JPWO2011129326A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

本発明の超音波診断装置１は、印加するバイアス電圧に応じて感度の制御が可能なｃ−ＭＵＴ素子２を有する超音波プローブ２Ｘを接続可能なもので、ＤＣバイアス出力部５と、送信信号出力部７と、操作部１１と、制御部１０とを有する。そして、前記制御部１０は、前記操作部１１から送信開始を指示する指示信号が入力された場合、前記バイアス電圧を印加した後、超音波送信信号を出力し、前記操作部１１から送信停止を指示する指示信号が入力された場合、前記超音波送信信号の出力を停止してから、前記バイアス電圧の印加を停止するように前記ＤＣバイアス出力部５と前記送信信号出力部７とを制御する。

Description

本発明は、静電容量型超音波振動子を有する超音波プローブを接続可能な超音波診断装置に関する。

従来、超音波振動子では、電気信号を超音波に変換させる圧電素子としてセラミック圧電材ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波振動子（Capacitive Micro-Machined Ultrasonic Transducer（以下、ｃ−ＭＵＴ素子と称す））が注目を集めている。

このｃ−ＭＵＴ素子は、シリコン基板上に平面状の第１の電極を設けるとともに、この第１の電極に対向するように所定の空洞（キャビティ）を隔てて平面状の第２の電極を設けて構成されている。

前記ｃ−ＭＵＴ素子を有する超音波プローブを用いて超音波診断画像を生成する超音波診断装置においては、前記ｃ−ＭＵＴ素子は、前記２つの電極間にバイアス電圧を印加しつつ、一方の電極に駆動信号を印加することで、空洞上部の膜（第２の電極を構成するメンブレン）をゆらせて超音波を送信し、帰ってきたエコー信号を、前記空洞上部の膜で検出するようにして超音波の送受信を行っている。

つまり、前記ｃ−ＭＵＴ素子は、超音波を発生するためのＲＦ信号である駆動信号だけでなくてバイアス電圧が送信時、受信時ともに必要とされている。そのため、前記ｃ−ＭＵＴ素子は、印加するバイアスレベルを変化させることで感度を制御できる。

しかしながら、ｃ−ＭＵＴ素子への過度のバイアス電圧の印加は、該ｃ−ＭＵＴ素子において短絡状態を引き起こし、結果として過電流状態となりｃ−ＭＵＴ素子の破損につながってしまう。

このような、過度のバイアス電圧の印加によるｃ−ＭＵＴ素子の破損を防ぐために、過電圧検出手段をｃ−ＭＵＴ素子側の電極とバイアス電源との間に設け、該過電圧検出手段により過度のバイアス電圧の印加を検出したときにはバイアス電圧の印加を停止するようにしている（例えば、特開２００７−２９２５９号公報参照）。

また、ｃ−ＭＵＴ素子の電極間に印加するバイアス電圧の大きさが所定の範囲を超えると、電極間に挟み込まれた太鼓状の犠牲層が潰れた状態、すなわち、Ｃｏｌｌａｐｓｅ状態となる。このＣｏｌｌａｐｓｅ状態時に、被検体に超音波の過大出力を防止するために、ＤＣバイアス電圧を検出し、検出されたＤＣバイアス電圧が閾値を超えると、スイッチによって、ＤＣバイアス回路と超音波振動子との電気的接続を遮断するように構成した保護回路を有する超音波振動子及び超音波診断装置がある（例えば、特開２００８−１３６７２５号公報参照）。

また、他の従来技術としては、例えば、国際公開第２００５／１２０１３０号に示すように、送信時に、着脱式超音波プローブの超音波振動子に、ＲＦ信号、つまり駆動信号をＤＣバイアス発生回路から出力されるＤＣバイアス電圧に重畳する超音波プローブ装置がある。

しかしながら、特開２００７−２９２５９号公報及び特開２００８−１３６７２５号公報の従来技術では、ｃ−ＭＵＴ素子に、バイアス電圧を印加しない状態で、正負の両極性の駆動信号を送信した場合、過電圧検出手段及び保護回路等の保護手段を設けているにも拘わらず、ｃ−ＭＵＴ素子が破損してしまう虞れがある。

また、国際公開第２００５／１２０１３０号に記載の超音波プローブにおいても、このような問題が生じてしまう虞れがある。

そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、ｃ−ＭＵＴ素子の破損を防止す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。

