JP2013165882A - Subject information acquisition apparatus and method for controlling the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a subject information acquisition apparatus capable of correcting variations in transmission characteristics of a CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer) element.SOLUTION: A subject information acquisition apparatus for use includes: an output means for outputting a pulse for transmission and a pulse for characteristic acquisition; a capacitive transducer which includes a plurality of elements transmitting an acoustic wave when the pulse for the transmission is input; a conversion means for converting an electric current into a voltage, which current is to be output when the pulse for the acquisition of the characteristics is input into the elements; a characteristic acquisition means for acquiring transmission characteristics of the elements on the basis of a signal output from the conversion means; a reception means for receiving a reflected wave generated when the acoustic wave transmitted from the transmission means is reflected from a subject; and a generation means for generating subject information inside the subject on the basis of the reflected wave. When making the acoustic wave transmitted from the transmission means, a control means controls the output means so as to reduce differences among the transmission characteristics of the respective elements.

Description

本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。   The present invention relates to a subject information acquisition apparatus and a control method thereof.

超音波の送受信を行うトランスデューサとして、静電容量型超音波トランスデューサであるＣＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）が提案されている。
ＣＭＵＴは、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスを用いて作製されたものである。また、超音波トランスデューサを用いて、測定対象に超音波を送信し、測定対象で反射した超音波を受信することで、測定対象の情報を得る測定方法がある。この測定方法に用いる送受信トランスデューサに、送受信する超音波の周波数範囲が比較的広い（広帯域）という特徴を持つＣＭＵＴを用いる方法が提案されている。 As a transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, a capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT), which is a capacitive ultrasonic transducer, has been proposed.
The CMUT is manufactured using a micro electro mechanical systems (MEMS) process that applies a semiconductor process. In addition, there is a measurement method for obtaining information on a measurement target by transmitting an ultrasonic wave to the measurement target using an ultrasonic transducer and receiving the ultrasonic wave reflected by the measurement target. As a transmission / reception transducer used in this measurement method, a method using a CMUT having a characteristic that the frequency range of ultrasonic waves to be transmitted / received is relatively wide (broadband) has been proposed.

特開２０１１−００４２８０号公報JP 2011-004280 A

従来、ＣＭＵＴを用いて超音波を送受信する場合、同一のＣＭＵＴエレメントにおいて送信波出力と受信波入力の双方が行われる。
送信波出力は一般的に受信波よりも強度が高い。ＣＭＵＴエレメントに対して強度の高い送信波を入力することで、ＣＭＵＴエレメントの受信感度に悪影響が出ることが懸念されている。そこで、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメントと超音波受信専用ＣＭＵＴエレメントを分離するシステムが提案されている。 Conventionally, when transmitting and receiving ultrasonic waves using CMUT, both transmission wave output and reception wave input are performed in the same CMUT element.
The transmitted wave output is generally stronger than the received wave. There is a concern that the reception sensitivity of the CMUT element may be adversely affected by inputting a high-intensity transmission wave to the CMUT element. Therefore, a system for separating the ultrasonic transmission dedicated CMUT element and the ultrasonic reception dedicated CMUT element has been proposed.

しかし、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメントにおいては、半導体プロセスに起因する静電容量等のばらつきが存在するため、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント毎に送信特性がばらつく。この送信特性のばらつきを考慮せずに超音波ビームの送信を行うと、所望の送信ビームが形成されず、取得された超音波画像の画質を劣化させてしまうという課題がある。なお、送信特性の例としては、同じ電圧や波形を持つパルスで駆動したときに送信される超音波の、エレメントごとの違いなどがある。   However, in the ultrasonic transmission dedicated CMUT element, there is a variation in capacitance or the like due to the semiconductor process, and therefore the transmission characteristics vary for each ultrasonic transmission dedicated CMUT element. When an ultrasonic beam is transmitted without taking this transmission characteristic variation into consideration, there is a problem that a desired transmission beam is not formed and the image quality of the acquired ultrasonic image is deteriorated. As an example of transmission characteristics, there is a difference for each element of ultrasonic waves transmitted when driven by pulses having the same voltage and waveform.

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、ＣＭＵＴエレメントの送信特性ばらつきを補正可能な被検体情報取得装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a subject information acquisition apparatus capable of correcting variation in transmission characteristics of CMUT elements.

本発明は以下の構成を採用する。すなわち、制御手段による制御を受けて送信用パルスと特性取得用パルスとを出力する出力手段と、
前記送信用パルスが入力されると、当該送信用パルスに対応した音響波を送信する複数の素子を含む、静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、
前記送信手段の素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段から出力された信号に基づき、前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得手段と、
前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成する生成手
段と、
を有し、
前記制御手段は、前記送信手段から前記被検体に音響波を送信させる際に、前記特性取得手段が取得した前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記出力手段を制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。 The present invention employs the following configuration. That is, an output unit that outputs a transmission pulse and a characteristic acquisition pulse under the control of the control unit;
When the transmission pulse is input, a transmission means including a capacitive transducer including a plurality of elements that transmit acoustic waves corresponding to the transmission pulse;
Conversion means for converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element of the transmission means;
Based on the signal output from the conversion means, characteristic acquisition means for acquiring the transmission characteristics of the elements of the transmission means;
Receiving means for receiving the reflected wave reflected by the subject with the acoustic wave transmitted from the transmitting means;
Generating means for generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means;
Have
The control means controls the output means so as to reduce a difference for each element of the transmission characteristics acquired by the characteristic acquisition means when an acoustic wave is transmitted from the transmission means to the subject. This is a characteristic object information acquisition apparatus.

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、複数の素子を含む静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、音響波を受信する受信手段と、を有し、前記受信手段が受信した音響波に基づき被検体情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得ステップ、および、被検体から被検体情報を取得する情報取得ステップを有しており、
前記特性取得ステップは、
前記送信手段の素子に特性取得用パルスを入力するステップと、
前記素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換するステップと、
前記電圧に変換された信号に基づき、前記送信手段の素子ごとの送信特性を取得するステップと、を含み、
前記情報取得ステップは、
前記被検体への音響波の送信の際に、前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記送信手段に送信用パルスを出力するステップと、
前記送信手段が、前記送信用パルスに対応する音響波を送信するステップと、
前記受信手段が、前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信するステップと、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成するステップと、を含む
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。 The present invention also employs the following configuration. In other words, the subject information includes a transmission unit composed of a capacitive transducer including a plurality of elements and a reception unit that receives an acoustic wave, and acquires subject information based on the acoustic wave received by the reception unit. An acquisition device control method comprising:
A characteristic acquisition step of acquiring a transmission characteristic of an element of the transmission means, and an information acquisition step of acquiring subject information from the subject,
The characteristic acquisition step includes:
Inputting a characteristic acquisition pulse to the element of the transmission means;
Converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element;
Obtaining a transmission characteristic for each element of the transmission means based on the signal converted into the voltage,
The information acquisition step includes
A step of outputting a transmission pulse to the transmission means so as to reduce the difference between the elements of the transmission characteristics when transmitting acoustic waves to the subject;
The transmitting means transmitting an acoustic wave corresponding to the transmission pulse;
The receiving means receiving a reflected wave reflected by an object from an acoustic wave transmitted from the transmitting means;
And a step of generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means.

本発明によれば、ＣＭＵＴエレメントの送信特性ばらつきを補正可能な被検体情報取得装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a subject information acquisition apparatus capable of correcting a transmission characteristic variation of a CMUT element.

