JPH0121982B2 - - Google Patents
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- JPH0121982B2 JPH0121982B2 JP57041523A JP4152382A JPH0121982B2 JP H0121982 B2 JPH0121982 B2 JP H0121982B2 JP 57041523 A JP57041523 A JP 57041523A JP 4152382 A JP4152382 A JP 4152382A JP H0121982 B2 JPH0121982 B2 JP H0121982B2
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- ultrasonic transducer
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- transducers
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
- G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
- G01S15/8922—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being concentric or annular
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
-
- 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
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
〔発明の技術分野〕
この発明は、診断のための医療機器の技術分野
に属し、詳しくは、被検体に発射した超音波のエ
コーを受信して被検体の断層像を構成し、これを
表示する超音波診断装置の技術分野に属する。 〔発明の技術的背景およびその問題点〕 従来の超音波診断装置では、第１図ａに示すよ
うに、同心円状に配列したＮ個の円環状の各振動
子に所定の遅延時間を与えてこれを位相制御する
ことにより超音波ビームを集束する。たとえば、
第１図ａに示すように、超音波ビームを所望の焦
点Foに集束させる場合、円環の中心Ｏから距離
ｘの点にある振動子に与えるべき遅延時間tx（以
下、これを理想的遅延時間という。）は、第１式
で与えられる。 tx＝Fo／ｃ｛√１＋（ａ／Fo）2−√１＋（ｘ／Fo）2
｝…(1) （ただし、ｃは超音波伝播媒質中における音速で
あり、ａは最外側に位置する円環状振動子の外周
半径である。） すなわち、第１式によると、理想的遅延時間tx
は、距離ｘの連続関数となつている。ところが、
実際上は、振動子である各円環は一定の幅を有し
ているので、第１図ａに示すような階段上の遅延
時間を与えざるを得ず、サイドロープの発生が問
題となる。そこで、振動子である各円環の幅をで
きるだけ小さくすることにより、近似的に理想的
遅延時間txを実現することとなる。しかしなが
ら、最外側の円環状振動子の外周半径ａを一定に
した場合、振動子幅を小さくすればする程、振動
子数Ｎが増加し、これによつて装置全体が大規模
となる不都合を生ずる。 〔発明の目的〕 この発明は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、サイドロープを実用上無視し得る程度に抑制
した超音波診断装置を提供することを目的とする
ものである。 〔発明の概要〕 前記目的を達成するためのこの発明の概要は、
複数個の超音波振動子と所定の遅延時間をもつて
各超音波振動子を励振するパルサとを具備する超
音波診断装置において、全体として平面円盤状を
なすように環状の複数個の超音波振動子を同心円
状に配列すると共に、前記複数個の超音波振動子
をそれぞれ複数の超音波振動子を含む内側と外側
とのブロツクに分け、各ブロツクを構成する複数
個の超音波振動子の超音波発射面の面積を互いに
同一にすると共に、内側のブロツクを構成する一
個の超音波振動子の超音波発射面の面積を外側の
ブロツクを構成する一個の超音波振動子の超音波
発射面の面積より小さくしたことを特徴とするも
のである。 〔発明の実施例〕 先ず本発明に適用される基本原理について第２
図を参照して説明する。第２図に示したものは全
体として平面円盤状をなすようにＮ個の環状の超
音波振動子B1，B2…Bi-1，Bi…BNを同心円状に
配列し、環状の各超音波振動子B1，B2…Bi-1，
Bi…BNは第(2)式を満足すると共に、所定の遅延
時間をもつて励振される超音波振動子群１を少な
くとも具備する。 ai＝（ｉ／Ｎ）1/2aN ……(2) ただし、ai≪FoかつFo／ai＞３ （なお、aiは中心に位置する超音波振動子B1から
数えてｉ番目に位置する超音波振動子Biの外周半
径であり、Ｎは整数である。） また、各超音波振動子B1…BNを励振する際の
遅延時間tiは、たとえば第(3)式および第(4)式を満
