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JPH11155857A - 超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置 - Google Patents

超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置

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Publication number
JPH11155857A
JPH11155857A JP9329827A JP32982797A JPH11155857A JP H11155857 A JPH11155857 A JP H11155857A JP 9329827 A JP9329827 A JP 9329827A JP 32982797 A JP32982797 A JP 32982797A JP H11155857 A JPH11155857 A JP H11155857A
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JP
Japan
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ultrasonic
ultrasonic probe
acoustic
matching layer
waves
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JP9329827A
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Mikio Izumi
美喜雄 泉
Takashi Ikeda
田 隆 志 池
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波探触子において、各チャンネル間のク
ロストークを低減することができると共に、周波数特性
を向上することを可能とする。 【解決手段】 超音波探触子の音響整合層８を、振動子
素子１，１，…からの超音波打ち出し方向とこの超音波
打ち出し方向に直交する方向とで音響特性に異方性を有
するものとしたものである。これにより、振動子素子
１，１，…の各チャンネル間のクロストークを低減する
ことができると共に周波数特性を向上することができ
る。したがって、得られる超音波画像の画質を向上する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の振動子素子
が所定ピッチで配列されて各チャンネルを形成し被検体
内に向けて超音波を打ち出すと共にその反射波を受信す
る超音波探触子に関し、特に、各チャンネル間のクロス
トークを低減することができると共に周波数特性を向上
することができる超音波探触子及びこれを用いた超音波
診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波探触子は、図１１に示すよ
うに、所定ピッチで配列されて各チャンネルを形成し超
音波を打ち出すと共に被検体内からの反射波を受信する
複数の振動子素子１，１，…と、これらの振動子素子１
の前面及び背面に設けられ電圧を印加する電極２ａ，２
ｂと、上記振動子素子１と被検体との間の音響インピー
ダンスの整合を行うための音響整合層３とを有して成っ
ていた。なお、図１１において、符号４は上記振動子素
子１の背面から出る超音波が再び振動子素子面に戻って
こないようにするバッキング材を示し、符号５は上記振
動子素子１の前面から打ち出される超音波ビームを集束
させるために上記音響整合層３の上に設けられた音響レ
ンズを示している。
【０００３】ここで、上記音響整合層３は、その音響イ
ンピーダンスが振動子素子１の値と被検体の値との中間
的な値とされ、その厚さが超音波の波長の１／４になる
ように形成されていた。そして、このような音響整合層
３が振動子素子１，１，…の配列方向に沿って横方向に
連続していると、該音響整合層３を介して伝播する超音
波により各チャンネル間の振動子素子１，１，…のクロ
ストーク（信号の混信）が大きくなるので、上記音響整
合層３は、所定ピッチで配列された複数の振動子素子
１，１，…の各チャンネル間のギャップ６，６，…に合
わせて切り込みを入れ、各チャンネル間にギャップ７，
