JPH09154844A

JPH09154844A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH09154844A
Application number: JP7346126A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Kondo; 敏郎近藤; Yukio Ito; 由喜男伊藤; Yutaka Sato; 佐藤　　裕
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1997-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】多数の超音波振動子素子を二次元配列し、超音
波ビームを二次元方向に走査して、被検体内の三次元情
報を取得して立体的画像を表示する超音波診断装置の探
触子の構造を簡略化する。【解決手段】探触子３５の超音波振動子の圧電材料に、
パルス状の強いバイアス電圧を印加後は小さな高周波電
圧で変位が生じ、小さい逆極性のパルス状電圧でその作
用が消える材料を用い、この材料を用いた圧電素子をｍ
行×ｎ列の二次元配列して探触子３５を形成する。配列
素子は各行と各列毎に共通接続され、行の素子による走
査を制御回路４２の出力で信号線５３に設けられたスイ
ッチＳ₁〜Ｓ_mを切り換えて行い、列の素子による走査を
制御回路４２に連なる制御線５２への順次選択接続によ
り行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子素子を二次
元方向に面状に配列してなる探触子を有し、この探触子
からの超音波ビームの送受信方向を二次元方向に走査し
て被検体内の三次元情報を収集する超音波診断装置に関
し、特に探触子の部品点数及び信号線等の数を削減して
信頼性の向上及び画質の改善並びにコスト低下を図るこ
とができる超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は、超音波を被検体内に
発射した際発生する反射エコーを検出し画像化して診断
するもので、その最近の進歩及び普及は著しい。そし
て、このような超音波診断装置の普及は、その走査に熟
練を要しない電子走査方式の装置が実用化されたためで
ある。

【０００３】従来から広く用いられている電子リニア走
査型超音波診断装置は、図１６に示すように、幅の狭い
短冊状に形成された振動子素子１を列状に多数配列して
成る探触子２を用い、上記各振動子素子１，１，…にそ
れぞれ接続された電子スイッチ３，３，…により、特定
の一群の振動子素子１，１，…のみ選択して、送受信部
に接続するようになっていた。このようにして選択され
る一群の振動子素子１，１，…を順次移動させる毎に、
送信パルス発生器４から各振動子素子１に高電圧パルス
を印加して超音波ビームを被検体５内に打出し、目的部
位６からの反射エコーを同じ振動子素子１，１，…群で
受信し、この受信したエコー信号を増幅器７で増幅す
る。この増幅器７からの出力信号は検波器８へ入力し、
この検波器８により上記エコー信号の振幅に相当する信
号を検出する。そして、この検波器８からの出力信号は
表示装置９へ入力し、この表示装置９においては上記入
力した信号の強度により超音波ビームの発射位置と反射
エコーの位置に相当する位置の輝度変調が施されるよう
になっている。これにより、上記表示装置９には、被検
体５内の二次元断層像が表示される。なお、上記の一連
の動作は、制御器１０の制御によって行われるようにな
っていた。

【０００４】以上の電子リニア走査型超音波診断装置の
他に、超音波ビームの走査方法により、電子カーブドリ
ニア走査（コンベックス走査）型超音波診断装置及び電
子セクタ走査型超音波診断装置などのリアルタイムで被
検体内の断層像が観察できる装置が実用化されている
が、いずれも被検体内の任意の一断面のみの情報しか得
られず、他の断面についての情報を得るためには、探触
子２（図１６参照）を体表面に当てる位置または方向を
変えなければならず、操作が複雑となるものであった。
また、同時にリアルタイムで二断面以上の情報を得るこ
と、あるいは三次元の立体情報を得ることは不可能であ
った。

【０００５】このような問題点に対して、小さな四角形
に形成した多数の振動子素子を二次元方向に面状に配列
したいわゆる二次元アレーによる探触子を用い、特定の
１個あるいは複数個の振動子素子を選択して動作させ、
超音波ビームの送受信方向を二次元方向に走査すること
が提案されている。この二次元アレーによる探触子につ
いては、「アイ・イー・イー・イー，トランザクション
オンソニックスアンドウルトラソニックス，エス
ユー２５(１９７８年９月)」（IEEE，Trans.Sonics and
Ultrasonics，ＳＵ−５(Sep.１９７８)）第２７３頁か
ら第２８０頁において論じられており、図１７に示すよ
うに、圧電材料を小さな四角形に分割して形成した振動
子素子１１を、二次元方向に面状に配列して探触子１２
が形成されている。そして、上記面状に配列された振動
子素子１１の各々には、リード線１３がそれぞれ接続さ
れており、これらのリード線１３には二次元方向に並ん
だ電子スイッチ１４がそれぞれ接続してあり、これらの
電子スイッチ１４からは多数列のリード線１５，１５，
…が伸びている。さらに、例えば図上斜線を付して示す
或る特定の行Ｌに属する振動子素子１１，１１，…に対
応する電子スイッチ１４を選択して閉じることにより、
上記特定の行Ｌに属する振動子素子１１，１１，…を上
記のリード線１５，１５，…に接続できる構成とされて
いる。

