WO2001056474A1

WO2001056474A1 - Sonde a ultrasons et dispositif de diagnostic par ultrasons pourvu de cette sonde

Info

Publication number: WO2001056474A1
Application number: PCT/JP2001/000701
Authority: WO
Inventors: Takaya Osawa; Yutaka Sato; Shuzo Sano
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2001-08-09
Also published as: JP2003169800A; JPWO2001056474A1

Description

明細書超音波探触子およびこれを用いた超音波診断装置技術分野

本発明は、被検体の診断部位を超音波を利用して検査するために用いる超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置に関し、特に、広帯域の超音波を送受信することができるように構成された 2次元ァレー型超音波探触子と、この探触子と組み合わせによつてハーモニックイメ一ジングゃ高分解能で明瞭な 3 次元画像を取得することができる超音波診断装置に関する。背景技術

超音波診断装置により取得される診断部位の超音波画像を良好な画像とするためには、反射エコーを受信する超音波探触子の周波数特性を可能な限り広い帯域にすると良いことが知られている。超音波探触子で受信されたエコー信号に対してさまざまな変調処理が行わなければならないが、超音波画像の画質を向上させるためには、上記エコー信号の変調処理がより広いレンジで行われなければならない。そのためには超音波探触子が有する周波数特性の帯域を拡大させることが必要である。

また、近年、超音波画像の画質を向上させるためのハーモニックイメージングと称する超音波撮像技術が用いられている。ハーモニックイメージング技術とは、超音波探触子からある周波数を有する基本波を被検体（生体）内に送信し、被検体内から発生する上記基本波の整数倍 (例えば、 2倍)の周波数成分を有する高調波の反射エコーを超音波探触子により受信し、超音波診断装置で上記反射エコーを電気信号に変換した後にさまざまな画像処理を行うことにより超音波画像の分解能を向上させ明瞭な画像を形成する技術である。このハーモニックィメ一ジング技術は、マイクロパプル等からなる超音波造影剤を血管を介して生体内部へ投与し、診断部位をコントラストの強調された画像として描出するために用いられる。その理由は、被検体内へ投与されたマイクロバブルが高調波をより強く反射する'性質を有していることにある。

このハーモニックイメ一ジング技術を用いて診断部位の超音波画像の画質を向上させることは、振動子素子が 2次元に配列された超音波探触子を用いる超音波診断装置にとっても必要となる。このためには、 2次元配列振動子を備えた超音波探触子は、基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とを力パーする広ヽ帯域の周波数特性を有することが必要とされる。

一方、近年において、被検体の診断部位を立体画像化して表示させる 3次元超音波撮像技術が注目されている。 3次元超音波撮像技術とは、超音波を送受信する振動子素子を 2次元配列された超音波探触子から被検体内へ超音波を送信し、送信'された超音波が診断部位で反射されたエコーを探触子で受信し、この受信されたエコー信号を信号処理するとともに、超音波の送受信方向を変えて被検体内を超音波ビームで走査する動作を被検体内の複数断面に対して行い、上記診断部位の断面を表示する 2次元画像を多数形成し、この多数の断面の画像データを用いて診断部位を立体的に表示する 3次元画像を表示する技術である。

従来の超音波探触子は広い帯域の周波数特性を有していなかつたので、超音波診断装置により取得された診断部位の 3次元画像は分解能が低く、画質が良好ではなかった。そのため、 3次元超音波撮像技術の分野においても上記のハ一モニックィメ一ジング技術を適用することにより、高分解能を有した、かつ明瞭な 3次元超音波画像を取得できる技術が待望されていた。 3次元超音波撮像技術へハーモュックイメ一ジング技術を適用するためには、前記 2次元超音波探触子が基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とを力パーする広い帯域の周波数特性を有することが要求される。

本発明の第 1の目的は、超音波探触子により送受信される超音波の周波数特性の帯域を拡大することにある。

そして、本発明の第 2の目的は、ハーモニックイメージングにおける変調処理を容易に行うことができる超音波診断装置を提供することにある。

さらに、本発明の第 3の目的は、被検体の診断部位を高分解能を有した、かつ明瞭な 3次元画像で表示させることができる超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置を提供することにある。発明の開示

前記第 1の目的を達成するために、本発明による超音波探触子は、超音波を送受信する複数の振動子素子が 2次元に配列された超音波探触子において、前記二 2次元に配列された複数の振動子素子は、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が 2次元配列内に混在するように設けられていることを特徴としている。

そして、前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、 2次元配列の行または列の単位内において混在するように設けられていることが望ましい。また、前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、 2次元配列の行または列の単位毎に同一の周波数特性を持ち、行または列単位では混在するように設けられていることが望ましい.

