超音波プローブおよび超音波診断装置、並びに超音波トランスデューサ
【課題】ケーブル伝送による検出信号の電圧降下をなくし、超音波トランスデューサの送受信感度をさらに向上させる。
【解決手段】超音波トランスデューサ（ＵＴ）２７は、第１圧電体３５と、第２圧電体３６と、第１〜第４電極３７〜４０とを備える。各電極３７〜４０には第１〜第５スイッチ（ＳＷａ〜ＳＷｅ）４１〜４５が接続され、超音波の送信時は第１、第２圧電体３５、３６を並列接続し、反射波の受信時は直列接続する。受信アンプ４７は、反射波を受信して第１、第２圧電体３５、３６から出力される検出信号を増幅する。受信アンプ４７は、第２電極３８と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続される。
【解決手段】超音波トランスデューサ（ＵＴ）２７は、第１圧電体３５と、第２圧電体３６と、第１〜第４電極３７〜４０とを備える。各電極３７〜４０には第１〜第５スイッチ（ＳＷａ〜ＳＷｅ）４１〜４５が接続され、超音波の送信時は第１、第２圧電体３５、３６を並列接続し、反射波の受信時は直列接続する。受信アンプ４７は、反射波を受信して第１、第２圧電体３５、３６から出力される検出信号を増幅する。受信アンプ４７は、第２電極３８と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブおよび超音波診断装置、並びに超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブを利用した医療診断が盛んに行われている。超音波プローブの先端には、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）が配されている。ＵＴは、バッキング材、圧電体およびこれを挟む電極、音響整合層、および音響レンズから構成される。ＵＴから被検体（人体）に超音波を照射し、被検体からの反射波をＵＴで受信する。これにより出力される検出信号を超音波観測器で電気的に処理することによって、超音波画像が得られる。
【０００３】
また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能である。超音波断層画像を得る方法としては、ＵＴを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式や、複数のＵＴをアレイ状に配列（以下、ＵＴアレイという）し、駆動するＵＴを電子スイッチ等で選択的に切り替える電子スキャン走査方式が知られている。
【０００４】
被検体のより深部を高精細な画像で観察したいという要求が高まっている。この要求に応えるためには、ＵＴの送受信感度を高めることが必要である。従来、ＵＴの送受信感度を高めるための対策として、ＵＴの部材の材料選定、最適化が行われてきた。例えば１−３複合圧電体や単結晶圧電体（ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ−ＰＴ等）、積層圧電体を用いたり、音響整合層、音響レンズの音波減衰を低減させたりしている。また、別の対策として、ＵＴに印加する電圧を上げて超音波の送信パワーを増大させることも考えられる。
【０００５】
しかしながら、前者の材料選定、最適化の対策は、改善がいきつくところまでいった感があり、その効果も頭打ちの状況である。現況では飛躍的なＵＴの送受信感度向上は見込めない。また、後者の超音波の送信パワーを増大させる対策は、人体への影響を考えると好ましくない。
【０００６】
特許文献１には、圧電体の電極を複数に分割した超音波プローブが開示されている。電極を分割したので、１個の圧電体を複数の圧電体として扱うことができ、超音波の送信時には複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続することで送受信感度の向上を達成している。
【０００７】
ところで、例えば腹部用の超音波プローブとして、ＵＴ１個あたりの静電容量Ｃｚ＝１５０ｐＦのものを一例として考える。いま、ＵＴが出力した検出信号を超音波観測器に伝送するケーブルの静電容量Ｃｃ＝２００ｐＦ（１ｍあたり１００ｐＦの静電容量で長さが２ｍのケーブルを使用した場合を想定）とし、入力抵抗が無限大で超音波観測器の受信アンプで検出信号を受けたとする。また、ＵＴが出力した検出信号の電圧をＶｕｔとする。このとき、受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Ｖａは、Ｖａ＝Ｃｚ／（Ｃｃ＋Ｃｚ）・Ｖｕｔより、Ｖａ＝１５０／（２００＋１５０）・Ｖｕｔ＝０．４３Ｖｕｔとなる。
【０００８】
特許文献１のように、反射波の受信時に例えば２個の圧電体を直列接続した場合、その合成静電容量Ｃｇは１／４・Ｃｚである。このときの受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Ｖｂは、Ｖｂ＝ｎ・｛Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｚ）・Ｖｕｔ｝（ｎは直列接続される圧電体の個数）より、Ｖｂ＝２・｛３７．５／（３７．５＋２００）・Ｖｕｔ｝＝０．３２Ｖｕｔとなる。
【０００９】
複数の圧電体を直列接続しない場合の受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Ｖａ（＝０．４３Ｖｕｔ）よりも、複数の圧電体を直列接続した場合の電圧Ｖｂのほうが低くなる。折角、複数の圧電体を直列接続して受信感度を向上させても、静電容量の低下によって電圧降下が起きてしまう。特許文献１では、複数の圧電体を直列接続して合成静電容量が低下したことに起因する検出信号の電圧降下の影響を軽減するため、ＵＴとケーブルとの間にインピーダンス変換器を接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０３−１１０９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のようにＵＴとケーブルとの間にインピーダンス変換器を接続してインピーダンス整合を図るだけでは、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下を免れることは困難である。
【００１２】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下をなくし、超音波トランスデューサの送受信感度をさらに向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超音波プローブは、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備えることを特徴とする。
【００１４】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の、送受波面に垂直な側面に配されていることが好ましい。この場合、前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の送受波面に垂直な側面に配されている。前記増幅器とともに前記切り替えスイッチを前記回路基板に実装してもよい。
【００１５】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の内部に埋設されていることが好ましい。この場合、前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の内部に埋設されている。前記増幅器とともに前記切り替えスイッチを前記回路基板に実装してもよい。
【００１６】
前記台材に、前記増幅器の駆動熱を冷却する冷却機構を設けることが好ましい。なお、前記台材は、いわゆるバッキング材、またはバッキング材のさらに背面にある台座である。
【００１７】
前記増幅器は、電圧帰還型や電荷蓄積型等が考えられる。
【００１８】
前記超音波トランスデューサは、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された構成を有する。前記駆動制御手段は、１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記切り替えスイッチを動作させる。
【００１９】
なお、「超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体」とは、複数の圧電体の１個１個が互いに異なる場合と、複数の圧電体のうち、少なくとも１個が他と異なる場合を含む。
【００２０】
複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線と平行な同じ方向に分極されている。また、複数の圧電体は、等価圧電定数ｄ３３、電圧出力係数ｇ３３、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なる。
【００２１】
直列接続の一方の端の第１圧電体と、前記第１圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第２圧電体と、前記第１圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサとを備えることが好ましい。前記増幅器は、前記第２圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、前記切り替えスイッチは、前記第１圧電体、前記第２圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン／オフを切り替える。前記駆動制御手段は、前記第２圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させる。
【００２２】
前記第２圧電体は、前記第１圧電体よりも等価圧電定数ｄ３３が低く、電圧出力係数ｇ３３が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さい。例えば、前記第１圧電体はソフト・リラクサー系、前記第２圧電体はハード系の圧電セラミックスである。
【００２３】
前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されている。この場合、圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするＡ／Ｄ変換器と、検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることが好ましい。
【００２４】
超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えてもよい。さらに、各部に電源を供給する電源供給手段と、超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えてもよい。
【００２５】
本発明の超音波診断装置は、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備える超音波プローブと、前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからなることを特徴とする。
【００２６】
本発明の超音波トランスデューサは、超音波および反射波を送受波する圧電体と、前記圧電体が載置される台材と、前記台材に埋設され、反射波を受信して前記圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続して検出信号の和を受信アンプに入力させ、受信アンプを超音波トランスデューサの圧電体の電極に直接接続するので、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下がなくなり、超音波トランスデューサの送受信感度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】超音波診断装置の構成を示す外観図である。
【図２】超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。
【図３】超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図４】（Ａ）超音波の送信時および（Ｂ）反射波の受信時の超音波トランスデューサの等価回路を示す説明図である。
