JP4619845B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、広い指向特性を有する超音波プローブ、及びその超音波プローブを備えた超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe having a wide directivity and an ultrasonic diagnostic apparatus including the ultrasonic probe.
被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射波から生成した受信信号に基づいて、被検体の内部状態を画像化する超音波診断装置が知られている。このような超音波診断装置は、圧電振動子を備えた超音波プローブにより被検体内に超音波を送信し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波プローブで受信して受信信号を生成する。 2. Description of the Related Art There is known an ultrasonic diagnostic apparatus that scans an inside of a subject with ultrasonic waves and images an internal state of the subject based on a reception signal generated from a reflected wave from the inside of the subject. Such an ultrasonic diagnostic apparatus transmits ultrasonic waves into a subject using an ultrasonic probe including a piezoelectric vibrator, and receives reflected waves generated by acoustic impedance mismatches within the subject using the ultrasonic probe. Generate a received signal.
超音波プローブは送信信号に基づいて振動して超音波を発生し、反射波を受けて受信信号を生成する圧電振動子を走査方向に複数個、配置している。このような超音波プローブでは、圧電振動子に印加する信号に遅延時間を与えて、送信及び受信する超音波を電子的に集束及び偏向させて走査している。超音波を集束させることにより、超音波ビームを細かくすることができるため、分解能を向上させることができる。また、超音波ビームを扇形状に偏向させることにより、広い視野角を得ることができる。超音波を集束及び偏向させるためには、圧電振動子の配列方向に対して、個々の圧電振動子の超音波指向特性を広くすることが重要である。超音波の指向特性を広くするために、従来から様々な提案がなされている(例えば特許文献1)。 The ultrasonic probe oscillates based on the transmission signal to generate ultrasonic waves, and a plurality of piezoelectric vibrators that receive the reflected waves and generate reception signals are arranged in the scanning direction. In such an ultrasonic probe, a delay time is given to a signal applied to the piezoelectric vibrator, and ultrasonic waves to be transmitted and received are electronically focused and deflected for scanning. Since the ultrasonic beam can be made fine by focusing the ultrasonic wave, the resolution can be improved. Further, a wide viewing angle can be obtained by deflecting the ultrasonic beam into a fan shape. In order to focus and deflect the ultrasonic waves, it is important to widen the ultrasonic directivity characteristics of the individual piezoelectric vibrators with respect to the arrangement direction of the piezoelectric vibrators. Various proposals have been made in the past to widen the directivity characteristics of ultrasonic waves (for example, Patent Document 1).
ところで、圧電振動子の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの音響整合を図る目的で、圧電振動子の上に走査方向に複数に分割された音響整合層を設け、その音響整合層を介して超音波の送受信が行われている。この音響整合層を多層構造とする場合もあり、圧電振動子から離れている層ほど音響インピーダンスを小さくし、音響整合を良好にしている。 By the way, in order to achieve acoustic matching between the acoustic impedance of the piezoelectric vibrator and the acoustic impedance of the subject, an acoustic matching layer divided into a plurality in the scanning direction is provided on the piezoelectric vibrator, and the acoustic matching layer is interposed therebetween. Ultrasound is being transmitted and received. In some cases, the acoustic matching layer has a multi-layer structure, and the acoustic impedance is reduced as the layer is farther from the piezoelectric vibrator to improve the acoustic matching.
このように圧電振動子と被検体との音響整合を良好にするのは、圧電振動子の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの差が大きいと、圧電振動子から被検体に超音波を送信する際、被検体での超音波の反射損失が大きくなってしまうからである。そのことにより、被検体への超音波の送信を効率良く行うことができず、画質の良い画像を得ることができないからである。 In this way, the acoustic matching between the piezoelectric vibrator and the subject is improved because if the difference between the acoustic impedance of the piezoelectric vibrator and the acoustic impedance of the subject is large, ultrasonic waves are transmitted from the piezoelectric vibrator to the subject. This is because the reflection loss of the ultrasonic wave at the subject increases. This is because the ultrasonic wave cannot be efficiently transmitted to the subject, and an image with good image quality cannot be obtained.