さらに、前記周波数特性が異なる複数種類の振動子の混在する順序が巡回的になされていることが望ましい。

前記第 2の目的を達成するために、本発明による超音波探触子では、前記複数種類の振動子素子群は、一種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある

周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある周波数成分が整数倍の周波数であることを特徴としている。

そして、前記第 2、第 3の目的を達成するために本発明による超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第 1の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群とは異なる第 2の周波数特性を有した振動子群で受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。

また、本発明の超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第 1の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた第 1の振動子群と、これとは異なる第 2の周波数特性を有した振動子群とで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。

さらに本発明の、超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群のうちの 1種類の周波数特性を持つ振動子群のみで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。

そしてさらに本発明の超音波診断装置は、周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのェコ一を送信に用いた振動子群と同じ振動子群を用いて受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信告処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴としている。図面の簡単な説明

図 1は本発明による超音波探触子の第 1の実施形態を示す概略構成図である。図 2は上記超音波探触子の第 2の実施形態を示す概略構成図である。図 3は上記超音波探触子の第 3の実施形態を示す概略構成図である。図 4は図 1乃至図 3に示される第 1乃至第 3の実施形態における超音波探触子を構成する振動子素子群の構造を示す断面図である。図 5は図 4に示される超音波探触子を構成するフレキシブル基板の正面図である。図.6はコンベックス型の超音波探触子を構成するフレキシブル基板の正面図である。図 7は本発明の第 1の実施形態における 2種類の振動子素子群から構成される超音波探触子の周波数特性を示すグラフである。図 8は本発明の第 2、第 3の実施形態における 4種類の振動子素子群から構成される超音波探触子の周波数特性を示すグラフである。図 9 は本発明の第 1の実施形態における超音波探触子を用いた超音波診断装置を示すブロック図である。図 1 0は図 9に示される超音波診断装置の第 1の変形例を示すプロック図である。図 1 1は図 9に示される超音波診断装置の第 2の変形例を示すブロック図である。図 1 2は図 9に示される超音波診断装置の第 3 の変形例を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。

図 1は、本発明による超音波探触子の第 1の実施形態の概念を示す図である。この超音波探触子は、超音波を用いて被検体の診断部位を画像化する超音波診断装置において、被検体に対して超音波を送信及び信するもので、複数の振動子素子が 2次元に配列された 2次元配列振動子 1と、この 2次元配列振動子 1へ超音波を送信させるためのパルス信号を供給する信号線及び 2次元配列振動子 1で受信されたエコー信号を出力する信号線が形成されているフレキシプル基板 2と、前記各振動子素子の背面へ放出される超音波を吸収及び減衰するパッキング材 3とを備えている。

ここで、実施形態においては、 2次元配列振動子 1は周波数特性が異なる振動子素子 1 aと振動子素子 1 bとの 2種類の振動子が入り混じるように配列されて構成されている。前記 2種類の振動子素子 1 a， l bは、前記フレキシプル基板 2の表面における所定部位に同一方向（ 2次元の行方向または列方向）にそれぞれ交互に配列されている。そして、各振動子素子 l a， l bの背面にはパッキング材 3が設けられている。このように本実施形態の超音波探触子は、 2次元の行方向または列方向に交互に配列された振動子素子 1 a， 1 bとパッキング材 3とを所定位置に備えたフレキシブル基板 2を複数枚積層して構成されている。また、上記フレキシブル基板 2の積層方向においても、前記 2種類の振動子素子 1 a , 1 bがそれぞれ交互に配列されるように積層されている。以上のように、本発明の第 1の実施形態における超音波採触子は、 2種類の振動子素子 l a， 1 bがフレキシブル基板 2上に配列される方向と、フレキシプル基板 2が積層される方向との直交する二方向に交互に混在するように配列されて構成されている。

