JP5893502B2 - Ultrasonic observation apparatus and method of operating ultrasonic observation apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、複数の静電容量型の超音波エレメントが列設された電子走査型の超音波ユニットが挿入部の先端部に配設された超音波内視鏡と接続される超音波観測装置および前記超音波観測装置の作動方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic observation apparatus in which an electronic scanning ultrasonic unit in which a plurality of capacitive ultrasonic elements are arranged is connected to an ultrasonic endoscope disposed at a distal end portion of an insertion portion. And an operation method of the ultrasonic observation apparatus .
発生した超音波を体内に照射し、その反射波を受信することで、体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。例えば、超音波内視鏡システムは、超音波内視鏡と超音波観測装置とから構成されている。超音波内視鏡は、体内に導入される挿入部の先端部に超音波を送受信する超音波ユニット(以下、「USユニット」ともいう)が配設されている。USユニットの超音波振動子は電気信号(送信信号)を超音波に変換し、また体内で反射した超音波を受信して電気信号(受信信号)に変換する機能を有する。 An ultrasonic diagnostic method is widely used in which a generated ultrasonic wave is irradiated into a body and a reflected wave is received to image and diagnose a state inside the body. For example, an ultrasonic endoscope system includes an ultrasonic endoscope and an ultrasonic observation apparatus. In the ultrasonic endoscope, an ultrasonic unit (hereinafter also referred to as “US unit”) that transmits and receives ultrasonic waves is disposed at a distal end portion of an insertion portion introduced into the body. The ultrasonic vibrator of the US unit has a function of converting an electric signal (transmission signal) into an ultrasonic wave, and receiving an ultrasonic wave reflected in the body and converting it into an electric signal (reception signal).
超音波振動子には、環境負荷が大きいおそれのある鉛を含むセラミック圧電材、例えばPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)等が主に使用されている。これに対して、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造される、材料に鉛を含まない静電容量型超音波振動子(Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer;以下、「c−MUT」という)の開発が進んでいる。 For the ultrasonic vibrator, a ceramic piezoelectric material containing lead that may have a large environmental load, such as PZT (lead zirconate titanate), is mainly used. On the other hand, a capacitive ultrasonic transducer (Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer; hereinafter referred to as “c-MUT”) manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology does not contain lead. ) Is under development.
c−MUTは、上部電極と下部電極とが空洞部(キャビティ)を介して対向配置した超音波セル(以下、「USセル」ともいう)を基本素子とする。USセルでは、キャビティの上側の上部電極を含むメンブレンが振動部を構成している。そして、上部電極/下部電極が配線部により互いに接続された複数のUSセルが、送受信の基本単位である超音波エレメント(以下、「USエレメント」ともいう)を構成している。 The c-MUT has as its basic element an ultrasonic cell (hereinafter also referred to as “US cell”) in which an upper electrode and a lower electrode are arranged to face each other via a cavity (cavity). In the US cell, the membrane including the upper electrode on the upper side of the cavity constitutes the vibrating part. A plurality of US cells in which the upper electrode / lower electrode are connected to each other by the wiring portion constitute an ultrasonic element (hereinafter also referred to as “US element”) which is a basic unit of transmission and reception.
USセルは、下部電極と上部電極との間に電圧を印加することで、静電力により上部電極を含むメンブレンを振動して超音波を発生する。また外部からメンブレンに超音波が入射すると両電極の間隔が変化するため、静電容量の変化から超音波を電気信号に変換する。 In the US cell, by applying a voltage between the lower electrode and the upper electrode, the membrane including the upper electrode is vibrated by an electrostatic force to generate ultrasonic waves. In addition, when an ultrasonic wave is incident on the membrane from the outside, the distance between both electrodes changes, so that the ultrasonic wave is converted into an electric signal from the change in capacitance.
米国特許第6795374号明細書には、送受信効率の向上のために、c−MUT型の超音波エレメントに送信時と受信時とで異なるDCバイアス電圧を印加する制御方法が開示されている。 US Pat. No. 6,795,374 discloses a control method in which different DC bias voltages are applied to a c-MUT type ultrasonic element at the time of transmission and at the time of reception in order to improve transmission / reception efficiency.
しかし、上記制御方法では、1つのUSセルで送受信を行っているため、送信後にDCバイアス電圧を、送信用から受信用に、素早く変化させる必要がある。すると、メンブレンが振動して、不要な超音波が発生したり、受信信号にノイズが発生したりする。また近接するUSエレメントの間でクロストークが発生する。このため、送信時と受信時とで異なるDCバイアス電圧を印加する超音波観測装置では、鮮明な画像の取得が容易ではないおそれがあった。 However, in the above control method, since transmission / reception is performed by one US cell, it is necessary to quickly change the DC bias voltage from transmission to reception after transmission. Then, the membrane vibrates and unnecessary ultrasonic waves are generated or noise is generated in the received signal. In addition, crosstalk occurs between adjacent US elements. For this reason, in an ultrasonic observation apparatus that applies different DC bias voltages at the time of transmission and at the time of reception, there is a possibility that it is not easy to acquire a clear image.