本発明の超音波診断装置は、印加するバイアス電圧に応じて感度の制御が可能な静電容量型超音波振動子を有する超音波プローブを接続可能な超音波診断装置において、前記静電容量型超音波振動子に印加する前記バイアス電圧を可変可能なバイアス電圧出力部と、前記静電容量型超音波振動子に超音波送信信号を出力する送信信号出力部と、前記バイアス電圧出力部と前記送信信号出力部とを含む前記超音波診断装置を指示する指示信号を出力する操作部と、前記操作部からの指示信号に基づいて、前記バイアス電圧及び前記送信信号の出力タイミングを制御するもので、前記バイアス電圧を出力してから前記超音波信号を出力し、或いは前記超音波信号の出力を停止してから前記バイアス電圧の出力を停止するように前記バイアス電圧出力部と前記送信信号出力部とを制御する制御部と、を具備したことを特徴とする。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 図１の制御部の制御例を示すフローチャート。 第１の実施の形態に係る超音波診断装置の作用を説明するためのタイムチャート。 第１の実施の形態に係る超音波診断装置の作用を説明するためのタイムチャート。 本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 第２の実施の形態に係る超音波診断装置の電源起動時以降のバイアス電圧と送信信号の変化を示すタイムチャート。 第２の実施の形態に係る超音波診断装置のフリーズ要求があった場合のバイアス電圧と送信信号の変化を示すタイムチャート。 本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 図８の制御部の制御例を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１から図４は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は本実施の形態の超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。

図１に示す本実施の形態に係る超音波診断装置１は、静電容量型超音波振動子（ｃ−ＭＵＴ素子）２を有する超音波プローブ２Ｘと、この超音波プローブ２Ｘが接続可能であり、前記ｃ−ＭＵＴ素子２を駆動するとともにこのｃ−ＭＵＴ素子２により得られたエコー信号の受信処理を行う超音波観測装置３と、この超音波観測装置３から出力される超音波画像データが入力されることにより、ｃ−ＭＵＴ素子２により超音波ビームで走査した被検体の超音波断層像を表示するモニタ４とを有して構成される。

前記超音波プローブ２Ｘのｃ−ＭＵＴ素子２は、シリコン基板２Ａ上に平面状の第１の電極２Ｂを設けるとともに、この第１の電極２Ｂに対向するように、所定の空洞（キャビティ）２Ｃを隔てて平面状の第２の電極２Ｄを設けて構成されている。なお、図示はしないが、前記第２の電極２Ｄは、超音波を送信するとともにエコー信号を検出するためのメンブレンを有して構成されている。

そして、図１に示す構成では、前記ｃ−ＭＵＴ素子２の一方の第１の電極２Ｂに、前記超音波観測装置３からのＤＣバイアス電圧（以下、単にバイアス電圧と称す）とＲＦ信号の駆動信号である送信信号とが印加されるようになっている。

つまり、前記第１の電極２Ｂは、信号線１２によって前記超音波観測装置３の接続端子３ａに接続されている。また、前記第２の電極２Ｄは、接地している。なお、少なくとも前記ｃ−ＭＵＴ素子２及び信号線１２は、図示はしないが前記超音波プローブ２Ｘの、湾曲部及び可撓管部を有する挿入部内に設けられている。

超音波観測装置３は、前記接続端子３ａと、ＤＣバイアス出力部５と、バイアス成分カット用コンデンサ６と、送信信号出力部７と、受信信号用アンプ８と、受信信号処理部９と、制御部１０と、操作部１１と、を有して構成されている。

前記超音波観測装置３の内部において、前記接続端子３ａは、信号線１３を介してＤＣバイアス出力部５と、バイアス成分カット用コンデンサ６を介して送信信号出力部７とに接続される。

ＤＣバイアス出力部５は、前記ｃ−ＭＵＴ素子２の駆動に必要なバイアス電圧を生成し、この生成したバイアス電圧を、信号線１３、接続端子３ａ、信号線１２を介してｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂに出力する。このＤＣバイアス出力部５は、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加する前記バイアス電圧を可変可能に構成される。なお、ＤＣバイアス出力部５の他端は接地している。

また、送信信号出力部７は、前記ｃ−ＭＵＴ素子２の駆動に必要なＲＦ信号、つまり駆動信号である送信信号を生成し、この生成した送信信号を、信号線１３、接続端子３ａ、信号線１２を介してｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂに出力する。なお、送信信号出力部７の他端は接地している。
従って、図１に示す構成では、ｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂに、バイアス電圧と送信信号とが印加されるようになっており、またこの場合、バイアス電圧が送信信号に重畳された形で印加されるようになっている。

また、前記バイアス成分カット用コンデンサ６と送信信号出力部７との間の信号線１３の中点は、該信号線１３により、受信信号用アンプ８を介して受信信号処理部９に接続される。