図 2は、本発明の第 2の実施形態における超音波探触子の概念を示す図である。この実施形態では、複数種類の振動子素子が、 4種類の振動子素子 l a , l b， l c， 1 dから成り、これら振動子素子ほ互いに周波数特性が異なるものである。前記 4種類の振動子素子 1 a， l b , l c， I dは、一つのフレキシブル基板 2の所定位置に振動子素子 1 aが配置され、この素子 1 aの隣りに振動子素子 1 bが配置され、またこの素子 1 bの隣りに振動子素子 1 cが配置され、さらにこの素子 1 cの隣りに振動子素子 1 dが酉 3設され、そしてこの素子 1 dの隣りに振動子素子 1 aが配置されるというように 4種類の振動子素子が巡回的に配列されている。また、 4種類の振動子が巡回的に配列されたフレキシブル基板 2は、その積層方向においても 4種類の振動子素子が順次位置が異なるように複数枚積層されている。このような振動子素子の配列及ぴフレキシブル基板の積層により、 4種類の振動子素子が、いわゆる 2次元マトリックス状に混在して配列される。

図 3は、本発明の第 3の実施形態における超音波探触子の概念を示す図である。この実施形態では、各フレキシブル基板 2には 4種類の振動子素子 1 a， l b , 1 c , 1 dのうちの 1種類の振動子素子のみが配列される。そして、 1 種類の振動子素子のみが配列されたフレキシブル基板 2が 4種類の振動子素子の各々について作成され、それらがその積層方向において 4種類の振動子素子の周波数特性が巡回的に変化するように、 -複数枚積層されている。

この第 3の実施形態において、 4種類の振動子素子 l a， 1 b , 1 c , I d における各素子の厚みが異なっても幅と長さが全て同一であれば、各フレキシブル基板 2に配列された各素子のピッチは、配列された素子の種類によらず総て同一となる。したがって、直交する 2方向に配列された各素子の位置関係は等方的であるので、この探触子を使用して得た信号を画像ィ匕処理、例えば 3次元画像化するための処理をする際に、素子の位置を算出するための演算処理は必要とされない。つまり、超音波探触子から診断装置本体に送出された電気信号 (エコー信号）を演算処理して超音波画像を形成させるための演算処理が複雑化することはない。

以上に説明したように、本努明によれば、、振動子素子の周波数特性の数とその組合せを変えて種々の超音波探触子が形成され得る。それらの組合せは無数に設定することが可能であり、適正な振動子素子を組み合わせることにより用途に応じた多様な超音波探触子が実現され得る。

また、図 1乃至図 3に示す第 1乃至第の実施形態では、リニアアレイ型ゃフエイズドアレイ型のように振動子の超音波送受信面が平坦なものについて説明したが、本発明はコンベックス型（カーブドリユア）型の超音波探触子などの様々な超音波探触子にも適用することができる。

次に、前記図 1乃至図 3に示された超音波探触子を構成する振動子素子群の構造を図 4を参照して説明する。図 4において、前記フレキシブル基板 2の所定部位に振動子素子 1が配列され、この振動子素子 1の下方にはパッキング材 3が設けられている。そして、前記振動子素子 1の上方には、この振動子素子 1から放出された超音波を効率よく生体に伝播させるマッチング層 4が設けられている。前記振動子素子 1の下面には信号電極 5が、前記振動子素子 1の上面にはグランド電極 6が設けられている。この信号電極 5とグランド電極 6の間に電圧が印加されると、振動子素子 1が振動して超音波が発生される。

ここで、図 4から明らかに読み取れるように、前記実施形態では、振動子素子 1下面に設けられたパッキング材 3は 1枚のフレキシブル基板に対しては 1 個が使用されているが、パッキング材は素子毎に個別に設けられても良い。何故ならば、パッキング材を一体成形するようにすると、振動子素子の周波数特性を素子の厚みによつて変化させると仮定したときに、振動子の送受信面を平坦にするためには、パッキング材の振動子取付面を複雑に一体成形する必要が生ずるが、振動子素子毎にパッキング材を設けるようにすれば、ノッキング材を複雑な形状にする必要がなくなるからである。