一方、特表2005−510264号公報(米国特許第6585653号明細書)には、送信専用のUSセルと受信専用のUSセルとを有するc−MUTが開示されている。 On the other hand, Japanese translations of PCT publication No. 2005-510264 (US Pat. No. 6,585,653) discloses a c-MUT having a US cell dedicated for transmission and a US cell dedicated for reception.
USセルを送信専用と受信専用とに分割したUSエレメントを有するUSユニットでは、DCバイアス電圧を切り替える必要はない。しかし、送受信する超音波の密度は、通常のUSエレメントの半分になる。また送信専用セルと受信専用セルとの配置によってはクロストークが発生する。このため、やはり鮮明な画像の取得が容易ではないおそれがあった。 In a US unit having a US element in which a US cell is divided into a transmission-only and a reception-only, there is no need to switch the DC bias voltage. However, the density of ultrasonic waves to be transmitted and received is half that of a normal US element. Further, crosstalk occurs depending on the arrangement of the transmission dedicated cell and the reception dedicated cell. For this reason, there is a possibility that it is not easy to obtain a clear image.
本発明の実施形態は、鮮明な画像が取得できる超音波観測装置および超音波観測装置の作動方法を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention aims to provide an ultrasonic observation apparatus and an operation method of the ultrasonic observation apparatus that can acquire a clear image.
本発明の実施形態の超音波観測装置は、複数の静電容量型の超音波エレメントが列設された超音波ユニットが挿入部の先端部に列設された超音波内視鏡と接続される超音波観測装置であって、前記複数の超音波エレメントのうちの少なくとも1つである送信用エレメントから送信される超音波に変換される送信信号を発生する送信部と、前記送信用エレメントから送信された超音波の反射波が電気信号に変換された受信信号を処理する受信部と、前記送信用エレメントから送信された超音波の反射波は、前記送信用エレメントでは受信されず、前記送信用エレメントに近接して配置された別の超音波エレメントである受信用エレメントで受信されるように前記送信部または前記受信部と接続される超音波エレメントを切り替える送受信切替部と、前記送信用エレメントに対して、送信用のDCバイアス電圧を印加する送信バイアス制御部と、前記受信用エレメントに対して、前記送信用のDCバイアス電圧とは異なる、受信用のDCバイアス電圧を印加する受信バイアス制御部と、を具備し、前記超音波エレメントに、上部電極がキャビティを介して下部電極と対向配置している複数の超音波セルがマトリックス状に配置されており、幅W長さL(W<L)の矩形の前記エレメントが、長手方向が隣り合うように、前記超音波セルの前記キャビティの直径Rの2倍以上の所定の間隔Dをおいて列設されている。
別の実施形態の超音波観測装置は、複数の静電容量型の超音波エレメントが列設された超音波ユニットが挿入部の先端部に列設された超音波内視鏡と接続される超音波観測装置であって、前記超音波エレメントから超音波を送信するために、超音波に変換される送信信号を発生する送信部と、前記超音波エレメントで超音波を受信するために、超音波から変換された受信信号を処理する受信部と、前記送信部に設けられ、前記送信部と接続される超音波エレメントに対して送信用のDCバイアス電圧を印加する送信バイアス制御部と、前記受信部に設けられ、前記受信部と接続される超音波エレメントに対して前記送信用のDCバイアス電圧とは異なる受信用のDCバイアス電圧を印加する受信バイアス制御部と、前記超音波エレメントに対して前記送信バイアス制御部が発生する前記送信用のバイアス電圧を印加して送信信号を送信するように前記送信部と接続する状態と、前記超音波エレメントに対して前記受信バイアス制御部が発生する前記受信用のDCバイアス電圧を印加して受信信号を受信するように前記受信部と接続する状態と、を切り替える送受信切替部と、を有し、前記超音波エレメントに、上部電極がキャビティを介して下部電極と対向配置している複数の超音波セルがマトリックス状に配置されており、
幅W長さL(W<L)の矩形の前記エレメントが、長手方向が隣り合うように、前記超音波セルの前記キャビティの直径Rの2倍以上の所定の間隔Dをおいて列設されている。
また、別の実施形態の超音波観測装置の作動方法は、複数の静電容量型の超音波エレメントが列設された超音波ユニットが挿入部の先端部に列設された超音波観測装置の作動方法であって、送受信切替部が、前記複数の超音波エレメントのうちの少なくとも1つである送信用エレメントを、送信用のDCバイアス電圧を印加する送信バイアス制御部および前記送信用エレメントから送信される超音波に変換される送信信号を発生する送信部と、接続した後に、前記送受信切替部が、前記送信用エレメントに近接して配置された別の超音波エレメントである受信用エレメントを、前記送信用のDCバイアス電圧とは異なる、受信用のDCバイアス電圧を印加する受信バイアス制御部および前記送信用エレメントから送信された超音波の反射波が電気信号に変換された受信信号を処理する受信部と、接続し、前記超音波エレメントに、上部電極がキャビティを介して下部電極と対向配置している複数の超音波セルがマトリックス状に配置されており、
幅W長さL(W<L)の矩形の前記エレメントが、長手方向が隣り合うように、前記超音波セルの前記キャビティの直径Rの2倍以上の所定の間隔Dをおいて列設されている。
In the ultrasonic observation apparatus according to the embodiment of the present invention, an ultrasonic unit in which a plurality of capacitive ultrasonic elements are arranged is connected to an ultrasonic endoscope arranged in the distal end portion of the insertion portion. An ultrasonic observation apparatus, a transmission unit that generates a transmission signal converted into an ultrasonic wave transmitted from a transmission element that is at least one of the plurality of ultrasonic elements, and a transmission from the transmission element A reception unit that processes a reception signal obtained by converting the reflected wave of ultrasonic waves converted into an electrical signal, and the reflected wave of ultrasonic waves transmitted from the transmission element is not received by the transmission element; A transmission / reception switching unit that switches between the transmission unit and the ultrasonic element connected to the reception unit so that the reception element is another ultrasonic element arranged close to the element. A transmission bias control unit that applies a transmission DC bias voltage to the transmission element; and a reception DC bias voltage that is different from the transmission DC bias voltage to the reception element. A plurality of ultrasonic cells in which the upper electrode is arranged opposite to the lower electrode through the cavity, and the width W length is provided in the ultrasonic element. The rectangular elements having a length L (W <L) are arranged at a predetermined interval D that is at least twice the diameter R of the cavity of the ultrasonic cell so that the longitudinal directions thereof are adjacent to each other .