バイアス成分カット用コンデンサ６は、前記ＤＣバイアス出力部５と前記送信信号出力部７との間に設けられている。そして、このバイアス成分カット用コンデンサ６は、バイアス電圧のＤＣ成分が前記送信信号出力部７及び受信信号処理部９を含む送受信回路系に侵入しないようにする。

バイアス電圧及び送信信号の印加によるｃ−ＭＵＴ素子２の駆動によって得られた受信号（エコー信号）は、バイアス成分カット用コンデンサ６を通り、受信信号用アンプ８によって増幅された後、受信信号処理部９に入力される。

受信信号処理部９は、入力された受信信号に信号処理を施して超音波画像データを生成し、生成した超音波データを出力端子３ｂに出力する。この出力端子３ｂには、信号線１４を介してモニタ４が接続されており、出力端子３ｂに出力された超音波画像データは、該モニタ４によって表示される。

また、前記制御部１０には、操作部１１が接続される。この操作部１１は、例えば、フリーズ解除キーやフリーズキー、送信開始／送信停止キーを含む各種操作キーを有して構成される。そしてこの操作部１１は、この操作部１１の各種操作キーによる操作により生成された操作信号である指示信号が供給される。例えば、操作部１１は、フリーズ解除又はフリーズ開始を指示する指示信号、送信開始を指示する指示信号、及び送信停止を指示する指示信号等を前記制御部１０に出力する。

前記制御部１０は、この供給された指示信号に基づき、前記ＤＣバイアス出力部５と、前記送信信号出力部７と、前記受信信号処理部９とを制御が可能である。つまり、制御部１０は、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧及び送信信号の出力（送信）タイミングと、該ｃ−ＭＵＴ素子２により得られた受信信号の処理のタイミングとを制御する。

次に、本実施の形態の超音波診断装置の作用について図２から図４を用いて説明する。

本実施の形態の超音波診断装置１では、前記制御部１０は、前記操作部１１から送信開始を指示する指示信号が入力された場合、バイアス電圧を出力した後、送信信号を出力し、前記操作部１１から送信停止を指示する指示信号が入力された場合、前記送信信号の出力を停止してから、前記バイアス電圧の出力を停止するように前記ＤＣバイアス出力部５及び前記送信信号出力部７を制御する。

また、前記制御部１０は、超音波診断装置１の電源投入時に、前記バイアス電圧を印加しないように前記ＤＣバイアス出力部５を制御する。

このような制御部１０の装置起動時からの具体的な制御例を示すフローチャートを図２に示す。

いま、本実施の形態の超音波診断装置を用いて被検体の診断・診察を行うために図示しない電源スイッチをオンして電源を投入したとする。

すると、該超音波診断装置１の制御部１０は、電源起動後、制御部１０により図示しないメモリから図２に示す処理を行うためのプログラムを読み出して実行し、同時にフリーズモードを実行するように制御する。

このとき、超音波観測装置３は、電源起動後、フリーズモードが実行されるので、ＤＣバイアス出力部５からのバイアス電圧がｃ−ＭＵＴ素子２に供給されない状態となる。すなわち、制御部１０は、前記超音波診断装置１の電源投入時に、バイアス電圧をｃ−ＭＵＴ素子２に印加しないようにＤＣバイアス出力部５を制御する。

そして、制御部１０は、図２に示す処理を行うためのプログラムを実行すると、ステップＳ１の判断処理にて、操作部１１から供給される指示信号に基づき、該操作部１１のフリーズ解除キーの操作（或いはフリーズキーの操作であっても良い）によってフリーズモードが解除されたか否かを判断する。

操作部１１の操作によってフリーズモード解除が指示された場合、制御部１０は、続くステップＳ２でｃ−ＭＵＴ素子２が接続されていることを確認した後、ステップＳ３の処理でｃ−ＭＵＴ素子２にバイアス電圧を出力するようにＤＣバイアス出力部５を制御し、その後、ステップＳ４の処理で、送信信号を出力するように送信信号出力部７を制御する。

なお、前記ステップＳ２のｃ−ＭＵＴ素子２の接続の有無の判断は、例えば、ｃ−ＭＵＴ素子２に流れる電流値を検出し、検出結果に基づき接続の有無を判断する、または、ｃ−MUＴ素子２を超音波プローブ形状に組み付け、このプローブに装置と接続するコネクタピンを設け、このピンのオープン／ショート状態により接続の有無を判断するような公知の技術等を用いて行えば良い。

このような電源起動時以降のバイアス電圧、送信信号の変化を図３に示す。なお、図３において、図３に示すバイアス電圧はＤＣバイアス出力部５の出力であるバイアス電圧を示し、図３に示す送信信号は送信信号出力部７の出力である送信信号を示し、図３に示す信号線１２はｃ−ＭＵＴ素子２に接続した信号線１２を介して印加する重畳信号を示している。