足することを要する。 xi＝｛（ｉ−１／２）１／Ｎ｝1/2aN ……(4) （ただし、xiは、超音波振動子群１の中心Ｏから
の距離であり、ai-1≦xi≦aiの条件を満するもの
である。） 超音波振動子群１を以上のように構成すると、
各超音波振動子B1…BN上での各遅延時間誤差を
最小にすることができ、さらに各遅延時間誤差を
同一にすることができるので、これに起因するサ
イドロープを低減することができる。 前記第(2)式から第(4)式までを満足するように超
音波振動子群１を構成するとサイドロープを低減
し得ることは、以下のように理論的に裏付けるこ
とができる。 第２図において、焦点Foに超音波ビームが集
束するように超音波振動子Biを励振する際の遅延
時間tiは、第(5)式で示される。 そして、超音波振動子Biの円環上での遅延時間
誤差εiは、第(6)式で示される。 εiのxiに関する最小値を求めると、 dεi／dxi＝０より、 xi．min＝（ai-1 2＋ai 2／２）1/2 ……(7) のとき、εiの最小値εi．minは第(8)式で与えられ
る。 εi．min＝πF0 2／3c｛２〔１＋（ai-1／Fo）2〕3/
2＋２〔１＋（ai／Fo）2〕3/2−４〔１＋１／２（ai-1 2
＋ai2／F0 2）〕3/2｝……(8) すなわち、第(8)式によると、ai-1、aiが決定で
きれば、中心Ｏからｉ番目の超音波振動子Biの円
環上での遅延時間誤差εiは、第(7)式で与えられる
xi．minを用いて第(5)式で与えられる遅延時間ti
をもつて超音波振動子Biを励振すると、最小とな
る。 そこで、次にaiを決定する。ここで、円環状の
各超音波振動子B1…BNの幅がそれぞれ等しいと、
遅延時間誤差εiは、中心Ｏよりも遠くに位置する
円環状の超音波振動子ほど大きくなる。全ての超
音波振動子から発する超音波の位相を制御して、
焦点Foにおいて全超音波振動子から発された超
音波の位相を一致させることにより超音波を集束
させることから、各超音波振動子における遅延時
間誤差εiが異なることは不都合である。そこで、
aiの決定に際し、最小遅延時間誤差εi．minは全
て等しいとの第(9)式で示す条件を設ける。 εi-1．min＝εi．min ……(9) そして、第(9)式を満たすaiを決定することにな
るのであるが、この演算は、ai-2、ai-1、Foが与
えられたときに、aiについての６次方程式を解く
困難な問題となる。そこで、通常、焦点Foはaiに
比して十分に大きい（Fo≫ai）ので、
に属し、詳しくは、被検体に発射した超音波のエ
コーを受信して被検体の断層像を構成し、これを
表示する超音波診断装置の技術分野に属する。 〔発明の技術的背景およびその問題点〕 従来の超音波診断装置では、第１図ａに示すよ
うに、同心円状に配列したＮ個の円環状の各振動
子に所定の遅延時間を与えてこれを位相制御する
ことにより超音波ビームを集束する。たとえば、
第１図ａに示すように、超音波ビームを所望の焦
点Foに集束させる場合、円環の中心Ｏから距離
ｘの点にある振動子に与えるべき遅延時間tx（以
下、これを理想的遅延時間という。）は、第１式
で与えられる。 tx＝Fo／ｃ｛√１＋（ａ／Fo）2−√１＋（ｘ／Fo）2
｝…(1) （ただし、ｃは超音波伝播媒質中における音速で
あり、ａは最外側に位置する円環状振動子の外周
半径である。） すなわち、第１式によると、理想的遅延時間tx
は、距離ｘの連続関数となつている。ところが、
実際上は、振動子である各円環は一定の幅を有し
ているので、第１図ａに示すような階段上の遅延
時間を与えざるを得ず、サイドロープの発生が問
題となる。そこで、振動子である各円環の幅をで
きるだけ小さくすることにより、近似的に理想的
遅延時間txを実現することとなる。しかしなが
ら、最外側の円環状振動子の外周半径ａを一定に
した場合、振動子幅を小さくすればする程、振動
子数Ｎが増加し、これによつて装置全体が大規模
となる不都合を生ずる。 〔発明の目的〕 この発明は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、サイドロープを実用上無視し得る程度に抑制
した超音波診断装置を提供することを目的とする
ものである。 〔発明の概要〕 前記目的を達成するためのこの発明の概要は、
複数個の超音波振動子と所定の遅延時間をもつて
各超音波振動子を励振するパルサとを具備する超
音波診断装置において、全体として平面円盤状を
なすように環状の複数個の超音波振動子を同心円
状に配列すると共に、前記複数個の超音波振動子
をそれぞれ複数の超音波振動子を含む内側と外側
とのブロツクに分け、各ブロツクを構成する複数
個の超音波振動子の超音波発射面の面積を互いに
同一にすると共に、内側のブロツクを構成する一
個の超音波振動子の超音波発射面の面積を外側の
ブロツクを構成する一個の超音波振動子の超音波
発射面の面積より小さくしたことを特徴とするも
のである。 〔発明の実施例〕 先ず本発明に適用される基本原理について第２
図を参照して説明する。第２図に示したものは全
体として平面円盤状をなすようにＮ個の環状の超
音波振動子B1，B2…Bi-1，Bi…BNを同心円状に
配列し、環状の各超音波振動子B1，B2…Bi-1，
Bi…BNは第(2)式を満足すると共に、所定の遅延
