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JP2011050538A - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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JP2011050538A
JP2011050538A JP2009201390A JP2009201390A JP2011050538A JP 2011050538 A JP2011050538 A JP 2011050538A JP 2009201390 A JP2009201390 A JP 2009201390A JP 2009201390 A JP2009201390 A JP 2009201390A JP 2011050538 A JP2011050538 A JP 2011050538A
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JP
Japan
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ultrasonic
piezoelectric element
piezoelectric elements
ultrasonic probe
switching
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Application number
JP2009201390A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuta Nakayama
雄太 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Original Assignee
Konica Minolta Medical and Graphic Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable ultrasonic probe with excellent operability, and an ultrasonic diagnostic apparatus having the ultrasonic probe. <P>SOLUTION: The ultrasonic probe includes: a plurality of inorganic piezoelectric elements; an amplifier for amplifying the output of a plurality of organic piezoelectric elements; and a switching means for connecting a corresponding signal line to one of output terminals of the inorganic piezoelectric elements or the amplifier according to a switch control signal. The ultrasonic probe is configured to transmit drive signals for driving the inorganic piezoelectric elements and receiving signals from the inorganic piezoelectric elements or the amplifier via the signal line. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波探触子、及び超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus.

超音波診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、X線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系(心臓の冠動脈)、消化器系(胃腸)、内科系(肝臓、膵臓、脾臓)、泌尿科系(腎臓、膀胱)、及び産婦人科系などで広く利用されている。   An ultrasonic diagnostic apparatus is a medical imaging device that obtains a tomographic image of soft tissue in a living body in a minimally invasive manner from the body surface by an ultrasonic pulse reflection method. Compared to other medical imaging equipment, this ultrasound diagnostic device has features such as being smaller and cheaper, without exposure to X-rays, etc., being highly safe, and capable of blood flow imaging by applying the Doppler effect. Yes. Therefore, it is widely used in the circulatory system (cardiac coronary artery), digestive system (gastrointestinal), internal medicine system (liver, pancreas, spleen), urology system (kidney, bladder), and obstetrics and gynecology.

従来、このような超音波診断装置では、超音波の非線形な伝播により生じる高調波成分を取りだし、この高調波成分に基づいて超音波画像を生成し、表示するハーモニックイメージング(HI)法と呼ばれている手法が用いられてきた。   Conventionally, such an ultrasonic diagnostic apparatus is called a harmonic imaging (HI) method in which a harmonic component generated by nonlinear propagation of ultrasonic waves is taken out, and an ultrasonic image is generated and displayed based on the harmonic component. Have been used.

上記ハーモニックイメージングは、超音波の受信信号に含まれる高調波成分を検出して、映像化する手法であり(例えば5MHzの超音波を送信し、10MHzの高調波でイメージング)、微小気泡よりなる超音波造影剤をより効率的に検出することを目的として開発された。   The harmonic imaging is a technique for detecting and imaging a harmonic component contained in an ultrasonic reception signal (for example, transmitting a 5 MHz ultrasonic wave and imaging with a 10 MHz harmonic wave). It was developed for the purpose of detecting sonic contrast agents more efficiently.

微小気泡は強い非線形散乱特性を有しており、その散乱信号は生体組織と比べて大きな高調波成分を含んでいる。そこで、この高調波成分のみを検出することにより、通常(基本波)では周囲組織からのエコーに埋もれてしまような微小な血流(パフュージョン)の映像化が可能となる。   The microbubbles have strong nonlinear scattering characteristics, and the scattered signal contains a higher harmonic component than that of the living tissue. Therefore, by detecting only this harmonic component, it is possible to visualize a minute blood flow (perfusion) that is normally buried in an echo from the surrounding tissue (fundamental wave).

ハーモニックイメージングに用いるアレイ型超音波探触子の具体的な構造として、送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子が提案されている。   As a specific structure of an array-type ultrasonic probe used for harmonic imaging, an array-type ultrasound that separates the operation during transmission and reception of ultrasonic waves by separating the transmitting piezoelectric element and the receiving piezoelectric element. A probe has been proposed.

このようなアレイ型超音波探触子に用いられる受信用圧電素子は、高調波信号を高感度で受信できることが望ましい。しかしながら、ジルコン酸チタン酸鉛等無機圧電素子を材料とした圧電素子の送受信周波数は圧電素子の厚さに依存するため、受信する周波数が高周波になるほど圧電素子を小型に加工する必要があり、製造が困難であった。   It is desirable that the receiving piezoelectric element used in such an array type ultrasonic probe can receive a harmonic signal with high sensitivity. However, since the transmission / reception frequency of a piezoelectric element made of an inorganic piezoelectric element such as lead zirconate titanate depends on the thickness of the piezoelectric element, it is necessary to process the piezoelectric element more compactly as the received frequency becomes higher. It was difficult.

このような問題を解決するため、シート状の圧電セラミックを単層または積層した構造の送信用圧電素子と受信用のシート状の圧電素子を単層または積層させ、送信と受信を別々の圧電素子に分離するとともに、受信用に高感度有機圧電材料を使用することにより高感度な超音波探触子を得る方法が提案されている(特許文献1、2、3参照)。   In order to solve such a problem, a piezoelectric element for transmission and a sheet-like piezoelectric element for reception having a single layer or laminated structure of sheet-like piezoelectric ceramics are made into a single layer or laminated, and separate transmission and reception piezoelectric elements And a method of obtaining a highly sensitive ultrasonic probe by using a highly sensitive organic piezoelectric material for reception has been proposed (see Patent Documents 1, 2, and 3).

一方、このような有機材料から成る圧電素子は、出力インピーダンスが高いため、インピーダンスマッチングをとることが難しい。そのため、非特許文献1では、増幅器を圧電素子の近くに配置し、圧電素子の受信信号を増幅器で増幅してからA/D変換することにより、寄生容量の除去とノイズの混入を低減する構成が開示されている(非特許文献1参照)。   On the other hand, a piezoelectric element made of such an organic material has high output impedance, so it is difficult to achieve impedance matching. Therefore, in Non-Patent Document 1, a configuration in which an amplifier is arranged near a piezoelectric element and a received signal of the piezoelectric element is amplified by the amplifier and then A / D converted to reduce parasitic capacitance and noise mixing. Is disclosed (see Non-Patent Document 1).

また、複数の振動子を配列させたフェーズド・アレイ・タイプのプローブを用い、奇数番目の振動子を基本波成分の送受信用に、偶数番目の振動子を高調波成分の受信用にそれぞれ割り当てる方法が開示されている(例えば、特許文献4、5参照)。   Also, a method using a phased array type probe in which a plurality of transducers are arranged, and assigning odd-numbered transducers for transmitting and receiving fundamental wave components and assigning even-numbered transducers for receiving harmonic components. Is disclosed (for example, see Patent Documents 4 and 5).

特開2008−188415号公報JP 2008-188415 A 国際公開第2007/145073号パンフレットInternational Publication No. 2007/145073 Pamphlet 国際公開第2008/010509号パンフレットInternational Publication No. 2008/010509 Pamphlet 特開2004−620号公報JP 2004-620 A 特開平8−182680号公報JP-A-8-182680 S.JCarey,C.M Gregory,M.P. Brewin,S.Ng,J.V Hatfield, “PVdF Array Characterisation for High Frequency Ultrasonic Imaging”2004 IEEE Ultrasonics and Frequency Control Joint 50th Anniversary ConferenceS. J Carey, C.I. M Gregory, M.M. P. Brewin, S.M. Ng, J .; V Hatfield, “PVdF Array Charactorization for High Frequency Ultrasonic Imaging” 2004 IEEE Ultrasonics and Frequency Control Joint Ace

しかしながら、特許文献4、5のように、送信用と受信用に別々の圧電素子を割り当てて、超音波診断装置本体に設けられた送信回路と受信回路との間を送信用と受信用を別々に配線すると、超音波探触子と超音波診断装置本体との間の配線数が多くなってしまう。   However, as in Patent Documents 4 and 5, separate piezoelectric elements are allocated for transmission and reception, and transmission and reception are separately performed between the transmission circuit and the reception circuit provided in the ultrasonic diagnostic apparatus body. If the wiring is performed, the number of wirings between the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus main body is increased.

また、特許文献1、2、3のように、送波用に無機材料から成る圧電素子(以下、無機圧電素子と呼ぶ)を送信用に用い、有機材料から成る圧電素子(以下、有機圧電素子と呼ぶ)を受信用に用いる場合も同様に配線数が多くなってしまう。   Further, as in Patent Documents 1, 2, and 3, a piezoelectric element made of an inorganic material for wave transmission (hereinafter referred to as an inorganic piezoelectric element) is used for transmission, and a piezoelectric element made of an organic material (hereinafter referred to as an organic piezoelectric element). The number of wirings is also increased in the same manner when used for reception.