本発明の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the subject information acquisition apparatus based on embodiment of this invention. 従来例の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the subject information acquisition apparatus based on embodiment of a prior art example. 第１の実施形態に係る、被検体情報取得装置の一部の構成を示す図。The figure which shows the structure of a part of subject information acquisition apparatus based on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る、波形出力制御部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the waveform output control part based on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る、受信ビーム成形装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the receiving beam shaping apparatus based on 1st Embodiment. 第１〜第２の実施形態に係る、被検体情報取得装置の動作フローを示す図。The figure which shows the operation | movement flow of the subject information acquisition apparatus based on 1st-2nd embodiment. 第２の実施形態に係る、被検体情報取得装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the subject information acquisition apparatus based on 2nd Embodiment. ＣＭＵＴエレメントの構成を示す図。The figure which shows the structure of a CMUT element.

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. It is not intended to limit the following description.

本発明が適用される対象には、被検体に超音波等の音響波を送信し、被検体内部で反射し伝播した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音
波エコー技術を利用した装置が含まれる。
かかる装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。このような装置は被検体情報取得装置と呼ぶことができる。被検体情報取得装置により生成した被検体内部の画像は生体の診断に用いることが可能であるので、このような装置を超音波診断装置とも呼ぶことができる。 For objects to which the present invention is applied, an acoustic wave such as an ultrasonic wave is transmitted to the subject, a reflected wave (echo wave) reflected and propagated inside the subject is received, and subject information is acquired as image data. Devices using ultrasonic echo technology.
In the case of such an apparatus, the acquired object information is information reflecting the difference in acoustic impedance of the tissue inside the object. Such an apparatus can be called a subject information acquisition apparatus. Since the image inside the subject generated by the subject information acquiring apparatus can be used for living body diagnosis, such an apparatus can also be called an ultrasonic diagnostic apparatus.

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。本発明の被検体情報取得装置は、ＣＭＵＴエレメント（素子）を配置した探触子によって、被検体内に音響波を送信し、反射して伝播した音響波を受信する。   The acoustic wave referred to in the present invention is typically an ultrasonic wave and includes an elastic wave called a sound wave or an acoustic wave. The subject information acquisition apparatus of the present invention transmits an acoustic wave into the subject and receives the reflected and propagated acoustic wave by a probe having a CMUT element (element).

＜第１の実施形態＞
（本実施形態の装置構成）
図１Ａは、本発明の実施形態に係る被検体情報取得装置１の構成を示す図である。
この被検体情報取得装置１は、探触子２、ＡＤ変換部３、受信ビーム成形装置４、信号処理部５、画像処理部６、画像表示部７、データメモリ制御回路８、重み付け係数供給回路９、制御用ＣＰＵ１０、超音波送信部１１から構成される。 <First Embodiment>
(Device configuration of this embodiment)
FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a subject information acquisition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
The object information acquisition apparatus 1 includes a probe 2, an AD conversion unit 3, a reception beam shaping device 4, a signal processing unit 5, an image processing unit 6, an image display unit 7, a data memory control circuit 8, and a weighting coefficient supply circuit. 9 includes a control CPU 10 and an ultrasonic transmission unit 11.

超音波送信部１１は、制御用ＣＰＵ１０等の制御に従って被検体の測定領域に超音波を送信する。被検体に送信された超音波の反射波である超音波信号は、探触子２によって受信される。
受信された超音波信号は、探触子２によってアナログ電気信号に変換され、さらにＡＤ変換部３によってデジタル化される。デジタル化された受信信号は、受信ビーム成型装置４によって整相加算処理され、信号処理部５にてフィルタ処理・対数圧縮・包絡線検波等の処理を受ける。信号処理部では、扱う信号の性質に応じ適切な処理を施す。さらに信号処理部の出力データは、画像処理部６に入力され、画像生成に必要な複数の処理をされた後、画像データとなる。画像表示部７は、画像処理部６によって生成された画像データに従い超音波画像を表示する。制御用ＣＰＵ１０は、各ブロックをコントロールするのに必要なデータ、コントロール信号を供給する。 The ultrasonic transmission unit 11 transmits ultrasonic waves to the measurement region of the subject under the control of the control CPU 10 or the like. An ultrasonic signal that is a reflected wave of the ultrasonic wave transmitted to the subject is received by the probe 2.
The received ultrasonic signal is converted into an analog electric signal by the probe 2 and further digitized by the AD converter 3. The digitized reception signal is subjected to phasing and addition processing by the reception beam shaping device 4 and is subjected to processing such as filter processing, logarithmic compression, and envelope detection by the signal processing unit 5. The signal processing unit performs appropriate processing according to the nature of the signal to be handled. Furthermore, the output data of the signal processing unit is input to the image processing unit 6 and subjected to a plurality of processes necessary for image generation, and then becomes image data. The image display unit 7 displays an ultrasonic image according to the image data generated by the image processing unit 6. The control CPU 10 supplies data and control signals necessary for controlling each block.

データメモリ制御回路８−１〜８−Ｎは、受信信号の遅延データを処理し、受信ビーム成形装置４中のデータメモリの受信データ書き込み、または読み出し制御をおこなう。なお、Ｎは受信ビーム成形装置４中に存在するデータメモリの数量を示す。重み付け係数供給回路９−１〜９−Ｎは、アポダイゼーション用の重み付けデータを処理し、受信ビーム成形装置４中の乗算器へ重み付け係数を供給する。なお、Ｎは、受信ビーム成形装置４中に存在する、アポダイゼーション用の乗算器の数量を示す。   The data memory control circuits 8-1 to 8 -N process the delay data of the reception signal, and perform reception data writing or reading control of the data memory in the reception beam shaping device 4. Note that N indicates the number of data memories existing in the reception beam shaping apparatus 4. The weighting coefficient supply circuits 9-1 to 9-N process weighting data for apodization and supply weighting coefficients to the multipliers in the reception beam shaping apparatus 4. N indicates the number of apodization multipliers present in the reception beam forming apparatus 4.

（従来の装置構成）
図１Ｂは、従来例におけるＣＭＵＴを用いた超音波診断装置の構成を示した図である。
探触子２は、ＣＭＵＴエレメント２１、スイッチ２２、２３、２４、プリアンプ２５各々Ｋ個から構成されている。超音波送信部１１には送信波形出力用のパルサー２６がＭ個と波形出力制御部３０が存在する。ＡＤ変換部３には、Ｎ個のＡＤコンバータ２７が存在する。 (Conventional device configuration)
FIG. 1B is a diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus using a CMUT in a conventional example.
The probe 2 is composed of K pieces of CMUT elements 21, switches 22, 23 and 24, and preamplifiers 25. The ultrasonic transmission unit 11 includes M pulsars 26 for outputting a transmission waveform and a waveform output control unit 30. The AD conversion unit 3 includes N AD converters 27.

従来例において、ＣＭＵＴを用いた超音波の送受信は次のように行われる。超音波送信の際は、探触子２中のスイッチ２３をＯＮにし、スイッチ２２、２４をＯＦＦにする。制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形出力制御部３０が波形データを所望のタイミングでパルサー２６に入力する。波形データに従い、パルサー２６から出力された送信電圧はＣＭＵＴエレメント２１へ入力され、超音波が被検体へ送信される。   In the conventional example, transmission / reception of ultrasonic waves using CMUT is performed as follows. At the time of ultrasonic transmission, the switch 23 in the probe 2 is turned on and the switches 22 and 24 are turned off. In accordance with the control content supplied from the control CPU 10, the waveform output control unit 30 inputs the waveform data to the pulsar 26 at a desired timing. According to the waveform data, the transmission voltage output from the pulsar 26 is input to the CMUT element 21, and the ultrasonic wave is transmitted to the subject.