時間をもつて励振される超音波振動子群１を少な
くとも具備する。 ai＝（ｉ／Ｎ）1/2aN ……(2) ただし、ai≪FoかつFo／ai＞３ （なお、aiは中心に位置する超音波振動子B1から
数えてｉ番目に位置する超音波振動子Biの外周半
径であり、Ｎは整数である。） また、各超音波振動子B1…BNを励振する際の
遅延時間tiは、たとえば第(3)式および第(4)式を満
足することを要する。 xi＝｛（ｉ−１／２）１／Ｎ｝1/2aN ……(4) （ただし、xiは、超音波振動子群１の中心Ｏから
の距離であり、ai-1≦xi≦aiの条件を満するもの
である。） 超音波振動子群１を以上のように構成すると、
各超音波振動子B1…BN上での各遅延時間誤差を
最小にすることができ、さらに各遅延時間誤差を
同一にすることができるので、これに起因するサ
イドロープを低減することができる。 前記第(2)式から第(4)式までを満足するように超
音波振動子群１を構成するとサイドロープを低減
し得ることは、以下のように理論的に裏付けるこ
とができる。 第２図において、焦点Foに超音波ビームが集
束するように超音波振動子Biを励振する際の遅延
時間tiは、第(5)式で示される。 そして、超音波振動子Biの円環上での遅延時間
誤差εiは、第(6)式で示される。 εiのxiに関する最小値を求めると、 dεi／dxi＝０より、 xi．min＝（ai-1 2＋ai 2／２）1/2 ……(7) のとき、εiの最小値εi．minは第(8)式で与えられ
る。 εi．min＝πF0 2／3c｛２〔１＋（ai-1／Fo）2〕3/
2＋２〔１＋（ai／Fo）2〕3/2−４〔１＋１／２（ai-1 2
＋ai2／F0 2）〕3/2｝……(8) すなわち、第(8)式によると、ai-1、aiが決定で
きれば、中心Ｏからｉ番目の超音波振動子Biの円
環上での遅延時間誤差εiは、第(7)式で与えられる
xi．minを用いて第(5)式で与えられる遅延時間ti
をもつて超音波振動子Biを励振すると、最小とな
る。 そこで、次にaiを決定する。ここで、円環状の
各超音波振動子B1…BNの幅がそれぞれ等しいと、
遅延時間誤差εiは、中心Ｏよりも遠くに位置する
円環状の超音波振動子ほど大きくなる。全ての超
音波振動子から発する超音波の位相を制御して、
焦点Foにおいて全超音波振動子から発された超
音波の位相を一致させることにより超音波を集束
させることから、各超音波振動子における遅延時
間誤差εiが異なることは不都合である。そこで、
aiの決定に際し、最小遅延時間誤差εi．minは全
て等しいとの第(9)式で示す条件を設ける。 εi-1．min＝εi．min ……(9) そして、第(9)式を満たすaiを決定することにな
るのであるが、この演算は、ai-2、ai-1、Foが与
えられたときに、aiについての６次方程式を解く
困難な問題となる。そこで、通常、焦点Foはaiに
比して十分に大きい（Fo≫ai）ので、
この発明によると、平面円盤状の複数個の超音
波振動子群を複数のブロツクに分割し、各ブロツ
ク内の個々の超音波振動子の超音波発射面積を同
一にすると共に内側のブロツクの一個の振動子の
超音波発射面積を外側のブロツクのそれよりも小
さくするようにしたので、可変口径、可変焦点を
行なつた場合でもサイドロープを抑制することが
できる。
波振動子群を複数のブロツクに分割し、各ブロツ
ク内の個々の超音波振動子の超音波発射面積を同
一にすると共に内側のブロツクの一個の振動子の
超音波発射面積を外側のブロツクのそれよりも小
さくするようにしたので、可変口径、可変焦点を
行なつた場合でもサイドロープを抑制することが
できる。
第１図ａは従来の超音波診断装置における環状
の超音波振動子を示す平面図、第１図ｂは前記超
音波振動子に与える遅延時間を示すための説明
図、第２図はこの発明の基本原理を説明する超音
波振動子を示す平面図、第３図はFo／aiとai *の
近似誤差との関係を示す説明図、第４図は方位方
向距離と音圧との関係を示す説明図、第５図ａは
この発明の実施例における超音波振動子を示す平
面図、第５図ｂは、第５図ａに示す超音波振動子
の最外側外周と同一の最外側外周を有すると共に
各超音波振動子の超音波発射面の面積が互いに同
一である超音波振動子を示す平面図、第６図は焦
点と遅延時間誤差との関係を示す説明図である。 B1，B2…Bi-1，Bi……BN…超音波振動子、C1，
C2……C9…超音波振動子、１…超音波振動子群、
２…第１の超音波振動子ブロツク、３…第２の超
音波振動子ブロツク。
の超音波振動子を示す平面図、第１図ｂは前記超
音波振動子に与える遅延時間を示すための説明
図、第２図はこの発明の基本原理を説明する超音
波振動子を示す平面図、第３図はFo／aiとai *の
近似誤差との関係を示す説明図、第４図は方位方
向距離と音圧との関係を示す説明図、第５図ａは
この発明の実施例における超音波振動子を示す平
面図、第５図ｂは、第５図ａに示す超音波振動子
の最外側外周と同一の最外側外周を有すると共に
各超音波振動子の超音波発射面の面積が互いに同
一である超音波振動子を示す平面図、第６図は焦
点と遅延時間誤差との関係を示す説明図である。 B1，B2…Bi-1，Bi……BN…超音波振動子、C1，