【図５】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６】バッキング材の側面に受信アンプ付きフレキシブルプリント基板を配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図７】バッキング材の内部に受信アンプを配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図８】バッキング材の内部に受信アンプ付きフレキシブルプリント基板を配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図９】冷却機構を設けた超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図１０】別の例の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１１】マルチプレクサを接続したさらに別の例を示すブロック図である。
【図１２】超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体を有する超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図１３】（Ａ）超音波の送信時および（Ｂ）反射波の受信時の図１２に示す超音波トランスデューサの等価回路を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１において、超音波診断装置２は、携帯型超音波観測器１０と体外式の超音波プローブ１１とで構成される。携帯型超音波観測器１０は、装置本体１２とカバー１３とからなる。装置本体１２の上面には、携帯型超音波観測器１０に種々の操作指示を入力するための複数のボタンやトラックボールが設けられた操作部１４が配されている。カバー１３の内面には、超音波画像をはじめとして様々な操作画面を表示するモニタ１５が設けられている。
【００３０】
カバー１３は、ヒンジ１６を介して装置本体１２に取り付けられており、操作部１４とモニタ１５とを露呈させる図示する開き位置と、装置本体１２の上面とカバー１３の内面を対面させて、操作部１４とモニタ１５を互いに覆って保護する閉じ位置（図示せず）との間で回動自在である。装置本体１２の側面には、グリップ（図示せず）が取り付けられており、装置本体１２とカバー１３を閉じた状態で携帯型超音波観測器１０を持ち運ぶことができる。装置本体１２のもう一方の側面には、超音波プローブ１１が着脱自在に接続されるプローブ接続部１７が設けられている。
【００３１】
超音波プローブ１１は、術者が把持して被検体にあてがう走査ヘッド１８と、プローブ接続部１７に接続されるコネクタ１９と、これらを繋ぐケーブル２０とからなる。走査ヘッド１８の先端部には、超音波トランスデューサアレイ（以下、ＵＴアレイと略す）２１が内蔵されている。
【００３２】
図２において、ＵＴアレイ２１は、ガラス−エポキシ樹脂等の平板状の台座２５上に、バッキング材２６、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）２７、音響整合層２８ａ、２８ｂ、および音響レンズ２９が順次積層された構造を有する。
【００３３】
バッキング材２６は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなり、ＵＴ２７から台座２５側に発せられる超音波を吸収する。バッキング材２６は、エレベーション方向（以下、ＥＬ方向と略す）に垂直な断面が略蒲鉾様に形成された凸状である（図１も参照）。
【００３４】
ＵＴ２７は、ＥＬ方向に長い短冊状をしており、ＥＬ方向と直交するアジマス方向（以下、ＡＺ方向と略す）に複数等間隔で配列されている。各ＵＴ２７の隙間およびその周囲には、充填材３０が充填されている。
【００３５】
音響整合層２８ａ、２８ｂは、ＵＴ２７と被検体との間の音響インピーダンスの差異を緩和するために設けられている。音響レンズ２９は、シリコーン樹脂等からなり、ＵＴ２７から発せられる超音波を被検体内の被観察部位に向けて集束させる。なお、音響レンズ２９は無くてもよく、音響レンズ２９の代わりに保護層を設けてもよい。後述する第１電極３７とパルサ４６との間に遅延線を設け、励振パルスをＵＴ２７に与えるタイミングをずらすことで、電気的に超音波を集束させてもよい。
【００３６】
図３において、ＵＴ２７は、第１圧電体３５、第２圧電体３６、および第１、第２、第３、第４電極３７、３８、３９、４０から構成される。（台座２５、音響整合層２８ａ、２８ｂ、および音響レンズ２９は図示せず）。
【００３７】
第１、第２圧電体３５、３６は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系の同じ材質からなる圧電セラミックスである。第１、第２圧電体３５、３６は、ともに同じ方向（矢印で示す下から上の方向）に分極している。
【００３８】
第１、第２圧電体３５、３６は、ＡＺ方向に平行な線で分断されている。第１、第２圧電体３５、３６のＥＬ方向の長さは同じであり、従ってその上面である送受波面の面積も同じである。
【００３９】
第１、第２電極３７、３８はそれぞれ、第１、第２圧電体３５、３６の上面電極であり、第３、第４電極３９、４０はそれぞれ、第１、第２圧電体３５、３６の下面電極である。第１、第２電極３７、３８は、第１、第２圧電体３５、３６の分断箇所で略直角に曲げられて、バッキング材２６と台座２５の内部を貫通し、台座２５の下面まで設けられている。第３、第４電極３９、４０は、第１、第２圧電体３５、３６の上面から、バッキング材２６と台座２５の側面に沿って下方に延び、台座２５の下面まで設けられている。第１、第２圧電体３５、３６の外側面および第１、第２圧電体３５、３６の分断箇所には、充填材３０が充填されている。
【００４０】
第１〜第４電極３７〜４０には、第１、第２、第３、第４、第５スイッチ（以下、ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷｄ、ＳＷｅという）４１、４２、４３、４４、４５がそれぞれ接続されている。より詳しくは、第１電極３７の一端にＳＷａ４１、第２電極３８の一端にＳＷｂ４２、第１、第２電極３７、３８の他端にＳＷｃ４３がそれぞれ接続され、第３、第４電極３９、４０の一端にＳＷｄ４４、第４電極４０の一端にＳＷｅ４５がそれぞれ接続されている。ＳＷｃ〜ＳＷｅ４３〜４５は台座２５の下面に配され、下面の各電極３７〜４０の延設部分と接続している。
【００４１】
ＳＷａ４１、ＳＷｂ４２はそれぞれ、第１電極３７とパルサ４６、第２電極３８と電圧帰還型または電荷蓄積型の受信アンプ４７の接続をオン／オフする。ＳＷｃ４３、ＳＷｄ４４は二股のスイッチであり、ＳＷｃ４３は第１電極３７と第２電極３８または第４電極４０とを選択可能に繋ぎ、ＳＷｄ４４は第３電極３９と第４電極４０またはグランドとを選択可能に繋ぐ。ＳＷｃ４３、ＳＷｄ４４は、第４電極４０に繋がる出力端子が共通となっており、２入力３出力のスイッチを構成する。ＳＷｅ４５は、第４電極４０とグランドの接続をオン／オフする。第２電極３８、ＳＷｂ４２、および受信アンプ４７は、電気容量性の伝送線路を介さずに互いに直接接続されている。
【００４２】
表１に示すように、ＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５は、超音波の送信時と反射波の受信時で選択状態が変わる。超音波の送信時、ＳＷａ４１はオン、ＳＷｂ４２はオフとなる。ＳＷｃ４３は第２電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４は第４電極４０側に倒される。また、ＳＷｅ４５はオンとなる。図３に示す状態と同じである。この場合の等価回路は、図４（Ａ）に示すようになる。すなわち、パルサ４６、第１電極３７、第２電極３８が繋がれ、第３電極３９、第４電極４０、グランドが繋がれる。そして、第１、第２電極３７、３８と第３、第４電極３９、４０に挟まれた第１、第２圧電体３５、３６にパルサ４６からの励振パルス（駆動電圧）が印加され、第１、第２圧電体３５、３６の上面から超音波（点線矢印で示す）が発せられる。
【００４３】
一方、反射波の受信時、ＳＷａ４１はオフ、ＳＷｂ４２はオンとなる。ＳＷｃ４３は第４電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４はグランド側に倒される。また、ＳＷｅ４５はオフとなる。この場合の等価回路は、図４（Ｂ）に示すように、第２電極３８と受信アンプ４７が繋がれる。そして、第１電極３７と第４電極３８が繋がれ、第３電極３９とグランドが繋がれる。第１、第２圧電体３５、３６は、各電極３７〜４０によって受信アンプ４７に直列接続される。第１、第２圧電体３５、３６の上面に反射波（点線矢印で示す）が入射すると、これに応じた検出信号（検出電圧）が第１、第２圧電体３５、３６から出力される。第１、第２圧電体３５、３６は、ともに矢印で示す同じ方向に分極しているため、各検出信号も同極性で打ち消し合わない。また、第１、第２圧電体３５、３６は直列接続されているため、第２電極３８、ＳＷｂ４２を介して受信アンプ４７に入力される検出信号は、第１、第２圧電体３５、３６から出力された各検出信号の和である。
【００４４】
【表１】
【００４５】
図５において、受信アンプ４７にはレシーバ５０が接続され、レシーバ５０にはＡ／Ｄ変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）５１が接続されている。レシーバ５０は、受信アンプ４７で増幅された検出信号を受信する。Ａ／Ｄ５１は、レシーバ５０からの検出信号にデジタル変換を施し、検出信号をデジタル化する。このレシーバ５０、Ａ／Ｄ５１と、前述のパルサ４６、受信アンプ４７は、ここでは１組しか図示していないが、１個のＵＴ２７に対して１個ずつ、つまりＵＴ２７の個数分設けられている。
【００４６】
パルサ４６は、ＣＰＵ５２の制御の下、走査制御部５３によって駆動制御される。走査制御部５３は、複数のパルサ４６の中から、駆動させるパルサ４６を選択して、これを所定の時間間隔で順次切り替える。具体的には、例えばＵＴ２７が１２８個配されている場合、１２８個のＵＴ２７のうち、隣接する４８個のＵＴ２７を１つのブロックとして各ＵＴ２７に任意の遅延差を与えて駆動させるように選択し、超音波および反射波の１回の送受信毎に、駆動させるＵＴ２７を１〜数個ずつずらす。パルサ４６は、走査制御部５３から送信される駆動信号に基づいて、ＵＴ２７に超音波を発生させるための励振パルスを送信する。
【００４７】
また、走査制御部５３は、ＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５のスイッチング動作を制御する。
【００４８】
Ａ／Ｄ５１は、ビームフォーマ（以下、ＢＦと略す）５４と接続している。ＢＦ５４は、Ａ／Ｄ５１でデジタル化された検出信号に対して、位相整合演算を施す。検波Ｌｏｇ圧縮回路５５は、ＢＦ５４から出力される検出信号の振幅を検波し、Ｌｏｇ圧縮を施す。検波Ｌｏｇ圧縮回路５５から出力された検出信号は、メモリ（図示せず）に一旦格納される。
【００４９】
携帯型超音波観測器１０は、デジタルスキャンコンバータ（以下、ＤＳＣと略す）６０を有する。ＤＳＣ６０は、コネクタ１９、プローブ接続部１７等を介して超音波プローブ１１のメモリからデジタルの検出信号を受け取る。ＤＳＣ６０は、ＣＰＵ６１の制御の下、検出信号をテレビ信号に変換する。ＤＳＣ６０で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）でＤ／Ａ変換が施され、モニタ１５に超音波画像として表示される。
【００５０】
ＣＰＵ６１は、携帯型超音波観測器１０の各部の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６１は、操作部１４からの操作入力信号に基づいて各部を動作させる。また、ＣＰＵ６１は、電源供給部６２を駆動制御し、超音波プローブ１１への電源供給を行わせる。
【００５１】
上記構成を有する超音波診断装置２の作用について説明する。まず、超音波プローブ１１のコネクタ１９を携帯型超音波観測器１０のプローブ接続部１７に挿入固定し、携帯型超音波観測器１０と超音波プローブ１１の電気的機械的接続を得る。そして、操作部１４を操作して携帯型超音波観測器１０の電源を立ち上げるとともに、電源供給部６２から超音波プローブ１１に電源を供給する。術者は、超音波プローブ１１の走査ヘッド１８を被検体に押し当てながら、携帯型超音波観測器１０のモニタ１５に表示される超音波画像を観察して診断を行う。
【００５２】