An ultrasonic observation apparatus according to another embodiment includes an ultrasonic unit in which an ultrasonic unit in which a plurality of capacitive ultrasonic elements are arranged is connected to an ultrasonic endoscope arranged in a distal end portion of an insertion unit. An ultrasonic observation apparatus, wherein a transmission unit that generates a transmission signal converted into an ultrasonic wave to transmit ultrasonic waves from the ultrasonic element, and an ultrasonic wave to receive ultrasonic waves at the ultrasonic element A reception unit that processes the reception signal converted from the transmission unit, a transmission bias control unit that is provided in the transmission unit and applies a DC bias voltage for transmission to an ultrasonic element connected to the transmission unit, and the reception A reception bias control unit that applies a reception DC bias voltage different from the transmission DC bias voltage to the ultrasonic element connected to the reception unit, and is connected to the ultrasonic element. The transmission bias controller generates the transmission bias voltage and transmits the transmission signal to transmit the transmission signal, and the reception bias controller generates the ultrasonic element. A transmission / reception switching unit that switches between a state in which the reception DC bias voltage is applied and the reception unit is connected so as to receive a reception signal, and the upper electrode is connected to the ultrasonic element via a cavity. A plurality of ultrasonic cells arranged opposite to the lower electrode are arranged in a matrix,
The rectangular elements having a width W and a length L (W <L) are arranged at a predetermined interval D that is at least twice as large as the diameter R of the cavity of the ultrasonic cell so that their longitudinal directions are adjacent to each other. It is .
In addition, an operation method of the ultrasonic observation apparatus according to another embodiment is an ultrasonic observation apparatus in which an ultrasonic unit in which a plurality of capacitance-type ultrasonic elements are arranged is arranged at the distal end portion of the insertion portion. In the operating method, the transmission / reception switching unit transmits the transmission element, which is at least one of the plurality of ultrasonic elements, from the transmission bias control unit that applies a DC bias voltage for transmission and the transmission element. A transmitting unit that generates a transmission signal to be converted into ultrasonic waves, and after connection, the transmission / reception switching unit is a receiving element that is another ultrasonic element disposed close to the transmitting element, A reflected bias wave of the ultrasonic wave transmitted from the reception bias control unit for applying the reception DC bias voltage and the transmission element, which is different from the transmission DC bias voltage. A receiver for processing the received signals converted into electrical signal, connected, the ultrasonic element, a plurality of ultrasonic cell where the upper electrode is disposed facing the lower electrode through the cavity are arranged in a matrix And
The rectangular elements having a width W and a length L (W <L) are arranged at a predetermined interval D that is at least twice as large as the diameter R of the cavity of the ultrasonic cell so that their longitudinal directions are adjacent to each other. It is .
本発明の実施形態によれば、鮮明な画像が取得できる超音波観測装置および超音波観測装置の作動方法を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic observation apparatus capable of acquiring a clear image and an operation method of the ultrasonic observation apparatus .