C2……C9…超音波振動子、１…超音波振動子群、
２…第１の超音波振動子ブロツク、３…第２の超
音波振動子ブロツク。
Claims (1)
- １ 複数個の超音波振動子と所定の遅延時間をも
つて各超音波振動子を励振するパルサとを具備す
る超音波診断装置において、全体として平面円盤
状をなすように環状の複数個の超音波振動子を同
心円状に配列すると共に、前記複数個の超音波振
動子をそれぞれ複数の超音波振動子を含む内側と
外側とのブロツクに分け、各ブロツクを構成する
複数個の超音波振動子の超音波発射面の面積を互
いに同一にすると共に、内側のブロツクを構成す
る一個の超音波振動子の超音波発射面の面積を外
側のブロツクを構成する一個の超音波振動子の超
音波発射面の面積より小さくしたことを特徴とす
る超音波診断装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57041523A JPS58157454A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | 超音波診断装置 |
| US06/460,941 US4487073A (en) | 1982-03-15 | 1983-01-25 | Ultrasonic system |
| AU12159/83A AU552513B2 (en) | 1982-03-15 | 1983-03-08 | Ultrasonic imaging |
| DE3308637A DE3308637C2 (de) | 1982-03-15 | 1983-03-11 | Ultraschallgeberanordnung mit ringförmigen Schallgebern |
| NLAANVRAGE8300909,A NL184182C (nl) | 1982-03-15 | 1983-03-14 | Ultrasone generatorinrichting. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57041523A JPS58157454A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | 超音波診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58157454A JPS58157454A (ja) | 1983-09-19 |
| JPH0121982B2 true JPH0121982B2 (ja) | 1989-04-24 |
Family
ID=12610741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57041523A Granted JPS58157454A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | 超音波診断装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4487073A (ja) |
| JP (1) | JPS58157454A (ja) |
| AU (1) | AU552513B2 (ja) |
| DE (1) | DE3308637C2 (ja) |
| NL (1) | NL184182C (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3302886C2 (de) * | 1983-01-28 | 1985-06-20 | Dieter Dipl.-Ing. 6652 Bexbach Kiefer | Entfernungsmeßgerät |
| US4537074A (en) * | 1983-09-12 | 1985-08-27 | Technicare Corporation | Annular array ultrasonic transducers |
| JPS60135032A (ja) * | 1983-12-26 | 1985-07-18 | 株式会社東芝 | 超音波プロ−ブ |
| FR2578998A1 (fr) * | 1985-03-18 | 1986-09-19 | Ngeh Toong See | Dispositif pour obtenir les effets du doppler pulse en n'utilisant que le doppler continu |
| US4662223A (en) * | 1985-10-31 | 1987-05-05 | General Electric Company | Method and means for steering phased array scanner in ultrasound imaging system |
| US4815047A (en) * | 1986-06-20 | 1989-03-21 | Hewlett-Packard Company | Synthetic focus annular array transducer |