非特許文献1のように増幅器を設ける場合、増幅器は、超音波探触子の有機圧電素子の近くに配置することが望ましいので、超音波探触子に配置された増幅器と超音波診断装置本体に設けられた受信回路との間を、送信用の配線と別に配線する必要がある。   When the amplifier is provided as in Non-Patent Document 1, it is desirable that the amplifier is disposed near the organic piezoelectric element of the ultrasonic probe. Therefore, the amplifier disposed in the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus body It is necessary to wire separately from the wiring for transmission between the receiving circuit provided in.

そのため、超音波探触子と超音波診断装置本体との間のケーブルが太くなり、超音波探触子を被検体の所望の部位に押し当てにくくなるなどの操作性の問題が発生する。また、ケーブルの断線などが起こる可能性が高まり、信頼性が損なわれる。   For this reason, the cable between the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus main body becomes thick, and operability problems such as difficulty in pressing the ultrasonic probe against a desired part of the subject occur. Further, the possibility of cable breakage or the like increases, and reliability is impaired.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、操作性が良く信頼性の高い超音波探触子、及び超音波診断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 problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus that have good operability and high reliability.

上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。   In order to solve the above problems, the present invention has the following characteristics.

1.超音波を送受信する超音波探触子であって、
無機材料から成る複数の無機圧電素子と、
有機材料から成る複数の有機圧電素子と、
前記超音波を受信したそれぞれの前記有機圧電素子が発生する受信信号を増幅する複数の増幅器と、
超音波診断装置本体と接続するための複数の信号線への接続部をそれぞれ備えた切替手段を有し、
前記切替手段は、
前記無機圧電素子と前記接続部との間を接続する接続形態と、前記有機圧電素子と前記接続部との間を前記増幅器を介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする超音波探触子。
1. An ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves,
A plurality of inorganic piezoelectric elements made of an inorganic material;
A plurality of organic piezoelectric elements made of organic materials;
A plurality of amplifiers for amplifying reception signals generated by the respective organic piezoelectric elements that have received the ultrasonic waves;
It has switching means each provided with a connection part to a plurality of signal lines for connecting to the ultrasonic diagnostic apparatus body,
The switching means is
It has a function of switching and connecting a connection form for connecting the inorganic piezoelectric element and the connection part and a connection form for connecting the organic piezoelectric element and the connection part via the amplifier. Ultrasonic probe characterized by

2.前記複数の信号線より多くの前記無機圧電素子と接続する場合であって、
前記無機圧電素子と前記切替手段との間に第2の切替手段を有し、
前記第2の切替手段は、
前記複数の無機圧電素子の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、前記複数の無機圧電素子の他の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする前記1に記載の超音波探触子。
2. When connecting to more inorganic piezoelectric elements than the plurality of signal lines,
Having a second switching means between the inorganic piezoelectric element and the switching means;
The second switching means includes
Switching between a connection mode for connecting a part of the plurality of inorganic piezoelectric elements and the switching unit and a connection mode for connecting the other part of the plurality of inorganic piezoelectric elements and the switching unit. 2. The ultrasonic probe according to 1 above, wherein the ultrasonic probe has a function of connecting to each other.

3.前記複数の信号線より多くの前記有機圧電素子と接続する場合であって、
前記有機圧電素子と前記増幅器との間に第3の切替手段を有し、
前記第3の切替手段は、
前記複数の有機圧電素子の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、前記複数の有機圧電素子の他の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする前記1または2に記載の超音波探触子。
3. When connecting to more organic piezoelectric elements than the plurality of signal lines,
Having a third switching means between the organic piezoelectric element and the amplifier;
The third switching means includes
Switching connection between a connection form connecting a part of the plurality of organic piezoelectric elements and the amplifier and a connection form connecting another part of the plurality of organic piezoelectric elements and the amplifier 3. The ultrasonic probe according to 1 or 2 above, which has a function of

4.前記無機圧電素子と前記有機圧電素子は積層されていることを特徴とする前記1から3の何れか1項に記載の超音波探触子。   4). 4. The ultrasonic probe according to any one of 1 to 3, wherein the inorganic piezoelectric element and the organic piezoelectric element are laminated.

5.前記有機圧電素子は、
フッ化ビニリデンの重合体、またはフッ化ビニリデン系コポリマを材料として成膜されていることを特徴とする前記1から4の何れか1項に記載の超音波探触子。
5). The organic piezoelectric element is
5. The ultrasonic probe according to any one of 1 to 4 above, wherein the ultrasonic probe is formed using a vinylidene fluoride polymer or a vinylidene fluoride copolymer as a material.

6.超音波を被検体の内部に送波し、反射波を受信して前記被検体の内部を映像化するように構成された超音波診断装置において、
前記1から5の何れか1項に記載の超音波探触子と、
前記信号線を介して前記無機圧電素子または前記有機圧電素子を駆動する駆動信号を送信する送信手段と、
前記信号線を介して前記受信信号を受信する受信手段と、
前記切替手段の接続形態を切り替える切替制御信号を送信し、前記切替手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
設定に応じて前記切替制御信号を送信し、前記切替手段の接続を切り替えることを特徴とする超音波診断装置。
6). In an ultrasonic diagnostic apparatus configured to transmit an ultrasonic wave inside a subject, receive a reflected wave, and visualize the inside of the subject,
The ultrasonic probe according to any one of 1 to 5,
Transmitting means for transmitting a drive signal for driving the inorganic piezoelectric element or the organic piezoelectric element via the signal line;
Receiving means for receiving the received signal via the signal line;
A control means for transmitting a switching control signal for switching a connection form of the switching means, and for controlling the switching means;
Have
The control means includes
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the switching control signal is transmitted according to a setting to switch the connection of the switching means.

7.前記制御手段は、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波し、前記無機圧電素子が受信した該被検体から反射した反射波に含まれる前記駆動信号の基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第1のモードと、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波した後、前記切替手段を切り替えて、前記有機圧電素子が受信し前記増幅器が増幅した該被検体から反射した反射波に含まれる前記基本周波数以外の非基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第2のモードと、
を設定可能に構成されていることを特徴とする前記6に記載の超音波診断装置。
7). The control means includes
Applying a drive signal to the inorganic piezoelectric element and transmitting an ultrasonic wave toward the inside of the subject, the fundamental frequency of the drive signal included in the reflected wave reflected from the subject received by the inorganic piezoelectric element A first mode for controlling the inside of the subject to be imaged mainly with components;
After applying a drive signal to the inorganic piezoelectric element and transmitting an ultrasonic wave toward the inside of the subject, the switching means is switched, and the organic piezoelectric element receives and reflects from the subject amplified by the amplifier. A second mode for controlling the inside of the subject to be imaged mainly with a non-basic frequency component other than the fundamental frequency included in the reflected wave;
7. The ultrasonic diagnostic apparatus according to 6, wherein the ultrasonic diagnostic apparatus is configured to be settable.

本発明によれば、超音波探触子に、複数の無機圧電素子と、複数の有機圧電素子の出力を増幅する増幅器と、を切り替えて信号線と接続する切替手段を設けたので、超音波診断装置と接続する配線数を減らすことができる。   According to the present invention, since the ultrasonic probe is provided with the switching means for switching the plurality of inorganic piezoelectric elements and the amplifier for amplifying the outputs of the plurality of organic piezoelectric elements to connect to the signal line, the ultrasonic probe is provided. The number of wires connected to the diagnostic device can be reduced.

したがって、操作性が良く信頼性の高い超音波探触子、及び超音波診断装置を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus that have good operability and high reliability.

実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。It is a figure which shows the external appearance structure of the ultrasound diagnosing device in embodiment. 実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the ultrasonic diagnosing device in embodiment. 実施形態における超音波探触子と送信処理部、受信処理部の詳細な回路ブロック図である。It is a detailed circuit block diagram of an ultrasonic probe, a transmission processing unit, and a reception processing unit in the embodiment. 実施形態における超音波探触子のヘッド部の断面図である。It is sectional drawing of the head part of the ultrasonic probe in embodiment. 多段フォーカス法により設定された各フォーカス領域を示す図である。It is a figure which shows each focus area | region set by the multistage focus method. 超音波を各フォーカス領域の焦点に送波し、受信するまでを模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically until an ultrasonic wave is transmitted to the focus of each focus area | region, and is received. 送受信のタイミングを説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the timing of transmission / reception. 単極単投のアナログスイッチを組み合わせて切替手段を構成した一例である。It is an example which comprised the switching means combining the single pole single throw analog switch. 第2の実施形態の超音波探触子の電気的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the ultrasonic probe of 2nd Embodiment.

