WO2005120359A1

WO2005120359A1 - 超音波プローブ装置及び超音波診断装置

Info

Publication number: WO2005120359A1
Application number: PCT/JP2005/010591
Authority: WO
Inventors: Hideo Adachi; Yoshiyjki Okuno; Akiko Mizunuma; Katsuhiro Wakabayashi; Takuya Imahashi; Yukihiko Sawada; Masayoshi Omura; Kozaburo Suzuki; Shuji Otani; Naomi Shimoda; Miyuki Murakami; Kiyoshi Nemoto
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US7883466B2; JPWO2005120359A1; EP1762181B1; EP1762181A4; EP1762181A1; US20070083119A1; JP4477631B2

Abstract

　高周波パルス信号に、直流バイアス信号を重畳させて静電容量型超音波振動子（１-1～１-n）に印加し、超音波を送受信する超音波プローブ装置であって、送信制御系は、前記直流バイアス信号の電圧値を調整するバイアス調整器（６-1～６-m）を備え、受信制御系は、少なくとも低域通過用と高域通過用を含む複数の異なる帯域特性を有し、そのうちのいずれか１つの帯域特性を選択可能な帯域処理部１０を備えて、構成されている。そして、例えば、前記バイアス調整器（６-1～６-m）の電圧設定と、前記帯域処理部１０の帯域特性選択とを連動して制御する。

Description

明細書

超音波プローブ装置及び超音波診断装置

技術分野

[0001] 本発明は、体腔内に挿入される揷入部の先端部に静電容量型超音波振動子を回転可能に支持して超音波観測、診断を行う超音波プローブ装置及び超音波診断装置に関する。

背景技術

[0002] 例えば内視鏡の鉗子孔を挿通させ、先端部で超音波振動子装着部を突き出し、生体組織、例えば胃壁に接触させ、胃壁の深部情報、例えば粘膜の層状構造を高い解像度で超音波像描出する超音波診断技術が重要視されつつある。

[0003] 一方、近年、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来の Bモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから、標準的な診断モダリティとなりつつある。

[0004] ハーモニックイメージング診断法は、（1)超音波が生体中を伝播する時に、生体組織の非線形性の影響を受け基本波超音波に重畳する高調波を種々の方法で分離し、この信号を用いて画像化するティッシューハーモニックイメージング法と、（2)体内に造影剤バブルを注入し、送信超音波の照射によってバブルが破裂又は共振する時に発生する高調波を受信し、基本波超音波に重畳した高調波を種々の方法で分離し、この信号を用いて画像化するコントラストハーモニックイメージング法に分類される。

[0005] これらはいずれも、従来の Bモード断層像では得られないほど SZNが良ぐ分解能の良好な診断画像が得られることが分かり、医療診断の診断精度の向上に寄与している。

[0006] 従来の体外用のハーモニックイメージング診断装置に用いられている超音波振動子は、基本波送信も高調波受信も、例えば同一の送受信兼用の超音波振動子が用レ、られてきた。なお、生体組織から反射される超音波ノ^レスのエコーを送信用とは別体に設けた超音波振動子で受信する構成も可能である。 [0007] 高調波信号の信号レベルが基本波に比べはるかに小さいので、ハーモニック画像の劣化に関わる基本波成分を効率よく除去する必要がある。そのために、周知の高調波成分 (特に第 2高調波成分)抽出技術が利用されてレ、る。

[0008] 超音波振動子としては、従来の圧電タイプの超音波振動子のほかに、シリコン半導体基板をシリコンマイクロマシン技術を用いて加工した、静電容量型の超音波振動子が注目されている。

[0009] 静電容量型超音波振動子については、先行例として特表 2004— 503312号公報、及び特表 2004— 503313号公報に次のように開示されている。即ち、複数の静電容量形超音波振動子 (c一 MUTと略す）のそれぞれは荷電振動板を有し、この荷電振動板は逆に荷電された基板に容量性をもって対向する。この振動板は、バイアス荷電によって基板へ向けて引きつけられる。この基板は、振動板の移動中心においてセルの荷電が最大密度となるように振動板中心へ対して隆起した中心部を有する。高調波動作のために、セルに印加される駆動ノ^レスは、高調波帯域における送信信号の歪成分の混入を低減するために、装置の非線形動作に鑑みて予め歪められる。この歪成分の混入した送信超音波には、最初から高周波成分を含んでしまう為、受信した受信した高周波成分が最初から、混入高周波成分を検出しているのか本来の生体からの高周波成分か判別不可能になる。 c MUTセルは、従来通りの半導体プロセスによってカ卩ェされ得るため、バイアス荷電レギユレータなどの補助振動子回路と一体化され得る。 c— MUTセルは、更に、マイクロステレオリソグラフィによっても加工され得るため、セルは多様なポリマ及び他の物質を用いて形成され得る。

[0010] 静電容量型超音波振動子では、一般に超音波を発生させるため高周波パルス信号だけでなくて直流バイアス電圧が送信時，受信時ともに必要とされている。つまり、高周波パルス信号に直流バイアス電圧を重畳させた信号を生成して静電容量型超音波振動子に印加し、それによつて超音波を送受信することになる。

[0011] ところで、静電容量型超音波振動子には、次のような問題がある。第 1に、直流バイァス電圧及び高周波パルス信号としてはそれぞれ、比較的高電圧（例えば 100V)を常時かけることになるので、動作実効電圧が高くなること、又、体腔内に揷入するタイプを考える場合、体外用とは異なり、外形寸法に制約があり、小型化することが必要となること、更に、圧電型の超音波振動子に比較し、送信感度が低ぐ超音波の深達度が低ぐ診断領域が狭まり、高調波が発生しにくくなり、静電容量型超音波振動子の特徴である広帯域性を利用出来ないことである。

[0012] 一方、ハーモニックイメージング技術を使うには、広帯域特性を持った超音波振動子が必要となるが、静電容量型超音波振動子は広帯域特性を持っため、ハーモニックイメージング診断に適してレ、る。

[0013] そこで、本発明は、上記の問題等に鑑み、静電容量型超音波振動子を用いて、動作実効電圧が低ぐ体腔内で使用でき、高感度で高い深達度を持つことができ、ハ一モニックイメージング診断に利用可能で、しかも振動子の劣化の少ない超音波プローブ装置及び超音波診断装置を提供することを目的とするものである。

発明の開示

課題を解決するための手段

[0014] 本発明の超音波プローブ装置は、高周波パルス信号に、直流バイアス信号を重畳させて静電容量型超音波振動子に印加し、超音波を送受信する超音波プローブ装置であって、

送信制御系に設けられて、前記直流バイアス信号の電圧値を調整するバイアス調整手段と、

受信制御系に設けられて、少なくとも低域通過用と高域通過用を含む複数の異なる帯域特性を有し、これらの帯域特性の中力いずれ力 1つの特性を選択可能な帯域処理手段と、

を備えたことを特徴とする。

[0015] 本発明において、前記複数の異なる帯域特性は、低域通過特性と、高域通過特性と、該低域通過特性と高域通過特性の中間の帯域通過特性の 3つであることを特徴とする。

[0016] そして、前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の帯域特性選択とを連動して制御する手段をさらに備えることが望ましい。

[0017] 例えば、前記直流バイアス電圧を低く設定したときは、前記帯域処理手段を低域通過特性とし、前記直流バイアス電圧を高く設定したときは、前記帯域処理手段を高域通過特性とする。

[0018] この発明によれば、直流バイアス電圧を変えることによって、送信超音波のピーク周波数 (振幅レベルが最大になる周波数)が変化することを、本件出願人が実験により見出したので、この結果を利用するものである。すなわち、送信制御系で直流バイァス電圧を低く設定し、かつ受信制御系で帯域処理手段を低域通過特性とした場合には、低周波成分の超音波が送受信される（図 1Aに対応）ので、生体組織の深部を感度を維持して観察することができる。また、送信制御系で直流バイアス電圧を高く設定し、かつ受信制御系で帯域処理手段を高域通過特性とした場合には、高周波成分の超音波が送受信される（図 1Cに対応）ので、近距離場で分解能を上げた観察を行うことができる。

[0019] また、本発明において、前記静電容量型超音波振動子が、複数の振動子エレメントからなる配列構造をなし、該複数の配列振動子エレメント群から送信用振動子エレメントを選択する手段、選択した送信用振動子エレメントのそれぞれに駆動信号を印加する駆動手段、送信超音波ビームを走査する為の送信用遅延手段、該複数の配列振動子エレメント群から受信用振動子エレメントを選択する手段、選択した受信用振動子エレメントのそれぞれ力の受信信号を増幅する増幅手段、帯域処理する帯域処理手段、アナログ/デジタル信号変換手段、複数の受信信号を合成するビーム合成手段、画像構築手段、及び画像呈示手段を有することを特徴とする。

[0020] そして、前記駆動手段からの駆動信号が、高周波パルス信号に、直流パルス信号を重畳させたパルス信号であることが望ましレ、。

[0021] この発明によれば、動作実効電圧を低くする配慮から、直流バイアス電圧印加は常時行うのではなぐ直流パルス電圧を、高周波パルス信号に重畳した駆動パルス信号を静電容量型超音波振動子に印加する。

[0022] 本発明において、前記直流パルス信号が、立ち上がり部および立ち下がり部で、ガウス関数または COS関数状の曲線を描くことを特徴とする。

[0023] このように、直流直流パルス信号が、立ち上がり部、立ち下がり部において、ガウス関数または COS関数状の曲線を描くことにより、すそ引きを持ったなだらかな傾斜にすることができるので、急峻に高電圧が静電容量型超音波振動子に加わるのを防ぐことができ、静電容量型の振動子が劣化して、寿命が短くなるのを防ぐことができる。

[0024] 本発明において、前記高周波パルス信号力 Sスパイク状パルスであることを特徴とする。

[0025] 高周波パルス信号としては、通常は正弦波状パルス波が用いられるが、これに代えてスパイク波を使用して前記直流パルス信号に重畳してもよい。この場合にも、直流バイアス成分を調整することにより、正弦波状パルス波を用いた場合と同様に、直流バイアス電圧に依存した振幅特性、スペクトル特性、低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を得ることができる。