以下、図面を参照して実施形態の超音波観測装置3について説明する。
<超音波内視鏡の構成>
図1に示すように超音波観測装置3は、超音波内視鏡2およびモニタ4とともに超音波内視鏡システム1を構成する。超音波内視鏡2は、体内に挿入される細長の挿入部11と、挿入部11の基端に配された操作部12と、操作部12の側部から延出したユニバーサルコード13と、を具備する。
Hereinafter, the
<Configuration of ultrasonic endoscope>
As shown in FIG. 1, the
ユニバーサルコード13の基端部には、光源装置(不図示)に接続されるコネクタ14Aが配設されている。コネクタ14Aからは、カメラコントロールユニット(不図示)にコネク15Aを介して着脱自在に接続されるケーブル15と、超音波観測装置3にコネクタ16Aを介して着脱自在に接続されるケーブル16と、が延出している。超音波観測装置3にはモニタ4が接続される。
A connector 14 </ b> A connected to a light source device (not shown) is disposed at the base end of the
挿入部11は、先端側から順に、先端部17と、先端部17の後端に位置する湾曲部18と、湾曲部18の後端に位置して操作部12に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部19と、を連設して構成されている。そして、先端部17の先端側には、超音波送受部である超音波ユニット(USユニット)30が配設されている。
The
操作部12には、湾曲部18を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ12Aと、送気および送水操作を行う送気送水ボタン12Bと、吸引操作を行う吸引ボタン12Cと、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口12D等と、が配設されている。
The
そして、図2に示すように、超音波を送受信するUSユニット30が、設けられた先端部17には、照明光学系を構成する照明用レンズカバー31と、観察光学系の観察用レンズカバー32と、吸引口を兼ねる鉗子口33と、図示しない送気送水ノズルと、が配設されている。
Then, as shown in FIG. 2, the
<超音波ユニットの構成>
次に、図3、図4および図5を用いて、超音波ユニット30の構成について説明する。
<Configuration of ultrasonic unit>
Next, the configuration of the
図3に示すように、超音波ユニット30は、複数の平面視略矩形の超音波エレメント60と、複数の超音波エレメント60が外周面に接合された保持部材20と、それぞれの超音波エレメント60と導線81A、81Bが接続されており信号を伝送するケーブル80と、を具備する。USユニット30では、例えば、直径2mmの円筒の外周面に、短辺が0.1mm以下の約200個USエレメント60が、長辺が隣り合うように列設されている。
As shown in FIG. 3, the
後述するように、超音波ユニット30は、それぞれの超音波エレメント60は自らが発生した超音波の反射波は受信せず、他の超音波エレメント60が発生した超音波の反射波を受信するように制御される。
As will be described later, in the
図4に示すように、超音波を送受信する基本単位である超音波エレメント60は、第1の主面60SAと、第1の主面60SAと対向する第2の主面60SBと、を有する。そして、超音波エレメント60の第1の主面60SAの略中央部には超音波を送受信する送受信部61が形成されており、第1の主面60SAの両端部には外部電極62A、62Bが配設されている。図3に示したように、外部電極62A、62Bは、それぞれケーブル80の導線81A、81Bと接続される。外部電極62A、62Bはケーブル80を介して超音波観測装置3の送受信切替部21と接続されている。
As shown in FIG. 4, the
送受信部61には、複数の静電容量型の超音波セル10がマトリックス状に配置されている。なお、図4では一部の超音波セル10のみを模式的に示している。超音波セル10は、メンブレンを構成する上部電極が、キャビティ(空隙部)を介して下部電極と対向配置している。外部電極62Aは複数の超音波セル10の下部電極の共通電極であり、外部電極62Bは複数の超音波セル10の上部電極の共通電極である。
In the transmission /
一方、図5に示すように、超音波観測装置3は、送受信切替部21と、バイアス制御部22と、受信部23と、送信部24と、制御部25とを具備する。後述するように、送受信切替部21は、超音波ユニット30の複数の超音波エレメント60の中から選択された超音波エレメント60と、送信部24または受信部23とを接続する。
On the other hand, as illustrated in FIG. 5, the
バイアス制御部22は、送信バイアス制御部22Aと受信バイアス制御部22Bとからなり、送信用エレメントと受信用エレメントに、異なるDCバイアス電圧を印加する。なお、送信バイアス制御部22Aと受信バイアス制御部22Bとは、1つのバイアス制御部が時間差で2つの機能を有していてもよい。
The
受信部23は、増幅部23Aと、AD変換部23Bと、受信ビームフォーマー生成部23Cと、信号処理部23Dとからなる。モニタ4には、受信部23で信号処理された超音波画像が表示される。送信部24は、遅延回路24Aと、送信波形生成部24Bとからなる。制御部25は、超音波観測装置3の制御だけでなく、超音波内視鏡システム1の全体制御を行っても良い。
The
図3に示したように、USユニット30は、円周上に列設されている複数の超音波エレメント60を用いて360度の範囲を走査するラジアル電子走査型ユニットである。すなわち、送受信切替部21は、送信部24または受信部23と接続される超音波エレメントを円周方向に順に切り替えていくことで、360度の範囲を走査する。
As shown in FIG. 3, the
なお、USユニット30は、凸形状の湾曲面に列設されている複数の超音波エレメント60を用いて所定角度範囲を走査するコンベックス電子走査型ユニットでもよい。
The
