超声波探头及超声波诊断装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及超声波探头及超声波诊断装置的技术。
【背景技术】
[0002]超声波诊断装置由探头和装置本体构成，并使用超声波进行生物体等的内部构造的图像化。超声波探头(探针)中内置有多个超声波振子(电声变换元件)，进行超声波信号的收发。作为超声波振子器件，可以采用压电陶瓷、单晶体、压电聚合物、或电容型换能器。这些器件通过施加电压而产生超声波并发送该超声波。并且，这些器件接收声波时则生成电信号。
[0003]超声波探头通常将振子划分为无数的信道而阵列化。在摄像时，通过适当地向这些各信道的收发信号赋予延迟时间，从而生成聚焦于某点的超声波束。
[0004]图1表示超声波探头中的发送波束形成。图1示出在发送时将赋予各不相同的延迟时间的输入信号施加于一维阵列探头的各信道的状况。图1的超声波探头具备多个超声波振子I。超声波探头内或者本体装置内的延迟电路通过对超声波振子I的各信道赋予不同的延迟时间3而形成会聚于点2的超声波束。
[0005]图2表示超声波探头中的接收波束形成。图2示出在一维阵列探头的各信道中接收回波信号的状况。超声波探头具备与多个超声波振子I连接的加法器4。接收时在超声波振子I的各信道中接收的回波信号的接收时间因距焦点2的距离而不同。超声波探头内或者本体装置内的延迟电路对各信道的接收信号赋予与传播时间差相应的延迟时间3而使相位一致。超声波探头内或者装置内的加法器4对相位一致后的各信号进行加法运算，从而接收信号作为聚焦于一点的信号而被获取。将进行这种处理的电路称为调相电路或波束形成器等。该电路在还包含加法处理的情况下称为调相加法电路。
[0006]超声波探头通过改变延迟时间使焦点移动而取得摄像区域整体的信号。所得信号经过加权处理、检波处理、滤波处理等而在超声波诊断装置的显示器上显示为图像。
[0007]超声波诊断装置的画质指标之一是空间分辨率。特别是横方向(方位方向)的空间分辨率依赖于超声波束的聚焦性能。焦点的空间宽度取决于频率和口径。因此，在超声波探头中的一个信道宽度(间隔)被固定的情况下，能够使用的信道越多则空间分辨率越尚O
[0008]如图1所示，口径Wl大于口径W2，波束在焦点2更为收敛。并且，口径越大则能够收发的超声波能量越大，因此S/N也提高。但是，超声波诊断装置的装置本体的发送波束形成器及接收波束形成器的信道数是有限的(通常为数10信道(ch)?200信道(ch)的级别)。由于信道的间隔被设计为避免因所用频率而导致伪差，因此设计自由度小。因此，其口径也存在极限。另一方面，使信道成为二维配列的矩阵阵列时，则存在超声波探头中待处理的信道数增至数千信道级别的情况。因此变成相对于探头的信道数，本体波束形成器的信道数压倒性地不足的状况。
[0009]因此，可以考虑将超声波探头内的多个信道集中为一个而进行子阵列化(专利文献I)。由此，能够减少接收时的与本体波束形成器(主波束形成器)连接的信号线数量(信道简并)。在本方法中，与主波束形成器中的主延迟时间相区别，在前级电路向各信道施加微小的延迟时间后，对多个信道信号进行加法运算。因此，实现该功能的电路称为“微小延迟加法电路”或“微型波束形成器”。或者与将本体电路称为主波束形成器相对地称为“子波束形成器”等。
[0010]另一方面，在本方法的发送时，通过从一个发送线向多个超声波振子的信道分配电压信号，从而能够以有限的本体信道数处理更多的信道。将这种电路称为“微小延迟分配电路”等。通过这些收发用的子波束形成器电路，本体装置即使以有限的信道数，也能够处理更多的探头信道。并且，能够处理如二维矩阵阵列那样1000个以上的信道数，实现三维体积摄像。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:日本特开2005 - 270423号公报
【发明内容】
[0014]发明所要解决的课题
[0015]但是，一般微小延迟加法电路或延迟分配电路等的子波束形成器的性能与主波束形成器相比通常较差。原因在于，这些电路在插入探头内部的情况下，与搭载于本体装置的情况相比功耗、尺寸的设计条件更加严格。假设，在将这些电路插入本体装置的情况下，也为了获得成本优势而需要使性能低于主波束形成器。