前記フレキシブル基板 2は、その母体とされるベースフィルム 7と、このべ一スフイルム 7の表面の所定部位に配設された信号パターン 8と、上記ベースフィルム 7の裏面の所定部位に配設されたグランドパターン 9と、このグランドパターン 9を覆うようにベースフィルム 7の裏面に配設された力パー層 1 0 とから構成されている。前記信号パターン 8の接続部 1 1及びグランドパターン 9の接続部 1 2は、それぞれ前記信号電極 5と前記グランド電極 6とへそれぞれ電気的に接続するように半田付けされている。また、このフレキシブル基板 2の接続部 1 1と接続部 1 2へ振動子素子 1の信号電極 5とグランド電極 6 が半田付けによって接続される。そして、信号パターン 8とグランドパターン 9の間に電圧が印加されると、これらの電極とパターンとの接続によって振動子素子 1の上下両面に設けられた信号電極 5とダランド電極 6の間に電圧が印加され、前記振動子素子 1が振動して超音波が発生される。

前述のように、本発明の第 1乃至第 3の実施形態における超音波探触子は、周波数特性の異なる複数種類の振動子素子群から構成されているが、各振動素子群の周波数特性は、振動子素子 1セラミック材料の組成、厚み及ぴ Zまたはマッチング層 4の厚さを変えることによって調整することができる。但し、振動子素子の周波数特性帯域に大きな差をつける場合には、振動子素子の厚み、とりわけ、圧電セラミックの厚みを変えることが望ましいと考えられる。そして、超音波振動子素子の周波数特性の帯域を高く設定したい場合には、振動子素子 1及ぴ/またはマツチング層 4の厚さを薄くすれば良く、逆に周波数特性の帯域を低く設定したい場合には、振動子素子 1及び Zまたはマッチング層 4 め厚さを厚くすれば良い。振動子素子 1の上下両面に設けられた信号電極 5及ぴグランド電極 6の間隔は、振動子素子 1の厚さによって変化させられる。図 5は、図 4に示されるフレキシプノレ基板 2の正面図である。図 5 .において、フレキシブル基板 2'は、フレキシブル基板 2の母体されるベースフィルム 7 と、ベースフィルム 7の表面に設けられた信号パターン 8と、この信号パターン 8を前記振動子素子 1の下面に設けられた信号電極 5 (図 4参照）へ電気的に接続させる接続部 1 1と、前記信号パターン 8を診断装置本体と接続するためのケーブルに接続させる信号パターン端部 1 3と、前記べ一スフイルム 7の裏面に設けられたグランドパターン（図示せず）の接続部 1 2とで構成されている。

前記フレキシブル基板 2の表面の所定位置には、周波数特性の異なる 2種類の振動子素子 1 a , 1 bがそれぞれ交互に配列されている。このような構造を実現するため、フレキシブル基板 2の表面に設けられた前記接続部 1 1と接続部 1 2との間隔は、図 4に示される振動子素子 1の上下両面に設けられた信号電極 5及ぴグランド電極 6の間隔に合わせて形成される。つまり、振動子素子の周波数特性の帯域を低く設定するときは、振動子素子の厚さは厚くなるので、信号電極 5とグランド電極 6との間隔は長くなる。逆に、配設される振動子素子の周波数特'! "生の帯域を高く設定するときは、振動子素子の厚さは薄くなるので、信号電極 5及びグランド電極 6の間隔は短くなる。なお、第 1の実施形態の超音波探触子では、周波数特性の異なる 2種類の振動子素子 1 a， 1 bが上記フレキシブル基板 2の表面の所定位置にそれぞれ交互に配列されるので、接続部 1 1と接続部 1 2との間隔は、長短交互に形成される。

このように振動子素子の周波数特性に合わせて形成されたフレキシブル基板 2の表面には、接続部 1 1と接続部 1 2との間隔に等しい厚みを有した振動子素子がそれぞれ配列され、半田付け等により接続部 1 1， 1 2へ接続される。振動子素子をフレキシブル基板上に並べるには、半導体チップ部品等を基板上にマウントする技術を用いて実現することができ、また半田付けはリフロー炉等を用いれば容易に実現可能である。以上のようにして作製されたものを複数枚積層することにより、第 1の実施形態による周波数特性が異なる 2種類の振動子素子群が直交する二方向に配列されて構成された超音波探触子を作製することができる。

