JP3382831B2 - 超音波振動子アレイの製造方法、超音波振動子アレイ、超音波プローブおよび超音波撮像装置 - Google Patents
超音波振動子アレイの製造方法、超音波振動子アレイ、超音波プローブおよび超音波撮像装置Info
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- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子アレ
イの製造方法、超音波振動子アレイ、超音波プローブお
よび超音波撮像装置に関し、特に、電気機械結合係数ｋ
31に基づく超音波振動を利用する超音波振動子アレイの
製造方法および超音波振動子アレイ、そのような超音波
振動子アレイを用いる超音波プローブ、および、そのよ
うな超音波プローブを用いる超音波撮像装置に関する。
イの製造方法、超音波振動子アレイ、超音波プローブお
よび超音波撮像装置に関し、特に、電気機械結合係数ｋ
31に基づく超音波振動を利用する超音波振動子アレイの
製造方法および超音波振動子アレイ、そのような超音波
振動子アレイを用いる超音波プローブ、および、そのよ
うな超音波プローブを用いる超音波撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】被検体内を超音波で走査しエコー(echo)
受信信号に基づいて内部状態を画像化するとき、超音波
の送波およびエコーの受波用に超音波プローブ(probe)
を用いる。超音波プローブは、超音波振動子のアレイ(a
rray) を有する。超音波振動子は、圧電セラミックス(c
eramics)を用いて構成するのが主流となっている。
受信信号に基づいて内部状態を画像化するとき、超音波
の送波およびエコーの受波用に超音波プローブ(probe)
を用いる。超音波プローブは、超音波振動子のアレイ(a
rray) を有する。超音波振動子は、圧電セラミックス(c
eramics)を用いて構成するのが主流となっている。
【０００３】そこでは、圧電セラミックスの前面と後面
に電極を設け、電気信号の方向と機械的振動の方向が同
一な超音波振動、すなわち、電気機械結合係数ｋ33に基
づく超音波振動を利用するようになっている。
に電極を設け、電気信号の方向と機械的振動の方向が同
一な超音波振動、すなわち、電気機械結合係数ｋ33に基
づく超音波振動を利用するようになっている。
【０００４】撮像の分解能を上げるために、圧電セラミ
ックスは微素子化される。このため、個々の超音波振動
子は、底辺に較べて高さが１０倍以上になる縦長の形状
を有し、この縦長形状の上端と下端に電極を持つものと
なる。
ックスは微素子化される。このため、個々の超音波振動
子は、底辺に較べて高さが１０倍以上になる縦長の形状
を有し、この縦長形状の上端と下端に電極を持つものと
なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構造の超
音波振動子は、電極間のインピーダンス(impedance) が
高くなり、駆動部や受信部およびそれらとの接続に用い
られるケーブル(cable)とのインピーダンスマッチング
(impedance matching)がとりにくいという問題点があ
る。
音波振動子は、電極間のインピーダンス(impedance) が
高くなり、駆動部や受信部およびそれらとの接続に用い
られるケーブル(cable)とのインピーダンスマッチング
(impedance matching)がとりにくいという問題点があ
る。
【０００６】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、インピーダンスが小さい超
音波振動子アレイの製造方法、超音波振動子アレイ、超
音波プローブおよびそのような超音波プローブを用いた
超音波撮像装置を実現することである。
されたもので、その目的は、インピーダンスが小さい超
音波振動子アレイの製造方法、超音波振動子アレイ、超
音波プローブおよびそのような超音波プローブを用いた
超音波撮像装置を実現することである。
【０００７】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、圧電材料板
の厚み方向に複数の孔を互いに平行に設ける工程と、前
記圧電材料板を厚みの方向に分極する工程と、前記圧電
材料板の前記複数の孔の内壁にそれぞれ電極を設ける工
程と、を具備することを特徴とする。
の厚み方向に複数の孔を互いに平行に設ける工程と、前
記圧電材料板を厚みの方向に分極する工程と、前記圧電
材料板の前記複数の孔の内壁にそれぞれ電極を設ける工
程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、厚み方向に分極され互いに平行な複数の孔が厚み方
向に設けられた圧電材料板と、前記圧電材料板の前記複
数の孔の内壁にそれぞれ設けられた電極と、を具備する
ことを特徴とする。
は、厚み方向に分極され互いに平行な複数の孔が厚み方
向に設けられた圧電材料板と、前記圧電材料板の前記複
数の孔の内壁にそれぞれ設けられた電極と、を具備する
ことを特徴とする。
【０００９】（３）上記の課題を解決する第３の発明
は、厚み方向に分極され互いに平行な複数の孔が厚み方
向に設けられた圧電材料板と、前記圧電材料板の前記複
数の孔の内壁にそれぞれ設けられた電極と、前記複数の
孔の隣合うもの同士の電極にそれぞれ接続された一方が
コモン信号線である２種類の信号線と、を具備すること
を特徴とする。
は、厚み方向に分極され互いに平行な複数の孔が厚み方
向に設けられた圧電材料板と、前記圧電材料板の前記複
数の孔の内壁にそれぞれ設けられた電極と、前記複数の
孔の隣合うもの同士の電極にそれぞれ接続された一方が
コモン信号線である２種類の信号線と、を具備すること
を特徴とする。
【００１０】（４）上記の課題を解決する第４の発明
は、被検体内に超音波を送波しそのエコーを受波する超
音波プローブと、前記超音波プローブに送波用の駆動信
号を与える駆動手段と、前記超音波プローブから受波信
号を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号に基
づいて画像を生成する画像生成手段と、を有する超音波
撮像装置であって、前記超音波プローブが、厚み方向に
分極され互いに平行な複数の孔が厚み方向に設けられた
圧電材料板と、前記圧電材料板の前記複数の孔の内壁に
それぞれ設けられた電極と、前記複数の孔の隣合うもの
同士の電極にそれぞれ接続された一方がコモン信号線で
