WO2010032685A1

WO2010032685A1 - 超音波診断装置

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Publication number: WO2010032685A1
Application number: PCT/JP2009/065898
Authority: WO
Inventors: 雅文中原
Original assignee: コニカミノルタエムジー株式会社
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-03-25

Abstract

　本発明の超音波診断装置１は、第１および第２圧電素子３３、３４を備えた超音波振動子３が用いられ、受信の超音波信号における高調波成分を用いて超音波画像を形成する装置であって、予め定められた所定の深さよりも深い部分に対しては第１圧電素子３３を用いて基本波の超音波信号を被検体２に向けて送信する一方、前記予め定められた所定の深さよりも浅い部分に対しては第２圧電素子３４を用いて前記高調波の超音波信号を被検体２に向けて送信し、そして、第２圧電素子３４を兼用してこの第２圧電素子３４を介して被検体２からの前記高調波の超音波信号を受信するものである。

Description

超音波診断装置

　本発明は、超音波診断装置に関し、特に、ハーモニックイメージング技術と称される、超音波が被検体を伝播する際に該被検体の非線形性によって発生した歪み成分から抽出された高周波成分に基づいて高解像な断層画像を作成することができる超音波診断装置に関する。

　前記超音波診断装置は、例えば生体等の被検体の断層画像を無侵襲に得ることができ、広く使用されている。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と同じ周波数（基本波）の成分（基本波成分）ではなく、超音波が被検体を伝播する際に該被検体の非線形性によって発生した歪み成分から抽出された高調波成分によって、該被検体の内部状態の画像を作成する前記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。このハーモニックイメージング技術は、前記高調波成分が基本波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等の様々な利点を有している。

　このため、このハーモニックイメージング技術に適した超音波探触子が例えば特許文献１（Ｄ１）に提案されている。この特許文献１に開示の超音波探触子では、送信用には大パワーの送信が可能なセラミック圧電素子（ＰＺＴ）が用いられ、受信用には前記高調波の高周波な信号を高感度に受信することができる有機圧電素子（ＰＶＤＦ）の薄膜が用いられ、それらが積層されている。

　上述の特許文献１では、高解像度の画像を得るハーモニックイメージング技術に適した超音波探触子が実現されている。しかしながら、上述のように、高調波成分は、超音波が被検体を伝播する際に該被検体の非線形性によって発生した歪み成分から抽出されるので、比較的浅い部位では、充分な高調波成分が得難い。

　一方、従来から、基本波による画像に、高調波による画像を合成する技術も提案されているが、その場合、基本波が支配的となる浅い部位の画像は、高調波が支配的となる深い部位の画像に比べて、低解像度となり、画像全体で解像度にむらが生じてしまう。

特開２００４－２０８９１８号公報

　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、いずれの深さでもより高解像な画像を得ることができる超音波診断装置を提供することである。

　本発明の超音波診断装置は、第１および第２圧電素子を備えた超音波振動子が用いられ、受信の超音波信号における高調波成分を用いて超音波画像を形成する装置であって、予め定められた所定の深さよりも深い部分に対しては前記第１圧電素子を用いて基本波の超音波信号を被検体に向けて送信する一方、前記予め定められた所定の深さよりも浅い部分に対しては前記第２圧電素子を用いて前記高調波の超音波信号を被検体に向けて送信し、そして、前記第２圧電素子を兼用して該第２圧電素子を介して前記被検体からの前記高調波の超音波信号を受信するものである。したがって、このような構成の超音波診断装置では、前記予め定められた所定の深さよりも深い部分に対し、減衰の比較的少ない基本波の超音波信号で被検体の探索が行われ、前記予め定められた所定の深さよりも浅い部分に対し、基本波の高調波である超音波信号で被検体の探索が行われ、被検体で発生した高調波の超音波信号が受信される。このため、本発明の超音波診断装置は、高い周波数の超音波信号をいずれの深さでも使用可能にして、より高解像な画像を得ることができる。

　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置の外観構成を示す図である。図１に示す超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。図１に示す超音波探触子における超音波振動子の１素子当りの構造例を示す断面図である。多段ビームフォーカスを説明するための図である。

　以下、本発明にかか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、適宜、その説明を省略する。

　図１は、本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置１の外観構成を示す図である。図２は、前記超音波診断装置１の電気的構成を示すブロック図である。