以上、本発明の超音波探触子の第 1の実施形態について説明したが、図 2、図 3に示される第 2、第 3の実施形態においても、第 1の実施形態と同様に、フレキシブル基板 2の表面における接続部 1 1及ぴ接続部 1 2の間隔は、振動子素子 1の上下両面に設けられた信号電極 5及ぴグランド電極 6の間隔に合わせて形成される。図 6は、コンべックス型超音波探触子におけるフレキシプル基板 2，の正面図である。このコンベックス型超音波探触子においても、図 5に示されるリニアアレイ型用のフレキシブル基板 2と同様に、フレキシブル基板 2 'は、フレキシプル基板 2 'の母体となるベースフィルム 7，と、信号パターン 8と、接続部 1 1， 1 2と、信号パターン端部 1 3とから構成されている。なお、上記ベースフィルム 7 'は上部が円弧状に形成されている。また、上記接続部 1 1及ぴ接続部 1 2の配設間隔は振動子素子 1の上下両面に設けられた信号電極 5及ぴグランド電極 6の間隔に合わせて形成されるが、振動子素子の配列位置を決める接続部 1 1及ぴ接続部 1 2の位置は、ベースフィルム 7，の上部の円弧に沿うように形成される。このように形成されたコンベックス型のフレキシブル基板 2 ' 上に振動子素子が配列されたものを複数枚積層させると、コンベックス型の 2 次元超音波探触子が形成される。

次に、本発明における超音波探触子の周波数特性について、図 7及び図 8を参照して説明する。図 7は、本発明の第 1の実施形態で用いた周波数特性の異なる 2種類の振動子素キ 1 a , 1 b (図 1参照）の周波数特性を示すグラフである。このグラフは、 2種類の振動子素子 1 a， 1 bが発生する超音波の周波数帯域に対する音響強度の関係を説明するもので、グラフにおける横軸は周波数（M H z ) 、縦軸は音響強度である。符号 Aは振動子素子 1 aの周波数特性を示し、符号 Bは振動子素子 1 bの周波数特性を示している。前記 2種類の振動子素子 1 a , 1 bにおいて、振動子素子 1 aが有する周波数特性 Aに含まれるある周波数成分 f 1に対し、振動子素子 1 bが有する周波数特性 Bに含まれるある周波数成分 ί 2は整数倍、例えば 2倍の周波数である。このように、前記 2種類の振動子素子 1 a， 1 bが有する周波数特性 A， Bのうちのある成分 f 1, f 2は整数倍の関係を有すようにすることにより、ハーモニックイメージングのための変調処理が容易になり、良好な超音波画像が形成される。また、本発明による超音波探触子は、周波数特性の異なる 2種類の振動子素子 1 a ,. l tTを備えているので、周波数特性が 1種類のみの振動子素子を備えている超音波探触子よりその周波数帯域が広くなる。

次に図 8を参照して、本発明の第 2、第 3の実施形態における超音波探触子の周波数特性を説明する。図 8は周波数特性の異なる 4種類の振動子素子 1 a， l b , l c， 1 dの周波数特性を示すグラフである。振動子素子 1 a， 1 b , 1 c , 1 dの周波数特性をそれぞれ符号 A， B , C, Dで示している。図 8において、例えば、振動子素子 1 aの周波数特性 Aの帯域を 2〜4 MH zとし、振動子素子 1 bの周波数特性 Bの帯域を 3〜 6 MH zとし、振動子素子 1 cの周波数特性 Cの帯域を 6〜 9 MH _Zとし、振動子素子 1 dの周波数特性 Dの帯域を 8〜1 2 MH zと仮定すると、各周波数帯域を重ね合わせることにより、 2〜1 2 MH zの広い帯域の周波数特性が得られる。このように、周波数特性の異なる 4種類の振動子素子群で構成された超音波探触子を用いると、被検体内から得られるエコー信号の帯域もそれに応じて広帯域ィヒされる。前記 4種類の振動子素子 l a， 1 b , l c， I dのうち、 1種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれる周波数成分がその整数倍の周波数成分を有すようにすることによりハーモニックイメージングのための変調処理が容易になり、良好な超音波画像が形成される。

以上のように本発明を用いると、周波性特性の異なる複数種類の振動子素子群を組み合わせることにより、用途に応じて超音波探触子の周波数特性を様々に設定することが可能となる。