図３に示すように、例えば時刻ｔ１にてフリーズ解除がなされたとすると、制御部１０により、ＤＣバイアス出力部５がオンされる。すると、このＤＣバイアス出力部５は、図３のバイアス電圧に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で、徐々にバイアス電圧値を上昇させ、時刻ｔ２にて予め設定された所定値となるようにバイアス電圧を出力する。

この時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、ｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂに接続される信号線１２を介して印加される信号のレベル変化は、図３の信号線１２に示すように、ゼロのラインから、前記バイアス電圧の上昇分（図３のバイアス電圧参照）と同じ電圧分上昇したバイアス電圧分ＢＶまで上昇する。

その後、前記ステップＳ４により送信信号を出力する場合、送信信号出力部７は、図３の送信信号に示すように、時刻ｔ３にて立ち上がり、時刻ｔ４にて立ち下がるようなタイミングで送信信号を出力する。

すると、このようなタイミングで送信信号を出力すると、前記信号線１２には、図３の信号線１２に示すように、時刻ｔ３と時刻ｔ４との間でバイアス電圧分ＢＶに前記送信信号を重畳した形の送信信号が出力される。

以降、このような図３の信号線１２に示す送信信号が信号線１２を介してｃ−ＭＵＴ素子２に出力することにより、該ｃ−ＭＵＴ素子２は第２の電極２Ｄのメンブレンにより超音波を発生し、そして帰ってきたエコー信号を前記第２の電極２Ｄのメンブレンにより検出し、前記超音波観測装置３へと出力する。これにより、入力された受信信号であるエコー信号は、超音波観測装置３の受信信号処理部９によって処理されることにより超音波画像データに変換され、その後モニタ４によって表示される。

再び、図２に戻り、制御部１０は、前記ステップＳ４の処理での送信信号の出力の継続中に、続くステップＳ５による判断処理を行う。このステップＳ５の判断処理では、操作部１１から供給される指示信号に基づき、該操作部１１のフリーズキーの操作によってフリーズモード実行の要求があったか否かを判断する。

操作部１１の操作によってフリーズモード実行の要求の指示があった場合、制御部１０は、続くステップＳ６で送信信号の出力を停止するように送信信号出力部７を制御し、その後、ステップＳ７の処理でｃ−ＭＵＴ素子２に出力しているバイアス電圧の出力を停止するようにＤＣバイアス出力部５を制御する。

このようなフリーズモード実行時以降のバイアス電圧、送信信号の変化を図４に示す。なお、図４において、図４に示すバイアス電圧はＤＣバイアス出力部５の出力であるバイアス電圧を示し、図４に示す送信信号は送信信号出力部７の出力である送信信号を示し、図４に示す信号線１２はｃ−ＭＵＴ素子２に接続した信号線１２を介して印加する重畳信号を示している。

図４に示すように、例えば、時刻ｔ１３より前にフリーズモードが実行されたとすると、前記ステップＳ６の処理により、出力していた送信信号の出力を停止するように送信信号出力部７が制御される。すると、この時刻ｔ１３以降、図４の送信信号に示すように、送信信号は出力されない。

その後、ステップＳ７の処理により、時刻ｔ１３にて、ＤＣバイアス出力部５がオフされる。すると、このＤＣバイアス出力部５は、図４のバイアス電圧に示すように、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの間で、徐々にバイアス電圧分ＢＶを下降させ、時刻ｔ１４にてゼロとなるようにバイアス電圧の出力を停止（オフ）させる。

この時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間において、ｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂに接続される信号線１２を介して印加される信号のレベル変化は、図４の信号線１２に示すように、バイアス電圧に重畳されていた送信信号（図４の送信信号参照）が無くなり、そして、重畳されていたバイアス電圧分ＢＶ下降してゼロとなるようにバイアス電圧が無くなるという信号変化となる。

このようにして制御部１０はフリーズモードを実行し、以降、処理をステップＳ１に戻して再度、前記ステップＳ１の判断処理を継続する。

以上説明したように制御部１０は、フリーズモードが解除されると、バイアス電圧を印加してから、送信信号を出力し、そしてフリーズモードが実行されると、前記フリーズモードの解除とは逆の手順で、送信信号を停止してから、バイアス電圧の出力を停止する。すなわち、このような制御部１０による処理手順により、ｃ−ＭＵＴ素子２に対しＤＣバイアス電圧を印加しない状態で送信信号が出力されることを防止することができる。

従って、本実施の形態によれば、ｃ−ＭＵＴ素子２に、バイアス電圧を印加しない状態では、正負の両極性の送信信号が送信されることはないので、上記したような簡単な制御により、ｃ−ＭＵＴ素子２の破損を防止することができる。