　図１および図２において、超音波診断装置１は、例えば生体等の被検体２に対して超音波（超音波信号）を送信するとともに、この被検体２で発生した超音波（超音波信号）を被検体２から受信する超音波探触子３と、前記超音波探触子３とケーブル４を介して接続され、超音波探触子３へケーブル４を介して電気信号の送信信号を出力することで被検体２に対して超音波信号を送信させるととともに、超音波探触子３で受信された被検体２からの超音波信号に基づいて、被検体２の内部状態を超音波画像（断層画像）として画像化する超音波診断装置本体５とを備えて構成される。

　この被検体２で発生した超音波は、被検体２内における音響インピーダンスの不整合によって被検体２内で超音波が反射した反射波（エコー）だけでなく、例えば微小気泡（マイクロバブル）等の超音波造影剤（コントラスト剤）が用いられている場合には、被検体２内へ送信された超音波に基づいて超音波造影剤の微小気泡で生成される超音波もある。超音波造影剤では、超音波の照射を受けると、超音波造影剤の微小気泡は、共振もしくは共鳴し、さらに一定の閾値以上の音圧では崩壊、消失する。超音波造影剤では、微小気泡の共振によって、あるいは微小気泡の崩壊、消失によって、超音波が生じている。

　前記超音波診断装置本体５は、大略的に、前記超音波探触子３から被検体２へ超音波信号を入射させる送信回路６と、前記超音波探触子３で受信された受信信号を増幅する増幅回路７およびその増幅された受信信号を処理する受信回路８と、前記送信回路６および受信回路８を制御する送受信制御回路９と、前記受信回路８からの受信信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１０と、前記アナログ／デジタル変換器１０からのデジタルデータに基づいて断層画像を再構成する画像処理回路１１と、前記画像処理回路１１で得られた断層画像を表示する表示部１２と、操作部１３とを備えた一般的な超音波診断装置の構成で構成される。そして、注目すべきは、本実施の形態における前記超音波診断装置本体５が、もう１つの送信回路１４と、２つの送信回路６、１４を選択的に切換える切換えスイッチ１５と、前記切換えスイッチ１５を制御するフォーカルポイント特定部１６と、前記超音波探触子３の送受信を切換える切換えスイッチ１７とをさらに備えて構成されていることである。送受信制御回路９は、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、該超音波診断装置１の全体制御を行う。

　図３は、前記超音波探触子３における超音波振動子３１の１素子当りの構造例を示す断面図である。超音波振動子３１は、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素子であり、また注目すべきは、本実施の形態における超音波振動子３１は、音響的に制動をかけるべく、超音波を吸収する材料（超音波吸収材）から構成されるバッキング層（音響制動部材）３２と、音軸方向で前記バッキング層３２上に積層され、大パワーの送信が可能な無機材料であるセラミックから成る送信用の第１圧電素子３３と、音軸方向で前記第１圧電素子３３上に積層され、高周波の信号を高感度に受信可能な有機圧電素子の薄膜から成る第２圧電素子３４とを備えて構成され、この第２圧電素子３４が送受信に兼用されることである。前記第１圧電素子３３と第２圧電素子３４との間には音響整合層３５が介在され、また第２圧電素子３４上には音響整合層３６および音響レンズ３７が積層される。音響整合層３５、３６のそれぞれは、層間の音響インピーダンスを整合させる。前記バッキング層３２と第１圧電素子３３との間は、接着剤層３８によって、第１圧電素子３３と音響整合層３５との間は、接着剤層３９によって、音響整合層３５と第２圧電素子３４との間は、接着剤層４０によって、第２圧電素子３４と音響整合層３６との間は、接着剤層４１によって、それぞれ接合される。

　前記第１圧電素子３３は、前記セラミックから成る圧電層３３ａの両主面に、信号電極３３ｂおよびＧＮＤ電極３３ｃがそれぞれ貼付けられて成り、信号電極３３ｂには前記送信回路６から送信信号が与えられる。一方、前記第２圧電素子３４は、信号電極３４ｂおよびＧＮＤ電極３４ｃが両主面にそれぞれ形成された前記有機圧電材料から成る薄膜の圧電層３４ａが複数積層されて成る。図３に示す例では、６層の圧電層３４ａが音軸方向で積層されている。このため、各電極３４ｂ，３４ｃは、素子外部で、外部電極３４ｄ，３４ｅによって並列に接続されている。このように圧電層３４ａを複数積層することによって、第２圧電素子３４は、受信パワーを高めるだけでなく、高周波の送信信号の送信パワーを高めることができるようになっている。そして、信号電極３４ｂは、前記切換えスイッチ１７の共通接点に接続され、前記切替えスイッチ１７の切替え動作によって、選択的に、送信回路１４からの送信信号が与えられるとともに、増幅回路７を介して受信回路８へ受信信号を出力する。