ここで、図5を参照しつつ従来の超音波プローブの構成について説明する。図5は、超音波プローブを走査方向(配列方向)に直交する方向から見た図である。超音波プローブは、背面材21の上に圧電振動子22が設けられ、圧電振動子22の上に音響整合層23、24が設けられている。さらに、音響整合層24の上に音響レンズ(図示しない)が設けられている。圧電振動子22、音響整合層23、24は、走査方向(配列方向)に複数に分割されて配列されている。このような超音波プローブでは、圧電振動子22は音響整合層23、24を介して超音波の送受信を行う。
Here, the configuration of a conventional ultrasonic probe will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram of the ultrasonic probe as viewed from a direction orthogonal to the scanning direction (arrangement direction). In the ultrasonic probe, a
超音波の波長をλとした場合、音響整合層23、24の厚さt(超音波の送受信方向の幅)は、音響整合の観点から一般的に(λ/4)程度に設計される。また、超音波プローブの設計においては、超音波プローブの有効口径、素子数、超音波振動子22の幅d1(配列方向の幅)などが優先されて設計されるため、音響整合層23、24の幅(配列方向の幅)はその設計に制約されて決定されることが多い。
When the wavelength of the ultrasonic wave is λ, the thickness t (width in the transmission / reception direction of the ultrasonic wave) of the acoustic
しかしながら、圧電振動子22の寸法が優先されて超音波プローブが設計されて、複数に分割されて配列されている各音響整合層24のアスペクト比(幅d1/厚さt)の値が1程度になる場合、超音波が伝播する送受信方向の振動と、送受信方向に直交する走査方向(配列方向)の振動(横振動)とが干渉し、圧電振動子22の配列方向の指向特性を狭めてしまう。そのことにより、超音波ビームの指向角度が制限されるため大きい偏向角においては感度が不足し、その結果、良好な画像が得られないため、診断能の低下を招いていた。従って、診断能を向上させるためには、各圧電振動子の指向特性を向上させる(広くする)必要があった。
However, the ultrasonic probe is designed with priority given to the dimensions of the
この発明は上記の問題点を解決するものであり、音響整合層の配列された方向の幅を圧電振動子の配列された方向の幅よりも狭くすることにより音響整合層のアスペクト比を小さくし、そのことにより、横振動の影響を低減して各圧電振動子の指向特性を向上させる(広くする)ことを目的とする。 The present invention solves the above-described problems and reduces the aspect ratio of the acoustic matching layer by making the width in the direction in which the acoustic matching layers are arranged narrower than the width in the direction in which the piezoelectric vibrators are arranged. Therefore, an object is to improve (widen) the directivity of each piezoelectric vibrator by reducing the influence of lateral vibration.
請求項1に記載の発明は、所定方向に配列された複数の圧電振動子と、各圧電振動子それぞれに重ねて設けられた音響整合層と、を有し、前記音響整合層が重ねられている方向に超音波の送受信を行う超音波プローブであって、各音響整合層の前記配列された方向の幅は、前記各音響整合層の前記送受信の方向の幅よりも狭く、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記送受信の方向に一定であり、前記各音響整合層の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅よりも狭いことを特徴とする超音波プローブである。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超音波プローブであって、前記各音響整合層の前記送受信の方向の幅は、前記圧電振動子の前記配列された方向の幅とほぼ等しいことを特徴とするものである。
The invention according to
この発明は、例えば、各音響整合層の送受信方向の幅と、各圧電振動子の配列方向の幅とがほぼ等しい条件において、各音響整合層の配列方向の幅を、各圧電振動子の配列方向の幅よりも狭くすることにより、各音響整合層のアスペクト比を小さくするものである。このようにアスペクト比を小さくすることで、横振動を低減することが可能となり、圧電振動子の指向特性を広くすることが可能となる。 In the present invention, for example, under the condition that the width of each acoustic matching layer in the transmission / reception direction is substantially equal to the width in the arrangement direction of each piezoelectric vibrator, the width in the arrangement direction of each acoustic matching layer is By making it narrower than the width in the direction, the aspect ratio of each acoustic matching layer is reduced. By reducing the aspect ratio in this manner, it is possible to reduce lateral vibration and to widen the directivity characteristics of the piezoelectric vibrator.
