JPH02116356A - 超音波システム - Google Patents
超音波システムInfo
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- JPH02116356A JPH02116356A JP23834189A JP23834189A JPH02116356A JP H02116356 A JPH02116356 A JP H02116356A JP 23834189 A JP23834189 A JP 23834189A JP 23834189 A JP23834189 A JP 23834189A JP H02116356 A JPH02116356 A JP H02116356A
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- JP
- Japan
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- transducer
- probe
- fluid
- ultrasound
- butanol
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- Pending
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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
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/35—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams
- G10K11/352—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams by moving the transducer
- G10K11/355—Arcuate movement
-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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]
本発明は、超音波イメージング・システムに関するもの
で、特に、トランスジューサと超音波プローブのウィン
ドウ間を連結させる超音波を供給するシステムとその方
法に関するものである。
で、特に、トランスジューサと超音波プローブのウィン
ドウ間を連結させる超音波を供給するシステムとその方
法に関するものである。
[従来技術とその問題点]
超音波によるイメージング(ultrasonic i
mag−ing)は、生物の内部構造を解析するため広
く用いられている。例えば、超音波は、妊婦の体内の胎
児の状態を特徴づけるためしばしば利用される。
mag−ing)は、生物の内部構造を解析するため広
く用いられている。例えば、超音波は、妊婦の体内の胎
児の状態を特徴づけるためしばしば利用される。
超音波によるイメージングは、インピーダンスが等しく
ないことを特徴とする境界(boundaries)か
らの超音波反射波の検出に基づくものである。
ないことを特徴とする境界(boundaries)か
らの超音波反射波の検出に基づくものである。
このような境界は、骨、器官の境目、組織形式の変化等
を表わすことが可能である。
を表わすことが可能である。
典型的には、超音波によるイメージングは、電子をモジ
ュールと電気的に供給された超音波プローブを使用して
実施される。プローブは、一般に、ハンドル(hand
le)の働きをする本体と観測対象物の皮膚に対し押圧
可能なキャップまたはウィンドウと本体とウィンドウで
囲まれた電気音響トランスジューサ(electro−
acoustic transducer)から構成さ
れる。電子モジュールは、電気パルスを生成する。これ
は、超音波パルスに変換され、ウィンドウを介して観測
対象の患者身体へ伝搬される。
ュールと電気的に供給された超音波プローブを使用して
実施される。プローブは、一般に、ハンドル(hand
le)の働きをする本体と観測対象物の皮膚に対し押圧
可能なキャップまたはウィンドウと本体とウィンドウで
囲まれた電気音響トランスジューサ(electro−
acoustic transducer)から構成さ
れる。電子モジュールは、電気パルスを生成する。これ
は、超音波パルスに変換され、ウィンドウを介して観測
対象の患者身体へ伝搬される。
単一の超音波パルスは、その伝搬経路に沿う多重インピ
ーダンス境界(multiple impedance
bou−ndaries)により、多重反射を起こす
可能性がある。
ーダンス境界(multiple impedance
bou−ndaries)により、多重反射を起こす
可能性がある。
これらの反射は、プローブによって検出され、トランス
ジューサによって、電気信号に変換される。
ジューサによって、電気信号に変換される。
この電気信号は、深さ(depth)を時間で、インピ
ーダンスの不整合を振幅で表わすものである。電子モジ
ュールは、この信号を解析し、映像情報を再生し、それ
から、所望に従って、表示と記録の両方またはどちらか
一方を要望に従って実施することができる。
ーダンスの不整合を振幅で表わすものである。電子モジ
ュールは、この信号を解析し、映像情報を再生し、それ
から、所望に従って、表示と記録の両方またはどちらか
一方を要望に従って実施することができる。
得られた映像(image)の品質は、プローブによる
可能な反射検出の感度に大きく依存する。超音波パルス
の実質的なエネルギ部分は、プローブまたは本体に吸収
される。残留エネルギは多重反射間で分散される。各反
射のうちわずかな部分だけしかプローブに指向されず、
そのわずかな部分のほとんどが、トランスジューサに到
達する前に吸収されてしまう。トランスジューサは、各
反射における微小のエネルギ量にもかかわらず、これら
反射の発生及びそれらの振幅を検出可能でなければなら
ない。
可能な反射検出の感度に大きく依存する。超音波パルス
の実質的なエネルギ部分は、プローブまたは本体に吸収
される。残留エネルギは多重反射間で分散される。各反