　圧電層３３ａを形成する無機圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）等が挙げられる。圧電層３４ａを形成する有機圧電材料は、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、前記有機圧電材料は、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、前記有機圧電材料は、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、Ｈ_２Ｎ－Ｒ－ＮＨ_２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。

　上述のように構成される超音波診断装置１において、前記超音波振動子３１は、図３の構成が１次元または２次元アレイ状に複数配列されて構成されており、前記送信回路６，１４および受信回路８が、それぞれビームフォーマ６ａ、１４ａおよび８ａを備えることで、フォーカルポイントが左右方向（前記アレイの長手方向）および深さ方向（被検体２の奥行き方向）に変化可能になっている。このため、送信回路６、１４では、前記ビームフォーマ６ａ、１４ａが、送受信制御回路９からの送信信号に応答して、フォーカルポイントが前記左右および深さ方向に変化可能な送信ビームを形成し、その送信ビームが駆動信号生成回路６ｂ、１４ｂによって超音波振動子３１の各圧電素子３３，３４を駆動するための駆動信号となる。この送信回路６、１４で生成された駆動信号は、例えば、複数の超音波振動子３１のそれぞれに対し適宜に遅延時間を個別に設定した、パルス状の複数の信号であり、ケーブル４を介して超音波探触子３における前記複数の超音波振動子３１のそれぞれに供給される。この複数の駆動信号によって超音波探触子３は、各超音波振動子３１から放射された超音波の位相が特定方向（特定方位）（あるいは、特定の送信フォーカス点）において一致し、その特定方向にメインビームを形成した送信ビームの超音波を発生する。一方、受信回路８では、ビームフォーマ８ａが、各超音波振動子３１の第２圧電素子３４で受信された受信信号を整相加算することで、フォーカルポイントが前記左右および深さ方向に変化可能な受信ビームを作成する。すなわち、超音波探触子３における前記複数の超音波振動子３１のそれぞれから出力される複数の出力信号に対し適宜に遅延時間を個別に設定し、これら遅延された複数の出力信号を加算することによって、各出力信号の位相が特定方向（特定方位）（あるいは、特定の受信フォーカス点）において一致し、その特定方向にメインビームが形成される。

　図４は、多段ビームフォーカスを説明するための図である。図４には、被検体２の表面で同じ位置において、深さ方向にフォーカルポイントを移動させる様子を示す。図４を参照して、本実施の形態における超音波診断装置１は、前記ビームフォーマ６ａ、１４ａが各圧電素子３３、３４の駆動タイミング（遅延時間）を個別に制御することによって、参照符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・で示すように、フォーカルポイントが深さ方向に変化する、いわゆる多段フォーカスのビームプロファイルを形成することができる。受信も送信と同様であり、前記ビームフォーマ８ａが各第２圧電素子３４からの受信信号を加算する際に、その加算タイミング（遅延時間）を個別に制御することで、フォーカルポイントを参照符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・で示すように深さ方向に変化したビームプロファイルを復元することができる。左右方向のビーム走査も同様に、各圧電素子３３，３４の駆動タイミング（遅延時間）を個別に制御することで実現することができる。

　ここで、本実施の形態では、前記高周波用の有機圧電素子から成る第２圧電素子３４には切換えスイッチ１７が設けられ、該第２圧電素子３４が前述のように送受信兼用にされるとともに、２つの送信回路６、１４が設けられ、それらも切換えスイッチ１５で切換えられるように、超音波診断装置１が構成されている。送受信の切換えに関し、前記送受信制御回路９は、制御を行って、送信タイミングであるか、または受信タイミングであるかに応じて、前記切換えスイッチ１７を切換える。一方、２つの送信回路６、１４の切換えは、前記送受信制御回路９が前記ビームフォーマ６ａ、１４ａに与える送信信号をフォーカルポイント特定部１６がモニタ（監視）し、予め定める深さＤＴＨより深いか否かに応じて切換えを行う。