超音波プローブ１１では、走査制御部５３によって選択されたパルサ４６からＵＴ２７に励振パルスが送信され、ＵＴ２７から被検体に超音波が照射される。走査制御部５３により駆動されるパルサ４６は、超音波および反射波の１回の送受信毎に順次切り替えられる。これにより被検体に超音波が走査される。
【００５３】
このとき、走査制御部５３により、超音波を照射するＵＴ２７のＳＷａ４１がオン、ＳＷｂ４２がオフされる。また、ＳＷｃ４３が第２電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４が第４電極４０側に倒される。さらに、ＳＷｅ４５がオンされる。パルサ４６からの励振パルスは、各電極３７〜４０を介して第１、第２圧電体３５、３６に印加され、第１、第２圧電体３５、３６から被検体に向けて超音波が発せられる。
【００５４】
第１、第２圧電体３５、３６から発せられた超音波は被検体で反射され、その反射波に応じた検出信号がＵＴ２７から出力される。このとき、走査制御部５３により、反射波を受信するＵＴ２７のＳＷａ４１がオフ、ＳＷｂ４２がオンされる。また、ＳＷｃ４３が第４電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４がグランド側に倒される。さらに、ＳＷｅ４５がオフされる。各電極３７〜４０によって、第１、第２圧電体３５、３６が受信アンプ４７に直列接続される。受信アンプ４７には、第１、第２圧電体３５、３６から出力された各検出信号の和が入力される。
【００５５】
ＵＴ２７からの検出信号は、受信アンプ４７で増幅された後、レシーバ５０に受信され、Ａ／Ｄ５１でＡ／Ｄ変換されてデジタル化される。Ａ／Ｄ５１でデジタル化された検出信号は、ＢＦ５４に送られてＢＦ５４で位相整合演算され、さらに検波Ｌｏｇ圧縮回路５５で検波、Ｌｏｇ圧縮された後、メモリに一旦格納される。
【００５６】
検波、Ｌｏｇ圧縮後の検出信号は、コネクタ１９、プローブ接続部１７等を介して携帯型超音波観測器１０のＤＳＣ６０に送信され、ＤＳＣ６０でテレビ信号に変換される。ＤＳＣ６０で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換されてモニタ１５に超音波画像として表示される。
【００５７】
以上説明したように、超音波の送信時は第１、第２圧電体３５、３６を並列接続し、反射波の受信時は直列接続して検出信号の和を受信アンプ４７に入力させるので、送受信感度を向上させることができる。受信アンプ４７をＵＴ２７の直近に配置して、第２電極３８、ＳＷｂ４２、および受信アンプ４７を互いに直接接続するので、伝送線路による電圧降下を低減することができる。
【００５８】
上記実施形態では、第１、第２圧電体３５、３６の２個の圧電体を有するＵＴ２７を例示したが、圧電体の個数は２個以上でもよい。圧電体の個数が増えると、直列接続したときの合成静電容量はさらに低下する。このため、伝送線路による電圧降下をさらに低減する必要がある。この対策として、受信アンプ４７をＵＴ２７のさらに近くに配置することが考えられる。
【００５９】
図６〜図８に示すＵＴ７０、７５、８０は、受信アンプ４７との間をさらに近付けるための対策を講じたものである。なお、図６〜図８の例は、その構造が上記実施形態と異なるだけで、超音波の送信時と反射波の受信時のＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５の選択状態は、表１と同じである。
【００６０】
図６に示すＵＴ７０は、その側面にポリイミド等のフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）７１が取り付けられている。ＦＰＣ７１は、第２圧電体３５の側面を埋める充填材３０の側面からバッキング材２６の上部側面にかけて配置されている。
【００６１】
第２電極３８は、上記実施形態よりも側面に向けて長く形成され、その一端が下方に鉤の手状に曲げられている。ＦＰＣ７１は、第２電極３８の鉤の手状の屈曲部分とグランドにハンダ等で接続されている。点線の丸囲いで示すように、ＦＰＣ７１には、ＳＷｂ４２と受信アンプ４７が実装されている。上記実施形態と同様、ＳＷｂ４２は第２電極３８に、受信アンプ４７のグランド端子はグランドにそれぞれ接続されている。なお、図では１個分のＵＴ７０のＳＷｂ４２と受信アンプ４７しか１つのＦＰＣ７１に実装されていないが、実際には、ＵＴ７０の個数分のＳＷｂ４２と受信アンプ４７が１つのＦＰＣ７１に実装されている。
【００６２】
受信アンプ４７が実装されたＦＰＣ７１をバッキング材２６の側面に取り付けるので、受信アンプ４７をＵＴのさらに近くに配置することができ、伝送線路による電圧降下をより低減することができる。
【００６３】
図７に示すＵＴ７５は、ＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５、受信アンプ４７をバッキング材２６内に埋め込んでいる。第１、第２電極３７、３８は、上記実施形態の如くバッキング材２６と台座２５の内部を貫通しておらず、バッキング材２６の上面までしか設けられていない。第１、第２電極３７、３８は、バッキング材２６の上面付近でＳＷｃ４３と接続している。第２電極３８は、図６のＵＴ７０と同様、側面に向けて長く形成され、その一端が下方に鉤の手状に曲げられ、さらにバッキング材２６の上部側面にかけて延設されており、全体として断面略コの字状に形成されている。この第２電極３８の延設部分にＳＷｂ４２が接続している。
【００６４】
第３、第４電極３９、４０は、上記実施形態とは異なり、台座２５の下面まで延設されておらず、バッキング材２６の上部付近までしか設けられていない。第３、第４電極３９、４０は、バッキング材２６の上部でＳＷｄ４４、ＳＷｅ４５と接続している。
【００６５】
受信アンプ４７をバッキング材２６内に埋め込むので、図６の場合と同様に伝送線路による電圧降下をより低減することができる。また、図６の場合はＦＰＣ７１をバッキング材２６の側面に配置する分、ＵＴがＥＬ方向に若干大型化するが、本例では小型化することができる。
【００６６】
図８に示すＵＴ８０は、図７でバッキング材２６に埋め込んだＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５、受信アンプ４７を、１つのＦＰＣ８１に集積した例である。電極等の構成は図７と同じであるため説明を省略する。この場合も図６のＦＰＣ７１と同様、図では１個分しか描いていないが、実際には、ＵＴ８０の個数分のＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５と受信アンプ４７が１つのＦＰＣ８１に実装されている。各部品の集積度を高めたので、各部品が散逸した図７の場合と比べてＵＴアレイをよりコンパクトにすることができ、ＵＴアレイの製造時の取扱も容易になる。
【００６７】
図６〜図８では、受信アンプ４７等をバッキング材２６の側面に配置したり内部に埋め込んでいるが、受信アンプ４７には駆動熱の問題がある。図６の場合はバッキング材２６の側面に配置しているため、図７、図８の場合と比べて多少の放熱効果は期待できるが、受信アンプ４７を高集積度で実装すると、その駆動熱による悪影響が懸念される。
【００６８】
そこで、図９に示すように、冷却水等の液状冷媒８５を流す管路８６をバッキング材２６内のＦＰＣ８１の近傍に配管する。管路８６には冷却機と循環ポンプ（ともに図示せず）が繋がれており、ＦＰＣ８１の受信アンプ４７の駆動熱を奪った液状冷媒８５を冷却機で冷却しつつ、循環ポンプで管路８６内を循環させる。こうすれば、受信アンプ４７を高集積度で実装したことによる駆動熱を冷却することができ、その悪影響をなくすことができる。なお、図９では、図８のＵＴ８０を例に挙げているが、図６、図７のＵＴ７０、７５に上記の冷却機構を設けてもよい。
【００６９】
図６、図７の例を個別に説明したが、全ＵＴのうちのあるものは受信アンプ４７をバッキング材２６の側面に配置し、他のものはバッキング材２６の内部に埋め込む、というように、これらを複合させてもよい。また、受信アンプ４７等をバッキング材２６の側面に配したり、内部に埋め込む例を説明したが、バッキング材２６ではなく台座２５でもよい。
【００７０】
上記実施形態では、携帯型超音波観測器１０と超音波プローブ１１がケーブル２０で有線接続される例を挙げたが、図１０に示す超音波診断装置９０のように、携帯型超音波観測器９１と超音波プローブ９２間のデータの送受信を無線で行うものに適用してもよい。
【００７１】
図１０において、携帯型超音波観測器９１と超音波プローブ９２にはそれぞれ、Ａ／Ｄ変換後の検出信号を無線で遣り取りするための無線受信部９３と無線送信部９４が設けられている。また、超音波プローブ９２には、バッテリ９５が内蔵されており、バッテリ９５からの電源が電源供給部９６を介して超音波プローブ９２の各部に供給される。
【００７２】
本発明によれば、伝送線路による電圧降下を抑えた分、比較的低い電圧でＵＴを駆動しても、比較的高い送受信感度が得られるので、超音波プローブ９２のようにバッテリ９５で駆動するタイプの耐用時間を従来よりも長引かせることができる。また、低電圧駆動であるためパルサ等の回路規模を小さくすることができ、ひいては超音波プローブの小型化にも寄与することができる。
【００７３】
なお、図１１に示すように、ＵＴアレイ２１とパルサ４６およびレシーバ５０の間に、駆動するＵＴ２７を選択的に切り替えるマルチプレクサ（以下、ＭＵＸと略す）１００を介挿してもよい。例えばＵＴ２７が１２８個で、隣接する４８個のＵＴ２７を１つのブロックとして各ＵＴ２７に任意の遅延差を与えて駆動させる場合、ＭＵＸ１００で駆動させる４８個を選択する。こうすれば、一度に駆動するＵＴ２７の個数分（この場合は４８個分）、パルサ４６とレシーバ５０を用意すればよいので、超音波プローブをさらに小型化することができる。
【００７４】
上記実施形態では、第１、第２圧電体３５、３６を同じ材質からなる圧電セラミックスとし、これらの送受波面の面積も同じとしているが、図１２に示すＵＴ１０５のような構成としてもよい。図１２において、ＵＴ１０５は、第１圧電体（以下、Ｐｓと略す）１０６、第２圧電体（以下、Ｐｈと略す）１０７、および第１、第２、第３電極１０８、１０９、１１０から構成される。
【００７５】
Ｐｓ１０６は、一般にソフト・リラクサー系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばＰｂ（Ｍｎ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｎ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３等を主体とする。Ｐｈ１０７は、Ｐｓ１０６とは異なり、一般にハード系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系である。Ｐｓ１０６とＰｈ１０７は、ともに同じ方向（矢印で示す下から上の方向）に分極している。
【００７６】
Ｐｓ１０６とＰｈ１０７は、ＡＺ方向に平行な線で分断されている。Ｐｓ１０６は、ＥＬ方向の長さがＰｈ１０７よりも長く、従ってその上面である送受波面の面積はＰｈ１０７よりも大きい。送受波面の面積比率は、例えばＰｓ：Ｐｈ＝４：１である。
【００７７】
本例では、Ｐｓ１０６として富士セラミックス社製の型番Ｃ−９２Ｈを、Ｐｈ１０７として同社製の型番Ｃ−５を用いる。表２に示すように、Ｐｓ１０６に用いる型番Ｃ−９２Ｈは、比誘電率ε３３が５３００、等価圧電定数ｄ３３が７７０、電圧出力係数ｇ３３が１６．４である。一方、Ｐｈ１０７に用いる型番Ｃ−５は、比誘電率ε３３が１１７０、等価圧電定数ｄ３３が３３３、電圧出力係数ｇ３３が３２．１である。型番Ｃ−５は、等価圧電定数ｄ３３が型番Ｃ−９２Ｈの約０．４３倍、電圧出力係数ｇ３３が約１．９５倍である。等価圧電定数ｄ３３が大きいほど超音波の送信能力が高く、電圧出力係数ｇ３３が大きいほど反射波の受信感度が高いので、Ｐｓ１０６はＰｈ１０７よりも送信能力が高く、Ｐｈ１０７はＰｓ１０６よりも受信感度が高いといえる。
【００７８】
【表２】
【００７９】
第１電極１０８、第２電極１０９はそれぞれ、Ｐｓ１０６の下面電極、Ｐｈ１０７の上面電極である。第３電極１１０は、Ｐｓ１０６の上面電極とＰｈ１０７の下面電極を兼ねる。第３電極１１０は、Ｐｓ１０６とＰｈ１０７の分断箇所で略乙字状に屈曲した接続部１１１を有する。接続部１１１は、Ｐｓ１０６の上面電極の部分とＰｈ１０７の下面電極の部分を繋ぐ。Ｐｓ１０６とＰｈ１０７の外側面および接続部１１１があるＰｓ１０６とＰｈ１０７の分断箇所には、充填材３０が充填されている。なお、第１電極１０８、第２電極１０９をそれぞれ、Ｐｓ１０６の上面電極、Ｐｈ１０７の下面電極とし、第３電極１１０がＰｓ１０６の下面電極とＰｈ１０７の上面電極を兼ねる構成としてもよい。