[0026] また、本発明において、前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の帯域特性選択とを逐次的に変更し、その変更ごとに得られた超音波受信データを一時的に記憶手段に格納し、これらを合成した上で、画像構築手段で超音波診断画像信号を構築することを特徴とする。

[0027] そして、前記バイアス調整手段の電圧設定にぉレ、て、低電圧設定を選択する時は、前記帯域処理手段が低域通過特性を選択し、高電圧を設定する時は、前記帯域処理手段が高域通過特性を選択することを特徴とする。

[0028] また、前記バイアス調整手段の電圧設定において、低電圧設定を選択する時は、前記の送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の開口周縁近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択し、高電圧を設定する時は、前記の送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の中心部近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択する制御を行うことを特徴とする。

[0029] この発明によれば、静電容量型超音波振動子の開口の円周部の振動子エレメント力、らは低周波成分の超音波が送信される様に、直流バイアス電圧を小さくし、開口の中心部の振動子エレメントからは高周波成分の超音波が送信される様に、直流バイァス電圧を高く制御する。深部は低周波で、感度を維持し、近距離場では高周波で分解能を上げ、全開口では、両者を合成した深部にまで良好な感度（fiPち高い音圧 )を持った音場が得られる。

[0030] 以上の構成において、静電容量型超音波振動子を用いて、動作実効電圧が低ぐ体腔内で使用でき、高感度で高い深達度を持つことができ、ハーモニックイメージング診断に利用可能で、し力も振動子の劣化の少ない超音波プローブ装置を実現すること力 Sできる。

[0031] 本発明の超音波プローブ装置は、直流バイアス電圧を高周波パルス信号に重畳させて静電容量型超音波振動子に印加する駆動信号発生手段を有し、その駆動信号印加によつて超音波を送受する静電容量型超音波プローブ装置であって、

前記直流バイアス電圧を供給する手段は、直流パルス信号を一定の周期で出力し、かつ該直流ノ^レス信号のパルス発生のタイミング、パルス幅、及びパルス電圧を制御する手段を備えている。

[0032] この発明によれば、静電容量型超音波振動子に対して、直流バイアス電圧の印加を常時行うのではなぐ直流パルス電圧を高周波パルス信号に重畳した駆動パルス信号を印加する。これにより、動作実効電圧が低く安全管理上も好都合である。

[0033] また、本発明の超音波プローブ装置において、前記駆動信号発生手段は、一方の極性の直流パルス信号に前記高周波パルス信号を重畳させた第 1の重畳パルス信号と、第 1の重畳パルス信号形成時に用いた直流パルス信号とは逆極性の直流パルス信号に、第 1の重畳パルス信号形成時に用いた高周波パルス信号と同形の高周波パルス信号を重畳させた第 2の重畳パルス信号とが、所定の時間間隔で連なるように組み合わされたダブルパルス信号を生成することを特徴とする。

[0034] この発明によれば、正の直流バイアス信号に高周波ノ^レス信号を重畳したパルスと、負の直流バイアス信号に高周波パルス信号を重畳したパルスを連結したダブルパルスを駆動パルスとし、超音波パルスの受信エコー信号（これもダブルパルス）の先行して発生するノ^レスを一時メモリに貯え、後続パルスが発生すると同時に、両者を加算することにより、高調波成分を分離して画像化する手法により、ハーモニックィメ一ジング診断に利用することができる。

[0035] また、本発明の超音波プローブ装置が、マイクロマシン技術を用いて組み立てられた静電容量型超音波振動子と、これにほぼ一体的に構成した駆動制御手段、及び、信号授受の為の信号伝達手段を備えている。

[0036] この発明によれば、小型化でき、体腔内で使用することができる。

[0037] さらに、本発明の超音波診断装置は、前記超音波プローブ装置が、マイクロマシン技術を用いて組み立てられた静電容量型超音波振動子と、これにほぼ一体的に構成した駆動制御手段、及び、信号授受の為の信号伝達手段を備えた超音波プロ一ブ装置であり、この超音波プローブ装置と、該超音波プローブ装置からの出力信号を信号処理し、画像信号を構築し、体腔内超音波診断画像を呈示する本体装置と、を備えて超音波診断装置を構成している。前記超音波プローブ装置は、例えば、超音波ビームを体腔内揷入軸の回りに走查するラジアル走查型のアレイ型振動子である。

[0038] この発明によれば、静電容量型超音波振動子を用いて、動作実効電圧が低ぐ体腔内で使用でき、しかもハーモニックイメージング診断に利用可能な超音波診断装置を実現できる。

[0039] 以上の構成において、静電容量型超音波振動子を用いて、動作実効電圧が低ぐ体腔内で使用でき、し力ハーモニックイメージング診断に利用できる超音波プロ一ブ装置及び超音波診断装置を実現することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0040] [図 1A]静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を低電圧領域としたときに送信される超音波パルスの時間軸における振幅レベル特性、及びそのスぺクトル特性を示す図。

[図 1B]静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を中電圧領域としたときに送信される超音波パルスの時間軸における振幅レベル特性、及びそのスぺクトル特性を示す図。

[図 1C]静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を高電圧領域としたときに送信される超音波パルスの時間軸における振幅レベル特性、及びそのスぺクトル特性を示す図。

[図 2]図 1A〜図 1Cを基にして作成した、横軸を直流バイアス電圧の変化に対する振幅特性，低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を示す図。

[図 3]図 1A〜図 1Cの特性測定を行った際の測定回路の回路図。

[図 4]本発明の第 1の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示すブロック図。

[図 5]図 4におけるフィルタ回路の構成を示すブロック図。 [図 6]駆動回路から静電容量型超音波振動子に印加される駆動ノ^レス信号の波形図。

[図 7]本発明の第 2の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示すブロック図。

[図 8]駆動回路から静電容量型超音波振動子に印加される駆動パルス信号の他の例を示す波形図。

[図 9]駆動回路から静電容量型超音波振動子に印加される駆動パルス信号の他の例を示す波形図。

[図 10]本発明の第 3の実施例の超音波プローブ装置に適用される静電容量型超音波振動子の断面図。

[図 11]送受信分離型の静電容量型超音波振動子の構成を示す図。

[図 12]送受信兼用型の静電容量型超音波振動子の構成を示す図。

[図 13]本発明の第 3の実施例における、静電容量型超音波振動子駆動信号の波形を示す図。

[図 14]本発明の第 3の実施例に係る、静電用形超音波振動子アレイを用いた超音波プローブ装置の構成を示すブロック図。

[図 15]図 14の動作を説明する、制御パルス信号及び静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号の波形図。

[図 16]高調波抽出技術を説明する波形図。

[図 17]静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の一の変形例を示す波形図。

[図 18]静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の他の変形例を示す波形図。

[図 19]本発明の第 4の実施例の超音波診断装置の構成を示すブロック図。

発明を実施するための最良の形態

[0041] 発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[0042] <第 1の実施例 >

図 1A〜図 1Cは静電容量型超音波振動子に印加する送信用直流バイアス電圧を低，中，高と変えたときに送信される超音波パルスの時間軸上における振幅レベル（実線にて示す）の変化、及び、その実時間波形をフーリエ変換して得られる周波数軸上における周波数特性 (スペクトル、点線にて示す）を示す図である。ただし、受信用直流バイアス電圧は 0として送信用直流バイアス電圧を変化させた場合の測定値である。本出願人は、受信用直流バイアス電圧は 0であっても受信可能であることを、実験的に確認している。

[0043] 図 2は、横軸を直流バイアス電圧として変化させた場合に、実時間波形における振幅のピークレベルの変化、低周波成分及び高周波成分の各ピーク周波数 (振幅レべルが最大になる周波数）での振幅レベルの変化を示した図である。

[0044] 図 3は図 1A〜図 1Cの測定を行った際の測定回路の回路図を示している。

[0045] 図 3において、符号 301は送受兼用静電容量型超音波振動子、 302は直流電圧遮断コンデンサ、 303は送受切り替えスィッチ、 304は可変の直流バイアス電圧電源、 305は駆動信号入力端子、 306は駆動信号、 307は受信信号出力端子、 308は受信信号、 309は送信超音波パルス、 310は受信超音波パルスをそれぞれ示している。図 1A〜図 1Cの測定は、送信入力信号 306として所定の周波数及び振幅の高周波パルス信号を使用し、直流バイアス電圧電源 304を変化させた場合に、送信される超音波パルス 309の信号振幅を測定することによって行われる。

[0046] 図 1 Aは送信用及び受信用ともに直流バイアス電圧を 0という状態で超音波を送受した場合であり、実線 102は横軸が時間である振幅レベルを、点線 101は横軸が周波数である振幅レベルをそれぞれ示してレ、る。時間軸上の信号波形 102に対して、これをフーリエ変換して周波数軸に変換したのが点線のスペクトル波形 101である。図 1Aでは、スペクトル波形 101の振幅が最大となる周波数（以下、ピーク周波数）は周波数軸上で比較的低いところにある。

[0047] 図 1Bは図 1Aに対して送信用直流バイアス電圧を少し上げた場合であり、送信用直流バイアス電圧を少しずつ上げていくと、実線にて示す時間軸上の信号波形の振幅レベルはあるところで最小となる。図 1Bの実線 113は時間軸上での信号波形の振幅レベルが最小になったときの状態を示している。最小値になっても超音波振動が全く得られないというわけではなぐある程度の振幅が得られている。それをフーリエ変換してスペクトルを見ると、点線 111， 112にて示すスペクトルが得られる。点線における 111の部分 (低い周波数部分）と図 1Aの符号 101の部分 (低い周波数部分）とを比較すると、 101に相当する部分が符号 111の部分として残っていると同時に符号 112にて示す高レ、周波数部分のレベルが増加してきてレ、る。