請求項3に記載の発明は、所定方向に配列された複数の圧電振動子と、各圧電振動子それぞれに重ねて設けられた複数層からなる音響整合層と、を有し、前記音響整合層が重ねられている方向に超音波の送受信を行う超音波プローブであって、前記複数層のうち先端の層の前記配列された方向の幅は、前記先端の層の前記送受信の方向の幅よりも狭く、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記送受信の方向に一定であり、前記先端の層の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅よりも狭いことを特徴とする超音波プローブである。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の超音波プローブであって、前記先端の層の前記送受信の方向の幅は、前記圧電振動子の前記配列された方向の幅とほぼ等しいことを特徴とするものである。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項3又は請求項4のいずれかに記載の超音波プローブであって、前記圧電振動子から離れて設けられている層ほど前記配列された方向の幅が狭いことを特徴とするものである。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の超音波プローブであって、前記配列された方向においては、前記各圧電振動子の間及び前記各音響整合層の間に充填材が充填されていることを特徴とするものである。 A sixth aspect of the present invention is the ultrasonic probe according to any one of the first to fifth aspects, wherein the piezoelectric transducers are arranged between the piezoelectric vibrators and the acoustic matching layers in the arranged direction. It is characterized by being filled with a filler.
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の超音波プローブと、前記超音波プローブにより被検体に対して超音波を送受信させ、前記被検体からの反射波に基づいて超音波画像を生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, the ultrasonic probe according to any one of the first to sixth aspects and the ultrasonic wave are transmitted / received to / from the subject by the ultrasonic probe, and the reflected wave from the subject is detected. And an image generation means for generating an ultrasonic image based on the ultrasonic diagnostic apparatus.
この発明によると、音響整合層の配列された方向の幅が圧電振動子の配列された方向の幅よりも狭いため、音響整合層における横振動を低減することができ、そのことにより、圧電振動子の指向特性を広くすることが可能となる。具体的には、音響整合層の送受信の方向の幅が圧電振動子の配列された方向の幅とほぼ等しい条件下で、音響整合層の配列された方向の幅が圧電振動子の配列された方向の幅より狭いため、音響整合層の配列された方向の幅は、音響整合層の送受信の方向の幅よりも狭くなる。つまり、アスペクト比が1より小さくなるため横振動を軽減することができ、その結果、指向特性を広くすることが可能となる。このことは超音波を受信する場合も同じである。圧電振動子の指向特性が広くなることにより、より広い角度から生体情報を収集することができるため、診断能を向上させることが可能となる。 According to the present invention, since the width in the direction in which the acoustic matching layers are arranged is narrower than the width in the direction in which the piezoelectric vibrators are arranged, it is possible to reduce the lateral vibration in the acoustic matching layer, thereby reducing the piezoelectric vibration. It becomes possible to widen the directivity of the child. Specifically, under the condition that the width of the acoustic matching layer in the transmission / reception direction is substantially equal to the width of the direction in which the piezoelectric vibrators are arranged, the width in the direction in which the acoustic matching layers are arranged is arranged in the piezoelectric vibrators. Since it is narrower than the width in the direction, the width in the direction in which the acoustic matching layers are arranged becomes narrower than the width in the transmission / reception direction of the acoustic matching layer. That is, since the aspect ratio is smaller than 1, lateral vibration can be reduced, and as a result, the directivity can be widened. This is the same when receiving ultrasonic waves. By widening the directivity characteristics of the piezoelectric vibrator, it is possible to collect biological information from a wider angle, thereby improving the diagnostic ability.
この発明の実施形態に係る超音波プローブについて、図1乃至図4を参照しつつ説明する。 An ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
この発明の実施形態に係る超音波プローブの構成について図1を参照しつつ説明する。図1はこの発明の実施形態に係る超音波プローブの概略構成を示す斜視図である。超音波プローブはヘッド側とケーブル側とからなり、図1には超音波プローブのヘッド側が示されている。 The configuration of the ultrasonic probe according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic probe comprises a head side and a cable side, and FIG. 1 shows the head side of the ultrasonic probe.