　以下に、前記切換え動作についてより詳しく説明する。先ず、送信回路６は、第１周波数である基本波の送信信号を前記第１圧電素子３３に送信させ、送信回路１４は、前記第１の周波数より高い第３周波数の送信信号を前記第２圧電素子３４に送信させ、そして、受信回路８は、前記第２圧電素子３４を介して前記被検体２からの第１周波数より高い第２周波数の信号を受信する。具体的には、例えば、前記第１周波数は、被検体２の十数ｃｍ程度の深さまで到達可能な４ＭＨｚ程度の周波数とされ、前記第２および第３周波数は、相互に等しい高調波の周波数であって、前記基本波の３倍高調波（３次高調波）の１２ＭＨｚ程度とされる。

　そして、前記フォーカルポイント特定部１６は、送受信制御回路９がビームフォーマ６ａ、１４ａに与える送信信号をモニタし、フォーカルポイントが、前記深さＤＴＨの２ｃｍより深い場合は切換えスイッチ１５を送信回路６側に切換えて、深部まで到達可能な前記基本波周波数である４ＭＨｚの第１周波数の送信の超音波を被検体２に入射させ、前記２ｃｍより浅い場合は切換えスイッチ１５を送信回路１４側に切換えて、減衰が大きいものの、高解像な画像が得られる前記高調波周波数である１２ＭＨｚの第３周波数の送信の超音波を被検体２に入射させる。

　前記深さＤＴＨの２ｃｍは、第３周波数が第１周波数の３倍であるので、例えば４ＭＨｚの超音波が被検体２内で１ｄＢ減衰する場合、１２ＭＨｚの超音波は３ｄＢ程度減衰、すなわち到達深度が１／３程度になるので、高調波の第３周波数で６ｄＢ減衰する深さから求められている。ここで、ペネトレーションの実際値は、受信感度や送信音圧、符号化励起の導入、或いは被検体２の部位などによって変化するので、切替えスイッチ１５の切替え動作は、表示部１２での表示画像を見ながら、操作者が操作部１３からの操作によって切換えるように構成されてもよい。すなわち、高調波の発生は、非線形現象であるから、一概にどこで切換えることが最適であるとは言えないケースがあるので、操作者によって調整されることが望ましい。その上で前記深さＤＴＨの値は、初期値として、関心領域の最深部の１／３程度か、もしくは臓器や装置の高調波抽出能力によって異なる実験によって求められた標準値を用いるようにしてもよい。

　このように本実施の形態の超音波診断装置１は、大パワーの送信が可能なセラミックから成る送信用の第１圧電素子３３に、高周波の信号を高感度に受信可能な有機圧電素子から成る受信用の第２圧電素子３４を積層して成る超音波振動子３１を備え、送信回路６が前記第１圧電素子３３から基本波となる第１周波数の超音波信号を被検体２へ向けて送信させ、受信回路８が前記第２圧電素子３４を介して前記被検体２からの前記第１周波数より高い周波数である第２周波数の超音波信号を受信し、そして、画像処理回路１１が、超音波の伝播における非線形性によって発生した歪み成分から抽出された高周波成分であるその第２周波数の受信信号から高解像な断層画像を作成するように構成された超音波診断装置である。そして、本超音波診断装置１では、もう１つの送信回路１４が設けられ、上述のように高周波に適した前記第２圧電素子３４が送信用にも使用される。さらに、本超音波診断装置１では、これら２つの送信回路６、１４および受信回路８におけるビームフォーマ回路６ａ、１４ａおよび８ａを制御してビーム形状を制御する制御回路は、ビーム形成して探索すべき被検体２の深さに応じて前記２つの送信回路６、１４を切換え、予め定める深さよりも浅い部分に対しては前記もう１つの送信回路１４に前記第２圧電素子３４を使用させて前記第１周波数より高い周波数である第３周波数の超音波信号を送信させ、前記予め定める深さよりも深い部分に対しては前記送信回路６に前記第１圧電素子３３を使用させて基本波である第１周波数の超音波信号を送信させる。

　したがって、被検体２へ入射した超音波の減衰が比較的小さい浅い部分に関し、もう１つの送信回路１４は、第２圧電素子３４を使用して、直接、高い周波数の第３周波数で探索を行い、一方、前記減衰が比較的大きい深い部分に関し、送信回路６は、第１圧電素子３３を使用して、減衰の比較的少ない基本波である第１周波数の超音波を大パワーで注入して探索を行う。そして、受信回路８は、第２圧電素子３４を使用して、被検体２で発生した第２周波数の超音波を受信する。これによって、高い周波数の超音波をいずれの深さでも使用可能にして、高解像な画像を得ることができる。なお、前記制御回路は、本実施の形態では、送受信制御回路９と、フォーカルポイント特定部１６と、切換えスイッチ１５，１７とを備えて構成される。