（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図５に示す超音波診断装置は、前記第１の実施の形態の超音波診断装置と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。 前記第１の実施の形態の超音波診断装置１では、ｃ−ＭＵＴ素子２の一方の電極、つまり第１の電極２Ｂにバイアス電圧と送信信号とを印加するように構成したが、第２の実施の形態の超音波診断装置１Ａは、ｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂにバイアス電圧を供給し、第２の電極２Ｄに送信信号を供給するように構成している。つまり、ｃ−ＭＵＴ素子２にバイアス電圧を供給する電極と送信信号を供給する電極とが別の場合の構成でも、前記第１の実施の形態と同様に適用できる。

具体的な構成を図５に示す。

図５に示す本実施の形態の超音波診断装置１Ａは、前記第１の実施の形態と同様の構成要素、すなわち、ｃ−ＭＵＴ素子２を有する超音波プローブ２Ｘと、超音波観測装置３Ａと、モニタ４とを有しているが、前記超音波プローブ２Ｘの前記ｃ−ＭＵＴ素子２と超音波観測装置３Ａとの接続構成と、該超音波観測装置３Ａの内部構成が異なっている。

具体的には、図５に示すように、前記ｃ−ＭＵＴ素子２の一方の第１の電極２Ｂに、前記超音波観測装置３からのバイアス電圧が印加され、他方の第２の電極２Ｄには、送信信号が印加されるようになっている。

つまり、前記第１の電極２Ｂは、信号線１２によって前記超音波観測装置３の接続端子３ａに接続されている。また、前記第２の電極２Ｄは、新たに設けられた信号線１５によって前記超音波観測装置３の接続端子３ｃに接続されている。

また、超音波観測装置３Ａは、前記第１の実施の形態と同様の構成要素を有して構成されているが、前記したように新たに接続端子３ｃを設けて構成されている。

前記超音波観測装置３Ａの内部において、前記接続端子３ａは、信号線１３を介してＤＣバイアス出力部５に接続される。また、前記接続端子３ｃは、信号線１３Ａ、受信信号用アンプ８を介して受信信号処理部９と、送信信号出力部７とに接続される。

ＤＣバイアス出力部５は、前記ｃ−ＭＵＴ素子２の駆動に必要なバイアス電圧を生成し、この生成したバイアス電圧を、信号線１３、接続端子３ａ、信号線１２を介してｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂに出力する。

また、送信信号出力部７は、前記ｃ−ＭＵＴ素子２の駆動に必要なＲＦ信号、つまり駆動信号である送信信号を生成し、この生成した送信信号を、信号線１３Ａ、接続端子３ｃ、信号線１５を介してｃ−ＭＵＴ素子２の第２の電極２Ｄに出力する。

このような構成において、ｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂ側からバイアス電圧を印加した状態で、第２の電極２Ｄ側に送信信号を印加する。そして、得られたエコー信号（受信信号）は、受信信号用アンプ８により増幅されて、受信信号処理部９に入力される。

受信信号処理部９は、入力された受信信号に信号処理を施して超音波画像データを生成し、この生成した超音波画像データを出力端子３ｂに出力する。この出力端子３ｂには、信号線１４を介してモニタ４が接続されており、出力端子３ｂに出力された超音波画像データは、該モニタ４によって表示される。

本実施の形態の超音波診断装置１Ａにおいても、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧及び送信信号の出力タイミングは、制御部１０によって制御される。

前記制御部１０には、前記第１の実施の形態と同様に操作部１１が接続され、該制御部１０は、この供給された指示信号に基づき、前記ＤＣバイアス出力部５と、前記送信信号出力部７と、前記受信信号処理部９とを制御する。

そして、前記制御部１０は、前記第１の実施の形態と同様に、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧及び送信信号の送信タイミングと、該ｃ−ＭＵＴ素子２により得られた受信信号の処理のタイミングとを制御する。

すなわち、本実施の形態においても、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧及び送信信号の送信タイミングは、前記第１の実施の形態と同様に、前記制御部１０によって制御される。

図５における電源起動時以降のバイアス電圧と送信信号の変化を図６に示す。ｃ−MUT素子２の第１電極２Ｂに供給されるバイアス電圧供給用の信号線１２の波形を図６のバイアス電圧に、一方、ｃ−MUT素子２の第２電極２Ｄに供給される送受信信号用の信号線１５の波形を図６の送信信号に示す。操作部１１により図２のステップＳ１でフリーズ解除され、ステップＳ２でｃ−MUT素子２が接続されていることを認識すると、ステップＳ３で、制御部１０より、ＤＣバイアス出力部５がオンされ、図６のバイアス電圧に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２にてあらかじめ設定した所定のバイアス電圧になるように出力する。そして、図２のステップＳ４で送信信号を出力することで、図６の送信信号に示すように、時刻ｔ３で立ち上がり、時刻ｔ４で立ち下がるような送信信号を出力する。