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiment. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.

図1は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an external configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment.

超音波診断装置100は、図略の生体等の被検体に対して超音波(超音波信号)を送波し、受信した被検体で反射した超音波の反射波(エコー、超音波信号)から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、モニタ10に表示する。   The ultrasonic diagnostic apparatus 100 transmits ultrasonic waves (ultrasound signals) to a subject such as a living body (not shown) and reflects the reflected ultrasonic waves (echoes, ultrasonic signals) reflected by the received subject. The internal state in the subject is imaged as an ultrasound image and displayed on the monitor 10.

超音波探触子2は、被検体に対して超音波(超音波信号)を送波し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子2は、図1に示すように、ケーブル15を介して超音波診断装置本体14と接続されている。   The ultrasonic probe 2 transmits an ultrasonic wave (ultrasonic signal) to the subject and receives a reflected wave of the ultrasonic wave reflected by the subject. As shown in FIG. 1, the ultrasonic probe 2 is connected to an ultrasonic diagnostic apparatus main body 14 via a cable 15.

入力部13は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドの入力や、後に説明する第1のモードまたは第2のモードの選択、被検体の個人情報等のデータの入力をするために設けられている。   The input unit 13 includes a switch, a keyboard, and the like. The input unit 13 inputs a command for instructing the user to start diagnosis, selects a first mode or a second mode described later, and inputs data such as personal information of a subject. It is provided to do.

モニタ10は、液晶パネルなどから成り、画像化した超音波画像を表示する。   The monitor 10 is composed of a liquid crystal panel or the like, and displays an imaged ultrasonic image.

図2は、本実施形態に係る超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図、図3は、実施形態における超音波探触子と送信処理部、受信処理部の詳細な回路ブロック図、図4は、実施形態における超音波探触子のヘッド部の断面図である。   FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 is a detailed circuit block diagram of the ultrasonic probe, transmission processing unit, and reception processing unit in the embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of the head portion of the ultrasonic probe in the embodiment.

最初に図2、図3、図4を用いて超音波探触子2の構成を説明する。   First, the configuration of the ultrasonic probe 2 will be described with reference to FIGS. 2, 3, and 4.

図3に示すように、超音波探触子2の先端部分には、電気信号と音響信号とを相互変換するためのアレイ状に配列された複数の無機圧電素子50a〜50uと、アレイ状に配列された複数の有機圧電素子51a〜51uと、が積層されている。無機圧電素子50a〜50uは、無機材料から成る圧電素子、有機圧電素子51a〜51uは、有機材料から成る圧電素子である。なお、ここでは、1つの圧電素子が1チャンネルを構成するものとして説明する。また、無機圧電素子50、有機圧電素子51の数はそれぞれ21とし、a〜uで区別する例を説明するが、素子数は特に限定されるものではなく、20〜200程度の素子数が用いられる。   As shown in FIG. 3, a plurality of inorganic piezoelectric elements 50 a to 50 u arranged in an array for mutual conversion between an electric signal and an acoustic signal are arranged at the tip of the ultrasound probe 2. A plurality of organic piezoelectric elements 51a to 51u arranged are stacked. The inorganic piezoelectric elements 50a to 50u are piezoelectric elements made of an inorganic material, and the organic piezoelectric elements 51a to 51u are piezoelectric elements made of an organic material. In the following description, it is assumed that one piezoelectric element constitutes one channel. The number of inorganic piezoelectric elements 50 and organic piezoelectric elements 51 is assumed to be 21, and an example in which the number is distinguished by a to u will be described. However, the number of elements is not particularly limited, and the number of elements of about 20 to 200 is used. It is done.

図2では、複数の無機圧電素子50a〜50uから成る無機圧電素子アレイ50、複数の有機圧電素子51a〜51uから成る有機圧電素子アレイ51を、それぞれ一つのブロックで図示している。   In FIG. 2, the inorganic piezoelectric element array 50 composed of a plurality of inorganic piezoelectric elements 50 a to 50 u and the organic piezoelectric element array 51 composed of a plurality of organic piezoelectric elements 51 a to 51 u are illustrated as one block.

有機圧電素子51a〜51uはインピーダンスが数KΩと非常に高いため、ノイズの影響を受けやすい。そのため、有機圧電素子51a〜51uは、それぞれ増幅器52a〜52uと接続されており、増幅器52a〜52uは、それぞれ超音波を受信した有機圧電素子51a〜51uが発生する電気信号(以下、受信信号と呼ぶ)を増幅する。増幅器52a〜52uによって受信信号を増幅し、低インピーダンスで出力することにより高S/Nで受信信号を超音波診断装置本体14に伝送することができる。   Since the organic piezoelectric elements 51a to 51u have a very high impedance of several KΩ, they are easily affected by noise. Therefore, the organic piezoelectric elements 51a to 51u are connected to the amplifiers 52a to 52u, respectively. The amplifiers 52a to 52u are electric signals (hereinafter referred to as reception signals) generated by the organic piezoelectric elements 51a to 51u that have received ultrasonic waves. Amplify). The received signals can be transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 14 with high S / N by amplifying the received signals by the amplifiers 52a to 52u and outputting them with low impedance.

増幅器52a〜52uには、初段にFET(電界効果トランジスタ)を用いたオペアンプなど入力インピーダンスの高い汎用の増幅器を用いることができる。   As the amplifiers 52a to 52u, general-purpose amplifiers having high input impedance such as operational amplifiers using FETs (field effect transistors) in the first stage can be used.

切替手段53の接続部58a〜58uは、超音波診断装置本体14と接続するための信号線56a〜56uがそれぞれ接続されている。   Signal lines 56a to 56u for connecting to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 14 are connected to the connection portions 58a to 58u of the switching means 53, respectively.

切替手段53のスイッチ53a〜53uは、切替制御信号線57によって伝送される切替制御信号に応じて、無機圧電素子50a〜50uと接続部58a〜58uとの間を直接接続する接続形態と、有機圧電素子51a〜51uと接続部58a〜58uとの間を増幅器52a〜52uを介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する。   The switches 53a to 53u of the switching means 53 are connected in a direct connection between the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u and the connection portions 58a to 58u in accordance with a switching control signal transmitted by the switching control signal line 57. The piezoelectric element 51a-51u and the connection part 58a-58u are switched and connected to the connection form which connects via amplifier 52a-52u.

図3に示す単極双投のスイッチ53a〜53uは、単極単投のアナログスイッチ等を組み合わせ、切替制御信号により適宜オンまたはオフにすることにより等価的に同機能のスイッチを構成することができる。   The single-pole double-throw switches 53a to 53u shown in FIG. 3 can be combined with a single-pole / single-throw analog switch or the like, and can be equivalently configured as switches having the same function by being appropriately turned on or off by a switching control signal. it can.

図8は、単極単投の4つのアナログスイッチ110a、111aを用いて切替手段53を構成した一例である。   FIG. 8 shows an example in which the switching means 53 is configured by using four single-pole single-throw analog switches 110a and 111a.

図8では、スイッチ53aに相当する1チャネル分の回路を示している。アナログスイッチ110a、111aにはそれぞれ切替制御信号線57a、57bが接続され、伝送される切替制御信号に応じてオン、オフする。   FIG. 8 shows a circuit for one channel corresponding to the switch 53a. The analog switches 110a and 111a are connected to switching control signal lines 57a and 57b, respectively, and are turned on and off according to the transmitted switching control signal.

図8の状態は、アナログスイッチ110aがオン、アナログスイッチ111aがオフであり、無機圧電素子50aと接続部58aとの間が直接接続されている。切替制御信号により、アナログスイッチ110aをオフ、アナログスイッチ111aをオンにすると、有機圧電素子51aと接続部58aとの間を、増幅器52aを介して接続できる。   In the state of FIG. 8, the analog switch 110a is on, the analog switch 111a is off, and the inorganic piezoelectric element 50a and the connecting portion 58a are directly connected. When the analog switch 110a is turned off and the analog switch 111a is turned on by the switching control signal, the organic piezoelectric element 51a and the connection portion 58a can be connected via the amplifier 52a.