同図に示すように、超音波プローブ1は、背面材2の上に圧電振動子3が設けられている。圧電振動子3は、走査方向(配列方向)に複数に分割されて配列されている。圧電振動子3の上には第1の音響整合層4が設けられ、第1の音響整合層4の上には第2の音響整合層5が設けられている。第1の音響整合層4及び第2の音響整合層5は、走査方向(配列方向)に複数に分割されて配列されている。さらに、第2の音響整合層5の上には音響レンズ6が設けられている。
As shown in the figure, the
背面材2は、圧電振動子3から発振された超音波振動や受信時の超音波振動のうち、超音波診断装置の画像抽出にとって必要でない超音波振動成分を減衰吸収する。背面材2には、一般的に、フェライトゴム、エポキシ又はウレタンゴムなどにマイクロバルーンなどを混入した材料が用いられる。
The
圧電振動子3は、チタン酸ジリコン酸鉛Pb(Zr,Ti)O3、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)又はチタン酸鉛(PbTiO3)等のセラミック材料からなる。また、圧電振動子3の上下両面には電極(図示しない)が形成されている。圧電振動子3は、走査方向に複数に分割されて配列されているため、この実施形態に係る超音波プローブ1は1次元アレイ超音波プローブと称される。
The
第1の音響整合層4及び第2の音響整合層5には、エポキシ樹脂やプラスチック材などが用いられ、音響整合を良好にするために、第2の音響整合層5の音響インピーダンスが第1の音響整合層4の音響インピーダンスよりも小さくなるように設計されている。音響整合層を複数の層構造にすることで、音響レンズ6とあいまって被検体の体表との音響インピーダンスの差分による信号ロスの発生を抑えている。なお、この実施形態においては、音響整合層を2層設けているが、1層であっても良く、3層以上設けても良い。第1の音響整合層4及び第2の音響整合層5の詳細な構造については後で説明する。
The first
音響レンズ6は、被検体の体表面に接触して超音波の送受信の仲介を行なう。この音響レンズ6により、体表より所定の深さにスライス方向(走査方向に直交する方向)の音響的な焦点を結ぶ。また、走査方向の音響的な焦点は、走査方向に短冊状に配置された複数の圧電振動子3の送信/受信のタイミングを切り替え制御することにより結ばれる。
The
複数に分割された圧電振動子3、第1の音響整合層4及び第2の音響整合層5の分割溝には、機械的強度を保つためにシリコーンゴム、ウレタンゴム又はエポキシ樹脂などの充填剤7が充填されている。
Fillers such as silicone rubber, urethane rubber, or epoxy resin are provided in the divided grooves of the
次に、圧電振動子3、第1の音響整合層4及び第2の音響整合層5の構成について、図2を参照しつつ説明する。図2は、超音波プローブを走査方向(配列方向)に直交する方向から見た図であり、説明を簡便にするため、音響レンズ6及び充填剤7を省略している。
Next, the configuration of the
図2(a)に示すように、第2の音響整合層5の走査方向(配列方向)の幅は幅d3、圧電振動子3の走査方向の幅は幅d1となっている。ここで、幅d3<幅d1の関係が成立している。つまり、第2の音響整合層5の走査方向の幅は、圧電振動子3の走査方向の幅よりも狭くなっている。第1の音響整合層4の走査方向の幅は幅d1であるため、圧電振動子3の走査方向の幅と等しい。従って、音響整合層全体からみると、先端部にある層(第2の音響整合層5)の走査方向の幅が、圧電振動子3の走査方向の幅よりも狭くなっていることになる。なお、各圧電振動子3間の幅(分割溝の幅)を幅d2とする。また、第2の音響整合層5の厚さt(超音波の送受信方向の幅)は、圧電振動3の走査方向の幅d1とほぼ等しくなっている。
As shown in FIG. 2A, the width of the second
このように、第2の音響整合層の厚さt(超音波の送受信方向の幅)が圧電振動子3の走査方向の幅d1とほぼ等しい条件下において、第2の音響整合層5の走査方向の幅が、圧電振動子3の走査方向の幅よりも狭くなっているため、第2の音響整合層5の走査方向の幅d3は、第2の音響整合層5の厚さt(超音波の送受信方向の幅)よりも狭くなる。つまり、厚さt>幅d3となり、第2の音響整合層5のアスペクト比(幅d3/厚さt)は1より小さくなる。
In this way, the scanning of the second
このように第2の音響整合層5のアスペクト比が1より小さくなるため、超音波の横振動を軽減することが可能となり、圧電振動子3の指向特性を向上させることが可能となる。その結果、広い指向角度における感度を向上させることができ、診断能を向上させることが可能となる。
As described above, since the aspect ratio of the second
なお、圧電振動子3の指向特性と、音響整合層による音響整合とはトレードオフの関係にある。つまり、圧電振動子3の指向特性を広げるためには、第2の音響整合層5のアスペクト比(幅d3/厚さt)を1より小さくすれば良いが、第2の音響整合層5の走査方向の幅d3を狭くすることによって感度が低下する。従って、指向特性と音響整合とを考慮して、診断のための画像として良好なものが得られるように超音波プローブを設計する必要がある。例えば、第2の音響整合層5のアスペクト比が1より僅かに小さい程度であれば、指向特性を広げることの効果により、アスペクト比がほぼ1に等しい超音波プローブよりも、診断するにおいて良好な画像を得ることができる。具体的には、アスペクト比(幅d3/厚さt)が2/3程度になるまで幅d3を狭くしても、指向特性が広くなる効果により、診断に用いる画像として良好なものが得られる。つまり、音響整合性が悪くなっても、送信感度が低下する以上に指向特性が向上するため、診断に用いる画像としては良好なものとなる。