射のうちわずかな部分だけしかプローブに指向されず、
そのわずかな部分のほとんどが、トランスジューサに到
達する前に吸収されてしまう。トランスジューサは、各
反射における微小のエネルギ量にもかかわらず、これら
反射の発生及びそれらの振幅を検出可能でなければなら
ない。
感度は、トランスジューサのアパーチャまたはエネルギ
集合領域(energy−gathering are
a)の関数である。アパーチャの大きいトランスジュー
サは、反射音響エネルギのうちより多くの部分を受信す
ることができる。一方、大きいアパーチャは、焦点の深
さが浅いことをも意味する。所与の時間において、トラ
ンスジューサによる深さを解像する能力が最大である単
一の深さが得られるように、トランスジューサを形成し
及び/または操作される。実際には、最大の解像度は必
須ではないが、この最大解像度より低いあるスレッシュ
ホールド解像度が、たくさんのイメージング用途で必要
とされる可能性がある。アパーチャの小さいトランスジ
ューサを用いる場合、所与のスレッシュホールド値と合
致するか、あるいは、それを超える深さの範囲は大きな
アパーチャを用いる際に得られる対応した深さの範囲よ
りも大きい。
集合領域(energy−gathering are
a)の関数である。アパーチャの大きいトランスジュー
サは、反射音響エネルギのうちより多くの部分を受信す
ることができる。一方、大きいアパーチャは、焦点の深
さが浅いことをも意味する。所与の時間において、トラ
ンスジューサによる深さを解像する能力が最大である単
一の深さが得られるように、トランスジューサを形成し
及び/または操作される。実際には、最大の解像度は必
須ではないが、この最大解像度より低いあるスレッシュ
ホールド解像度が、たくさんのイメージング用途で必要
とされる可能性がある。アパーチャの小さいトランスジ
ューサを用いる場合、所与のスレッシュホールド値と合
致するか、あるいは、それを超える深さの範囲は大きな
アパーチャを用いる際に得られる対応した深さの範囲よ
りも大きい。
観測対象の深さ範囲が、プローブ・フィールドの深さよ
りも大きい場合、継続的な深さにおける焦点(foca
l points)を用いてイメージング情報を取得す
る必要がある。アパーチャが大きくなると、焦点間のス
テップをより細かくする必要がある。本願明細書では、
映像を集めている際(dur−ing image g
athering)に、プローブの焦点距離を変化させ
る工程を「ズーミング(zooming) Jと言う。
りも大きい場合、継続的な深さにおける焦点(foca
l points)を用いてイメージング情報を取得す
る必要がある。アパーチャが大きくなると、焦点間のス
テップをより細かくする必要がある。本願明細書では、
映像を集めている際(dur−ing image g
athering)に、プローブの焦点距離を変化させ
る工程を「ズーミング(zooming) Jと言う。
ズーミングは、単一の軌道に沿った高解像度のイメージ
ングを可能とするものである。観測対象物の断面(sl
ice)の2次元映像を得るため、超音波伝搬の方向を
パン(pan)させる必要がある。すなわち、横方向の
掃引または「ステアリング(st−eered) Jを
行なう必要がある。扇形状の多くの超音波映像が与えら
れるのは、このステアリング操作によるものである。本
願明細書では、ステアリングとズーミングをまとめてス
キャン(5cann ing)と定義する。
ングを可能とするものである。観測対象物の断面(sl
ice)の2次元映像を得るため、超音波伝搬の方向を
パン(pan)させる必要がある。すなわち、横方向の
掃引または「ステアリング(st−eered) Jを
行なう必要がある。扇形状の多くの超音波映像が与えら
れるのは、このステアリング操作によるものである。本
願明細書では、ステアリングとズーミングをまとめてス
キャン(5cann ing)と定義する。
走査は、様々なプローブの型によって、別々に実行され
る。球形のトランスジューサを備える小さいアパーチャ
のプローブは、イメージングのために固定された焦点き
機械的ステアリングに依存させることができる。理論的
には、単一素子のトランスジューサを、機械的に変形さ
せ、ズーミングを可能とする。従って、アパーチャが大
きくなる。同心円状の素子間の遅延時間によって、ズー
ミング機能を与える環状アレイ・トランスジューサ(a
nnular array transducers)
もまた開発されている。環状アレイ・トランスジューサ
は、一般に機械的ステアリングを使用する。レーダに用
いられているフエイズド・アレイ (phased−a
rray)のように、全てのスキャンを電子的に行なう
、矩形アレイ (rectangular array
)超音波トランスジューサを実現することが可能である
。こうした矩形アレイは、処理における相当な複雑さを
伴うことにより、広く用いられていない。線形(I 1
near)フェイズド・アレイは、より簡単に実現でき
、電子ズーミング及びステアリングも可能であるが、(
深さ及びパンに対して横方向の)上下方向の解像度(e
levational resolution)が不十
分である。
る。球形のトランスジューサを備える小さいアパーチャ
のプローブは、イメージングのために固定された焦点き
機械的ステアリングに依存させることができる。理論的
には、単一素子のトランスジューサを、機械的に変形さ
せ、ズーミングを可能とする。従って、アパーチャが大
きくなる。同心円状の素子間の遅延時間によって、ズー
ミング機能を与える環状アレイ・トランスジューサ(a
nnular array transducers)
もまた開発されている。環状アレイ・トランスジューサ
は、一般に機械的ステアリングを使用する。レーダに用
いられているフエイズド・アレイ (phased−a
rray)のように、全てのスキャンを電子的に行なう
、矩形アレイ (rectangular array
)超音波トランスジューサを実現することが可能である
。こうした矩形アレイは、処理における相当な複雑さを
伴うことにより、広く用いられていない。線形(I 1
near)フェイズド・アレイは、より簡単に実現でき
、電子ズーミング及びステアリングも可能であるが、(
深さ及びパンに対して横方向の)上下方向の解像度(e
