JPH03118048A - 超音波診断装置 - Google Patents
超音波診断装置Info
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- JPH03118048A JPH03118048A JP1255135A JP25513589A JPH03118048A JP H03118048 A JPH03118048 A JP H03118048A JP 1255135 A JP1255135 A JP 1255135A JP 25513589 A JP25513589 A JP 25513589A JP H03118048 A JPH03118048 A JP H03118048A
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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
- G01S15/8929—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a three-dimensional transducer configuration
-
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- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
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-
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of 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、振動子素子を二次元方向に面状に配列して成
る探触子を有しこの探触子からの超音波ビームの送受信
方向を二次元方向に走査して被検体内の三次元情報を収
集する超音波診断装置に関し、特に探触子の部品点数及
び信号線等の数を削減して信頼性の向上及び画質の改善
並びにコスト低下を図ることができる超音波診断装置に
関する。
る探触子を有しこの探触子からの超音波ビームの送受信
方向を二次元方向に走査して被検体内の三次元情報を収
集する超音波診断装置に関し、特に探触子の部品点数及
び信号線等の数を削減して信頼性の向上及び画質の改善
並びにコスト低下を図ることができる超音波診断装置に
関する。
超音波診断装置は、超音波を被検体内に発射した際発生
する反射エコーを検出し画像化して診断するもので、そ
の最近の進歩及び普及は著しい。
する反射エコーを検出し画像化して診断するもので、そ
の最近の進歩及び普及は著しい。
そして、このような超音波診断装置の普及は、その走査
に熟練を要しない電子走査方式の装置が実用化されたた
めである。
に熟練を要しない電子走査方式の装置が実用化されたた
めである。
従来から広く用いられている電子リニア走査型超音波診
断装置は、第１８図に示すように、幅の狭い短冊状に形
成された振動子素子１を列状に多数配列して成る探触子
２を用い、上記各振動子素子１，１．・・・にそれぞれ
接続された電子スイッチ３．３．・・・により、特定の
一群の振動子素子１゜１、・・・のみ選択して、送受信
部に接続するようになっていた。このようにして選択さ
れる一群の振動子素子１，１．・・・を順次移動させる
毎に、送信パルス発生器４から各振動子素子１に高電圧
パルスを印加して超音波ビームを被検体５内に打出し。
断装置は、第１８図に示すように、幅の狭い短冊状に形
成された振動子素子１を列状に多数配列して成る探触子
２を用い、上記各振動子素子１，１．・・・にそれぞれ
接続された電子スイッチ３．３．・・・により、特定の
一群の振動子素子１゜１、・・・のみ選択して、送受信
部に接続するようになっていた。このようにして選択さ
れる一群の振動子素子１，１．・・・を順次移動させる
毎に、送信パルス発生器４から各振動子素子１に高電圧
パルスを印加して超音波ビームを被検体５内に打出し。
目的部位６からの反射エコーを同じ振動子素子１゜１、
・・・群で受信し、この受信したエコー信号を増幅器７
で増幅する。この増幅器７からの出力信号は検波器８へ
入力し、この検波器８により上記エコー信号の振幅に相
当する信号を検出する。そして、この検波器８からの出
力信号は表示装置９へ入力し、この表示装置９において
は上記入力した信号の強度により超音波ビームの発射位
置と反射エコーの位置に相当する位置の輝度変調が施さ
れるようになっている。これにより、上記表示装置９に
は、被検体５内の二次元断層像が表示される。
・・・群で受信し、この受信したエコー信号を増幅器７
で増幅する。この増幅器７からの出力信号は検波器８へ
入力し、この検波器８により上記エコー信号の振幅に相
当する信号を検出する。そして、この検波器８からの出
力信号は表示装置９へ入力し、この表示装置９において
は上記入力した信号の強度により超音波ビームの発射位
置と反射エコーの位置に相当する位置の輝度変調が施さ
れるようになっている。これにより、上記表示装置９に
は、被検体５内の二次元断層像が表示される。
なお、上記の一連の動作は、制御器１ｏの制御によって
行われるようになっていた。
行われるようになっていた。
以上の電子リニア走査型超音波診断装置の他に、超音波
ビームの走査方法により、電子カーブドリニア走査（コ
ンベックス走査）型超音波診断装置及び電子セクタ走査
型超音波診断装置などのリアルタイムで被検体内の断層
像が１１察できる装置が実用化されているが、いずれも
被検体内の任意の一断面のみの情報しか得られず、他の
断面についての情報を得るためには、探触子２（第１８
図参照）を体表面に当てる位置または方向を変えなけれ
ばならず、操作が複雑となるものであった。また、同時
にリアルタイムで二断面以上の情報を得ること、あるい
は三次元の立体情報を得ることは不可能であった。
ビームの走査方法により、電子カーブドリニア走査（コ
ンベックス走査）型超音波診断装置及び電子セクタ走査
型超音波診断装置などのリアルタイムで被検体内の断層
像が１１察できる装置が実用化されているが、いずれも
被検体内の任意の一断面のみの情報しか得られず、他の
断面についての情報を得るためには、探触子２（第１８
図参照）を体表面に当てる位置または方向を変えなけれ
ばならず、操作が複雑となるものであった。また、同時
にリアルタイムで二断面以上の情報を得ること、あるい
は三次元の立体情報を得ることは不可能であった。
このような問題点に対して、小さな四角形に形成した多
数の振動子素子を二次元方向に面状に配列したいわゆる
二次元アレーによる探触子を用い、特定の１個あるいは
複数個の振動子素子を選択して動作させ、超音波ビーム
の送受信方向を二次元方向に走査することが提案されて
いる。この二次元アレーによる探触子については、［ア
イ・イー・イー・イー トランザクション オン ソニ
ックス アンド ウルトラソニックス、ニスニー２５（
１９７８年９月） Ｊ （ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ、５
ｏｎｉｃｓ ａｎｄυ１ｔｒａｓｏｎｉｃｓ、５Ｏ−５
（Ｓｅｐ、１９７ｇ））第２７３頁から第２８０頁にお
いて論じられており、第１９図に示すように、圧電材料
を小さな四角形に分割して形成した振動子素子１１を、
二次元方向に面状に配列して探触子１２が形成されてい
る。そして、上記面状に配列された振動子素子１１の各
々には、リード線１３がそれぞれ接続されており、これ
らのリード線１３には二次元方向に並んだ電子スイッチ
１４がそれぞれ接続してあり、これらの電子スイッチ１
４からは多数列のリード線１５，１５゜・・・が伸びて
いる。さらに、例えば図上斜線を付して示す成る特定の
行りに属する振動子素子１１゜１１、・・・に対応する
電子スイッチ１４を選択して閉じることにより、上記特
定の行りに属する振動子素子１１，１１．・・・を上記
のリード線１５，１５、・・・に接続できる構成とされ
ている。
数の振動子素子を二次元方向に面状に配列したいわゆる
二次元アレーによる探触子を用い、特定の１個あるいは
複数個の振動子素子を選択して動作させ、超音波ビーム
の送受信方向を二次元方向に走査することが提案されて
いる。この二次元アレーによる探触子については、［ア
イ・イー・イー・イー トランザクション オン ソニ
ックス アンド ウルトラソニックス、ニスニー２５（
１９７８年９月） Ｊ （ＩＥＥＥ、Ｔｒａｎｓ、５