次に、前述のように構成された超音波探触子を用いた超音波診断装置について説明する。図 9は、明の第 1の実施形態で説明された超音波探触子を用いた超音波診断装置を示すプロック図である。この超音波診断装置は、複数の振動子素子が 2次元に配列され被検体に対し超音波を送受信する探触子 2 0と、超音波を発生させるためにこの探触子 2 0を駆動する送信部 2 1と、前記探触子 2 0で受信された反射ヱコーを電気信号に変換する受信部 2 2と、この受信部 2 2から出力された電気信号を Bモード信号に変換する Bモード処理部 2 3と、前記受信部 2 2から出力された信号をドプラ信号に変換するドプラ処理部 2 4 と、前記 Bモード処理部 2 3またはドプラ処理部 2 4からの信号を後述の表示部 2 6で表示される超音波画像情報に変換するデジタルスキャンコンパ一ター (以下「D S C」と略称する） 2 5と、この D S C 2 5から出力された画像信号を表示する表示部 2 6とで構成されている。この実施形態においては、前記探触子 2 0として、前述の図 1に示した超音波探触子を用いたものである。すなわち、探触子 2 0は、振動子素子 1 aから成る振動子群と振動子素子 1 bから成る振動子群を備えている。そして、前記 2種類の振動子素子群 1 a， 1 bは、図 7に示されるように、 1種類の振動子素子群 1 aが有する周波数特性 Aに含まれる周波数成分 ί 1に対し、他の種類の振動子素子群 1 bが有する周波数特性 Βに含まれるある周波数成分 f 2が整数倍である。そして、前記振動子素子群 1 aは送信部 2 1に接続され、前記振動子素子群 1 bは受信部 2 2に接続されている。

このような構成により、前記探触子 2 0における振動素子群 1 aから周波数特性 Aを有した超音波を被検体内へ送信し、周波数特性 Bを有する振動子群 1 b で受信すると、送信周波数に対し整数倍の周波数を有した超音波を受信できる。したがって、受信されたェコ一信号をハーモニックイメージング等のために変調処理することにより、被検体の診断部位が高分解能で明瞭な三次元超音波画像として表示される。また、前記探触子 2 0としては、図 2、図 3に示す第 2、第 3の実施形態を含むさまざまな超音波探触子が用いられ得るので、本発明の探触子を用いた超音波診断装置は、ハーモニックイメ一ジング等の変調処理を最適に行うことができる。それゆえに、本発明によれば、より良好な三次元超音波画像を医師等へ提供することが可能となる。

図 1 0は、図 9に示される超音波診断装置の第 1の変形例を示すブロック図である。この実施形態における装置の全体構成は図 1 0に示される構成と似ているが、探触子 2 0を構成する 2種類の振動子素子群 1 a， l bのうちの振動子素子群 1 aが送信部 2 1に接続され、両方の振動子素子群が受信部 2 2に接続されている点が図 9に示される構成と相違する。この実施の形態においては、周波数特性 Aを有した超音波が被検体内へ送信され、そのェコ一信号 Jま周波数特性 Aと周波数特性 Bとが加算された周波数特性で受信される。したがって、周波数特性 Aによる画像と、周波数特性 Aに含まれるある周波数の整数倍の高調波の画像との合成画像が得られる。図 1 1は、図 9に示される超音波診断装置の第 2の変形例を示すプロック図である。この実施形態における装置の全体構成は、これも図 9に示される構成と似ているが、探触子 2 0を構成する 2種類の振動子素子群 1 a， 1 bの両方が送信部 2 1に接続され、振動子素子群 1 bのみが受信部 2 2に接続されている点が相違する。この実施の形態においては、周波数特性 Aと周波数特性 Bとが合成された広帯域の超音波が被検体内へ送信され、送信された周波数特性 B に対応したェコ一信号と、周波数特性 Aに含まれるある周波数の整数倍の周波数のエコー信号とが併せて受信される。したがって、この実施形態によって、高調波の信号がより強調された画像が得られる。

図 1 2は、図 9に示される超音波診断装置の第 3の変形例を示すプロック図である。この実施形態における装置の全体構成は、図 1 0と図 1 1に示された実施形態を組み合わされたもので。探触子 2 0を構成する 2種類の振動子素子群 1 a， l bの両方が送信部 2 1に接続され、且つその両方が受信部 2 2に接続されている。この実施形態においては、周波数特性 Aと周波数特性 Bとが合成された広帯域の超音波が被検体内へで送信され、二つの周波数特性で受信も行われるので、被検体の浅い部分からのェコ一信号は周波数特性 Aによって、また被検体の深レ、部分からのェコ一信号は周波数特性 Bによつて受信されるので、被検体の浅い部分から深い部分までの良好な画像が得られる。また、この実施形態によれば、前記ハーモ-ックイメ一ジングに適した信号をも同時に受信することができる。