超音波観測装置3は、複数の超音波ビームによって所定の距離を焦点とする走査を行う。すなわち、隣接する複数のUSエレメントを、遅延時間を設けて順次駆動することにより、所望の方向に送信される超音波ビーム(音線)が合成される。音線合成には例えば、2個から36個のUSエレメントが用いられる。超音波ビームを、異なる位置に配置された複数のUSエレメントを用いて、同時または略同時に送信することにより、合成された超音波ビームが形成される。さらに、超音波ビームの方向を送信タイミングに応じて変化しながら被検体内をラジアル走査する。
The
送信部24の送信波形生成部24Bが発生した送信波形信号は、音線を合成するために遅延回路24Aにより遅延される。そして送信バイアス制御部22Aにより所定の送信用バイアス電圧が印加された送信波形信号が、送受信切替部21により選択された送信用USエレメントに印加される。
The transmission waveform signal generated by the transmission waveform generation unit 24B of the
一方、送受信切替部21により選択された受信用USエレメントには、受信バイアス制御部22Bにより所定の受信用バイアス電圧が印加される。受信感度を向上するために、受信用バイアス電圧は送信用バイアス電圧よりも高く設定されている。受信信号は受信部23の増幅部23Aで増幅され、AD変換部23Bでデジタル信号に変換される。受信ビームフォーマー生成部23Cは、複数の超音波エレメント60の受信信号をもとに合成信号を生成し、信号処理部23Dは合成信号を処理して超音波画像を作成する。
On the other hand, a predetermined reception bias voltage is applied to the reception US element selected by the transmission /
次に、図6(A)〜図6(C)を用いて、超音波観測装置3の動作について、詳細に説明する。なお、ここでは、説明を簡単にするため、1個のUSエレメントが送信した超音波の反射波を他の1個のUSエレメントが受信するシングルビームについて説明する。位相の異なるシングルビーム(音線)を連続して送受信することで所定の位置に焦点のある合成音線が形成される。
Next, the operation of the
図6(A)の状態では、制御部25の制御により、送受信切替部21において第NのUSエレメント60Nが送信部24と接続され、第(N+1)のUSエレメント60(N+1)に受信部23が接続されている。このため、第NのUSエレメント60Nが発生した超音波の反射波は、第NのUSエレメント60Nで受信されず、第(N+1)のUSエレメント60(N+1)で受信される。
In the state of FIG. 6 (A), the N-th US element 60N is connected to the
ここで、送受信切替部21等は制御部25からの制御信号により制御される。例えば、図7に示すように、制御部25は、音線トリガ信号(音線TRG)を基準に、送受信切替部21が図6(A)に示す状態Aとなるように状態遷移信号を送信する。そして、状態(A)では、第NのUSエレメント60Nが送信エレメントになり、第(N+1)のUSエレメント60(N+1)が受信エレメントとなる。そして制御部25からの送信トリガ信号(送信TRG)により送信部24は発生した送信信号は第NのUSエレメント60Nに伝達される。
Here, the transmission /
制御部25からの受信トリガ信号(受信TRG)により受信部23は反射波による信号(エコー信号)を受信する。第NのUSエレメント60Nが発生した超音波は体内で反射して反射波が、USユニット30に戻ってくる。反射波による振動は第NのUSエレメント60Nにも発生する。しかし、第NのUSエレメント60Nは受信部23と接続されていないので受信信号は受信されない。一方、受信部23と接続されている第(N+1)のUSエレメント60(N+1)は反射波による振動を受信信号として受信し、1音線のデータが取得される。
In response to the reception trigger signal (reception TRG) from the
図6(A)の状態での送受信が完了し、次に、状態遷移信号を受信した送受信切替部21は、図6(B)の状態になる。図6(B)の状態では、送受信切替部21において第(N+1)のUSエレメント60(N+1)が送信部24と接続され、第(N+2)のUSエレメント60(N+2)に受信部23が接続されている。このため、第(N+1)のUSエレメント60(N+1)が発生した超音波の反射波は、第(N+1)のUSエレメント60(N+1)で受信されず、第(N+2)のUSエレメント60(N+2)で受信される。
The transmission /
図6(B)の状態での送受信が完了し、次に、状態遷移信号を受信した送受信切替部21は、図6(C)の状態になる。図6(C)の状態では、送受信切替部21において第(N+2)のUSエレメント60(N+2)が送信部24と接続され、第(N+3)のUSエレメント60(N+3)に受信部23が接続されている。このため、第(N+2)のUSエレメント60(N+2)が発生した超音波の反射波は、第(N+2)のUSエレメント60(N+2)で受信されず、第(N+3)のUSエレメント60(N+3)で受信される。
The transmission /
すなわち、送受信切替部21は、超音波を送信した超音波エレメントに隣接して配置された別の超音波エレメントが受信するように、送信部24または受信部23と接続される超音波エレメントを切り替える。
That is, the transmission /
そして、円周上に列設された複数のUSエレメントのそれぞれが、順に、送信用エレメントまたは受信用エレメントに1回なることで、360度の走査が完了し、1枚のラジアル超音波画像が作成される。走査が連続して行われることで超音波像が更新されていく。 Then, each of the plurality of US elements arranged in a circle on the circumference sequentially becomes one transmission element or reception element, so that the scan of 360 degrees is completed, and one radial ultrasonic image is obtained. Created. The ultrasonic image is updated by continuously performing scanning.