【０００６】このとき、上記特定の行Ｌに配列された振
動子素子１１，１１，…群のうち、隣接するいくつかの
振動子素子１１から成るグループのみが超音波の送受信
を行うように電子スイッチ１４が閉じると共に、これら
の振動子素子１１からの信号には整相回路１６によって
遅延を与えることにより、超音波ビームの収束作用を持
たせることができる。さらに、上記超音波の送受信を行
う振動子素子１１のグループの位置を、上記電子スイッ
チ１４の開閉制御を１ステップずつ並進して移動させる
ことにより、超音波ビームの電子リニア走査を行うこと
ができる。この電子リニア走査の様子を示すと図１８の
ようになる。すなわち、小さな四角形の振動子素子１１
を二次元方向に面状に配列して成る探触子１２におい
て、超音波ビームＡを例えばｘ方向の第１行ｘ₁に沿っ
て移動させることにより、第一の電子リニア走査が実施
される。次に、図１７に示す電子スイッチ１４の開閉す
る位置を例えばｙ方向に微小距離だけ移動させ、超音波
ビームＡをｘ方向の第２行ｘ₂に沿って移動させること
により、第二の電子リニア走査が実施される。このよう
な動作をｙ方向に微小距離だけ順次移動させながら超音
波ビームＡをｘ方向に移動させることにより二次元方向
の走査となり、超音波断層像Ｂをｙ方向に多数重ね合わ
せたものが得られ、被検体の三次元の超音波情報が得ら
れる。そして、上記の電子リニア走査で得られた反射エ
コー信号は、図１７に示す信号処理回路１７を介して図
示外の表示装置に導かれるようになっている。

【０００７】上述の図１７に示した二次元アレーによる
探触子１２により二次元方向の電子リニア走査を実現す
るためには、図１９に示すように、二次元方向に面状に
配列された小さな四角形の振動子素子１１，１１，…の
各々にリード線１３を接続すると共に、これらのリード
線１３のそれぞれに電子スイッチ１４ａを１個ずつ接続
しなければならない。そして、上記多数のリード線１
３，１３，…と電子スイッチ１４ａ，１４ａ，…とを振
動子素子１１，１１，…の背面側に配置するためには、
上記各電子スイッチ１４ａは、その断面形状が一つの振
動子素子１１と同じくらい小さいものが要求される。こ
れを実現するため、図２０に示すように、電子スイッチ
１４ａの集合体をＭＯＳＦＥＴスイッチＱを多数用い
ても小さくなるように集積回路で構成して上記振動子素
子１１，１１，…の背面側に設け、その制御線Ｖｘ₁，
Ｖｘ₂，Ｖｘ₃，…；Ｖｙ₁，Ｖｙ₂，Ｖｙ₃，…と振動子
素子１１，１１，…とを選択接続した後の信号線のみの
少数の信号線１８を、探触子１２から送信器１９と受信
器２０とに導く構成とされている。

【０００８】上述の図２０に示した構成を実現した探触
子１２の具体的が構造を示すと図２１のようになる。す
なわち、大きな一枚の圧電材料２１の片面側に、狭い幅
の切断溝２２，２２，…を縦横に入れ、多数の小さな四
角形に分割して振動子素子１１，１１，…を形成してい
る。これらの振動子素子１１，１１，…の両面には、共
通電極２３と信号電極２４とが対向して設けられ、上記
共通電極２３は接地され、これに対向する信号電極２４
の各々にはその電極パッド２５に対して接触コネクタ２
６が、振動子素子１１，１１，…の支持材となる吸音材
２７を貫通して接続されている。そして、この接触コネ
クタ２６に対して、ガラス板２８上に設けたシリコン基
板２９上に形成された多数の電子スイッチ３０，３０，
…の端子を接続すると共に、上記電子スイッチ３０，３
０，…の制御線及び信号の出力線は外部への引出しリー
ド３１に接続されており、この引出しリード３１を介し
て外部へ導出されるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１７及び図
２１に示したような従来の二次元アレーによる探触子１
２においては、多数の振動子素子１１，１１，…に対す
る送受信信号の切り換えに多数の電子スイッチ１４ａま
たは３０を必要とすると共に、多数の制御線及び信号線
並びにリード線１３，３１を要し、部品点数が多くなる
と共に構造も複雑となるものであった。また、多数の振
動子素子１１，１１，…を支持する吸音材２７（図２１
参照）の厚さが制限されると共に、その材質は変形の小
さいものに制限されることから、吸音特性のよい材料を
自由に選択することができず、性能向上を十分に図るこ
とができないものであった。以上のように、探触子１２
の部品点数及び信号線等の数が多く構造も複雑であるこ
とから製造コストが高くなると共に、信頼性も低下し、
さらに超音波診断装置で得られる画像も劣化することが
あった。