ｏｎｉｃｓ ａｎｄυ１ｔｒａｓｏｎｉｃｓ、５Ｏ−５
（Ｓｅｐ、１９７ｇ））第２７３頁から第２８０頁にお
いて論じられており、第１９図に示すように、圧電材料
を小さな四角形に分割して形成した振動子素子１１を、
二次元方向に面状に配列して探触子１２が形成されてい
る。そして、上記面状に配列された振動子素子１１の各
々には、リード線１３がそれぞれ接続されており、これ
らのリード線１３には二次元方向に並んだ電子スイッチ
１４がそれぞれ接続してあり、これらの電子スイッチ１
４からは多数列のリード線１５，１５゜・・・が伸びて
いる。さらに、例えば図上斜線を付して示す成る特定の
行りに属する振動子素子１１゜１１、・・・に対応する
電子スイッチ１４を選択して閉じることにより、上記特
定の行りに属する振動子素子１１，１１．・・・を上記
のリード線１５，１５、・・・に接続できる構成とされ
ている。
このとき、上記特定の行りに配列された振動ヲ素子１１
，１１．・・・群のうち、隣接するいくつ力の振動子素
子１１から成るグループのみが超音訳の送受信を行うよ
うに電子スイッチ１４が閉じると共に、これらの振動子
素子１１からの信号に目整相回路１６によって遅延を与
えることにより、超音波ビームの収束作用を持たせるこ
とができるさらに、上記超音波の送受信を行う振動子素
子１１のグループの位置を、上記電子スイッチ１４の開
閉制御を１ステツプずつ並進して移動させることにより
、超音波ビームの電子リニア走査を行うことができる。
，１１．・・・群のうち、隣接するいくつ力の振動子素
子１１から成るグループのみが超音訳の送受信を行うよ
うに電子スイッチ１４が閉じると共に、これらの振動子
素子１１からの信号に目整相回路１６によって遅延を与
えることにより、超音波ビームの収束作用を持たせるこ
とができるさらに、上記超音波の送受信を行う振動子素
子１１のグループの位置を、上記電子スイッチ１４の開
閉制御を１ステツプずつ並進して移動させることにより
、超音波ビームの電子リニア走査を行うことができる。
この電子リニア走査の様子を示すと第２０図のようにな
る。すなわち、小さな四角形の振動子素子１１を二次元
方向に面状に配列して成る探触子１２において、超音波
ビームＡを例えばＸ方向の第１行ｘ１に沿って移動させ
ることにより、第一の電子リニア走査が実施される。次
に、第１９図に示す電子スイッチ１４の開閉する位置を
例えばＸ方向に微小距離だけ移動させ、超音波ビームＡ
をＸ方向の第２行ｘ２に沿って移動させることにより、
第二の電子リニア走査が実施される。このような動作を
Ｘ方向に微小距離だけ順次移動させながら超音波ビーム
ＡをＸ方向に移動させることにより二次元方向の走査と
なり、超音波断層像ＢをＸ方向に多数重ね合わせたもの
が得られ、被検体の三次元の超音波情報が得られる。
る。すなわち、小さな四角形の振動子素子１１を二次元
方向に面状に配列して成る探触子１２において、超音波
ビームＡを例えばＸ方向の第１行ｘ１に沿って移動させ
ることにより、第一の電子リニア走査が実施される。次
に、第１９図に示す電子スイッチ１４の開閉する位置を
例えばＸ方向に微小距離だけ移動させ、超音波ビームＡ
をＸ方向の第２行ｘ２に沿って移動させることにより、
第二の電子リニア走査が実施される。このような動作を
Ｘ方向に微小距離だけ順次移動させながら超音波ビーム
ＡをＸ方向に移動させることにより二次元方向の走査と
なり、超音波断層像ＢをＸ方向に多数重ね合わせたもの
が得られ、被検体の三次元の超音波情報が得られる。
そして、上記の電子リニア走査で得られた反射エコー信
号は、第１９図に示す信号処理回路１７を介して図示外
の表示装置に導かれるようになっている。
号は、第１９図に示す信号処理回路１７を介して図示外
の表示装置に導かれるようになっている。
上述の第１９図に示した二次元アレーによる探触子１２
により二次元方向の電子リニア走査を実現するためには
、第２１図に示すように、二次元方向に面状に配列され
た小さな四角形の振動子素子１１，１１．・・・の各々
にリード線１３を接続すると共に、これらのリード線１
３のそれぞれに電子スイッチ１４ａを１個ずつ接続しな
ければならない。そして、上記多数のリード線１３，１
３゜・・・と電子スイッチ１４ ａ’＋ １４ ａ ＋
・・・とを振動子素子１１，１１．・・・の背面側に配
置するためには上記各電子スイッチ１４ａは、その断面
形状が一つの振動子素子１１と同じくらい小さいものが
要求される。これを実現するため、第２２図に示すよう
に、電子スイッチ１４ａの集合体をＭＯＳ ＦＥＴスイ
ッチＱを多数用いても小さくなるように集積回路で構成
して上記振動子素子１１，１１．・・・の背面側に設け
、その制御線Ｖｘ□ｔＶＸ２ 、Ｖｘ、 ｊ・・・；Ｖ
Ｙｉ＋Ｖｙ２ ｔｖｙｚ ｐ・・・と振動子素子１１，
１１．・・・とを選択接続した後の信号線のみの少数の
信号線１８を、探触子１２から送信器１９と受信器２０
とに導く構成とされている。
により二次元方向の電子リニア走査を実現するためには
、第２１図に示すように、二次元方向に面状に配列され
た小さな四角形の振動子素子１１，１１．・・・の各々
にリード線１３を接続すると共に、これらのリード線１
３のそれぞれに電子スイッチ１４ａを１個ずつ接続しな
ければならない。そして、上記多数のリード線１３，１
３゜・・・と電子スイッチ１４ ａ’＋ １４ ａ ＋
・・・とを振動子素子１１，１１．・・・の背面側に配
置するためには上記各電子スイッチ１４ａは、その断面
形状が一つの振動子素子１１と同じくらい小さいものが
要求される。これを実現するため、第２２図に示すよう
に、電子スイッチ１４ａの集合体をＭＯＳ ＦＥＴスイ
ッチＱを多数用いても小さくなるように集積回路で構成
して上記振動子素子１１，１１．・・・の背面側に設け
、その制御線Ｖｘ□ｔＶＸ２ 、Ｖｘ、 ｊ・・・；Ｖ
Ｙｉ＋Ｖｙ２ ｔｖｙｚ ｐ・・・と振動子素子１１，
１１．・・・とを選択接続した後の信号線のみの少数の
信号線１８を、探触子１２から送信器１９と受信器２０
とに導く構成とされている。
上述の第２２図に示した構成を実現した探触子１２の具
体的な構造を示すと第２３図のようになる。すなわち、
大きな一枚の圧電材料２１の片面側に、狭い幅の切断溝
２２，２２．・・・を縦横に入れ、多数の小さな四角形
に分割して振動子素子１１．１１．・・・を形成してい
る。二九らの振動子素子１１，１１．・・・の両面には
、共通電極２３と信号電極２４とが対向して設けられ、
上記共通電極２３は接地され、これに対向する信号電極
２４の各々にはその電極パッド２５に対して接触コネク
タ２６が、振動子素子１１，１１．・・・の支持材とな
る吸音材２７を貫通して接続されている。そして、この
接触コネクタ２６に対して、ガラス板２８上に設けたシ
リコン基板２９上に形成された多数の電子スイッチ３０
，３０．・・・の端子を接続すると共に、上記電子スイ
ッチ３０，３０．・・・の制御線及び信号の出力線は外
部への引出しリード３１に接続されており、この引出し
リード３１を介して外部へ導出されるようになっている
。
体的な構造を示すと第２３図のようになる。すなわち、
大きな一枚の圧電材料２１の片面側に、狭い幅の切断溝
２２，２２．・・・を縦横に入れ、多数の小さな四角形
に分割して振動子素子１１．１１．・・・を形成してい
る。二九らの振動子素子１１，１１．・・・の両面には
、共通電極２３と信号電極２４とが対向して設けられ、
上記共通電極２３は接地され、これに対向する信号電極
２４の各々にはその電極パッド２５に対して接触コネク
タ２６が、振動子素子１１，１１．・・・の支持材とな
る吸音材２７を貫通して接続されている。そして、この
接触コネクタ２６に対して、ガラス板２８上に設けたシ
リコン基板２９上に形成された多数の電子スイッチ３０
，３０．・・・の端子を接続すると共に、上記電子スイ
ッチ３０，３０．・・・の制御線及び信号の出力線は外
部への引出しリード３１に接続されており、この引出し
リード３１を介して外部へ導出されるようになっている
。
しかし、第１９図及び第２３図に示したような従来の二
次元アレーによる探触子１２においては、多数の振動子
素子１１，１１．・・・に対する送受信信号の切り換え
に多数の電子スイッチ１４ａまたは３０を必要とすると
共に、多数の制御線及び信号線並びにリード線１３．３
１を要し、部品点数が多くなると共に構造も複雑となる
ものであった６また、多数の振動子素子１１，１１．・
・・を支持する吸音材２７（第２３図参照）の厚さが制
限されると共に、その材質は変形の小さいものに制限さ