有機圧電素子51a〜51uと増幅器52a〜52uとの間の配線は高インピーダンスなので配線長をできるだけ短くし、コアキシャルケーブルやシールド線を用いて外来ノイズの影響を受けないようにすることが望ましい。   Since the wiring between the organic piezoelectric elements 51a to 51u and the amplifiers 52a to 52u is high impedance, it is desirable to make the wiring length as short as possible so as not to be affected by external noise using a coaxial cable or a shielded wire.

図2では、増幅器52a〜52uを増幅器52のブロックで、スイッチ53a〜53uを切替手段53のブロックで図示している。   In FIG. 2, the amplifiers 52 a to 52 u are illustrated as blocks of the amplifier 52, and the switches 53 a to 53 u are illustrated as blocks of the switching unit 53.

信号線56a〜56uと切替制御信号線57はコネクタ54に接続され、ケーブル15を介して超音波診断装置本体14のコネクタ16と接続されている。このように、切替手段53により、対応する信号線56a〜56uを、無機圧電素子50a〜50u、または増幅器52a〜52uの出力端子の何れか一つに接続するのでケーブル15による配線数を少なくすることができる。このことにより、ケーブル15を細くできるので超音波探触子2の操作性と信頼性を向上させることができる。   The signal lines 56 a to 56 u and the switching control signal line 57 are connected to the connector 54, and are connected to the connector 16 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body 14 via the cable 15. As described above, since the corresponding signal lines 56a to 56u are connected to any one of the output terminals of the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u or the amplifiers 52a to 52u by the switching means 53, the number of wires by the cable 15 is reduced. be able to. Thereby, since the cable 15 can be made thin, the operability and reliability of the ultrasonic probe 2 can be improved.

次に、図9に示す第2の実施形態の超音波探触子2の構成を説明する。   Next, the configuration of the ultrasonic probe 2 of the second embodiment shown in FIG. 9 will be described.

本実施形態は、信号線56より多くの無機圧電素子、または有機圧電素子と接続する場合に適用できる。本実施形態では一例として、42の無機圧電素子からなる無機圧電素子アレイ50と、21の信号線56との間を接続する場合と、42の有機圧電素子からなる有機圧電素子アレイ51と、21の信号線56とを増幅器52を介して接続する場合を説明する。   The present embodiment can be applied to a case where more inorganic piezoelectric elements or organic piezoelectric elements are connected than the signal line 56. In this embodiment, as an example, the case where the inorganic piezoelectric element array 50 composed of 42 inorganic piezoelectric elements is connected to the 21 signal lines 56, the organic piezoelectric element array 51 composed of 42 organic piezoelectric elements, and 21 The case where the signal line 56 is connected via the amplifier 52 will be described.

図9は、42の無機圧電素子からなる無機圧電素子アレイ50を、それぞれ21の無機圧電素子からなるブロック50Aとブロック50Bに分割して第2の切替手段120に接続している状態を示している。   FIG. 9 shows a state in which an inorganic piezoelectric element array 50 composed of 42 inorganic piezoelectric elements is divided into blocks 50A and 50B each composed of 21 inorganic piezoelectric elements and connected to the second switching means 120. Yes.

第2の切替手段120は、切替手段53と同じ構成であり、ブロック50Aの21の無機圧電素子と切替手段53との間を接続する接続形態と、ブロック50Bの21の無機圧電素子と切替手段53との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する。第2の切替手段120は、切替制御信号線57Aによって伝送される切替制御信号により上記2つの接続形態を切り替える。   The second switching means 120 has the same configuration as the switching means 53, and includes a connection configuration for connecting the 21 inorganic piezoelectric elements of the block 50A and the switching means 53, and the 21 inorganic piezoelectric elements of the block 50B and the switching means. 53, and the connection form for connecting to 53 is switched. The second switching unit 120 switches between the two connection modes according to a switching control signal transmitted through the switching control signal line 57A.

このようにすると、信号線より多くの無機圧電素子を時分割で駆動できるので、多くの無機圧電素子を用いて高解像画像を得ることができる。また、その際もケーブル15を細くできるので超音波探触子2の操作性と信頼性を向上させることができる。   In this way, since more inorganic piezoelectric elements than the signal lines can be driven in a time division manner, a high-resolution image can be obtained using many inorganic piezoelectric elements. Also in this case, since the cable 15 can be made thinner, the operability and reliability of the ultrasonic probe 2 can be improved.

また、図9は、42の有機圧電素子からなる有機圧電素子アレイ51を、それぞれ21の有機圧電素子からなるブロック51Aとブロック51Bに分割して第3の切替手段121に接続している状態を示している。   FIG. 9 shows a state in which an organic piezoelectric element array 51 composed of 42 organic piezoelectric elements is divided into blocks 51A and 51B each composed of 21 organic piezoelectric elements and connected to the third switching means 121. Show.

第3の切替手段121は、切替手段53と同じ構成であり、ブロック51Aの21の有機圧電素子と切替手段53との間を21の増幅器52を介して接続する接続形態と、ブロック51Bの21の有機圧電素子と切替手段53との間を21の増幅器52を介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する。第3の切替手段121は、切替制御信号線57Bによって伝送される切替制御信号により上記2つの接続形態を切り替える。   The third switching unit 121 has the same configuration as the switching unit 53, a connection configuration in which the organic piezoelectric element 21 of the block 51 </ b> A and the switching unit 53 are connected via the amplifier 52 of 21, and the 21 of the block 51 </ b> B. The connection mode in which the organic piezoelectric element and the switching means 53 are connected through the amplifier 52 is switched and connected. The third switching means 121 switches between the two connection modes according to a switching control signal transmitted through the switching control signal line 57B.

このようにすると、信号線より多くの有機圧電素子から受信信号を時分割で受信できるので、多くの有機圧電素子を用いて高解像画像を得ることができる。また、その際もケーブル15を細くできるので超音波探触子2の操作性と信頼性を向上させることができる。また、有機圧電素子より少ない数の増幅器52で受信信号を増幅できるので、超音波探触子2を小型化、低消費電力化することができる。   In this way, since received signals can be received in a time-sharing manner from more organic piezoelectric elements than the signal lines, a high resolution image can be obtained using many organic piezoelectric elements. Also in this case, since the cable 15 can be made thinner, the operability and reliability of the ultrasonic probe 2 can be improved. Further, since the received signal can be amplified with a smaller number of amplifiers 52 than the organic piezoelectric elements, the ultrasonic probe 2 can be reduced in size and power consumption can be reduced.

次に、図4を用いて超音波探触子のヘッド部の構成を説明する。   Next, the configuration of the head portion of the ultrasonic probe will be described with reference to FIG.

以降の説明では図中のX、Y、Zで示す座標軸に基づいて説明する。X方向はエレベーション方向(ダイシングを行う方向)であり、Z軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Z軸方向は積層方向である。   In the following description, description will be made based on the coordinate axes indicated by X, Y, and Z in the drawing. The X direction is the elevation direction (the dicing direction), and the Z-axis positive direction is the direction in which ultrasonic waves are transmitted. The Z-axis direction is the stacking direction.

図4に示す超音波探触子のヘッド部は、バッキング材65の上に第4電極75、無機圧電膜62、第3電極74、中間層73、第2電極70、有機圧電膜63、第1電極69、整合層66、音響レンズ67の順に積層されている。整合層66から第4電極75まではX方向に向かってダイシングされ、複数の無機圧電素子50a〜50u、と有機圧電素子51a〜51uが形成されている。   The head portion of the ultrasonic probe shown in FIG. 4 includes a fourth electrode 75, an inorganic piezoelectric film 62, a third electrode 74, an intermediate layer 73, a second electrode 70, an organic piezoelectric film 63, a first electrode on a backing material 65. One electrode 69, a matching layer 66, and an acoustic lens 67 are laminated in this order. The matching layer 66 to the fourth electrode 75 are diced in the X direction to form a plurality of inorganic piezoelectric elements 50a to 50u and organic piezoelectric elements 51a to 51u.

以降、積層された順に各構成要素を説明する。   Hereinafter, each component will be described in the order in which they are stacked.

(無機圧電素子アレイ)
無機圧電素子アレイ50は、ジルコン酸チタン酸鉛などの無機材料から成る無機圧電膜62の互いに厚み方向に対向する両面に、それぞれ第3電極74、第4電極75を備えた無機圧電素子50a〜50uから構成されている。無機圧電膜62の厚みは320μm程度である。
(Inorganic piezoelectric element array)
The inorganic piezoelectric element array 50 includes inorganic piezoelectric elements 50a to 50 each having a third electrode 74 and a fourth electrode 75 on both surfaces of the inorganic piezoelectric film 62 made of an inorganic material such as lead zirconate titanate, which face each other in the thickness direction. 50u. The thickness of the inorganic piezoelectric film 62 is about 320 μm.