【００１０】そこで、本発明は、このような問題点を解
決し、探触子の部品点数及び信号線等の数を削減して信
頼性の向上及び画質の改善並びにコスト低下を図ること
ができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記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、超音波を送受信
する振動子素子を二次元方向に面状に配列してなる探触
子を有し、この探触子を駆動して超音波ビームを送受信
すると共に、その送受信方向を二次元方向に走査して被
検体内の三次元情報を収集する超音波診断装置におい
て、上記探触子は、パルス状バイアス電界により圧電性
が誘起される電歪材料を小片に分割して振動子素子を形
成し、これら複数の振動子素子を二次元方向に面状に配
列すると共に、この振動子素子の両面には電極を設けて
構成し、この探触子の振動子素子を一方向に沿って動作
させる選択位置を移動させるためのパルス状バイアス電
圧を選択的に印加する手段を設けると共に、上記移動方
向と異なる方向にて各振動子素子の電極に接続されたス
イッチの開閉により超音波ビームの走査を制御する手段
を設けたものである。

【００１２】また、上記探触子の複数の振動子素子の両
面に設けられた電極のうち、一方の面の電極は接地し、
他方の面の電極には、一方向に沿った複数の列の各々に
おいて共通の信号線を接続すると共に、上記一方向と直
交する方向の複数の行の各々において共通のパルス状バ
イアス電圧を印加する制御線を高インピーダンスを介し
て接続すると効果的である。

【００１３】さらに、上記探触子の複数の振動子素子
を、半円弧状柱体の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸
方向との二方向に配列してもよい。

【００１４】この場合、上記探触子の駆動による超音波
ビームの送受信を制御して、直交二平面における走査面
により被検体のバイプレーン断層像を得るようにすると
効果的である。

【００１５】また、上記探触子の複数の振動子素子を、
円柱状体の曲面の円周方向と上記柱状体の中心軸方向と
の二方向に曲面状に配列してもよい。

【００１６】このように構成された超音波診断装置は、
高圧パルス電圧を印加してバイアス電界を与えることに
より高周波電圧に対応した変位が生じ、低いパルス逆電
圧を印加することにより上記の高周波電圧に対応する変
位が生じる作用が消去する作用を有する材料を小片に分
割して振動子素子を形成し、これら複数の振動子素子を
二次元方向に面状に配列すると共に、上記振動子素子の
両面には電極を設けて構成された探触子について、電圧
印加手段により上記探触子の振動子素子を一方向に沿っ
て動作させる選択位置を移動させるためのパルス状バイ
アス電圧を選択的に印加し、走査制御の手段で上記移動
方向と異なる方向にて各振動子素子の電極に接続された
スイッチを開閉して超音波ビームの走査を制御するよう
に動作する。これにより、上記探触子からの超音波ビー
ムの送受信方向を二次元方向に走査して被検体内の三次
元情報を収集することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明による超音波診断装置の実施
例を示すブロック図である。この超音波診断装置は、探
触子からの超音波ビームの送受信方向を二次元方向に走
査して被検体内の三次元情報を収集するもので、図１に
示すように、探触子３５と、送波回路３６と、整相回路
３７と、可変利得増幅器３８と、検波器３９と、ディジ
タルスキャンコンバータ（以下「ＤＳＣ」と略称する）
４０と、表示装置４１と、制御回路４２とを備えてい
る。

【００１９】上記探触子３５は、該探触子３５からの超
音波ビームの送受信方向を二次元方向に走査するもの
で、超音波を送受信する振動子素子を二次元方向に面状
に配列して構成されている。送波回路３６は、上記探触
子３５に対して送波パルス送出するもので、例えばｌ個
のパルス発生器を有しており、各チャンネル毎に任意の
遅延時間を与えることにより、探触子３５の前方の特定
距離に超音波ビームを収束させることができるようにな
っている。整相回路３７は、上記探触子３５で受信した
例えばｌチャンネルの反射エコーの信号（エコー信号）
を入力して、そのエコー信号に所定の遅延時間を与えて
特定の位置の信号に鋭い指向特性を与えるものである。
なお、上記送波回路３６及び整相回路３７の各チャンネ
ルに与えるべき遅延時間は、後述の制御回路４２により
制御されるようになっている。可変利得増幅器３８は、
上記整相回路３７からの出力信号を入力して、その信号
が被検体内からの反射エコーが発生する部位が深くなる
程弱くなるのを補正するため、時間の経過と共に利得を
大きくするものである。検波器３９は、上記可変利得増
幅器３８からの出力信号を入力して、エコー信号の振幅
を検出するものである。また、ＤＳＣ４０は、上記検波
器３９からの出力信号を入力して、アナログ信号をディ
ジタル信号に変換すると共に画像メモリに書き込み、こ
の画像メモリから読み出した画像データを標準テレビ信
号に変換して出力するものである。さらに、表示装置４
１は、上記ＤＳＣ４０からの出力信号を入力して、被検
体内に打ち出した超音波ビームの反射エコーから形成さ
れる断層像を表示するものである。そして、制御回路４
２は、上記の送波回路３６，整相回路３７，可変利得増
幅器３８及びＤＳＣ４０の一連の動作を制御するもので
ある。