[0048] 図 1Cは更に直流バイアス電圧を上げた場合であり、図 1A,図 1Bに示した符号 10 1 , 111の部分（低い周波数部分）でのピークレベルが相対的に下がり、それと対照的に図 1Bに示した 112の部分（高レ、周波数部分）に相当する部分が符号 122に示すように高いレベルになっている。このように直流バイアス電圧を変えていくと、周波数軸上における点線にて示すスペクトルが、図 1A〜図 1Cのように変わってくる。その様子を横軸に直流バイアス電圧をとつて図 2に示している。

[0049] 図 2は、横軸に直流バイアス電圧、縦軸に振幅或いはピーク周波数での振幅レべルを取って表している。実線 201は、直流バイアス電圧の変化に応じた、図 1A〜図 1 Cにおける 102, 113, 123といった時間軸上の信号のピーク電圧（振幅）の変化を示している。それに対して、直流バイアス電圧の変化に応じた、図 1A〜図 1Cにおける周波数軸上の低い周波数 101, 111 , 121での振幅レベルを示しているのが細かい点線 202に示すカーブ、高い周波数 112, 122での振幅レベルを示しているのが粗レ、点線 203に示すカーブである。このように低レ、周波数成分でのピークレベルと高い周波数成分でのピークレベルは、直流バイアス電圧によってその変化の仕方が変わってくる。

[0050] 従って、直流バイアス電圧を変えることによって周波数分布（スペクトル）を変え、ある場合には高い周波数成分を使い、ある場合には低い周波数成分を使うと、以下に示すように超音波像構築時に便禾 I」な場合がある。

[0051] 超音波振動子の開口の周縁部近傍の振動子エレメントから低周波の成分を出力し、開口の中心部近傍から高周波の成分を出力すると、深部は低周波で感度を維持し、近距離場は高周波で分解能を上げることができるので、全開口では、両者を合成した深部にまで良好な感度を持つ音場が得られる。

[0052] 図 4は本発明の第 1の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示している。

[0053] 図 4におレ、て、超音波プローブ装置は、静電容量型の超音波振動子を構成する振動子エレメント l-l〜l-_mと、送受信モードを選択可能な操作手段としてのキーボード 2と、送信と受信を切り替える電子スィッチ回路 3と、 m個の振動子エレメントをそれぞれ駆動する駆動信号を生成する駆動回路 4-l〜4-mと、高周波パルス信号を入力して、 m個の振動子エレメントごとに時間遅延制御して時間差を与えた高周波パルス信号を生成する送信用ビームフォーマとして機能する送信用遅延回路 5_l〜5_mと、低電圧の直流バイアス電圧を調整可能に生成するためのバイアス調整器 6-l〜6-m と、低電圧の高周波パルス信号を発生して、前記送信用遅延回路 5-l〜5-mに供給するための波形発生器 7と、制御コードを送出可能なコントロール部 8と、受信信号（エコー信号）を増幅するアンプ (Amp) 9-l〜9-nと、異なった帯域特性の複数のフィルタ回路 10-l〜10_nからなる帯域処理部 10と、デジタル信号に変換するための A /D変換器 11-1〜： l l_nと、複数本の信号を 1本にまとめるビーム合成回路 12と、画像化するための画像構築手段としてのデジタルスキャンコンバータ（DSC) 13と、表示装置 (画像呈示手段）としてのモニタ 14と、帯域制御部 15と、を備えている。

[0054] 駆動回路 4-l〜4-mは、バイアス調整器 6-l〜6_m力も入力される低電圧の直流バィァス電圧に対して、送信用遅延回路 5-l〜5_mから入力される時間遅延制御された低電圧の高周波パルス信号を重畳することによって、低電圧の駆動信号を生成した後、これを増幅して、高電圧の駆動信号を生成し出力する機能を有している。ここで、低電圧とは 10V以下の低い電圧、高電圧とは 150〜200V程度の高い電圧を意味する。

[0055] キーボード 2、駆動回路 4-l〜4_m、送信用遅延回路 5-l〜5_m、バイアス調整器 6 -l〜6-m、波形発生器 7、コントロール部 8及び帯域制御部 15は、送信制御系を構成している。また、アンプ 9-l〜9-n、帯域処理部 10、 A/D変換器 11-1〜： l l-n、ビーム合成回路 12、デジタルスキャンコンバータ（DSC) 13及びモニタ 14は、受信制御系を構成している。

[0056] 符号 mと ηの関係については、振動子エレメントと送信制御系の回路では l〜m、受信制御系の回路では:!〜 nを用いており、 m≥nの関係があり、振動子エレメント 1-1 〜：! -mについて言えば、送信時は m個全て使用して送信し、受信時は m個のうちの n 個を使用して受信することになる。従って、送信制御系の各回路では、送信時、 m個の回路が送信動作に関わり、受信制御系の各回路では、受信時、 n個の回路が受信動作に関わることになる。

[0057] 静電容量型の超音波振動子のアレイは、振動子エレメント 1-1〜：! _mからなる超音波振動子の開口における振動子エレメントのアレイでも、開口における周辺部と中心部のそれぞれの振動子エレメントのアレイであってもよい。電子スィッチ回路 3は送信と受信を切り替えるのに必要とされる。駆動回路 4-l〜4-mは直流バイアス電圧を高周波パルス信号に加えた高電圧の駆動パルス信号を、駆動回路 4_l〜4_mと同数の振動子エレメントに供給する。なお、電子スィッチ回路 3は、送信の場合は m個の振動子エレメントを選択して _m個の駆動回路 4-l〜4-mからの駆動パルス信号を入力し、受信の場合は n個の振動子エレメントを選択して、 n個の振動子エレメントからの受信信号を出力する。

[0058] 送信用遅延回路 5-l〜5-mは例えばある対象物の一点を観察したいときに超音波ビームをそこに集束させる手段であって、送信用のビームフォーミングに相当するものである。受信用のビームフォーミングとしては、ビーム合成回路 12を使用している。

[0059] バイアス調整器 6-l〜6-mは低電圧の直流バイアス電圧を調整可能に生成し、波形発生器 7は低電圧の高周波パルス信号を発生する回路である。波形発生器 7とバィァス調整器 ₆-₁〜6-_mと送信用遅延回路 ^〜 —!!!では低電圧信号が使われ、駆動回路 4-l〜4-mの内部では前段からの低電圧信号を受け、ノくィァス調整器 6-1〜 6-mからの直流バイアス電圧と送信用遅延回路 5-l〜5_mからの高周波ノ^レス信号とを低電圧の状態で加算し、この加算信号を増幅して高電圧信号として出力する。

[0060] 前述したように直流バイアス電圧を変えることによって超音波の周波数スペクトルを変えることができるので、まず、バイアス調整器 6-l〜6-mで直流バイアス電圧を設定して具体的にスペクトルを作成し、そのスペクトルに合わせて受信時にそのスペクトルに対応させたフィルタリングをする。例えば、直流バイアス電圧を高めに設定して高周波成分の信号を抽出しようとするときには、帯域処理部 10を構成するフィルタ回路は受信信号の高周波領域を捉えるハイパスフィルタ（HPF)を選択し、直流バイアス電圧を低めに設定して低周波成分の信号を抽出しようとするときには、帯域処理部 1 0を構成するフィルタ回路は受信信号の低周波領域を捉えるローパスフィルタ（LPF) を選択する。このように直流バイアス電圧の高低と連動させて受信側の帯域処理部 1 0を構成するフィルタ回路の周波数通過帯域 (帯域特性という）を選択する。帯域処理部 10を構成する複数のフィルタ回路 10-1〜 10-nを通過した複数の信号はそれぞれ、 A/D変換器 11-1〜： l l-nで複数のデジタル信号に変換されて、ビーム合成回路 12に供給されて 1本化される。ビーム合成回路 12で 1本になった信号をデジタルスキャンコンバータ（DSC) 13で画像化してモニタ 14にて呈示、即ち表示する。

[0061] なお、図 4では、 AZD変換器 11-1〜： l l-nが帯域処理部 10の後段に配設されている力 A/D変換器の位置は帯域処理部 10の後段でなくてもよい。例えば、アンプ

9- 1〜9-ηの後段に A/D変換器 11-1〜： l l-nを配設し、帯域処理部 10を構成する複数のフィルタ回路 10-1〜： 10_nを η個のデジタルフィルタ回路で構成してもよい。

[0062] 帯域処理部 10は、受信する振動子エレメント数に相当する数の η個のフィルタ回路

10- 1〜10_ηを備えていて、そのうちの 1つのフィルタ回路、例えばフィルタ回路 10-η は図 5に示すように構成されている。

[0063] 図 5に示すフィルタ回路 10-ηは、異なった通過周波数帯域の 3種のフィルタ 17_1, 17-2, 17-3と、これらの 3種のフィルタ 17-1, 17-2, 17-3の入力側，出力側にそれぞれ設けられて、 3種のフィルタ 17-1, 17-2, 17-3のうちの 1種のフィルタを選択するためのマルチプレクサ 16-1, 16-2とで構成されている。 2つのマルチプレクサ 16-1 , 16-2は、帯域制御部 15からの制御コード信号にて 3種のフィルタ 17-1, 17-2, 17 -3の中から同時に同じフィルタの入出力を選択するように制御される。 3種のフィルタ 17-1, 17-2, 17-3の周波数帯域は、低域通過用 LPFであったり、高域通過用 HPF であったり、或いは低域と高域の中間の帯域通過用 BPFであったりする。フィルタ回路 10-ηには、振動子エレメント 1-ηに対応したアンプ 9-ηからの信号がマルチプレクサ 16-1に入力し、 3種のフィルタ 17-1， 17-2, 17-3のうち、帯域制御部 15からの制御コード信号にて選択された何れかのフィルタを通しかつマルチプレクサ 16-2を通して後段の AZD変換器 11- ηに出力される。フィルタ回路 10-1〜： 10- η-1についても同様である。