一方、フリーズ要求があった場合のバイアス電圧と送信信号の変化を図７に示す。図２のステップＳ６で送信信号を停止することで、図７の送信信号に示すように、送信信号がｔ１２以降は出力されなくなる。そして図２のステップＳ７のバイアス出力停止を図７のバイアス電圧に示すように、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの間で、バイアス電圧を下降させ、時刻ｔ１４でゼロになるようにバイアス電圧の出力を停止する。

その他の構成・作用は、前記第１の実施の形態と同様である。

従って、本実施の形態によれば、ｃ−ＭＵＴ素子２の第１の電極２Ｂにバイアス電圧を供給し、第２の電極２Ｄに送信信号を供給するように構成した場合でも、前記第１の実施の形態と同様に、ｃ−ＭＵＴ素子２に、バイアス電圧を印加しない状態で、送信信号が送信されることはないので、ｃ−ＭＵＴ素子２の破損を防止することができる。

（第３の実施の形態）
図８及び図９は、本発明の第３の実施の形態に係り、図８は第３の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図、図９は、図８の制御部の制御例を示すフローチャートである。なお、図８に示す超音波診断装置及び図９に示すフローチャートは、前記第１の実施の形態の超音波診断装置と同様の構成要素及び同一処理については同一の符号及びステップＳ番号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

前記第１及び第２の実施の形態の超音波診断装置１、１Ａでは、供給先であるｃ−ＭＵＴ素子２の動作状況に拘わらず、バイアス電圧を印加するために、状況によっては、超音波観測装置３、３Ａの回路側に負荷がかかる可能性がある。

そこで、本実施の形態の超音波診断装置１Ｂは、超音波観測装置３Ｂの回路側に負荷がかかるのを防止するために、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧を監視するためのバイアス電圧検出部２０を設けて構成している。

具体的な構成を図８に示す。

図８に示す本実施の形態の超音波診断装置１Ｂは、前記第１の実施の形態と同様の構成要素、すなわち、ｃ−ＭＵＴ素子２を有する超音波プローブ２Ｘと、超音波観測装置３Ａと、モニタ４とを有しているが、前記超音波観測装置３Ａの内部に前記バイアス電圧検出部２０が設けられている。
なお、前記バイアス電圧検出部２０以外の構成は、前記第１の実施の形態と同様である。すなわち、ｃ−ＭＵＴ素子２及び前記超音波観測装置３Ｂは、前記第１の実施の形態と同様に構成され、また同様に接続されている。

そして、本実施の形態では、前記バイアス電圧検出部２０入力端が、図８に示すように、ＤＣバイアス出力部５の出力端に接続されるとともに、該バイアス電圧検出部２０の出力端が前記制御部１０に接続される。

このバイアス電圧検出部２０は、前記ＤＣバイアス出力部５の出力であるバイアス電圧値を検出し、検出したバイアス電圧値を前記制御部１０に出力する。

本実施の形態の超音波診断装置１Ｂにおいても、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧及び送信信号の出力タイミングは、前記第１の実施の形態と同様のタイミングとなるように制御部１０によって制御される。

また、制御部１０は、内部に図示はしないがメモリを有し、このメモリには、予め設定されたＤＣバイアス電圧規定値（閾値）が記憶されている。このＤＣバイアス電圧規定値は、ｃ−ＭＵＴ素子２が正常に動作するのに好適な電圧値である。勿論、使用するｃ−ＭＵＴ素子２の種類に応じて、前記ＤＣバイアス電圧規定値を自在に設定変更可能である。

本実施の形態において、前記制御部１０は、前記ｃ−ＭＵＴ素子２にＤＣバイアス電圧を印加している間、前記バイアス電圧検出部２０からの検出結果と、正常に動作させるための前記バイアス電圧規定値との比較を行い、前記バイアス電圧検出部２０からの検出結果が前記バイアス電圧規定値を超えた場合にはこの旨を示すエラーメッセージ等の表示をモニタ４に表示させるように制御する。
このようにして、ｃ−ＭＵＴ素子２に正常なＤＣバイアス電圧が出力されていることを監視するようにしている。

次に、本実施の形態超音波診断装置の作用について図９を用いて説明する。

本実施の形態における制御部１０の装置起動時からの具体的な制御例を示すフローチャートを図９に示す。

いま、本実施の形態の超音波診断装置１Ｂを用いて被検体の診断・診察を行うために図示しない電源スイッチをオンして電源を投入したとする。
すると、該超音波診断装置１Ｂの制御部１０は、電源起動後、制御部１０により図示しないメモリから図９に示す処理を行うためのプログラムを読み出して実行し、同時にフリーズモードを実行するように制御する。