【００２０】ここで、本発明においては、上記探触子３
５は、高電圧パルス電圧によりその電圧を印加後は小さ
な高周波電圧により変位が生じ、小さな逆極性のパルス
電圧でその特性が消える。材料を小片に分割して振動子
素子を形成し、これら複数の振動子素子を二次元方向に
面状に配列すると共に、上記振動子素子の両面には電極
を設けて構成され、この探触子３５の振動子素子を一方
向に沿って動作させる選択位置を移動させるためパルス
状のバイアス電圧を選択的に印加する手段が設けられる
と共に、上記移動方向と異なる方向にて各振動子素子の
電極に接続されたスイッチの開閉により超音波ビームの
走査を制御する手段が設けられている。

【００２１】まず、上記探触子３５の振動子素子を形成
する材料について説明する。

【００２２】ここで用いる材料として、例えば、反強誘
電相−強誘電相転移を利用する下記の組成のものがあげ
られる。

【００２３】Ｐｂ_0.99Ｎｂ_0.02〔(Ｚｒ_xＳｎ_1-x)_1-yＴｉ_y〕_0.98Ｏ₃（ＰＮＺＳＴ）

【００２４】ここでｘとｙは材料の組成を決める任意の
定数である。

【００２５】この材料はパルス電圧で電気音響変換特性
が活性化あるいは非活性化される制御機能を有してい
る。以下この材料について述べる。

【００２６】ＰＮＺＳＴはｙの値により電界の強さと変
位の関係が異なる。図２は室温に於ける電界の強さと変
位の関係がｙの値により異なる様子を示したものであ
る。

【００２７】ここでｙ＝０.０６３の値では、正の強電
界を与えた後零電界にしても変位は、保持され、高周波
電界を付与すると対応した変位が得られ、負の弱電界を
与えると変位はほぼ零となる。この場合零電位にしても
高周波電界に応答しない。

【００２８】さらに、この材料(ｙ＝０.６０）における
電界強度と分極の関係を温度とパラメータとして測定し
た結果を図３に示す。−７６℃〜４６℃の範囲にわたり
ヒステリシス曲線を描いている。この関係より電界を印
加して、零電界にしたときも分極が零とならない。図４
にこの材料の電界と歪み関係を示す。

【００２９】これより強い正電界を与え、零電界にした
状態で弱い高周波電界を印加するとその高周波電界に対
応した変位を生じることが理解できる。一方図３と図４
から、小さい負電界を与えた後零電界に戻すと、分極は
消滅し、小さい高周波電界を与えてもひずみは、発生し
ないことが示されている。上記の特性よりＰＮＺＳＴは
正のパルス高電圧を印加することにより電気音響変換効
率を活性化され、小さい負電極を印加することにより電
気音響変換効率を零として、これが不活性化される特性
を有する。即ちＰＮＺＳＴを用いることにより正，負の
パルス電圧で電気音響変換特性のオン，オフが制御でき
る超音波振動子が実現できる。

【００３０】参考文献Sensors and Materials，３，４
(１９９２)２０５−２１５ＭＹＵ，Tokyo Ｓ＆Ｍ００
８１ Shape Memory Ceramics and Their Application t
oLatching Relays AFuruta，K Y Oh，K Uchino

【００３１】上記の電気音響変換のオン，オフ制御動作
は、厚み振動モードおよび従振動モードのいずれにも適
用可能で振動子の構造を変えることにより種々の実施形
態が可能である。

【００３２】以上ＰＮＺＳＴについて述べたが、このよ
うな特性は、チタン酸バリウム磁器でも有している。図
４は、メイソン氏がバイアス電界をかえて、従振動，厚
み振動，径振動および辷り振動について結合係を測定し
た結果を示すものである（実吉編超音波便覧，日刊工
業新聞社昭５３）。図示のごとくヒステリシスを示し
ており、パルス状強電界を与えると、電界を除いた後も
振動子は、高周波電界に対応した変位をもたらし、電気
−音響変換の能力を有する。これは、厚み振動のモード
あるいは従振動のモードのいずれを用いても電気信号を
超音波に変換することあるいはその逆も可能である。