れることから、吸音特性のよい材料を自由に選択するこ
とができず、性能向上を十分に図ることができないもの
であった０以上のように、探触子１２の部品点数及び信
号線等の数が多く構造も複雑であることから製造コスト
が高くなると共に、信頼性も低下し、さらに超音波診断
装置で得られる画像も劣化することがあった。
次元アレーによる探触子１２においては、多数の振動子
素子１１，１１．・・・に対する送受信信号の切り換え
に多数の電子スイッチ１４ａまたは３０を必要とすると
共に、多数の制御線及び信号線並びにリード線１３．３
１を要し、部品点数が多くなると共に構造も複雑となる
ものであった６また、多数の振動子素子１１，１１．・
・・を支持する吸音材２７（第２３図参照）の厚さが制
限されると共に、その材質は変形の小さいものに制限さ
れることから、吸音特性のよい材料を自由に選択するこ
とができず、性能向上を十分に図ることができないもの
であった０以上のように、探触子１２の部品点数及び信
号線等の数が多く構造も複雑であることから製造コスト
が高くなると共に、信頼性も低下し、さらに超音波診断
装置で得られる画像も劣化することがあった。
そこで、本発明は、このような問題点を解決し、探触子
の部品点数及び信号線等の数を削減して信頼性の向上及
び画質の改善並びにコスト低下を図ることができる超音
波診断装置を提供することを目的とする。
の部品点数及び信号線等の数を削減して信頼性の向上及
び画質の改善並びにコスト低下を図ることができる超音
波診断装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために１本発明による超音波診断
装置は、超音波を送受信する振動子素子を二次元方向に
面状に配列してなる探触子を有し。
装置は、超音波を送受信する振動子素子を二次元方向に
面状に配列してなる探触子を有し。
この探触子を駆動して超音波ビームを送受信すると共に
、その送受信方向を二次元方向に走査して被検体内の三
次元情報を収集する超音波診断装置において、上記探触
子は、バイアス電界により圧電性が誘起される電歪材料
を小片に分割して振動子素子を形成し、これら複数の振
動子素子を二次元方向に面状に配列すると共に、この振
動子素子の両面には電極を設けて構成し、この探触子の
振動子素子を一方向に沿って動作させる選択位置を移動
させるためのバイアス電圧を選択的に印加する手段を設
けると共に、上記移動方向と異なる方向にて各振動子素
子の電極に接続されたスイッチの開閉により超音波ビー
ムの走査を制御する手段を設けたものである。
、その送受信方向を二次元方向に走査して被検体内の三
次元情報を収集する超音波診断装置において、上記探触
子は、バイアス電界により圧電性が誘起される電歪材料
を小片に分割して振動子素子を形成し、これら複数の振
動子素子を二次元方向に面状に配列すると共に、この振
動子素子の両面には電極を設けて構成し、この探触子の
振動子素子を一方向に沿って動作させる選択位置を移動
させるためのバイアス電圧を選択的に印加する手段を設
けると共に、上記移動方向と異なる方向にて各振動子素
子の電極に接続されたスイッチの開閉により超音波ビー
ムの走査を制御する手段を設けたものである。
また、上記探触子の複数の振動子素子の両面に設けられ
た電極のうち、一方の面の電極は接地し、他方の面の電
極には、一方向に沿った複数の列の各々において共通の
信号線を接続すると共に、上記一方向と直交する方向の
複数の行の各々において共通のバイアス電圧を印加する
制御線を高インピーダンスを介して接続すると効果的で
ある。
た電極のうち、一方の面の電極は接地し、他方の面の電
極には、一方向に沿った複数の列の各々において共通の
信号線を接続すると共に、上記一方向と直交する方向の
複数の行の各々において共通のバイアス電圧を印加する
制御線を高インピーダンスを介して接続すると効果的で
ある。
さらに、上記探触子の複数の振動子素子を、半円弧状柱
体の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸方向との二方向
に配列してもよい。
体の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸方向との二方向
に配列してもよい。
この場合、上記探触子の駆動による超音波ビームの送受
信を制御して、直交二手面における走査面により被検体
のバイプレーン断層像を得るようにすると効果的である
。
信を制御して、直交二手面における走査面により被検体
のバイプレーン断層像を得るようにすると効果的である
。
また、上記探触子の複数の振動子素子を、円柱状体の曲
面の円周方向と上記柱状体の中心軸方向との二方向に曲
面状に配列してもよい。
面の円周方向と上記柱状体の中心軸方向との二方向に曲
面状に配列してもよい。
このように構成された超音波診断装置は、バイアス電界
により圧電性が誘起される電歪材料を小片に分割して振
動子素子を形成し、これら複数の振動子素子を二次元方
向に面状に配列すると共に、上記振動子素子の両面には
電極を設けて構成された探触子について、電圧印加手段
により上記探触子の振動子素子を一方向に沿って動作さ
せる選択位置を移動させるためのバイアス電圧を選択的
に印加し、走査制御手段で上記移動方向と異なる方向に
て各振動子素子の電極に接続されたスイッチを開閉して
超音波ビームの走査を制御するように動作する。これに
より、上記探触子からの超音波ビームの送受信方向を二
次元方向に走査して被検体内の三次元情報を収集するこ
とができる。
により圧電性が誘起される電歪材料を小片に分割して振
動子素子を形成し、これら複数の振動子素子を二次元方
向に面状に配列すると共に、上記振動子素子の両面には
電極を設けて構成された探触子について、電圧印加手段
により上記探触子の振動子素子を一方向に沿って動作さ
せる選択位置を移動させるためのバイアス電圧を選択的
に印加し、走査制御手段で上記移動方向と異なる方向に
て各振動子素子の電極に接続されたスイッチを開閉して
超音波ビームの走査を制御するように動作する。これに
より、上記探触子からの超音波ビームの送受信方向を二
次元方向に走査して被検体内の三次元情報を収集するこ
とができる。
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示すブ
ロック図である。この超音波診断装置は、探触子からの
超音波ビームの送受信方向を二次元方向に走査して被検
体内の三次元情報を収集するもので、第１図に示すよう
に、探触子３５と、送波回路３６と、整相回路３７と、
可変利得増幅器３８と、検波器３９と、ディジタルスキ
ャンコンバータ（以下ｒＤＳＣＪと略称する）４０と、
表示装置４１と、制御回路４２とを備えている。
ロック図である。この超音波診断装置は、探触子からの
超音波ビームの送受信方向を二次元方向に走査して被検
体内の三次元情報を収集するもので、第１図に示すよう
に、探触子３５と、送波回路３６と、整相回路３７と、
可変利得増幅器３８と、検波器３９と、ディジタルスキ
ャンコンバータ（以下ｒＤＳＣＪと略称する）４０と、
表示装置４１と、制御回路４２とを備えている。
上記探触子３５は、該探触子３５からの超音波ビームの
送受信方向を二次元方向に走査するもので、超音波を送
受信する振動子素子を二次元方向に面状に配列して構成
されている。送波回路３６は、上記探触子３５に対して
送波パルスを送出するもので、例えばＱ個のパルス発生
器を有しており、各チャンネル毎に任意の遅延時間を与
えることにより、探触子３５の前方の特定距離に超音波
ビームを収束させることができるようになっている。整
相回路３７は、上記探触子３５で受信した例えばΩチャ
ンネルの反射エコーの信号（エコー信号）を入力して、
そのエコー信号に所定の遅延時間を与えて特定の位置の
信号に鋭い指向特性を与えるものである。なお、上記送
波回路３６及び整相回路３７の各チャンネルに与えるべ
き遅延時間は、後述の制御回路４２により制御されるよ
うになっている。可変利得増幅器３８は、上記整相回路
３７からの出力信号を入力して、その信号が被検体内か
らの反射エコーが発生する部位が深くなる程弱くなるの
を補正するため、時間の経過と共に利得を大きくするも
のである。検波器３９は、上記可変利得増幅器３８から
の出力信号を入力して、エコー信号の振幅を検出するも
のである。また、ＤＳＣ４０は、上記検波器３９からの
出力信号を入力して、アナログ信号をディジタル信号に
変換すると共に画像メモリに書き込み、この画像メモリ
から読み出した画像データを標準テレビ信号に変換して