ある２種類の信号線と、を具備することを特徴とする。
は、被検体内に超音波を送波しそのエコーを受波する超
音波プローブと、前記超音波プローブに送波用の駆動信
号を与える駆動手段と、前記超音波プローブから受波信
号を受信する受信手段と、前記受信手段の受信信号に基
づいて画像を生成する画像生成手段と、を有する超音波
撮像装置であって、前記超音波プローブが、厚み方向に
分極され互いに平行な複数の孔が厚み方向に設けられた
圧電材料板と、前記圧電材料板の前記複数の孔の内壁に
それぞれ設けられた電極と、前記複数の孔の隣合うもの
同士の電極にそれぞれ接続された一方がコモン信号線で
ある２種類の信号線と、を具備することを特徴とする。
【００１１】第２の発明ないし第４の発明において、前
記孔は２次元的に分布するものであることが、２次元ア
レイを簡便に得る点で好ましい。 （作用）本発明では、圧電材料板の孔の間の壁の厚みの
方向を電気信号の方向とし、圧電材料板の厚みの方向を
機械的振動の方向とし、電気機械結合係数ｋ31に基づく
超音波振動を利用する。これにより、壁の厚みが対向電
極間の距離となり、相対的に大面積の電極同士が相対的
に短距離で対向することになり、電極間のインピーダン
スが小さくなる。
記孔は２次元的に分布するものであることが、２次元ア
レイを簡便に得る点で好ましい。 （作用）本発明では、圧電材料板の孔の間の壁の厚みの
方向を電気信号の方向とし、圧電材料板の厚みの方向を
機械的振動の方向とし、電気機械結合係数ｋ31に基づく
超音波振動を利用する。これにより、壁の厚みが対向電
極間の距離となり、相対的に大面積の電極同士が相対的
に短距離で対向することになり、電極間のインピーダン
スが小さくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。
【００１３】図１に、超音波振動子アレイの模式的構成
を示す。本アレイは、本発明の超音波振動子アレイの実
施の形態の一例である。図１の（ａ）は平面図、（ｂ）
はＡ−Ａ断面図である。
を示す。本アレイは、本発明の超音波振動子アレイの実
施の形態の一例である。図１の（ａ）は平面図、（ｂ）
はＡ−Ａ断面図である。
【００１４】同図に示すように、本アレイは、圧電材料
板３２を用いて構成される。圧電材料板３２は、本発明
における圧電材料板の実施の形態の一例である。圧電材
料板３２は、例えば、ＰＺＴ系圧電セラミックスすなわ
ちジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 や、Ｐ
Ｔ系圧電セラミックスすなわちチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ 3
等の板である。圧電材料板３２は厚みの方向に分極され
ている。
板３２を用いて構成される。圧電材料板３２は、本発明
における圧電材料板の実施の形態の一例である。圧電材
料板３２は、例えば、ＰＺＴ系圧電セラミックスすなわ
ちジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 や、Ｐ
Ｔ系圧電セラミックスすなわちチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ 3
等の板である。圧電材料板３２は厚みの方向に分極され
ている。
【００１５】圧電材料板３２には、厚みの方向に、複数
の孔３４が互いに平行にかつ等間隔に設けられている。
複数の孔３４の内壁面には、電極３６が被着されてい
る。電極３６は、本発明における電極の実施の形態の一
例である。作図の便宜上、孔および電極の符号は１個所
のみに付す。
の孔３４が互いに平行にかつ等間隔に設けられている。
複数の孔３４の内壁面には、電極３６が被着されてい
る。電極３６は、本発明における電極の実施の形態の一
例である。作図の便宜上、孔および電極の符号は１個所
のみに付す。
【００１６】複数の孔３４では、図１の（ａ）の上下方
向および左右方向の連なりにおいて、１つおきに電極３
６をコモン(common)電極３６２とし、それ以外の電極を
アクティブ(active)電極３６４とするように、コモン信
号線３６６およびアクティブ３６８信号線をそれぞれ接
続するようになっている。
向および左右方向の連なりにおいて、１つおきに電極３
６をコモン(common)電極３６２とし、それ以外の電極を
アクティブ(active)電極３６４とするように、コモン信
号線３６６およびアクティブ３６８信号線をそれぞれ接
続するようになっている。
【００１７】コモン信号線３６６およびアクティブ信号
線３６８は、本発明における２種類の信号線の実施の形
態の一例である。作図の便宜上、コモン電極、アクティ
ブ電極およびそれらの信号線の符号は、それぞれ１個所
のみに付す。
線３６８は、本発明における２種類の信号線の実施の形
態の一例である。作図の便宜上、コモン電極、アクティ
ブ電極およびそれらの信号線の符号は、それぞれ１個所
のみに付す。
【００１８】このようなコモン電極とアクティブ電極の
配列により、互いに隣合う孔の間では、アクティブ電極
３６４とコモン電極３６２が圧電セラミックスの壁を隔
てて互いに対向することとなる。
配列により、互いに隣合う孔の間では、アクティブ電極
３６４とコモン電極３６２が圧電セラミックスの壁を隔
てて互いに対向することとなる。
【００１９】したがって、アクティブ電極３６４に駆動
電圧を印加することにより、電気機械結合係数ｋ31に基
づき、圧電材料板３２の厚みの方向での振動を生じさせ
ることができる。また、圧電材料板３２の厚みの方向に
外部振動を与えることにより、電気機械結合係数ｋ31に
基づき、アクティブ電極３６４に電圧を生じさせること
ができる。すなわち、アクティブ電極３６４とコモン電
極３６２の間の圧電材料の壁が超音波トランスデューサ
(transducer)となる。
電圧を印加することにより、電気機械結合係数ｋ31に基
づき、圧電材料板３２の厚みの方向での振動を生じさせ
ることができる。また、圧電材料板３２の厚みの方向に
外部振動を与えることにより、電気機械結合係数ｋ31に
基づき、アクティブ電極３６４に電圧を生じさせること
ができる。すなわち、アクティブ電極３６４とコモン電
極３６２の間の圧電材料の壁が超音波トランスデューサ
(transducer)となる。
【００２０】板面上での場所を選んでアクティブ電極３
６４に駆動電圧を印加することにより、圧電材料板３２
中の所望の超音波トランスデューサを振動させることが
できる。また、圧電材料板３２中の個々の超音波トラン
スデューサに加わる外部振動に応じて、対応するアクテ
ィブ電極３６４に電圧が生じる。