The directivity characteristic of the
図2(b)に別の例を示す。この例においては、第2の音響整合層5の走査方向の幅と第1の音響整合層41の走査方向の幅は等しく、幅d3となっている。また、圧電振動子3の走査方向の幅は幅d1となっている。従って、第1の音響整合層41及び第2の音響整合層5の走査方向の幅は、共に圧電振動子3の走査方向の幅よりも狭くなっている。
Another example is shown in FIG. In this example, the width in the scanning direction of the second
このように、第1の音響整合層41及び第2の音響整合層5の走査方向の幅が、圧電振動子3の走査方向の幅よりも狭くなっている場合も、図2(a)に示す例と同様に、第1の音響整合層41及び第2の音響整合層5のアスペクト比を1より小さくすることができるため、超音波の横振動を低減することが可能となる。そのことにより、圧電振動子3の指向特性を広くすることが可能となる。
As described above, when the width of the first
図2(c)に更に別の例を示す。第1の音響整合層41の走査方向の幅は幅d3、第2の音響整合層51の走査方向の幅は幅d4となっている。また、圧電振動子3の走査方向の幅は幅d1となっている。ここで、幅d4<幅d3<幅d1の関係が成立している。つまり、第1の音響整合層41の走査方向の幅は、圧電振動子3の走査方向の幅よりも狭く、更に、第2の音響整合層51の走査方向の幅は、第1の音響整合層41の走査方向の幅よりも狭くなっている。従って、圧電振動子3から離れて設けられている音響整合層ほど、走査方向の幅が狭くなっている。
FIG. 2C shows still another example. The width of the first
このように、圧電振動子3から離れて設けられている音響整合層ほど走査方向の幅が狭くなっている場合も、図2(a)、(b)に示す例と同様に、第1の音響整合層41及び第2の音響整合層51のアスペクト比を1より小さくすることができるため、超音波の横振動を低減することが可能となる。そのことにより、圧電振動子3の指向特性を向上させることが可能となる。
As described above, even when the acoustic matching layer provided farther from the
なお、図1及び図2に示す例においては、音響整合層を2層設けた例について説明したが、音響整合層は1層であっても、3層以上であっても構わない。例えば、1層だけ音響整合層を設ける場合は、図2(a)に示す超音波プローブにおいて、第2の音響整合層5のみを設けることになる。このような構造としても、圧電振動子3の指向特性を広げることが可能となる。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the example in which two acoustic matching layers are provided has been described. However, the acoustic matching layer may be one layer or three or more layers. For example, when only one acoustic matching layer is provided, only the second
次に、図2(a)に示す超音波プローブの指向特性について、図3を参照しつつ説明する。図3は、この発明の実施形態に係る超音波プローブの指向特性を表すグラフである。このグラフは、公知の有限要素法(FEM)によるシミュレーションを実施することにより得られたものである。超音波プローブとして、図2(a)に示す構造の超音波プローブを用いた。以下にその超音波プローブの寸法を示す。 Next, directivity characteristics of the ultrasonic probe shown in FIG. 2A will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the directivity characteristics of the ultrasonic probe according to the embodiment of the present invention. This graph is obtained by performing a simulation by a known finite element method (FEM). An ultrasonic probe having a structure shown in FIG. 2A was used as the ultrasonic probe. The dimensions of the ultrasonic probe are shown below.
