JPH0369534B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0369534B2 JPH0369534B2 JP57045395A JP4539582A JPH0369534B2 JP H0369534 B2 JPH0369534 B2 JP H0369534B2 JP 57045395 A JP57045395 A JP 57045395A JP 4539582 A JP4539582 A JP 4539582A JP H0369534 B2 JPH0369534 B2 JP H0369534B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- transducer
- fan
- elements
- array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、超音波ビームを扇形走査する探触子
に係り、特に被測定体内の相異なる二つ以上の扇
形走査断面を観測する超音波扇形走査探触子に関
する。
に係り、特に被測定体内の相異なる二つ以上の扇
形走査断面を観測する超音波扇形走査探触子に関
する。
超音波ビームによる扇形走査は、生体等の観測
に於て、一つの小さな接触部から内部を広い視野
にわたつて観測できる長所がある。特に心臓等の
観測に当つては肋骨の妨害をさけて肋間の狭い部
分に接触することで心臓の可成りの面積を観測で
きるので扇形走査が専ら使用されている。
に於て、一つの小さな接触部から内部を広い視野
にわたつて観測できる長所がある。特に心臓等の
観測に当つては肋骨の妨害をさけて肋間の狭い部
分に接触することで心臓の可成りの面積を観測で
きるので扇形走査が専ら使用されている。
しかし従来は、一つの扇形走査断面しか観測さ
れないので、正確な観測が行なえない欠点があつ
た。何となれば、心臓は拍動して動いており、し
かも呼吸運動のために全体としても前後左右に移
動している。このために一断面の観測のみでは、
その断面が心臓のどの部位の断面であるか不明で
あり、このために探触子の体に対する姿勢を手で
変えたり、探触子軸中心に90°回転したりして交
互に確かめ乍ら希望する断面の観測が行われてい
る。この場合は、手動であるために、毎回の姿勢
変更における幾何学的な精度を保つことが全く困
難である。
れないので、正確な観測が行なえない欠点があつ
た。何となれば、心臓は拍動して動いており、し
かも呼吸運動のために全体としても前後左右に移
動している。このために一断面の観測のみでは、
その断面が心臓のどの部位の断面であるか不明で
あり、このために探触子の体に対する姿勢を手で
変えたり、探触子軸中心に90°回転したりして交
互に確かめ乍ら希望する断面の観測が行われてい
る。この場合は、手動であるために、毎回の姿勢
変更における幾何学的な精度を保つことが全く困
難である。
この解決のために、探触子の姿勢を機械的に一
定に保持することが考えられるが、此は呼吸運動
等を妨げるので不都合であり未だ試みられた例を
見ない。
定に保持することが考えられるが、此は呼吸運動
等を妨げるので不都合であり未だ試みられた例を
見ない。
そこで、探触子の外容器を手で体に対し一定に
保持したままで、内部の探触子を軸中心で90°機
械的に回転することが試みられたが、探触子が大
型となること、又手での保持が完全に一定を保つ
ことが困難で、且つ時間的に同時でないこと、回
転に必要な時間が長いこと、等で誤差が依然とし
て大きいのが欠点である。
保持したままで、内部の探触子を軸中心で90°機
械的に回転することが試みられたが、探触子が大
型となること、又手での保持が完全に一定を保つ
ことが困難で、且つ時間的に同時でないこと、回
転に必要な時間が長いこと、等で誤差が依然とし
て大きいのが欠点である。
本願とは別に発明者は、別々の２つの探触子を
用いて、その相互位置をリンク腕と節につけた角
度検出器で知ることによつて、時間的に同時の２
断面をその相対位置とともに観測することを考案
し、三次元的な正確な観測を可能とした。
用いて、その相互位置をリンク腕と節につけた角
度検出器で知ることによつて、時間的に同時の２
断面をその相対位置とともに観測することを考案
し、三次元的な正確な観測を可能とした。
しかしこの場合は、２つの探触子を用いるため
に、体との接触部が２ケ所必要である。一般に、
壮年以下の若年の人々の心臓観測に当つては有効
な接触部を発見できるが、老令化するとともに有
効な接触部は一つしか発見できない例が増えて来
て、その比率は40ないし50％になる。
に、体との接触部が２ケ所必要である。一般に、
壮年以下の若年の人々の心臓観測に当つては有効
な接触部を発見できるが、老令化するとともに有