６４に駆動電圧を印加することにより、圧電材料板３２
中の所望の超音波トランスデューサを振動させることが
できる。また、圧電材料板３２中の個々の超音波トラン
スデューサに加わる外部振動に応じて、対応するアクテ
ィブ電極３６４に電圧が生じる。
【００２１】すなわち、図１に示す超音波振動子アレイ
は、２次元の超音波振動子アレイとなる。このような２
次元の超音波振動子アレイは、圧電材料板３２に複数の
孔３４を穿ち、各孔の内壁面に電極３６を被着するとい
う、極めて簡便な手法によって得ることができる。
は、２次元の超音波振動子アレイとなる。このような２
次元の超音波振動子アレイは、圧電材料板３２に複数の
孔３４を穿ち、各孔の内壁面に電極３６を被着するとい
う、極めて簡便な手法によって得ることができる。
【００２２】このような超音波振動子アレイにおいて、
アクティブ電極３６４とコモン電極３６２は、隣合う孔
の間の壁にできる厚みを隔てて対向する。それら電極の
大きさは、壁の厚みに比して相対的に大きいものとな
る。逆にいえば、相対的に大きな面積の電極が相対的に
小さな距離で対向することになる。
アクティブ電極３６４とコモン電極３６２は、隣合う孔
の間の壁にできる厚みを隔てて対向する。それら電極の
大きさは、壁の厚みに比して相対的に大きいものとな
る。逆にいえば、相対的に大きな面積の電極が相対的に
小さな距離で対向することになる。
【００２３】このため、電極間の静電容量が大きくな
り、そのインピーダンスは小さなものとなる。これによ
って、アクティブ電極３６４とコモン電極３６２の間に
接続される駆動部および受信部ないしそれらを接続する
ケーブルとのインピーダンスマッチングが容易になる。
り、そのインピーダンスは小さなものとなる。これによ
って、アクティブ電極３６４とコモン電極３６２の間に
接続される駆動部および受信部ないしそれらを接続する
ケーブルとのインピーダンスマッチングが容易になる。
【００２４】なお、図１では、孔３４を四角形のものと
して示したが、孔３４の形状は四角形に限るものではな
く、例えば三角形、六角形、円形ないし任意形等の適宜
の形状として良い。また、孔３４は、図示のような貫通
孔に限るものではなく、有底の孔であっても良い。孔３
４は、また、導電材料で塞ぐようにしても良い。これ
は、導電材料を利用することにより、アクティブ電極お
よびコモン電極用の信号線の引き出しを容易にする点で
好ましい。
して示したが、孔３４の形状は四角形に限るものではな
く、例えば三角形、六角形、円形ないし任意形等の適宜
の形状として良い。また、孔３４は、図示のような貫通
孔に限るものではなく、有底の孔であっても良い。孔３
４は、また、導電材料で塞ぐようにしても良い。これ
は、導電材料を利用することにより、アクティブ電極お
よびコモン電極用の信号線の引き出しを容易にする点で
好ましい。
【００２５】また、超音波振動子アレイは、２次元アレ
イに限るものではなく、１次元アレイとして構成するこ
ともできる。すなわち、図２に示すように、細長い圧電
材料板３２に、長手方向に等間隔に並ぶ複数の孔３４を
厚み方向に穿ち、孔３４の内壁面に電極３６を被着す
る。電極３６は交互にコモン電極３６２およびアクティ
ブ電極３６４とする。孔３４の内部は導電材料で充填す
るようにしても良い。
イに限るものではなく、１次元アレイとして構成するこ
ともできる。すなわち、図２に示すように、細長い圧電
材料板３２に、長手方向に等間隔に並ぶ複数の孔３４を
厚み方向に穿ち、孔３４の内壁面に電極３６を被着す
る。電極３６は交互にコモン電極３６２およびアクティ
ブ電極３６４とする。孔３４の内部は導電材料で充填す
るようにしても良い。
【００２６】次に、このような超音波振動子アレイの製
造方法を説明する。図３に、超音波振動子アレイの製造
工程の一例を示す。本工程は、本発明の製造方法の実施
の形態の一例である。
造方法を説明する。図３に、超音波振動子アレイの製造
工程の一例を示す。本工程は、本発明の製造方法の実施
の形態の一例である。
【００２７】同図に示すように、先ず、工程５０２で圧
電材料板への孔加工を行う。孔加工は、例えば、Ｘ線リ
ソグラフィ(lithography) に基づくＬＩＧＡ(lithograp
hicgalvanometer) 法、押し型を用いるダイスタンプ(di
e stamp) 法あるいは機械的な穴あけ加工等、微細加工
分野で既知の適宜の加工法により、圧電材料板３２に孔
３４を設ける工程である。なお、例えばダイスタンプ法
のように、孔加工を焼結前の圧電材料について行う場合
は孔加工後に焼結を行う。
電材料板への孔加工を行う。孔加工は、例えば、Ｘ線リ
ソグラフィ(lithography) に基づくＬＩＧＡ(lithograp
hicgalvanometer) 法、押し型を用いるダイスタンプ(di
e stamp) 法あるいは機械的な穴あけ加工等、微細加工
分野で既知の適宜の加工法により、圧電材料板３２に孔
３４を設ける工程である。なお、例えばダイスタンプ法
のように、孔加工を焼結前の圧電材料について行う場合
は孔加工後に焼結を行う。
【００２８】次に、工程５０４で圧電材料板の分極を行
う。分極は、圧電材料の分野で既知の分極装置を用い、
圧電材料板３２の厚み方向に電圧を印加して、厚み方向
に分極させる。
う。分極は、圧電材料の分野で既知の分極装置を用い、
圧電材料板３２の厚み方向に電圧を印加して、厚み方向
に分極させる。
【００２９】次に、工程５０６で孔への電極付けを行
う。電極付けは、例えば蒸着、スパッタリング(spatter
ing)、メッキ等の既知の手法により、銅やアルミニウム
等の導電材料の層を孔３４の内面に被着する工程であ
る。
う。電極付けは、例えば蒸着、スパッタリング(spatter
ing)、メッキ等の既知の手法により、銅やアルミニウム
等の導電材料の層を孔３４の内面に被着する工程であ
る。
【００３０】次に、工程５０８で電極へのリード付けを
行う。リード付けは、例えばワイヤボンディング(wire
bonding)装置等の既知の装置を用いて、コモン電極３６
２およびアクティブ電極３６４に、それぞれコモン信号
線３６６およびアクティブ信号線３６８を取り付ける工
程である。
行う。リード付けは、例えばワイヤボンディング(wire
bonding)装置等の既知の装置を用いて、コモン電極３６
２およびアクティブ電極３６４に、それぞれコモン信号
線３６６およびアクティブ信号線３６８を取り付ける工
程である。
【００３１】図４に、超音波撮像装置のブロック(bloc
k) 図を示す。本装置は本発明の超音波撮像装置の実施
の形態の一例である。本装置の構成を説明する。図４に