送信用エレメント60Nと受信用エレメント60(N+1)とは異なるエレメントであるので、送信直後にDCバイアス電圧を変化させる必要はなく、送信信号が受信信号に悪影響を及ぼすことがない。また、送受信する超音波の密度は、通常のUSエレメントと同じである。このため、超音波観測装置3および超音波内視鏡2の作動方法は鮮明な画像が取得できる。
Since the transmission element 60N and the reception element 60 (N + 1) are different elements, there is no need to change the DC bias voltage immediately after transmission, and the transmission signal does not adversely affect the reception signal. Further, the density of ultrasonic waves to be transmitted / received is the same as that of a normal US element. For this reason, the operating method of the
<超音波観測装置3の動作の変形例>
超音波観測装置3の送受信切替部21の動作は、図6(A)〜図6(C)を用いて説明した動作に限られるものではなく、以下の変形例の動作でもよい。
<Modification of operation of
The operation of the transmission /
図8(A)〜図8(C)に示す変形例では、複数の超音波エレメントが同時に送信部24または受信部23と接続されている。図8(A)に示す状態では、超音波エレメント60K、60(K+3)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+1)、60(K+2)が送信用エレメントである。そして、図8(A)に示す状態での送受信が完了すると、次に図8(B)に示す状態になる。図8(B)に示す状態では、超音波エレメント60(K+1)、60(K+4)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+2)、60(K+3)が送信用エレメントである。次の図8(C)に示す状態では、超音波エレメント60(K+2)、60(K+5)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+3)、60(K+4)が送信用エレメントである。
In the modification shown in FIGS. 8A to 8C, a plurality of ultrasonic elements are simultaneously connected to the
上記変形例の超音波観測装置3は、送信される超音波が強く、また受信信号も強い。このため、より鮮明な画像が取得できる。
The
また、図9(A)〜図9(C)に示す変形例では、複数の超音波エレメントが同時に送信部24と接続されている。図9(A)に示す状態では、超音波エレメント60(K+1)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K)、60(K+1)が送信用エレメントである。そして、図9(A)に示す状態での送受信が完了すると、次に図9(B)に示す状態になる。図9(B)に示す状態では、超音波エレメント60(K+2)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+1)、60(K+3)が送信用エレメントである。次の図8(C)に示す状態では、超音波エレメント60(K+3)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+2)、60(K+4)が送信用エレメントである。
Further, in the modification shown in FIGS. 9A to 9C, a plurality of ultrasonic elements are connected to the
上記変形例の超音波観測装置3は、受信信号も強い。このため、より鮮明な画像が取得できる。
The
また、図10(A)〜図10(C)に示す変形例の図10(A)に示す状態では、超音波エレメント60Kが受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+1)が送信用エレメントである。そして、図10(A)に示す状態での送受信が完了すると、次に図10(B)に示す状態になる。図10(B)に示す状態では、超音波エレメント60(K+2)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+3)が送信用エレメントである。そして、全ての超音波エレメント60が送信または受信を行った次の走査では、図10(C)に示すように、超音波エレメント60(K+1)が受信用エレメントであり、超音波エレメント60(K+2)が送信用エレメントである。
In the state shown in FIG. 10A of the modification shown in FIGS. 10A to 10C, the ultrasonic element 60K is a receiving element, and the ultrasonic element 60 (K + 1) is a transmitting element. It is. Then, when transmission / reception in the state shown in FIG. 10A is completed, the state shown in FIG. In the state shown in FIG. 10B, the ultrasonic element 60 (K + 2) is a receiving element, and the ultrasonic element 60 (K + 3) is a transmitting element. In the next scan in which all the
上記変形例の超音波観測装置3は、音線密度は低くなるがクロストークの影響を受けにくいため、より鮮明な画像が取得できる。
The
すなわち、送受信切替部21が、複数の超音波エレメントのうちの少なくとも1つから送信された超音波の反射波は、前記超音波を送信した超音波エレメントで受信されず、超音波を送信した超音波エレメントに近接して配置された別の超音波エレメントで受信されるように、送信部24または受信部23と接続される超音波エレメントを切り替えることで、超音波観測装置3は鮮明な画像が取得できる。
That is, the transmission /
<USユニットの変形例>
図11(A)に示すように、実施形態のUSユニット30では、幅W長さLの矩形のUSエレメント60が、長手方向が隣り合うように、所定の間隔Dをおいて列設されている。ここで、間隔Dは、USセル10のキャビティの直径Rの2倍以上であることが、クロストーク低減のためには好ましい。
<Modification of US unit>
As shown in FIG. 11A, in the
また、図11(B)に示す変形例のUSユニット30Bのように、USエレメント60の間に溝部34を形成することにより、より効果的にクロストークを低減することができる。すなわち、溝部34はクロストーク低減手段である。
