JPH02107236A - 超音波診断用探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は超音波診断装置の探触子（プローブともいう
）として用いられる超音波診断用探触子に関し、とくに
診断対象体の直交する２つの断層像を得るための、高分
子圧電膜を用いた超音波詮所用セクタプローブに関する
ものである。

［従来の技術］ 超音波診断技術の進展にともなって、超音波診断装置に
よる診断法において、その応用の一つである形態診断の
面からはパルス反射法による超音波画像法が重要視され
ている。画像法のうち、断層映像表示によって、例えば
心臓構造を立体的に評価することは心臓、心血管組織の
病変を診断するのに必要な手法であり、従来方位断層法
やレベル断層法によって画像診断が行われてきている。

しかし、上記のような断層法では、同−心拍内すなわち
リアルタイムで断層像を観察できないために、その対策
としてセクタプローブを用いて通常のセクタ電子走査法
と、方位方向に機械的にプローブを回転させる方法とを
併用することによって直交２断面をリアルタイムで観察
する方法が提案され、実用段階にある状況である。

上記のようなセクタ電子走査すなわちフェイズドアレイ
電子セクタ方式で用いられるセクタプローブは、プロー
ブの内部に例えば６４個といった多数のアレイ状の素子
が一直線状に並列配置されている。第３図は高分子圧電
膜を使用した従来のセクタプローブの構造を示す要部模
式図である。なお、簡略化して第３図では４個のアレイ
状素子の場合について説明する。

図において、１は高分子圧電フィルムであり、その厚さ
方向に所定の結晶学的方向を有する主面が形成されてい
る。この高分子圧電フィルム１の二つの主面すなわち厚
さ方向の二つの面に導電体層からなる電極を形成して高
分子圧電フィルム１をサンドイッチすることにより基本
的な超音波プローブが構成される。

高分子圧電フィルム１を用いて例えば第３図に示すよう
な４個のアレイ状素子を形成するには、高分子圧電フィ
ルム１が背面制動材４に接する一方の面の全面に共通用
の接地電極２を形成し、他方の面には一方向に長さ方向
をもつ短冊状のアレイ状電極膜３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
を形成することによってアレイ状素子すなわち圧電振動
子が形成される。すなわち、上面をアレイ状電極膜３　
ａ　＋・・・　３ｄとし、これらの各電極膜と共通用の
接地電極膜２との間に形成される高分子圧電フィルム１
の立方体の各部分が各圧電振動子を構成してそれぞれア
レイ状素子が形成されるようになっている。そして、こ
のようにして形成された多数のアレイ状素子を一体構成
させたものがセクタ走査用のフェイズドアレイプローブ
と呼ばれる超音波プローブを形成している。実際には、
アレイ状電極膜３ａ、・・・、３ｄの上には、一般に、
図示しない音響整合層が、あるいはさらにその上には必
要とすれば音響レンズが形成されて超音波診断用セクタ
プローブとして実用されている。また、接地電極膜２か
らは接地用の端子ｅ１が、アレイ状電極膜３ａ、・・・
、３ｄからは電圧印加用のそれぞれの端子ａ　ｌ　ｒ　
　ａ　２　＋　　ａ　３　、ａ　４が取出されて、端子
ａｌ、・・・、ａ４に電気信号が印加されるようになっ
ている。

以上のような構成のセクタプローブにおいて、端子ａｌ
、・・・、ａ４に電気信号（パルス状）を加えることに
より、圧電効果を生じアレイ状の素子が駆動され、背面
制動材４の反対方向（第３図の上方向）に超音波が出射
される。例えば、これらの素子を全部同時に駆動すれば
、１パルス毎に１つの平面波が合成され、超音波はアレ
イ状素子に直角方向にすなわち直角に飛び出されて、一
般に用いられるリニアアレイ素子として働く。また、素
子を同時ではなく、遅延のかかった信号で端から順に駆
動すると、よく知られているように、各々の素子から同
心円状に広がって行く波面はある位置で合成され結果的
に偏向角をもって超音波が出射される。このとき、少し
づつ遅延のタイミングを調整することにより、最大９０
″の偏向角が得られるようになり電子走査形のフェイズ
ドアレイ状素子として働（ものとなる。すなわち、例え
ば９０＠の視野を有するセクタプローブが得られる。