【００８０】
第１〜第３電極１０８〜１１０には、第１、第２、第３スイッチ（以下、ＳＷａ’、ＳＷｂ’、ＳＷｃ’という）１１２、１１３、１１４がそれぞれ接続されている。ＳＷａ’１１２は二股のスイッチであり、第１電極１０８とパルサ４６またはグランドとを選択可能に繋ぐ。ＳＷｂ’１１３、ＳＷｃ’１１４はそれぞれ、第２電極１０９と受信アンプ４７、第３電極１１０とグランドの接続をオン／オフする。第２電極１０９、ＳＷｂ’１１３、および受信アンプ４７は、上記実施形態と同様、電気容量性の伝送線路を介さずに互いに直接接続されている。
【００８１】
表３に示すように、ＳＷａ’〜ＳＷｃ’１１２〜１１４は、超音波の送信時と反射波の受信時で選択状態が変わる。超音波の送信時、ＳＷａ’１１２は、パルサ４６側に倒される。また、ＳＷｂ’１１３はオフ、ＳＷｃ’１１４はオンとなる。図１２に示す状態と同じである。この場合の等価回路は、図１３（Ａ）に示すようになる。すなわち、パルサ４６と第１電極１０８、第３電極１１０とグランドが繋がれる。そして、第１電極１０８と第３電極１１０に挟まれたＰｓ１０６にパルサ４６からの励振パルス（駆動電圧）が印加され、Ｐｓ１０６の上面から超音波（点線矢印で示す）が発せられる。ＳＷｂ’１１３がオフなので、第２電極１０９と第３電極１１０に挟まれたＰｈ１０７には励振パルスは印加されず、従ってＰｈ１０７から超音波は発せられない。
【００８２】
一方、反射波の受信時、ＳＷａ’１１２は、グランド側に倒される。また、ＳＷｂ’１１３はオン、ＳＷｃ’１１４はオフとなる。この場合の等価回路は、図１３（Ｂ）に示すように、グランドと第１電極１０８、第２電極１０９と受信アンプ４７が繋がれる。Ｐｓ１０６とＰｈ１０７は、各電極１０８〜１１０によって受信アンプ４７に直列接続される。上記実施形態と同様、第２電極１０９、ＳＷｂ’１１３を介して受信アンプ４７に入力される検出信号は、Ｐｓ１０６とＰｈ１０７から出力された各検出信号の和である。
【００８３】
【表３】
【００８４】
なお、表３の「ａｃｔｉｖｅ」は駆動、「ｉｎａｃｔｉｖｅ」は非駆動を示す。超音波の送信時はＰｓ１０６のみから超音波が発せられるので、Ｐｓ１０６は「ａｃｔｉｖｅ」、Ｐｈ１０７は「ｉｎａｃｔｉｖｅ」である。反射波の受信時は、Ｐｓ１０６とＰｈ１０７両方で反射波を受けて検出信号を出力するので、両方とも「ａｃｔｉｖｅ」である。
【００８５】
超音波の送信時は比較的送信能力が高いＰｓ１０６で超音波を発し、反射波の受信時はＰｓ１０６と、比較的受信感度が高いＰｈ１０７で反射波を受けるので、Ｐｓ１０６、Ｐｈ１０７の互いの長所を活かした（短所を補った）駆動方法であるといえる。
【００８６】
送受信感度は、（送波面の面積比率）×｛（Ｐｓ１０６の受信感度）＋（Ｐｈ１０７の受信感度）｝＝（送波面の面積比率）×｛１＋（Ｐｓ１０６に対するＰｈ１０７の電圧出力係数ｇ３３の比）｝＝０．８０×（１＋１．９５）＝２．３６（＝＋７．４６ｄＢ）となる。単純に同じ種類の圧電体を直列接続した場合、送受信感度は圧電体の個数倍にしかならないが、本例では個数倍以上に送受信感度が向上する。
【００８７】
比較的送信能力に長けたＰｓ１０６と比較的受信感度が高いＰｈ１０７を各電極１０８〜１１０で直列接続し、超音波の送信時はＰｓ１０６を用い、反射波の受信時はＰｓ１０６とＰｈ１０７の両方で検出信号を出力してその和を受信アンプ４７に入力するので、従来よりもさらに送受信感度を向上させることができる。送受信感度が向上すれば、ＵＴ１０５に与える駆動電圧を上げる必要がなくなり、低電圧駆動が可能となる。
【００８８】
ＵＴを構成する圧電体の個数がｎ個（ｎは２以上の自然数）であった場合、隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる、第３電極１１０等の兼用電極はｎ−１個必要である。兼用電極を含む電極の総数はｎ＋１個であり、兼用電極以外の電極は第１電極１０８と第２電極１０９の２個である。
【００８９】
隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極である第３電極１１０に接続部１１１を設けているが、接続部の代わりにワイヤボンディング等で隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を導通させてもよい。また、ハード系の圧電セラミックスの代わりに、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電樹脂を用いてもよい。
【００９０】
上記実施形態では、ＥＬ方向に沿って各圧電体を並べているが、ＡＺ方向に沿って並べても構わない。上記実施形態では、いわゆるコンベックス電子走査型の体外式の超音波プローブを例示したが、ラジアル電子走査型、あるいは１個のＵＴを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式の超音波プローブでもよい。電子内視鏡の鉗子チャンネルに挿入される体内式の超音波プローブや、電子内視鏡と一体化された超音波内視鏡についても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
２、９０ 超音波診断装置
１０、９１ 携帯型超音波観測器
１１、９２ 超音波プローブ
２１ 超音波トランスデューサアレイ（ＵＴアレイ）
２５ 台座
２６ バッキング材
２７、７０、７５、８０、１０５ 超音波トランスデューサ（ＵＴ）
３５ 第１圧電体
３６ 第２圧電体
３７〜４０ 第１〜第４電極
４１〜４５ 第１〜第５スイッチ（ＳＷａ〜ＳＷｅ）
４６ パルサ
４７ 受信アンプ
５１ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
５２ ＣＰＵ
５３ 走査制御部
５４ ビームフォーマ（ＢＦ）
５５ 検波Ｌｏｇ圧縮回路
７１、８１ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
８５ 液状冷媒
８６ 管路
９４ 無線送信部
９５ バッテリ
１００ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
１０６ 第１圧電体（Ｐｓ）
１０７ 第２圧電体（Ｐｈ）
１０８〜１１０ 第１〜第３電極
１１１ 接続部
１１２〜１１４ 第１〜第３スイッチ（ＳＷａ’〜ＳＷｃ’）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブおよび超音波診断装置、並びに超音波トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブを利用した医療診断が盛んに行われている。超音波プローブの先端には、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）が配されている。ＵＴは、バッキング材、圧電体およびこれを挟む電極、音響整合層、および音響レンズから構成される。ＵＴから被検体（人体）に超音波を照射し、被検体からの反射波をＵＴで受信する。これにより出力される検出信号を超音波観測器で電気的に処理することによって、超音波画像が得られる。
【０００３】
また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能である。超音波断層画像を得る方法としては、ＵＴを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式や、複数のＵＴをアレイ状に配列（以下、ＵＴアレイという）し、駆動するＵＴを電子スイッチ等で選択的に切り替える電子スキャン走査方式が知られている。
【０００４】
被検体のより深部を高精細な画像で観察したいという要求が高まっている。この要求に応えるためには、ＵＴの送受信感度を高めることが必要である。従来、ＵＴの送受信感度を高めるための対策として、ＵＴの部材の材料選定、最適化が行われてきた。例えば１−３複合圧電体や単結晶圧電体（ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ−ＰＴ等）、積層圧電体を用いたり、音響整合層、音響レンズの音波減衰を低減させたりしている。また、別の対策として、ＵＴに印加する電圧を上げて超音波の送信パワーを増大させることも考えられる。
【０００５】
しかしながら、前者の材料選定、最適化の対策は、改善がいきつくところまでいった感があり、その効果も頭打ちの状況である。現況では飛躍的なＵＴの送受信感度向上は見込めない。また、後者の超音波の送信パワーを増大させる対策は、人体への影響を考えると好ましくない。
【０００６】
特許文献１には、圧電体の電極を複数に分割した超音波プローブが開示されている。電極を分割したので、１個の圧電体を複数の圧電体として扱うことができ、超音波の送信時には複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続することで送受信感度の向上を達成している。
【０００７】
ところで、例えば腹部用の超音波プローブとして、ＵＴ１個あたりの静電容量Ｃｚ＝１５０ｐＦのものを一例として考える。いま、ＵＴが出力した検出信号を超音波観測器に伝送するケーブルの静電容量Ｃｃ＝２００ｐＦ（１ｍあたり１００ｐＦの静電容量で長さが２ｍのケーブルを使用した場合を想定）とし、入力抵抗が無限大で超音波観測器の受信アンプで検出信号を受けたとする。また、ＵＴが出力した検出信号の電圧をＶｕｔとする。このとき、受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Ｖａは、Ｖａ＝Ｃｚ／（Ｃｃ＋Ｃｚ）・Ｖｕｔより、Ｖａ＝１５０／（２００＋１５０）・Ｖｕｔ＝０．４３Ｖｕｔとなる。
【０００８】
特許文献１のように、反射波の受信時に例えば２個の圧電体を直列接続した場合、その合成静電容量Ｃｇは１／４・Ｃｚである。このときの受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Ｖｂは、Ｖｂ＝ｎ・｛Ｃｇ／（Ｃｇ＋Ｃｚ）・Ｖｕｔ｝（ｎは直列接続される圧電体の個数）より、Ｖｂ＝２・｛３７．５／（３７．５＋２００）・Ｖｕｔ｝＝０．３２Ｖｕｔとなる。
【０００９】
複数の圧電体を直列接続しない場合の受信アンプの入力端で観測される検出信号の電圧Ｖａ（＝０．４３Ｖｕｔ）よりも、複数の圧電体を直列接続した場合の電圧Ｖｂのほうが低くなる。折角、複数の圧電体を直列接続して受信感度を向上させても、静電容量の低下によって電圧降下が起きてしまう。特許文献１では、複数の圧電体を直列接続して合成静電容量が低下したことに起因する検出信号の電圧降下の影響を軽減するため、ＵＴとケーブルとの間にインピーダンス変換器を接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０３−１１０９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１のようにＵＴとケーブルとの間にインピーダンス変換器を接続してインピーダンス整合を図るだけでは、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下を免れることは困難である。
【００１２】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下をなくし、超音波トランスデューサの送受信感度をさらに向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超音波プローブは、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備えることを特徴とする。
【００１４】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の、送受波面に垂直な側面に配されていることが好ましい。この場合、前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の送受波面に垂直な側面に配されている。前記増幅器とともに前記切り替えスイッチを前記回路基板に実装してもよい。
【００１５】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の内部に埋設されていることが好ましい。この場合、前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の内部に埋設されている。前記増幅器とともに前記切り替えスイッチを前記回路基板に実装してもよい。