７，…が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の超音波探触子においては、上記音響整合層３はその
音響インピーダンスが振動子素子１の値と被検体の値と
の中間的な値の一様な材料で構成されていたので、各音
響整合層３は、振動子素子１からの超音波の打ち出し方
向にのみ純粋なピストン運動を行うことはなく、上記打
ち出し方向と直交する方向にも振動するものであった。
このような各音響整合層３における超音波の打ち出し方
向と直交する方向の振動モードの存在は、本来の超音波
送受信には有害なものである。そして、上記各チャンネ
ルの音響整合層３の横幅は、それ自身の振動モードの適
正化というよりは指向性向上の要請から決められてお
り、任意の幅寸法とする自由度は殆どないものであっ
た。したがって、図１１に示すように音響整合層３にギ
ャップ７，７，…を形成して上記各チャンネル間の振動
子素子１，１，…のクロストークを低減しようとすれ
ば、各チャンネルの音響整合層３における超音波の打ち
出し方向と直交する方向の不要な振動モードの発生によ
り、周波数特性を犠牲にしなければならなかった。
【０００５】例えば、図１２に示すエコー電圧波形のシ
ミュレーションに見られるように、時間の経過によって
エコー電圧波形に変な共振ｃが発生し、受信信号のパル
ス特性が悪くなるものであった。また、図１３に示す受
信信号強度のシミュレーションに見られるように、ある
周波数においてリップルｄ1，ｄ2，ｄ3が発生していわ
ゆる尾引きが出て、周波数特性が低下するものであっ
た。このことから、従来の超音波探触子では、音響整合
層３における超音波の打ち出し方向と直交する方向の振
動モードを最適化することができず、各チャンネル間の
クロストークの低減と周波数特性の向上とを両立させる
ことは困難であった。したがって、得られる超音波画像
の画質が劣化することがあった。
【０００６】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、各チャンネル間のクロストークを低減することが
できると共に周波数特性を向上することができる超音波
探触子及びこれを用いた超音波診断装置を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による超音波探触子は、所定ピッチで配列さ
れて各チャンネルを形成し超音波を打ち出すと共に被検
体内からの反射波を受信する複数の振動子素子と、これ
らの振動子素子の前面及び背面に設けられ電圧を印加す
る電極と、上記振動子素子と被検体との間の音響インピ
ーダンスの整合を行うための音響整合層とを有して成る
超音波探触子において、上記音響整合層は、上記振動子
素子からの超音波打ち出し方向とこの超音波打ち出し方
向に直交する方向とで音響特性に異方性を有するものと
したものである。
【０００８】また、関連発明としての超音波診断装置
は、被検体内に向けて超音波を送受信する超音波探触子
と、この超音波探触子を駆動して超音波を送信させると
共に該超音波探触子で受信した反射エコー信号を処理し
て超音波ビームを形成する超音波ビーム形成部と、この
超音波ビーム形成部からの受信信号を入力して超音波画
像を構成する画像処理装置と、この画像処理装置からの
画像信号を取り込んで画像表示を行う表示装置とを備え
て成る超音波診断装置において、上記超音波探触子とし
て前記手段のいずれかに記載の超音波探触子を用いたも
のである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による超
音波探触子の第一の実施形態を示す一部切断斜視図であ
る。この超音波探触子は、被検体内に向けて超音波を打
ち出すと共にその反射波を受信するもので、図１に示す
ように、複数の振動子素子１，１，…と、電極２ａ，２
ｂと、音響整合層８とを有して成る。
【００１０】上記振動子素子１は、被検体内に向けて超
音波を打ち出すと共に診断部位からの反射波を受信する
部材となるもので、個々の素子部材は短冊状に形成さ
れ、これらの素子部材間に一定のギャップ６，６，…を
おいて所定ピッチで配列し、超音波の送受信の各チャン
ネルが形成されている。上記各振動子素子１の前面及び
背面には、電極２ａ，２ｂが設けられている。この電極
２ａ，２ｂは、上記振動子素子１に電圧を印加して素子
部材を振動させて超音波を発生させると共に、反射波を
受信した振動子素子１に励起された電圧を取り出すもの