そして、以上のように送波された超音波が生体の診断対
象体から戻って来た超音波は、高分子圧電フィルム１の
逆圧電効果により受波され、この超音波に対応する電気
信号を発生して情報信号として検出される。

なお、以上の説明において、音響整合層は効率よく短い
波形の超音波を放射するために用いられ、背面制動材４
は振動子（素子）を機械的に支持するとともに音響的に
は制動作用を行うものであり、音響レンズは超音波ビー
ムを集束させるために使用されるものである。

【発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の超音波探触子においては、電子走査
形のセクタプローブとして用いた場合でも、一方向から
の９０°視野を有する断層像しか得られず、前述のよう
な直交する２断面をリアルタイムで観察することはでき
ない、直交２断面を同時点で観察する場合、電子的にこ
のような走査を行うためには、２次元アレイ状素子の構
造を必要とし、その実現は困難であると考えられていた
。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、−個のプローブを用いて直交する２つの断層像
を得るための２次元アレイ状の素子構造を有するセクタ
プローブを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波診断用探触子の振動子は、共通用
の接地電極膜を挟着する同質の一対の高分子圧電フィル
ムの一方の面にアレイ状に第１の電極膜を形成し、他方
の面に第１の電極膜と直交するようなアレイ状の第２の
電極膜を形成したものであり、第１の電極膜上には音響
整合性を有する保護膜を有し、第２の電極膜は背面制御
材と結合する構成を有するものである。

［作用］ この発明においては、２枚の高分子圧電フィルムを共通
用の接地電極膜を介して貼り合せ、この圧電フィルムの
両面に設けたそれぞれのアレイ状電極膜が互に直交する
よ・うな構造となっているから、電気信号をこれら第１
・第２の電極膜に交互に印加駆動して得られる２種の超
音波断層像は直交した方向の異なる２面の断層像がリア
ルタイムで得られる。すなわち、一方の高分子圧電フィ
ルムを使って断層像を得るときには他方の電極はすべて
接地しておくことによってその圧電的性質を除去するこ
とができる。したがって、貼り合わせた構造であるが独
立した圧電素子（振動子）として作用する。

この場合、高分子圧電フィルムは、音響インピーダンス
が汎用的な高分子フィルムと同等であるので、一つの層
の高分子圧電フィルムを非圧電化したときは生体に対し
て音響整合的作用をし、また他層の高分子圧電フィルム
を非圧電化したときは背面制御材（バッキング材ともい
う）に対して、音響整合層的な作用をするものである。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す超音波探触子の構造
を示す模式斜視説明図である。また、第２図（ａ）、（
ｂ）は第１図において２枚の高分子圧電フィルムを接地
電極膜を介して貼り合わせる以前の状態を示す斜視説明
図である。両図において、第３図の従来例と同−又は相
当部分には同じ符号を付している。

第１図にみられるように、この発明による探触子は、第
３図の従来例に示した共通用の接地電極膜２と背面制動
材４の間に、アレイ状電極膜５ａ。

５ｂ、５ｃ、５ｄを形成した高分子圧電フィルム１ａを
挿設することによって構成された。ものである。この場
合、高分子圧電フィルム１，１ａは同質かつ同形のフィ
ルムで構成されるが、短冊状のアレイ状電極膜５ａ、・
・・、５ｄはその向きがアレイ状電極膜３ａ、・・・、
３ｄと直交するように配設されている。

この状態は第２図（ａ）、（ｂ）の分解説明図で示され
、第２図（ａ）は第３図の従来例と同様な高分子圧電フ
ィルム１、共通電極膜２及び第１のアレイ状電極膜（第
１の電極膜）３ａ、・・・３ｄが形成された状態を示し
、第２図（ｂ）はこの発明による探触子に用いられる高
分子圧電フィルムｌａ、共通電極膜２及びアレイ状電極
膜（第２の電極膜）５ａ、・・・、５ｄが一体形成され
たものを示すものであり、この２つの部材を互に貼り合
わせる方向に図示している。すなわち、第２図（ａ）、
（ｂ）は接地電極膜２の部分で貼り合わせて、この発明
による２次元アレイ状素子を形成するときのアレイ状電
極３ａ、・・・、３ｄと５ａ。

・・・、５ｄの位置関係を図示したものである。すなわ
ち、第１図の探触子の各アレイ状素子はアレイ状電極膜
３ａ、・・・、３ｄと５ａ、・・・、５ｄを互に直交す
る形で高分子圧電フィルム１，１ａの上下面に形成され
たもので、第２図（ａ）、（ｂ）を接地電極膜２を介し
て接合することによって形成される。