図2(a)に示す超音波プローブにおいて、圧電振動子3の走査方向の幅d1を0.06[mm]とし、各素子間の幅d2を0.04[mm]とした。また、第2の音響整合層5の走査方向の幅d3を0.04[mm]とし、送受信方向の幅(厚さ)tを0.06[mm]とした。従って、第2の音響整合層5のアスペクト比(幅d3/厚さt)は、2/3となり、1より小さくなる。また、圧電振動子3の走査方向の幅d1と、第2の音響整合層5の厚さt(超音波の送受信方向の幅)は同じ値になる。
In the ultrasonic probe shown in FIG. 2A, the width d1 in the scanning direction of the
また、比較例として図5に示す従来技術に係る超音波プローブについてもシミュレーションを行った。従来技術に係る超音波プローブにおいて、圧電振動子22の走査方向の幅d1を0.06[mm]とし、各素子間の幅d2を0.04[mm]とした。第1の音響整合層23及び第2の音響整合層24の走査方向の幅は、圧電振動子22の走査方向の幅d1と同じであるため、第1の音響整合層23及び第2の音響整合層24の走査方向の幅d1は0.06[mm]となる。また、第2の音響整合層24の送受信方向の幅(厚さ)tを0.06[mm]とした。従って、第2の音響整合層24のアスペクト比(幅d1/厚さt)は1となる。また、圧電振動子22の走査方向の幅d1と、第2の音響整合層24の厚さt(超音波の送受信方向の幅)は同じ値になる。
As a comparative example, a simulation was also performed for the ultrasonic probe according to the related art shown in FIG. In the ultrasonic probe according to the related art, the width d1 in the scanning direction of the
そして、11[MHz]の周波数で1つの圧電振動子3、22を駆動させ、走査方向の指向特性を計算した。図3の横軸は指向角度[度]、縦軸は相対送信感度[dB]である。角度は超音波ビームを偏向させたときの角度であり、圧電振動子3の走査方向(配列方向)の角度を示している。
Then, one
図中、グラフAはこの実施形態に係る超音波プローブに対するシミュレーション結果である。例えば、−20[dB]における指向角度は約±40[度]となった。また、図中、グラフBは従来技術に係る超音波プローブに対するシミュレーション結果である。例えば、−20[dB]における指向角度は約±32[度]となった。この結果から、従来の超音波プローブの指向角度に対して、この実施形態に係る超音波プローブの指向角度は約±8[度]も広くなっていることが分かる。また、−20[dB]以外においても、従来の超音波プローブの指向角度よりも、この実施形態に係る超音波プローブの指向角度の方が広くなっているのが分かる。 In the figure, graph A is a simulation result for the ultrasonic probe according to this embodiment. For example, the directivity angle at −20 [dB] is about ± 40 [degrees]. Further, in the figure, a graph B is a simulation result for the ultrasonic probe according to the related art. For example, the directivity angle at −20 [dB] is about ± 32 [degrees]. From this result, it is understood that the directivity angle of the ultrasonic probe according to this embodiment is about ± 8 [degrees] wider than the directivity angle of the conventional ultrasonic probe. In addition to the -20 [dB], it can be seen that the directivity angle of the ultrasonic probe according to this embodiment is wider than the directivity angle of the conventional ultrasonic probe.
このように、この実施形態に係る超音波プローブ1によると、従来技術に係る超音波プローブに比べて圧電振動子の指向特性を広くすることができる。そのことにより、広い指向角度における感度を向上させ、診断能を向上させることが可能となる。
Thus, according to the
なお、アスペクト比が2/3となるまで、第2の音響整合層5の走査方向の幅d3を狭くしたが、この程度では診断に用いる画像に影響を与えるほど送信感度は低下せず、指向特性が広くなった分、従来よりも良好な画像が得られ、診断能を向上させることができた。
Note that the width d3 in the scanning direction of the second
また、超音波プローブは一般的に、圧電振動子3の上に第1及び第2の音響整合層4、5を積層した後、圧電振動子3、第1の音響整合層4及び第2の音響整合層5をダイシングブレード(刃)により複数に分割することにより製造される。具体的には、圧電振動子3、第1及び第2の音響整合層4、5を所定のピッチに従ってダイシング(第1のダイシング)した後、第2の音響整合層5を更に広い溝幅で、かつ、第1のダイシングと同じピッチでダイシング(第2のダイシング)する。そして、溝に機械的強度を保つために充填剤7を充填し、更に、第2の音響整合層5の上に音響レンズ6を接着することで、図2(a)に示す超音波プローブ1を得る。
In general, the ultrasonic probe is formed by laminating the first and second
この製造において、材質が同じダイシングブレードを用いて圧電振動子3、第1及び第2の音響整合層4、5を分割しても良く、材質が異なるダイシングブレードを用いても良い。圧電振動子と音響整合層とは材料が異なるため、その材料を分割するのに適したダイシングブレードを用いても良い。例えば、圧電振動子3、第1及び第2の音響整合層4、5を同じダイシングブレードで分割溝がd2となるように分割した後、第2の音響整合層5の材質(樹脂)に適したダイシングブレードを用いて第2の音響整合層5の幅がd3になるように分割しても良い。圧電振動子はセラミック材料からなり、音響整合層は樹脂やプラスチック材が用いられているため、一般的に音響整合層は圧電振動子よりも柔らかい。従って、第2の音響整合層5をダイシングするときには、ダイシングブレードのダイヤモンド粒子の径を大きくしてダイシングを行うと、第2の音響整合層5を良好にダイシングすることができる。
