| 【発明の名称】 |
超音波診断装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】篠村 隆一
【氏名】浅房 勝徳
【氏名】永田 達也
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| 【要約】 |
【課題】振動素子に生じる超音波送受感度の歪みを修正して超音波像のＳ／Ｎを向上させる。
【構成】超音波診断装置は、超音波探触子１０と、送信回路１２と、受信回路１４と、画像処理手段１６と、モニタ１８とを備え、超音波探触子１０は、超音波と電気信号を相互に変換する複数の振動素子２２，が配列され、各振動素子２２は、対向する電極２２ａと電極２２ｂの間に絶縁膜２２ｃとギャップ２２ｄを有し、前記電極間に印加されるバイアスの大きさに応じて超音波送受信感度が変化するものとし、振動素子２２の電極間に印加されたバイアスの極性を予め定めた契機で反転させるバイアス極性変更手段２６を有する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体との間で超音波を送受する超音波探触子と、該超音波探触子に駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段と、前記超音波像が表示される表示手段とを備え、
前記超音波探触子は、超音波と電気信号を相互に変換する複数の振動素子が配列され、前記各振動素子は、対向する二つの電極間に絶縁膜とギャップを有し、前記電極間に印加されるバイアスの大きさに応じて超音波送受信感度が変化するものとし、
前記振動素子の電極間に印加されたバイアスの極性を反転させるバイアス極性変更手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記バイアス極性変更手段は、装置電源が投入された際に前記電極間に印加されたバイアスの極性を反転させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記バイアス極性変更手段は、撮像モードの切替指令に応じて、前記電極間に印加されたバイアスの極性を反転させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記バイアス極性変更手段は、前記超音波探触子で送受される超音波ビームのフォーカス点の変更指令に応じて、前記電極間に印加されたバイアスの極性を反転させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の診断画像として超音波像を撮像する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体の診断画像を撮像する超音波診断装置は、超音波探触子から被検体に超音波を送波し、被検体内で反射したエコーを超音波探触子で受波し、超音波探触子から出力される信号に基づき超音波像が構成される。
【０００３】
このような超音波診断装置の超音波探触子は、超音波と電気信号を相互に変換する複数の振動素子が配列されている。ここでの振動素子として、対向する二つの電極間に絶縁膜とギャップを有し、電極間に印加されるバイアスの大きさに応じて超音波送受感度を調整可能な例えばｃＭＵＴ（Capative Micromachined Ultrasonic Transducer）が知られている。
【０００４】
ｃＭＵＴに代表される振動素子は、半導体プロセスによる加工技術で形成されるため、単一素子の大きさが微細である。したがって、超音波像を撮像するのに必要な信号強度を確保するために、複数の振動素子を複数の組に分けて接続し、組単位で超音波を送受することが行われている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ２００４−０１６０１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、被検体と超音波探触子との間で超音波を送受するに際し、振動素子の電極間にバイアスを印加すると、電極間に挟まれた絶縁膜などに微量のリーク電流が流れることがある。すなわち、直流バイアスの印加に起因して絶縁膜などに微量の電荷が注入されることがある。絶縁膜などに注入された電荷は、バイアスの印加を遮断しても残存して徐々に蓄積する。その蓄積電荷に起因して電極間の電界強度が変化すると、振動素子の超音波送受感度に経時的な歪みが生じることがある。その場合、振動素子の送受超音波に含まれる高調波成分が増大する結果、超音波像のＳ／Ｎ（signal to nose ratio）が劣化するおそれがある。このような絶縁膜などの蓄積電荷に起因した振動素子の送受感度の歪みについては特許文献１などは考慮しておらず、改善の余地がある。