[0064] 本発明による第 1の実施例の作用について、図 1〜図 5を参照して説明する。

[0065] 操作者が、キーボード 2から超音波を送受信するモードを選択することにより、コントロール部 8へ送受信モード情報を送出する。コントロール部 8では、上述した送受信モード情報を帯域制御部 15へ制御コードとして送出する。帯域制御部 15では、バイァス調整器 6-l〜6_mへは上述した制御コードに対応した直流バイアス信号の電圧値を選択する選択信号を、受信部の帯域処理部 10のフィルタ回路 10-1〜： ίθ-ηへは上述した制御コードに対応したフィルタを選択する選択信号を送出する。

[0066] ここで、送受信モードの選択について説明する。静電容量型の超音波振動子では、図 1及び図 2で述べたように直流バイアス電圧を調整することで、送信パルスの帯域を変化させることができる。図 1 Αに示すように送信信号に低レ、バイアスを印加した場合、低周波領域にピークをもつ超音波が送信できる。前述のバイアス電圧を高くすることで、図 1Bに示すように高域成分を含む超音波が送信できる。さらにバイアス電圧を上げていくと、図 1Cに示すように広帯域の特性をもつ超音波が送信できる。

[0067] 送信用高周波パルス信号に印加したバイアス電圧の変化による送信超音波波形の帯域の変化を利用して、観察対象部位に応じた超音波信号の送信を行う。

[0068] 例えば、比較的深部に位置する部位を観察するには、図 4のバイアス調整器 6-1〜

6-mのバイアス電圧を図 1 Aの送信帯域となるように設定し、図 4の帯域処理部 10では低域でのピークを含むようなフィルタを選択する。また、分解能を優先にするモードでは、図 4のバイアス調整器 6-l〜6-mのバイアス電圧を図 1Bの送信帯域となるように設定し、図 4の帯域処理部 10では広帯域の特性をもつフィルタを選択する。そして、ハーモニックに代表される高調波を捉える場合は、バイアス調整器 6-l〜6-mのバィァス電圧を図 1Cの送信帯域となるように設定し、図 4の帯域処理部 10では高域側の成分のみ抽出できる帯域をもつフィルタを選択する。なお、ここでは、同一音線を 1 回の送信で処理することのみを説明しているが、同一音線を複数回送信するモードにおいて、送信毎に上述した図 4のバイアス調整器 6_l〜6_mの電圧設定と図 4の帯域処理部 10の帯域特性選択を逐次的に切り換えて (変更して)もよい。例えば、同一音線の 1回目の送信は図 1 Aの帯域で行い、 2回目の送信は図 1Bの帯域で行い、得られた受信データを差分することで、高調波のみを取り出すこともできる。これらの動作では、送信ごとに得られる受信データを一時的に格納するための記憶手段としてのバッファメモリが必要となる。

[0069] これらの作用をなすため、図 5のフィルタ回路 10-nでは、上述した図 4の帯域制御部 15から送出された制御コードより、マルチプレクサ（MUX) 16-1及びマルチプレクサ（MUX) 16-2でフィルタ群 17-1〜： 17-3のレ、ずれかのフィルタを選択する。

[0070] 再び、図 4の説明に戻る。キーボード 2より、送受信開始を指示されることにより、コントロール部 8より送信トリガ信号が波形発生器 7に送られ、波形発生器 7より送信信号（高周波パルス信号）が出力され、バイアス調整器 6_l〜6_mにおいて、上述した帯域制御部 15により設定されたバイアス電圧を送信信号に印加し、バイアス電圧を調整された送信信号は送信用遅延回路 5_l〜5_mにおいて、被検体の任意の焦点を形成するように送信信号に遅延をかけ、駆動回路 4-l〜4-mで増幅され、電子スィツチ回路 3により駆動する振動子エレメントを切り換えて、例えば振動子エレメント 1-1 〜：! -mから被検体内へ超音波が放射される。放射され対象物体から反射された超音波は、振動子エレメント l_l〜l_nより受信され、電子スィッチ回路 3により受信制御系へ切り換えられ、アンプ 9_l〜9_nで増幅され、帯域処理部 10のフィルタ回路 10_1〜 10-nに入り、設定された帯域のフィルタを通して、 A/D変換器 11-1〜： l l-nにてデイジタル信号に変換され、ビーム合成回路 12において、ビーム合成され、 DSC13にて画像信号変換して画像を構築し、構築された画像をモニタ 14に表示する。

[0071] 図 4の第 1の実施例では、バイアス調整器（6-l〜6-m)と帯域処理部 10の組み合わせで、バイアス調整器 6-l〜6-mが低電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部 10は LPFが動作する様に帯域制御部 15からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の周縁部（=開口の周縁部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スィッチ回路 3で選択され、受信信号も開口の周縁部からの送受信号 (低周波成分)を扱うことになる。この信号は深部に届く高深達度診断画像信号を提供する。

[0072] 一方、ノィァス調整器（6_l〜6_m)が高電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部 10は HPFが動作する様に帯域制御部 15からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の中心部（=開口の中心部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スィッチ回路 3で選択され、受信信号も開口の中心部からの送受信号 (高周波成分)を扱うことになる。この信号は深部に届かないが、近距離部で高分解能診断画像を提供する。 [0073] 図 6は上記駆動回路 4-l〜4-mから静電容量型超音波振動子に印加される駆動パノレス信号の波形図を示している。

[0074] 駆動回路 4-l〜4-mにおける直流バイアス電圧発生手段は、直流バイアス成分 Vbi asを一定の周期で所定のパルス幅を有した実効電圧の小さな直流パルス信号 19として生成し、この信号 19のパルス幅期間内に本来の高周波パルス信号 20をバースト波として重畳させる。 trfは高周波パルス信号期間を示している。このように、駆動回路 4-l〜4-mはそれぞれ、高周波パルス信号 20に、直流バイアス成分 Vbiasを持つた一定周期の直流パルス信号 19を重畳させた駆動パルス信号を生成して、静電容量型超音波振動子に印加し、それによつて超音波を送信及び受信する。この場合、直流バイアス電圧発生手段は、直流バイアス電圧成分 Vbiasを持った直流ノ^レス信号 19を一定の周期で発生し、直流パルス信号 19のパルス発生のタイミング、パルス幅、及びパルス電圧 Vbiasを制御する機能を備えていてもよい。

[0075] このように、直流バイアス成分 Vbiasを調整することにより、図 1A〜図 1C及び図 2に示すような直流バイアス電圧に依存した振幅特性、スペクトル特性、低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を得ることができる。

[0076] さらに、直流パルス信号 19の立ち上がり部 21、立ち下がり部 22を鈍らせてなだら力な傾斜にすることにより、急峻に高電圧が超音波振動子に加わるのを防ぐことにより、静電容量型の振動子が劣化して、振動子としての寿命が短くなるのを防ぐことができる。より具体的には、直流直流パルス信号が、立ち上がり部 21、立ち下がり部 22 に於いて、ガウス関数または COS関数状の曲線を描くことにより、すそ引きを持ったなだらかな傾斜にすることができる。

なお、図 4では、単に開口の中心部、周縁部に対応して高周波成分、低周波成分という様に、個別に超音波診断像を描出するものである。これに対して、次に、開口の中心部、周縁部に対応した高周波成分、低周波成分の両信号を合成することによつて全領域 (全開口）で診断しやすレ、超音波診断像が得られるようにした実施例について説明する。

[0077] <第 2の実施例 >

図 7は本発明の第 2の実施例に係る、超音波プローブ装置の構成を示している。 [0078] 図 7において、図 4と異なる点は、ビーム合成回路 12の前段にメモリ回路 18を設けたことである。その他の構成は図 4と同様である。

[0079] メモリ回路 18を設けたのは、開口の中心部、周縁部に対応した高周波成分、低周波成分が時間間隔をおいて検出されると、例えば先に高周波成分を抽出したときにはそれを予めメモリ回路 18に記憶しておいて後で低周波成分がきたときに両成分を合成して合成信号をビーム合成回路 12に供給する。時間的に先行した信号と後続した信号を時間的に一致させて連結させるための手段としてメモリ回路 18を設けている。つまり、高周波成分の信号をまず受信してメモリ回路 18に入れ記憶しておいて後続する低周波成分の信号がきたときに同時に両信号を一組の信号として取り扱つてビームフォーミングをかける。

[0080] 図 7の第 2の実施例では、図 4の第 1の実施例と同様に、バイアス調整器（6_1〜6_ m)と帯域処理部 10の組み合わせで、バイアス調整器 6-l〜6-mが低電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部 10は LPFが動作する様に帯域制御部 15からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の周縁部（=開口の周縁部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スィッチ回路 3で選択され、受信信号も開口の周縁部からの送受信号 (低周波成分）を扱うことになる。この信号は深部に届く高深達度診断画像信号を提供する。

[0081] 一方、バイアス調整器（6-l〜6-m)が高電圧バイアスを指示している時は、帯域処理部 10は HPFが動作する様に帯域制御部 15からの指示でフィルタ選択され、この設定ではアレイ振動子の配列の中心部（=開口の中心部）の振動子に駆動電圧が印加される様に電子スィッチ回路 3で選択され、受信信号も開口の中心部からの送受信号 (高周波成分)を扱うことになる。この信号は深部に届かないが、近距離部で高分解能診断画像を提供する。

[0082] そして、本第 2の実施例の特徴は、上記の開口の中心部、周縁部に対応した高周波成分、低周波成分の両信号をメモリ回路 18を用レ、て合成することによって全領域 ( 全開口）で診断しやすい超音波診断像が得られる点にある。これは、前述したように、合成時に先行する受信信号を一時的にメモリ回路 18に記憶することによって可能としている。 [0083] 従って、本第 2の実施例によれば、次のように表現することができる。バイアス調整手段の電圧設定と、帯域処理手段の帯域特性選択とを逐次的に変更し、その変更ごとに得られた超音波受信データを一時的に記憶手段に格納し、それらを合成手段にて合成した上で、画像構築手段で超音波診断画像信号を構築することができる。