【００１６】
前記台材に、前記増幅器の駆動熱を冷却する冷却機構を設けることが好ましい。なお、前記台材は、いわゆるバッキング材、またはバッキング材のさらに背面にある台座である。
【００１７】
前記増幅器は、電圧帰還型や電荷蓄積型等が考えられる。
【００１８】
前記超音波トランスデューサは、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された構成を有する。前記駆動制御手段は、１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記切り替えスイッチを動作させる。
【００１９】
なお、「超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体」とは、複数の圧電体の１個１個が互いに異なる場合と、複数の圧電体のうち、少なくとも１個が他と異なる場合を含む。
【００２０】
複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線と平行な同じ方向に分極されている。また、複数の圧電体は、等価圧電定数ｄ３３、電圧出力係数ｇ３３、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なる。
【００２１】
直列接続の一方の端の第１圧電体と、前記第１圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第２圧電体と、前記第１圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサとを備えることが好ましい。前記増幅器は、前記第２圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、前記切り替えスイッチは、前記第１圧電体、前記第２圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン／オフを切り替える。前記駆動制御手段は、前記第２圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させる。
【００２２】
前記第２圧電体は、前記第１圧電体よりも等価圧電定数ｄ３３が低く、電圧出力係数ｇ３３が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さい。例えば、前記第１圧電体はソフト・リラクサー系、前記第２圧電体はハード系の圧電セラミックスである。
【００２３】
前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されている。この場合、圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするＡ／Ｄ変換器と、検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることが好ましい。
【００２４】
超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えてもよい。さらに、各部に電源を供給する電源供給手段と、超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えてもよい。
【００２５】
本発明の超音波診断装置は、超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備える超音波プローブと、前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからなることを特徴とする。
【００２６】
本発明の超音波トランスデューサは、超音波および反射波を送受波する圧電体と、前記圧電体が載置される台材と、前記台材に埋設され、反射波を受信して前記圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続して検出信号の和を受信アンプに入力させ、受信アンプを超音波トランスデューサの圧電体の電極に直接接続するので、ケーブル伝送による検出信号の電圧降下がなくなり、超音波トランスデューサの送受信感度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】超音波診断装置の構成を示す外観図である。
【図２】超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。
【図３】超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図４】（Ａ）超音波の送信時および（Ｂ）反射波の受信時の超音波トランスデューサの等価回路を示す説明図である。
【図５】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６】バッキング材の側面に受信アンプ付きフレキシブルプリント基板を配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図７】バッキング材の内部に受信アンプを配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図８】バッキング材の内部に受信アンプ付きフレキシブルプリント基板を配置した超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図９】冷却機構を設けた超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図１０】別の例の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１１】マルチプレクサを接続したさらに別の例を示すブロック図である。
【図１２】超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体を有する超音波トランスデューサの構成を示す拡大断面図である。
【図１３】（Ａ）超音波の送信時および（Ｂ）反射波の受信時の図１２に示す超音波トランスデューサの等価回路を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１において、超音波診断装置２は、携帯型超音波観測器１０と体外式の超音波プローブ１１とで構成される。携帯型超音波観測器１０は、装置本体１２とカバー１３とからなる。装置本体１２の上面には、携帯型超音波観測器１０に種々の操作指示を入力するための複数のボタンやトラックボールが設けられた操作部１４が配されている。カバー１３の内面には、超音波画像をはじめとして様々な操作画面を表示するモニタ１５が設けられている。
【００３０】
カバー１３は、ヒンジ１６を介して装置本体１２に取り付けられており、操作部１４とモニタ１５とを露呈させる図示する開き位置と、装置本体１２の上面とカバー１３の内面を対面させて、操作部１４とモニタ１５を互いに覆って保護する閉じ位置（図示せず）との間で回動自在である。装置本体１２の側面には、グリップ（図示せず）が取り付けられており、装置本体１２とカバー１３を閉じた状態で携帯型超音波観測器１０を持ち運ぶことができる。装置本体１２のもう一方の側面には、超音波プローブ１１が着脱自在に接続されるプローブ接続部１７が設けられている。
【００３１】
超音波プローブ１１は、術者が把持して被検体にあてがう走査ヘッド１８と、プローブ接続部１７に接続されるコネクタ１９と、これらを繋ぐケーブル２０とからなる。走査ヘッド１８の先端部には、超音波トランスデューサアレイ（以下、ＵＴアレイと略す）２１が内蔵されている。
【００３２】
図２において、ＵＴアレイ２１は、ガラス−エポキシ樹脂等の平板状の台座２５上に、バッキング材２６、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）２７、音響整合層２８ａ、２８ｂ、および音響レンズ２９が順次積層された構造を有する。
【００３３】
バッキング材２６は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなり、ＵＴ２７から台座２５側に発せられる超音波を吸収する。バッキング材２６は、エレベーション方向（以下、ＥＬ方向と略す）に垂直な断面が略蒲鉾様に形成された凸状である（図１も参照）。
【００３４】
ＵＴ２７は、ＥＬ方向に長い短冊状をしており、ＥＬ方向と直交するアジマス方向（以下、ＡＺ方向と略す）に複数等間隔で配列されている。各ＵＴ２７の隙間およびその周囲には、充填材３０が充填されている。
【００３５】
音響整合層２８ａ、２８ｂは、ＵＴ２７と被検体との間の音響インピーダンスの差異を緩和するために設けられている。音響レンズ２９は、シリコーン樹脂等からなり、ＵＴ２７から発せられる超音波を被検体内の被観察部位に向けて集束させる。なお、音響レンズ２９は無くてもよく、音響レンズ２９の代わりに保護層を設けてもよい。後述する第１電極３７とパルサ４６との間に遅延線を設け、励振パルスをＵＴ２７に与えるタイミングをずらすことで、電気的に超音波を集束させてもよい。
【００３６】
図３において、ＵＴ２７は、第１圧電体３５、第２圧電体３６、および第１、第２、第３、第４電極３７、３８、３９、４０から構成される。（台座２５、音響整合層２８ａ、２８ｂ、および音響レンズ２９は図示せず）。
【００３７】
第１、第２圧電体３５、３６は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系の同じ材質からなる圧電セラミックスである。第１、第２圧電体３５、３６は、ともに同じ方向（矢印で示す下から上の方向）に分極している。
【００３８】
第１、第２圧電体３５、３６は、ＡＺ方向に平行な線で分断されている。第１、第２圧電体３５、３６のＥＬ方向の長さは同じであり、従ってその上面である送受波面の面積も同じである。
【００３９】
第１、第２電極３７、３８はそれぞれ、第１、第２圧電体３５、３６の上面電極であり、第３、第４電極３９、４０はそれぞれ、第１、第２圧電体３５、３６の下面電極である。第１、第２電極３７、３８は、第１、第２圧電体３５、３６の分断箇所で略直角に曲げられて、バッキング材２６と台座２５の内部を貫通し、台座２５の下面まで設けられている。第３、第４電極３９、４０は、第１、第２圧電体３５、３６の上面から、バッキング材２６と台座２５の側面に沿って下方に延び、台座２５の下面まで設けられている。第１、第２圧電体３５、３６の外側面および第１、第２圧電体３５、３６の分断箇所には、充填材３０が充填されている。
【００４０】
第１〜第４電極３７〜４０には、第１、第２、第３、第４、第５スイッチ（以下、ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷｄ、ＳＷｅという）４１、４２、４３、４４、４５がそれぞれ接続されている。より詳しくは、第１電極３７の一端にＳＷａ４１、第２電極３８の一端にＳＷｂ４２、第１、第２電極３７、３８の他端にＳＷｃ４３がそれぞれ接続され、第３、第４電極３９、４０の一端にＳＷｄ４４、第４電極４０の一端にＳＷｅ４５がそれぞれ接続されている。ＳＷｃ〜ＳＷｅ４３〜４５は台座２５の下面に配され、下面の各電極３７〜４０の延設部分と接続している。
【００４１】
ＳＷａ４１、ＳＷｂ４２はそれぞれ、第１電極３７とパルサ４６、第２電極３８と電圧帰還型または電荷蓄積型の受信アンプ４７の接続をオン／オフする。ＳＷｃ４３、ＳＷｄ４４は二股のスイッチであり、ＳＷｃ４３は第１電極３７と第２電極３８または第４電極４０とを選択可能に繋ぎ、ＳＷｄ４４は第３電極３９と第４電極４０またはグランドとを選択可能に繋ぐ。ＳＷｃ４３、ＳＷｄ４４は、第４電極４０に繋がる出力端子が共通となっており、２入力３出力のスイッチを構成する。ＳＷｅ４５は、第４電極４０とグランドの接続をオン／オフする。第２電極３８、ＳＷｂ４２、および受信アンプ４７は、電気容量性の伝送線路を介さずに互いに直接接続されている。
【００４２】
表１に示すように、ＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５は、超音波の送信時と反射波の受信時で選択状態が変わる。超音波の送信時、ＳＷａ４１はオン、ＳＷｂ４２はオフとなる。ＳＷｃ４３は第２電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４は第４電極４０側に倒される。また、ＳＷｅ４５はオンとなる。図３に示す状態と同じである。この場合の等価回路は、図４（Ａ）に示すようになる。すなわち、パルサ４６、第１電極３７、第２電極３８が繋がれ、第３電極３９、第４電極４０、グランドが繋がれる。そして、第１、第２電極３７、３８と第３、第４電極３９、４０に挟まれた第１、第２圧電体３５、３６にパルサ４６からの励振パルス（駆動電圧）が印加され、第１、第２圧電体３５、３６の上面から超音波（点線矢印で示す）が発せられる。