levational resolution)が不十
分である。
プローブ設計それぞれは、利点を有するが、環状アレイ
は、全方向において高解像度のイメージングを実施する
ことが可能である点で卓越しているが、受信した反射か
ら像を生成する工程においてあまり要求されていない。
は、全方向において高解像度のイメージングを実施する
ことが可能である点で卓越しているが、受信した反射か
ら像を生成する工程においてあまり要求されていない。
ズーミングは、機械的に制御される各パン位置について
、高速度で電子的に実施することができる。
、高速度で電子的に実施することができる。
環状アレイ・トランスジューサ等のアパーチャが大きく
、機械的にスキャンする超音波トランスジューサを設計
する上での課題の1つが、プローブと観測対象物間の超
音波伝送を最適条件下で連結させることである。観測対
象物の快適さを含む明らかな理由から、移動トランスジ
ューサは、観測対象物と密接な接触をさせることはでき
ない。
、機械的にスキャンする超音波トランスジューサを設計
する上での課題の1つが、プローブと観測対象物間の超
音波伝送を最適条件下で連結させることである。観測対
象物の快適さを含む明らかな理由から、移動トランスジ
ューサは、観測対象物と密接な接触をさせることはでき
ない。
その代わり、観測対象物との密接な接続は、プローブの
ウィンドウによって行なわれる。ウィンドウの材料は、
安全で、快適で、剛性を備え、超音波エネルギを透過す
るものが選択される。さらに微妙な判定基準は、超音波
周波数における音響屈折率がイメージングされる観測対
象物と近接に整合しなければならないという点である。
ウィンドウによって行なわれる。ウィンドウの材料は、
安全で、快適で、剛性を備え、超音波エネルギを透過す
るものが選択される。さらに微妙な判定基準は、超音波
周波数における音響屈折率がイメージングされる観測対
象物と近接に整合しなければならないという点である。
すなわち、ウィンドウと観測対象物の音響速度が整合し
なければならない。この整合の目的は、観測対象物とウ
ィンドウの境界におけるビーム方向の変化による映像の
ひずみを最小化することにある。
なければならない。この整合の目的は、観測対象物とウ
ィンドウの境界におけるビーム方向の変化による映像の
ひずみを最小化することにある。
加えて、ウィンドウの超音波インピーダンスを観測対象
物のものと整合させることにより、その表面における反
射を最小化することが望ましい。
物のものと整合させることにより、その表面における反
射を最小化することが望ましい。
こうした反射は、有効な情報は含まれておらず、プロー
ブ内部に反射を生じさせて映像の明瞭度を劣化させ、有
益な反射に寄与するはずのエネルギも散逸させてしまう
。しかしながら、インピーダンス整合についてはある程
度の妥協を認めて、他の判定基準、特に、ウィンドウの
剛性と適応させる。
ブ内部に反射を生じさせて映像の明瞭度を劣化させ、有
益な反射に寄与するはずのエネルギも散逸させてしまう
。しかしながら、インピーダンス整合についてはある程
度の妥協を認めて、他の判定基準、特に、ウィンドウの
剛性と適応させる。
ステアリング動作を実施可能にすると同時にトランスジ
ューサとウィンドウと観測対象物間において適切な超音
波結合(ultrasonic coupling)を
与えるため、機械的にパンされるトランスジ;良−サと
連結するプローブのウィンドウとの間に、流体媒介を介
入させる。このような結合の要件には、上述のウィンド
ウを本体と整合させることに関する同じ理由より、流体
とウィンドウと観測対象物間の伝達速度及びインピーダ
ンスの整合が含まれる。加えて、超音波の効率的な伝達
要件と、アーティファクト(artifacts)を生
成し、そうでなければ、映像の品質を劣化させうるプロ
ーブ内部の反射をダンピングさせる要件とのつり合いを
とるため、流体の減衰について考慮しなければならない
。
ューサとウィンドウと観測対象物間において適切な超音
波結合(ultrasonic coupling)を
与えるため、機械的にパンされるトランスジ;良−サと
連結するプローブのウィンドウとの間に、流体媒介を介
入させる。このような結合の要件には、上述のウィンド
ウを本体と整合させることに関する同じ理由より、流体
とウィンドウと観測対象物間の伝達速度及びインピーダ
ンスの整合が含まれる。加えて、超音波の効率的な伝達
要件と、アーティファクト(artifacts)を生
成し、そうでなければ、映像の品質を劣化させうるプロ
ーブ内部の反射をダンピングさせる要件とのつり合いを
とるため、流体の減衰について考慮しなければならない
。
これらの要件は、通常、プローブ本体とウィンドウによ
って画定されるチャンバ内に密封される液体の媒体材料
の選択に制約を加えることになる。
って画定されるチャンバ内に密封される液体の媒体材料
の選択に制約を加えることになる。
これらの多くは専売特許(propr 1etary)
であるので、機械的にスキャンされるプローブに使用さ
れる結合流体の範囲を決定することは困難である。
であるので、機械的にスキャンされるプローブに使用さ
れる結合流体の範囲を決定することは困難である。
従来より、様々な有機液体が試みられている。しばしば
、材料を混合し、各成分の特性を組合わせる試みが行な
われている。しかしながら、このような組合せのほとん
どは、非線形的に相互作用を起こし、混合物の結果を予
測不可能にする。減衰とインピーダンス関係の表を使用
することができるが、結合流体の選択は、普通、試行錯
誤の問題となってしまう。
、材料を混合し、各成分の特性を組合わせる試みが行な
われている。しかしながら、このような組合せのほとん
どは、非線形的に相互作用を起こし、混合物の結果を予
測不可能にする。減衰とインピーダンス関係の表を使用
することができるが、結合流体の選択は、普通、試行錯
誤の問題となってしまう。
従来の結合流体に関する問題の1つは、例えば、インピ
ーダンス等の重要なパラメータを、速度等の他のパラメ
ータの影響を受けずに変化させることが極めて難しいこ
とである。液体混合物に「調整を加え(少し細工をして
)」、所望の特性を得ることができない場合がしばしば
ある。さらに、これらの特性を、動作温度の範囲にわた
って、受入れ可能な許容範囲内に維持しなければならな