効な接触部は一つしか発見できない例が増えて来
て、その比率は40ないし50％になる。
以上のような状況から一つの接触部を通して、
異なる二つ以上の断面を、電子的高速に切替える
か、又は完全同時に観測する方式の出現が要望さ
れるが、未だ試みられた報告がない。
異なる二つ以上の断面を、電子的高速に切替える
か、又は完全同時に観測する方式の出現が要望さ
れるが、未だ試みられた報告がない。
通常電子的扇形走査は、位相配列（フエーズ
ド・アレイ）により行われている。この場合、例
えば直交する二扇形走査を行う如く、トランス・
ジユーサーを複層化し、夫々の層が異なる走査面
を担当することも別に発明者によつて考案されて
おり、夫々の走査面は異なる周波数を用いること
によつて、完全同時に作動可能とすることができ
る。
ド・アレイ）により行われている。この場合、例
えば直交する二扇形走査を行う如く、トランス・
ジユーサーを複層化し、夫々の層が異なる走査面
を担当することも別に発明者によつて考案されて
おり、夫々の走査面は異なる周波数を用いること
によつて、完全同時に作動可能とすることができ
る。
しかし此等の場合、複層トランス・ジユーサー
の加工が複雑であり、且つ位相制御回路が複雑で
高価であるのが欠点である。
の加工が複雑であり、且つ位相制御回路が複雑で
高価であるのが欠点である。
本発明は、上記のような種々の欠点を除くもの
であつて、探触子の生体等被測体への姿勢を一定
に保つたまま一つの探触部を通して複数の相異な
る扇形走査面を高速電子切替、及び／又は完全同
時に観測する事を可能とする安価、小型な扇形走
査探触子を提供することを目的とするものであ
る。
であつて、探触子の生体等被測体への姿勢を一定
に保つたまま一つの探触部を通して複数の相異な
る扇形走査面を高速電子切替、及び／又は完全同
時に観測する事を可能とする安価、小型な扇形走
査探触子を提供することを目的とするものであ
る。
上記の目的を達成するため、本発明の超音波扇
形走査探触子は、複数個の超音波トランス・ジユ
ーサー素子を配列した素子配列体と、超音波の出
入する窓と、上記素子配列体と上記窓との間に構
成される前室内に充填される超音波伝達媒体とを
有し、上記超音波トランス・ジユーサー素子を開
口として選択的に作動して超音波をビーム状に集
束して送信及び受信し、一部又は全部の選択を変
更することにより上記窓に外接する被測定体を超
音波ビームにより走査する超音波走査探触子にお
いて、上記素子配列体からの全ての選択による走
査線が上記窓又はその付近のほぼ一点の交叉点を
通過して扇形走査する如くすると共に、少なくと
も二つ以上の被測定体の断層像が得られる如く上
記素子配列体を構成し、且つ上記前室内超音波伝
播経路l1の伝播時間が上記窓に外接する被測定体
の体表から最大測定深さl2の伝播時間とほぼ等し
いか、より長くなるようにしたことを特徴とす
る。走査の詳細は、素子配列体の中から複数個の
超音波トランス・ジユーサー素子を一群として選
択作動して超音波ビームを集束形成するととも
に、その選択した超音波トランス・ジユーサー素
子のうちの一部又は全部を変更することにより超
音波ビームの送受点での中心位置を移動するよう
にするものである。
形走査探触子は、複数個の超音波トランス・ジユ
ーサー素子を配列した素子配列体と、超音波の出
入する窓と、上記素子配列体と上記窓との間に構
成される前室内に充填される超音波伝達媒体とを
有し、上記超音波トランス・ジユーサー素子を開
口として選択的に作動して超音波をビーム状に集
束して送信及び受信し、一部又は全部の選択を変
更することにより上記窓に外接する被測定体を超
音波ビームにより走査する超音波走査探触子にお
いて、上記素子配列体からの全ての選択による走
査線が上記窓又はその付近のほぼ一点の交叉点を
通過して扇形走査する如くすると共に、少なくと
も二つ以上の被測定体の断層像が得られる如く上
記素子配列体を構成し、且つ上記前室内超音波伝
播経路l1の伝播時間が上記窓に外接する被測定体
の体表から最大測定深さl2の伝播時間とほぼ等し
いか、より長くなるようにしたことを特徴とす
る。走査の詳細は、素子配列体の中から複数個の
超音波トランス・ジユーサー素子を一群として選
択作動して超音波ビームを集束形成するととも
に、その選択した超音波トランス・ジユーサー素
子のうちの一部又は全部を変更することにより超
音波ビームの送受点での中心位置を移動するよう
にするものである。
以下、本発明を図面を参照しつつ説明する。
第１図は振動子の配列と走査線交叉点と窓との
関係を示した本発明の実施例で、ａは３つの複数
線型配列の例を示す図、ｂは直交する２つの線型
配列の例を示す図、ｃはマトリクス平面型配置の
例を示す図、ｄはａの探触子構造を示す断面図で