一方、超音波受信の際は、探触子２中のスイッチ２３をＯＦＦし、スイッチ２２、２４
をＯＮにする。ＣＭＵＴエレメント２１で受信された超音波信号はプリアンプ２５によってＩ−Ｖ変換され、ＡＤコンバータ２７へ入力される。ＡＤコンバータ２７においてデジタル化された受信データは受信ビーム成形装置４へ転送され、整相加算等の信号処理演算を施され、超音波画像データとなる。探触子２においては、ＣＭＵＴエレメント２１の数量Ｋと、超音波送信部１１におけるパルサー２６の数量Ｍ、ＡＤ変換部３におけるＡＤコンバータ２７の数量Ｎは各々違う場合があり得る。超音波の送信受信が適切になされるよう、接続切り替えスイッチ２９にて接続状態は適宜変更される。このように、従来例においては、同一のＣＭＵＴエレメント２１にて超音波の送信・受信を行うこととなる。 On the other hand, at the time of ultrasonic reception, the switch 23 in the probe 2 is turned OFF, and the switches 22 and 24
Set to ON. The ultrasonic signal received by the CMUT element 21 is IV converted by the preamplifier 25 and input to the AD converter 27. The reception data digitized by the AD converter 27 is transferred to the reception beam shaping device 4, subjected to signal processing operations such as phasing addition, and becomes ultrasonic image data. In the probe 2, the quantity K of the CMUT element 21, the quantity M of the pulsar 26 in the ultrasonic transmission unit 11, and the quantity N of the AD converter 27 in the AD conversion unit 3 may be different. The connection state is appropriately changed by the connection changeover switch 29 so that transmission and reception of ultrasonic waves are appropriately performed. As described above, in the conventional example, ultrasonic transmission / reception is performed by the same CMUT element 21.

しかし、一般的に送信波形を出力する際には、ＣＭＵＴエレメント２１に数十ボルトの高電圧が印加されるため、ＣＭＵＴエレメント２１において受信感度に悪影響が出ることが懸念される。
そこで、送信専用のＣＭＵＴエレメントと受信専用のＣＭＵＴエレメントを設ける構成が提案されている。 However, in general, when a transmission waveform is output, since a high voltage of several tens of volts is applied to the CMUT element 21, there is a concern that the reception sensitivity of the CMUT element 21 may be adversely affected.
Therefore, a configuration has been proposed in which a CMUT element dedicated to transmission and a CMUT element dedicated to reception are provided.

（ＣＭＵＴエレメントの構成）
図５は、ＣＭＵＴの構成と駆動方法について、具体的に説明するための図である。ＣＭＵＴは静電容量型トランスデューサとも言える。
図５はＣＭＵＴエレメント（素子）の断面、および、直流電圧印加手段１０５及び電流電圧変換手段１０２の模式図である。容量型のＣＭＵＴエレメントは、基板５０６上に下部電極５０５が形成され、下部電極５０５と間隙５０４（通常数１０ｎｍ〜９００ｎｍ）を挟んで上部電極５０２が配置されている。本実施形態では、振動膜５０１上に上部電極５０２が形成され、その振動膜５０１は、基板５０６上に形成された支持部５０３により支持されている。本発明においては、このように振動膜５０１と間隙５０４を挟んで対向した２つの電極を１組として、振動する最小単位をセルと呼ぶ。また、複数のセルが並列に電気的に接続された構成をエレメントと呼ぶ。ここでは、２つのセルで１つのエレメントを形成しているが、１つのセルで１つのエレメントを形成しても良いし、複数のセルを２次元アレイ状に接続しても良い。またエレメントも任意の数を設けることができ、２次元アレイ状に配置しても良い。電気機械変換装置であるＣＭＵＴは、通常、１００〜３０００個程度のセルを１エレメント（１画素）として、２００〜４０００程度のエレメントが２次元配列しており、ＣＭＵＴ自体は１〜１０ｃｍ程度のサイズである。 (Composition of CMUT element)
FIG. 5 is a diagram for specifically explaining the configuration and driving method of the CMUT. CMUT can also be said to be a capacitive transducer.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the CMUT element (element), and a schematic diagram of the DC voltage applying means 105 and the current / voltage converting means 102. In the capacitive CMUT element, a lower electrode 505 is formed on a substrate 506, and an upper electrode 502 is disposed with the lower electrode 505 and a gap 504 (usually several tens to 900 nm) in between. In this embodiment, the upper electrode 502 is formed on the vibration film 501, and the vibration film 501 is supported by a support portion 503 formed on the substrate 506. In the present invention, the minimum unit that vibrates is called a cell, with the two electrodes opposed to each other with the gap 504 sandwiched between the vibrating membrane 501 in this way. A configuration in which a plurality of cells are electrically connected in parallel is referred to as an element. Here, one element is formed by two cells, but one element may be formed by one cell, or a plurality of cells may be connected in a two-dimensional array. Further, an arbitrary number of elements can be provided, and they may be arranged in a two-dimensional array. CMUT, which is an electromechanical conversion device, usually has about 100 to 3000 cells as one element (one pixel), and 200 to 4000 elements are two-dimensionally arranged. CMUT itself is about 1 to 10 cm in size. It is.

上部電極としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉから選択される金属、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＴｉ、ＭｏＷ、ＡｌＣｒから選択される合金のうち少なくとも１種を選んで用いることができる。また、上部電極は振動膜の上面、裏面、内部のうち少なくとも一ヶ所に設けるか、もしくは振動膜を導電体又は半導体で形成する場合は振動膜自体が上部電極を兼ねる構造にすることも可能である。また、本発明に用いられる下部電極としては、上部電極と同様の金属を用いることができる。基板がシリコン等の半導体基板を用いている場合、基板が下部電極を兼ねてもよい。   As the upper electrode, at least one of a metal selected from Al, Cr, Ti, Au, Pt, Cu, Ag, W, Mo, Ta, and Ni, and an alloy selected from AlSi, AlCu, AlTi, MoW, and AlCr. You can choose a seed to use. Also, the upper electrode can be provided in at least one of the upper surface, the back surface, and the inside of the vibration film, or when the vibration film is formed of a conductor or semiconductor, the vibration film itself can also serve as the upper electrode. is there. Further, as the lower electrode used in the present invention, the same metal as that of the upper electrode can be used. When the substrate uses a semiconductor substrate such as silicon, the substrate may also serve as the lower electrode.