出力するものである。さらに１表示装置４１は、上記Ｄ
ＳＣ４０からの出力信号を入力して、被検体内に打ち出
した超音波ビームの反射エコーから形成される断層像を
表示するものである。そして、制御回路４２は、上記の
送波回路３６、整相回路３７、可変利得増幅器３８及び
ＤＳＣ４０の一連の動作を制御するものである。
送受信方向を二次元方向に走査するもので、超音波を送
受信する振動子素子を二次元方向に面状に配列して構成
されている。送波回路３６は、上記探触子３５に対して
送波パルスを送出するもので、例えばＱ個のパルス発生
器を有しており、各チャンネル毎に任意の遅延時間を与
えることにより、探触子３５の前方の特定距離に超音波
ビームを収束させることができるようになっている。整
相回路３７は、上記探触子３５で受信した例えばΩチャ
ンネルの反射エコーの信号（エコー信号）を入力して、
そのエコー信号に所定の遅延時間を与えて特定の位置の
信号に鋭い指向特性を与えるものである。なお、上記送
波回路３６及び整相回路３７の各チャンネルに与えるべ
き遅延時間は、後述の制御回路４２により制御されるよ
うになっている。可変利得増幅器３８は、上記整相回路
３７からの出力信号を入力して、その信号が被検体内か
らの反射エコーが発生する部位が深くなる程弱くなるの
を補正するため、時間の経過と共に利得を大きくするも
のである。検波器３９は、上記可変利得増幅器３８から
の出力信号を入力して、エコー信号の振幅を検出するも
のである。また、ＤＳＣ４０は、上記検波器３９からの
出力信号を入力して、アナログ信号をディジタル信号に
変換すると共に画像メモリに書き込み、この画像メモリ
から読み出した画像データを標準テレビ信号に変換して
出力するものである。さらに１表示装置４１は、上記Ｄ
ＳＣ４０からの出力信号を入力して、被検体内に打ち出
した超音波ビームの反射エコーから形成される断層像を
表示するものである。そして、制御回路４２は、上記の
送波回路３６、整相回路３７、可変利得増幅器３８及び
ＤＳＣ４０の一連の動作を制御するものである。
ここで１本発明においては、上記探触子３５は。
バイアス電界により圧電性が誘起される電歪材料を小片
に分割して振動子素子を形成し、これら複数の振動子素
子を二次元方向に面状に配列すると共に、上記振動子素
子の両面には電極を設けて構成され、この探触子３５の
振動子素子を一方向に沿って動作させる選択位置を移動
させるためのバイアス電圧を選択的に印加する手段が設
けられると共に、上記移動方向と異なる方向にて各振動
子素子の電極に接続されたスイッチの開閉により超音波
ビームの走査を制御する手段が設けられている。
に分割して振動子素子を形成し、これら複数の振動子素
子を二次元方向に面状に配列すると共に、上記振動子素
子の両面には電極を設けて構成され、この探触子３５の
振動子素子を一方向に沿って動作させる選択位置を移動
させるためのバイアス電圧を選択的に印加する手段が設
けられると共に、上記移動方向と異なる方向にて各振動
子素子の電極に接続されたスイッチの開閉により超音波
ビームの走査を制御する手段が設けられている。
まず、上記探触子３５の振動子素子を形成する電歪材料
について説明する。この電歪材料は、バイアス電界によ
り圧電性が誘起されてその電気音響変換効率を制御でき
るもので、例えば緩和型強誘電体のＰＭＮ−ＰＴ系のセ
ラミックからなる。
について説明する。この電歪材料は、バイアス電界によ
り圧電性が誘起されてその電気音響変換効率を制御でき
るもので、例えば緩和型強誘電体のＰＭＮ−ＰＴ系のセ
ラミックからなる。
ここで、ＰＭＮは、
Ｐｂ （ＭｇＡＮｂ％）Ｏｌ
の化学式で表わされる物質を指し、ＰＴは、Ｐ ｂ Ｔ
ｉ Ｏ。
ｉ Ｏ。
の化学式で表わされる物質（チタン酸鉛）を指している
。このＰＭＮ−ＰＴ系のセラミックからなる電歪材料に
ついては、第７回強誘電体応用会議（平成元年５月３１
日〜６月２日）の予稿集において詳述されており、次の
ような特性を有している。
。このＰＭＮ−ＰＴ系のセラミックからなる電歪材料に
ついては、第７回強誘電体応用会議（平成元年５月３１
日〜６月２日）の予稿集において詳述されており、次の
ような特性を有している。
すなわち、ＰＭＮ−ＰＴ系のセラミックにおいて、 Ｐ
ｂＴｘＯｉ （チタン酸鉛 以下ｒＰＴＪと略記する）
が０〜１５モル％までの試料について室温で測定された
電界−分極ヒステリシス曲線は、第２図（ａ）〜（ｄ）
のようになる、この実験結果に示されているように、Ｐ
Ｔが１０％近傍ではヒステリシスが小さく、比較的小さ
な電界強度Ｅで強誘電相と同程度の分極Ｐが誘起されて
いることがわかる。そして、このＰＭＮ−ＰＴ系のセラ
ミックからなる電歪材料を超音波診断装置の探触子に応
用する場合の実用性を考慮すると、印加できる電圧に対
し４００Ｖ／ ｗｍ以下のバイアス電界強度で誘起され
る電気機械結合係数Ｋｔの評価を行えばよい。
ｂＴｘＯｉ （チタン酸鉛 以下ｒＰＴＪと略記する）
が０〜１５モル％までの試料について室温で測定された
電界−分極ヒステリシス曲線は、第２図（ａ）〜（ｄ）
のようになる、この実験結果に示されているように、Ｐ
Ｔが１０％近傍ではヒステリシスが小さく、比較的小さ
な電界強度Ｅで強誘電相と同程度の分極Ｐが誘起されて
いることがわかる。そして、このＰＭＮ−ＰＴ系のセラ
ミックからなる電歪材料を超音波診断装置の探触子に応
用する場合の実用性を考慮すると、印加できる電圧に対
し４００Ｖ／ ｗｍ以下のバイアス電界強度で誘起され
る電気機械結合係数Ｋｔの評価を行えばよい。
第３図（ａ）〜（ｃ）は、ＰＴが１０モル％の材料を７
０℃に保持した後に、（ａ）１４℃、 （ｂ）２２℃、
（ｃ）４１℃の各室温で直流バイアス電圧を増加、減
少させたときの電気機械結合係数Ｋｔの変化を示したも
のである。同図（ａ）ではバイアス電圧の印加によりＫ
ｔが残留することがら強誘電相と言われ、同図（Ｃ）で
はバイアスの電圧の印加によってもＫｔの残留がないこ
とがら常誘電相と言われている。また、同図（ｂ）では
上記（ａ）と（ｃ）の両相の中間状態にある。このよう
に、室温近傍において相転移温度をもつ緩和型強誘電体
を用いた電歪材料は、温度により電気機械結合係数Ｋｔ
が大きく変化するので、実用上は温度によりこのような
Ｋｔの変化が生じないものが必要である。このような点
を考慮しなから探触子材料の最適組成について検討する
と、探触子に用いる電歪材料として適した組成を知るた
めには、ＰＴが１０モル％付近の組成についての特性を
見ればよい。そして、バイアス電圧により電気音響変換
効率を制御する探触子においては、第３図（Ｃ）のよう
に、電気機械結合係数Ｋｔの残留の無い特性が、使用さ
れる周囲温度の範囲内において得られることが望まれる
。
０℃に保持した後に、（ａ）１４℃、 （ｂ）２２℃、
（ｃ）４１℃の各室温で直流バイアス電圧を増加、減
少させたときの電気機械結合係数Ｋｔの変化を示したも
のである。同図（ａ）ではバイアス電圧の印加によりＫ
ｔが残留することがら強誘電相と言われ、同図（Ｃ）で
はバイアスの電圧の印加によってもＫｔの残留がないこ
とがら常誘電相と言われている。また、同図（ｂ）では
上記（ａ）と（ｃ）の両相の中間状態にある。このよう
に、室温近傍において相転移温度をもつ緩和型強誘電体
を用いた電歪材料は、温度により電気機械結合係数Ｋｔ
が大きく変化するので、実用上は温度によりこのような
Ｋｔの変化が生じないものが必要である。このような点
を考慮しなから探触子材料の最適組成について検討する
と、探触子に用いる電歪材料として適した組成を知るた
めには、ＰＴが１０モル％付近の組成についての特性を
見ればよい。そして、バイアス電圧により電気音響変換
効率を制御する探触子においては、第３図（Ｃ）のよう
に、電気機械結合係数Ｋｔの残留の無い特性が、使用さ
れる周囲温度の範囲内において得られることが望まれる
。
次に、第４図は上記の電歪材料に４００Ｖ／ ｍｍのバ
イアス電界強度を加えた後に残留する電気機械結合係数
Ｋｔとその電歪材料中のＰＴのモル濃度との関係を、温
度をパラメータとして示したものである。これかられか
るように、上記電歪材料中のＰＴのモル濃度を９モル％
以下の組成にすると。
イアス電界強度を加えた後に残留する電気機械結合係数
Ｋｔとその電歪材料中のＰＴのモル濃度との関係を、温
度をパラメータとして示したものである。これかられか
るように、上記電歪材料中のＰＴのモル濃度を９モル％
以下の組成にすると。
２０℃〜４０℃の温度においてＫｔの残留が無いものに
することができる。また、第５図は上記の電歪材料に４
００Ｖ／ｉｎのバイアス電界強度を加えて誘起される電