| DE3732131A1 (de) * | 1987-09-24 | 1989-04-06 | Wolf Gmbh Richard | Fokussierender ultraschallwandler |
| US4949259A (en) * | 1987-10-29 | 1990-08-14 | Hewlett-Packard Company | Delay coefficient generator for accumulators |
| JP2777197B2 (ja) * | 1989-06-13 | 1998-07-16 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置 |
| DE4032357C1 (ja) * | 1990-10-12 | 1992-02-20 | Dornier Medizintechnik Gmbh, 8000 Muenchen, De | |
| US5301674A (en) * | 1992-03-27 | 1994-04-12 | Diasonics, Inc. | Method and apparatus for focusing transmission and reception of ultrasonic beams |
| FR2773459B1 (fr) * | 1998-01-12 | 2000-04-14 | Centre Nat Rech Scient | Procede d'exploration et de visualisation de tissus d'origine humaine ou animale a partir d'une sonde ultrasonore a haute frequence |
| DE102011053942A1 (de) | 2011-09-26 | 2013-03-28 | Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh | Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings hoher Materialstärke mittels Ultraschall, die Verwendung eines Prüfkopfs zur Ausführung des Verfahrens, ein Ultraschallprüfkopf, eine Ansteuereinheit für einen Ultraschallprüfkopf und eine Vorrichtung für die zerstörungsfreie Prüfung eines Prüflings hoher Materialstärke mittels Ultraschall |
| DE102012220811A1 (de) * | 2012-11-14 | 2014-05-15 | Intelligendt Systems & Services Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Bauteils mit einer Einschlüsse oder Hohlräume aufweisenden Zwischenlage |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4011750A (en) * | 1973-06-06 | 1977-03-15 | The Commonwealth Of Australia Care Of The Secretary Department Of Health | Method and apparatus for ultrasonic examination of objects |
| FR2252580B1 (ja) * | 1973-11-22 | 1980-02-22 | Realisations Ultrasoniques Sa | |
| US4242913A (en) * | 1977-12-12 | 1981-01-06 | Rca Corporation | Acoustic variable focal length lens assembly |
| US4169385A (en) * | 1978-02-21 | 1979-10-02 | Picker Corporation | Frequency synthesizer apparatus and method in ultrasonic imaging |
| US4155259A (en) * | 1978-05-24 | 1979-05-22 | General Electric Company | Ultrasonic imaging system |
| US4307613A (en) * | 1979-06-14 | 1981-12-29 | University Of Connecticut | Electronically focused ultrasonic transmitter |
-
1982
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