無機圧電素子50a〜50uの第3電極74a〜74uは、図示せぬコネクタを介してスイッチ53a〜53uの端子とそれぞれ接続され、第4電極75a〜75uは接地されている。   The third electrodes 74a to 74u of the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u are connected to the terminals of the switches 53a to 53u via connectors (not shown), and the fourth electrodes 75a to 75u are grounded.

第3電極74a〜74uに駆動信号を印加すると無機圧電素子50a〜50uが振動し、無機圧電素子アレイ50からZ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。   When a drive signal is applied to the third electrodes 74a to 74u, the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u vibrate, and an ultrasonic wave is transmitted from the inorganic piezoelectric element array 50 in the positive Z-axis direction.

また、無機圧電素子アレイ50が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて第3電極74a〜74uに電気信号(以下、受信信号と呼ぶ)が発生する。   Further, when the inorganic piezoelectric element array 50 receives and vibrates the reflected ultrasonic wave reflected by the subject, an electrical signal (hereinafter referred to as a received signal) is generated in the third electrodes 74a to 74u according to the reflected wave. .

第3電極74、第4電極75は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、無機圧電素子アレイ50の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜されている。   The third electrode 74 and the fourth electrode 75 are formed by vapor deposition or photolithography on both surfaces of the inorganic piezoelectric element array 50 using a metal material such as gold, silver, or aluminum.

(中間層)
中間層73は、有機圧電素子アレイ51が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動した際に、無機圧電素子アレイ50が共振して振動しないように有機圧電素子アレイ51の振動を吸収するために設けられている。
(Middle layer)
The intermediate layer 73 vibrates the organic piezoelectric element array 51 so that the inorganic piezoelectric element array 50 does not resonate and vibrate when the organic piezoelectric element array 51 receives and vibrates the reflected ultrasonic wave reflected by the subject. Is provided to absorb.

このような中間層73は、樹脂材料を成型して形成することができる。中間層73に用いる樹脂材料としては、例えばポリビニルブチラール、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、エポキシ、オキセタン、などを用いることができる。   Such an intermediate layer 73 can be formed by molding a resin material. Examples of the resin material used for the intermediate layer 73 include polyvinyl butyral, polyolefin, polyacrylate, polyimide, polyamide, polyester, polysulfone, epoxy, and oxetane.

中間層73の厚みは、求める感度や周波数特性により選択されるが、例えば180〜190μm程度である。   The thickness of the intermediate layer 73 is selected depending on the required sensitivity and frequency characteristics, and is, for example, about 180 to 190 μm.

なお、求める感度や周波数特性によっては中間層73を省略することもできる。   Note that the intermediate layer 73 may be omitted depending on the sensitivity and frequency characteristics to be obtained.

(有機圧電素子アレイ)
有機圧電素子アレイ51は、有機材料から成る有機圧電膜63の互いに厚み方向に対向する両面に、それぞれ第1電極69a〜69u、第2電極70a〜70uを備えた複数の有機圧電素子51a〜51uから構成されている。
(Organic piezoelectric element array)
The organic piezoelectric element array 51 includes a plurality of organic piezoelectric elements 51a to 51u having first electrodes 69a to 69u and second electrodes 70a to 70u on both surfaces of an organic piezoelectric film 63 made of an organic material facing in the thickness direction. It is composed of

有機圧電膜63に用いる有機材料として、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電膜63には、フッ化ビニリデン(VDF)系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体(コポリマ)であり、他の単量体としては、3フッ化エチレン(TrFE)、テトラフルオロエチレ(TeFE)、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、パーフルオロアルコキシエチレン(PAE)およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。   As an organic material used for the organic piezoelectric film 63, for example, a polymer of vinylidene fluoride can be used. Further, for example, a vinylidene fluoride (VDF) copolymer can be used for the organic piezoelectric film 63. This vinylidene fluoride copolymer is a copolymer (copolymer) of vinylidene fluoride and other monomers. Examples of other monomers include ethylene trifluoride (TrFE) and tetrafluoroethylene (TeFE). Perfluoroalkyl vinyl ether (PFA), perfluoroalkoxyethylene (PAE), perfluorohexaethylene, and the like can be used.

一般に、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子は、基本波の周波数に対する2倍程度の周波数帯域の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば3〜5倍程度の周波数帯域の超音波を送受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。   In general, a piezoelectric element made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate can receive only an ultrasonic wave having a frequency band about twice the frequency of the fundamental wave. For example, ultrasonic waves in a frequency band of about 3 to 5 times the frequency can be transmitted and received, which is suitable for widening the reception frequency band.

有機圧電膜63の厚さtは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。   The thickness t of the organic piezoelectric film 63 is appropriately set depending on the frequency of the ultrasonic wave to be received, the type of the organic piezoelectric material, and the like.

このような有機圧電膜63は、有機圧電材料の溶液から流延して所定の厚さの膜を作製し、加熱して結晶化を行った後、所定の大きさのシート状に成型して作製する。   Such an organic piezoelectric film 63 is cast from a solution of an organic piezoelectric material to form a film having a predetermined thickness, heated to be crystallized, and then molded into a sheet having a predetermined size. Make it.

有機圧電膜63の厚み方向(Z軸方向)に互いに対向する両面には、それぞれ第1電極69、第2電極70を形成する。   A first electrode 69 and a second electrode 70 are formed on both surfaces of the organic piezoelectric film 63 facing each other in the thickness direction (Z-axis direction).

有機圧電素子51a〜51uの第1電極69a〜69uは、図示せぬコネクタを介してスイッチ53a〜53uの端子とそれぞれ接続され、第2電極70a〜70uは接地されている。   The first electrodes 69a to 69u of the organic piezoelectric elements 51a to 51u are respectively connected to the terminals of the switches 53a to 53u via connectors not shown, and the second electrodes 70a to 70u are grounded.

第1電極69a〜69uに駆動信号を印加すると有機圧電素子51a〜51uが振動し、有機圧電素子アレイ51からZ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。   When a drive signal is applied to the first electrodes 69a to 69u, the organic piezoelectric elements 51a to 51u vibrate, and ultrasonic waves are transmitted from the organic piezoelectric element array 51 in the positive direction of the Z axis.

また、有機圧電素子アレイ51が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて第1電極69a〜69uに電気信号が発生する。   Further, when the organic piezoelectric element array 51 receives and vibrates the reflected wave of the ultrasonic wave reflected by the subject, an electrical signal is generated in the first electrodes 69a to 69u according to the reflected wave.

(整合層)
整合層66は、被検体の一つである人体と有機圧電素子アレイ51の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響インピーダンスの整合を図る。整合層66は、例えば、樹脂材料を成型して形成することができる。
(Matching layer)
The matching layer 66 has an acoustic impedance intermediate between the acoustic impedance of the human body, which is one of the subjects, and the organic piezoelectric element array 51, and matches the acoustic impedance. The matching layer 66 can be formed by molding a resin material, for example.

整合層66に用いる材料は、音響インピーダンスが1.7〜1.8程度で、音速が人体に近い1300m/sec以上、2200m/sec以下の材料を用いることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどを用いることができる。   The material used for the matching layer 66 is preferably a material having an acoustic impedance of about 1.7 to 1.8 and a sound speed of 1300 m / sec to 2200 m / sec, which is close to that of the human body. For example, polymethylpentene can be used.

(音響レンズ)
音響レンズ67は、無機圧電素子アレイ50が送信する超音波を所定の距離に収束させる。
(Acoustic lens)
The acoustic lens 67 converges the ultrasonic wave transmitted from the inorganic piezoelectric element array 50 to a predetermined distance.

このように、無機圧電素子アレイ50と有機圧電素子アレイ51とが積層されているので、超音波探触子2を小型化することができる。   Thus, since the inorganic piezoelectric element array 50 and the organic piezoelectric element array 51 are laminated, the ultrasonic probe 2 can be reduced in size.

超音波探触子2の説明は以上である。   The explanation of the ultrasonic probe 2 has been described above.

次に、図2、図3を用いて超音波診断装置本体14の電気的な構成を説明する。   Next, the electrical configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus main body 14 will be described with reference to FIGS.