Moreover, by forming the
さらに、USエレメントは、外見上は1個であっても、別々に駆動可能な第1の送受信部61Aと第2の送受信部61Bとから構成されていてもよい。この場合には、図11(C)に示す変形例のUSユニット30Cのように、第1の送受信部61Aと第2の送受信部61Bとの間に、駆動されないUSセルからなる領域61Cを設けておくことがクロストーク低減のためには好ましい。すなわち、領域61Cはクロストーク低減手段であり、USセル10のキャビティの直径Rの2倍以上の幅があることが好ましい。
Further, the US element may be composed of a first transmission /
さらに、図12に示すUSユニット30Dのように、USエレメント60Dは、幅Wと長さLとが同じ正方形であってもよい。正方形のUSエレメント60Dを有するUSユニットは、矩形のUSエレメントを有するUSユニットに比べて、より高い音線密度となり、より鮮明な画像が取得できる。
Furthermore, like US unit 30D shown in FIG. 12,
本発明は、上述した実施形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、組み合わせ等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment or modification, and various changes, modifications, combinations, and the like are possible without departing from the scope of the present invention.
1…超音波内視鏡システム、2…超音波内視鏡、3…超音波観測装置、10…超音波セル、11…挿入部、17…先端部、20…保持部材、21…送受信切替部、22…バイアス制御部、22A…送信バイアス制御部、22B…受信バイアス制御部、23…受信部、23A…増幅部、23B…変換部、23C…受信ビームフォーマー生成部、23D…信号処理部、24…送信部、24A…遅延回路、24B…送信波形生成部、25…制御部、30…超音波ユニット、60…超音波エレメント、61…送受信部、80…ケーブル
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の超音波エレメントのうちの少なくとも1つである送信用エレメントから送信される超音波に変換される送信信号を発生する送信部と、
前記送信用エレメントから送信された超音波の反射波が電気信号に変換された受信信号を処理する受信部と、
前記送信用エレメントから送信された超音波の反射波は、前記送信用エレメントでは受信されず、前記送信用エレメントに近接して配置された別の超音波エレメントである受信用エレメントで受信されるように前記送信部または前記受信部と接続される超音波エレメントを切り替える送受信切替部と、
前記送信用エレメントに対して、送信用のDCバイアス電圧を印加する送信バイアス制御部と、
前記受信用エレメントに対して、前記送信用のDCバイアス電圧とは異なる、受信用のDCバイアス電圧を印加する受信バイアス制御部と、を具備し、
前記超音波エレメントに、上部電極がキャビティを介して下部電極と対向配置している複数の超音波セルがマトリックス状に配置されており、
幅W長さL(W<L)の矩形の前記エレメントが、長手方向が隣り合うように、前記超音波セルの前記キャビティの直径Rの2倍以上の所定の間隔Dをおいて列設されていることを特徴とする超音波観測装置。 An ultrasonic observation apparatus in which an ultrasonic unit in which a plurality of capacitive ultrasonic elements are arranged is connected to an ultrasonic endoscope arranged in a distal end portion of an insertion portion,
A transmitter that generates a transmission signal that is converted into an ultrasonic wave transmitted from an element for transmission that is at least one of the plurality of ultrasonic elements;
A reception unit that processes a reception signal in which a reflected wave of an ultrasonic wave transmitted from the transmission element is converted into an electrical signal;
The reflected ultrasonic wave transmitted from the transmitting element is not received by the transmitting element, but is received by a receiving element that is another ultrasonic element disposed in proximity to the transmitting element. A transmission / reception switching unit that switches an ultrasonic element connected to the transmission unit or the reception unit,
A transmission bias controller for applying a transmission DC bias voltage to the transmission element;
A receiving bias control unit that applies a receiving DC bias voltage different from the transmitting DC bias voltage to the receiving element ;
In the ultrasonic element, a plurality of ultrasonic cells in which the upper electrode is arranged to face the lower electrode through the cavity are arranged in a matrix,
The rectangular elements having a width W and a length L (W <L) are arranged at a predetermined interval D that is at least twice as large as the diameter R of the cavity of the ultrasonic cell so that their longitudinal directions are adjacent to each other. An ultrasonic observation apparatus.