In this manufacturing, the
なお、上記の実施形態においては、いわゆる1次元超音波プローブについて説明したが、この発明は1次元超音波プローブに限定されない。圧電振動子及び音響整合層がマトリックス状に配列された2次元超音波プローブであっても、同様の作用及び効果を奏することが可能である。2次元超音波プローブの場合、音響整合層の走査方向の幅を圧電振動子の走査方向の幅よりも狭くする。もしくは、走査方向に直交する方向について、音響整合層の幅を圧電振動子の幅よりも狭くしても良い。このように、音響整合層の幅を圧電振動子の幅よりも狭くすることにより、音響整合層のアスペクト比を小さくすることが可能となり、超音波の横振動を低減させ、圧電振動子の指向特性を広くすることが可能となる。 Although the so-called one-dimensional ultrasonic probe has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to the one-dimensional ultrasonic probe. Even if it is a two-dimensional ultrasonic probe in which the piezoelectric vibrator and the acoustic matching layer are arranged in a matrix, the same operation and effect can be achieved. In the case of a two-dimensional ultrasonic probe, the width of the acoustic matching layer in the scanning direction is made narrower than the width of the piezoelectric vibrator in the scanning direction. Alternatively, in the direction orthogonal to the scanning direction, the width of the acoustic matching layer may be narrower than the width of the piezoelectric vibrator. Thus, by making the width of the acoustic matching layer narrower than the width of the piezoelectric vibrator, the aspect ratio of the acoustic matching layer can be reduced, the transverse vibration of the ultrasonic wave can be reduced, and the orientation of the piezoelectric vibrator can be reduced. It becomes possible to widen the characteristics.
次に、超音波プローブ1を備えた超音波診断装置について図4を参照しつつ説明する。図4は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
Next, an ultrasonic diagnostic apparatus including the
この超音波診断装置10は、主に、超音波プローブ1、送受信部11、信号処理部12、DSC13、画像処理部14、表示装置15及び制御部16を備えて構成されている。この超音波診断装置10においては超音波プローブ1に特徴があり、それ以外の送受信部11などは公知のものが用いられる。
The ultrasonic
超音波プローブ1には、上述したこの実施形態に係る超音波プローブが用いられる。送受信部11は送信部と受信部とからなり、超音波プローブ1に電気信号を供給して超音波を発生させるとともに、超音波プローブ1が受信したエコー信号を受信する。
As the
信号処理部12は、公知のBモード処理回路、ドプラ処理回路及びカラーモード処理回路を備えている。送受信部11から出力されたデータはいずれかの処理回路にて所定の処理を施される。Bモード処理回路はエコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号からBモード超音波ラスタデータを生成する。ドプラ処理回路はドプラ偏移周波数成分を取り出し、更にFFT処理等を施して血流情報を有するデータを生成する。カラーモード処理回路は動いている血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。血流情報には、速度、分散、パワー等の情報があり、血流情報は2値化情報として得られる。 The signal processing unit 12 includes a known B-mode processing circuit, Doppler processing circuit, and color mode processing circuit. The data output from the transmission / reception unit 11 is subjected to predetermined processing in any processing circuit. The B-mode processing circuit visualizes echo amplitude information and generates B-mode ultrasonic raster data from the echo signal. The Doppler processing circuit extracts the Doppler shift frequency component and further performs FFT processing or the like to generate data having blood flow information. The color mode processing circuit visualizes the moving blood flow information and generates color ultrasonic raster data. Blood flow information includes information such as speed, dispersion, and power, and blood flow information is obtained as binarized information.