示すように、本装置は、超音波プローブ２を有する。超
音波プローブ２は、本発明における超音波プローブの実
施の形態の一例である。超音波プローブ２は、図１また
は図２に示した構成の超音波振動子アレイを有する。超
音波振動子アレイは、例えば前方に張り出した円弧に沿
って形成されている。すなわち、超音波プローブ２はコ
ンベックスプローブ(convex probe)となっている。超音
波プローブ２は、操作者により被検体４に当接されて使
用される。
k) 図を示す。本装置は本発明の超音波撮像装置の実施
の形態の一例である。本装置の構成を説明する。図４に
示すように、本装置は、超音波プローブ２を有する。超
音波プローブ２は、本発明における超音波プローブの実
施の形態の一例である。超音波プローブ２は、図１また
は図２に示した構成の超音波振動子アレイを有する。超
音波振動子アレイは、例えば前方に張り出した円弧に沿
って形成されている。すなわち、超音波プローブ２はコ
ンベックスプローブ(convex probe)となっている。超音
波プローブ２は、操作者により被検体４に当接されて使
用される。
【００３２】超音波プローブ２は送受信部６に接続され
ている。送受信部６は、本発明における駆動手段の実施
の形態の一例である。また、本発明における受信手段の
実施の形態の一例である。
ている。送受信部６は、本発明における駆動手段の実施
の形態の一例である。また、本発明における受信手段の
実施の形態の一例である。
【００３３】送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信
号を与えて被検体４内に超音波を送波させるようになっ
ている。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波
した被検体４からのエコー信号を受信するようになって
いる。超音波振動子アレイにおける超音波トランスデュ
ーサのインピーダンスが低いので、送受信部６とのイン
ピーダンスマッチングが容易になる。
号を与えて被検体４内に超音波を送波させるようになっ
ている。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波
した被検体４からのエコー信号を受信するようになって
いる。超音波振動子アレイにおける超音波トランスデュ
ーサのインピーダンスが低いので、送受信部６とのイン
ピーダンスマッチングが容易になる。
【００３４】送受信部６のブロック図を図５に示す。同
図において、送波タイミング(timing)発生回路６０２
は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビーム
フォーマ(beamformer)６０４に入力するようになってい
る。
図において、送波タイミング(timing)発生回路６０２
は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビーム
フォーマ(beamformer)６０４に入力するようになってい
る。
【００３５】送波ビームフォーマ６０４は、送波タイミ
ング信号に基づいて、送波ビームフォーミング(beam fo
rming)信号、すなわち、超音波振動子アレイ中の複数の
超音波トランスデューサを時間差をもって駆動する複数
の駆動信号を発生し、送受切換回路６０６に入力するよ
うになっている。
ング信号に基づいて、送波ビームフォーミング(beam fo
rming)信号、すなわち、超音波振動子アレイ中の複数の
超音波トランスデューサを時間差をもって駆動する複数
の駆動信号を発生し、送受切換回路６０６に入力するよ
うになっている。
【００３６】送受切換回路６０６は、複数の駆動信号を
セレクタ(selector)６０８に入力するようになってい
る。セレクタ６０８は、超音波トランスデューサのアレ
イの中から送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の
超音波トランスデューサを選択し、それらに複数の駆動
信号をそれぞれ与えるようになっている。
セレクタ(selector)６０８に入力するようになってい
る。セレクタ６０８は、超音波トランスデューサのアレ
イの中から送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の
超音波トランスデューサを選択し、それらに複数の駆動
信号をそれぞれ与えるようになっている。
【００３７】複数の超音波トランスデューサは、複数の
駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ複数の超音波
をぞれぞれ発生する。それら超音波の波面合成によって
超音波ビームが形成される。超音波ビームの送波方向
は、セレクタ６０８が選択する送波アパーチャによって
定まる。
駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ複数の超音波
をぞれぞれ発生する。それら超音波の波面合成によって
超音波ビームが形成される。超音波ビームの送波方向
は、セレクタ６０８が選択する送波アパーチャによって
定まる。
【００３８】超音波ビームの送波は、送波タイミング発
生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、一
定の時間間隔で繰り返し行われる。超音波ビームの送波
方向は、セレクタ６０８で送波アパーチャを切り換える
ことにより順次変更される。それによって、被検体４の
内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査され
る。すなわち被検体４の内部が音線順次で走査される。
生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、一
定の時間間隔で繰り返し行われる。超音波ビームの送波
方向は、セレクタ６０８で送波アパーチャを切り換える
ことにより順次変更される。それによって、被検体４の
内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査され
る。すなわち被検体４の内部が音線順次で走査される。
【００３９】セレクタ６０８は、また、超音波トランス
デューサのアレイの中から受波アパーチャを構成する複
数の超音波トランスデューサを選択し、それら超音波ト
ランスデューサが受信した複数のエコー信号を送受切換
回路６０６に入力するようになっている。
デューサのアレイの中から受波アパーチャを構成する複