【００４３】
一方、反射波の受信時、ＳＷａ４１はオフ、ＳＷｂ４２はオンとなる。ＳＷｃ４３は第４電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４はグランド側に倒される。また、ＳＷｅ４５はオフとなる。この場合の等価回路は、図４（Ｂ）に示すように、第２電極３８と受信アンプ４７が繋がれる。そして、第１電極３７と第４電極３８が繋がれ、第３電極３９とグランドが繋がれる。第１、第２圧電体３５、３６は、各電極３７〜４０によって受信アンプ４７に直列接続される。第１、第２圧電体３５、３６の上面に反射波（点線矢印で示す）が入射すると、これに応じた検出信号（検出電圧）が第１、第２圧電体３５、３６から出力される。第１、第２圧電体３５、３６は、ともに矢印で示す同じ方向に分極しているため、各検出信号も同極性で打ち消し合わない。また、第１、第２圧電体３５、３６は直列接続されているため、第２電極３８、ＳＷｂ４２を介して受信アンプ４７に入力される検出信号は、第１、第２圧電体３５、３６から出力された各検出信号の和である。
【００４４】
【表１】
【００４５】
図５において、受信アンプ４７にはレシーバ５０が接続され、レシーバ５０にはＡ／Ｄ変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）５１が接続されている。レシーバ５０は、受信アンプ４７で増幅された検出信号を受信する。Ａ／Ｄ５１は、レシーバ５０からの検出信号にデジタル変換を施し、検出信号をデジタル化する。このレシーバ５０、Ａ／Ｄ５１と、前述のパルサ４６、受信アンプ４７は、ここでは１組しか図示していないが、１個のＵＴ２７に対して１個ずつ、つまりＵＴ２７の個数分設けられている。
【００４６】
パルサ４６は、ＣＰＵ５２の制御の下、走査制御部５３によって駆動制御される。走査制御部５３は、複数のパルサ４６の中から、駆動させるパルサ４６を選択して、これを所定の時間間隔で順次切り替える。具体的には、例えばＵＴ２７が１２８個配されている場合、１２８個のＵＴ２７のうち、隣接する４８個のＵＴ２７を１つのブロックとして各ＵＴ２７に任意の遅延差を与えて駆動させるように選択し、超音波および反射波の１回の送受信毎に、駆動させるＵＴ２７を１〜数個ずつずらす。パルサ４６は、走査制御部５３から送信される駆動信号に基づいて、ＵＴ２７に超音波を発生させるための励振パルスを送信する。
【００４７】
また、走査制御部５３は、ＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５のスイッチング動作を制御する。
【００４８】
Ａ／Ｄ５１は、ビームフォーマ（以下、ＢＦと略す）５４と接続している。ＢＦ５４は、Ａ／Ｄ５１でデジタル化された検出信号に対して、位相整合演算を施す。検波Ｌｏｇ圧縮回路５５は、ＢＦ５４から出力される検出信号の振幅を検波し、Ｌｏｇ圧縮を施す。検波Ｌｏｇ圧縮回路５５から出力された検出信号は、メモリ（図示せず）に一旦格納される。
【００４９】
携帯型超音波観測器１０は、デジタルスキャンコンバータ（以下、ＤＳＣと略す）６０を有する。ＤＳＣ６０は、コネクタ１９、プローブ接続部１７等を介して超音波プローブ１１のメモリからデジタルの検出信号を受け取る。ＤＳＣ６０は、ＣＰＵ６１の制御の下、検出信号をテレビ信号に変換する。ＤＳＣ６０で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）でＤ／Ａ変換が施され、モニタ１５に超音波画像として表示される。
【００５０】
ＣＰＵ６１は、携帯型超音波観測器１０の各部の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６１は、操作部１４からの操作入力信号に基づいて各部を動作させる。また、ＣＰＵ６１は、電源供給部６２を駆動制御し、超音波プローブ１１への電源供給を行わせる。
【００５１】
上記構成を有する超音波診断装置２の作用について説明する。まず、超音波プローブ１１のコネクタ１９を携帯型超音波観測器１０のプローブ接続部１７に挿入固定し、携帯型超音波観測器１０と超音波プローブ１１の電気的機械的接続を得る。そして、操作部１４を操作して携帯型超音波観測器１０の電源を立ち上げるとともに、電源供給部６２から超音波プローブ１１に電源を供給する。術者は、超音波プローブ１１の走査ヘッド１８を被検体に押し当てながら、携帯型超音波観測器１０のモニタ１５に表示される超音波画像を観察して診断を行う。
【００５２】
超音波プローブ１１では、走査制御部５３によって選択されたパルサ４６からＵＴ２７に励振パルスが送信され、ＵＴ２７から被検体に超音波が照射される。走査制御部５３により駆動されるパルサ４６は、超音波および反射波の１回の送受信毎に順次切り替えられる。これにより被検体に超音波が走査される。
【００５３】
このとき、走査制御部５３により、超音波を照射するＵＴ２７のＳＷａ４１がオン、ＳＷｂ４２がオフされる。また、ＳＷｃ４３が第２電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４が第４電極４０側に倒される。さらに、ＳＷｅ４５がオンされる。パルサ４６からの励振パルスは、各電極３７〜４０を介して第１、第２圧電体３５、３６に印加され、第１、第２圧電体３５、３６から被検体に向けて超音波が発せられる。
【００５４】
第１、第２圧電体３５、３６から発せられた超音波は被検体で反射され、その反射波に応じた検出信号がＵＴ２７から出力される。このとき、走査制御部５３により、反射波を受信するＵＴ２７のＳＷａ４１がオフ、ＳＷｂ４２がオンされる。また、ＳＷｃ４３が第４電極３８側に倒され、ＳＷｄ４４がグランド側に倒される。さらに、ＳＷｅ４５がオフされる。各電極３７〜４０によって、第１、第２圧電体３５、３６が受信アンプ４７に直列接続される。受信アンプ４７には、第１、第２圧電体３５、３６から出力された各検出信号の和が入力される。
【００５５】
ＵＴ２７からの検出信号は、受信アンプ４７で増幅された後、レシーバ５０に受信され、Ａ／Ｄ５１でＡ／Ｄ変換されてデジタル化される。Ａ／Ｄ５１でデジタル化された検出信号は、ＢＦ５４に送られてＢＦ５４で位相整合演算され、さらに検波Ｌｏｇ圧縮回路５５で検波、Ｌｏｇ圧縮された後、メモリに一旦格納される。
【００５６】
検波、Ｌｏｇ圧縮後の検出信号は、コネクタ１９、プローブ接続部１７等を介して携帯型超音波観測器１０のＤＳＣ６０に送信され、ＤＳＣ６０でテレビ信号に変換される。ＤＳＣ６０で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換されてモニタ１５に超音波画像として表示される。
【００５７】
以上説明したように、超音波の送信時は第１、第２圧電体３５、３６を並列接続し、反射波の受信時は直列接続して検出信号の和を受信アンプ４７に入力させるので、送受信感度を向上させることができる。受信アンプ４７をＵＴ２７の直近に配置して、第２電極３８、ＳＷｂ４２、および受信アンプ４７を互いに直接接続するので、伝送線路による電圧降下を低減することができる。
【００５８】
上記実施形態では、第１、第２圧電体３５、３６の２個の圧電体を有するＵＴ２７を例示したが、圧電体の個数は２個以上でもよい。圧電体の個数が増えると、直列接続したときの合成静電容量はさらに低下する。このため、伝送線路による電圧降下をさらに低減する必要がある。この対策として、受信アンプ４７をＵＴ２７のさらに近くに配置することが考えられる。
【００５９】
図６〜図８に示すＵＴ７０、７５、８０は、受信アンプ４７との間をさらに近付けるための対策を講じたものである。なお、図６〜図８の例は、その構造が上記実施形態と異なるだけで、超音波の送信時と反射波の受信時のＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５の選択状態は、表１と同じである。
【００６０】
図６に示すＵＴ７０は、その側面にポリイミド等のフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）７１が取り付けられている。ＦＰＣ７１は、第２圧電体３５の側面を埋める充填材３０の側面からバッキング材２６の上部側面にかけて配置されている。
【００６１】
第２電極３８は、上記実施形態よりも側面に向けて長く形成され、その一端が下方に鉤の手状に曲げられている。ＦＰＣ７１は、第２電極３８の鉤の手状の屈曲部分とグランドにハンダ等で接続されている。点線の丸囲いで示すように、ＦＰＣ７１には、ＳＷｂ４２と受信アンプ４７が実装されている。上記実施形態と同様、ＳＷｂ４２は第２電極３８に、受信アンプ４７のグランド端子はグランドにそれぞれ接続されている。なお、図では１個分のＵＴ７０のＳＷｂ４２と受信アンプ４７しか１つのＦＰＣ７１に実装されていないが、実際には、ＵＴ７０の個数分のＳＷｂ４２と受信アンプ４７が１つのＦＰＣ７１に実装されている。
【００６２】
受信アンプ４７が実装されたＦＰＣ７１をバッキング材２６の側面に取り付けるので、受信アンプ４７をＵＴのさらに近くに配置することができ、伝送線路による電圧降下をより低減することができる。
【００６３】
図７に示すＵＴ７５は、ＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５、受信アンプ４７をバッキング材２６内に埋め込んでいる。第１、第２電極３７、３８は、上記実施形態の如くバッキング材２６と台座２５の内部を貫通しておらず、バッキング材２６の上面までしか設けられていない。第１、第２電極３７、３８は、バッキング材２６の上面付近でＳＷｃ４３と接続している。第２電極３８は、図６のＵＴ７０と同様、側面に向けて長く形成され、その一端が下方に鉤の手状に曲げられ、さらにバッキング材２６の上部側面にかけて延設されており、全体として断面略コの字状に形成されている。この第２電極３８の延設部分にＳＷｂ４２が接続している。
【００６４】
第３、第４電極３９、４０は、上記実施形態とは異なり、台座２５の下面まで延設されておらず、バッキング材２６の上部付近までしか設けられていない。第３、第４電極３９、４０は、バッキング材２６の上部でＳＷｄ４４、ＳＷｅ４５と接続している。
【００６５】
受信アンプ４７をバッキング材２６内に埋め込むので、図６の場合と同様に伝送線路による電圧降下をより低減することができる。また、図６の場合はＦＰＣ７１をバッキング材２６の側面に配置する分、ＵＴがＥＬ方向に若干大型化するが、本例では小型化することができる。
【００６６】
図８に示すＵＴ８０は、図７でバッキング材２６に埋め込んだＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５、受信アンプ４７を、１つのＦＰＣ８１に集積した例である。電極等の構成は図７と同じであるため説明を省略する。この場合も図６のＦＰＣ７１と同様、図では１個分しか描いていないが、実際には、ＵＴ８０の個数分のＳＷａ〜ＳＷｅ４１〜４５と受信アンプ４７が１つのＦＰＣ８１に実装されている。各部品の集積度を高めたので、各部品が散逸した図７の場合と比べてＵＴアレイをよりコンパクトにすることができ、ＵＴアレイの製造時の取扱も容易になる。
【００６７】
図６〜図８では、受信アンプ４７等をバッキング材２６の側面に配置したり内部に埋め込んでいるが、受信アンプ４７には駆動熱の問題がある。図６の場合はバッキング材２６の側面に配置しているため、図７、図８の場合と比べて多少の放熱効果は期待できるが、受信アンプ４７を高集積度で実装すると、その駆動熱による悪影響が懸念される。
【００６８】
そこで、図９に示すように、冷却水等の液状冷媒８５を流す管路８６をバッキング材２６内のＦＰＣ８１の近傍に配管する。管路８６には冷却機と循環ポンプ（ともに図示せず）が繋がれており、ＦＰＣ８１の受信アンプ４７の駆動熱を奪った液状冷媒８５を冷却機で冷却しつつ、循環ポンプで管路８６内を循環させる。こうすれば、受信アンプ４７を高集積度で実装したことによる駆動熱を冷却することができ、その悪影響をなくすことができる。なお、図９では、図８のＵＴ８０を例に挙げているが、図６、図７のＵＴ７０、７５に上記の冷却機構を設けてもよい。
【００６９】