い。
ーダンス等の重要なパラメータを、速度等の他のパラメ
ータの影響を受けずに変化させることが極めて難しいこ
とである。液体混合物に「調整を加え(少し細工をして
)」、所望の特性を得ることができない場合がしばしば
ある。さらに、これらの特性を、動作温度の範囲にわた
って、受入れ可能な許容範囲内に維持しなければならな
い。
更に、このことは、さもなければ、許容可能である結合
流体を排除する。
流体を排除する。
アパーチャの小さいプローブの場合、シリコーン・ブー
ス油またはプロピレングリコールを備えるグリセロール
の混合物等の多数の異なる材料を結合流体として用いる
ことに成功している。しかし、同じ流体を用いて大きな
アパーチャのプローブによって生成される映像は、明ら
かに、内部反射によって生じるアーティファクトに悩ま
されていた。アパーチャの大きいプローブを用いる時は
、より鮮明な映像を生成する超音波システム(uitr
asound system )及び方法が必要である
。このようなシステム及び方法では、他のパラメータを
大きく変化させずに、重要なパラメータの調整が可能な
結合流体を使用することが好ましい。
ス油またはプロピレングリコールを備えるグリセロール
の混合物等の多数の異なる材料を結合流体として用いる
ことに成功している。しかし、同じ流体を用いて大きな
アパーチャのプローブによって生成される映像は、明ら
かに、内部反射によって生じるアーティファクトに悩ま
されていた。アパーチャの大きいプローブを用いる時は
、より鮮明な映像を生成する超音波システム(uitr
asound system )及び方法が必要である
。このようなシステム及び方法では、他のパラメータを
大きく変化させずに、重要なパラメータの調整が可能な
結合流体を使用することが好ましい。
[発明の目的]
本願発明の目的は、上述の問題を解消し、適切な減衰度
等の超音波イメージングに重要なバラタ・−夕をプロー
ブの内部反射を増加させることなく最適化する超音波シ
ステム及びその方法を提供することにある。
等の超音波イメージングに重要なバラタ・−夕をプロー
ブの内部反射を増加させることなく最適化する超音波シ
ステム及びその方法を提供することにある。
[発明の概要コ
本発明は、その透過率を最大にするのではなく、選択さ
れた範囲内の結合流体の減衰を最適化することで、測定
対象の反射がプローブのトランスジューサに到着する際
、内部反射の振幅を影響のないように小さくするもので
ある。トランスジューサとプローブ・ウィンドウ間の結
合流体は、1−ブタノール(1−butanol)とグ
リセロール(glyc−er−nl)の混合物を含む。
れた範囲内の結合流体の減衰を最適化することで、測定
対象の反射がプローブのトランスジューサに到着する際
、内部反射の振幅を影響のないように小さくするもので
ある。トランスジューサとプローブ・ウィンドウ間の結
合流体は、1−ブタノール(1−butanol)とグ
リセロール(glyc−er−nl)の混合物を含む。
適量の2−ヒドロキシンエチルエーテル(2−)iyd
roxyethyl Ether)をその混合物に含有
させることによって、減衰を下降の方向で調整すること
ができる。本願発明は、大きいアパーチャのトランスジ
ューサを備えて、機械的にスキャンするプローブにおい
て最も有効に用いられる。ただし、結合流体を用いた他
の超音波プローブにも応用することが可能である。
roxyethyl Ether)をその混合物に含有
させることによって、減衰を下降の方向で調整すること
ができる。本願発明は、大きいアパーチャのトランスジ
ューサを備えて、機械的にスキャンするプローブにおい
て最も有効に用いられる。ただし、結合流体を用いた他
の超音波プローブにも応用することが可能である。
結合流体の減衰の重要性は、大きいアパーチャを備える
プローブにおいて最も決定的である。小さいアパーチャ
・プローブの場合、トランスジューサとウィンドウとの
距離及びその媒体を通る、約20kHzまたはそれ以上
の周波数を有する音響エネルギ等の超音波の平均自由行
程長(length of themean free
path of ultrasound)の両方が比
較的短い。この結果、単位時間当りの反射が比較的多い
。各反射は、伝送によるある程度の減衰及びある程度の
散逸すなわち損失が伴い、トランスジューサから離れた
反射は、特に減衰しやすい。測定対象の反射がトランス
ジューサに到達する際、十分な数の内部反射が起こり、
内部反射のエネルギを許容可能なレベルまで低減させる
。
プローブにおいて最も決定的である。小さいアパーチャ
・プローブの場合、トランスジューサとウィンドウとの
距離及びその媒体を通る、約20kHzまたはそれ以上
の周波数を有する音響エネルギ等の超音波の平均自由行
程長(length of themean free
path of ultrasound)の両方が比
較的短い。この結果、単位時間当りの反射が比較的多い
。各反射は、伝送によるある程度の減衰及びある程度の
散逸すなわち損失が伴い、トランスジューサから離れた
反射は、特に減衰しやすい。測定対象の反射がトランス
ジューサに到達する際、十分な数の内部反射が起こり、
内部反射のエネルギを許容可能なレベルまで低減させる
。
大きいアパーチャのプローブの場合、平均自由行程がも
っと長く、単位時間当りの反射は少ない。
っと長く、単位時間当りの反射は少ない。
換言すれば、アパーチャの大きいプローブ内の結合流体
は、内部反射の減衰において、比較的より重要な役割を
果たす。このため、本願発明は、通常の超音波プローブ
に用いられるものよりも減衰性の高い結合流体を与える
ものである。
は、内部反射の減衰において、比較的より重要な役割を
果たす。このため、本願発明は、通常の超音波プローブ
に用いられるものよりも減衰性の高い結合流体を与える
ものである。
さらに重要なことは、本発明は、結合流体の減衰につい
てより精密な制御を行なうことを可能とするものである
。アパーチャの大きいプローブ内に用いられる結合流体
が内部反射を減衰することについて比較的重要なファク
タであることより、それを組み込む超音波システムの性
能は、結合流体によって加えられる減衰の程度に従って
、さらに敏感に影響を受ける。このため、減衰は、精密
に最適レベルに設定することが重要である。
