JP6933082B2 - 超音波トランスデューサーおよび超音波診断装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1の実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態に係る超音波診断装置の外観構成を示す図である。図2は、本実施の形態に係る超音波診断装置の電気的な構成例を示すブロック図である。
図3は、超音波探触子20の構成について説明するための図である。超音波探触子20は、保護層21と、pMUTエレメント22と、バッキング材23と、信号処理回路24(後述する第2の実施の形態では信号処理回路24A)とを備えている。
図4は、第1の実施の形態の信号処理回路24の構成例を示すブロック図である。図4に示すように、信号処理回路24は接続部241、送受信回路242、駆動回路243を有する。接続部241は、送受信回路242とpMUTエレメント22の各pMUTセル100(図5参照)から引き出された電極線とを接続している。
図5は、pMUTエレメント22におけるpMUTセル100の配列について説明するための図である。
このように、本第1の実施の形態において、pMUTエレメント22は、高周波セル110と低周波セル120とが縦横に交互に配列されており、高周波セル110と低周波セル120とで圧電膜130の分極方向が反対向きとなっている。このような構成により、隣接する2つのpMUTセル100において位相が整合されるので、位相不整合により感度が低下してしまう周波数帯が生じる事態を回避することができる。
以下、本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、pMUTエレメント22の製造時にpMUTセル100毎の分極方向が決定されていたが、第2の実施の形態では、pMUTセル100毎の分極方向を任意に制御する点において第1の実施の形態と異なる。なお、第2の実施の形態の説明において、第1の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付して説明し、新たな説明を省略する。
まず、pMUTセル100同士の接続方式について説明する。
次に、第2の実施の形態の信号処理回路24Aについて説明する。図7は、信号処理回路24Aの構成例を示すブロック図である。図7に示すように、第2の実施の形態の信号処理回路24Aは、第1の実施の形態の信号処理回路24の構成に加えて分極回路244を有する。分極回路244は本発明の分極部の一例である。
図8は、分極回路244を構成するセル分極回路について説明するための図である。図8は、隣接する2つのpMUTセル100_1,100_2と、それぞれに対応するセル分極回路244_1,244_2を例示した図である。実際には、分極回路244は、pMUTエレメント22に含まれるpMUTセル100の数に対応した数のセル分極回路を有する。
駆動回路243は、超音波診断装置本体10の制御に基づいて、分極回路244の分極制御を行う。以下では、駆動回路243による分極制御について説明する。なお、駆動回路243による分極制御は、pMUTセル100同士の接続方式によって変わるため、以下ではそれぞれの場合について説明する。
下記表1は、隣接するpMUTセル100_1,100_2が並列接続の場合(図6Aの場合)の、駆動回路243による分極回路244のスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24のオン/オフ制御について示している。
下記表2は、隣接するpMUTセル100_1,100_2が直列接続の場合(図6Bの場合)の、駆動回路243による分極回路244のスイッチング素子S11〜S14,S21〜S24のオン/オフ制御について示している。
このように、第2の実施の形態において、超音波探触子20は、高周波数セルと低周波数セルとを含む複数のpMUTセル100配列を有し、隣接する2つのpMUTセル100同士が並列接続または直列接続されたpMUTエレメント22と、pMUTセル100の圧電膜130の分極方向を制御する分極回路244および駆動回路243と、を有する。分極回路244および駆動回路243により、隣接する2つのpMUTセル100_1,100_2の分極方向が互いに反対方向(分極反転)に制御されると、共振周波数が異なる2つのpMUTセル100の位相が整合する。また、分極反転状態では、pMUTセル100同士の接続方式(並列または直列)が見かけ上入れ替わる。これにより、超音波診断装置1の使用目的に応じてpMUTエレメント22の特性を好適に制御することができる。
本発明の超音波トランスデューサー(超音波探触子20)は、複数のpMUTセル(pMUTセル100)が配列された超音波トランスデューサーであって、複数のpMUTセルは、複数の共振周波数を有し、複数のpMUTセルのそれぞれは、厚さ方向である第1方向と第1方向の反対向きの第2方向のいずれかの方向に分極された圧電膜(圧電膜130)を有する。
上記実施の形態において、図5に示すように、pMUTエレメント22はpMUTセル100を2次元的に配列した2Dアレイの他、1次元的に配列した1Dアレイ、1.5Dアレイ等としてもよい。
10 超音波診断装置本体
11 操作入力部
12 送信部
13 受信部
14 画像処理部
15 表示部
16 制御部
20 超音波探触子
21 保護層
22 pMUTエレメント
23 バッキング材
24,24A 信号処理回路
30 ケーブル
100,100_1,100_2 pMUTセル
101_1,101_2 上部電極
102_1,102_2 下部電極
110 高周波セル
120 低周波セル
130,130_1,130_2 圧電膜
241 接続部
242 送受信回路
243 駆動回路
244 分極回路
244_1,244_2 セル分極回路
S11−S14,S21−S24 スイッチング素子
Claims (6)
- 複数のpMUTセルが配列された超音波トランスデューサーであって、
前記複数のpMUTセルは、互いに異なる第1の共振周波数および第2の共振周波数のいずれかを有し、
前記複数のpMUTセルのうち、前記第1の共振周波数を有するpMUTセルは、厚さ方向である第1方向に分極された圧電膜を有し、前記第2の共振周波数を有するpMUTセルは、前記第1方向の反対向きの第2方向に分極された圧電膜を有する、
超音波トランスデューサー。 - 前記複数のpMUTセルのそれぞれが有する圧電膜の分極方向を前記第1方向または前記第2方向に切り替える分極部と、
前記圧電膜の分極方向を前記第1方向または前記第2方向に切り替えるように前記分極部を制御する制御部と、
をさらに有する請求項1に記載の超音波トランスデューサー。 - 前記制御部は、隣接した2つの前記pMUTセルが互いに異なる方向に分極されるように前記分極部を制御する、
請求項2に記載の超音波トランスデューサー。 - 前記制御部は、前記超音波トランスデューサーを用いて撮像する目的部位に基づいて前記pMUTセルの圧電方向を切り替えるように前記分極部を制御する、
請求項2または3に記載の超音波トランスデューサー。 - 前記制御部は、前記超音波トランスデューサーを用いた超音波の送信時と受信時とで前記pMUTセルの圧電方向を切り替えるように前記分極部を制御する、
請求項2または3に記載の超音波トランスデューサー。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサーを有する、
超音波診断装置。
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