【０００７】
本発明の課題は、振動素子に生じる超音波送受感度の歪みを修正して超音波像のＳ／Ｎを向上させるのにより好適な超音波診断装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の超音波診断装置は、被検体との間で超音波を送受する超音波探触子と、該超音波探触子に駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段と、前記超音波像が表示される表示手段とを備え、前記超音波探触子は、超音波と電気信号を相互に変換する複数の振動素子が配列され、前記各振動素子は、対向する二つの電極間に絶縁膜とギャップを有し、前記電極間に印加されるバイアスの大きさに応じて超音波送受信感度が変化するものとし、前記振動素子の電極間に印加されたバイアスの極性を予め定めた契機で反転させるバイアス極性変更手段を有することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、振動素子の絶縁膜などに電荷が蓄積した場合、その蓄積電荷は、振動素子の電極間に印加されたバイアスに応じた極性（正負）を有する。したがって、電極間に所定の契機で逆極性のバイアスを印加すると、その逆極性のバイアスにより蓄積電荷が中和される。このように逆極性のバイアスにより絶縁膜などの蓄積電荷を打ち消すことにより、蓄積電荷に起因する振動素子の送受感度の歪みが修正される。その結果、振動素子の送受超音波に含まれる高調波成分が低減するので、超音波像のＳ／Ｎが向上する。
【００１０】
この場合において、前記バイアス極性変更手段は、装置電源が投入された際に前記電極間に印加されたバイアスの極性を反転させる。これにより、超音波撮像シーケンスに影響を与えずに振動素子の蓄積電荷を定期的に中和できる。
【００１１】
また、本発明の一態様によれば、前記バイアス極性変更手段は、撮像モードの切替指令に応じて前記電極間に印加されたバイアスの極性を反転させる。また、前記バイアス極性変更手段は、前記超音波探触子で送受される超音波ビームのフォーカス点の変更指令に応じて前記電極間のバイアスの極性を反転させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、振動素子に生じる超音波送受感度の歪みを修正して超音波像のＳ／Ｎを向上させるのにより好適な超音波診断装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第一の実施形態）
本発明を適用した超音波診断装置の第一の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、被検体の診断画像を撮像する超音波診断装置は、被検体との間で超音波を送受する超音波探触子１０と、超音波探触子１０に駆動信号を供給する送信回路１２と、超音波探触子１０から出力される受信信号を処理する受信回路１４と、受信回路１４から出力される信号に基づき超音波像を再構成する画像処理手段１６と、超音波像が表示される表示手段としてのモニタ１８などを備えている。
【００１５】
ここでの超音波探触子１０は、超音波と電気信号を相互に変換する複数の振動素子（例えば、振動素子２２，２４）が配列されている。振動素子２２は、対向する電極２２ａ，２２ｂの間に絶縁膜２２ｃとギャップ２２ｄを有する。例えば、振動素子２２として、ｃＭＵＴ（Capative Micromachined Ultrasonic Transducer）を適用できる。この振動素子２２は、電極２２ａ，２２ｂの間に印加されるバイアスの大きさに応じて超音波送受信感度が変化する。なお、振動素子２４も同様である。
【００１６】
そして、本実施形態の超音波診断装置は、振動素子２２，２４の電極間に印加されたバイアスの極性（正負）を予め定めた契機で反転させるバイアス極性変更手段２６が配設されている。例えば、バイアス極性変更手段２６は、装置電源が投入された際や、撮像モードが切り替えられた際や、超音波ビームのフォーカス点が変更された際に、振動素子２２，２４の電極間に逆極性のバイアスを印加する。
【００１７】