複数の上部電極５０２は全てが電気的に接続されており、それらは直流電圧印加手段１０５に接続されている。直流電圧印加手段１０５は、下部電極５０５との間に所望の電位差が発生するように、所定の直流電圧を上部電極５０２に一様に印加する。そして、振動膜５０１に音響波が入力されると、音響波の大きさに対応して、振動膜５０１が振動する。下部電極５０５には、振動膜５０１の振動により静電誘導が起こり、微小電流が発生する。下部電極５０５にエレメント（ここでは２つのセル）ごとに接続されている電流電圧変換手段１０２により、その電流値を電圧値に変換して取得することで、音響波の受信信号を電圧値としてエレメントごとに取り出すことができる。なお、上部電極５０２をエレメント毎に電気的に分離して電流電圧変換手段１０２を上部電極５０２に繋ぎ、下部電極５０５を全エレメント電気的に共通とし直流電圧印加手段１０５を下部電極５０５に繋い
でも、装置を構成することは可能である。また、上部電極５０２及び下部電極５０５ともにエレメント毎に電気的に分離してもよい。
なお、このＣＭＵＴエレメントは超音波の送受信いずれも可能である。送信用と受信用のエレメントを分離して設ける場合、両者を別々に設置した上で、送信用のエレメントには直流電圧印加手段を接続し、受信用のエレメントには電流電圧変換手段を接続する。 All of the plurality of upper electrodes 502 are electrically connected, and they are connected to the DC voltage applying means 105. The DC voltage applying unit 105 applies a predetermined DC voltage uniformly to the upper electrode 502 so that a desired potential difference is generated between the DC voltage applying unit 105 and the lower electrode 505. When an acoustic wave is input to the vibration film 501, the vibration film 501 vibrates in accordance with the magnitude of the acoustic wave. In the lower electrode 505, electrostatic induction occurs due to the vibration of the vibrating membrane 501, and a minute current is generated. The current-voltage conversion means 102 connected to the lower electrode 505 for each element (here, two cells) converts the current value into a voltage value, and acquires the acoustic wave reception signal as a voltage value. Can be taken out every time. The upper electrode 502 may be electrically separated for each element, the current / voltage converting means 102 may be connected to the upper electrode 502, the lower electrode 505 may be electrically common to all elements, and the DC voltage applying means 105 may be connected to the lower electrode 505. It is possible to configure the device. Further, both the upper electrode 502 and the lower electrode 505 may be electrically separated for each element.
This CMUT element can transmit and receive ultrasonic waves. When the transmitting and receiving elements are provided separately, after both are installed separately, a DC voltage applying means is connected to the transmitting element, and a current-voltage converting means is connected to the receiving element. .

（本実施形態の詳細な装置構成）
図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る探触子２、超音波送信部１１、そしてＡＤ変換部３を示す図である。探触子２において、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１と超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２を設ける構成となっていることを前提としている。
探触子２は、Ｋ個のＣＭＵＴユニット３８と、選択スイッチ３９、送信特性評価用プリアンプ４０から構成されている。さらに、ＣＭＵＴユニット３８は、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１、超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２、スイッチ３３、３４、４４、プリアンプ３５、そしてデカップリングキャパシタ３７から構成されている。
超音波送信部１１には送信波形出力用のパルサー２６がＭ個と波形出力制御部３０、接続切り替えスイッチ４１が存在する。ＡＤ変換部３には、Ｎ個のＡＤコンバータ２７、送信特性評価用のＡＤコンバータ４３、接続切り替えスイッチ４２が存在する。 (Detailed apparatus configuration of this embodiment)
FIG. 2A is a diagram showing the probe 2, the ultrasonic transmitter 11, and the AD converter 3 according to the first embodiment of the present invention. It is assumed that the probe 2 has a configuration in which the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 and the ultrasonic reception dedicated CMUT element 32 are provided.
The probe 2 includes K CMUT units 38, a selection switch 39, and a transmission characteristic evaluation preamplifier 40. Further, the CMUT unit 38 includes an ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31, an ultrasonic reception dedicated CMUT element 32, switches 33, 34 and 44, a preamplifier 35, and a decoupling capacitor 37.
The ultrasonic transmitter 11 includes M transmission waveform output pulsers 26, a waveform output control unit 30, and a connection changeover switch 41. The AD conversion unit 3 includes N AD converters 27, an AD converter 43 for evaluating transmission characteristics, and a connection changeover switch 42.

（超音波の送受信）
次に、本発明の第１の実施形態の動作を示す。
超音波送信の際は、ＣＭＵＴユニット３８中のスイッチ３４をＯＮにし、スイッチ３３、４４をＯＦＦにする。制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形出力制御部３０が波形データを所望のタイミングでパルサー２６−１〜Ｍに入力する。波形データに従い、パルサー２６−１〜Ｍから出力された送信電圧は超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１へ入力され、超音波が被検体へ送信される。この送信電圧は、本発明の送信用パルスに相当する。 (Transmission and reception of ultrasonic waves)
Next, the operation of the first exemplary embodiment of the present invention will be described.
At the time of ultrasonic transmission, the switch 34 in the CMUT unit 38 is turned on, and the switches 33 and 44 are turned off. In accordance with the control content supplied from the control CPU 10, the waveform output control unit 30 inputs the waveform data to the pulsers 26-1 to 26-M at a desired timing. According to the waveform data, the transmission voltage output from the pulsers 26-1 to 26-M is input to the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31, and the ultrasonic waves are transmitted to the subject. This transmission voltage corresponds to the transmission pulse of the present invention.

一方、超音波受信の際は、超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２で受信された超音波信号はプリアンプ３５によって電流電圧変換され、ＡＤコンバータ２７−１〜Ｎへ入力される。超音波受信における超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２の出力は微小な電流であるため、微小電流の変化を電圧に変換する電流電圧変換するためのプリアンプ３５は構成要素として設けることが望ましい。ＡＤコンバータ２７−１〜Ｎにおいてデジタル化された受信データは受信ビーム成形装置４へ転送され、整相加算等の信号処理演算を施され、超音波画像データとなる。ＣＭＵＴユニット３８の数Ｋと、超音波送信部１１におけるパルサー２６の数Ｍ、ＡＤ変換部３におけるＡＤコンバータ２７の数Ｎが各々違う場合、超音波の送信受信が適切になされるよう、接続切り替えスイッチ４１、４２にて接続状態が適宜変更される。   On the other hand, at the time of ultrasonic reception, the ultrasonic signal received by the ultrasonic reception dedicated CMUT element 32 is subjected to current-voltage conversion by the preamplifier 35 and input to the AD converters 27-1 to 27 -N. Since the output of the ultrasonic reception dedicated CMUT element 32 in ultrasonic reception is a very small current, it is desirable to provide a preamplifier 35 for current-voltage conversion for converting a change in the small current into a voltage as a component. The reception data digitized by the AD converters 27-1 to 27 -N is transferred to the reception beam shaping device 4, subjected to signal processing operations such as phasing addition, and becomes ultrasonic image data. When the number K of the CMUT units 38 is different from the number M of the pulsars 26 in the ultrasonic transmission unit 11 and the number N of the AD converters 27 in the AD conversion unit 3, the connection switching is performed so that transmission and reception of ultrasonic waves are appropriately performed. The connection state is appropriately changed by the switches 41 and 42.

（送信特性ばらつきの検出）
超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１には、静電容量ばらつき等に起因する送信特性ばらつきが存在する。Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性にばらつきが生じると、超音波送信が正常に行われないため、受信される超音波信号の状態に悪影響が生じ、ひいては取得された超音波画像の画質が低下する恐れがある。
そこで、本発明の第１の実施形態においては、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを検出し、補正する。そのアプローチは以下のようになる。 (Detection of transmission characteristic variation)
The ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 has transmission characteristic variations caused by capacitance variations and the like. If transmission characteristics of the K ultrasonic CMUT elements 31 for ultrasonic transmission vary, the ultrasonic transmission is not performed normally. Therefore, the state of the received ultrasonic signal is adversely affected. The image quality may be degraded.
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the transmission characteristic variation of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 is detected and corrected. The approach is as follows.