てより精密な制御を行なうことを可能とするものである
。アパーチャの大きいプローブ内に用いられる結合流体
が内部反射を減衰することについて比較的重要なファク
タであることより、それを組み込む超音波システムの性
能は、結合流体によって加えられる減衰の程度に従って
、さらに敏感に影響を受ける。このため、減衰は、精密
に最適レベルに設定することが重要である。
この最適レベルを決定することは、困難である。
この最適レベルは、プローブの構成や幾何学的形状によ
って、今のところはまだ予測しがたい変動を示す。さら
に、所与のプローブの場合、この最適レベルは、測定対
象の深さや診療する生体組織や他の物質の構造によって
変動する可能性がある。
って、今のところはまだ予測しがたい変動を示す。さら
に、所与のプローブの場合、この最適レベルは、測定対
象の深さや診療する生体組織や他の物質の構造によって
変動する可能性がある。
従って、結合流体は、通常、試行錯誤の過程を経て選択
されることになる。
されることになる。
この試行錯誤の過程は、極めて単調で退屈なものである
。一般には、流体混合物調整を加えて、減衰を変化させ
るように流体混合物の調整は、れ、所定の範囲内に保た
なければならない速度及び/またインピーダンスも変化
させることになる。
。一般には、流体混合物調整を加えて、減衰を変化させ
るように流体混合物の調整は、れ、所定の範囲内に保た
なければならない速度及び/またインピーダンスも変化
させることになる。
普通、流体特性は、線形に結合しないので、試験を行わ
ずに混合物の値を予測することは難しい。
ずに混合物の値を予測することは難しい。
従って、特定のプローブ及び用途に適した混合物は、わ
ずかしか違わないプローブ及び用途に合わせて変更する
ことができない場合がある。
ずかしか違わないプローブ及び用途に合わせて変更する
ことができない場合がある。
本発明では、プローブにおけるこの問題に取り組み、そ
れに含まれた結合流体の減衰について、速度とインピー
ダンスの整合を減損させることなく、正確に調整できる
ようにするものである。グリセロールに対する1−ブタ
ノールの好適な比率では、比較的減衰性のある流体を得
ることができる。2−ヒドロキシエチルエーテルを添加
することによって、減衰の下降を達成することができる
。
れに含まれた結合流体の減衰について、速度とインピー
ダンスの整合を減損させることなく、正確に調整できる
ようにするものである。グリセロールに対する1−ブタ
ノールの好適な比率では、比較的減衰性のある流体を得
ることができる。2−ヒドロキシエチルエーテルを添加
することによって、減衰の下降を達成することができる
。
グリセロールに対する1−ブタノールの比率を変化させ
、速度及びインピーダンスのわずかな変化を補償するこ
七ができる。
、速度及びインピーダンスのわずかな変化を補償するこ
七ができる。
本発明は、経済的で高性能な超音波システムを供給する
ものである。この節約は、様々な減衰を達成するため、
適確な結合流体を見い出すことに必要な設計時間が、大
幅に短縮されることによるものである。流体成分は、特
定の減衰レベルを達成するために必要な比率として知ら
れる。これより、最適条件のプローブの性能を得るため
に必要な実験の量を大幅に軽減させる。より大きいアパ
ーチャのプローブが、より実用的であり、減衰をプロー
ブ特性及び用途に対しより密接に適合させることができ
ることより、プローブの性能を向上させることができる
。以上説明の、れ、他の特徴及び利点については、次の
図面に関連した実施例の詳細な説明からより明らかとな
る。
ものである。この節約は、様々な減衰を達成するため、
適確な結合流体を見い出すことに必要な設計時間が、大
幅に短縮されることによるものである。流体成分は、特
定の減衰レベルを達成するために必要な比率として知ら
れる。これより、最適条件のプローブの性能を得るため
に必要な実験の量を大幅に軽減させる。より大きいアパ
ーチャのプローブが、より実用的であり、減衰をプロー
ブ特性及び用途に対しより密接に適合させることができ
ることより、プローブの性能を向上させることができる
。以上説明の、れ、他の特徴及び利点については、次の
図面に関連した実施例の詳細な説明からより明らかとな
る。
[発明の実施例]
本発明の一実施例である超音波システム101を第1図
に示す。超音波システム101は、電子モジュール10
3とプローブ105を含む。電子モジュール103は、
ケーブル111を介して結合された送信エレクトロニク
ス 107と受信エレクトロニクスを含む。ケーブル1
11は、電力及び接地電位をプローブに供給するための
ライン、送信エレクトロニクス 107からプローブ1
05ヘパルスを伝送するためのライン、プローブ105
から受信した信号を受信エレクトロニクス 109へ伝
送するためのラインを備える。
に示す。超音波システム101は、電子モジュール10
3とプローブ105を含む。電子モジュール103は、
ケーブル111を介して結合された送信エレクトロニク
ス 107と受信エレクトロニクスを含む。ケーブル1
11は、電力及び接地電位をプローブに供給するための
ライン、送信エレクトロニクス 107からプローブ1
05ヘパルスを伝送するためのライン、プローブ105
から受信した信号を受信エレクトロニクス 109へ伝
送するためのラインを備える。
プローブ105のハウジング113は、プローブ・ヘッ
ド115とプローブ・バック 117とプローブ・ハン
ドル119を含む。プローブ・ヘッド 115は、ハン
ドル・ブラケット 121を介してプローブ・ハンドル
119に取付けられる。プローブ・ウィンドウ 123
は、プローブ・ヘッド 115に固定され、取付けられ
る。プローブ・ウィンドウ 123とプローブ・ヘッド
115とプローブ・バック 117が集合的にチャンバ
125を画定し、このチャンバ125には結合流体12
7が充填されている。トランスジューサ131は、球状
フレーム133に取付けられ、この球状フレーム133
は、軸受129と共にプローブ・ヘッド115内で旋回
するように設置される。モータ 135は、モータ取り
付は具137によって、プローブ・ハンドル119内に
設置されている。モータ135は、シャフト 141を
介してビニオン 139を駆動する。シャフト・シール