すなわち、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどに電荷が蓄積した場合、その蓄積電荷は、振動素子２２，２４の電極間に印加されるバイアスに応じた極性（正負）を有する。したがって、振動素子２２，２４の電極間に所定の契機で逆極性のバイアスを印加することにより、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどに蓄積された電荷が中和される。このように逆極性のバイアスにより絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどの蓄積電荷を打ち消すことにより、蓄積電荷に起因する振動素子２２，２４の送受感度の歪みが修正される。その結果、振動素子２２，２４の送受超音波に含まれる高調波成分が低減するため、超音波像のＳ／Ｎが向上する。
【００１８】
より詳細に、本実施形態の超音波診断装置について説明する。超音波診断装置は、本体部に超音波探触子１０が接続されている。超音波探触子１０は、複数の振動素子（例えば、振動素子２２，２４）が配設されている。振動素子２２，２４は、半導体プロセスによる微細加工（例えば、ＭＥＭＳ（Mirco Electro Mechanical System）技術）によってシリコンなどから形成された例えばｃＭＵＴである。
【００１９】
図１に示すように、振動素子２２は、振動膜としての絶縁膜２２ｃと、絶縁膜２２ｃに形成された上部電極としての電極２２ａと、半導体基板の表面に形成された下部電極としての電極２２ｂとを有する。絶縁膜２２ｃは、例えば導電率１０１１〜１０１４Ω／ｍを有し、短絡を防止する。電極２２ａは、電極２２ｂに対してギャップ２２ｄを介して対向して配置されている。また、絶縁膜２２ｃを半導体基板に支持するリム２２ｅが形成されている。リム２２ｅは、絶縁膜２２ｃと電極２２ｂとの間の空間をギャップ２２ｄとして区画する環状部材である。また、ギャップ２２ｄは、真空状態又は所定のガスが充填された状態にされている。
【００２０】
このような振動素子２２は、電気的にいわばコンデンサの構造を有する。より具体的には、振動素子２２は、電極２２ａと電極２２ｂの間にＤＣバイアスが印加されると、ギャップ２２ｄに電界が発生し、その電界強度に由来して絶縁膜２２ｃが緊張する。そして、超音波周波数を有するＡＣパルスが振動素子２２に印加されると、絶縁膜２２ｃが励振して超音波が射出される。また、振動素子２２は、絶縁膜２２ｃが緊張した状態で被検体から超音波が入波した際は、絶縁膜２２ｃが励振される結果、コンデンサの容量に対応するギャップ２２ｄの容量が変化し、その容量変化が電気信号として取り出される。すなわち、振動素子２２は、印加バイアスの大きさに応じて絶縁膜２２ｃの緊張度が制御可能なもの、つまり超音波送受感度が調整可能なものである。なお、振動素子２２を中心に説明したが、振動素子２４も同様である。
【００２１】
一方、超音波診断装置の本体部は、送信回路１２、受信回路１４、画像処理手段１６、モニタ１８、操作卓３２、制御手段３４などを有する。送信回路１２及び受信回路１４は、送受分離回路２８を介して超音波探触子１０に接続している。ここでの送信回路１２は、駆動信号としての超音波送信パルスを送受分離回路２８を介して超音波探触子１０に供給する。受信回路１４は、超音波探触子１０から出力された超音波受信パルスを送受分離回路２８を介して受信し、受信信号に対して増幅処理や整相加算処理を施す。画像処理手段１６は、受信回路１４から出力された信号に基づき超音波像（例えば、Ｂモード像、ＣＦＭモード像、ドプラ像）を再構成する。モニタ１８は、画像処理手段１６から出力された超音波像が表示画面に表示される。操作卓３２は、操作者と装置のユーザインターフェースである。例えば、操作卓３２は、キーボードやスイッチを介して、装置電源の投入指令や、撮像モードの切り替え指令や、送波フォーカス点の深度の変更指令などが入力される。また、制御手段３４は、各構成部に制御指令を出力する。
【００２２】
そして、本実施形態の本体部は、ＤＣバイアス電源３０とバイアス極性変更手段２６が配設されている。ＤＣバイアス電源３０は、超音波探触子１０の振動素子２２，２４にＤＣバイアスを印加する。バイアス極性変更手段２６は、振動素子２２，２４の電極間に所定の契機で逆極性のバイアスを印加させる指令をＤＣバイアス電源３０に出力する。
【００２３】
図２は、ＤＣバイアス電源３０の構成を示す図である。図２に示すように、ＤＣバイアス電源３０は、ＤＣ電源３６，３８と、スイッチ４０と、スイッチ制御手段４２を有する。ＤＣ電源３６は、ＤＣ電源３８に対して逆極性つまり正負が反対のものである。スイッチ４０は、ＤＣ電源３６，３８を切り替えて超音波探触子１０に接続する。スイッチ制御手段４２は、バイアス極性変更手段２６の出力指令に応じてスイッチ４０を切り替える。ここでのスイッチ制御手段４２は、例えば、トリガごとにパルスの極性を変えるトグルスイッチである。