超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを検出・補正する場合には、スイッチ３３、４４をＯＮにし、スイッチ３４をＯＦＦにする。制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形出力制御部３０が送信特性ばらつき検出用の波形データを所望のタイミングでパルサー２６−１〜Ｍに入力する。この波形データにより出力され
るパルスは、本発明の特性取得用パルスに相当する。 In order to detect and correct the transmission characteristic variation of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31, the switches 33 and 44 are turned on and the switch 34 is turned off. In accordance with the control contents supplied from the control CPU 10, the waveform output control unit 30 inputs waveform data for detecting transmission characteristic variations to the pulsers 26-1 to 26-M at a desired timing. The pulse output by this waveform data corresponds to the characteristic acquisition pulse of the present invention.

ここで、パルサーに入力される波形データについて述べる。
図２Ｂは、本発明の第１の実施形態における波形出力制御部３０の構成を示した図である。波形出力制御部３０は、パルサー２６−１〜Ｍに供給する波形データを格納する波形メモリ５０−１〜Ｍと、波形メモリ５０−１〜Ｍへの波形データ書き込み、波形メモリ５０−１〜Ｍからの波形データ出力を制御する波形メモリ制御回路５１から構成される。超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１が送信特性ばらつきを検出し、補正する際には、制御用ＣＰＵ１０から供給される制御内容に従い、波形メモリ制御回路５１が波形メモリ５０−１〜Ｍに送信特性ばらつき用の波形データを書き込む。そして、波形メモリ制御回路５１の制御に従い、波形メモリ５０−１〜Ｍが所望のタイミングで波形データをパルサー２６−１〜Ｍに出力する。 Here, the waveform data input to the pulsar will be described.
FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration of the waveform output control unit 30 according to the first embodiment of the present invention. The waveform output control unit 30 includes waveform memories 50-1 to 50-M for storing waveform data to be supplied to the pulsers 26-1 to M, writing waveform data to the waveform memories 50-1 to 50-M, and waveform memories 50-1 to M. It comprises a waveform memory control circuit 51 for controlling the waveform data output from. When the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 detects and corrects the transmission characteristic variation, the waveform memory control circuit 51 supplies the waveform memories 50-1 to 50M for transmission characteristic variation according to the control content supplied from the control CPU 10. Write waveform data. And according to control of the waveform memory control circuit 51, the waveform memories 50-1 to 50-M output waveform data to the pulsers 26-1 to 26-M at a desired timing.

送信特性ばらつき検出用の波形データは、通常の超音波送信用の波形とは異なり得る。超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１のインパルス応答を確認できるパルスが入力できることが望ましい。例えば、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１から１０ＭＨｚ程度の超音波を送信することが想定される場合、パルス幅が５０ｎｓよりも狭いパルスを入力できることが望ましい。
また、送信特性ばらつき検出用には、波形データだけでなく、パルサー２６−１〜Ｍの出力電圧も変更され得る。パルサーの出力電圧は、数Ｖ〜数十Ｖの範囲で、状況に応じて適切な電圧を設定すればよい。 The waveform data for detecting the transmission characteristic variation may be different from the waveform for normal ultrasonic transmission. It is desirable that a pulse capable of confirming the impulse response of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 can be input. For example, when it is assumed that an ultrasonic wave of about 10 MHz is transmitted from the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31, it is desirable that a pulse having a pulse width narrower than 50 ns can be input.
In addition, not only the waveform data but also the output voltages of the pulsers 26-1 to 26-M can be changed for detecting transmission characteristic variations. The output voltage of the pulsar may be set to an appropriate voltage depending on the situation in the range of several volts to several tens of volts.

選択スイッチ３９は、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の中から送信特性ばらつき検出用の波形データを入力されたものを選択し、送信特性評価用プリアンプ４０へ接続する。送信特性評価用プリアンプ４０の出力は送信特性評価用のＡＤコンバータ４３へ入力され、送信特性評価用のＡＤコンバータ４３の出力は受信ビーム成形装置４へ入力される。   The selection switch 39 selects one of the K ultrasonic wave transmission-dedicated CMUT elements 31 to which the waveform data for transmission characteristic variation detection is input, and connects it to the transmission characteristic evaluation preamplifier 40. The output of the transmission characteristic evaluation preamplifier 40 is input to the transmission characteristic evaluation AD converter 43, and the output of the transmission characteristic evaluation AD converter 43 is input to the reception beam shaping apparatus 4.

なお、送信特性評価用プリアンプ４０は、１個だけ配置される方が望ましい。すなわち、１個の送信特性評価用プリアンプ４０が、全ての超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１に対して評価を行うことが望ましい。一般的には、送信特性評価用プリアンプ４０にも特性のばらつきが生じる。よって、送信特性評価用プリアンプ４０を複数設けた場合、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性評価内容にばらつきが出てしまう恐れがある。本発明の実施形態のように、１個の送信特性評価用プリアンプ４０で全ての超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を評価する手法を用いると、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性内容の信頼性が向上する。また、送信特性評価用プリアンプ４０は１個で良いので、回路規模をさほど増大させずに、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を評価できるというメリットもある。   It is desirable that only one transmission characteristic evaluation preamplifier 40 is arranged. That is, it is desirable that one transmission characteristic evaluation preamplifier 40 evaluates all of the ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31. In general, the transmission characteristic evaluation preamplifier 40 also has characteristic variations. Therefore, when a plurality of transmission characteristic evaluation preamplifiers 40 are provided, the characteristic evaluation contents of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 may vary. As in the embodiment of the present invention, when a method for evaluating all the ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31 with one transmission characteristic evaluation preamplifier 40 is used, the reliability of the characteristic contents of the ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31 can be improved. improves. Further, since only one transmission characteristic evaluation preamplifier 40 is required, there is an advantage that the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 can be evaluated without increasing the circuit scale so much.

図２Ｃは、本発明の第１の実施形態における受信ビーム成形装置４とその周辺回路を示す図である。ここでは、Ｎｃｈの受信ビーム成形装置４において、整相加算する構成を例とする。
この受信ビーム成型装置４は、データメモリ１４−１〜１４−Ｎ、アポダイゼーション用の乗算器１５−１〜１５−Ｎ、そして加算回路１３を有する。
受信ビーム成型装置４においては、必ずしも整相加算を行わなければならないものではない。データメモリ１４−１〜１４−Ｎに保存されたデータをそのまま上位ＣＰＵによって直接処理し、画像データを生成する構成としても良い（図示せず）。 FIG. 2C is a diagram showing the reception beam shaping device 4 and its peripheral circuits in the first embodiment of the present invention. Here, in the Nch reception beam shaping apparatus 4, a configuration for performing phasing addition is taken as an example.
The reception beam shaping apparatus 4 includes data memories 14-1 to 14 -N, apodization multipliers 15-1 to 15 -N, and an adder circuit 13.
In the receiving beam shaping apparatus 4, phasing addition is not necessarily performed. The data stored in the data memories 14-1 to 14-N may be directly processed by the host CPU as it is to generate image data (not shown).

ＡＤ変換部３によってデジタル化された受信信号は、まずデータメモリ１４に取り込まれる。データメモリ制御回路８は、被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはター
ゲットボクセル座標に基づき、ターゲットピクセルまたはターゲットボクセル由来の受信デジタルデータが保存されているデータメモリアドレスをデータメモリ１４に供給する。被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはターゲットボクセル由来の受信デジタルデータは、データメモリ制御回路８が出力したデータメモリアドレスに従ってデータメモリ１４より読み出され、受信ビーム成型装置４中の乗算器１５に出力される。 The reception signal digitized by the AD conversion unit 3 is first taken into the data memory 14. The data memory control circuit 8 supplies the data memory 14 with a data memory address in which received digital data derived from the target pixel or target voxel is stored based on the target pixel or target voxel coordinates in the measurement region of the subject. The received digital data derived from the target pixel or target voxel in the measurement region of the subject is read from the data memory 14 according to the data memory address output from the data memory control circuit 8 and is sent to the multiplier 15 in the reception beam shaping device 4. Is output.