【００３３】また、上記と逆方向のパルス状電界を与え
ることにより電気機械結合係数を零として、電気−音響
変換能力をオフとすることもできる。以上のごとく、パ
ルス電圧により振動子の電気機械変換効率をオン，オフ
制御できる機能はＰＮＺＳＴに限定されるものでない
が、本発明の装置に適用する場合、制御パルス電圧の振
幅に特性が大きく依存しなく、電気機械結合係数が大き
いものが望ましい。

【００３４】以上のことから、本発明においては、図１
に示す探触子３５の振動子素子を形成する材料として、
正および負の電界により電気音響変換効率がオン，オフ
制御できるＰＮＺＳＴ材料、即ち次のごとき組成のＰｂ
_0.99Ｎｂ_0.02〔(Ｚｒ_0.6Ｓｎ_0.4)_1-yＴｉ_y〕_0.98Ｏ₃な
るセラミックを用い、図６に示すように、上記材料を多
数の小さな四角形に分割して振動子素子４７，４７，…
を形成し、これら多数の振動子素子４７，４７，…を二
次元方向に面状に配列すると共に、これらの振動子素子
４７，４７，…の両面には電極４８，４９を設けて探触
子３５を構成している。上記電極４８，４９のうち、前
面側に設けた電極４８は共通に接続して接地され、他方
の背面側に設けた電極４９にはそれぞれリード線５０が
接続され、このリード線５０を背面側の吸音材５１中を
貫通して後方に取り出している。図６は、厚み振動モー
ドを利用した振動子を示しているが、電極を側面に設
け、従振動のモードを利用した振動子にも応用できる。

【００３５】このように構成された探触子３５の多数の
振動子素子４７，４７，…は、図７に示すような回路構
成とされている。すなわち、上記多数の振動子素子４７
は、例えば縦横ｍ×ｎ個のマトリクス状に配列されてお
り、横方向の行の配列にあたる振動子素子４７の各々は
十分大きな抵抗Ｒを介して各制御線５２に共通接続さ
れ、縦方向の列の配列にあたる振動子素子４７の各々は
各信号線５３に共通接続されている。上記制御線５２
は、例えばｎ本設けられており、この制御線５２に正の
大きなパルス電圧を印加することにより、特定の横方向
の行に配列された振動子素子４７，４７，…の電気機械
結合係数Ｋｔを大きくすることができ、負の小さなパル
ス電圧を印加することにより、その特定の行に配列され
た振動子素子４７，４７，…の電気機械結合係数Ｋｔを
零にすることができる。従って、上記制御線５２に大き
な正のパルス電圧あるいは小さなパルス電圧を印加する
動作により、特定の横方向の行に配列された振動子素子
４７，４７，…のみを電気音響変換素子として活性化し
たり、不活性化するという制御が可能である。すなわ
ち、図１７に示すと同様に、特定の行Ｌの振動子素子１
１，１１，…のみ超音波ビームの送受信が行えるのと同
じ動作をさせることができる。なお、上記の高抵抗Ｒ
は、送受信信号が制御線５２を介して横方向の振動子素
子４７に伝送するのを阻止するためその振動子素子の負
荷より高いインピーダンスを与える素子である。

【００３６】また、上記信号線５３は、例えばｍ本設け
られており、この信号線５３により縦方向の列に配列さ
れた振動子素子４７における送受信の信号電圧を供給し
たり、取り出したりすることができる。これにより、上
記制御線５２からの正のパルス電圧の印加により活性化
された特定の行において、一端方から他端方へ向けて超
音波ビームの走査を順次進めるように動作させることが
できる。従って、図６及び図７に示した本発明における
探触子３５により、図１７に示した従来の探触子１２と
同じ動作ができることとなる。なお、図７において、上
記制御線５２と信号線５３とは、一本のケーブル５４に
まとめられて探触子３５から取り出されるようになって
いる。

【００３７】上記探触子３５の振動子素子４７，４７，
…を一方向に沿って動作させる選択位置を移動させるた
めのパルス電圧を印加する手段としての制御線５２は、
図１において制御回路４２により制御される。また、信
号線５３は、図１において走査回路５５に接続されてい
る。この走査回路５５は、上記選択位置の移動方向と異
なる方向にて各振動子素子４７，４７，…からの超音波
ビームの走査を制御する手段となるもので、内部に例え
ばｍ個の電子スイッチＳ₁，Ｓ₂，…，Ｓ_mを有し、各電
子スイッチＳ₁〜Ｓ_mはｍ本の信号線５３にそれぞれ接続
されている。そして、上記各電子スイッチＳ₁〜Ｓ_mのう
ち例えば隣接するｌ個の電子スイッチのみを閉じること
により、横方向の行のｍ個の振動子素子４７のうち隣接
するｌ個の振動子素子４７を一群として選択し、さらに
上記ｌ個の電子スイッチを１個ずつずらして切り換える
ことにより、選択すべき一群の振動子素子４７を１個ず
つずらして並進切り換えることができる。従って、振動
子素子４７の特定の行において、超音波ビームのステッ
プ走査が実行されるように制御される。