気機械結合係数Ｋｔとその電歪材料中のＰＴのモル濃度
との関係を、温度をパラメータとして示したものである
０以上の第４図と第５図とから、２０℃〜４０℃の温度
範囲において）よ、Ｋｔの残留が無く且つ強電界強度に
おいて最も大きなＫｔが得られるのは、ＰＴが９モル％
のときであることがわかる。例えば、温度２０℃で４０
０Ｖ／ ｒｒｍのバイアス電界強度を加えたときのＫｔ
は０．５となり、現用の超音波診断装置で用いられてい
る圧電材料としてのＰＺＴと同じ特性が得られるので、
それと同程度の感度となると考えられる。以上のことか
ら、適切な組成のＰＭＮ−ＰＴ系のセラミックで作成し
た電歪材料を用いることにより、バイアス電界により電
気音響変換効率を制御できる探触子が実現できることが
わかる。
することができる。また、第５図は上記の電歪材料に４
００Ｖ／ｉｎのバイアス電界強度を加えて誘起される電
気機械結合係数Ｋｔとその電歪材料中のＰＴのモル濃度
との関係を、温度をパラメータとして示したものである
０以上の第４図と第５図とから、２０℃〜４０℃の温度
範囲において）よ、Ｋｔの残留が無く且つ強電界強度に
おいて最も大きなＫｔが得られるのは、ＰＴが９モル％
のときであることがわかる。例えば、温度２０℃で４０
０Ｖ／ ｒｒｍのバイアス電界強度を加えたときのＫｔ
は０．５となり、現用の超音波診断装置で用いられてい
る圧電材料としてのＰＺＴと同じ特性が得られるので、
それと同程度の感度となると考えられる。以上のことか
ら、適切な組成のＰＭＮ−ＰＴ系のセラミックで作成し
た電歪材料を用いることにより、バイアス電界により電
気音響変換効率を制御できる探触子が実現できることが
わかる。
第６図は上述のＰＭＮ−ＰＴ系のセラミックからなる電
歪材料で構成した探触子についての実験結果を示すグラ
フである。この実験では、第７図に示すように、例えば
円板状の振動子４３を背面制動材４４の前面に接着して
なる探触子４５に、直流バイアス電圧を印加した状態で
励振パルス電圧を印加して超音波を水中に発射させ、平
坦な金属でできたほぼ完全な反射体４６からの反射エコ
ーを上記探触子４５で受信し、パルスエコー法による超
音波の送受信実験をしたものである。このときの探触子
４５に印加するバイアス電圧と該探触子４５による反射
エコーの受信電圧との関係は、第６図に示すように、バ
イアス電圧が零のときは受信電圧は零となり、バイアス
電圧を増加するに従い受信電圧は増加しており、上記探
触子４５の電気音響変換効率をバイアス電圧により制御
できることがわかる。
歪材料で構成した探触子についての実験結果を示すグラ
フである。この実験では、第７図に示すように、例えば
円板状の振動子４３を背面制動材４４の前面に接着して
なる探触子４５に、直流バイアス電圧を印加した状態で
励振パルス電圧を印加して超音波を水中に発射させ、平
坦な金属でできたほぼ完全な反射体４６からの反射エコ
ーを上記探触子４５で受信し、パルスエコー法による超
音波の送受信実験をしたものである。このときの探触子
４５に印加するバイアス電圧と該探触子４５による反射
エコーの受信電圧との関係は、第６図に示すように、バ
イアス電圧が零のときは受信電圧は零となり、バイアス
電圧を増加するに従い受信電圧は増加しており、上記探
触子４５の電気音響変換効率をバイアス電圧により制御
できることがわかる。
以上のことから、本発明においては、第１図に示す探触
子３５の振動子素子を形成する材料として、バイアス電
界により圧電性が誘起されてその電気音響変換効率が制
御できる電歪材料、例えば緩和型強誘電体のＰＭＮ−Ｐ
Ｔ系のセラミックを用い、第８図に示すように、上記電
歪材料を多数の／Ｊ％さな四角形に分割して振動子素子
４７．４７゜・・・を形成し、これら多数の振動子素子
４７，４７゜・・・を二次元方向に面状に配列すると共
に、これらの振動子素子４７，４７．・・・の両面には
電極４８゜４９を設けて探触子３５を構成している。上
記電極４８．４９のうち、前面側に設けた電極４８は共
通に接続して接地され、他方の背面側に設けた電極４９
にはそれぞれリード線５０が接続され、このリード線５
０を背面側の吸音材５１中を貫通して後方に取り出して
いる。
子３５の振動子素子を形成する材料として、バイアス電
界により圧電性が誘起されてその電気音響変換効率が制
御できる電歪材料、例えば緩和型強誘電体のＰＭＮ−Ｐ
Ｔ系のセラミックを用い、第８図に示すように、上記電
歪材料を多数の／Ｊ％さな四角形に分割して振動子素子
４７．４７゜・・・を形成し、これら多数の振動子素子
４７，４７゜・・・を二次元方向に面状に配列すると共
に、これらの振動子素子４７，４７．・・・の両面には
電極４８゜４９を設けて探触子３５を構成している。上
記電極４８．４９のうち、前面側に設けた電極４８は共
通に接続して接地され、他方の背面側に設けた電極４９
にはそれぞれリード線５０が接続され、このリード線５
０を背面側の吸音材５１中を貫通して後方に取り出して
いる。
このように構成された探触子３５の多数の振動子素子４
７，４７．・・・は、第９図に示すような回路構成とさ
れている。すなわち、上記多数の振動子素子４７は、例
えば縦横ｍＸｎ個のマトリクス状に配列されており、横
方向の行の配列にあたる振動子素子４７の各々は十分大
きな抵抗Ｒを介して各制御線５２に共通接続され、縦方
向の列の配列にあたる振動子素子４７の各々は各信号線
５３に共通接続されている。上記制御線５２は、例えば
ｎ本設けられており、この制御線５２にバイアス電圧を
印加することにより、特定の横方向の行に配列された振
動子素子４７，４７．・・・の電気機械結合係数Ｋｔを
大きくすることができ、バイアス電圧を取り去ることに
より、その特定の行に配列された振動子素子４７，４７
．・・・の電気機械結合係数Ｋｔを零にすることができ
る。従って、上記制御線５２に印加するバイアス電圧の
オン、オフ動作により、特定の横方向の行に配列された
振動子素子４７，４７．・・・のみを電気音響変換素子
として活性化したり、不活性化するという制御が可能で
ある。すなわち、第１９図に示すと同様に、特定の行り
の振動子素子１１，１１．・・・のみ超音波ビームの送
受信が行えるのと同じ動作をさせることができる。なお
、上記の高抵抗Ｒは、送受信信号が制御線５２を介して
横方向の振動子素子４７に伝送するのを阻止するためそ
の振動子素子の負荷より高いインピーダンスを与える素
子である。
７，４７．・・・は、第９図に示すような回路構成とさ
れている。すなわち、上記多数の振動子素子４７は、例
えば縦横ｍＸｎ個のマトリクス状に配列されており、横
方向の行の配列にあたる振動子素子４７の各々は十分大
きな抵抗Ｒを介して各制御線５２に共通接続され、縦方
向の列の配列にあたる振動子素子４７の各々は各信号線
５３に共通接続されている。上記制御線５２は、例えば
ｎ本設けられており、この制御線５２にバイアス電圧を
印加することにより、特定の横方向の行に配列された振
動子素子４７，４７．・・・の電気機械結合係数Ｋｔを
大きくすることができ、バイアス電圧を取り去ることに
より、その特定の行に配列された振動子素子４７，４７
．・・・の電気機械結合係数Ｋｔを零にすることができ
る。従って、上記制御線５２に印加するバイアス電圧の
オン、オフ動作により、特定の横方向の行に配列された
振動子素子４７，４７．・・・のみを電気音響変換素子
として活性化したり、不活性化するという制御が可能で
ある。すなわち、第１９図に示すと同様に、特定の行り
の振動子素子１１，１１．・・・のみ超音波ビームの送
受信が行えるのと同じ動作をさせることができる。なお
、上記の高抵抗Ｒは、送受信信号が制御線５２を介して
横方向の振動子素子４７に伝送するのを阻止するためそ
の振動子素子の負荷より高いインピーダンスを与える素
子である。
また、上記信号線５３は、例えばｍ本設けられており、
この信号線５３により縦方向の列に配列された振動子素
子４７における送受信の信号電圧を供給したり、取り出
したりすることができる。
この信号線５３により縦方向の列に配列された振動子素
子４７における送受信の信号電圧を供給したり、取り出
したりすることができる。
これにより、上記制御′ｍ５２からのバイアス電圧の印
加により活性化された特定の行において、端方から他端
方へ向けて超音波ビームの走査を順次進めるように動作
させることができる。従って、第８図及び第９図に示し
た本発明における探触子３５により、第１９図に示した
従来の探触子１２と同じ動作ができることとなる。なお
、第９図において、上記制御線５２と信号線５３とは、
−本のケーブル５４にまとめられて探触子３５から取り