重み付け係数供給回路９は、被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはターゲットボクセル座標に基づき、ターゲットピクセルまたはターゲットボクセルに最適な窓関数重み係数を乗算器１５に供給する。データメモリ１４から出力された受信デジタル信号は、アポダイゼーションのため、チャンネル毎に重み付け係数供給回路９が算出した窓関数重み係数を付され、加算回路１３へ出力される。こうして、最終的にＮｃｈ分の整相加算が完了する。   The weighting coefficient supply circuit 9 supplies the multiplier 15 with a window function weighting coefficient optimum for the target pixel or target voxel based on the target pixel or target voxel coordinates in the measurement region of the subject. The received digital signal output from the data memory 14 is given a window function weighting coefficient calculated by the weighting coefficient supply circuit 9 for each channel for apodization, and is output to the adder circuit 13. Thus, the phasing addition for Nch is finally completed.

データメモリ１４−（Ｎ＋１）は、送信特性ばらつき検出用のメモリである。送信特性評価用のＡＤコンバータ４３の出力は、データメモリ１４−（Ｎ＋１）に入力される。データメモリ１４−（Ｎ＋１）に入力されるデータは、送信特性ばらつき検出用の波形データに対する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の応答を示すものである。   The data memory 14- (N + 1) is a memory for detecting transmission characteristic variations. The output of the AD converter 43 for transmission characteristic evaluation is input to the data memory 14- (N + 1). Data input to the data memory 14- (N + 1) indicates the response of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 to the waveform data for detecting transmission characteristic variation.

（送信特性の補正）
このような処理をＫ回繰り返し、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の全てに対して、送信特性ばらつき検出用波形への応答データを取得する。取得されたデータは、波形データ解析部によってスペクトルや強度等を解析され、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性が評価される。波形データ解析部は、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットにあたる部分である。かかる処理を行うときの制御用ＣＰＵ等は、本発明の特性取得手段に相当すると言える。制御用ＣＰＵ等は同時に、本発明の制御手段に相当する。 (Correction of transmission characteristics)
Such processing is repeated K times, and response data to the transmission characteristic variation detection waveform is acquired for all of the K ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31. The acquired data is analyzed for spectrum, intensity, and the like by the waveform data analyzer, and the characteristics of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 are evaluated. The waveform data analysis unit corresponds to a control signal analysis unit in the control CPU 10, another upper CPU (not shown), or the subject information acquisition apparatus 1 (not shown). It can be said that the control CPU or the like when performing such processing corresponds to the characteristic acquisition means of the present invention. The control CPU or the like simultaneously corresponds to the control means of the present invention.

その上で、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の特性に応じ、すべての超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性が揃うように、波形出力制御部３０が各超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１に対応した送信波形データの補正を行う。すなわち、ＣＭＵＴエレメント間の送信特性の差異を減少させる。補正する項目は、送信波の波長、波数、デューティー比、そしてパルサー出力電圧である。補正された送信波形データは、波形メモリ５０−１〜Ｍに格納され、超音波画像撮像時の超音波送信に用いられる。   In addition, the waveform output control unit 30 corresponds to each ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 so that the transmission characteristics of all the ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31 are aligned according to the characteristics of the ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31. Perform correction of transmit waveform data. That is, the difference in transmission characteristics between CMUT elements is reduced. The items to be corrected are the wavelength, wave number, duty ratio, and pulser output voltage of the transmission wave. The corrected transmission waveform data is stored in the waveform memories 50-1 to 50-M, and is used for ultrasonic transmission at the time of ultrasonic image capturing.

（発明のメリット）
本発明の実施形態のように、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の全てに対して、インパルス応答を確認できるパルス、すなわち送信特性ばらつき検出用波形を入力し、それへの応答データを取得する方式のメリットは２点挙げられる。
一つ目は、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１のインパルス応答を解析することで、広い周波数帯域の特性を評価できるという点である。ＣＭＵＴエレメント３１の特性を評価するために、違う周波数特性を持つ複数の波形を入力し、各々の波形に対するＣＭＵＴエレメント３１の特性を評価する手法も考えられるが、本発明の実施形態よりも煩雑な手順が必要となる。
二つ目は、超音波診断装置で超音波送信に用いているパルサーを送信特性ばらつき検出用波形の入力に流用できるため、回路規模をさほど増大させることなくＣＭＵＴエレメント３１の特性を評価できるということである。 (Merit of the invention)
As in the embodiment of the present invention, a pulse for confirming an impulse response, that is, a waveform for detecting a transmission characteristic variation, is input to all of the ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31, and response data for the pulse is acquired. There are two benefits.
The first is that characteristics of a wide frequency band can be evaluated by analyzing the impulse response of the CMUT element 31 dedicated for ultrasonic transmission. In order to evaluate the characteristics of the CMUT element 31, a method of inputting a plurality of waveforms having different frequency characteristics and evaluating the characteristics of the CMUT element 31 with respect to each waveform is conceivable. However, it is more complicated than the embodiment of the present invention. A procedure is required.
Second, since the pulser used for ultrasonic transmission in the ultrasonic diagnostic apparatus can be used for inputting the transmission characteristic variation detection waveform, the characteristic of the CMUT element 31 can be evaluated without increasing the circuit scale. It is.

（処理のフロー）
図３は、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつき検出と補正のフロ
ーチャートである。
Ｓ０にて、送信特性ばらつき検出と補正のモードがスタートする。
Ｓ１において、制御用ＣＰＵ１０の制御にもとづき、波形出力制御部３０の波形メモリ制御回路５１が、波形メモリ５０−１〜Ｍに送信特性ばらつき検出用の波形データを入力する。加えて、必要の応じ、パルサー２６−１〜Ｍの出力電圧を変更する。 (Processing flow)
FIG. 3 is a flowchart of transmission characteristic variation detection and correction of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31.
At S0, a transmission characteristic variation detection and correction mode starts.
In S1, based on the control of the control CPU 10, the waveform memory control circuit 51 of the waveform output control unit 30 inputs waveform data for transmission characteristic variation detection to the waveform memories 50-1 to 50-M. In addition, the output voltages of the pulsars 26-1 to 26-M are changed as necessary.

続いてエレメントごとの処理に移行する。
Ｓ２において、選択スイッチ３９は、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の中から、送信特性ばらつき検出を行う超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を１つ選択し、送信特性評価用プリアンプ４０へ接続する。
Ｓ３において、波形出力制御部３０の波形メモリ制御回路５１が、波形メモリ５０−１〜Ｍのうち、送信特性ばらつき検出を行う超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１に接続されている波形メモリ５０から送信特性ばらつき検出用の波形データを出力する。波形データにより駆動されたパルサー２６は、選択された超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１へパルスを出力し、その応答信号が選択スイッチ３９、送信特性評価用プリアンプ４０を経由し、送信特性評価用のＡＤコンバータ４３へ入力される。送信特性評価用のＡＤコンバータ４３は応答信号をデジタルデータ化し、送信特性ばらつき検出用のデータメモリ１４−（Ｎ＋１）へ転送する。 Subsequently, the process proceeds to each element.
In S2, the selection switch 39 selects one ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 that performs transmission characteristic variation detection from the K ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31, and connects it to the transmission characteristic evaluation preamplifier 40. To do.
In S <b> 3, the waveform memory control circuit 51 of the waveform output control unit 30 transmits the transmission characteristics from the waveform memory 50 connected to the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 that detects the transmission characteristic variation among the waveform memories 50-1 to 50 -M. Outputs waveform data for variation detection. The pulser 26 driven by the waveform data outputs a pulse to the selected ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31, and the response signal passes through the selection switch 39 and the transmission characteristic evaluation preamplifier 40, thereby transmitting the transmission characteristic evaluation AD. Input to the converter 43. The AD converter 43 for transmission characteristic evaluation converts the response signal into digital data and transfers it to the data memory 14- (N + 1) for detecting transmission characteristic variation.