【００２４】
以下、ＤＣバイアス電源３０とバイアス極性変更手段２６の動作についてより具体的に説明する。図３は、ＤＣバイアス電源３０の動作を示すタイムチャートである。
【００２５】
＜実施例１＞
本実施例は、装置電源が投入された際に、振動素子２２，２４の電極間に印加するバイアスの極性を反転させる例である。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、まず、装置の電源オンがｎ回目のとき、ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に正のバイアスを印加する。具体的には、ＤＣバイアス電源３０のスイッチ制御手段４２は、スイッチ４０をＤＣ電源３６に接続する。装置の電源がオフにされると、ＤＣバイアス電源３０は、振動素子２２，２４に対するバイアスの印加を停止する。そして、装置の電源が再びオンにされたとき、ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に負のバイアスを印加する。具体的には、ＤＣバイアス電源３０のスイッチ制御手段４２は、スイッチ４０をＤＣ電源３８に切り替えて接続する。すなわち、本実施例は、装置の電源オンがｎ回目のときは、振動素子２２，２４に正のバイアスが印加されるが、装置の電源オンが（ｎ＋１）回目のときは、振動素子２２，２４に負のバイアスが印加される。
【００２７】
本実施例によれば、装置の電源オンがｎ回目のときに絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどに正の電荷が蓄積しても、装置の電源オンが（ｎ＋１）回目のときに、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどの蓄積電荷が中和されることになる。したがって、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどの蓄積電荷に起因する振動素子２２，２４の超音波送受感度の歪みが修正される。
【００２８】
＜実施例２＞
本実施例は、装置の撮像モードが切り替えられた際に、振動素子２２，２４の電極間に印加するバイアスの極性を反転させる例である。
【００２９】
図３（Ｂ）に示すように、まず、Ｂモードで超音波撮像が開始されるとき、ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に正のバイアスを印加する。
【００３０】
そして、ＢモードからＣＦＭ（Color Flow Mapping）モードに切り替える指令が操作卓３２に入力されると、バイアス極性変更手段２６は、操作卓３２の入力指令に基づきバイアス反転指令を生成してＤＣバイアス電源３０に出力する。ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に負のバイアスを印加する。なお、ＣＦＭモードからＢモードに戻す指令が操作卓３２に入力されると、ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に正のバイアスを再び印加する。
【００３１】
本実施例によれば、撮像モードがＢモードであるときに絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどに正の電荷が蓄積しても、ＢモードからＣＦＭモードに変更される際に、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどの蓄積電荷が中和されることになる。したがって、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどの蓄積電荷に起因する振動素子２２，２４の超音波送受感度の歪みが修正される。
【００３２】
＜実施例３＞
本実施例は、送波フォーカスの深度を変更した際に、振動素子２２，２４の電極間に印加するバイアスの極性を反転させる例である。
【００３３】
図３（Ｃ）に示すように、まず、送波フォーカスの深度がＦ１に設定された場合、ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に正のバイアスを印加する。具体的には、ＤＣバイアス電源３０のスイッチ制御手段４２は、スイッチ４０をＤＣ電源３６に接続する。
【００３４】