第１図に示したように、アレイ状電極５ａ、・・・５ｄ
からは端子ｂｌ、ｂ２．ｂ３．ｂ４が取り出され、端子
ａｌ、・・・、ａ４と同様に電気信号が印加されたり生
体から戻ってくる超音波による情報信号を取り出したり
するのに用いられる。

さらに、高分子圧電フィルム１及びアレイ状電極膜３ａ
、・・・、３ｄ上にはとくにアレイ状電極膜３ａ、・・
・、３ｄを保護するための図示しない音響整合層的な保
護膜、あるいは必要とするときその上に球面状レンズと
しての音響レンズが形成されて、探触子全体が構成され
る。以上の説明ではアレイ状電極は１プローブ当り４個
の場合について示したが、実際には第３図の従来例で記
述したようにより多数の電極が適宜使用されるものであ
る。

次に動作について説明する。ある時点で一方のアレイ状
電極膜例えば３ａ、・・・、３ｄのそれぞれの端子ａｌ
、・・・ａ４に同時にまたは遅延をかけた電気信号を加
えてそれぞれリニヤ走査又はセクタ走査を実施する駆動
を行うときは、これに直角方向に配置された他方のアレ
イ状電極膜５ａ、・・・５ｄはすべて端子ｂｌ、・・・
、ｂ４を通して接地する。勿論、接地電極膜２は常に端
子ｅを通してグランド電位にしておく。そして、次の時
点では、この逆の操作が行われる。

すなわち、一方のアレイ状素子を駆動するときは、もう
一方のアレイ状素子の端子をグランドにおとすという動
作を交互にくり返すことによって方向が異なり、かつ直
交する２つの超音波が送・受波される。この結果、同じ
診断対象体の直交する２つの断層像をリアルタイムで得
ることが可能となる。

以上のように、この発明による探触子は基本的には通常
のりニヤプローブ、セクタプローブと同様に取扱うこと
ができるものであり、端子ａｌ。

・・・、ａ４と端子ｂｌ、・・・、ｂ４とは図示しない
切替回路を使用するのみで送受波回路を共有することに
より、従来装置ではできなかった電子走査による直交す
る２つの断層像を得ることができる。

これを要約すると、この探触子で得られる２種の断層像
は診断しようとする部分の互に直交した像であり、２つ
のアレイ状素子を交互に駆動することによりリアルタイ
ムで方向の異なる２面が表示できるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、探触子を構成する主要
部分を２つのアレイ状素子が互に直交するようにして積
層配列した構成としたので、これら２つのアレイ状素子
を交互に駆動することにより得られる超音波診断像は互
に直交する２つの断層像が得られる。このため、診断し
ようとする関心領域の立体的構造がリアルタイムで容易
に把握できるようになる。この効果は、従来実施されて
いるようなプローブを２＃ｊ所に設けて２つの断層像を
表示するものと異なり、完全に同じ部分の断層像である
ことに大きな特徴を有している。

したがって、当然のことながら、同じような２つの断層
像をメカニカルに実現しようとして用いられる探触子に
比べて、保守の良さ、高速化が可能という幾多の利点を
もつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す探触子（プローブ）
の模式斜視説明図、第２図（ａ）は第１図実施例の上部
のアレイ状素子の構造を示す説明図、第２図（ｂ）は下
部のアレイ状素子の構造を示す説明図、第３図は従来の
探触子の構成を示す模式斜視図である。 図において、１は高分子圧電フィルム、２は接地（共通
）電極膜、３ａ、・・・、３ｄはアレイ状電極膜（第１
の電極膜）、４は背面制動材、５ａ。 ・・・ｒ　　５ｄはアレイ状電極膜（第２の電極膜）で
ある。 第１図 第３図 代理人　弁理士　佐々木　宗　治

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 接地用の共通電極膜を挟着した同質の一対の高分子圧電
   膜と、 この高分子圧電膜の一方の面にアレイ状に配設した第１
   の電極膜と、 上記高分子圧電膜の他方の面に上記第１の電極膜と直交
   してアレイ状に配設した第２の電極膜とを有し、上記第
   １の電極膜側の面は音響整合性を有する保護膜と結合さ
   れ、上記第２の電極膜側の面は背面制動材と結合された
   構成からなる超音波診断用探触子。