出されるようになっている。
加により活性化された特定の行において、端方から他端
方へ向けて超音波ビームの走査を順次進めるように動作
させることができる。従って、第８図及び第９図に示し
た本発明における探触子３５により、第１９図に示した
従来の探触子１２と同じ動作ができることとなる。なお
、第９図において、上記制御線５２と信号線５３とは、
−本のケーブル５４にまとめられて探触子３５から取り
出されるようになっている。
上記探触子３５の振動子素子４７，４７．・・・を一方
向に沿って動作させる選択位置を移動させるためのバイ
アス電圧を印加する手段としての制御線５２は、第１図
において制御回路４２により制御される。また、信号線
５３は、第１図において走査回路５５に接続されている
。この走査回路５５は、上記選択位置の移動方向と異な
る方向にて各振動子素子４７，４７．・・・がらの超音
波ビームの走査を制御する手段となるもので、内部に例
えばｍ個の電子スイッチＳ□、ｓ２．・・・、Ｓｍを有
し、各電子スイッチＳＬ＝Ｓｍはｍ本の信号Ｒ＆５３に
それぞれ接続されている。そして、上記各電子スイッチ
Ｓ□〜Ｓｍのうち例えば隣接するＱ個の電子スイッチの
みを閉じることにより、横方向の行のｍ個の振動子素子
４７のうち隣接する０個の振動子素子４７を一群として
選択し、さらに上記Ｑ個の電子スイッチを１個ずつずら
して切り換えることにより１選択すべき一群の振動子素
子４７を１個ずつずらして並進切り換えすることができ
る。
向に沿って動作させる選択位置を移動させるためのバイ
アス電圧を印加する手段としての制御線５２は、第１図
において制御回路４２により制御される。また、信号線
５３は、第１図において走査回路５５に接続されている
。この走査回路５５は、上記選択位置の移動方向と異な
る方向にて各振動子素子４７，４７．・・・がらの超音
波ビームの走査を制御する手段となるもので、内部に例
えばｍ個の電子スイッチＳ□、ｓ２．・・・、Ｓｍを有
し、各電子スイッチＳＬ＝Ｓｍはｍ本の信号Ｒ＆５３に
それぞれ接続されている。そして、上記各電子スイッチ
Ｓ□〜Ｓｍのうち例えば隣接するＱ個の電子スイッチの
みを閉じることにより、横方向の行のｍ個の振動子素子
４７のうち隣接する０個の振動子素子４７を一群として
選択し、さらに上記Ｑ個の電子スイッチを１個ずつずら
して切り換えることにより１選択すべき一群の振動子素
子４７を１個ずつずらして並進切り換えすることができ
る。
従って、振動子素子４７の特定の行において、超音波ビ
ームのステップ走査が実行されるように制御される。
ームのステップ走査が実行されるように制御される。
そして、上記走査回路５５の一連の動作は、制御回路４
２により制御される。これにより、第２０図に示すと同
様に、Ｘ方向の電子リニア走査をｙ方向に微小距離だけ
順次移動させて、二次元方向の走査を実施させることが
できる。なお、第９図に示す探触子３５においては、こ
の探触子３５から取り出すケーブル５４は、例えばｎ本
の制御ＩＱ５２とｍ本の信号、ｔｌＸ５３の合計（ｍ＋
ｎ）本の導線だけでよく、第１９図に示す従来の探触子
１２において必要とした多数の電子スイッチ及びリード
線を設けることなく、同様の二次元方向の走査が実施で
きることとなる。
２により制御される。これにより、第２０図に示すと同
様に、Ｘ方向の電子リニア走査をｙ方向に微小距離だけ
順次移動させて、二次元方向の走査を実施させることが
できる。なお、第９図に示す探触子３５においては、こ
の探触子３５から取り出すケーブル５４は、例えばｎ本
の制御ＩＱ５２とｍ本の信号、ｔｌＸ５３の合計（ｍ＋
ｎ）本の導線だけでよく、第１９図に示す従来の探触子
１２において必要とした多数の電子スイッチ及びリード
線を設けることなく、同様の二次元方向の走査が実施で
きることとなる。
第１０図（ａ） 、 （ｂ）は本発明における探触子３
５の変形例（３５’ ）を示す斜視説明図である。この
変形例による探触子３５′は、吸音材５１″を同図（ａ
）に示すように半円弧状柱体に形成し、この吸音材５１
′の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸○の方向（長手
方向）との二方向に、多数の振動子素子４７，４７．・
・・を凸曲面状に配列したものである。このとき、振動
子素子４７，４７．・・・は、同図（ａ）に示すように
、半円弧状柱体から成る吸音材５１′の長手方向に沿っ
て第１行から第８行まで配列し、その円弧方向に沿って
第１列から第ｍ列まで配列しである。この状態で、第１
図に示す制御線５２を介して、第１０図（ａ）に示すよ
うに、ｎ個の行の振動子素子４７のうち隣接するｐ個の
振動子素子４７のみにバイアス電圧を印加して選択する
。なお、この−群のｐ個の振動子素子４７の位置は、上
記のバイアス電圧を印加する制御線５２の制御により、
１個ずつずらして順次移動することができ、これによっ
て行方向の走査が行える。また、列方向の走査は、前述
のように第１図に示すｍ個の電子スイッチ８１〜Ｓｍの
制御により実施され、従来のいわゆるコンベックス型探
触子によるセクタ走査と同様に、第１０図（ｂ）に示す
矢印Ｕで表わした方向に超音波ビームの走査が行われる
。
５の変形例（３５’ ）を示す斜視説明図である。この
変形例による探触子３５′は、吸音材５１″を同図（ａ
）に示すように半円弧状柱体に形成し、この吸音材５１
′の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸○の方向（長手
方向）との二方向に、多数の振動子素子４７，４７．・
・・を凸曲面状に配列したものである。このとき、振動
子素子４７，４７．・・・は、同図（ａ）に示すように
、半円弧状柱体から成る吸音材５１′の長手方向に沿っ
て第１行から第８行まで配列し、その円弧方向に沿って
第１列から第ｍ列まで配列しである。この状態で、第１
図に示す制御線５２を介して、第１０図（ａ）に示すよ
うに、ｎ個の行の振動子素子４７のうち隣接するｐ個の
振動子素子４７のみにバイアス電圧を印加して選択する
。なお、この−群のｐ個の振動子素子４７の位置は、上
記のバイアス電圧を印加する制御線５２の制御により、
１個ずつずらして順次移動することができ、これによっ
て行方向の走査が行える。また、列方向の走査は、前述
のように第１図に示すｍ個の電子スイッチ８１〜Ｓｍの
制御により実施され、従来のいわゆるコンベックス型探
触子によるセクタ走査と同様に、第１０図（ｂ）に示す
矢印Ｕで表わした方向に超音波ビームの走査が行われる
。
このような二つの方向の走査により被検体内へ打ち出す
超音波ビームの状態は、第１１図に示すようになる６図
において走査面Ｓｔ１は、第１０図（ａ）に示す第１行
から２個並んだ行までの振動子素子４７にバイアス電圧
を印加して選択された円弧方向に並ぶ振動子素子４７に
よりセクタ走査を行ったときの第一の走査面を示してい
る６また。
超音波ビームの状態は、第１１図に示すようになる６図
において走査面Ｓｔ１は、第１０図（ａ）に示す第１行
から２個並んだ行までの振動子素子４７にバイアス電圧
を印加して選択された円弧方向に並ぶ振動子素子４７に
よりセクタ走査を行ったときの第一の走査面を示してい
る６また。
他の走査面Ｓｔｎは、第ｎ行を含んで２個前までの行の
振動子素子４７にバイアス電圧を印加して選択された振
動子素子４７によりセクタ走査を行ったときの第ｎの走
査面を示している。そして、上記第一の走査面Ｓｔ１と
第ｎの走査面Ｓｔｎとの間には、多数のセクタ状の走査
面が形成され、これら多数の走査面により立体的な走査
領域Ｓｔが形成されて被検体内の三次元情報を収集する
ことができる。
振動子素子４７にバイアス電圧を印加して選択された振
動子素子４７によりセクタ走査を行ったときの第ｎの走
査面を示している。そして、上記第一の走査面Ｓｔ１と
第ｎの走査面Ｓｔｎとの間には、多数のセクタ状の走査
面が形成され、これら多数の走査面により立体的な走査
領域Ｓｔが形成されて被検体内の三次元情報を収集する
ことができる。
第１２図は第１０図に示す構造の探触子３５′の動作に
よる他の走査領域を示す説明図である。
よる他の走査領域を示す説明図である。
この場合においては、第１０図（ａ）に示す半円弧状柱
体から成る吸音材５１′の中心軸Ｏの方向に並んだ振動
子素子４７の信号は総て用いて整相し、超音波ビームの
方向を制御するいわゆるフェーズドアレーによるセクタ
走査を行い、上記吸音材５１′の曲面の円弧方向に並ん
だ振動子素子４７はバイアス電圧を制御してリニア走査
を行うことにより、二次元方向の走査を行った場合の走