[0016]当前，本体波束形成器(主波束形成器)数字化成为主流，其延迟时间精度足够高。并且，由于本体波束形成器数字化而不会导致S/N劣化。另外，一次能够生成具有多个焦点的多波束。另一方面，微小延迟电路(子波束形成器)通常是模拟延迟电路，其延迟时间的精度、噪声水平比本体波束形成器差。并且，为了生成多波束而需要具有多个微小延迟电路，电路规模变大。并且，在微小延迟电路的情况下，由于功耗等的限制而无法像本体波束形成器那样实现丰富的多波束数。
[0017]为了子阵列化，而使信号通过波束形成性能比主波束形成器差的某些电路、例如微小延迟加法电路或微小延迟分配电路等的子波束形成器，将直接导致画质劣化。如果延迟时间的精度不足，则无法聚焦于摄像空间内的特定点，分辨率劣化。并且，如果S/N不足，则微弱的信号埋没于噪声，图像解像度劣化。并且，通过一次生成多个超声波束，从而能够增加帧频、或得到高密度的图像，但是微小延迟加法电路难以像主波束形成器那样同时生成较多波束。
[0018]关于延迟时间精度，例如在匹配1MHz频率的信号的相位的情况下，如果标准的本体调相的延迟时间精度为1/64波长精度(6bit)，则需要l/lOMHz/64 = 1.5625nsec的延迟时间精度。有时根据用途或浅部区域的摄像而使用20MHz以下频率的信号，在该情况下需要进一步倍增的延迟时间精度。因此，当前的超声波诊断装置具有的数字波束形成器的延迟精度具有Insec左右的时间分辨率。另一方面，在微小延迟加法电路所使用的模拟延迟方式中，由于各种制约条件而多处于1/16到1/32波长精度(4?5bit)的程度。在这种情况下处于6.25?12.5nsec,如果利用以往的1/64波长精度的装置，则无法以充分的精度而只能以1/4?1/2的频率、即与2.5?5MHz相当的频率进行处理。因此，通过这种微小延迟加法电路的信号由于聚焦精度差而与以往的装置相比在图像上导致分辨率或S/N劣化。在发送的微小延迟分配电路中也由于同样的理由而与主波束形成器相比精度劣化。
[0019]并且，通常将来自超声波探头的超声波振子的信号用LNA(Low Noise Amplifier:低噪声放大器)放大、或者用缓冲电路进行阻抗变换，增大信号的S/Ν，确保必要的动态范围。在向微小延迟电路的前级插入这种放大器或缓冲电路的情况下，为了确保所需的动态范围而需要获得某种程度的放大率。但是，如果增大放大率则电路的功耗增大。其结果，电路会发热。假设在探头内部搭载这些电路的情况下，会产生不再满足探头的温度规格的其它课题。因此，往往导致比原本所需的动态范围小。
[0020]以上这样，信号通过比以往的本体装置内置的主波束形成器劣化的电路、即微小延迟加法电路或微小延迟分配电路等会导致图像整体的画质劣化。
[0021]因此，本发明提供一种增加信道且扩大口径、并避免画质因性能低于本体主波束形成器的子阵列用电路(子波束形成器)而劣化的技术。
[0022]用于解决课题的方法
[0023]为了解决上述课题，在本发明中将本体装置的发送或接收的主波束形成器的信道分为:通过微小延迟加法电路或微小延迟分配电路等的子波束形成器的信道组、以及从探头信道与本体装置的主波束形成器直接连接的信道组。更加需要调相精度、S/Ν的探头的信道组与主波束形成器直接连接，相对不那么要求性能的探头的信道组则经由子波束形成器与主波束形成器连接。
[0024]为了解决上述课题，例如采用本申请保护范围所记载的结构。本申请包含多个解决上述课题的手段，如果举出其中一个例子，则能够提供一种超声波探头，其具有多个超声波振子，并与接收系电路连接，该接收系电路包含:使上述多个超声波振子中的规定数量构成为一个子阵列，对从上述子阵列所含的上述超声波振子得到的超声波接收信号以上述子阵列单位进行延迟处理及加法处理的至少一个第一延迟加法电路；以及对从上述超声波振子得到的超声波接收信号进行延迟处理及加法处理的第二延迟加法电路。在该超声波探头中，上述多个超声波振子包含:将上述接收信号经由上述第一延迟加法电路发送至上述第二延迟加法电路的第一组；以及将上述接收信号不经由上述第一延迟加法电路而直接发送至上述第二延迟加法电路的第二组。
[0025]并且，根据另一个例子，能够提供