このとき、超音波観測装置３は、電源起動後、フリーズモードが実行されるので、ＤＣバイアス出力部５からのバイアス電圧がｃ−ＭＵＴ素子２に供給されない状態となる。すなわち、制御部１０は、前記超音波診断装置１の電源投入時に、ステップＳ１０の処理により、バイアス電圧をｃ−ＭＵＴ素子２に印加しないようにＤＣバイアス出力部５を制御する。

そして、制御部１０は、前記第１の実施の形態と同様にステップＳ１の判断処理にて、操作部１１から供給される指示信号に基づき、該操作部１１のフリーズ解除キーの操作（或いはフリーズキーの操作であっても良い）によってフリーズモードが解除されたか否かを判断する。

操作部１１の操作によってフリーズモード解除が指示された場合、制御部１０は、続くステップＳ２でｃ−ＭＵＴ素子２が接続されていることを確認した後、ステップＳ３の処理でｃ−ＭＵＴ素子２にバイアス電圧を出力するようにＤＣバイアス出力部５を制御し、その後、処理をステップＳ１１の判断処理に移行する。

前記ステップＳ２の判断処理で、ｃ−ＭＵＴ素子２が接続されてないと判断した場合、制御部１０は、続くステップＳ１２の処理で、ｃ−ＭＵＴ素子２が接続されてない旨を示す表示をモニタ４の画面に表示した後、処理を前記ステップＳ１に戻す。

なお、本実施の形態の超音波診断装置は、ｃ−ＭＵＴ素子２以外の圧電型超音波振動子の接続も可能である。このため、前記ステップＳ２の処理でｃ−ＭＵＴ素子２と圧電型超音波振動子とのどちらかが接続されているのかを検出し、前記ステップＳ１２の処理で、いずれかの超音波振動子が接続されているのかを示す接続状態を前記モニタ４の画面に表示させても良い。

ステップＳ１１の判断処理では、制御部１０は、前記バイアス電圧検出部２０からの検出結果と、正常に動作させるための前記バイアス電圧規定値との比較を行い、前記バイアス電圧検出部２０からの検出結果が正常であるか否かを判断する。

この場合、前記バイアス電圧検出部２０からの検出結果が前記バイアス電圧規定値と同じあるいは以下である場合には正常であると判断し、逆に、超えた場合には正常でないものと判断する。

この場合、前記バイアス電圧検出部２０からの検出結果が正常でないものと判断した場合には、制御部１０は、前記ステップＳ１２の処理にて、ＤＣバイアス電圧が前記バイアス電圧規定値よりも大きく正常でない値であることを示すエラーメッセージ等の表示をモニタ４の画面に表示させるように制御した後、処理を前記ステップＳ１に戻す。

一方、前記バイアス電圧検出部２０からの検出結果が正常であると判断した場合には、制御部１０は、続きステップＳ４の処理で、送信信号を出力するように送信信号出力部７を制御する。

そして、制御部１０は、前記ステップＳ４の処理での送信信号の出力の継続中に、続くステップＳ５による判断処理を行う。このステップＳ５の判断処理では、操作部１１から供給される指示信号に基づき、該操作部１１のフリーズキーの操作によってフリーズモード実行の要求があったか否かを判断する。

操作部１１の操作によってフリーズモード実行の要求の指示があった場合、制御部１０は、続くステップＳ６で送信信号の出力を停止するように送信信号出力部７を制御し、その後、ステップＳ７の処理でｃ−ＭＵＴ素子２に出力しているバイアス電圧の出力を停止するようにＤＣバイアス出力部５を制御する。

なお、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧及び送信信号の出力タイミングは、前記第１の実施の形態と同様に制御される。

このようにして制御部１０はフリーズモードを実行し、以降、処理をステップＳ１に戻して再度、前記ステップＳ１の判断処理を継続する。

なお、このフローチャートには示してないが、ＤＣバイアス電圧検出部２０は、ｃ−ＭＵＴ素子２にバイアス電圧を印加している間の他に、ｃ−ＭＵＴ素子２により超音波を発生している間（走査中）に動作させても良い。それによって、バイアス電圧規定値を超えるまたは設定値とは異なるＤＣバイアス電圧となった場合は、モニタ４の画面にエラーメッセージを表示し、フリーズモード要求と同様に、送信出力の停止後、ＤＣバイアス電圧を下げて停止させるという制御手順で、フリーズモードを実行しても良い。