で、図示外の超音波送受信回路に接続されている。
【００１１】また、上記振動子素子１の前面側には、音
響整合層８が設けられている。この音響整合層８は、上
記振動子素子１と被検体との間の音響インピーダンスの
整合を行うためのもので、全体としてその音響インピー
ダンスが振動子素子１の値と被検体の値との中間的な値
とされ、その厚さが超音波の波長の１／４になるように
形成されている。
【００１２】なお、図１において、符号４は上記振動子
素子１の背面から出る超音波が再び振動子素子面に戻っ
てこないようにするバッキング材を示し、符号５は上記
振動子素子１の前面から打ち出される超音波ビームを集
束させるために上記音響整合層８の上に設けられた音響
レンズを示している。上記バッキング材４としては、超
音波の減衰の大きい材料を使用している。
【００１３】ここで、本発明においては、上記音響整合
層８は、上記振動子素子１からの超音波打ち出し方向と
この超音波打ち出し方向に直交する方向とで音響特性に
異方性を有する構成とされ、さらに好適には超音波打ち
出し方向に対しこれに直交する方向で超音波をより大き
く減衰させるようにされている。このため、上記音響整
合層８は、音響インピーダンスの異なる複数種類の材料
を組み合わせた複合材から成っている。
【００１４】例えば、図２に示すように、音響インピー
ダンスの大きい材料９とそれより音響インピーダンスの
小さい材料１０とを組み合わせた複合材から成り、上記
音響インピーダンスの大きい材料９は柱状に形成して所
定の長さに切断したものを多数並べ、これらの隙間を音
響インピーダンスの小さい材料１０で埋めて、全体とし
て所定の厚さの板状に形成されている。音響インピーダ
ンスの大きい材料９としては、アルミニウム、マグネシ
ウムなどの軽金属或いはセラミックス、ガラス等が用い
られる。また、音響インピーダンスの小さい材料１０と
しては、ナイロン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、プラ
スチック材料等が使用可能である。そして、図２の例で
は、音響インピーダンスの大きい材料９を予め機械加工
や整形加工で所定長さの柱状に形成して並べ、それらの
隙間に音響インピーダンスの小さい材料１０として例え
ばプラスチック材料を流し込むことにより、所定の厚さ
の板状に形成された音響特性に異方性を有する音響整合
層８が作製される。
【００１５】このように構成された音響整合層８におい
ては、図２において、音響インピーダンスの大きい材料
９が多数並んだ縦方向には、超音波は該音響インピーダ
ンスの大きい材料９を伝わる音速と略同等の速度で伝播
し、上記縦方向に直交する横方向には、超音波は音響イ
ンピーダンスの小さい材料１０を伝わる音速と略同等の
比較的低い速度で伝播するという異方性を呈することに
なる。そして、このような音響特性に異方性を有する音
響整合層８を、図１に示すように、音響インピーダンス
の大きい材料９が多数並んだ縦方向を上記振動子素子
１，１，…からの超音波打ち出し方向に一致させて取り
付けることにより、超音波打ち出し方向に対しこれに直
交する方向で超音波をより大きく減衰させるようにする
ことができる。したがって、図１１に示す従来例のよう
に音響整合層３にギャップ７，７，…を形成しないで
も、各チャンネル間のクロストークを低減することがで
きる。
【００１６】図３は上記超音波探触子の第二の実施形態
を示す一部切断斜視図である。この実施形態は、上記音
響整合層８を、所定ピッチで配列された複数の振動子素
子１，１，…の各チャンネル間のギャップ６，６，…に
合わせて切り込みを入れ、各チャンネル間にギャップ１
１，１１，…を形成したものである。この場合は、音響
整合層８が各チャンネルごとにギャップ１１で分断され
ているので、該音響整合層８の振動が横方向に伝わるこ
とはなく、各チャンネル間のクロストークを図１の例に
比べさらに低減することができる。
【００１７】また、上記各チャンネルの音響整合層８
は、音響インピーダンスの異なる複数種類の材料９，１
０を組み合わせた複合材から成り、振動子素子１からの
超音波打ち出し方向とこの超音波打ち出し方向に直交す
る方向とで音響特性に異方性を有する構成とされている
ので、各チャンネルの音響整合層８における超音波の打
ち出し方向と直交する方向の不要な振動モードの発生を
抑えることができる。したがって、各チャンネル間のク
ロストークの低減と周波数特性の向上とを両立させるこ