なお、図 9乃至図 1 2に示された実施形態は、図 2及ぴ図 3に示された探触子を組み合わせた変形例として構成することが可能である。

以上のように、本発明においては、探触子を構成する 2種類の振動子素子群のうちの一方または両方が、送信部または受信部に接続されているので、前記探触子は、超音波を送信及び受信する周波数帯域を基本波の周波数成分と高調波の周波数成分を力パーするように広い帯域に拡大することができる。レたがつて、超音波診断装置は、ハーモニックイメージング等の変調処理によって被検体の診断部位を分解能が高く明瞭な三次元超音波画像で表示することができる。なお、上記実施の形態では探触子を二次元探触子として説明したが、本発明は 1次元のァレー配列振動子へ適用した場合にも同様の効果が得られる。

また、前記実施例では振動子素子の幅と長さを周波数特性が異なっても同じにする例を説明したが、振動子素子の幅と長さを周波数特性毎に変更しても良レ、。例えば、周波数特性の帯域が低いものは振動子素子のサイズを小さくし、帯域が高いものは振動子素子のサイズを大きくする実施形態もあり得る。こうすることによって、探触子の高調波受信感度を向上することが可能となる。以上説明したように、本発明の第 1の発明によれば、 2次元に配列される複数の振動子素子として、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子群を備えたことにより、単一の周波数特性を有する振動子素子を備えた探触子と比較し、より広帯域の周波数特性を有した探触子が実現できる。

また、本発明の探触子において、一種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性に含まれるある周波数成分が整数倍の関係を持たせると、基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とを同時にまたは個別に受信する使用態様に適応することができる。

また、本発明の第 2の発明によれば、超音波診断装置の探触子として第 1の発明による超音波探触子を用レヽることにより、ハーモエックイメージングのための変調処理が容易に行えるようになり、被検体の診断部位が高分解能で、かつ明瞭な画像で表示される。

Claims

請求の範囲

1 . 超音波を送受信する複数の振動子素子が 2次元に配列された超音波探触子において、前記二 2次元に配列された複数の振動子素子は、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が 2次元配列内に混在するように設けられていることを特徴とする超音波探触子。

2 . 前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、 2次元配列の行または列の単位内において混在するように設けられていることを特徴とする請求項 1記載の超音波探触子。

3 . 前記周波数特性が異なる複数種類の振動子素子は、 2次元配列の行または列の単位毎に同一の周波数特性を持ち、行または列単位で混在するように設けられていることを特徴とする請求項 1記載の超音波探触子。

4. 前記周波数特性が異なる複数種類の振動子の混在する順序が巡回的になされていることを特徴とする請求項 2または 3に記載の超音波探触子。

5 .前記複数種類の振動子素子群は、一種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある周波数成分に対し、他の種類の振動子素子群が有する周波数特性の帯域に含まれるある周波数成分が整数倍の周波数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 . 超音波を送受信する複数の振動子素子がアレイ状に配列された超音波探触子において、前記アレイ状に配列された複数の振動子素子は、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が配列内に混在するように設けられていることを特徴とする超音波探触子。

7 . 周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第 1の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた振動子群とは異なる第 2の周波数特性を有した振動子群で受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。

8 . 周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ第 1の周波数特性を有した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのエコーを送信に用いた第 1の振動子群と、これとは異なる第 2の周波数特性を有した振動子群とで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とす

9 . 請求項 8に記載の超音波診断装置において、第 1の周波数特性の帯域が第 2の周波数特性の帯域よりも低域にあることを特徴とする超音波診断装

1 0 . 周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのェコーを送信に用いた振動子群のうちの 1種類の周波数特性を持つ振動子群のみで受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。

1 1 . 請求項 1 0に記載の超音波診断装置において、受信動作に供される振動子群の周波数特性の帯域が受信動作に供されない振動子群の周波数特性の帯域よりも高域にあることを特徴とする超音波診断装置。

1 2 . 周波数特性が異なる複数種類の振動子素子が混在させられた配列振動子を有し、被検体に対し超音波を送受信する探触子と、この探触子の持つ複数種類の周波数特性を有した振動子が混在した振動子群を駆動し超音波を送信させる送信手段と、前記被検体内からのェコーを送信に用いた振動子群と同じ振動子群を用いて受信させる受信手段と、この受信手段により受信された信号を画像データとする信号処理手段と、この信号処理手段から出力された画像データを表示する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。