[0084] 尚、以上述べた第 1，第 2の実施例では、図 6に示したような直流パルス信号 19のパルス幅内に、駆動ノ^レス信号として高周波パルス信号 20のバースト波を重畳した駆動信号を使用しているが、そのようなバースト波に代えて図 8に示すように直流パノレス信号 19にスパイク波 23を重畳させて駆動パルス信号としてもよレ、。図 8のような駆動パルス信号を用いた場合にも、直流バイアス成分 Vbiasを調整することにより、図 1A〜図 1C及び図 2に示すような直流バイアス電圧に依存した振幅特性、スペクトル特性、低周波成分及び高周波成分の各ピークでの振幅特性を得ることができる。

[0085] また、直流パルス信号に高周波信号が重畳した信号は、図 9に示すように高周波信号が櫛状の矩形波 24でも良レ、。

[0086] 以上述べた第 1の実施例の図 4の回路、及び第 2の実施例の図 7の回路で、前述した高調波抽出技術を用いたハーモニックイメージング診断像を得たい場合には、図 4 又は図 7のビーム合成回路 12の後段に、超音波の基本波（先行パルス）とこれを一定時間間隔をおき極性反転した反転波（後続ノ^レス）とで 1組の基本波ダブルパルスを生成して診断対象物に送信し、該診断対象物で反射して戻ってくるダブルパルスの超音波エコー信号を受信し、その受信信号に含まれる第 2高調波成分だけを基本波成分力分離抽出するために、メモリ回路を使うが、この第 2高調波抽出のために用いるメモリ回路は、図 4又は図 7におけるビーム合成回路 12の後段に配設することが望ましい。すなわち、ハーモニックイメージング診断技術を用いたい場合には、図 4 又は図 7のビーム合成回路 12の後段にメモリ回路を配置して、受信したダブルパノレスの超音波エコー信号における先行パルスを一時的にメモリ回路に記憶し、後続パノレスが来たときに記憶した先行パルスに加算することで基本波成分を消去して第 2高調波成分を倍加して取り出すことができる。

[0087] <第 3の実施例 >

図 10は本発明の第 3の実施例の超音波プローブ装置に適用される超音波振動子の断面図を示している。

[0088] 図 10において、複数（図では 2つ）の振動子セル 31で 1つの振動子エレメント 32が構成されており、この振動子エレメント 32がシリコン基板 33の上に横方向及び奥行き方向に 2次元的に集積された形となっている。

[0089] まず、シリコン基板 33があって、その上にセル毎に下部電極 34が形成され、さらにその上に空気又は真空の空洞部であるキヤビティ 35が形成され、その上にメンブレン 36と呼ばれる振動する膜が支柱部 37にて支持されるようにして形成され、さらにそのメンブレン 36の上に上部電極 38が形成されている。支柱部 37はシリコン或いはシリコンの窒化物を材料として形成されている。超音波が出る側の上部電極 38は接地されており、シリコン基板 33及び支柱部 37の例えば中央部にはエレメント毎に上部電極 38からシリコン基板 33の背面側の電極 40に貫通して両電極間を導通させる導電性のコネクトホール 39が設けられている。なお、図示していないが、シリコン基板 3 3は導電率が非常に高いので、コネクトホール 39を形成する当たっては導電膜を形成する前に予め絶縁処理して絶縁領域を形成した上で導電性のコネクトホール 39が形成される。

[0090] 一方、下部電極 34には図示しない電極端子から信号が入出力される。即ち、上部電極 38はエレメント単位で接地され、下部電極 34に対する信号の入出力もエレメント単位で行うようになっている。なお、隣接するエレメント間は互いに絶縁された構造となっている。

[0091] 超音波振動子の使い方には、 2通りある。即ち、図 11に示すように、送信用静電容量型超音波振動子 411と受信用静電容量型超音波振動子 412が別体になっている送受信分離型の構成と、図 12に示すように、 1つの送受兼用静電容量型超音波振動子 423を送受切替えスィッチ 424にて送信時と受信時とで切り替えて送信及び受信する送受信兼用型の構成とがある。

[0092] 図 11の送受信分離型の超音波振動子において、符号 411は送信用静電容量型超音波振動子、 412は受信用静電容量型超音波振動子、 413は送信用直流バイァス電源、 414は受信用直流バイアス電源、 401 , 402は直流阻止コンデンサ、 415は送信用高周波パルス信号、 416は受信パルスエコー信号、 417は送信駆動入力端子、 418はパルスエコー信号出力端子、 419は送信超音波、 420はパルスエコー信号、 421は生体組織、 422は異常組織を、それぞれ示している。

[0093] 送信駆動入力端子 417より入力した送信用高周波パルス信号 415は直流阻止コンデンサ 401で高周波成分のみとなつて、送信用直流バイアス電源 413からの直流バィァス電圧と重畳され、駆動パルス信号として送信用静電容量型超音波振動子 411 に印加される。この駆動パルス信号印加によって、送信用静電容量型超音波振動子 411から超音波 419が送信され、診断対象である例えば生体組織 421の異常組織 4 22に到達すると、該組織で反射し、パルスエコー信号 420となって戻り、受信用静電容量型超音波振動子 412に受信される。受信用静電容量型超音波振動子 412は、少なくともパルスエコー信号 420を受信するタイミングで、受信用直流バイアス電源 4 14からの直流バイアス電圧によって受信可能状態とされており、パルスエコー信号 4 20によって静電容量が変化することで、受信用静電容量型超音波振動子 412はパノレスエコー信号を電気信号として出力する。そして、直流阻止コンデンサ 402で高周波の電気信号の交流成分のみがパルスエコー信号出力端子 418から出力される。上記の動作では、送信超音波 419が送信される生体組織 421の位置を変えながらパルスエコー信号 420を受信することによって、生体組織 421の反射位置の状態によってパルスエコー信号 420の強弱が変化することで異常組織 422として確認することが可能となる。

[0094] また、図 12の送受信兼用型の超音波振動子において、符号 413は送信用直流バィァス電源、 414は受信用直流バイアス電源、 401, 402は直流阻止コンデンサ、 41 5は送信用高周波ノ^レス信号、 416は受信パルスエコー信号、 417は送信駆動入力端子、 418はパルスエコー信号出力端子、 423は送受兼用静電容量型超音波振動子、 424は送受切り替えスィッチを、それぞれ示している。

[0095] 図 12の場合は、送受兼用静電容量型超音波振動子 423に対して、送信用高周波パルス信号 415と送信用直流バイアス電源 413からの直流バイアス電圧とを重畳した駆動パルス信号を印加する送信時のタイミングと、受信用直流バイアス電源 414から受信用直流バイアス電圧を印加する受信時のタイミングとを、送受切り替えスィッチ 424によって切り替えることによって、 1つの静電容量型超音波振動子 423を送信時と受信時とで兼用して、送受信を行なうものである。

[0096] どちらのタイプの超音波振動子でも、基本的には、送信用直流バイアス電圧と受信用直流バイアス電圧が必要とされるが、本出願人は受信用直流バイアス電源を無くし受信時の直流バイアス電圧がなくても受信可能てあることを実験的に確認している

[0097] 図 13は本発明の第 3の実施例における、送信時における超音波振動子駆動信号の波形の一例を示すものである。直流バイアス電圧を供給する手段は、直流バイアスの実効電圧を少なくするために、一定の周期 trepeatの期間ごとに一定振幅の直流バイアス成分 Vbiasを有しかつ所定のパルス幅 tbiasを有した直流パルス信号 151を直流バイアス振幅として生成する。そして、この直流パルス信号 151のパルス幅期間内に本来の高周波パルス信号 161を重畳させる。符号 trfは直流パルス信号のパルス幅 tbiasの期間内に重畳される高周波パルス信号期間を示している。このように、送信時は、高周波パルス信号 161に対して、直流バイアス成分 Vbiasを持った一定周期の直流ノ^レス信号 151を重畳させて駆動パルス信号を生成して、静電容量型超音波振動子に印加し、それによつて超音波を発生して生体組織に送信する。

[0098] このとき、直流バイアス電圧を供給する手段、即ち、直流バイアス電源手段は、直流バイアス電圧成分 Vbiasを持った直流パルス信号 151を一定周期 trepeatで出力する機能を備えると共に、直流パルス信号 151のパルス発生のタイミング、パルス幅 tbias 、及びパルス電圧 Vbiasを制御する機能を備えてレ、る。

[0099] なお、受信時に必要とされる直流バイアス電圧についても、受信時のタイミングに合わせて、直流バイアス成分 Vbiasを一定の周期 trepeatの期間こどにパルス幅 tbiasを有した直流パルス信号 151として生成して静電容量型超音波振動子に印加することで、受信をおこなえばよい。受信時は高周波パルス信号の重畳は不要である。

[0100] 図 14は、送受信兼用タイプの静電容量型超音波振動子アレイを用いて構成される、超音波プローブ装置のブロック図を示している。なお、図 14では、受信側の直流バィァス電圧を無くした構成を示している。これは、静電容量型超音波振動子について、本出願人は受信用直流バイアス電源を無くし受信時の直流バイアス電圧がなくても受信可能てあることを実験的に確認している。 [0101] 図 14において、符号 47は複数の送受信兼用タイプの静電容量型超音波振動子ェレメント 45を並べて構成される静電容量型超音波振動子アレイであり、各静電容量型超音波振動子エレメント 45については、片側の端子は接地され、もう一方の片側の端子は、送受切り替えスィッチアレイ 46を構成する各送受切り替え回路 56の振動子端子 aに接続している。送受切り替え回路 56は、静電容量型超音波振動子エレメント 45に接続する振動子端子 aと、送信側回路に接続する送信側端子 bと、受信側回路に接続する受信側端子 cとを備えて構成されている。符号 63はグランド (GND) を示す。

[0102] 静電容量型超音波振動子エレメント 45は、例えば、超音波ビームを体腔内揷入軸の回りに走查するラジアル走查型のアレイ型振動子である。送受切り替えスィッチァレイ 46を構成する複数の送受切り替え回路 56は、送受切り替え制御信号 59によつて送受信が切り替えられる。