とができる。
【００１８】例えば、図８に示すエコー電圧波形のシミ
ュレーションに見られるように、時間の経過によってエ
コー電圧波形に従来のように変な共振が発生せず、受信
信号のパルス特性が向上する。また、図９に示す受信信
号強度のシミュレーションに見られるように、従来のよ
うにある周波数においてリップルが発生することはな
く、周波数特性が向上すると共に感度も向上する。。
【００１９】図４は上記超音波探触子の第三の実施形態
を示す一部切断斜視図である。この実施形態は、音響整
合層８’を、図５に示すように、細長板状に形成された
音響インピーダンスの大きい材料９と、同じく細長板状
に形成された音響インピーダンスの小さい材料１０と
を、サンドイッチ状に交互に横方向に配列して組み合わ
せた複合材から成り、全体として所定の厚さの板状に形
成したものである。このように形成された音響整合層
８’は、その板状の厚さ方向とこれに直交する横方向と
で音響特性に異方性を有することとなる。すなわち、上
記板状の厚さ方向には音響インピーダンスの大きい材料
９を伝わる音速に近い伝播速度となり、その厚さ方向に
直交する横方向には音響インピーダンスの小さい材料１
０を伝わる音速に近い伝播速度となる。
【００２０】そして、このような音響特性に異方性を有
する音響整合層８’を、図４に示すように、上記板状の
厚さ方向を振動子素子１，１，…からの超音波打ち出し
方向に一致させて取り付けることにより、超音波打ち出
し方向に対しこれに直交する方向で超音波をより大きく
減衰させるようにすることができる。したがって、図１
１に示す従来例のように音響整合層３にギャップ７，
７，…を形成しないでも、各チャンネル間のクロストー
クを低減することができる。
【００２１】図６は上記超音波探触子の第四の実施形態
を示す一部切断斜視図である。この実施形態は、上記音
響整合層８’を、所定ピッチで配列された複数の振動子
素子１，１，…の各チャンネル間のギャップ６，６，…
に合わせて切り込みを入れ、各チャンネル間にギャップ
１１，１１，…を形成したものである。この場合は、音
響整合層８’が各チャンネルごとにギャップ１１で分断
されているので、該音響整合層８’の振動が横方向に伝
わることはなく、各チャンネル間のクロストークを図４
の例に比べさらに低減することができる。
【００２２】また、上記各チャンネルの音響整合層８’
は、音響インピーダンスの異なる複数種類の材料９，１
０を組み合わせた複合材から成り、振動子素子１からの
超音波打ち出し方向とこの超音波打ち出し方向に直交す
る方向とで音響特性に異方性を有する構成とされている
ので、各チャンネルの音響整合層８’における超音波の
打ち出し方向と直交する方向の不要な振動モードの発生
を抑えることができる。したがって、各チャンネル間の
クロストークの低減と周波数特性の向上とを両立させる
ことができる。
【００２３】図７は上記超音波探触子の第五の実施形態
を示す一部省略斜視図である。この実施形態は、以上の
説明では複数の振動子素子１，１，…は所定ピッチで１
次元に配列されたものであるのに対し、上記複数の振動
子素子１，１，…に対して該振動子素子１，１，…の奥
行き方向にも所定間隔でギャップ６’，６’，…を形成
し、複数の振動子素子１，１，…を２次元に配列し、こ
の２次元に配列された振動子素子１，１，…の前面側に
上述の音響整合層８又は８’を配置したものである。こ
の場合は、２次元アレイ型の超音波探触子において、各
チャンネル間のクロストークを低減することができると
共に周波数特性を向上することができる。なお、図７に
おいては、音響レンズ５は省略してある。
【００２４】図１０は、以上のように構成された本発明
の超音波探触子を用いた超音波診断装置の全体構成を示
すブロック図である。すなわち、この超音波診断装置
は、図１０に示すように、被検体内に向けて超音波を送
受信する超音波探触子１２と、この超音波探触子１２を
駆動して超音波を送信させると共に該超音波探触子１２
で受信した反射エコー信号を処理して超音波ビームを形
成する超音波ビーム形成部１３と、この超音波ビーム形
成部１３からの受信信号を入力して超音波画像を構成す
る画像処理装置１４と、この画像処理装置１４からの画
像信号を取り込んで画像表示を行う表示装置１５とを備
えて成る超音波診断装置において、上記超音波探触子１
２として図１又は図３、図４、図６、図７のいずれかに
記載の超音波探触子を用いたものである。この場合は、