数の超音波トランスデューサを選択し、それら超音波ト
ランスデューサが受信した複数のエコー信号を送受切換
回路６０６に入力するようになっている。
【００４０】送受切換回路６０６は、複数のエコー信号
を受波ビームフォーマ６１０に入力するようになってい
る。受波ビームフォーマ６１０は、複数のエコー受信信
号に時間差を付与して位相を調整し、次いでそれら加算
して受波のビームフォーミング、すなわち、受波音線上
のエコー受信信号を形成するようになっている。セレク
タ６０８により、受波の音線も送波に合わせて走査され
る。
を受波ビームフォーマ６１０に入力するようになってい
る。受波ビームフォーマ６１０は、複数のエコー受信信
号に時間差を付与して位相を調整し、次いでそれら加算
して受波のビームフォーミング、すなわち、受波音線上
のエコー受信信号を形成するようになっている。セレク
タ６０８により、受波の音線も送波に合わせて走査され
る。
【００４１】超音波プローブ２および送受信部６によっ
て、例えば図６に示すような走査が行われる。すなわ
ち、同図に示すように、放射点２００から発する音線２
０２が円弧２０４上を移動することにより、扇面状の２
次元領域２０６がθ方向に走査され、いわゆるコンベッ
クススキャンが行われる。音線２０２を超音波の送波方
向（ｚ方向）とは反対方向に延長したとき、全ての音線
が一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全
ての音線の発散点となる。
て、例えば図６に示すような走査が行われる。すなわ
ち、同図に示すように、放射点２００から発する音線２
０２が円弧２０４上を移動することにより、扇面状の２
次元領域２０６がθ方向に走査され、いわゆるコンベッ
クススキャンが行われる。音線２０２を超音波の送波方
向（ｚ方向）とは反対方向に延長したとき、全ての音線
が一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全
ての音線の発散点となる。
【００４２】超音波振動子アレイが、図１に示したよう
な２次元アレイの場合は、２次元領域２０６の位置をそ
れに垂直な方向に順次切り換えることにより、３次元領
域を走査することができる。また、図２に示したような
１次元アレイの場合は、超音波プローブ２を２次元領域
２０６と垂直な方向に漸次移動させることにより、３次
元走査を行うことができる。
な２次元アレイの場合は、２次元領域２０６の位置をそ
れに垂直な方向に順次切り換えることにより、３次元領
域を走査することができる。また、図２に示したような
１次元アレイの場合は、超音波プローブ２を２次元領域
２０６と垂直な方向に漸次移動させることにより、３次
元走査を行うことができる。
【００４３】送受信部６はＢモード(mode)処理部１０お
よびドップラ(Doppler) 処理部１２に接続されている。
送受信部６から出力される音線毎のエコー受信信号は、
Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２に入力さ
れる。
よびドップラ(Doppler) 処理部１２に接続されている。
送受信部６から出力される音線毎のエコー受信信号は、
Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２に入力さ
れる。
【００４４】Ｂモード処理部１０はＢモード画像データ
を形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図７に
示すように対数増幅回路１０２と包絡線検波回路１０４
を備えている。Ｂモード処理部１０は、対数増幅回路１
０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波回路１
０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコー
の強度を表す信号、すなわちＡスコープ(scope) 信号を
得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝
度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっ
ている。
を形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図７に
示すように対数増幅回路１０２と包絡線検波回路１０４
を備えている。Ｂモード処理部１０は、対数増幅回路１
０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波回路１
０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコー
の強度を表す信号、すなわちＡスコープ(scope) 信号を
得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝
度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっ
ている。
【００４５】ドップラ処理部１２はドップラ画像データ
を形成するものである。ドップラ処理部１２は、図８に
示すように直交検波回路１２０、ＭＴＩフィルタ(movin
g target indication filter) １２２、自己相関回路１
２４、平均流速演算回路１２６、分散演算回路１２８お
よびパワー演算回路１３０を備えている。
を形成するものである。ドップラ処理部１２は、図８に
示すように直交検波回路１２０、ＭＴＩフィルタ(movin
g target indication filter) １２２、自己相関回路１
２４、平均流速演算回路１２６、分散演算回路１２８お
よびパワー演算回路１３０を備えている。
【００４６】ドップラ処理部１２は、直交検波回路１２
０でエコー受信信号を直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２
２でＭＴＩ処理し、自己相関回路１２４で自己相関演算
を行い、平均流速演算回路１２６で自己相関演算結果か
ら平均流速を求め、分散演算回路１２８で自己相関演算
結果から流速の分散を求め、パワー演算回路１３０で自
己相関演算結果からドプラ信号のパワーを求めるように
なっている。
０でエコー受信信号を直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２
２でＭＴＩ処理し、自己相関回路１２４で自己相関演算
を行い、平均流速演算回路１２６で自己相関演算結果か