また、前記制御部１０の制御によって、ＤＣバイアス電圧検出部２０からの検出結果とバイアス電圧規定値との比較結果に基づき、エラーメッセージなどの表示をモニタ４の画面に表示させていたが、これに限定されることはない。
例えば、制御部１０は、前記ＤＣバイアス電圧検出部２０からの検出結果に基づき、前記ＤＣバイアス出力部５によるバイアス電圧の出力状態を、常に前記モニタ４の画面に表示させるように制御して、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧の監視を行うようにしても良い。

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られる他に、ｃ−ＭＵＴ素子２に印加するバイアス電圧を監視するためのバイアス電圧検出部２０を設けて構成したことにより、バイアス電圧の印加により、超音波観測装置３Ｂの回路側に負担がかかるのを防止することができる。

本発明は、上述した実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本出願は、２０１０年４月１２日に日本国に出願された特願２０１０−９１６７２号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

本発明の一態様の超音波診断装置は、印加するバイアス電圧に応じて感度の制御が可能な静電容量型超音波振動子を有する超音波プローブを接続可能な超音波診断装置において、前記静電容量型超音波振動子に印加する前記バイアス電圧を可変可能なバイアス電圧出力部と、前記静電容量型超音波振動子に超音波送信信号を出力する送信信号出力部と、前記バイアス電圧出力部と前記送信信号出力部とを含む前記超音波診断装置を指示する指示信号を出力する操作部と、前記操作部からの指示信号に基づいて、前記バイアス電圧及び前記送信信号の出力タイミングを制御するもので、前記バイアス電圧を出力してから前記超音波信号を出力し、或いは前記超音波信号の出力を停止してから前記バイアス電圧の出力を停止するように前記バイアス電圧出力部と前記送信信号出力部とを制御する制御部と、を具備し、前記超音波診断装置は、バイアス電圧制御を必要としない圧電型超音波振動子の接続が可能であって、前記静電容量型超音波振動子により受信した受信信号に基づく超音波画像を表示する表示部を有し、前記制御部は、前記圧電型超音波振動子と前記静電容量型超音波振動子とのどちらかが接続されているのかを示す接続状態を前記表示部に表示させる。

Claims (7)

1. 印加するバイアス電圧に応じて感度の制御が可能な静電容量型超音波振動子を有する超音波プローブを接続可能な超音波診断装置において、
   前記静電容量型超音波振動子に印加する前記バイアス電圧を可変可能なバイアス電圧出力部と、
   前記静電容量型超音波振動子に超音波送信信号を出力する送信信号出力部と、
   前記バイアス電圧出力部と前記送信信号出力部とを含む前記超音波診断装置を指示する指示信号を出力する操作部と、
   前記操作部からの指示信号に基づいて、前記バイアス電圧及び前記送信信号の出力タイミングを制御するもので、前記バイアス電圧を出力してから前記超音波信号を出力し、或いは前記超音波信号の出力を停止してから前記バイアス電圧の出力を停止するように前記バイアス電圧出力部と前記送信信号出力部とを制御する制御部と、
   を具備したことを特徴とする超音波診断装置
2. 前記操作部は、少なくとも前記送信信号出力部による前記超音波送信信号の送信開始及び送信停止を指示する指示信号を出力するものであって、
   前記制御部は、前記操作部から送信開始を指示する指示信号が入力された場合、前記バイアス電圧を出力した後、前記超音波送信信号を出力し、前記操作部から送信停止を指示する指示信号が入力された場合、前記超音波送信信号の出力を停止してから、前記バイアス電圧の出力を停止するように前記バイアス電圧出力部と前記送信信号出力部とを制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記制御部は、前記超音波診断装置の電源投入時に、前記バイアス電圧を印加しないように前記バイアス電圧出力部を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記制御部は、前記操作部から送信開始を指示する指示信号が入力されたときに、前記静電容量型超音波振動子が接続されていない場合には、前記バイアス電圧を印加しないように前記バイアス電圧出力部を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記超音波診断装置は、バイアス電圧制御を必要としない圧電型超音波振動子の接続が可能であって、前記静電容量型超音波振動子により受信した受信信号に基づく超音波画像を表示する表示部を有し、
   前記制御部は、前記圧電型超音波振動子と前記静電要領型超音波振動子とのどちらかが接続されているのかを示す接続状態を前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
6. 前記静電容量型超音波振動子から超音波を送信している間、前記静電容量型超音波振動子に印加しているバイアス電圧が規定値であることを監視するためのバイアス電圧検出部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記制御部は、前記バイアス電圧出力部による前記バイアス電圧の出力状態を前記表示部に表示させることを特徴とする請求項５の超音波診断装置。

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