査領域を示している。この例においては、セクタ状の第
一の走査面Ｓｔ１と第ｎの走査面Ｓｔｎとで囲まれた三
次元空間の情報を収集することができる。
体から成る吸音材５１′の中心軸Ｏの方向に並んだ振動
子素子４７の信号は総て用いて整相し、超音波ビームの
方向を制御するいわゆるフェーズドアレーによるセクタ
走査を行い、上記吸音材５１′の曲面の円弧方向に並ん
だ振動子素子４７はバイアス電圧を制御してリニア走査
を行うことにより、二次元方向の走査を行った場合の走
査領域を示している。この例においては、セクタ状の第
一の走査面Ｓｔ１と第ｎの走査面Ｓｔｎとで囲まれた三
次元空間の情報を収集することができる。
第１３図は第１０図に示す構造の探触子３５′を体腔内
探触子５５に応用した例を示す説明図である。この応用
例においては、体腔内探触子５５の長手方向（Ｘ軸方向
）に第１０図（ａ）の吸音材５１′の中心軸○の方向を
とり、その曲面の円弧方向を上記体腔内探触子５５の表
面の凸曲面の方向にとって探触子５５を構成している。
探触子５５に応用した例を示す説明図である。この応用
例においては、体腔内探触子５５の長手方向（Ｘ軸方向
）に第１０図（ａ）の吸音材５１′の中心軸○の方向を
とり、その曲面の円弧方向を上記体腔内探触子５５の表
面の凸曲面の方向にとって探触子５５を構成している。
このようにすることにより、フェーズドアレーによるセ
クタ状の第一の走査面Ｓｔ、とコンベックス型探触子と
同様の動作によるセクタ状の第二の走査面Ｓｔ２とを実
施することができ、第１３図においてＸ−２面内にある
第一の走査面Ｓｔ１とｙ−ｚ面内にある第二の走査面Ｓ
ｔ２とで、直交する二手面における走査面を持たせるこ
とができる。従って、上記走査面ＳｔよとＳｔ２の断層
像の形成を高速度で交互に切り換えることにより、リア
ルタイムで異なる二方向の断層像を全く同じ位置からａ
察できるバイプレーン断層像を得ることができる。
クタ状の第一の走査面Ｓｔ、とコンベックス型探触子と
同様の動作によるセクタ状の第二の走査面Ｓｔ２とを実
施することができ、第１３図においてＸ−２面内にある
第一の走査面Ｓｔ１とｙ−ｚ面内にある第二の走査面Ｓ
ｔ２とで、直交する二手面における走査面を持たせるこ
とができる。従って、上記走査面ＳｔよとＳｔ２の断層
像の形成を高速度で交互に切り換えることにより、リア
ルタイムで異なる二方向の断層像を全く同じ位置からａ
察できるバイプレーン断層像を得ることができる。
なお、上記の応用例において、振動子素子４７゜４７、
・・・のｙ−ｚ面における断面をとり、この断面の外側
面に被検体中の音速よりも速い材料から成り内側面より
外側面の曲率半径が大きく形成された音響レンズ５６を
、第１４図に示すように接着すると、上記振動子素子４
７，４７．・・・から発射される超音波ビームに収束作
用を与えることができる。この場合は、超音波ビームの
方位分解能を向上させることができる。
・・・のｙ−ｚ面における断面をとり、この断面の外側
面に被検体中の音速よりも速い材料から成り内側面より
外側面の曲率半径が大きく形成された音響レンズ５６を
、第１４図に示すように接着すると、上記振動子素子４
７，４７．・・・から発射される超音波ビームに収束作
用を与えることができる。この場合は、超音波ビームの
方位分解能を向上させることができる。
第１５図は本発明における探触子３５の他の変形例（３
５“）を示す斜視説明図である。この変形例による探触
子３５１は、吸音材５１′を円柱状体に形成し、この吸
音材５１′の曲面の円周方向と上記柱状体の中心軸○の
方向（長手方向）との二方向に、多数の振動子素子４７
，４７．・・・を円柱曲面状に配列したものである。こ
のとき、振動子素子４７，４７．・・・は、円柱状体か
ら成る吸音材５１′の長手方向に沿って第１行から第ｎ
行まで配列し、その円周方向に沿って第１列から第ｍ列
まで配列しである。そして、上記配列された振動子素子
４７，４７．・・・には、第９図に示すと同様に、行方
向には制御線５２が接続され、列方向には信号線５３が
接続されている。このように接続された信号［５３によ
り円周に沿ったラディアル走査を行うには、第１図に示
す電子スイッチ８１〜Ｓｍの制御により隣接する例えば
４個の一群を選択し、超音波の送受信動作を行う振動子
素子４７の群を円周方向に沿って順次移動させればよい
なお、上記ラディアル走査の円柱状体から成る吸音材５
１′の中心軸Ｏに対する位置は、第１図に示す制御線５
２により与えられる行方向の振動子素子４７のバイアス
電圧により順次移動制御される。従って、上記の動作に
よるラディアル走査面は、第１６図に示すように、全体
として円柱状に形成された探触子３５′の中心軸０（Ｚ
軸）を中心にして、その中心軸０に沿って上方端のラデ
ィアル走査面Ｒ□から下方端のラディアル走査面Ｒ２ま
でリニア走査することにより得られる。この場合、被検
体に対する診断領域は、上記のラディアル走査面Ｒ１と
Ｒ２とで挾まれた円柱状の空間Ｖになる。なお、この状
態で、特定方向の走査線、例えば上方端のラディアル走
査面Ｒ４内の一つの走査線Ｌ□をＺ軸に沿ってリニア走
査すれば、その特定方向のリニア走査面が得られる。こ
のようにして、第１６図に示す空間Ｖ内の任意のラディ
アル走査面またはリニア走査面が得られる。
５“）を示す斜視説明図である。この変形例による探触
子３５１は、吸音材５１′を円柱状体に形成し、この吸
音材５１′の曲面の円周方向と上記柱状体の中心軸○の
方向（長手方向）との二方向に、多数の振動子素子４７
，４７．・・・を円柱曲面状に配列したものである。こ
のとき、振動子素子４７，４７．・・・は、円柱状体か
ら成る吸音材５１′の長手方向に沿って第１行から第ｎ
行まで配列し、その円周方向に沿って第１列から第ｍ列
まで配列しである。そして、上記配列された振動子素子
４７，４７．・・・には、第９図に示すと同様に、行方
向には制御線５２が接続され、列方向には信号線５３が
接続されている。このように接続された信号［５３によ
り円周に沿ったラディアル走査を行うには、第１図に示
す電子スイッチ８１〜Ｓｍの制御により隣接する例えば
４個の一群を選択し、超音波の送受信動作を行う振動子
素子４７の群を円周方向に沿って順次移動させればよい
なお、上記ラディアル走査の円柱状体から成る吸音材５
１′の中心軸Ｏに対する位置は、第１図に示す制御線５
２により与えられる行方向の振動子素子４７のバイアス
電圧により順次移動制御される。従って、上記の動作に
よるラディアル走査面は、第１６図に示すように、全体
として円柱状に形成された探触子３５′の中心軸０（Ｚ
軸）を中心にして、その中心軸０に沿って上方端のラデ
ィアル走査面Ｒ□から下方端のラディアル走査面Ｒ２ま
でリニア走査することにより得られる。この場合、被検
体に対する診断領域は、上記のラディアル走査面Ｒ１と
Ｒ２とで挾まれた円柱状の空間Ｖになる。なお、この状
態で、特定方向の走査線、例えば上方端のラディアル走
査面Ｒ４内の一つの走査線Ｌ□をＺ軸に沿ってリニア走
査すれば、その特定方向のリニア走査面が得られる。こ
のようにして、第１６図に示す空間Ｖ内の任意のラディ
アル走査面またはリニア走査面が得られる。
なお、上記の変形例において、第１７図に示すように、
探触子３５′の中心軸Ｏを含む断面をとり、この断面の
外周面に被検体中の音速よりも遅い材料、例えばシリコ
ンゴムから成り断面が凸状に形成された音響レンズ５６
′を接着すると、振動子素子４７，４７．・・・から発
射される超音波ビームに収束作用を与えることができる
。この場合は、リニア走査方向における超音波ビームの
方位分解能を向上させることができる。そして、第１５
図に示す変形例による探触子３５′は、特に経直腸用の
体腔内走査を実現するのに有効である。
探触子３５′の中心軸Ｏを含む断面をとり、この断面の
外周面に被検体中の音速よりも遅い材料、例えばシリコ
ンゴムから成り断面が凸状に形成された音響レンズ５６
′を接着すると、振動子素子４７，４７．・・・から発
射される超音波ビームに収束作用を与えることができる
。この場合は、リニア走査方向における超音波ビームの
方位分解能を向上させることができる。そして、第１５
図に示す変形例による探触子３５′は、特に経直腸用の
体腔内走査を実現するのに有効である。
本発明は以上のように構成されたので、バイアス電界に
より圧電性が誘起される電歪材料を小片に分割して振動
子素子４７を形成し、これら複数の振動子素子４７を二
次元方向に面状に配列すると共に、上記振動子素子４７
の両面には電極４８゜４９を設けて構成された探触子３
５について、電圧印加手段により上記探触子３５の振動