超音波探触子2の信号線56a〜56uは、コネクタ54、ケーブル15、コネクタ16を介して、図2、図3に示すように送信処理部1および受信処理部3に接続されている。また、切替制御信号線57は、コネクタ54、ケーブル15、コネクタ16を介して、図2、図3に示すように制御部99に接続されている。送信処理部1は本発明の送信手段、受信処理部3は本発明の受信手段である。   The signal lines 56a to 56u of the ultrasonic probe 2 are connected to the transmission processing unit 1 and the reception processing unit 3 through the connector 54, the cable 15, and the connector 16 as shown in FIGS. The switching control signal line 57 is connected to the control unit 99 as shown in FIGS. 2 and 3 via the connector 54, the cable 15, and the connector 16. The transmission processing unit 1 is a transmission unit of the present invention, and the reception processing unit 3 is a reception unit of the present invention.

制御部99は、CPU98(中央処理装置)と記憶部96等から構成され、記憶部96に記憶されているプログラムをRAM97に読み出し、当該プログラムに従って超音波診断装置100の各部を制御する。記憶部96は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等から構成される。   The control unit 99 includes a CPU 98 (central processing unit), a storage unit 96, and the like, reads a program stored in the storage unit 96 into the RAM 97, and controls each unit of the ultrasound diagnostic apparatus 100 according to the program. The storage unit 96 includes a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like.

制御部99は、操作者によって入力部13から入力されたモード(第1のモード、第2のモード)を送信処理部1と受信処理部3に設定する。   The control unit 99 sets the mode (first mode and second mode) input from the input unit 13 by the operator in the transmission processing unit 1 and the reception processing unit 3.

超音波を送波する時、制御部99は、スイッチ53a〜53uを、信号線56a〜56uが、それぞれ無機圧電素子50a〜50uに接続されるようにする。   When transmitting ultrasonic waves, the control unit 99 causes the switches 53a to 53u to connect the signal lines 56a to 56u to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u, respectively.

制御部99は、第1のモード、第2のモードとも、スイッチ53a〜53uを信号線56a〜56uが無機圧電素子50a〜50uに接続するように切り替える。   The controller 99 switches the switches 53a to 53u so that the signal lines 56a to 56u are connected to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u in both the first mode and the second mode.

送信処理部1は、制御部99により設定されたモードに応じたタイミングで、超音波をビーム状に形成し、また任意の深さで収束させて焦点を形成するように遅延処理をかけた駆動信号を信号線56a〜56uを介して超音波探触子2の各チャンネルに印加する。送信処理部1は、第1のモード、第2のモードとも、基本周波数fの駆動信号を印加する。 The transmission processing unit 1 is a drive subjected to delay processing so as to form an ultrasonic wave in a beam shape at a timing corresponding to the mode set by the control unit 99 and to converge at an arbitrary depth to form a focal point. A signal is applied to each channel of the ultrasonic probe 2 via the signal lines 56a to 56u. The transmission processing unit 1 applies the drive signal having the fundamental frequency f 0 in both the first mode and the second mode.

超音波探触子2で発生した超音波は、被検体に送波され、被検体内部を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で反射し、エコーとして超音波探触子2に返ってくる。   The ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe 2 is transmitted to the subject, propagates inside the subject, is reflected by a discontinuous surface of the acoustic impedance in the middle thereof, and is echoed to the ultrasonic probe 2 as an echo. Come back.

超音波を被検体に向けて送波した後、超音波探触子2に返ってきたエコーは、超音波探触子2に配列された無機圧電素子50a〜50uと有機圧電素子51a〜51uとを機械的に振動させ、微弱な受信信号を発生させる。   After transmitting the ultrasonic wave toward the subject, the echoes returned to the ultrasonic probe 2 are the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u and the organic piezoelectric elements 51a to 51u arranged on the ultrasonic probe 2. Is mechanically vibrated to generate a weak received signal.

超音波を受信する時、制御部99は、設定されたモードに応じて、スイッチ53a〜53uを切り替えて信号線56a〜56uが無機圧電素子50a〜50uまたは有機圧電素子51a〜51uまたは増幅器52a〜52uの何れかに接続されるようにする。   When receiving the ultrasonic wave, the control unit 99 switches the switches 53a to 53u according to the set mode so that the signal lines 56a to 56u are the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u or the organic piezoelectric elements 51a to 51u or the amplifiers 52a to 52a. 52u is connected.

制御部99は、第1のモードでは、スイッチ53a〜53uが受信時もそのまま信号線56a〜56uが無機圧電素子50a〜50uに接続するようにし、第2のモードでは、スイッチ53a〜53uを信号線56a〜56uが増幅器52a〜52uに接続するように切り替える。   In the first mode, the control unit 99 causes the signal lines 56a to 56u to connect to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u as they are even when the switches 53a to 53u receive signals, and in the second mode, the switches 53a to 53u Switch so that lines 56a-56u connect to amplifiers 52a-52u.

超音波受信時の信号線56a〜56uの信号は、受信処理部3に取り込まれ、プリ増幅器42a〜42uで増幅された後、送波時と同じ遅延処理を受信ビームフォーマー41受けた後、加算ユニット43で加算される。   The signals of the signal lines 56a to 56u at the time of ultrasonic reception are taken into the reception processing unit 3, amplified by the preamplifiers 42a to 42u, and then subjected to the reception beam former 41 subjected to the same delay processing as at the time of transmission. The addition unit 43 adds the values.

この受信信号は、第1のモード時には、受信信号から基本波成分を主に抽出するために通過帯域が基本周波数fを中心とした所定の帯域に設定されている基本波用帯域通過型フィルタ(BPF)4を通ってBモード処理部6に送られる。 In the first mode, the received signal has a fundamental band pass filter whose pass band is set to a predetermined band centered on the fundamental frequency f 0 in order to mainly extract a fundamental wave component from the received signal. (BPF) 4 is sent to the B-mode processing unit 6.

また、第2のモード時には、通過帯域が基本周波数fの例えば3倍の周波数を中心とした所定の帯域に設定されている高調波用帯域通過型フィルタ(BPF)5を通って、Bモード処理部6に送られる。 Further, in the second mode, the pass band through a predetermined harmonic bandpass filter that is set in the band (BPF) 5 around the example three times the frequency of the fundamental frequency f 0, B-mode It is sent to the processing unit 6.

第2のモード時は、エコーに含まれる超音波が被検体(生体)の内部を歪みながら‘伝播’する、いわゆる伝播の非線形性により発生した基本周波数f以外の非基本波成分を利用する。非基本波成分のなかでも、基本周波数fの2倍の2次高調波成分、3倍の3次高調波成分などを診断のための画像形成に利用することができるが、本実施形態では3倍の周波数3fの3次高調波成分を利用するものとして説明する。 In the second mode, non-fundamental wave components other than the fundamental frequency f 0 generated by so-called non-linearity of propagation are used, in which the ultrasonic waves included in the echo are 'propagated' while distorting the inside of the subject (living body). . Among the non-fundamental component, twice the second harmonic component of the fundamental frequency f 0, but a like three times the third harmonic component can be used for image formation for diagnosis, in the embodiment In the following description, it is assumed that a third harmonic component having a triple frequency 3f 0 is used.

Bモード処理部6は、第1のモード時には基本波用帯域通過型フィルタ4からの基本周波数fの成分に基づいて通常のBモード像を生成し、また第2のモード時では高調波用帯域通過型フィルタ5からの基本周波数の3倍の3fの成分に基づいて画像を生成する。これらの画像はデジタルスキャンコンバータ(DSC)9によって再構成された後、ビデオ信号に変換され、モニタ10に表示される。 The B mode processing unit 6 generates a normal B mode image based on the component of the fundamental frequency f 0 from the fundamental band pass filter 4 in the first mode, and for harmonics in the second mode. An image is generated based on a 3f 0 component that is three times the fundamental frequency from the band-pass filter 5. These images are reconstructed by a digital scan converter (DSC) 9, converted into a video signal, and displayed on the monitor 10.

次に、図5、図6、図7を用いて多段フォーカス法について説明する。   Next, the multistage focus method will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7.

図5は多段フォーカス法により設定された各フォーカス領域の一例を示す図、図6は超音波を各フォーカス領域の焦点に送波し、受信するまでを模式的に説明する図である。図7は送波タイミングの一例を説明するタイムチャートである。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of each focus region set by the multistage focus method, and FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the process of transmitting and receiving ultrasonic waves to the focus of each focus region. FIG. 7 is a time chart for explaining an example of the transmission timing.

本実施形態では、図5に示す生体(被検体)の深さ方向に等間隔の4つのフォーカス領域E1、E2、E3、E4の画像を得る場合を説明する。   In the present embodiment, a case will be described in which images of four focus areas E1, E2, E3, and E4 that are equally spaced in the depth direction of the living body (subject) shown in FIG. 5 are obtained.