図６、図７の例を個別に説明したが、全ＵＴのうちのあるものは受信アンプ４７をバッキング材２６の側面に配置し、他のものはバッキング材２６の内部に埋め込む、というように、これらを複合させてもよい。また、受信アンプ４７等をバッキング材２６の側面に配したり、内部に埋め込む例を説明したが、バッキング材２６ではなく台座２５でもよい。
【００７０】
上記実施形態では、携帯型超音波観測器１０と超音波プローブ１１がケーブル２０で有線接続される例を挙げたが、図１０に示す超音波診断装置９０のように、携帯型超音波観測器９１と超音波プローブ９２間のデータの送受信を無線で行うものに適用してもよい。
【００７１】
図１０において、携帯型超音波観測器９１と超音波プローブ９２にはそれぞれ、Ａ／Ｄ変換後の検出信号を無線で遣り取りするための無線受信部９３と無線送信部９４が設けられている。また、超音波プローブ９２には、バッテリ９５が内蔵されており、バッテリ９５からの電源が電源供給部９６を介して超音波プローブ９２の各部に供給される。
【００７２】
本発明によれば、伝送線路による電圧降下を抑えた分、比較的低い電圧でＵＴを駆動しても、比較的高い送受信感度が得られるので、超音波プローブ９２のようにバッテリ９５で駆動するタイプの耐用時間を従来よりも長引かせることができる。また、低電圧駆動であるためパルサ等の回路規模を小さくすることができ、ひいては超音波プローブの小型化にも寄与することができる。
【００７３】
なお、図１１に示すように、ＵＴアレイ２１とパルサ４６およびレシーバ５０の間に、駆動するＵＴ２７を選択的に切り替えるマルチプレクサ（以下、ＭＵＸと略す）１００を介挿してもよい。例えばＵＴ２７が１２８個で、隣接する４８個のＵＴ２７を１つのブロックとして各ＵＴ２７に任意の遅延差を与えて駆動させる場合、ＭＵＸ１００で駆動させる４８個を選択する。こうすれば、一度に駆動するＵＴ２７の個数分（この場合は４８個分）、パルサ４６とレシーバ５０を用意すればよいので、超音波プローブをさらに小型化することができる。
【００７４】
上記実施形態では、第１、第２圧電体３５、３６を同じ材質からなる圧電セラミックスとし、これらの送受波面の面積も同じとしているが、図１２に示すＵＴ１０５のような構成としてもよい。図１２において、ＵＴ１０５は、第１圧電体（以下、Ｐｓと略す）１０６、第２圧電体（以下、Ｐｈと略す）１０７、および第１、第２、第３電極１０８、１０９、１１０から構成される。
【００７５】
Ｐｓ１０６は、一般にソフト・リラクサー系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばＰｂ（Ｍｎ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｎｉ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｎ、Ｎｂ）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３等を主体とする。Ｐｈ１０７は、Ｐｓ１０６とは異なり、一般にハード系と呼ばれる圧電セラミックスであり、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系である。Ｐｓ１０６とＰｈ１０７は、ともに同じ方向（矢印で示す下から上の方向）に分極している。
【００７６】
Ｐｓ１０６とＰｈ１０７は、ＡＺ方向に平行な線で分断されている。Ｐｓ１０６は、ＥＬ方向の長さがＰｈ１０７よりも長く、従ってその上面である送受波面の面積はＰｈ１０７よりも大きい。送受波面の面積比率は、例えばＰｓ：Ｐｈ＝４：１である。
【００７７】
本例では、Ｐｓ１０６として富士セラミックス社製の型番Ｃ−９２Ｈを、Ｐｈ１０７として同社製の型番Ｃ−５を用いる。表２に示すように、Ｐｓ１０６に用いる型番Ｃ−９２Ｈは、比誘電率ε３３が５３００、等価圧電定数ｄ３３が７７０、電圧出力係数ｇ３３が１６．４である。一方、Ｐｈ１０７に用いる型番Ｃ−５は、比誘電率ε３３が１１７０、等価圧電定数ｄ３３が３３３、電圧出力係数ｇ３３が３２．１である。型番Ｃ−５は、等価圧電定数ｄ３３が型番Ｃ−９２Ｈの約０．４３倍、電圧出力係数ｇ３３が約１．９５倍である。等価圧電定数ｄ３３が大きいほど超音波の送信能力が高く、電圧出力係数ｇ３３が大きいほど反射波の受信感度が高いので、Ｐｓ１０６はＰｈ１０７よりも送信能力が高く、Ｐｈ１０７はＰｓ１０６よりも受信感度が高いといえる。
【００７８】
【表２】
【００７９】
第１電極１０８、第２電極１０９はそれぞれ、Ｐｓ１０６の下面電極、Ｐｈ１０７の上面電極である。第３電極１１０は、Ｐｓ１０６の上面電極とＰｈ１０７の下面電極を兼ねる。第３電極１１０は、Ｐｓ１０６とＰｈ１０７の分断箇所で略乙字状に屈曲した接続部１１１を有する。接続部１１１は、Ｐｓ１０６の上面電極の部分とＰｈ１０７の下面電極の部分を繋ぐ。Ｐｓ１０６とＰｈ１０７の外側面および接続部１１１があるＰｓ１０６とＰｈ１０７の分断箇所には、充填材３０が充填されている。なお、第１電極１０８、第２電極１０９をそれぞれ、Ｐｓ１０６の上面電極、Ｐｈ１０７の下面電極とし、第３電極１１０がＰｓ１０６の下面電極とＰｈ１０７の上面電極を兼ねる構成としてもよい。
【００８０】
第１〜第３電極１０８〜１１０には、第１、第２、第３スイッチ（以下、ＳＷａ’、ＳＷｂ’、ＳＷｃ’という）１１２、１１３、１１４がそれぞれ接続されている。ＳＷａ’１１２は二股のスイッチであり、第１電極１０８とパルサ４６またはグランドとを選択可能に繋ぐ。ＳＷｂ’１１３、ＳＷｃ’１１４はそれぞれ、第２電極１０９と受信アンプ４７、第３電極１１０とグランドの接続をオン／オフする。第２電極１０９、ＳＷｂ’１１３、および受信アンプ４７は、上記実施形態と同様、電気容量性の伝送線路を介さずに互いに直接接続されている。
【００８１】
表３に示すように、ＳＷａ’〜ＳＷｃ’１１２〜１１４は、超音波の送信時と反射波の受信時で選択状態が変わる。超音波の送信時、ＳＷａ’１１２は、パルサ４６側に倒される。また、ＳＷｂ’１１３はオフ、ＳＷｃ’１１４はオンとなる。図１２に示す状態と同じである。この場合の等価回路は、図１３（Ａ）に示すようになる。すなわち、パルサ４６と第１電極１０８、第３電極１１０とグランドが繋がれる。そして、第１電極１０８と第３電極１１０に挟まれたＰｓ１０６にパルサ４６からの励振パルス（駆動電圧）が印加され、Ｐｓ１０６の上面から超音波（点線矢印で示す）が発せられる。ＳＷｂ’１１３がオフなので、第２電極１０９と第３電極１１０に挟まれたＰｈ１０７には励振パルスは印加されず、従ってＰｈ１０７から超音波は発せられない。
【００８２】
一方、反射波の受信時、ＳＷａ’１１２は、グランド側に倒される。また、ＳＷｂ’１１３はオン、ＳＷｃ’１１４はオフとなる。この場合の等価回路は、図１３（Ｂ）に示すように、グランドと第１電極１０８、第２電極１０９と受信アンプ４７が繋がれる。Ｐｓ１０６とＰｈ１０７は、各電極１０８〜１１０によって受信アンプ４７に直列接続される。上記実施形態と同様、第２電極１０９、ＳＷｂ’１１３を介して受信アンプ４７に入力される検出信号は、Ｐｓ１０６とＰｈ１０７から出力された各検出信号の和である。
【００８３】
【表３】
【００８４】
なお、表３の「ａｃｔｉｖｅ」は駆動、「ｉｎａｃｔｉｖｅ」は非駆動を示す。超音波の送信時はＰｓ１０６のみから超音波が発せられるので、Ｐｓ１０６は「ａｃｔｉｖｅ」、Ｐｈ１０７は「ｉｎａｃｔｉｖｅ」である。反射波の受信時は、Ｐｓ１０６とＰｈ１０７両方で反射波を受けて検出信号を出力するので、両方とも「ａｃｔｉｖｅ」である。
【００８５】
超音波の送信時は比較的送信能力が高いＰｓ１０６で超音波を発し、反射波の受信時はＰｓ１０６と、比較的受信感度が高いＰｈ１０７で反射波を受けるので、Ｐｓ１０６、Ｐｈ１０７の互いの長所を活かした（短所を補った）駆動方法であるといえる。
【００８６】
送受信感度は、（送波面の面積比率）×｛（Ｐｓ１０６の受信感度）＋（Ｐｈ１０７の受信感度）｝＝（送波面の面積比率）×｛１＋（Ｐｓ１０６に対するＰｈ１０７の電圧出力係数ｇ３３の比）｝＝０．８０×（１＋１．９５）＝２．３６（＝＋７．４６ｄＢ）となる。単純に同じ種類の圧電体を直列接続した場合、送受信感度は圧電体の個数倍にしかならないが、本例では個数倍以上に送受信感度が向上する。
【００８７】
比較的送信能力に長けたＰｓ１０６と比較的受信感度が高いＰｈ１０７を各電極１０８〜１１０で直列接続し、超音波の送信時はＰｓ１０６を用い、反射波の受信時はＰｓ１０６とＰｈ１０７の両方で検出信号を出力してその和を受信アンプ４７に入力するので、従来よりもさらに送受信感度を向上させることができる。送受信感度が向上すれば、ＵＴ１０５に与える駆動電圧を上げる必要がなくなり、低電圧駆動が可能となる。
【００８８】
ＵＴを構成する圧電体の個数がｎ個（ｎは２以上の自然数）であった場合、隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる、第３電極１１０等の兼用電極はｎ−１個必要である。兼用電極を含む電極の総数はｎ＋１個であり、兼用電極以外の電極は第１電極１０８と第２電極１０９の２個である。
【００８９】
隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極である第３電極１１０に接続部１１１を設けているが、接続部の代わりにワイヤボンディング等で隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を導通させてもよい。また、ハード系の圧電セラミックスの代わりに、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電樹脂を用いてもよい。
【００９０】
上記実施形態では、ＥＬ方向に沿って各圧電体を並べているが、ＡＺ方向に沿って並べても構わない。上記実施形態では、いわゆるコンベックス電子走査型の体外式の超音波プローブを例示したが、ラジアル電子走査型、あるいは１個のＵＴを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式の超音波プローブでもよい。電子内視鏡の鉗子チャンネルに挿入される体内式の超音波プローブや、電子内視鏡と一体化された超音波内視鏡についても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
２、９０ 超音波診断装置
１０、９１ 携帯型超音波観測器
１１、９２ 超音波プローブ
２１ 超音波トランスデューサアレイ（ＵＴアレイ）
２５ 台座
２６ バッキング材
２７、７０、７５、８０、１０５ 超音波トランスデューサ（ＵＴ）
３５ 第１圧電体
３６ 第２圧電体
３７〜４０ 第１〜第４電極
４１〜４５ 第１〜第５スイッチ（ＳＷａ〜ＳＷｅ）
４６ パルサ
４７ 受信アンプ
５１ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
５２ ＣＰＵ
５３ 走査制御部
５４ ビームフォーマ（ＢＦ）
５５ 検波Ｌｏｇ圧縮回路
７１、８１ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
８５ 液状冷媒
８６ 管路
９４ 無線送信部
９５ バッテリ
１００ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
１０６ 第１圧電体（Ｐｓ）
１０７ 第２圧電体（Ｐｈ）
１０８〜１１０ 第１〜第３電極
１１１ 接続部
１１２〜１１４ 第１〜第３スイッチ（ＳＷａ’〜ＳＷｃ’）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、
複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、
超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、
反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の、送受波面に垂直な側面に配されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の送受波面に垂直な側面に配されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記切り替えスイッチは、前記増幅器とともに前記回路基板に実装されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の内部に埋設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の内部に埋設されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記切り替えスイッチは、前記増幅器とともに前記回路基板に実装されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記台材に、前記増幅器の駆動熱を冷却する冷却機構を設けることを特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記増幅器は、電圧帰還型または電荷蓄積型であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記超音波トランスデューサは、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された構成を有し、