ら平均流速を求め、分散演算回路１２８で自己相関演算
結果から流速の分散を求め、パワー演算回路１３０で自
己相関演算結果からドプラ信号のパワーを求めるように
なっている。
【００４７】これによって、被検体４内の血流やその他
のドップラ信号源（以下、血流等という）の平均流速と
その分散およびドプラ信号のパワーを表すそれぞれのデ
ータ、すなわち、ドップラ画像データが音線毎に得られ
る。なお、流速は音線方向の成分として得られる。流れ
の方向は、近づく方向と遠ざかる方向とが区別される。
のドップラ信号源（以下、血流等という）の平均流速と
その分散およびドプラ信号のパワーを表すそれぞれのデ
ータ、すなわち、ドップラ画像データが音線毎に得られ
る。なお、流速は音線方向の成分として得られる。流れ
の方向は、近づく方向と遠ざかる方向とが区別される。
【００４８】Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部
１２は画像処理部１４に接続されている。Ｂモード処理
部１０、ドップラ処理部１２および画像処理部１４は、
本発明における画像生成手段の実施の形態の一例であ
る。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０およびドッ
プラ処理部１２からそれぞれ入力されるデータに基づい
て、それぞれＢモード画像およびドップラ画像を構成す
るものである。
１２は画像処理部１４に接続されている。Ｂモード処理
部１０、ドップラ処理部１２および画像処理部１４は、
本発明における画像生成手段の実施の形態の一例であ
る。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０およびドッ
プラ処理部１２からそれぞれ入力されるデータに基づい
て、それぞれＢモード画像およびドップラ画像を構成す
るものである。
【００４９】画像処理部１４は、図９に示すように、バ
ス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ(d
ata memory) １４２、ディジタル・スキャンコンバータ
(digital scan converter)１４４、画像メモリ１４６お
よび画像処理プロセッサ(prosessor) １４８を備えてい
る。
ス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ(d
ata memory) １４２、ディジタル・スキャンコンバータ
(digital scan converter)１４４、画像メモリ１４６お
よび画像処理プロセッサ(prosessor) １４８を備えてい
る。
【００５０】Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部
１２から音線毎に入力されたＢモード画像データおよび
ドップラ画像データは、音線データメモリ１４２にそれ
ぞれ記憶される。
１２から音線毎に入力されたＢモード画像データおよび
ドップラ画像データは、音線データメモリ１４２にそれ
ぞれ記憶される。
【００５１】ディジタル・スキャンコンバータ１４４
は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間
のデータに変換するものである。ディジタル・スキャン
コンバータ１４４によって変換された画像データは、画
像メモリ１４６に記憶される。すなわち、画像メモリ１
４６は物理空間の画像データを記憶する。画像処理プロ
セッサ１４８は、音線データメモリ１４２および画像メ
モリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理
を施すものである。
は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間
のデータに変換するものである。ディジタル・スキャン
コンバータ１４４によって変換された画像データは、画
像メモリ１４６に記憶される。すなわち、画像メモリ１
４６は物理空間の画像データを記憶する。画像処理プロ
セッサ１４８は、音線データメモリ１４２および画像メ
モリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理
を施すものである。
【００５２】画像処理部１４には表示部１６が接続され
ている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が
与えられ、それに基づいて画像を表示するようになって
いる。なお、表示部１６は、カラー（color)画像が表示
可能なものとなっている。
ている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が
与えられ、それに基づいて画像を表示するようになって
いる。なお、表示部１６は、カラー（color)画像が表示
可能なものとなっている。
【００５３】以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、
ドップラ処理部１２、画像処理部１４および表示部１６
は制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら
各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっ
ている。また、被制御の各部から各種の報知信号が入力
されるようになっている。制御部１８の制御の下で、Ｂ
モード動作およびドップラモード動作が実行される。
ドップラ処理部１２、画像処理部１４および表示部１６
は制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら
各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっ
ている。また、被制御の各部から各種の報知信号が入力
されるようになっている。制御部１８の制御の下で、Ｂ
モード動作およびドップラモード動作が実行される。
【００５４】制御部１８には操作部２０が接続されてい
る。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８
に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作
部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作
具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