　また、本実施の形態の超音波診断装置１では、前記第１周波数を基本波の周波数とする場合に、前記第２および第３周波数は、相互に等しい高調波の周波数とされるので、送信は、基本波および高調波の周波数で行われることになり、受信は、高調波の周波数のみとなる。このため、本実施の形態の超音波診断装置１は、断層画像の全面に亘って、均一な周波数の受信信号から、解像度を均一化することができるとともに、継ぎ目の無いもしくはより抑制した画像を得ることもできる。

　また、本実施の形態の超音波診断装置１では、前記基本波の超音波信号は、被検体２の十数ｃｍ程度の深さまで到達可能な４ＭＨｚ程度の周波数とされ、前記高調波信号を、その３倍調波の１２ＭＨｚ程度とされる。このため、本実施の形態の超音波診断装置１は、前記十数ｃｍ程度の充分な深さまで、高解像な断層画像を得ることができる。

　また、本実施の形態の超音波診断装置１では、送信用の第１圧電素子３３には、無機材料であるセラミックが使用され、送受信兼用の第２圧電素子３４には、有機圧電素子が使用される。このため、本実施の形態の超音波診断装置１では、第１圧電素子３３は、大パワーの送信を行うことができ、第２圧電素子３４は、高調波の信号を高感度に受信することができるとともに、有機圧電素子の送信パワーは、小さく、しかも高調波の信号の減衰係数は、高いので、前記浅い部分で、反射信号が短時間で返って来ても、リンギングなどによる影響も殆ど無い。

　本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。

　一態様の超音波診断装置は、送信用の第１圧電素子と前記第１圧電素子に積層された受信用の第２圧電素子とを備える超音波振動子と、前記第１圧電素子から第１周波数の超音波信号を被検体へ向けて送信させるための第１送信回路と、前記第２圧電素子を介して前記被検体からの前記第１周波数よりも高い第２周波数の超音波信号を受信するための受信回路と、前記受信回路の受信信号に基づいて断層画像を作成するための画像処理回路とを備える超音波診断装置であって、前記第２圧電素子を送信にも使用し、前記第１周波数の超音波信号よりも高い第３周波数の超音波信号を前記第２圧電素子から前記被検体へ向けて送信させるためのもう１つの第２送信回路と、前記第１および第２送信回路ならびに前記受信回路におけるビーム形状を制御するとともに、前記被検体へ向けて超音波信号を送信させるべき深さに応じて、予め定める深さよりも浅い部分に対しては前記第２送信回路に前記第２圧電素子を使用させて第３周波数の超音波信号を送信させ、前記予め定める深さよりも深い部分に対しては前記第１送信回路に前記第１圧電素子を使用させて第１周波数の超音波信号を送信させる制御回路とを含み、前記第１周波数を基本波の周波数とする場合に、前記第２および第３周波数を、相互に等しい高調波の周波数とすることである。

　このような構成の超音波診断装置では、例えば大パワーの送信が可能なセラミック等を備えて構成される送信用の第１圧電素子に、例えば高周波の信号を高感度に受信可能な有機圧電素子等を備えて構成される受信用の第２圧電素子を音軸方向で積層して構成される超音波振動子が用いられ、送信回路が前記第１圧電素子から基本波となる第１周波数の超音波信号を被検体へ向けて送信させ、受信回路が前記第２圧電素子を介して前記被検体からの前記第１周波数より高い周波数である第２周波数の超音波信号を受信し、画像処理回路が、超音波の伝播における非線形性によって発生した歪み成分から抽出された高周波成分であるその第２周波数の受信信号から高解像な断層画像を作成する。そして、このような構成の超音波診断装置において、もう１つの送信回路が設けられ、上述したように高周波に適した前記第２圧電素子が送信用にも使用される。そして、これら２つの送信回路および受信回路における例えばビームフォーマ回路を制御してビーム形状を制御する制御回路は、ビーム形成して探索すべき被検体の深さに応じて前記２つの送信回路を切換えることによって、予め定める深さよりも浅い部分に対しては前記もう１つの送信回路に前記第２圧電素子を使用させて前記第１周波数より高い周波数である第３周波数の超音波信号を送信させ、一方、前記予め定める深さよりも深い部分に対しては前記送信回路に前記第１圧電素子を使用させて基本波である第１周波数の超音波信号を送信させる。