【００３８】そして、上記走査回路５５の一連の動作
は、制御回路４２により制御される。これにより、図１
８に示すと同様に、ｘ方向の電子リニア走査をｙ方向に
微小距離だけ順次移動させて、二次元方向の走査を実現
させることができる。なお、図７に示す探触子３５にお
いては、この探触子３５から取り出すケーブル５４は、
例えばｎ本の制御線５２とｍ本の信号線５３の合計（ｍ
＋ｎ）本の導線だけでよく、図１７に示す従来の探触子
１２において必要とした多数の電子スイッチ及びリード
線を設けることなく、同様の二次元方向の走査が実施で
きることとなる。

【００３９】図８（ａ)，(ｂ）は本発明における探触子
３５の変形例（３５′）を示す斜視説明図である。この
変形例による探触子３５′は、吸音材５１′を同図
（ａ）に示すように半円弧状柱体に形成し、この吸音材
５１′の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸Ｏの方向
（長手方向）との二方向に、多数の振動子素子４７，４
７，…を凸曲面状に配列したものである。このとき、振
動子素子４７，４７，…は、同図（ａ）に示すように、
半円弧状柱体から成る吸音材５１′の長手方向に沿って
第１行から第ｎ行まで配列し、その円弧方向に沿って第
１列から第ｍ列まで配列してある。この状態で、図１に
示す制御線５２を介して、図８（ａ）に示すように、ｎ
個の行の振動子素子４７のうち隣接するｐ個の振動子素
子４７のみに正のパルス電圧を印加して選択する。な
お、この一群のｐ個の振動子素子４７の位置は、上記の
正あるいは負のパルス電圧を印加する制御線５２の制御
により、１個ずつずらして順次移動することができ、こ
れによって行方向の走査が行える。また、列方向の走査
は、前述のように図１に示すｍ個の電子スイッチＳ₁〜
Ｓ_mの制御により実施され、従来のいわゆるコンベック
ス型探触子によるセクタ走査と同様に、図８（ｂ）に示
す矢印ｕで表わした方向に超音波ビームの走査が行われ
る。

【００４０】このような二つの方向の走査により被検体
内へ打ち出す超音波ビームの状態は、図９に示すように
なる。図において走査面Ｓｔ₁は、図８（ａ）に示す第
１行からｐ個並んだ行までの振動子素子４７に正あるい
は負のパルス電圧を印加して選択された円弧方向に並ぶ
振動子素子４７によりセクタ走査を行ったときの第一の
走査面を示している。また、他の走査面Ｓｔ_nは、第ｎ
行を移んでｐ個前までの行の振動子素子４７に正のパル
ス電圧を印加して選択された振動子素子４７によりセク
タ走査を行ったときの第ｎの走査面を示している。そし
て、上記第一の走査面Ｓｔ₁と第ｎの走査面Ｓｔ_nとの
間には、多数のセクタ状の走査面が形成され、これら多
数の走査面により立体的な走査領域Ｓｔが形成されて被
検体内の三次元情報を収集することができる。

【００４１】図１０は図８に示す構造の探触子３５′の
動作による他の走査領域を示す説明図である。この場合
においては、図８（ａ）に示す半円弧状柱体から成る吸
音材５１′の中心軸Ｏの方向に並んだ振動子素子４７の
信号は総て用いて整相し、超音波ビームの方向を制御す
るいわゆるフェーズドアレーによるセクタ走査を行い、
上記吸音材５１′の曲面の円弧方向に並んだ振動子素子
４７はバイアス電圧を制御してリニア走査を行うことに
より、二次元方向の走査を行った場合の走査領域を示し
ている。この例においては、セクタ状の第一の走査面Ｓ
ｔ₁と第ｎの走査面Ｓｔ_nとで囲まれた三次元空間の情
報を収集することができる。