超音波探触子１２の各チャンネル間のクロストークを低
減することができると共に周波数特性を向上することが
できる超音波診断装置を実現することができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
超音波探触子の音響整合層を、振動子素子からの超音波
打ち出し方向とこの超音波打ち出し方向に直交する方向
とで音響特性に異方性を有するものとしたことにより、
振動子素子のチャンネル間のクロストークを低減するこ
とができると共に周波数特性を向上することができる。
したがって、得られる超音波画像の画質を向上すること
ができる。
【００２６】さらに、関連発明としての超音波診断装置
は、その超音波探触子として前記のように構成された本
発明の超音波探触子を用いたことにより、各チャンネル
間のクロストークを低減することができると共に周波数
特性を向上することができる超音波診断装置を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波探触子の第一の実施形態を
示す一部切断斜視図である。
【図２】上記超音波探触子の音響整合層の構造例を示す
斜視図である。
【図３】本発明の超音波探触子の第二の実施形態を示す
一部切断斜視図である。
【図４】本発明の超音波探触子の第三の実施形態を示す
一部切断斜視図である。
【図５】上記第三の実施形態における超音波探触子の音
響整合層の構造例を示す要部斜視図である。
【図６】本発明の超音波探触子の第四の実施形態を示す
一部切断斜視図である。
【図７】本発明の超音波探触子の第五の実施形態を示す
一部省略斜視図である。
【図８】本発明の超音波探触子においてエコー電圧波形
をシミュレーションした状態を示すグラフである。
【図９】本発明の超音波探触子において受信信号強度を
シミュレーションした状態を示すグラフである。
【図１０】以上のように構成された本発明の超音波探触
子を用いた超音波診断装置の全体構成を示すブロック図
である。
【図１１】従来の超音波探触子を示す一部切断斜視図で
ある。
【図１２】従来の超音波探触子においてエコー電圧波形
をシミュレーションした状態を示すグラフである。
【図１３】従来の超音波探触子において受信信号強度を
シミュレーションした状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１…振動子素子 ２ａ，２ｂ…電極 ４…バッキング材 ５…音響レンズ ６，６’…振動子素子のギャップ ８，８’…音響整合層 ９…音響インピーダンスの大きい材料 １０…音響インピーダンスの小さい材料 １１…音響整合層のギャップ １２…超音波探触子 １３…超音波ビーム形成部 １４…画像処理装置 １５…表示装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定ピッチで配列されて各チャンネルを
    形成し超音波を打ち出すと共に被検体内からの反射波を
    受信する複数の振動子素子と、これらの振動子素子の前
    面及び背面に設けられ電圧を印加する電極と、上記振動
    子素子と被検体との間の音響インピーダンスの整合を行
    うための音響整合層とを有して成る超音波探触子におい
    て、上記音響整合層は、上記振動子素子からの超音波打
    ち出し方向とこの超音波打ち出し方向に直交する方向と
    で音響特性に異方性を有するものとしたことを特徴とす
    る超音波探触子。
  2. 【請求項２】 被検体内に向けて超音波を送受信する超
    音波探触子と、この超音波探触子を駆動して超音波を送
    信させると共に該超音波探触子で受信した反射エコー信
    号を処理して超音波ビームを形成する超音波ビーム形成
    部と、この超音波ビーム形成部からの受信信号を入力し
    て超音波画像を構成する画像処理装置と、この画像処理
    装置からの画像信号を取り込んで画像表示を行う表示装
    置とを備えて成る超音波診断装置において、上記超音波
    探触子として請求項１に記載の超音波探触子を用いたこ
    とを特徴とする超音波診断装置。
JP32982797A 1997-12-01 1997-12-01 超音波探触子及びこれを用いた超音波診断装置 Expired - Fee Related JP3926448B2 (ja)

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