DSC13(Digital Scan Converter)は、直交座標系で表される画像を得るために、超音波ラスタデータを直交座標で表されるデータに変換する(スキャンコンバージョン処理)。例えば、Bモード処理回路から出力されたデータに対してスキャンコンバージョン処理が施されると、被検体の組織形状を2次元情報として表す断層像データが生成される。画像処理部14は各種画像処理を行う。例えば、断層像データからボクセルデータを生成し、更に、ボリュームレンダリング処理を行って3次元画像データなどを生成する。 A DSC 13 (Digital Scan Converter) converts ultrasonic raster data into data represented by orthogonal coordinates (scan conversion process) in order to obtain an image represented by an orthogonal coordinate system. For example, when scan conversion processing is performed on data output from the B-mode processing circuit, tomographic image data representing the tissue shape of the subject as two-dimensional information is generated. The image processing unit 14 performs various image processing. For example, voxel data is generated from tomographic image data, and volume rendering processing is further performed to generate three-dimensional image data.
表示装置15は液晶ディスプレイなどのモニタからなり、断層像や3次元画像などが表示される。制御部16はCPUからなり、記憶部(図示しない)に記憶されている制御プログラムや画像生成プログラムなどを実行することにより各処理部の制御を行う。記憶部はROMなどのメモリやハードディスクなどからなり、画像データ、各種設定条件及びプログラムなどが記憶されている。その他、ジョイスティックなどのポインティングデバイス、スイッチ又はTCS(Touch Command Screen)などの操作部(図示しない)が備えられ、超音波の送受信条件などに関する各種設定が操作者により入力される。
The
この実施形態に係る超音波プローブ1を備えた超音波診断装置10によれば、圧電振動子3の指向特性が広いため、より広い角度から生体情報を収集することができ、診断能を向上させることが可能となる。
According to the ultrasonic
1 超音波プローブ
2 背面材
3 圧電振動子
4、41 第1の音響整合層
5、51 第2の音響整合層
6 音響レンズ
7 充填材
DESCRIPTION OF
Claims (7)
各音響整合層の前記配列された方向の幅は、前記各音響整合層の前記送受信の方向の幅よりも狭く、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記送受信の方向に一定であり、前記各音響整合層の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅よりも狭いことを特徴とする超音波プローブ。 A plurality of piezoelectric vibrators arranged in a predetermined direction; and an acoustic matching layer provided on each of the piezoelectric vibrators, and transmitting and receiving ultrasonic waves in a direction in which the acoustic matching layers are stacked. An ultrasonic probe,
The width of each acoustic matching layer in the arranged direction is narrower than the width in the transmission / reception direction of each acoustic matching layer, and the width in the arranged direction of each piezoelectric vibrator is the respective piezoelectric vibrator. The ultrasonic probe is constant in the transmission / reception direction, and the width of each of the acoustic matching layers in the arranged direction is narrower than the width of each of the piezoelectric vibrators in the arranged direction.
前記複数層のうち先端の層の前記配列された方向の幅は、前記先端の層の前記送受信の方向の幅よりも狭く、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記送受信の方向に一定であり、前記先端の層の前記配列された方向の幅は、前記各圧電振動子の前記配列された方向の幅よりも狭いことを特徴とする超音波プローブ。 A plurality of piezoelectric vibrators arranged in a predetermined direction, and an acoustic matching layer composed of a plurality of layers provided on each of the piezoelectric vibrators, and ultrasonic waves in a direction in which the acoustic matching layers are overlaid. An ultrasonic probe for transmitting and receiving
Of the plurality of layers, the width of the arranged layer of the tip layer is narrower than the width of the tip layer in the transmission / reception direction, and the width of the arranged direction of each piezoelectric vibrator is The ultrasonic wave characterized by being constant in the transmission / reception direction of the piezoelectric vibrator, wherein the width of the arranged layer of the tip layer is narrower than the width of the piezoelectric vibrator in the arranged direction. probe.
前記超音波プローブにより被検体に対して超音波を送受信させ、前記被検体からの反射波に基づいて超音波画像を生成する画像生成手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6,
Image generating means for transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the subject by the ultrasonic probe, and generating an ultrasonic image based on a reflected wave from the subject;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
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