【００４２】図１１は図８に示す構造の探触子３５′を
体腔内探触子５５に応用した例を示す説明図である。こ
の応用例においては、体腔内探触子５５の長手方向（ｘ
軸方向）に図８（ａ）の吸音材５１′の中心軸Ｏの方向
をとり、その曲面の円弧方向を上記体腔内探触子５５の
表面の凸曲面の方向にとって探触子５５を構成してい
る。このようにすることにより、フェーズドアレーによ
るセクタ状の第一の走査面Ｓｔ₁とコンベックス型探触
子と同様の動作によるセクタ状の第二の走査面Ｓｔ₂と
を実施することができ、図１１においてｘ−ｚ面内にあ
る第一の走査面Ｓｔ₁とｙ−ｚ面内にある第二の走査面
Ｓｔ₂とで、直交する二平面における走査面を持たせる
ことができる。従って、上記走査面Ｓｔ₁とＳｔ₂の断
層像の形成を高速度で交互に切り換えることにより、リ
アルタイムで異なる二方向の断層像を全く同じ位置から
観察できるバイプレーン断層像を得ることができる。

【００４３】なお、上記の応用例において、振動子素子
４７，４７，…のｙ−ｚ面における断面をとり、この断
面の外側面に被検体中の音速よりも速い材料から成り内
側面より外側面の曲率半径が大きく形成された音響レン
ズ５６を、図１２に示すように接着すると、上記振動子
素子４７，４７，…から発射される超音波ビームに収束
作用を与えることができる。この場合は、超音波ビーム
の方位分解能を向上させることができる。

【００４４】図１３は本発明における探触子３５の他の
変形例（３５″）を示す斜視説明図である。この変形例
による探触子３５″は、吸音材５１″を円柱状体に形成
し、この吸音材５１″の曲面の円周方向と上記柱状体の
中心軸Ｏの方向（長手方向）との二方向に、多数の振動
子素子４７，４７，…を円柱曲面状に配列したものであ
る。このとき、振動子素子４７，４７，…は、円柱状体
から成る吸音材５１″の長手方向に沿って第１行から第
ｎ行まで配列し、その円周方向に沿って第１列から第ｍ
列まで配列してある。そして、上記配列された振動子素
子４７，４７，…には、図７に示すと同様に、行方向に
は制御線５２が接続され、列方向には信号線５３が接続
されている。このように接続された信号線５３により円
周に沿ったラディアル走査を行うには、図１に示す電子
スイッチＳ₁〜Ｓ_mの制御により隣接する例えばｌ個の一
群を選択し、超音波の送受信動作を行う振動子素子４７
の群を円周方向に沿って順次移動させればよい。なお、
上記ラディアル走査の円柱状体から成る吸音材５１″の
中心軸Ｏに対する位置は、図１に示す制御線５２により
与えられる行方向の振動子素子４７の正あるいは負のパ
ルス電圧の印加により順次移動制御される。従って、上
記の動作によるラディアル走査面は、図１４に示すよう
に、全体として円柱状に形成された探触子３５″の中心
軸Ｏ（Ｚ軸）を中心にして、その中心軸Ｏに沿って上方
端のラディアル走査面Ｒ₁から下方端のラディアル走査
面Ｒ₂までリニア走査することにより得られる。この場
合、被検体に対する診断領域は、上記のラディアル走査
面Ｒ₁とＲ₂とで挟まれた円柱状の空間Ｖになる。な
お、この状態で、特定方向の走査線、例えば上方端のラ
ディアル走査面Ｒ₁内の一つの走査線Ｌ₁をＺ軸に沿っ
てリニア走査すれば、その特定方向のリニア走査面が得
られる。このようにして、図１４に示す空間Ｖ内の任意
のラディアル走査面またはリニア走査面が得られる。

【００４５】なお、上記の変形例において、図１５に示
すように、探触子３５″の中心軸Ｏを含む断面をとり、
この断面の外周面に被検体中の音速よりも遅い材料、例
えばシリコンゴムから成り断面が凸状に形成された音響
レンズ５６′を接着すると、振動子素子４７，４７，…
から発射される超音波ビームに収束作用を与えることが
できる。この場合は、リニア走査方向における超音波ビ
ームの方位分解能を向上させることができる。そして、
図１３に示す変形例による探触子３５″は、特に経直腸
用の体腔内走査を実現するのに有効である。

【００４６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
正あるい負のパルス電圧によるバイアス電界により電気
音響変換効率が制御できる材料を小片に分割して振動子
素子４７を形成し、これら複数の振動子素子４７を二次
元方向に面状に配列すると共に、上記振動子素子４７の
両面には電極４８，４９を設けて構成された探触子３５
について、電圧印加手段により上記探触子３５の振動子
素子４７を一方向に沿って動作させる選択位置を移動さ
せるための正あるいは負のパルス電圧を選択的に印加
し、走査制御手段（５５）で上記移動方向と異なる方向
にて各振動子素子４７の電極に接続されたスイッチＳ₁
〜Ｓ_mを開閉して超音波ビームの走査を制御することが
できる。これにより、上記探触子３５からの超音波ビー
ムの送受信方向を二次元方向に走査して被検体内の三次
元情報を収集することができる。また、図１９に示す従
来の探触子１２のように多数の振動子素子１１，１１，
…と同数の電子スイッチ１４ａを設けることを要さない
ので、探触子３５を構成する部品点数を削減できると共
に、探触子３５から伸びる信号線等の数を削減すること
ができる。従って、探触子３５の構造を簡単として製造
コストの低下を図ることができると共に、信頼性を向上
することができ、さらに超音波診断装置で得られる診断
画像の画質も改善することができる。また、上記のよう
に信号線等の数を削減できることから、探触子３５から
装置本体へ伸びるケーブル５４の太さを小さくすること
ができ、探触子３５の操作性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波診断装置の実施例を示すブ
ロック図。