[0103] 符号 48は送信ビームフォーマ、 49は複数の駆動信号発生器を並べて構成される駆動回路アレイ、 50は直流バイアス電圧を供給する手段である送信用直流バイアス発生回路、 51は高周波パルス発生回路である。

[0104] 高周波パルス発生回路 51は、 10V以下の低い振幅レベルを有する高周波パルス信号を生成する機能を有する。この高周波パルス信号は周波数が lkHz〜 10kHz であり、マイクロプロセッサなどで構成される制御回路 93の制御に基づいて周波数，パルス幅及び繰り返し時間の情報を持って生成されている。

[0105] 送信ビームフォーマ 48は、静電容量型超音波振動子アレイ 47を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント 45にそれぞれ対応する複数の遅延回路で構成され、高周波パルス発生回路 51からの高周波パルス信号を入力し、該高周波パルス信号を基に前記制御回路 93の制御によって前記複数の遅延回路ごとの時間差、即ち遅延時間を有した高周波パルス信号を生成して各振動子エレメント対応の各チヤンネルに出力する。

[0106] 送信ビームフォーマ 48で各超音波振動子エレメントへの遅延時間設定を行なうが、この遅延時間設定によって焦点位置をセクタ状に走査したり焦点位置を遠近方向に変化することが可能となる。 [0107] 直流バイアス発生回路 50は、一定の周期ごとに 10V以下の低い電圧レベルを有する所定のパルス幅を備えた直流パルス信号を生成する機能を有する。直流バイァス発生回路 50は、制御回路 93の制御に基づいて、送信ビームフォーマ 48を構成する各遅延回路から出力される各高周波パルス信号の遅延のタイミングに合った遅延タイミングで直流バイアス信号、即ち直流パルス信号を生成して、駆動回路アレイ 49 に供給する。すなわち、直流バイアス発生回路 50からは、駆動回路アレイ 49を構成する振動子エレメントの数に対応した複数の駆動信号発生回路に対応して図示しない複数の出力線が出ており、送信高周波パルス信号の遅延タイミングに合った遅延直流パルス信号が順次生成されて、複数の駆動信号発生回路に供給されるようになつている。

[0108] 駆動回路アレイ 49は、複数の駆動信号発生回路で構成され、各駆動信号発生回路は、直流バイアス発生回路 50からの各チャンネルに合った遅延を持った低電圧の直流パルス信号と送信ビームフォーマ 48の各遅延回路から出力される低電圧の高周波パルス信号とを加算して低電圧の駆動パルス信号を生成した後、該駆動パルス信号を増幅して 150V〜200Vの高電圧の超音波振動子エレメント駆動用の駆動パノレス信号を生成して、送受切り替えスィッチアレイ 46の各送受切り替え回路 56の送信側端子 bに供給するようになってレ、る。

[0109] 送受切り替えスィッチアレイ 46の各送受切り替え回路 56は、送信時に駆動回路ァレイ 49の各駆動信号発生回路からの駆動パルス信号を入力する送信側端子 bと、受信時に静電容量型超音波振動子アレイ 47の各静電容量型超音波振動子エレメント 45からのパルスエコー信号を出力する受信側端子 cと、送信時又は受信時に送信側端子 b又は受信側端子 cに切り替えられたときに、静電容量型超音波振動子アレイ 4 7の各静電容量型超音波振動子エレメント 45に対する信号の入力又は出力を行なうための共通端子 aと、を備えている。

[0110] 送受切り替えスィッチアレイ 46を構成する複数の送受切り替え回路 56はそれぞれ静電容量型超音波振動子アレイ 47を構成する複数の静電容量型超音波振動子ェレメント 45に一対一に対応している。複数の送受切り替え回路 56でそれぞれの送信タイミングになっているときにそれぞれに対応した静電容量型超音波振動子エレメント 45に超音波振動子エレメント駆動用の前記高電圧の駆動パルス信号を送って、超音波を発生させる。

[0111] 静電容量型超音波振動子アレイ 47の各静電容量型超音波振動子エレメント 45から送信された超音波に対して生体組織からエコー信号が戻ってくる。そのエコー信号を受信タイミングに従って超音波振動子アレイ 47の各超音波振動子エレメント 45で受信して、チャージアンプアレイ 52を構成する各チャージアンプに送り、前置増幅する。

[0112] このチャージアンプアレイ 52は、チャージアンプ前段の高インピーダンスの静電容量型超音波振動子エレメント 45とチャージアンプ後段の低インピーダンスの回路系とをインピーダンスマッチングするためのインピーダンス変換機能と、静電容量型超音波振動子エレメント 45からの微小信号を電圧増幅する増幅機能とを有するものである。すなわち、静電容量型超音波振動子エレメント 45は非常に高い出力インピーダンスを有しているので、その振動子エレメントエコー出力信号を、入力インピーダンスの高いプリアンプとして動作するチャージアンプアレイ 52の各チャージアンプに送つて増幅する。また、エコー信号として戻ってくる超音波信号は非常の微弱であり、静電容量型超音波振動子エレメント 45からの出力エコー信号も電圧に変換した場合、 0. 5V〜0. 0051位の小さなものであり、例えば 100〜1000倍に電圧増幅することが必要となる。

[0113] チャージアンプアレイ 52の出力信号は、フィルタアレイ 53に送られ、高周波ノイズを含む各種のノイズ成分が除去された後、 A/D変換器 54に送られてデジタル信号に変換され、次段の受信ビームフォーマ 55に送られる。受信ビームフォーマ 55はデジタル的にビームフォーミングするデジタルビームフォーマで構成されている。

[0114] 図 14では、複数の静電容量型超音波振動子エレメント 45が並んだ静電容量型超音波振動子アレイ 47を使用しているので、多数の超音波振動子エレメント 45で個別のエコー信号が受信できるが、それら受信した多数のエコー信号を一まとめにするために受信ビームフォーマ 55を用いてレ、る。

[0115] ビームフォーミングについては、送信側でも送信ビームフォーマ 48があり、遅延時間制御信号によって遅延時間を適宜に制御してやると、その遅延時間に相当して生体組織内での超音波の焦点距離を決めることができる。

[0116] 受信ビームフォーマ 55は、静電容量型超音波振動子アレイ 47を構成する複数の静電容量型超音波振動子エレメント 45にそれぞれ対応する複数の遅延回路で構成され、各振動子エレメントに対する遅延時間設定が行なわれ、この遅延時間設定によつて目的とする焦点距離力の超音波を受信することができる。

[0117] 受信ビームフォーマ 55では、目的とする焦点距離からの超音波を各振動子エレメントで受信した後にそれぞれの遅延回路で位相を合わせて一まとめにする。

[0118] 受信ビームフォーマ 55でビームフォーミングすると、一まとめの受信信号 42となつて出力される。

[0119] 受信ビームフォーマ 55からの受信信号 42は、高調波信号処理回路としての位相反転合成回路 97に入力される。位相反転合成回路 97は、後述の図 16で説明する第 2高調波抽出技術を用いて、受信信号中の第 2高調波信号を抽出し、ハーモニックイメージング診断用の信号を生成する。

[0120] なお、静電容量型超音波振動子エレメント 45から生体組織に対して送信する超音波パルス信号は周波数 f0の基本波のみから成る信号であるが、基本波 f0が生体組織を伝播するときに、生体組織の非線形性によって高調波を発生する。この高調波が反射信号であるエコー信号の中に入って戻り、静電容量型超音波振動子エレメント 45で受信される。反射されるエコー信号の中から、位相反転合成回路 97にて第 2 高調波信号を抽出することになる。

[0121] そして、デジタルスキャンコンバータ 98では、ハーモニックイメージング診断用の信号を使って映像化しモニタ 99に表示することで、超音波診断を行うことができる。

[0122] 制御回路 93は、高周波パルス発生回路 51の高周波パルス発生制御、直流バイァス発生回路 50,送信ビームフォーマ 48及び受信ビームフォーマ 55の遅延制御、駆動回路アレイ 49,チャージアンプアレイ 52,フィルタアレイ 53,位相反転合成回路 9 7,デジタルスキャンコンバータ 98の制御のほかに、送受切り替え制御信号 59にて、送受切り替えスィッチアレイ 46を構成する複数の送受切り替え回路 56における送信用振動子エレメント及び受信用振動子エレメントの選択制御をも行なう。

[0123] 次に、図 15を参照して図 14の静電容量型超音波振動子アレイの動作を説明する [0124] 図 15の上段は、駆動回路アレイ 49を制御するために、制御回路 93で生成される制御パルス信号 65の波形を示している。図 15の下段は駆動回路アレイ 49の各駆動信号発生回路で生成される、低電圧の超音波振動子エレメント駆動パルス信号 66の波形を示している。

[0125] 図 15の上段の制御パルス信号 65の制御によって、駆動回路アレイ 49の各駆動信号発生回路では、直流バイアス発生回路 50からの各送信チャンネルに対応した遅延を持った低電圧の直流パルス信号と送信ビームフォーマ 48の各遅延回路から出力される低電圧の高周波パルス信号とを加算して図 15の下段に示す低電圧の駆動パルス信号 66を生成した後、該駆動パルス信号 66を増幅して高電圧の超音波振動子エレメント駆動用の駆動ノ^レス信号 67を生成して、送受切り替えスィッチアレイ 46 の各送受切り替え回路 56の送信側端子 bに供給する。

[0126] 図 15の上段で、符号 381は +直流バイアス起動タイミングノ^レス、 382は高周波信号発生タイミングパルス、 383は +直流バイアス停止タイミングパルス、 384は一直流バイアス起動タイミングパルス、 385は高周波信号発生タイミングパルス、 386は—直流バイアス停止タイミングパルス、 Vrfは高周波パルス信号発生期間 trf¾r指定するための高周波パルス信号電圧、 Vdc+は +直流バイアス起動/停止パルス電圧、 Vdc- は直流バイアス起動/停止ノ^レス電圧、をそれぞれ示してレ、る。