そして、送波フォーカスの深度がＦ１よりも大きいＦ２に変更する指令が操作卓３２に入力されると、バイアス極性変更手段２６は、操作卓３２の入力指令に基づきバイアス反転指令を生成してＤＣバイアス電源３０に出力する。ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に負のバイアスを印加する。また、送波フォーカスの深度をＦ１に戻す指令が操作卓３２に入力されると、ＤＣバイアス電源３０は、バイアス極性変更手段２６の指令に応じ、振動素子２２，２４に正のバイアスを再び印加する。
【００３５】
本実施例によれば、送波フォーカスがＦ１がＢモードであるときに絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどに正の電荷が蓄積しても、送波フォーカスがＦ１からＦ２に変更される際に、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどの蓄積電荷が中和されることになる。したがって、絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどの蓄積電荷に起因する振動素子２２，２４の超音波送受感度の歪みが修正される。
【００３６】
上述の実施例１〜実施例３によりＤＣバイアス電源３０とバイアス極性変更手段２６の動作を例示したが、これに限られるものではない。例えば、装置の電源投入ごとに印加バイアスの極性を反転する例を示したが、電源投入が２回されるごとに反転してもよいし、日単位又は時間単位で反転してもよい。また、撮像モードの切替指令が操作卓３２に入力された際に印加バイアスを反転する例を示したが、撮像モードが自動的に切り替えられる場合は、その切替タイミングに追従して印加バイアスを反転してもよい。送波フォーカスの変更も同様に、送波フォーカスの深度が自動的に切り替えられる場合は、その切替タイミングに追従して印加バイアスを反転してもよい。
【００３７】
なお、ここで図４を参照して振動素子の超音波送受感度の歪みについて補足説明をする。図４（Ａ）は、超音波送信パルス電圧Ｖ（ｔ）を横軸に示し、振動素子の送受感度ｐ（ｖ）を縦軸に示したグラフである。図４（Ｂ）は、超音波送信パルス電圧Ｖ（ｔ）を横軸に示し、時間ｔを縦軸に示したグラフである。図４（Ｃ）は、時間ｔを横軸に示し、送受感度ｐ（ｖ）を縦軸に示したグラフである。
【００３８】
まず、振動素子の電極間にＤＣバイアスを比較的短い時間だけ印加した場合は、超音波送信パルス電圧Ｖ（ｔ）と送受感度ｐ（ｖ）の関係は、図４（Ａ）の点線のようになる。図４（Ａ）の点線は、横軸と縦軸の交差点つまりゼロ点を通過し、ゼロ点を基準とする点対称の線である。ここで図４（Ｂ）に示す正方向と負方向の振幅が同じ超音波送信パルス電圧を振動素子に印加すると、振動素子の送受感度は、図４（Ｃ）の点線に示すように、正方向と負方向の振幅がほぼ同じものになる。
【００３９】
しかし、振動素子の電極間にＤＣバイアスを比較的長い時間にわたって印加すると、振動素子内の絶縁膜などに電荷が注入されるため、超音波送信パルス電圧Ｖ（ｔ）と送受感度ｐ（ｖ）の関係は、図４（Ａ）の実線に示すように、振動素子の送受感度極性に偏りつまり送受感度ドリフトが生じる場合がある。ここで図４（Ｂ）に示す超音波送信パルス電圧を振動素子に印加すると、振動素子の送受感度は、図４（Ｃ）の実線に示すように、正方向と負方向の振幅が異なる偏りつまり歪みを有したものになる。このような送受感度の歪みに起因して、振動素子の送受超音波に含まれる高調波成分が増大する場合がある。
【００４０】
この点、本実施形態の超音波診断装置によれば、振動素子２２，２４の電極間に所定の契機で逆極性のバイアスを印加することにより、振動素子２２，２４の絶縁膜２２ｃ，２４ｃなどに蓄積された電荷が中和されるから、振動素子２２，２４の送受感度の歪みが修正される。
【００４１】
（第二の実施形態）
本発明を適用した超音波診断装置の第二の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、フレネルフォーカス技術に本発明を適用したことにある。したがって、第一の実施形態と対応する箇所は同一符号を付す。
【００４２】
まず、図５を参照してフレネルフォーカス技術の原理を説明する。図５に示すように、短軸方向に配列された複数の振動素子が複数の組に分けられる。便宜上、振動素子の組を振動子と称する。複数の振動子のうち所定の振動子からフォーカス点までの距離を基準距離と設定し、隣接素子とフォーカス点までの距離が基準距離に比べて半波長ずれた場合、隣接素子に付与する送信パルスの位相をπだけずらす。すなわち、各振動子からフォーカス点までの距離をλ／２単位で規格化する。
【００４３】