送信処理部1は、超音波をビーム状に形成し、フォーカス領域E1、E2、E3、E4に焦点を形成するように遅延処理をかけた駆動信号を順次無機圧電素子50a〜50uに印加する。フォーカス領域E1の焦点はF1、フォーカス領域E2の焦点はF2、フォーカス領域E3の焦点はF3、フォーカス領域E4の焦点はF4であり、図6(a)の例ではアレイ状の無機圧電素子50a〜50uの中心軸上に焦点を形成する。無機圧電素子50a〜50uから送波した超音波ビームは、図4(a)のように各焦点の位置で収束した後、また広がっている。   The transmission processing unit 1 forms ultrasonic waves in the form of a beam, and sequentially applies drive signals that have been subjected to delay processing so as to form focal points in the focus regions E1, E2, E3, and E4, to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u. The focus of the focus area E1 is F1, the focus of the focus area E2 is F2, the focus of the focus area E3 is F3, and the focus of the focus area E4 is F4. In the example of FIG. A focal point is formed on the central axis of 50u. The ultrasonic beam transmitted from the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u is spread again after being converged at the position of each focal point as shown in FIG.

図6(b)〜(e)は、第2のモード時において、各焦点にそれぞれ超音波を送波してから、焦点位置の付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間を模式的に示している。高調波は、焦点位置付近のフォーカス領域のみで発生し、発生した高調波は基本波より減衰率が高いのでさらに深い領域まで進行して反射することも無い。したがって、最大時間は、送波した超音波の基本波が各フォーカス領域の深い方の境界まで進行し、境界で発生した高調波が、超音波探触子2まで戻るまでの時間である。   FIGS. 6B to 6E schematically illustrate the maximum time from when an ultrasonic wave is transmitted to each focal point until a harmonic generated near the focal point is received in the second mode. It shows. Harmonics are generated only in the focus area near the focal position. Since the generated harmonics have a higher attenuation factor than the fundamental wave, they do not travel and reflect deeper areas. Therefore, the maximum time is the time until the fundamental wave of the transmitted ultrasonic wave travels to the deeper boundary of each focus region, and the harmonic generated at the boundary returns to the ultrasonic probe 2.

図6(e)は、最深部の焦点F4に送波した場合であり、フォーカス領域E4の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間をtとしている。図6(d)は、焦点F3に送波した場合であり、各フォーカス領域は等間隔とすると、フォーカス領域E3の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間は3/4tである。   FIG. 6E shows a case where the wave is transmitted to the deepest focal point F4, where t is the maximum time until a harmonic generated near the deeper boundary of the focus region E4 is received. FIG. 6D shows a case where waves are transmitted to the focal point F3. When the focus areas are equally spaced, the maximum time required to receive harmonics generated near the deeper boundary of the focus area E3 is 3 /. 4t.

同様に、図6(c)は、焦点F2に送波した場合、図6(b)は、焦点F1に送波した場合であり、それぞれフォーカス領域E2の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間は2/4×t、フォーカス領域E1の深い方の境界付近で発生した高調波を受信するまでの最大時間は1/4×tである。   Similarly, FIG. 6C shows a case where the wave is transmitted to the focal point F2, and FIG. 6B shows a case where the wave is transmitted to the focal point F1, and the harmonics generated near the deeper boundary of the focus region E2. Is 2/4 × t, and the maximum time until a harmonic generated near the deeper boundary of the focus area E1 is 1/4 × t.

図7は送波タイミングを説明するタイムチャートである。図7の横軸は時間軸であり、送信処理部1で生成されるタイミングパルスを示している。周期t毎のタイミングパルスの立ち上がりで駆動信号が無機圧電素子50a〜50uに送信され、超音波が送波される。Tは1画面を形成する期間である。   FIG. 7 is a time chart for explaining the transmission timing. The horizontal axis in FIG. 7 is a time axis and shows timing pulses generated by the transmission processing unit 1. A drive signal is transmitted to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u at the rising edge of the timing pulse for each period t, and an ultrasonic wave is transmitted. T is a period for forming one screen.

送信処理部1は、図7に示す送波タイミングで駆動信号を無機圧電素子50a〜50uに印加する。   The transmission processing unit 1 applies drive signals to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u at the transmission timing shown in FIG.

最初に、第1のモード時の送受信タイミングを説明する。   First, the transmission / reception timing in the first mode will be described.

制御部99は、スイッチ53a〜53uを、信号線56a〜56uが無機圧電素子50a〜50uに接続するようにしてから、F1のタイミングパルスの立ち上がりで最も近い焦点F1に収束するように超音波を送波させる。図7にE1で示すフォーカス領域E1からの反射波を受信する期間、無機圧電素子50a〜50uが受信した信号を、受信処理部3に送波時と同じ遅延処理をさせる。同様に、F2、F3、F4のタイミングパルスの立ち上がりで焦点F2、F3、F4にそれぞれ収束するように超音波を送波させる。   The controller 99 connects the switches 53a to 53u so that the signal lines 56a to 56u are connected to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u, and then the ultrasonic wave is converged to the closest focus F1 at the rising edge of the timing pulse of F1. Send a wave. During the period in which the reflected wave from the focus area E1 indicated by E1 in FIG. 7 is received, the signal received by the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u is caused to be subjected to the same delay processing as that at the time of wave transmission. Similarly, ultrasonic waves are transmitted so as to converge to the focal points F2, F3, and F4 at the rising edges of the timing pulses of F2, F3, and F4.

このように、E1、E2、E3、E4の期間に無機圧電素子50a〜50uが受信した信号は、受信処理部3によって送波時と同じ遅延処理を経て加算され、高調波用帯域通過型フィルタ5を通って、高調波成分だけBモード処理部6に送られ画像を生成する。   As described above, the signals received by the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u during the periods E1, E2, E3, and E4 are added by the reception processing unit 3 through the same delay processing as that at the time of transmission, so that the bandpass filter for harmonics is used. 5, only the harmonic component is sent to the B-mode processing unit 6 to generate an image.

次に、第2のモード時の送受信タイミングを説明する。   Next, transmission / reception timing in the second mode will be described.

制御部99は、スイッチ53a〜53uを、信号線56a〜56uが無機圧電素子50a〜50uに接続するようにしてから、F1のタイミングパルスの立ち上がりで最も近い焦点F1に収束するように超音波を送波させる。送波後約1μSの後、制御部99は、スイッチ53a〜53uを、信号線56a〜56uが増幅器52a〜52uに接続するように切り替え、E1の期間に有機圧電素子51a〜51uが受信した信号を、受信処理部3に送波時と同じ遅延処理をさせる。   The controller 99 connects the switches 53a to 53u so that the signal lines 56a to 56u are connected to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u, and then the ultrasonic wave is converged to the closest focus F1 at the rising edge of the timing pulse of F1. Send a wave. After about 1 μS after transmission, the control unit 99 switches the switches 53a to 53u so that the signal lines 56a to 56u are connected to the amplifiers 52a to 52u, and the signals received by the organic piezoelectric elements 51a to 51u during the period E1. The reception processing unit 3 is caused to perform the same delay processing as that during transmission.

次に、制御部99は、スイッチ53a〜53uを切り替えて、信号線56a〜56uが無機圧電素子50a〜50uに接続するようにしてから、F2のタイミングパルスの立ち上がりで焦点F2に収束するように超音波を送波する。送波後約1μSの後、制御部99は、スイッチ53a〜53uを、信号線56a〜56uを増幅器52a〜52uに接続するように切り替え、E2の期間に有機圧電素子51a〜51uが受信した信号を、受信処理部3に送波時と同じ遅延処理をさせる。同様に、F3、F4のタイミングパルスの立ち上がりで焦点F3、F4にそれぞれ収束するように無機圧電素子50a〜50uから超音波を送波させ、E3、E4の期間に、受信処理部3が増幅器52a〜52uの出力を処理するように制御する。   Next, the control unit 99 switches the switches 53a to 53u so that the signal lines 56a to 56u are connected to the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u, and then converges to the focal point F2 at the rising edge of the timing pulse of F2. Send ultrasonic waves. After about 1 μS after transmission, the control unit 99 switches the switches 53a to 53u so that the signal lines 56a to 56u are connected to the amplifiers 52a to 52u, and the signals received by the organic piezoelectric elements 51a to 51u during the period E2. The reception processing unit 3 is caused to perform the same delay processing as that during transmission. Similarly, ultrasonic waves are transmitted from the inorganic piezoelectric elements 50a to 50u so as to converge to the focal points F3 and F4 at the rising edges of the timing pulses of F3 and F4, respectively, and during the period of E3 and E4, the reception processing unit 3 performs the amplifier 52a. Control to process ~ 52u output.