る。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８
に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作
部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作
具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
【００５５】本装置の動作を説明する。操作者は超音波
プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、操作部２
０を操作して、例えばＢモードとドップラモードを併用
した撮像を行う。
プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、操作部２
０を操作して、例えばＢモードとドップラモードを併用
した撮像を行う。
【００５６】撮像は、制御部１８による制御の下で、Ｂ
モードとドップラモードの時分割動作により行われる。
すなわち、例えばドップラモードのスキャンを数回行う
度にＢモードのスキャンを１回行う割合で、Ｂモードと
ドップラモードの混合スキャンを行う。
モードとドップラモードの時分割動作により行われる。
すなわち、例えばドップラモードのスキャンを数回行う
度にＢモードのスキャンを１回行う割合で、Ｂモードと
ドップラモードの混合スキャンを行う。
【００５７】Ｂモードにおいては、送受信部６は、超音
波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部を走査
して逐一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部１０
は、送受信部６から入力されるエコー受信信号を対数増
幅回路１０２で対数増幅し包絡線検波回路１０４で包絡
線検波してＡスコープ信号を求め、それに基づいて音線
毎のＢモード画像データを形成する。
波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部を走査
して逐一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部１０
は、送受信部６から入力されるエコー受信信号を対数増
幅回路１０２で対数増幅し包絡線検波回路１０４で包絡
線検波してＡスコープ信号を求め、それに基づいて音線
毎のＢモード画像データを形成する。
【００５８】画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０か
ら入力される音線毎のＢモード画像データを音線データ
メモリ１４２に記憶する。これによって、音線データメ
モリ１４２内に、Ｂモード画像データについての音線デ
ータ空間が形成される。
ら入力される音線毎のＢモード画像データを音線データ
メモリ１４２に記憶する。これによって、音線データメ
モリ１４２内に、Ｂモード画像データについての音線デ
ータ空間が形成される。
【００５９】ドップラモードにおいては、送受信部６は
超音波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部を
走査して逐一そのエコーを受信する。その際、１音線当
たり複数回の超音波の送波とエコーの受信が行われる。
超音波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部を
走査して逐一そのエコーを受信する。その際、１音線当
たり複数回の超音波の送波とエコーの受信が行われる。
【００６０】ドップラ処理部１２は、エコー受信信号を
直交検波回路１２０で直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２
２でＭＴＩ処理し、自己相関回路１２４で自己相関を求
め、自己相関結果から、平均流速演算回路１２６で平均
流速を求め、分散演算回路１２８で分散を求め、パワー
演算回路１３０でパワーを求める。
直交検波回路１２０で直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２
２でＭＴＩ処理し、自己相関回路１２４で自己相関を求
め、自己相関結果から、平均流速演算回路１２６で平均
流速を求め、分散演算回路１２８で分散を求め、パワー
演算回路１３０でパワーを求める。
【００６１】これらの算出値は、それぞれ、例えば血流
等の平均流速とその分散およびドップラ信号のパワーを
音線毎に表すドップラ画像データとなる。なお、ＭＴＩ
フィルタ１２２でのＭＴＩ処理は１音線当たりの複数回
のエコー受信信号を用いて行われる。
等の平均流速とその分散およびドップラ信号のパワーを
音線毎に表すドップラ画像データとなる。なお、ＭＴＩ
フィルタ１２２でのＭＴＩ処理は１音線当たりの複数回
のエコー受信信号を用いて行われる。
【００６２】画像処理部１４は、ドップラ処理部１２か
ら入力される音線毎のドップラ画像データを音線データ
メモリ１４２に記憶する。これによって、音線データメ
モリ１４２内に、ドップラ画像データについての音線デ
ータ空間が形成される。
ら入力される音線毎のドップラ画像データを音線データ
メモリ１４２に記憶する。これによって、音線データメ
モリ１４２内に、ドップラ画像データについての音線デ
ータ空間が形成される。
【００６３】画像処理プロセッサ１４８は、音線データ
メモリ１４２のＢモード画像データとドップラ画像デー
タをディジタル・スキャンコンバータ１４４でぞれぞれ
走査変換して画像メモリ１４６に書き込む。その際、ド
ップラ画像データを、流速に分散を加えたＣＦＭ(color
flow mapping)画像用の画像データおよびパワードップ
ラ画像用の画像データとしてそれぞれ書き込む。
メモリ１４２のＢモード画像データとドップラ画像デー
タをディジタル・スキャンコンバータ１４４でぞれぞれ
走査変換して画像メモリ１４６に書き込む。その際、ド
ップラ画像データを、流速に分散を加えたＣＦＭ(color
flow mapping)画像用の画像データおよびパワードップ
ラ画像用の画像データとしてそれぞれ書き込む。
【００６４】画像処理プロセッサ１４８は、Ｂモード画
像、ＣＦＭ画像およびパワードップラ画像を別々な領域
に書き込む。Ｂモード画像は、走査面における体内組織
の断層像を示すものとなる。ＣＦＭ画像は、走査面にお
ける血流等の速度の２次元分布を示す画像となる。パワ
ードップラ画像は、走査面における血流等の所在を示す