Ｓ４において、データメモリ１４−（Ｎ＋１）は制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットへ応答信号データを転送する。
Ｓ５において、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了していない場合、Ｓ２へもどって未選択の超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１を選択し、Ｓ３、Ｓ４のプロセスを実行する。このようにＳ２〜Ｓ５のプロセスをＫ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了するまで繰り返す。Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１における全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了したら、Ｓ６に移行する。 In S4, the data memory 14- (N + 1) transfers the response signal data to the control CPU 10, or another upper CPU (not shown), or a response signal analysis unit in the subject information acquiring apparatus 1 (not shown).
In S5, when the transmission characteristic variation detection of all K ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31 has not been completed, the process returns to S2 to select an unselected ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31, and S3, S4 Execute the process. In this manner, the processes of S2 to S5 are repeated until the transmission characteristic variation detection of all the ultrasonic transmission-dedicated CMUT elements 31 that are K exists is completed. When the transmission characteristic variation detection of all the elements in the K ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31 is completed, the process proceeds to S6.

Ｓ６では、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットがＫ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全てに対応する応答信号データを解析する。例えば、Ｓ６においては応答信号の振幅を測定することで応答信号の強度に関する情報を得る。また、応答信号をＦＦＴ解析（高速フーリエ変換）することで、ＣＭＵＴエレメント３１の周波数特性を得る。   In S6, response signal data corresponding to all the ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31 in which there are K response signal analysis units in the control CPU 10, other upper CPU (not shown), or the subject information acquisition apparatus 1 (not shown) are obtained. To analyze. For example, in S6, information on the strength of the response signal is obtained by measuring the amplitude of the response signal. Further, the frequency characteristic of the CMUT element 31 is obtained by performing FFT analysis (fast Fourier transform) on the response signal.

Ｓ７では、Ｓ６での解析結果より、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性がそろうように送信波形データの補正を行う。送信波形データの補正は、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットのいずれで行ってもよい。補正する送信波形データ項目は、送信波の波長、波数、デューティー比、そしてパルサー出力電圧である。
例えば、Ｓ６において、応答信号の強度をユーザーの想定する強度たる所定の値と比較した結果、ずれがある場合、Ｓ７においてパルサー出力電圧を調整する。そして、応答信号の強度をユーザーの想定する値へと合わせこむ、もしくは送信波の波数を変更する、といった処理を行う。
また、Ｓ６におけるＦＦＴ解析の結果、Ｋ個のＣＭＵＴエレメント３１の周波数特性にばらつきがあった場合、Ｓ７においてＫ個のＣＭＵＴエレメント３１のうち、なるべく多くのＣＭＵＴエレメント３１に共通する周波数帯域を特定する。その上で、送信波の周波数がその周波数帯域に合うように送信波形データの波長、デューティー比を調整すること
で、ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを最小化する、といった処理を行うことも可能である。
ただし、Ｓ６、Ｓ７における応答信号の解析項目、補正手段はこの限りではない。
補正された送信波形データは、波形出力制御部３０の波形メモリ制御回路５１によって波形メモリ５０−１〜Ｍに格納され、超音波画像撮像時の超音波送信に用いられる。 In S7, the transmission waveform data is corrected so that the transmission characteristics of the K ultrasonic CMUT elements 31 dedicated for ultrasonic transmission are aligned based on the analysis result in S6. The correction of the transmission waveform data may be performed by either the control CPU 10, another upper CPU (not shown), or the response signal analysis unit in the subject information acquisition apparatus 1 (not shown). The transmission waveform data items to be corrected are the wavelength, wave number, duty ratio, and pulser output voltage of the transmission wave.
For example, in S6, if there is a deviation as a result of comparing the intensity of the response signal with a predetermined value as the intensity assumed by the user, the pulsar output voltage is adjusted in S7. Then, processing such as matching the strength of the response signal to a value assumed by the user or changing the wave number of the transmission wave is performed.
If the frequency characteristics of the K CMUT elements 31 vary as a result of the FFT analysis in S6, a frequency band that is common to as many CMUT elements 31 as possible among the K CMUT elements 31 is specified in S7. . In addition, it is possible to perform processing such as minimizing variation in the transmission characteristics of the CMUT element 31 by adjusting the wavelength and duty ratio of the transmission waveform data so that the frequency of the transmission wave matches the frequency band. is there.
However, the response signal analysis items and correction means in S6 and S7 are not limited to this.
The corrected transmission waveform data is stored in the waveform memories 50-1 to 50-M by the waveform memory control circuit 51 of the waveform output control unit 30, and used for ultrasonic transmission at the time of ultrasonic image capturing.

送信波形データの補正が終了したら、Ｓ８にて送信特性ばらつき検出と補正のモードが終了する。
送信特性ばらつき検出と補正の結果、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきが抑えられ、結果として探触子２の超音波送信も良好な状態で行うことができる。 When the correction of the transmission waveform data is completed, the transmission characteristic variation detection and correction mode ends in S8.
As a result of the detection and correction of the transmission characteristic variation, the transmission characteristic variation of the K ultrasonic transmission dedicated CMUT elements 31 is suppressed, and as a result, the ultrasonic transmission of the probe 2 can be performed in a good state.

なお、図３においては、Ｓ４で超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の応答信号データを１エレメント毎に制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットに転送している。しかし、必ずしもこのようなシーケンスである必要はない。データメモリ１４−（Ｎ＋１）にＫ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全ての応答信号データを保存しても良い。この場合、制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットに対し、Ｋ個存在する超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１全ての応答信号データをまとめて転送することとなる。   In FIG. 3, in S4, the response signal data of the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 is sent to the control CPU 10 for each element, the other upper CPU (not shown), or the response signal in the subject information acquiring apparatus 1 (not shown). Transferred to the analysis unit. However, such a sequence is not necessarily required. The response signal data of all the K ultrasonic-dedicated CMUT elements 31 existing in the data memory 14- (N + 1) may be stored. In this case, the response signal data of all the K ultrasonic-dedicated CMUT elements 31 for the ultrasonic transmission are sent to the control CPU 10, another upper CPU (not shown), or the response signal analysis unit in the subject information acquisition apparatus 1 (not shown). It will be transferred together.

このように本発明の第１の実施形態によれば、煩雑な手法によらず、加えて回路規模を大きく増大させることなく超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを補正し、探触子２の超音波ビーム送信を良好な状態で行える。ひいては、取得する超音波画像の画質を向上することができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the transmission characteristic variation of the ultrasonic transmission-dedicated CMUT element 31 is corrected without greatly increasing the circuit scale, without using a complicated method, and the probe. 2 ultrasonic beam transmission can be performed in good condition. As a result, the image quality of the acquired ultrasonic image can be improved.