このようにして、E1、E2、E3、E4の期間に有機圧電素子51a〜51uが受信した信号は、受信処理部3によって送波時と同じ遅延処理を経て加算され、高調波用帯域通過型フィルタ5を通って、高調波成分だけBモード処理部6に送られ画像を生成する。   In this way, the signals received by the organic piezoelectric elements 51a to 51u during the periods E1, E2, E3, and E4 are added by the reception processing unit 3 through the same delay processing as that at the time of transmission, and the harmonic band-pass type Through the filter 5, only the harmonic component is sent to the B-mode processing unit 6 to generate an image.

なお、本実施形態では、操作者が入力部13でモード切り替え操作したときに第1のモード、第2のモードが、切り替わる例を説明したが、例えば、1断面分を1回走査する毎に、または1回送受信する毎に自動的に切り替えるようにしてもよい。   In the present embodiment, the example in which the first mode and the second mode are switched when the operator performs a mode switching operation with the input unit 13 has been described. However, for example, every time one section is scanned once. Alternatively, it may be switched automatically every time transmission / reception is performed once.

以上このように、本発明によれば、操作性が良く信頼性の高い超音波探触子、及び該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic probe having good operability and high reliability, and an ultrasonic diagnostic apparatus having the ultrasonic probe.

1 送信処理部
2 超音波探触子
3 受信処理部
4 基本波用帯域通過型フィルタ
5 高調波用帯域通過型フィルタ
6 Bモード処理部
9 デジタルスキャンコンバータ
10 表示部
13 入力部
14 超音波診断装置本体
15 ケーブル
50 無機圧電素子アレイ
50a〜50u 無機圧電素子
51 有機圧電素子アレイ
51a〜51u 有機圧電素子
52 増幅器
53 切替手段
53a〜53u スイッチ
56 信号線
57 切替制御信号線
69 第1電極
70 第2電極
74 第3電極
75 第4電極
96 記憶部
98 CPU
99 制御部
100 超音波診断装置
120 第2の切替手段
121 第3の切替手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission processing part 2 Ultrasonic probe 3 Reception processing part 4 Bandpass filter for fundamental waves 5 Bandpass filter for harmonics 6 B mode processing part 9 Digital scan converter 10 Display part 13 Input part 14 Ultrasonic diagnostic apparatus Body 15 Cable 50 Inorganic piezoelectric element array 50a to 50u Inorganic piezoelectric element 51 Organic piezoelectric element array 51a to 51u Organic piezoelectric element 52 Amplifier 53 Switching means 53a to 53u Switch 56 Signal line 57 Switching control signal line 69 First electrode 70 Second electrode 74 3rd electrode 75 4th electrode 96 Memory | storage part 98 CPU
99 Control Unit 100 Ultrasound Diagnostic Device 120 Second Switching Unit 121 Third Switching Unit

Claims (7)

超音波を送受信する超音波探触子であって、
無機材料から成る複数の無機圧電素子と、
有機材料から成る複数の有機圧電素子と、
前記超音波を受信したそれぞれの前記有機圧電素子が発生する受信信号を増幅する複数の増幅器と、
超音波診断装置本体と接続するための複数の信号線への接続部をそれぞれ備えた切替手段を有し、
前記切替手段は、
前記無機圧電素子と前記接続部との間を接続する接続形態と、前記有機圧電素子と前記接続部との間を前記増幅器を介して接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする超音波探触子。
An ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves,
A plurality of inorganic piezoelectric elements made of an inorganic material;
A plurality of organic piezoelectric elements made of organic materials;
A plurality of amplifiers for amplifying reception signals generated by the respective organic piezoelectric elements that have received the ultrasonic waves;
It has switching means each provided with a connection part to a plurality of signal lines for connecting to the ultrasonic diagnostic apparatus body,
The switching means is
It has a function of switching and connecting a connection form for connecting the inorganic piezoelectric element and the connection part and a connection form for connecting the organic piezoelectric element and the connection part via the amplifier. Ultrasonic probe characterized by
前記複数の信号線より多くの前記無機圧電素子と接続する場合であって、
前記無機圧電素子と前記切替手段との間に第2の切替手段を有し、
前記第2の切替手段は、
前記複数の無機圧電素子の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、前記複数の無機圧電素子の他の一部と前記切替手段との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。
When connecting to more inorganic piezoelectric elements than the plurality of signal lines,
Having a second switching means between the inorganic piezoelectric element and the switching means;
The second switching means includes
Switching between a connection mode for connecting a part of the plurality of inorganic piezoelectric elements and the switching unit and a connection mode for connecting the other part of the plurality of inorganic piezoelectric elements and the switching unit. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic probe has a function of connecting with each other.
前記複数の信号線より多くの前記有機圧電素子と接続する場合であって、
前記有機圧電素子と前記増幅器との間に第3の切替手段を有し、
前記第3の切替手段は、
前記複数の有機圧電素子の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、前記複数の有機圧電素子の他の一部と前記増幅器との間を接続する接続形態と、を切り替えて接続する機能を有することを特徴とする請求項1または2に記載の超音波探触子。
When connecting to more organic piezoelectric elements than the plurality of signal lines,
Having a third switching means between the organic piezoelectric element and the amplifier;
The third switching means includes
Switching connection between a connection form connecting a part of the plurality of organic piezoelectric elements and the amplifier and a connection form connecting another part of the plurality of organic piezoelectric elements and the amplifier The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic probe has a function of:
前記無機圧電素子と前記有機圧電素子は積層されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3, wherein the inorganic piezoelectric element and the organic piezoelectric element are laminated. 前記有機圧電素子は、
フッ化ビニリデンの重合体、またはフッ化ビニリデン系コポリマを材料として成膜されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の超音波探触子。
The organic piezoelectric element is
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 4, wherein the ultrasonic probe is formed by using a vinylidene fluoride polymer or a vinylidene fluoride copolymer as a material.
超音波を被検体の内部に送波し、反射波を受信して前記被検体の内部を映像化するように構成された超音波診断装置において、
請求項1から5の何れか1項に記載の超音波探触子と、
前記信号線を介して前記無機圧電素子または前記有機圧電素子を駆動する駆動信号を送信する送信手段と、
前記信号線を介して前記受信信号を受信する受信手段と、
前記切替手段の接続形態を切り替える切替制御信号を送信し、前記切替手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
設定に応じて前記切替制御信号を送信し、前記切替手段の接続を切り替えることを特徴とする超音波診断装置。
In an ultrasonic diagnostic apparatus configured to transmit an ultrasonic wave inside a subject, receive a reflected wave, and visualize the inside of the subject,
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 5,
Transmitting means for transmitting a drive signal for driving the inorganic piezoelectric element or the organic piezoelectric element via the signal line;
Receiving means for receiving the received signal via the signal line;
A control means for transmitting a switching control signal for switching a connection form of the switching means, and for controlling the switching means;
Have
The control means includes
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the switching control signal is transmitted according to a setting to switch the connection of the switching means.
前記制御手段は、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波し、前記無機圧電素子が受信した該被検体から反射した反射波に含まれる前記駆動信号の基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第1のモードと、
前記無機圧電素子に駆動信号を印加して超音波を被検体の内部に向けて送波した後、前記切替手段を切り替えて、前記有機圧電素子が受信し前記増幅器が増幅した該被検体から反射した反射波に含まれる前記基本周波数以外の非基本周波数の成分を主体として前記被検体の内部を映像化するように制御する第2のモードと、
を設定可能に構成されていることを特徴とする請求項6に記載の超音波診断装置。
The control means includes
Applying a drive signal to the inorganic piezoelectric element and transmitting an ultrasonic wave toward the inside of the subject, the fundamental frequency of the drive signal included in the reflected wave reflected from the subject received by the inorganic piezoelectric element A first mode for controlling the inside of the subject to be imaged mainly with components;
After applying a drive signal to the inorganic piezoelectric element and transmitting an ultrasonic wave toward the inside of the subject, the switching means is switched, and the organic piezoelectric element receives and reflects from the subject amplified by the amplifier. A second mode for controlling the inside of the subject to be imaged mainly with a non-basic frequency component other than the fundamental frequency included in the reflected wave;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6, wherein the ultrasonic diagnostic apparatus is configured to be settable.
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