子素子４７を一方向に沿って動作させる選択位置を移動
させるためのバイアス電圧を選択的に印加し、走査制御
手段（５５）で上記移動方向と異なる方向にて各振動子
素子４７の電極に接続されたスイッチＳ１〜Ｓｍを開閉
して超音波ビームの走査を制御することができる。これ
により、上記探触子３５からの超音波ビームの送受信方
向を二次元方向に走査して被検体内の三次元情報を収集
することができる。また、第２１図に示す従来の探触子
１２のように多数の振動子素子１１，１１．・・・と同
数の電子スイッチ１４ａを設けることを要さないので。
より圧電性が誘起される電歪材料を小片に分割して振動
子素子４７を形成し、これら複数の振動子素子４７を二
次元方向に面状に配列すると共に、上記振動子素子４７
の両面には電極４８゜４９を設けて構成された探触子３
５について、電圧印加手段により上記探触子３５の振動
子素子４７を一方向に沿って動作させる選択位置を移動
させるためのバイアス電圧を選択的に印加し、走査制御
手段（５５）で上記移動方向と異なる方向にて各振動子
素子４７の電極に接続されたスイッチＳ１〜Ｓｍを開閉
して超音波ビームの走査を制御することができる。これ
により、上記探触子３５からの超音波ビームの送受信方
向を二次元方向に走査して被検体内の三次元情報を収集
することができる。また、第２１図に示す従来の探触子
１２のように多数の振動子素子１１，１１．・・・と同
数の電子スイッチ１４ａを設けることを要さないので。
探触子３５を構成する部品点数を削減できると共に、探
触子３５から伸びる信号線等の数を削減することができ
る。従って、探触子３５の構造を簡単として製造コスト
の低下を図ることができると共に、信頼性を向上するこ
とができ、さらに超音波診断装置で得られる診断画像の
画質も改善することができる。また、上記のように信号
線等の数を削減できることから、探触子３５から装置本
体へ伸びるケーブル５４の太さを小さくすることができ
、探触子３５の操作性を向上させることができる。
触子３５から伸びる信号線等の数を削減することができ
る。従って、探触子３５の構造を簡単として製造コスト
の低下を図ることができると共に、信頼性を向上するこ
とができ、さらに超音波診断装置で得られる診断画像の
画質も改善することができる。また、上記のように信号
線等の数を削減できることから、探触子３５から装置本
体へ伸びるケーブル５４の太さを小さくすることができ
、探触子３５の操作性を向上させることができる。
第１図は本発明による超音波診断装置の実施例を示すブ
ロック図、第２図〜第６図は本発明における探触子の振
動子素子を形成する電歪材料の特性を説明するためのグ
ラフ、第７図は上記電歪材料で構成した探触子について
その特性を実験するための装置を示す説明図、第８図は
本発明における探触子の構造を示す斜視説明図、第９図
はその回路構成を示す回路図、第１０図は本発明におけ
る探触子の変形例を示す斜視説明図、第１１図及び第１
２図は第１０図の例における探触子による超音波ビーム
の走査状態を示す説明図、第１３図は第１０図に示す構
造の探触子を体腔内探触子に応用した例を示す説明図、
第１４図は第１３図の例において振動子素子の外側面に
音響レンズを接着した状態を示す説明図、第１５図は本
発明における探触子の他の変形例を示す斜視説明図、第
１６図は第１５図の例における探触子による超音波ビー
ムの走査状態を示す説明図、第１７図は第１５図の例に
おいて振動子素子の外周面に音響レンズを接着した状態
を示す説明図、第１８図は従来から用いられている電子
リニア走査型超音波診断装置を示すブロック図、第１９
図は従来の二次元アレーによる探触子の原理的な構造を
示す斜視説明図、第２０図は上記二次元アレーによる探
触子の電子リニア走査の様子を示す説明図、第２１図は
第１９図に示す二次元アレーによる探触子の電子スイッ
チとリード線の状態を示す説明図、第２２図は上記二次
元アレーによる探触子の電子スイッチの集合体をＭＯＳ
ＦＥＴスイッチを多数用いて構成した場合を示す回路
図、第２３図は第２２図に示した回路構成を実現した探
触子の具体的な構造例を示す斜視説明図である。 ３５．３５’ 、３５’・・・探触子、 ３６・・・送
波回路、 ３７・・・整相回路、 ３８・・・可変利
得増幅器、 ３９・・・検波器、 ４０・・・ＤＳＣｌ
４１・・・表示装置、 ４２・・・制御回路、 ４７
・・・振動子素子、 ４８．４９・・・電極、 ５０
・・・リード線、５１．５１’ 、５１’・・・吸音材
、 ５２・・・制御線、５３・・・信号線、 Ｒ・・
・高抵抗。
ロック図、第２図〜第６図は本発明における探触子の振
動子素子を形成する電歪材料の特性を説明するためのグ
ラフ、第７図は上記電歪材料で構成した探触子について
その特性を実験するための装置を示す説明図、第８図は
本発明における探触子の構造を示す斜視説明図、第９図
はその回路構成を示す回路図、第１０図は本発明におけ
る探触子の変形例を示す斜視説明図、第１１図及び第１
２図は第１０図の例における探触子による超音波ビーム
の走査状態を示す説明図、第１３図は第１０図に示す構
造の探触子を体腔内探触子に応用した例を示す説明図、
第１４図は第１３図の例において振動子素子の外側面に
音響レンズを接着した状態を示す説明図、第１５図は本
発明における探触子の他の変形例を示す斜視説明図、第
１６図は第１５図の例における探触子による超音波ビー
ムの走査状態を示す説明図、第１７図は第１５図の例に
おいて振動子素子の外周面に音響レンズを接着した状態
を示す説明図、第１８図は従来から用いられている電子
リニア走査型超音波診断装置を示すブロック図、第１９
図は従来の二次元アレーによる探触子の原理的な構造を
示す斜視説明図、第２０図は上記二次元アレーによる探
触子の電子リニア走査の様子を示す説明図、第２１図は
第１９図に示す二次元アレーによる探触子の電子スイッ
チとリード線の状態を示す説明図、第２２図は上記二次
元アレーによる探触子の電子スイッチの集合体をＭＯＳ
ＦＥＴスイッチを多数用いて構成した場合を示す回路
図、第２３図は第２２図に示した回路構成を実現した探
触子の具体的な構造例を示す斜視説明図である。 ３５．３５’ 、３５’・・・探触子、 ３６・・・送
波回路、 ３７・・・整相回路、 ３８・・・可変利
得増幅器、 ３９・・・検波器、 ４０・・・ＤＳＣｌ
４１・・・表示装置、 ４２・・・制御回路、 ４７
・・・振動子素子、 ４８．４９・・・電極、 ５０
・・・リード線、５１．５１’ 、５１’・・・吸音材
、 ５２・・・制御線、５３・・・信号線、 Ｒ・・
・高抵抗。
Claims (5)
- （１）超音波を送受信する振動子素子を二次元方向に面
状に配列してなる探触子を有し、この探触子を駆動して
超音波ビームを送受信すると共に、その送受信方向を二
次元方向に走査して被検体内の三次元情報を収集する超
音波診断装置において、上記探触子は、バイアス電界に
より圧電性が誘起される電歪材料を小片に分割して振動
子素子を形成し、これら複数の振動子素子を二次元方向
に面状に配列すると共に、この振動子素子の両面には電
極を設けて構成し、この探触子の振動子素子を一方向に
沿って動作させる選択位置を移動させるためのバイアス
電圧を選択的に印加する手段を設けると共に、上記移動
方向と異なる方向にて各振動子素子の電極に接続された
スイッチの開閉により超音波ビームの走査を制御する手
段を設けたことを特徴とする超音波診断装置。 - （２）上記探触子の複数の振動子素子の両面に設けられ
た電極のうち、一方の面の電極は接地し、他方の面の電
極には、一方向に沿った複数の列の各々において共通の
信号線を接続すると共に、上記一方向と直交する方向の
複数の行の各々において共通のバイアス電圧を印加する
制御線を高インピーダンスを介して接続したことを特徴
とする請求項１記載の超音波診断装置。 - （３）上記探触子の複数の振動子素子を、半円弧状柱体
の曲面の円弧方向と上記柱体の中心軸方向との二方向に
配列したことを特徴とする請求項１または２記載の超音
波診断装置。 - （４）上記探触子の駆動による超音波ビームの送受信を
制御して、直交二平面における走査面により被検体のバ
イプレーン断層像を得るようにしたことを特徴とする請
求項３記載の超音波診断装置。 - （５）上記探触子の複数の振動子素子を、円柱状体の曲
面の円周方向と上記柱状体の中心軸方向との二方向に曲
面状に配列したことを特徴とする請求項１または２記載
の超音波診断装置。
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