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る探触子２、超音波送信部１１、そしてＡＤコンバータ３を示す図である。探触子２において、超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１と超音波受信専用ＣＭＵＴエレメント３２を設ける構成となっていることを前提としている。
第２の実施形態では、送信特性評価用プリアンプ４０が、選択スイッチ４５を介してＡＤコンバータ２７−Ｎに接続されている点が第１の実施形態と異なる。
第２の実施形態では、送信特性ばらつき検出と補正のモードにおいて、ＡＤコンバータ２７−Ｎを用いて応答信号をデジタルデータ化し、データメモリ１４−Ｎに転送する。データメモリ１４−Ｎは制御用ＣＰＵ１０、もしくは図示しない他の上位ＣＰＵ、もしくは図示しない被検体情報取得装置１中の応答信号解析ユニットへ応答信号データを転送する。本発明の第２の実施形態においても、送信特性ばらつき検出と補正のモードにおける一連のシーケンスは、本発明の第１の実施形態の場合と同様である。
なお、送信特性評価用プリアンプ４０は選択スイッチ４５を介してＡＤコンバータ２７−１〜Ｎのうち、必ずしもＡＤコンバータ２７−Ｎに接続せねばならないものではない。ＡＤコンバータ２７−１〜Ｎのいずれか一つに接続されれば良い。 <Second Embodiment>
FIG. 4 is a diagram showing the probe 2, the ultrasonic transmission unit 11, and the AD converter 3 according to the second embodiment of the present invention. It is assumed that the probe 2 has a configuration in which the ultrasonic transmission dedicated CMUT element 31 and the ultrasonic reception dedicated CMUT element 32 are provided.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the transmission characteristic evaluation preamplifier 40 is connected to the AD converter 27 -N via the selection switch 45.
In the second embodiment, in the transmission characteristic variation detection and correction mode, the response signal is converted into digital data using the AD converter 27-N and transferred to the data memory 14-N. The data memory 14 -N transfers the response signal data to the control CPU 10, another upper CPU (not shown), or the response signal analysis unit in the subject information acquisition apparatus 1 (not shown). Also in the second embodiment of the present invention, a series of sequences in the transmission characteristic variation detection and correction modes are the same as those in the first embodiment of the present invention.
Note that the transmission characteristic evaluation preamplifier 40 does not necessarily have to be connected to the AD converter 27 -N among the AD converters 27-1 to 27 -N via the selection switch 45. It may be connected to any one of the AD converters 27-1 to 27 -N.

このように、本発明の第２の実施形態によれば、ＡＤ変換部３や受信ビーム成型装置４において、ＡＤコンバータやデータメモリを増設することなく、加えて煩雑な手法によらずに超音波送信専用ＣＭＵＴエレメント３１の送信特性ばらつきを補正できる。それにより、探触子２の超音波送信を良好な状態で行えるため、取得する超音波画像の画質を向上することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, in the AD conversion unit 3 and the reception beam shaping apparatus 4, the ultrasonic wave is not added without adding an AD converter or a data memory and without using a complicated method. The transmission characteristic variation of the transmission-only CMUT element 31 can be corrected. Thereby, since ultrasonic transmission of the probe 2 can be performed in a good state, the image quality of the acquired ultrasonic image can be improved.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態はあらゆる点で単なる
例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above is only a mere illustration in all the points, and does not limit the scope of the present invention.

２：探触子，３：ＡＤ変換部，４：受信ビーム成形装置，５：信号処理部，６：画像処理部，１０：制御用ＣＰＵ，１１：超音波送信部   2: probe, 3: AD conversion unit, 4: reception beam shaping device, 5: signal processing unit, 6: image processing unit, 10: control CPU, 11: ultrasonic transmission unit

Claims (5)

制御手段による制御を受けて送信用パルスと特性取得用パルスとを出力する出力手段と、
前記送信用パルスが入力されると、当該送信用パルスに対応した音響波を送信する複数の素子を含む、静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、
前記送信手段の素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段から出力された信号に基づき、前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得手段と、
前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成する生成手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記送信手段から前記被検体に音響波を送信させる際に、前記特性取得手段が取得した前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記出力手段を制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 An output means for outputting a transmission pulse and a characteristic acquisition pulse under the control of the control means;
When the transmission pulse is input, a transmission means including a capacitive transducer including a plurality of elements that transmit acoustic waves corresponding to the transmission pulse;
Conversion means for converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element of the transmission means;
Based on the signal output from the conversion means, characteristic acquisition means for acquiring the transmission characteristics of the elements of the transmission means;
Receiving means for receiving the reflected wave reflected by the subject with the acoustic wave transmitted from the transmitting means;
Generating means for generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means;
Have
The control means controls the output means so as to reduce a difference for each element of the transmission characteristics acquired by the characteristic acquisition means when an acoustic wave is transmitted from the transmission means to the subject. Characteristic object information acquisition apparatus. 前記特性取得手段は、前記変換手段から出力された信号の振幅を所定の値と比較することにより、前記送信特性を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。 The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the characteristic acquisition unit acquires the transmission characteristic by comparing an amplitude of a signal output from the conversion unit with a predetermined value. 前記制御手段は、前記変換手段から出力された信号の振幅が所定の値になるように、前記出力手段から送信用パルスを出力するときの出力電圧を調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。 3. The control unit according to claim 2, wherein the control unit adjusts an output voltage when outputting a transmission pulse from the output unit so that an amplitude of a signal output from the conversion unit becomes a predetermined value. The subject information acquisition apparatus described. 前記特性取得手段は、前記複数の素子のそれぞれに前記特性取得用パルスが入力されたときに前記変換手段から出力された信号にフーリエ変換を行うことにより、前記送信特性を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。 The characteristic acquisition unit acquires the transmission characteristic by performing Fourier transform on a signal output from the conversion unit when the characteristic acquisition pulse is input to each of the plurality of elements. The subject information acquiring apparatus according to claim 1. 複数の素子を含む静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、音響波を受信する受信手段と、を有し、前記受信手段が受信した音響波に基づき被検体情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得ステップ、および、被検体から被検体情報を取得する情報取得ステップを有しており、
前記特性取得ステップは、
前記送信手段の素子に特性取得用パルスを入力するステップと、
前記素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換するステップと、
前記電圧に変換された信号に基づき、前記送信手段の素子ごとの送信特性を取得するステップと、を含み、
前記情報取得ステップは、
前記被検体への音響波の送信の際に、前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記送信手段に送信用パルスを出力するステップと、
前記送信手段が、前記送信用パルスに対応する音響波を送信するステップと、
前記受信手段が、前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信するステップと、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成するステ
ップと、を含む
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。 A subject information acquisition apparatus that includes a transmission unit including a capacitive transducer including a plurality of elements and a reception unit that receives an acoustic wave, and acquires subject information based on the acoustic wave received by the reception unit. Control method,
A characteristic acquisition step of acquiring a transmission characteristic of an element of the transmission means, and an information acquisition step of acquiring subject information from the subject,
The characteristic acquisition step includes:
Inputting a characteristic acquisition pulse to the element of the transmission means;
Converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element;
Obtaining a transmission characteristic for each element of the transmission means based on the signal converted into the voltage,
The information acquisition step includes
A step of outputting a transmission pulse to the transmission means so as to reduce the difference between the elements of the transmission characteristics when transmitting acoustic waves to the subject;
The transmitting means transmitting an acoustic wave corresponding to the transmission pulse;
The receiving means receiving a reflected wave reflected by an object from an acoustic wave transmitted from the transmitting means;
And a step of generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means.

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