前記超音波エレメントから超音波を送信するために、超音波に変換される送信信号を発生する送信部と、
前記超音波エレメントで超音波を受信するために、超音波から変換された受信信号を処理する受信部と、
前記送信部に設けられ、前記送信部と接続される超音波エレメントに対して送信用のDCバイアス電圧を印加する送信バイアス制御部と、
前記受信部に設けられ、前記受信部と接続される超音波エレメントに対して前記送信用のDCバイアス電圧とは異なる受信用のDCバイアス電圧を印加する受信バイアス制御部と、
前記超音波エレメントに対して前記送信バイアス制御部が発生する前記送信用のバイアス電圧を印加して送信信号を送信するように前記送信部と接続する状態と、前記超音波エレメントに対して前記受信バイアス制御部が発生する前記受信用のDCバイアス電圧を印加して受信信号を受信するように前記受信部と接続する状態と、を切り替える送受信切替部と、
を有し、
前記超音波エレメントに、上部電極がキャビティを介して下部電極と対向配置している複数の超音波セルがマトリックス状に配置されており、
幅W長さL(W<L)の矩形の前記エレメントが、長手方向が隣り合うように、前記超音波セルの前記キャビティの直径Rの2倍以上の所定の間隔Dをおいて列設されていることを特徴とする超音波観測装置。 An ultrasonic observation apparatus in which an ultrasonic unit in which a plurality of capacitive ultrasonic elements are arranged is connected to an ultrasonic endoscope arranged in a distal end portion of an insertion portion,
In order to transmit ultrasonic waves from the ultrasonic element, a transmission unit that generates a transmission signal converted into ultrasonic waves,
In order to receive the ultrasonic wave by the ultrasonic element, a receiving unit that processes a reception signal converted from the ultrasonic wave,
A transmission bias control unit that is provided in the transmission unit and applies a DC bias voltage for transmission to an ultrasonic element connected to the transmission unit;
A reception bias control unit that is provided in the reception unit and applies a reception DC bias voltage different from the transmission DC bias voltage to an ultrasonic element connected to the reception unit;
A state in which the transmission bias control unit generates the transmission bias voltage generated by the transmission bias control unit to transmit the transmission signal to the ultrasonic element, and the reception to the ultrasonic element. A transmission / reception switching unit that switches between a state connected to the reception unit so as to receive a reception signal by applying the reception DC bias voltage generated by the bias control unit;
Have,
In the ultrasonic element, a plurality of ultrasonic cells in which the upper electrode is arranged to face the lower electrode through the cavity are arranged in a matrix,
The rectangular elements having a width W and a length L (W <L) are arranged at a predetermined interval D that is at least twice as large as the diameter R of the cavity of the ultrasonic cell so that their longitudinal directions are adjacent to each other. An ultrasonic observation apparatus.
送受信切替部が、前記複数の超音波エレメントのうちの少なくとも1つである送信用エレメントを、送信用のDCバイアス電圧を印加する送信バイアス制御部および前記送信用エレメントから送信される超音波に変換される送信信号を発生する送信部と、接続した後に、
前記送受信切替部が、前記送信用エレメントに近接して配置された別の超音波エレメントである受信用エレメントを、前記送信用のDCバイアス電圧とは異なる、受信用のDCバイアス電圧を印加する受信バイアス制御部および前記送信用エレメントから送信された超音波の反射波が電気信号に変換された受信信号を処理する受信部と、接続し、
前記超音波エレメントに、上部電極がキャビティを介して下部電極と対向配置している複数の超音波セルがマトリックス状に配置されており、
幅W長さL(W<L)の矩形の前記エレメントが、長手方向が隣り合うように、前記超音波セルの前記キャビティの直径Rの2倍以上の所定の間隔Dをおいて列設されていることを特徴とする超音波観測装置の作動方法。 An ultrasonic observation apparatus in which an ultrasonic unit in which a plurality of capacitive ultrasonic elements are arranged is arranged at the distal end of the insertion portion,
A transmission / reception switching unit converts a transmission element that is at least one of the plurality of ultrasonic elements into a transmission bias control unit that applies a DC bias voltage for transmission and ultrasonic waves transmitted from the transmission element. After connecting with the transmitter that generates the transmission signal to be
Reception in which the transmission / reception switching unit applies a reception DC bias voltage different from the transmission DC bias voltage to a reception element that is another ultrasonic element disposed in proximity to the transmission element. A bias control unit and a reception unit that processes a reception signal in which a reflected wave of an ultrasonic wave transmitted from the transmission element is converted into an electrical signal ; and
In the ultrasonic element, a plurality of ultrasonic cells in which the upper electrode is arranged to face the lower electrode through the cavity are arranged in a matrix,
The rectangular elements having a width W and a length L (W <L) are arranged at a predetermined interval D that is at least twice as large as the diameter R of the cavity of the ultrasonic cell so that their longitudinal directions are adjacent to each other. A method for operating an ultrasonic observation apparatus.
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