画像となる。
像、ＣＦＭ画像およびパワードップラ画像を別々な領域
に書き込む。Ｂモード画像は、走査面における体内組織
の断層像を示すものとなる。ＣＦＭ画像は、走査面にお
ける血流等の速度の２次元分布を示す画像となる。パワ
ードップラ画像は、走査面における血流等の所在を示す
画像となる。
【００６５】操作者は、操作部２０を操作して、例えば
Ｂモード画像とＣＦＭ画像の重畳画像を表示部１６に表
示させる。これによって、Ｂモード画像で示される体内
組織断層像を背景とし、血流等のＣＦＭ画像がカラー表
示される。
Ｂモード画像とＣＦＭ画像の重畳画像を表示部１６に表
示させる。これによって、Ｂモード画像で示される体内
組織断層像を背景とし、血流等のＣＦＭ画像がカラー表
示される。
【００６６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、圧電材料板の厚み方向に複数の孔を設け、孔の内壁
に電極を設け、隣合う孔の間にできる圧電材料壁の電気
機械結合係数ｋ31による超音波振動を利用するようにし
たので、個々の超音波トランスデューサのインピーダン
スが小さい超音波振動子アレイを得ることができる。
は、圧電材料板の厚み方向に複数の孔を設け、孔の内壁
に電極を設け、隣合う孔の間にできる圧電材料壁の電気
機械結合係数ｋ31による超音波振動を利用するようにし
たので、個々の超音波トランスデューサのインピーダン
スが小さい超音波振動子アレイを得ることができる。
【図１】本発明の実施の形態の一例の超音波振動子アレ
イの模式的構成図である。
イの模式的構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例の超音波振動子アレ
イの模式的構成図である。
イの模式的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例の超音波振動子アレ
イ製造工程を示す図である。
イ製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。
である。
【図５】本発明の実施の形態の一例の装置における送受
信部のブロック図である。
信部のブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態の一例の装置による音線走
査の概念図である。
査の概念図である。
【図７】本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモ
ード処理部のブロック図である。
ード処理部のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態の一例の装置におけるドッ
プラ処理部のブロック図である。
プラ処理部のブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態の一例の装置における画像
処理部のブロック図である。
処理部のブロック図である。
３２ 圧電材料板
３４ 孔
３６ 電極
３６２ コモン電極
３６４ アクティブ電極
３６６ コモン信号線
３６８ アクティブ信号線
２ 超音波プローブ
４ 被検体
６ 送受信部
１０ Ｂモード処理部
１２ ドップラ処理部
１４ 画像処理部
１６ 表示部
１８ 制御部
２０ 操作部
６０２ 送波タイミング発生回路
６０４ 送波ビームフォーマ
６０６ 送受切換回路
６０８ セレクタ
６１０ 受波ビームフォーマ
１０２ 対数増幅回路
１０４ 包絡線検波回路
１２０ 直交検波回路
１２２ ＭＴＩフィルタ
１２４ 自己相関回路
１２６ 平均流速演算回路
１２８ 分散演算回路
１３０ パワー演算回路
１４０ バス
１４２ 音線データメモリ
１４４ ディジタル・スキャンコンバータ
１４６ 画像メモリ
１４８ 画像処理プロセッサ
２００ 放射点
２０２ 音線
２０４ 円弧
２０６ ２次元領域
２０８ 発散点
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04R 17/00 332
A61B 8/00
G01N 29/24 502
Claims (4)
- 【請求項１】 圧電材料板の厚み方向に複数の孔を互い
に平行に設ける工程と、 前記圧電材料板を厚みの方向に分極する工程と、 前記圧電材料板の前記複数の孔の内壁にそれぞれ電極を
設ける工程と、を具備することを特徴とする超音波振動
子アレイの製造方法。 - 【請求項２】 厚み方向に分極され互いに平行な複数の
孔が厚み方向に設けられた圧電材料板と、 前記圧電材料板の前記複数の孔の内壁にそれぞれ設けら
れた電極と、を具備することを特徴とする超音波振動子
アレイ。 - 【請求項３】 厚み方向に分極され互いに平行な複数の
孔が厚み方向に設けられた圧電材料板と、 前記圧電材料板の前記複数の孔の内壁にそれぞれ設けら
れた電極と、 前記複数の孔の隣合うもの同士の電極にそれぞれ接続さ
れた一方がコモン信号線である２種類の信号線と、を具
備することを特徴とする超音波プローブ。 - 【請求項４】 被検体内に超音波を送波しそのエコーを
受波する超音波プローブと、 前記超音波プローブに送波用の駆動信号を与える駆動手
段と、 前記超音波プローブから受波信号を受信する受信手段
と、 前記受信手段の受信信号に基づいて画像を生成する画像
生成手段と、を有する超音波撮像装置であって、 前記超音波プローブが、 厚み方向に分極され互いに平行な複数の孔が厚み方向に
設けられた圧電材料板と、 前記圧電材料板の前記複数の孔の内壁にそれぞれ設けら
れた電極と、 前記複数の孔の隣合うもの同士の電極にそれぞれ接続さ
れた一方がコモン信号線である２種類の信号線と、を具
備することを特徴とする超音波撮像装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30898097A JP3382831B2 (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | 超音波振動子アレイの製造方法、超音波振動子アレイ、超音波プローブおよび超音波撮像装置 |
| US09/169,827 US6095978A (en) | 1997-11-11 | 1998-10-10 | Method of manufacturing an ultrasonic probe and the ultrasonic probe and an ultrasonic imaging apparatus |
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