[0127] 図 15の下段で、符号 151は +直流パルス信号、 152は一直流パルス信号、 161 , 162は高周波ノ^レス信号、 trfは高周波パルス信号発生期間、 tbiasは直流バイアス信号発生期間、 Vdc+は +直流バイアス起動/停止パルス電圧、 Vdc-は一直流バイァス起動/停止パルス電圧、 Vbias+は +直流バイアス電圧、 Vbias-は—直流バイアス電圧、をそれぞれ示している。

[0128] 図 15の上段に示す制御パルス信号 65における正電圧パルス 382， 385のノノレス幅 trfは図 15の下段の高周波パルス信号 161 , 162を出力している期間を指定するものである。図 15の上段の負電圧パルス 381 , 383は図 15の下段の正の直流バイァス電圧 Vbias+の印加開始と停止のタイミングを指定し、図 15の上段の負電圧パルス 384, 386は図 15の下段の負の直流バイアス電圧 Vbias-の印加開始と停止のタイミンク、、を旨定するものであり、これらの負電圧ノ、。ノレス 381 , 383, 384, 386ίま高周波信号出力期間に対応したパルス 382, 385とはパルス極性を逆にしてある。また、図 15の上段における電圧値の大きさの差異 (Vdc+と Vdc_)によって、図 15の下段に示す直流バイアス電圧 Vbias+, Vbias-の極性の違レ、を指定してレ、る。

[0129] 図 15の下段の信号波形で駆動すると位相の反転した超音波信号が送信される。

パルスの最初のピークを見ると、先行したパルスでは、 Vbias+ +Vop ( =振幅の最大値）となり、後続ノ^レスでは Vbias- +Vop ( =振幅の最小値）となり位相が反転することになる。ただし、 Vopは高周波パルス信号 161 , 162の振幅を表している。

[0130] 駆動回路アレイ 49の各駆動信号発生回路は、直流パルス信号 151 , 152に高周波パルス信号 161 , 162を重畳した駆動パルス信号 66を生成する機能を有しており、一方の極性、例えば正極性の直流パルス信号 151に高周波パルス信号 161を重畳させた第 1の重畳パルス信号と、第 1の重畳パルス信号形成時に用いた直流パルス信号とは逆極性、例えば負極性の直流パルス信号 152に、第 1の重畳パルス信号形成時に用いた高周波ノ^レス信号 161と振幅，周波数及び極性が同じである同形の高周波ノ^レス信号 162を重畳させた第 2の重畳ノ^レス信号とが、所定の時間間隔で連なるように組み合わされたダブルパルス信号を生成し、超音波振動子エレメント駆動パルス信号 66として出力する。

[0131] 駆動回路アレイ 49の各駆動信号発生回路から各送受切り替え回路 56を通して各超音波振動子エレメント 45へ、図 15の下段に示すようなダブルパルス信号波形を持つた超音波振動子エレメント駆動パルス信号 66が印加されると、各超音波振動子ェレメント 45より出力される超音波信号は、前記ダブルパルス信号のうちの最初の高周波パルス信号に対応した超音波信号と後の高周波パルス信号に対応した超音波信号とでは、例えばモデル的に 2波数で示すと図 16の上段のパルス A， Bに示すように位相が反転した関係になる。そして、このように位相が反転したパルスを連結させたダブルパルス信号を生体組織に送信すると、生体組織の非線形性の影響で高調波が基本波超音波に重畳する。この場合、基本波の応答は 1次即ち 1乗、また第 2高調波は 2乗になる。 2乗とは、負の成分も正になることを意味する。基本波は 1乗だから正は正、負は負のままである。従って、各超音波振動子エレメント 45で受信される超音波信号の基本波は図 16の中段に示すように図 16の上段の送信超音波信号と同様になるが、受信超音波信号の第 2高調波成分は図 16の下段のように正の成分のみとなる。

[0132] 従って、受信側の回路系で、受信超音波信号におけるダブルパルスを構成するパルス Aとパルス Bの時間差 tdを 0にしてそれらの和をとると、基本波成分については正成分と負成分の加算によって基本波成分は無くなり、第 2の高調波成分については正成分と正成分の加算により第 2の高調波成分は倍加する。つまり、第 2の高調波成分だけ抽出できる。これが、静電容量型超音波振動子における、ハーモニックィメージング技術の高調波成分抽出技術である。このような高調波成分抽出技術によって、基本波成分の音圧に対し、 10〜20dB小さな音圧を持つ高調波成分を両者混在した受信信号力も分離抽出することができる。

[0133] 例えば、前述した位相反転合成回路 97において、時間差 tdを 0にする手段として、最初のノ^レス Aを一時的にメモリに保存し、後続するパルス Bが到達した時点で和をとる。この様に、一対の、位相が反転したパルスを連結させたダブルパルスを生体組織に印加し、基本波（厳密には奇数次すベて）の応答は 1次即ち 1乗、また第 2高調波（厳密には偶数次全て）は負の信号がなくなり、したがって位相を揃えて両パルスを加算すると基本波 (厳密には奇数次すベて)成分は消滅し、第 2高調波 (厳密には偶数次全て）のみが残る。

[0134] なお、実際の超音波診断では、高調波のほかに基本波も観察しなくてはならない。

基本波については、従来から行われている別の手段で抽出することになる。そして、最終的に両者の抽出画像を加算して超音波画像にする。

[0135] ところで、図 13又は図 15に示した直流バイアス信号である直流ノ^レス信号は、そのパルスの立ち上がり、立ち下がりが殆ど垂直である。このように急峻に高い直流バィァス電圧（100V位）を超音波振動子に印加したり印加しなかったりすると、静電容量型の振動子が劣化し易ぐ振動子としての寿命が短くなる可能性がある。

[0136] 一方、図 13又は図 15に示した高周波パルス信号についても、信号が持つ高周波成分が多くなると、駆動信号発生回路の負担が大きくなる可能性がある。

[0137] そこで、次に、これらの問題に対する対策を、図 17及び図 18にて説明する。 [0138] 図 17は静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の一の変形例を示すものである。直流パルス信号 151の立ち上がり部 155、立ち下がり部 156を鈍らせてなだらかな傾斜にすることにより、急峻に高電圧が超音波振動子に加わるのを防ぐようにしている。 Vbiasは直流バイアス成分を表し、 trfは高周波パルス信号期間を表している。

[0139] 図 18は静電容量型超音波振動子エレメント駆動信号波形の他の変形例を示すものである。図 17と同様に立ち上がり部 155、立ち下がり部 156をなだらかな傾斜にすることのほかに、高周波パルス信号 161を、窓関数 157が乗算されたバースト波に構成するものである。窓関数 157としては、ガウス、ハミング、ハユング、ブラックマンのいずれでも良い。

[0140] 窓関数を適用することにより、信号が持つ高周波成分がなくなり、駆動信号発生器内の高電圧出力アンプの負担が減り、駆動信号発生器 (パノレサ一）の負担が軽減される。また、時間軸サイドローブの発生を抑圧することができ、静電容量型超音波振動子の本来の広帯域特性を生かすことができ、高い分解能の超音波診断画像が得られることになる。

[0141] 以上述べた本発明の第 3の実施例によれば、静電容量型超音波振動子を用いて、動作実効電圧が低ぐ体腔内で使用でき、し力もハーモニックイメージング診断に利用できる超音波プローブ装置を実現することが可能となる。

[0142] <第 4の実施例 >

図 19は本発明の第 4の実施例の超音波診断装置の構成を示すブロック図を示している。本第 4の実施例は、第 3の実施例における図 14の超音波振動子アレイを用いた超音波プローブ装置 80と、その超音波プローブ装置からの出力信号を処理し超音波画像信号を生成し、表示装置に呈示する本体装置 90とで構成される。なお、超音波プローブ装置 80は、外形部分は保護シースで覆われている。

[0143] 超音波プローブ装置 80は、例えばマイクロマシン技術を用いてシリコン基板上に組み立てられたアレイ状の複数の静電容量型超音波振動子エレメント 45と、これにほぼ一体的に構成した駆動制御手段、及び、信号授受の為の信号伝達手段とを備えて構成されている。前記静電容量型超音波振動子エレメント 45は、例えば、超音波ビームを体腔内挿入軸の回りに走査するラジアル走査型のアレイ型振動子である。

[0144] 超音波プローブ装置 80は、複数の静電容量型超音波振動子エレメント 45から成る超音波振動子アレイ 47と、超音波振動子アレイ 47の各静電容量型超音波振動子ェレメント 45に対して超音波駆動信号を送信処理したり、又は各静電容量型超音波振動子エレメント 45から出力されるエコー信号を受信処理する駆動制御手段としての送受信処理部 91と、本体装置 90にある CPU93の動作指示信号に基づいて指示された所定の超音波振動子エレメント 45に対してパルス信号を伝送するための信号伝達手段としてのセレクタ 92とを備えている。

[0145] 送受信処理部 91は、送信遅延回路 131と、バイアス信号印加回路 132と、駆動信号発生回路 133と、送受信切替回路 134と、プリアンプ 135と、ビームフォーマ 136とを少なくとも備えている。

[0146] 本体装置 90は、超音波プローブ装置 80からの出力信号を信号処理し、画像信号を構築し、体腔内超音波診断画像を、表示装置であるモニタに表示する。

[0147] 本体装置 90は、 CPU93、トリガー信号発生回路 94、エコー信号処理回路 95、ドッブラー信号処理回路 96、高調波信号処理回路 97、超音波画像処理部 98を備えている。

[0148] 前記 CPU93は、この超音波診断装置に設けられている各種回路及び処理部に動作指示信号を出力したり、各種回路及び処理部からのフィードバック信号を受信して、各種制御を行う。

[0149] 前記トリガー信号発生回路 94は、各超音波振動子エレメント 45を駆動させる際の送波及び受波のタイミング信号である繰り返しのパルス信号を出力する。

[0150] 前記エコー信号処理回路 95は、各超音波振動子エレメント 45から出力される超音波から生体内の臓器及びその境界などで反射し、前記超音波振動子エレメント 45に戻ってきて受信された受信ビーム信号を基に可視像の Bモード画像データを生成する。