143は、漏出した流体127がプローブ・ハンドル1
19に流入することを防止する。ドライブ・バンド 1
45が、ビニオン運動を伝え、フレーム 133のステ
アリング、従って、トランスジューサ131のステアリ
ングを供給する。
ド115とプローブ・バック 117とプローブ・ハン
ドル119を含む。プローブ・ヘッド 115は、ハン
ドル・ブラケット 121を介してプローブ・ハンドル
119に取付けられる。プローブ・ウィンドウ 123
は、プローブ・ヘッド 115に固定され、取付けられ
る。プローブ・ウィンドウ 123とプローブ・ヘッド
115とプローブ・バック 117が集合的にチャンバ
125を画定し、このチャンバ125には結合流体12
7が充填されている。トランスジューサ131は、球状
フレーム133に取付けられ、この球状フレーム133
は、軸受129と共にプローブ・ヘッド115内で旋回
するように設置される。モータ 135は、モータ取り
付は具137によって、プローブ・ハンドル119内に
設置されている。モータ135は、シャフト 141を
介してビニオン 139を駆動する。シャフト・シール
143は、漏出した流体127がプローブ・ハンドル1
19に流入することを防止する。ドライブ・バンド 1
45が、ビニオン運動を伝え、フレーム 133のステ
アリング、従って、トランスジューサ131のステアリ
ングを供給する。
ドライブ・バンド 145は、2つあるうち1つしか図
示されていないボルト 147によってフレーム133
に取付けられる。光学エンコーダ149は、超音波映像
(ultrasonic image)を生成するため
に必要とされるパン位置に関する情報を受信エレクトロ
ニクス 109へ供給する。
示されていないボルト 147によってフレーム133
に取付けられる。光学エンコーダ149は、超音波映像
(ultrasonic image)を生成するため
に必要とされるパン位置に関する情報を受信エレクトロ
ニクス 109へ供給する。
超音波システム101は典型的な環状フユーズド・アレ
イ・トランスジューサを用いる超音波システムであるが
、高感度をもたらすため、比較的太きいアパーチャを備
えるトランスジューサを組み込み、アパーチャの寸法が
増加することによって生じるノイズ問題を補償するため
、減衰性の結合流体を選択する点が異なる。トランスジ
ューサ127のアパーチャは、より典型である 1.5
cmのアパーチャに対して、約3 cmである。結合流
体127は、実質的に主として、1−ブタノール(ブチ
ルアルコール)を含むグリセロールの二成分混合物であ
る。この二成分混合物の好適な実施例では、グリセロー
ルに対する2−ブタノールの比率が約23%〜37%で
ある。この二成分混合物は、速度1.540m/秒の速
度1.7Mray/sのインピーダンス、4.5MHz
下で4.1dB/ amの減衰値を有することを特徴と
する。温度感度は、−2,4m/秒/℃の速度勾配と−
0,1dB/ cm / tの減衰勾配によって与えら
れる。速度と減衰は、両方とも、ブタノールの比率が高
くなるにつれて低下する。
イ・トランスジューサを用いる超音波システムであるが
、高感度をもたらすため、比較的太きいアパーチャを備
えるトランスジューサを組み込み、アパーチャの寸法が
増加することによって生じるノイズ問題を補償するため
、減衰性の結合流体を選択する点が異なる。トランスジ
ューサ127のアパーチャは、より典型である 1.5
cmのアパーチャに対して、約3 cmである。結合流
体127は、実質的に主として、1−ブタノール(ブチ
ルアルコール)を含むグリセロールの二成分混合物であ
る。この二成分混合物の好適な実施例では、グリセロー
ルに対する2−ブタノールの比率が約23%〜37%で
ある。この二成分混合物は、速度1.540m/秒の速
度1.7Mray/sのインピーダンス、4.5MHz
下で4.1dB/ amの減衰値を有することを特徴と
する。温度感度は、−2,4m/秒/℃の速度勾配と−
0,1dB/ cm / tの減衰勾配によって与えら
れる。速度と減衰は、両方とも、ブタノールの比率が高
くなるにつれて低下する。
本発明に係る他の実施例では、減衰を抑えるため、混合
物に2−ヒドロキシエチルエーテルを添加する。この2
−ヒドロキシエチルエーテルの添加に対する効果を第2
図に示す。開始点では、ライン201が示す速度が15
00m 7秒で、ライン202が示す減衰4.1dB/
cmを有する1−ブタノール/グリセロール混合物で
ある。8重量%の2−ヒドロキシエチルエーテルを添加
すると、減衰に大きい変化はなく、速度も、わずかに変
化して、「1526m/秒となるだけである。11重量
%の2−ヒドロキシエチルエーテルになると、減衰は、
2.9dB/cmまで急激に下降する。が、速度は、わ
ずかに1530m/秒しか上昇しない。混合物に対して
2−ヒドロキシエチルエーテルを15重量%とすると、
減衰は、2.3dB/ cmに下降すると同時に、速度
は、1534m 7秒まで上昇する。
物に2−ヒドロキシエチルエーテルを添加する。この2
−ヒドロキシエチルエーテルの添加に対する効果を第2
図に示す。開始点では、ライン201が示す速度が15
00m 7秒で、ライン202が示す減衰4.1dB/
cmを有する1−ブタノール/グリセロール混合物で
ある。8重量%の2−ヒドロキシエチルエーテルを添加
すると、減衰に大きい変化はなく、速度も、わずかに変
化して、「1526m/秒となるだけである。11重量
%の2−ヒドロキシエチルエーテルになると、減衰は、
2.9dB/cmまで急激に下降する。が、速度は、わ
ずかに1530m/秒しか上昇しない。混合物に対して
2−ヒドロキシエチルエーテルを15重量%とすると、
減衰は、2.3dB/ cmに下降すると同時に、速度
は、1534m 7秒まで上昇する。
別の見方をすると、混合物における2−ヒドロキシエチ
ルエーテルの比率を15%から8%に減少させると、減
衰においては78%の増加が認められ、と同時に速度は
2%の減少だけである。従って、速度を狭い範囲内に維
持しながら、大幅な減衰の制御が可能である。留意すべ
き点として、許容範囲外の速度に誘導することなく、減
衰を変化させる所望の品質を有する流体はわずかである
。比較を目的とするため、1−ブタノールに対するグリ