【図２】本発明における探触子の振動子素子を形成する
材料の特性を説明するためのグラフ。

【図３】本発明における探触子の振動子素子を形成する
材料の特性を説明するためのグラフ。

【図４】本発明における探触子の振動子素子を形成する
材料の特性を説明するためのグラフ。

【図５】本発明における探触子の振動子素子を形成する
材料の特性を説明するためのグラフ。

【図６】本発明における探触子の構造を示す斜視説明
図。

【図７】その回路構成を示す回路図。

【図８】本発明における探触子の変形例を示す斜視説明
図。

【図９】図８の例における探触子による超音波ビームの
走査状態を示す説明図。

【図１０】図８の例における探触子による超音波ビーム
の走査状態を示す説明図。

【図１１】図８に示す構造の探触子を体腔内探触子に応
用した例を示す説明図。

【図１２】図１１の例において振動子素子の外側面に音
響レンズを接着した状態を示す説明図。

【図１３】本発明における探触子の他の変形例を示す斜
視説明図。

【図１４】図１３の例における探触子による超音波ビー
ムの走査状態を示す説明図。

【図１５】図１３の例において振動子素子の外周面に音
響レンズを接着した状態を示す説明図。

【図１６】従来から用いられている電子リニア走査型超
音波診断装置を示すブロック図。

【図１７】従来の二次元アレーによる探触子の原理的な
構造を示す斜視説明図。

【図１８】上記二次元アレーによる探触子の電子リニア
走査の様子を示す説明図。

【図１９】図１７に示す二次元アレーによる探触子の電
子スイッチとリード線の状態を示す説明図。

【図２０】上記二次元アレーによる探触子の電子スイッ
チの集合体をＭＯＳＦＥＴスイッチを多数用いて構成
した場合を示す回路図。

【図２１】図２０に示した回路構成を実現した探触子の
具体的な構造例を示す斜視説明図。

【符号の説明】

３５，３５′，３５″ 探触子３６送波回路３７整相回路３８可変利得増幅器３９検波器４０ＤＳＣ４１表示装置４２制御回路４７振動子素子４８，４９電極５０リード線５１，５１′，５１″ 吸音材５２制御線５３信号線Ｒ高抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送受信する振動子素子を二次元方
向に面状に配列してなる探触子を有し、この探触子を駆
動して超音波ビームを送受信すると共に、その送受信方
向を二次元方向に走査して被検体内の情報を収集する超
音波診断装置において、上記探触子は、パルス状の強い
バイアス電圧を印加後は、小さな高周波電圧で変位が生
じ、小さい逆極性のパルス状の電圧印加でその作用が消
える材料を小片に分割して振動子素子を形成し、これら
複数の振動子素子を二次元方向に面状に配列すると共
に、この振動子素子の両面には、電極を設けて構成し、
この振動子素子を一方向に沿って動作させる選択位置を
移動させるためのパルス状バイアス電圧を選択的に印加
する手段を設けると共に、上記移動方向と異なる方向に
て各振動子素子の電極に接続されたスイッチの開閉によ
り超音波ビームの走査を制御する手段を設けたことを特
徴とする超音波診断装置。
【請求項２】上記探触子の複数の振動子素子の両面に設
けられた電極のうち、一方の面の電極は接地し、他方の
面の電極には、一方向に沿った複数の列の各々において
共通の信号線を接続すると共に、上記一方向と直交する
方向の複数の行の各々において共通のパルス状バイアス
電圧を印加する制御線を高インピーダンスを介して接続
したことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】上記探触子の複数の振動子素子を、半円弧
状柱体の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸方向との二
方向に配列したことを特徴とする請求項１または２記載
の超音波診断装置。
【請求項４】上記探触子の駆動による超音波ビームの送
受信を制御して、直交二平面における走査面により被検
体のバイプレーン断層像を得るようにしたことを特徴と
する請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】上記探触子の複数の振動子素子を、円柱状
体の曲面の円周方向と上記柱状体の中心軸方向との二方
向に曲面状に配列したことを特徴とする請求項１または
２記載の超音波診断装置。【０００１】