前記駆動制御手段は、１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記切り替えスイッチを動作させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線と平行な同じ方向に分極されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
複数の圧電体は、等価圧電定数ｄ３３、電圧出力係数ｇ３３、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なることを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
直列接続の一方の端の第１圧電体と、
前記第１圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第２圧電体と、
前記第１圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサとを備え、
前記増幅器は、前記第２圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、
前記切り替えスイッチは、前記第１圧電体、前記第２圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン／オフを切り替え、
前記駆動制御手段は、前記第２圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記第２圧電体は、前記第１圧電体よりも等価圧電定数ｄ３３が低く、電圧出力係数ｇ３３が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さいことを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記第１圧電体はソフト・リラクサー系、前記第２圧電体はハード系の圧電セラミックスであることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されており、
圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、
前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、
前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするＡ／Ｄ変換器と、
検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、
各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えることを特徴とする請求項１６に記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
各部に電源を供給する電源供給手段と、
超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えることを特徴とする請求項１６または１７に記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、
複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、
超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、
反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備える超音波プローブと、
前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからなることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２０】
超音波および反射波を送受波する圧電体と、
前記圧電体が載置される台材と、
前記台材に埋設され、反射波を受信して前記圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器とを備える超音波トランスデューサ。
【請求項１】
超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、
複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、
超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、
反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備えることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の、送受波面に垂直な側面に配されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の送受波面に垂直な側面に配されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記切り替えスイッチは、前記増幅器とともに前記回路基板に実装されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記増幅器は、前記超音波トランスデューサの圧電体が載置される台材の内部に埋設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記増幅器は回路基板に実装されており、該回路基板が台材の内部に埋設されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記切り替えスイッチは、前記増幅器とともに前記回路基板に実装されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記台材に、前記増幅器の駆動熱を冷却する冷却機構を設けることを特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記増幅器は、電圧帰還型または電荷蓄積型であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記超音波トランスデューサは、超音波の送信能力および反射波の受信感度が異なる複数の圧電体、並びに隣り合う圧電体の一方の上面電極および他方の下面電極を兼ねる兼用電極を含む電極を有し、該電極により複数の圧電体が直列接続された構成を有し、
前記駆動制御手段は、１個以外の圧電体に電極を介して駆動電圧を印加して超音波を発生させ、且つ反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧が全ての圧電体の分加算されるよう、前記切り替えスイッチを動作させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
複数の圧電体は、超音波および反射波の送受波面の法線と平行な同じ方向に分極されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
複数の圧電体は、等価圧電定数ｄ３３、電圧出力係数ｇ３３、または超音波および反射波の送受波面の面積比率が異なることを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
直列接続の一方の端の第１圧電体と、
前記第１圧電体よりも超音波の送信能力が低く反射波の受信感度が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が低い直列接続の他方の端の第２圧電体と、
前記第１圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、駆動電圧を供給するパルサとを備え、
前記増幅器は、前記第２圧電体の兼用電極ではない電極に接続され、
前記切り替えスイッチは、前記第１圧電体、前記第２圧電体の電極と前記パルサおよび前記増幅器の接続のオン／オフを切り替え、
前記駆動制御手段は、前記第２圧電体以外の圧電体に駆動電圧が印加され、且つ全ての圧電体からの検出信号の和が前記増幅器に入力されるよう、前記切り替えスイッチを動作させることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記第２圧電体は、前記第１圧電体よりも等価圧電定数ｄ３３が低く、電圧出力係数ｇ３３が高く、超音波および反射波の送受波面の面積比率が小さいことを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
前記第１圧電体はソフト・リラクサー系、前記第２圧電体はハード系の圧電セラミックスであることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
前記超音波トランスデューサは、複数アレイ状に配列されており、
圧電体に駆動電圧を供給するパルサと、
前記パルサを駆動させ、超音波を走査させる走査制御手段と、
前記増幅器で増幅された検出電圧をデジタルの検出信号とするＡ／Ｄ変換器と、
検出信号から超音波画像を生成するための信号処理を実行する信号処理手段と、
各部を統括的に制御する主制御手段とを備えることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
超音波および反射波を送受波する前記超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを備えることを特徴とする請求項１６に記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
各部に電源を供給する電源供給手段と、
超音波画像を表示する超音波観測器に信号処理後の検出信号を無線送信する無線送信手段とを備えることを特徴とする請求項１６または１７に記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
超音波および反射波の送受波面に平行な方向に並べられた複数の圧電体を有する超音波トランスデューサと、
複数の圧電体を挟む各電極に繋がれ、複数の圧電体の接続を並列または直列に切り替える切り替えスイッチと、
超音波の送信時は複数の圧電体を並列接続し、反射波の受信時は直列接続するよう、前記切り替えスイッチを動作させる駆動制御手段と、
反射波を受信して圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器であり、圧電体の電極と電気容量性の伝送線路を介さずに直接接続された増幅器とを備える超音波プローブと、
前記超音波プローブと接続され、超音波画像を表示する超音波観測器とからなることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２０】
超音波および反射波を送受波する圧電体と、
前記圧電体が載置される台材と、
前記台材に埋設され、反射波を受信して前記圧電体から出力される検出電圧を増幅する増幅器とを備える超音波トランスデューサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−５０５７１（Ｐ２０１１−５０５７１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０２３２１（Ｐ２００９−２０２３２１）
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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