　したがって、被検体へ入射した超音波信号の減衰が比較的小さい浅い部分に関し、前記もう１つの送信回路が第２圧電素子を使用して、直接、高い周波数の第３周波数で探索を行い、前記減衰が比較的大きい深い部分に関し、前記送信回路が第１圧電素子を使用して、減衰の比較的少ない基本波である第１周波数の超音波信号を大パワーで注入して探索を行い、そして、受信回路が被検体で発生した第２周波数の超音波信号を受信する。これによって、このような構成の超音波診断装置は、高い周波数の超音波信号をいずれの深さでも使用可能にして、より高解像な画像を得ることができる。

　さらに、このような構成の超音波診断装置は、送信が基本波および高調波の周波数で行われることになり、受信が高調波の周波数のみとなるので、断層画像の全面に亘って、均一な周波数の受信信号から、解像度を均一化することができるとともに、継ぎ目の無いあるいはより低減した画像を得ることもできる。

　また、他の一態様では、上述の超音波診断装置において、好ましくは、前記第１周波数は、４ＭＨｚ程度であり、前記第２および第３周波数は、１２ＭＨｚ程度であることである。

　この構成によれば、基本波信号が被検体の十数ｃｍ程度の深さまで到達可能な４ＭＨｚ程度の周波数とされ、前記高調波信号がその３倍調波の１２ＭＨｚ程度とされる。したがって、このような構成の超音波診断装置は、前記十数ｃｍ程度の充分な深さまで、高解像な断層画像を得ることができる。

　また、他の一態様では、上述の超音波診断装置において、好ましくは、前記第１圧電素子は、セラミックを備えて構成され、前記第２圧電素子は、有機圧電素子を備えて構成されることである。

　この構成によれば、送信用の第１圧電素子に無機材料であるセラミックが使用され、送受信兼用の第２圧電素子に有機圧電素子が使用される。したがって、第１圧電素子は、比較的大パワーの送信を行うことができ、第２圧電素子は、高調波の信号を高感度に受信することができる。また、有機圧電素子の送信パワーは、比較的小さく、しかも高調波の信号の減衰係数は、高いので、このような構成の超音波診断装置は、前記浅い部分で、反射信号が短時間で返って来ても、リンギングなどによる影響も殆ど無い。

　また、他の一態様では、上述の超音波診断装置において、好ましくは、前記有機圧電素子は、電極の形成された有機圧電層が複数積層されて成ることである。

　このような構成の超音波診断装置は、受信パワーを高めることができるだけでなく、高周波の送信信号の送信パワーも高めることができる。

　この出願は、２００８年９月１８日に出願された日本国特許出願特願２００８－２３８８９０を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

　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。

　本発明によれば、高解像の超音波画像を形成する超音波診断装置を提供することができる。

Claims

　送信用の第１圧電素子と前記第１圧電素子に積層された受信用の第２圧電素子とを備える超音波振動子と、前記第１圧電素子から第１周波数の超音波信号を被検体へ向けて送信させるための第１送信回路と、前記第２圧電素子を介して前記被検体からの前記第１周波数よりも高い第２周波数の超音波信号を受信するための受信回路と、前記受信回路の受信信号に基づいて断層画像を作成するための画像処理回路とを備える超音波診断装置において、
　前記第２圧電素子を送信にも使用し、前記第１周波数の超音波信号よりも高い第３周波数の超音波信号を前記第２圧電素子から前記被検体へ向けて送信させるためのもう１つの第２送信回路と、
　前記第１および第２送信回路ならびに前記受信回路におけるビーム形状を制御するとともに、前記被検体へ向けて超音波信号を送信させるべき深さに応じて、予め定める深さよりも浅い部分に対しては前記第２送信回路に前記第２圧電素子を使用させて第３周波数の超音波信号を送信させ、前記予め定める深さよりも深い部分に対しては前記第１送信回路に前記第１圧電素子を使用させて第１周波数の超音波信号を送信させる制御回路とを含み、
　前記第１周波数を基本波の周波数とする場合に、前記第２および第３周波数を、相互に等しい高調波の周波数とすること
　を特徴とする超音波診断装置。
　前記第１周波数は、４ＭＨｚ程度であり、
　前記第２および第３周波数は、１２ＭＨｚ程度であること
　を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
　前記第１圧電素子は、セラミックを備えて構成され、
　前記第２圧電素子は、有機圧電素子を備えて構成されること
　を特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
　前記有機圧電素子は、電極の形成された有機圧電層が複数積層されて成ること
　を特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。