セロールの比率を変化させて、同じ減衰レベルが得られ
るようにすると、許容可能な速度は、約1400m 7
秒である。
ルエーテルの比率を15%から8%に減少させると、減
衰においては78%の増加が認められ、と同時に速度は
2%の減少だけである。従って、速度を狭い範囲内に維
持しながら、大幅な減衰の制御が可能である。留意すべ
き点として、許容範囲外の速度に誘導することなく、減
衰を変化させる所望の品質を有する流体はわずかである
。比較を目的とするため、1−ブタノールに対するグリ
セロールの比率を変化させて、同じ減衰レベルが得られ
るようにすると、許容可能な速度は、約1400m 7
秒である。
第3図に、本発明の詳細な説明するフローチャートを示
す。第1のステップ301では、1−ブタノールをグリ
セロールと混合させ、速度とインピーダンスを整合レベ
ルになるように調製する。次のステップ302では、必
要とあらば、2−ヒドロキシエチルエーテルを添加し、
減衰を適切なレベルにまで減少させる。ステップ303
において、この流体は、超音波プローブのプローブ・ヘ
ッド内に封入される。ステップ304では、プローブ・
ウィンドウを観測対象物に押圧し、ステップ305では
、プローブのトランスジューサを観測対象者に関して機
械的にスキャンさせる。ステップ306では、トランス
ジューサから超音波パルスが送り出され、流体を介し、
ウィンドウを通って、観測対象物へ伝送される。観測対
象物からの超音波反射波の少なくとも一部分は、ステッ
プ307において、ウィンドウを通り、流体を介して送
られ、トランスジューサによって電気信号に変換される
。これらの電気信号は、ステップ308で、解析され、
観測対象物の特性化した映像を生成する。
す。第1のステップ301では、1−ブタノールをグリ
セロールと混合させ、速度とインピーダンスを整合レベ
ルになるように調製する。次のステップ302では、必
要とあらば、2−ヒドロキシエチルエーテルを添加し、
減衰を適切なレベルにまで減少させる。ステップ303
において、この流体は、超音波プローブのプローブ・ヘ
ッド内に封入される。ステップ304では、プローブ・
ウィンドウを観測対象物に押圧し、ステップ305では
、プローブのトランスジューサを観測対象者に関して機
械的にスキャンさせる。ステップ306では、トランス
ジューサから超音波パルスが送り出され、流体を介し、
ウィンドウを通って、観測対象物へ伝送される。観測対
象物からの超音波反射波の少なくとも一部分は、ステッ
プ307において、ウィンドウを通り、流体を介して送
られ、トランスジューサによって電気信号に変換される
。これらの電気信号は、ステップ308で、解析され、
観測対象物の特性化した映像を生成する。
以上の説明は、本発明の好適な実施例に関するものであ
る。加えて、異なるプローブ寸法及び幾何学的形状にも
適応させることができる。両方のデジタル及びアナログ
信号をベースとしたエレクトロニクスを含む、様々な送
信及び受信エレクトロニクスが可能である。異なるトラ
ンスジューサ形式及び幾何学的形状も与えられる。トラ
ンスジューサの支持本体は、数えきれないほどの形状及
び特性を備えることが可能である。様々なエンクロージ
ャ(enclosures)及びウィンドウの型式や材
料が備えられる。トランスジューサのステアリングのだ
めの駆動システムは、さまざまな構造をとることが可能
である。上述の成分に加えて、結合流体は、クリティカ
ルな特性(critical char−acteri
stics)を希釈させる、あるいは、これらの特性を
影響が受けないようにし、補助的機能を果たす他の成分
を含むことが可能である。本発明には、他の修正や変更
をも備えていることは当業者にとっては明らかである。
る。加えて、異なるプローブ寸法及び幾何学的形状にも
適応させることができる。両方のデジタル及びアナログ
信号をベースとしたエレクトロニクスを含む、様々な送
信及び受信エレクトロニクスが可能である。異なるトラ
ンスジューサ形式及び幾何学的形状も与えられる。トラ
ンスジューサの支持本体は、数えきれないほどの形状及
び特性を備えることが可能である。様々なエンクロージ
ャ(enclosures)及びウィンドウの型式や材
料が備えられる。トランスジューサのステアリングのだ
めの駆動システムは、さまざまな構造をとることが可能
である。上述の成分に加えて、結合流体は、クリティカ
ルな特性(critical char−acteri
stics)を希釈させる、あるいは、これらの特性を
影響が受けないようにし、補助的機能を果たす他の成分
を含むことが可能である。本発明には、他の修正や変更
をも備えていることは当業者にとっては明らかである。
[発明の効果コ
以上説明したように、本発明より、速度及び/またはイ
ンピーダンス整合の調整のし易い、れ、その速度、イン
ピーダンス整合を大きく変化させることなく減衰を増減
させることが可能な超音波システムを得ることができる
。れ、これらの調整が、流体成分の比率を変化させるこ
とによって容易に実施することができる。
ンピーダンス整合の調整のし易い、れ、その速度、イン
ピーダンス整合を大きく変化させることなく減衰を増減
させることが可能な超音波システムを得ることができる
。れ、これらの調整が、流体成分の比率を変化させるこ
とによって容易に実施することができる。
第1図は本発明の一実施例である超音波システムの断面
図である。 第2図は本発明の一実施例に用いられる結合流体の特性
を表わした図である。 第3図は本発明の一実施例に関する動作説明図である。 101:超音波システム、103:電子モジュール、プ
ローブ、107:送信エレクトロニクス、受信エレクト
ロニクス、113:ハウジング、プローブ・ヘッド、 プローブ・バック、 プローブ−ハンドル、 ハンドル・ブラケット、 プローブ・ウィンドウ、 トランスジューサ、135:モータ、 光学エンコーダ。 FIG、 2
図である。 第2図は本発明の一実施例に用いられる結合流体の特性
を表わした図である。 第3図は本発明の一実施例に関する動作説明図である。 101:超音波システム、103:電子モジュール、プ
ローブ、107:送信エレクトロニクス、受信エレクト
ロニクス、113:ハウジング、プローブ・ヘッド、 プローブ・バック、 プローブ−ハンドル、 ハンドル・ブラケット、 プローブ・ウィンドウ、 トランスジューサ、135:モータ、 光学エンコーダ。 FIG、 2