各振動子に付与する位相データφは、数式１で表される。ここでは振動子の座標を（０，ｙ）としている。また、ｒは、振動子からフォーカス点までの距離を示す。ｃは、音速を示す。ｆは、超音波周波数を示す。数式１から各振動子に付与するフォーカスデータは、数２式で表される。数式２のｓｉｇｎ関数は「＋１」又は「−１」の値を与える符号関数である。数式１及び数式２に示すように、隣接素子とフォーカス点までの距離が基準距離に比べて半波長（λ／２）以内のときは、隣接素子と基準素子に付与する送信パルスを同位相にする。このような技術がフレネルフォーカス技術である。
【００４４】
（数式１）
（数式２）
【００４５】
図６は、等分割の振動子に対してスイッチによりフレネル束ねを行う例である。図６に示すように、複数の振動素子が同じ幅の組に分けられている。それらの組を振動子Ａ〜振動子Ｂと称する。振動子Ａ〜振動子Ｂのそれぞれにスイッチ５８が配設されている。ここでのスイッチ５８は、振動子Ａ〜振動子ＯをＤＣバイアス電源６０のＸ端子又はＹ端子に切り替えて接続する。
【００４６】
ＤＣバイアス電源６０は、ＤＣ電源３６，３８と、二つのスイッチ４０と、スイッチ制御手段４２を有する。ＤＣ電源３６は、ＤＣ電源３８に対して逆極性つまり正負が反対のものである。各スイッチ４０は、ＤＣ電源３６，３８を切り替えてＸ端子又はＹ端子に接続する。
【００４７】
例えば、図６に示す態様は、ＤＣバイアス電源６０のＸ端子にＤＣ電源３６が接続されているため、Ｘ端子に正のバイアスが印加される。またＹ端子にＤＣ電源３８が接続されているため、Ｙ端子に負のバイアスが印加される。そして、振動子Ａは、スイッチ５８を介してＹ端子に接続されているため、負のバイアスが印加される。また振動子Ｂ，Ｃは、Ｙ端子に接続されているため、正のバイアスが印加される。振動子Ｄ，Ｅ，Ｆは、Ｙ端子に接続されているため、負のバイアスが印加される。振動子Ｇ，Ｈは、Ｘ端子に接続されているため、正のバイアスが印加される。振動子Ｉは、Ｙ端子に接続されているため、負のバイアスが印加される。このようにスイッチ５８により振動子Ａ〜Ｏが正のバイアスが印加されるグループと負のバイアスが印加されるグループに束ねられる。
【００４８】
ここで、振動素子として適用されるｃＭＵＴは、同一極性の駆動パルスが入力される際に逆極性のバイアスが印加されると、音響出力が逆極性になる特性を有する。したがって、隣接素子とフォーカス点までの距離が基準距離に比べて半波長ずれた場合、隣接素子に付与する送信パルスの位相を反転させることに代えて、各素子に印加するバイアスの極性を反転させることにより、各素子に同位相の送信パルスを付与しても超音波ビームをフォーカス点で絞ることができる。
【００４９】
さらに、スイッチ５８を切り替えることによりいわゆる長軸走査をすることができる。例えば、図６に示す態様は、振動子Ａ〜振動子ＩがＸ端子又はＹ端子のいずれかに接続されているが、振動子Ｊ〜振動子ＯはＸ端子又はＹ端子のいずれとも未接続である。すなわち、本例の超音波口径は、振動子Ａ〜振動子Ｉにより構成されている。そして、振動子Ａ〜振動子Ｉで構成される口径で一走査線を形成した後、振動子ＡをＸ端子又はＹ端子を未接続にするとともに、振動子ＢをＹ端子に接続し、振動子Ｃ，ＤをＸ端子に接続し、振動子Ｅ，Ｆ，ＧをＹ端子に接続し、振動子Ｈ，ＩをＸ端子に接続し、振動子ＪをＹ端子に接続する。このような振動子Ｂ〜振動子Ｊで構成される口径で一走査線を形成する。このようにスイッチ５８を制御することにより、長軸方向に１素子分だけ口径を移動できる。
【００５０】
また、図７は、複数の振動素子を短軸方向に複数の組に分割した例である。図７に示すように、複数の振動素子が短軸方向に配列されている。それら振動素子の背面に複数の下部短軸共通電極６２が形成されている。下部短軸共通電極６２は、短軸方向に沿って並んで配列されている。また振動素子の表面側に上部長軸素子電極６４が形成されている。このような下部短軸共通電極６２及び上部長軸素子電極６４にＤＣバイアスを印加するに際し、フォーカス点までの距離に基づきＤＣバイアスの極性を反転することにより、超音波ビームが短軸方向に絞られるため、振動素子の被検体側に音響レンズを配設したのと同様の効果が実現される。
【００５１】
そして、図５〜図７に示した態様にも本発明を適用できる。すなわち、第一の実施形態で説明したように、振動素子としてのｃＭＵＴに印加するバイアスを所定の契機で反転させることにより、ｃＭＵＴの絶縁膜などに対する電荷注入を軽減できる。
【００５２】