[0151] 前記ドップラー信号処理回路 96は、前記超音波振動子エレメント 45から出力される受信ビーム信号からドップラー効果を利用して組織の移動成分、すなわち血流成分を抽出し、超音波断層像内における血流の位置を着色するためのカラーデータを生成する。

[0152] 前記高調波信号処理回路 97は、前述（図 14)の位相反転合成回路 97と同じ機能を有するもので、各超音波振動子エレメント 45から出力される受信ビーム信号から第 2高調波周波数 (又は第 3高調波周波数）を中心周波数とするフィルタでその周波数成分の信号を抽出、増幅してハーモニックイメージング診断用の画像データを生成する。

[0153] 前記超音波画像処理部 98は、例えばデジタルスキャンコンバータで構成され、前記エコー信号処理回路 95、前記ドップラー信号処理回路 96、前記高調波信号処理回路 97等で生成された画像データを基に、それぞれ Bモード画像、ドップラー画像、ハーモニックイメージング像等を構築する。また、同時に、 CPU93を介して文字等のキャラクタのオーバーレイを行う。そして、この超音波画像処理部 98で構築した映像信号をモニタ 99に出力して、モニタ 99の画面上に観察画像の 1つである超音波断層画像を表示させることができる。

[0154] 前記送信遅延回路 131は各静電容量型超音波振動子エレメント 45に駆動電圧を印加するタイミングを決定して、所定のセクタ走査等を行うように設定する。

[0155] 前記バイアス信号印加回路 132は前記駆動信号発生回路 133に所定のバイアス信号を印加する。このバイアス信号としては、送受信時に同じ直流電圧を使用するもの、送信時に高い電圧に設定して受信時には低い電圧に変化させるもの、例えば相関を取るために直流成分に交流成分を重畳させたものなどがある。

[0156] 直流バイアス電圧は、送信時においては送信電圧波形と同じ波形の超音波送信波形を得るために必要である。なお、受信時には直流バイアス電圧が必ずしも必要ないことは前述した通りである。

[0157] 前記駆動信号発生回路 133は前記送信遅延回路 131からの出力信号に基づいて、所望する超音波波形に対応する駆動パルス信号であるバースト波を発生する。

[0158] 前記送受信切換回路 134は 1つの静電容量型超音波振動子エレメント 45を送波状態と受波状態とに切り換えるものである。送波状態のときには前記駆動パルス信号を静電容量型超音波振動子エレメント 45に印加し、受波状態では前記エコー情報を受信することによって静電容量型超音波振動子エレメント 45の電極間に発生した電荷信号をプリアンプ 135に出力する。

[0159] 前記プリアンプ 135は前記送受信切換回路 134から出力された電荷信号を電圧信号に変化するとともに増幅する。

[0160] 前記ビームフォーマ 136は前記プリアンプ 135から出力された各超音波エコー信号を前記送信遅延回路 131での遅延と同様又は異なる遅延時間で合成した受信ビーム信号を出力する。

[0161] CPU93の動作指示信号に基づいて、所定の位相差を与えて、それぞれの静電容量型超音波振動子エレメント 45を駆動して、静電容量型超音波振動子アレイ 47の超音波走査面から所定の焦点距離に設定した超音波を送波して、前記ビームフォーマ 136で前記送信遅延回路 131での遅延と同様な遅延をかけて合成して受信ビーム信号として出力することによって、前記焦点距離に設定した超音波による超音波観測を行える。

[0162] 以上述べた本発明の第 4の実施例によれば、静電容量型超音波振動子を用いて、動作実効電圧が低ぐ体腔内で使用でき、し力もハーモニックイメージング診断に利用できる超音波診断装置を実現することが可能となる。

産業上の利用可能性

[0163] 本発明は、超音波プローブ装置及びこれを用いた超音波診断装置のほか、電子内視鏡装置と超音波診断装置を組み合わせて内視鏡画像と超音波画像とを同時的に得るようにした超音波内視鏡診断装置にも応用できることは勿論である。

Claims

請求の範囲

[1] 高周波パルス信号に、直流バイアス信号を重畳させて静電容量型超音波振動子に印加し、超音波を送受信する超音波プローブ装置であって、

を備えたことを特徴とする超音波プローブ装置。

[2] 前記複数の異なる帯域特性は、低域通過特性と、高域通過特性と、該低域通過特性と高域通過特性の中間の帯域通過特性の 3つであることを特徴とする請求項 1記載の超音波プローブ装置。

[3] 前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の帯域特性選択とを連動して制御する手段を

さらに備えたことを特徴とする請求項 1に記載の超音波プローブ装置。

[4] 前記直流バイアス電圧を低く設定したときは、前記帯域処理手段を低域通過特性とし、前記直流バイアス電圧を高く設定したときは、前記帯域処理手段を高域通過特性とすることを特徴とする請求項 3に記載の超音波プローブ装置。

[5] 前記静電容量型超音波振動子が、複数の振動子エレメントからなる配列構造をなし、

該複数の配列振動子エレメント群から送信用振動子エレメントを選択する手段、選択した送信用振動子エレメントのそれぞれに駆動信号を印加する駆動手段、送信超音波ビームを走査する為の送信用遅延手段、該複数の配列振動子エレメント群から受信用振動子エレメントを選択する手段、選択した受信用振動子エレメントのそれぞれからの受信信号を増幅する増幅手段、帯域処理する帯域処理手段、アナログ/デジタル信号変換手段、複数の受信信号を合成するビーム合成手段、画像構築手段、及び画像呈示手段を有することを特徴とする請求項 1に記載の超音波プローブ装置。

[6] 前記駆動手段からの駆動信号が、高周波パルス信号に、直流パルス信号を重畳させたパルス信号であることを特徴とする請求項 5に記載の超音波プローブ装置。

[7] 前記直流パルス信号が、立ち上がり部および立ち下がり部で、ガウス関数または C OS関数状の曲線を描くことを特徴とする請求項 6に記載の超音波プローブ装置。

[8] 前記高周波パルス信号がスパイク状パルスであることを特徴とする請求項 6に記載の超音波プローブ装置。

[9] 前記バイアス調整手段の電圧設定と、前記帯域処理手段の選択とを逐次的に変更し、その変更ごとに得られた超音波受信データを一時的に記憶手段に格納し、それらを合成した上で、画像構築手段で超音波診断画像信号を構築することを特徴とする請求項 1に記載の超音波プローブ装置。

[10] 前記バイアス調整手段の電圧設定において、低電圧設定を選択する時は、前記帯域処理手段が低域通過特性を選択し、高電圧を設定する時は、前記帯域処理手段が高域通過特性を選択することを特徴とする請求項 9に記載の超音波プローブ装置

[11] 前記バイアス調整手段の電圧設定において、低電圧設定を選択する時は、請求項 5に記載した送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の開口周縁近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択し、高電圧を設定する時は、請求項 5に記載した送信用振動子エレメントを選択する手段が、超音波送信開口の中心部近傍に配置する送信用振動子エレメントを選択する制御を行うことを特徴とする請求項 9に記載の超音波プローブ装置。

[12] 直流バイアス電圧を高周波パルス信号に重畳させて静電容量型超音波振動子に印加する駆動信号発生手段を有し、その駆動信号印加によって超音波を送受する静電容量型超音波プローブ装置であって、

前記直流バイアス電圧を供給する手段は、直流パルス信号を一定の周期で出力し、かつ該直流ノ^レス信号のパルス発生のタイミング、パルス幅、及びパルス電圧を制御する手段を備えていることを特徴とする超音波プローブ装置。

[13] 請求項 12に記載の超音波プローブ装置において、

前記駆動信号発生手段は、前記高周波パルス信号が、前記直流パルス信号のパノレス幅内に位置するように制御する手段を備えたことを特徴とする超音波プローブ装置。

[14] 請求項 13に記載の超音波プローブ装置において、

前記直流パルス信号の極性を外部からの指示信号によって切り替える手段を有することを特徴とする超音波プローブ装置。

[15] 請求項 13に記載の超音波プローブ装置において、

前記直流パルス信号の電圧を外部からの指示信号によってゼロにする制御手段を備えたことを特徴とする超音波プローブ装置。

[16] 請求項 12に記載の超音波プローブ装置において、

前記駆動信号発生手段は、一方の極性の直流パルス信号に前記高周波パルス信号を重畳させた第 1の重畳パルス信号と、第 1の重畳パルス信号形成時に用いた直流パルス信号とは逆極性の直流パルス信号に、第 1の重畳パルス信号形成時に用レヽた高周波パルス信号と同形の高周波パルス信号を重畳させた第 2の重畳パルス信号とが、所定の時間間隔で連なるように組み合わされたダブルパルス信号を生成することを特徴とする超音波プローブ装置。

[17] 請求項 12に記載した超音波プローブ装置が、マイクロマシン技術を用いて組み立てられた静電容量型超音波振動子と、これにほぼ一体的に構成した駆動制御手段、及び、信号授受の為の信号伝達手段を備えたことを特徴とする超音波プローブ装置

[18] 請求項 17に記載した静電容量型超音波振動子が、超音波ビームを体腔内挿入軸の回りに走査するラジアル走査型のアレイ型振動子であることを特徴とする超音波プローブ装置。

[19] 請求項 17に記載した超音波プローブ装置が、保護用シースで覆われていることを特徴とする超音波プローブ装置。

[20] 請求項 12に記載の超音波プローブ装置において、

前記直流パルス信号が、その立ち上がり部および立ち下がり部でなだらかな傾斜を有することを特徴とする超音波プローブ装置。

[21] 請求項 12に記載の超音波プローブ装置において、前記高周波パルス信号が、窓関数が乗算されたバースト波であることを特徴とする超音波プローブ装置。

請求項 17又は 18に記載の超音波プローブ装置と、

該超音波プローブ装置からの出力信号を信号処理し、画像信号を構築し、体腔内超音波診断画像を呈示する本体装置と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置