Claims (5)
- (1)電気パルスを供給する送信エレクトロニクスと、 電気信号を受信する受信エレクトロニクス と、 電気パルスを超音波エネルギへ、超音波エ ネルギを電気信号に変換するトランスジューサと、 前記トランスジューサは前記送信エレクト ロニクスと接続し、前記電気パルスを受け、前記受信エ
レクトロニクスと接続し、前記電気信号を供給し、 前記トランスジューサを支持する本体と、 前記トランスジューサの上下方向位置は前 記本体を移動させることによって制御され、前記トラン
スジューサを封入する容器手段 と、 前記容器手段は前記本体と固定的に設置さ れ、前記トランスジューサを備えた流体が封入されるチ
ャンバを画定し、前記容器手段は、また、前記本体に取
付けられたウィンドウを備え、 前記ウィンドウは実質的に前記超音波エネ ルギを送り、 前記本体と相対的に前記トランスジューサ を移動させる駆動手段と、前記トランスジューサから照
射される前記超音波エネルギが前記本体と関連して走査
され、前記チャンバ内に収納された流体より成ることを
特徴とする超音波システム。 - (2)特許請求の範囲第1項記載の超音波システムにお
いて、前記流体は1−ブタノールとグリセロールの混合
物を含むことを特徴とする。 - (3)特許請求の範囲第2項記載の超音波システムにお
いて、前記グリセロールに対する1−ブタノールの比率
は23%から37%の間であることを特徴とする。 - (4)特許請求の範囲第2項または第3項記載の超音波
システムにおいて、前記流体はさらに2−ヒドロキシエ
チルエーテルを含むことを特徴とする。 - (5)特許請求の範囲第2項記載の超音波システムにお
いて、所望の減衰度を得るため、2−ヒドロキシエチル
エーテルを前記流体の混合物に添加することを特徴とす
る。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US24612688A | 1988-09-16 | 1988-09-16 | |
| US246,126 | 1988-09-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02116356A true JPH02116356A (ja) | 1990-05-01 |
Family
ID=22929406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23834189A Pending JPH02116356A (ja) | 1988-09-16 | 1989-09-13 | 超音波システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0359546B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02116356A (ja) |
| DE (1) | DE68908307T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE179015T1 (de) * | 1992-09-24 | 1999-04-15 | Siemens Ag | Intrakavitäre ultraschallsonde |
| EP0749722A3 (en) * | 1995-06-22 | 1997-04-16 | Hewlett Packard Co | Portable rotary ultrasound transducer |
| GB2457240B (en) | 2008-02-05 | 2013-04-10 | Fujitsu Ltd | Ultrasound probe device and method of operation |
| WO2013139849A1 (en) | 2012-03-20 | 2013-09-26 | Alstom Technology Ltd | Ultrasonic ndt sensor arrangement and method for inspecting surfaces of variable geometry of metal bodies |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4194510A (en) * | 1978-06-15 | 1980-03-25 | Second Foundation, Inc. | Ultrasonic focusing system |
| GB2149916A (en) * | 1983-11-16 | 1985-06-19 | Britoil Plc | Buoyant seismic streamer array |
| EP0455273B1 (en) * | 1984-08-30 | 1996-10-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic transducers for medical diagnostic examinations |
-
1989
- 1989-09-13 JP JP23834189A patent/JPH02116356A/ja active Pending
- 1989-09-13 EP EP19890309295 patent/EP0359546B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-09-13 DE DE1989608307 patent/DE68908307T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0359546A3 (en) | 1990-05-02 |
| DE68908307T2 (de) | 1994-03-17 |
| DE68908307D1 (de) | 1993-09-16 |
| EP0359546B1 (en) | 1993-08-11 |
| EP0359546A2 (en) | 1990-03-21 |
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