例えば、図３（Ｃ）に示すように送波フォーカスの深度がＦ１である際は、スイッチ４０，５８が図６の態様にあるとする。その態様においては、振動子Ａは、ＤＣバイアス電源６０のＹ端子に接続されることから、ＤＣバイアス電源６０のＤＣ電源３８から負のバイアスが印加される。振動子Ｂは、ＤＣバイアス電源６０のＸ端子に接続されることから、ＤＣバイアス電源６０のＤＣ電源３６から正のバイアスが印加される。
【００５３】
そして、送波フォーカスの深度をＦ１からＦ２に変更する指令が操作者の意図に基づき操作卓３２を介して入力されると、その入力を契機にしてバイアス極性変更手段２６からＤＣバイアス電源６０にバイアス反転指令が出力される。バイアス反転指令に応じてＤＣバイアス電源６０のスイッチ制御手段４２は、スイッチ４０を切り替えることにより、Ｘ端子にＤＣ電源３６を接続するとともに、Ｙ端子にＤＣ電源３８を接続する。これによって振動子Ａは、正のバイアスが印加されるし、振動子Ｂは、負のバイアスが印加されることになる。すなわち、図６に示す態様に対して振動子Ａ，Ｂに逆極性のバイアスが印加されることから、振動子Ａ，Ｂの蓄積電荷を中和することができる。なお、振動子Ａ，Ｂを中心に説明したが、他の振動子Ｃ〜Ｏも同様である。
【００５４】
図８は、図６に示す態様の他の例であり、可変口径を適用した場合の態様を示す図である。図８に示すように、ＤＣバイアス電源６０は、グランド６６が配設されている。すなわち、ＤＣバイアス電源６０のスイッチ制御手段４２は、制御指令に応じてスイッチ４０を切り替えることによりいわゆる可変口径を実現する。例えば、スイッチ制御手段４２は、スイッチ４０を切り替えることにより、Ｘ端子にＤＣ電源３８を接続するとともに、Ｙ端子をグランド６６に接続する。これによって振動子Ａ〜Ｉのうち振動子Ｃ〜Ｇだけにバイアスが印加されるから、振動子Ｃ〜Ｇで口径が形成されることになる。このような可変口径を適用した態様の場合も同様に、口径を可変するタイミングに合わせて逆極性のバイアスを印加することにより、例えば振動子Ｃ〜Ｇに蓄積された電荷を中和できる。
【００５５】
以上、第一及び第二の実施形態により本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１の振動素子２２に正のバイアスを印加した際の超音波送波出力と、振動素子２２に負のバイアスを印加した際の超音波送波出力が異なる場合、その出力差を予め測定する。そして、測定した出力差がゼロになるように、ＤＣ電源３６，３８の各出力を予め調整するのが好ましい。すなわち、バイアスの極性を反転するに際し、振動素子２２に付与した同じ超音波送信パルスに対して送波出力が異なる場合、その補正分をＤＣバイアス電源６０に持たせるのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用した第一の実施形態の超音波診断装置の構成を示す図である。
【図２】図１のＤＣバイアス電源の構成を示す図である。
【図３】図１のＤＣバイアス電源の動作を示すタイムチャートである。
【図４】振動素子の超音波送受感度の歪みを説明する図である。
【図５】フレネルフォーカス技術の原理を説明する図である。
【図６】本発明を適用した第二の実施形態の構成を示す図である。
【図７】複数の振動素子を短軸方向に複数の組に分割した例である。
【図８】可変口径を適用した場合の態様を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 超音波探触子
１２ 送信回路
１４ 受信回路
１６ 画像処理手段
１８ モニタ
２２ 振動素子
２２ａ，２２ｂ 電極
２２ｃ 絶縁膜
２２ｄ ギャップ
２６ バイアス極性変更手段
３０ ＤＣバイアス電源
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５３４９８
【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１８年６月２７日（２００６．６．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８０１７
【弁理士】
【氏名又は名称】吉岡 宏嗣
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| 【公開番号】 |
特開２００８−５８８５（Ｐ２００８−５８８５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年１月１７日（２００８．１．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１７６５０５（Ｐ２００６−１７６５０５） |
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