が接続され、該超音波探触子に電圧
   を印加して被検体内に超音波を送信させるとともに該超
   音波探触子で超音波を受信して得た受信信号に基づく画
   像を生成する超音波診断装置において、 前記超音波探触子が、 所定の第１の音響インピーダンスを有する配列された複
   数の第１の圧電素子からなる、所定の中心周波数の超音
   波からなる基本波の、被検体内に向けた送信、および該
   被検体内で反射して戻ってきた超音波のうちの基本波の
   受信を担う第１圧電層と、 前記第１のンピーダンスよりも小さい所定の第２の音響
   インピーダンスを有し前記複数の第１の圧電素子と同一
   ピッチで同一方向に配列された複数の第２の圧電素子か
   らなる、前記第１圧電層の、この超音波探触子が被検体
   にあてがわれる側の前面に重ねられ前記被検体内で反射
   して戻ってきた超音波の内の高調波の受信を担う第２圧
   電層とを備えたものであって、 この超音波診断装置が、 前記超音波探触子で得られた受信信号を前記第１圧電層
   で得られた信号成分と前記第２圧電層で得られた信号成
   分とに分離する信号分離手段と、 前記信号分離手段で分離された各信号成分をそれぞれ処
   理する信号処理手段と、 前記信号処理手段で処理された後の各信号成分を互いに
   合成する信号合成手段とを備えたことを特徴とする超音
   波診断装置。