ある。１は窓、２ないし５は振動子列、６は振動
子面、１３は吸音材、１４は前室を示す。
関係を示した本発明の実施例で、ａは３つの複数
線型配列の例を示す図、ｂは直交する２つの線型
配列の例を示す図、ｃはマトリクス平面型配置の
例を示す図、ｄはａの探触子構造を示す断面図で
ある。１は窓、２ないし５は振動子列、６は振動
子面、１３は吸音材、１４は前室を示す。
第１図ａにおいて、３つの振動子列２，３と４
は、夫々円弧の形状で線型配列され、その曲率中
心がほぼ窓１にある如く、ほぼ並列に配置され
る。円弧の形状は必要に応じて若干補正されう
る。第１図ａにおいて振動子列２により形成され
る扇形走査面は窓１の面と直交する様に配置され
ている。振動子列３と４により形成される扇形走
査面は窓１の中心点Ｏを通過するが、その面は窓
１の面と直交ではなく、斜交している。したがつ
て、振動子列３と４は第１図ａにおいて平行にみ
えるが走査扇形面を等間隔平面とするには実際に
はこの斜交のため完全な平行ではなく歪曲させる
必要がある。夫々の線型配列２，３と４は、一般
に腹部診断用等に使用されている完全に直線型に
配列された振動子列、所謂リニア・アレイを円弧
の形状にしたものと考えてよく、夫々多数の短冊
状のPZT等から作られた圧電素子が一列に配列
されている。その作動方法も一般のリニア・アレ
イと同じでよく、相隣る複数のｎ個の素子を選択
してビーム集束用の開口とする。そのビーム中心
が走査線となる。走査線の移動は選択素子の位置
を変えることで行われる。ｎ＋１個の素子を駆動
して半ピツチずれた走査線を得るとか、群を構成
する素子の中央付近から周辺に行くにつれて順次
送信、受信のタイミング位相を制御することで、
走査面内での超音波ビーム幅集束点を電子的に設
定したり、動的に制御したりすることができる。
但し、位相制御を行わなければ集束点は幾何学的
配列で定まり、円弧の曲率中心となる。走査面と
直交する方向のビーム幅の集束は、夫々の短冊型
素子に音波放出方向に凹の曲率をもたせるか、又
は円柱レンズを用いその円柱軸を円弧に沿わせて
曲げた形状として円弧形線型配列の前面に付加す
ることのよつて行いうる。この様に一般のリニ
ア・アレイに用いられている技術を適用すること
ができる。第１図ａでは円弧の曲率中心が各走査
線の交叉点と一致する場合を示してある。又、こ
の交叉点は窓１の中心Ｏと合致した例が示されて
いるが、必要に応じて必ずしも合致させなくても
よい。
は、夫々円弧の形状で線型配列され、その曲率中
心がほぼ窓１にある如く、ほぼ並列に配置され
る。円弧の形状は必要に応じて若干補正されう
る。第１図ａにおいて振動子列２により形成され
る扇形走査面は窓１の面と直交する様に配置され
ている。振動子列３と４により形成される扇形走
査面は窓１の中心点Ｏを通過するが、その面は窓
１の面と直交ではなく、斜交している。したがつ
て、振動子列３と４は第１図ａにおいて平行にみ
えるが走査扇形面を等間隔平面とするには実際に
はこの斜交のため完全な平行ではなく歪曲させる
必要がある。夫々の線型配列２，３と４は、一般
に腹部診断用等に使用されている完全に直線型に
配列された振動子列、所謂リニア・アレイを円弧
の形状にしたものと考えてよく、夫々多数の短冊
状のPZT等から作られた圧電素子が一列に配列
されている。その作動方法も一般のリニア・アレ
イと同じでよく、相隣る複数のｎ個の素子を選択
してビーム集束用の開口とする。そのビーム中心
が走査線となる。走査線の移動は選択素子の位置
を変えることで行われる。ｎ＋１個の素子を駆動
して半ピツチずれた走査線を得るとか、群を構成
する素子の中央付近から周辺に行くにつれて順次
送信、受信のタイミング位相を制御することで、
走査面内での超音波ビーム幅集束点を電子的に設
定したり、動的に制御したりすることができる。
但し、位相制御を行わなければ集束点は幾何学的
配列で定まり、円弧の曲率中心となる。走査面と
直交する方向のビーム幅の集束は、夫々の短冊型
素子に音波放出方向に凹の曲率をもたせるか、又
は円柱レンズを用いその円柱軸を円弧に沿わせて
曲げた形状として円弧形線型配列の前面に付加す
ることのよつて行いうる。この様に一般のリニ
ア・アレイに用いられている技術を適用すること
ができる。第１図ａでは円弧の曲率中心が各走査
線の交叉点と一致する場合を示してある。又、こ
の交叉点は窓１の中心Ｏと合致した例が示されて
いるが、必要に応じて必ずしも合致させなくても
よい。
第１図ｄは第１図ａの窓１の中心点Ｏ点と振動
子列２の中心線を通る面で切つた具体的探触子構
造を示す断面図である。
子列２の中心線を通る面で切つた具体的探触子構
造を示す断面図である。
探触子は窓１を頂点部に持つほぼ四角錐の形状
の前室１４と素子への回路結線等を含み一体とし
て作られる。前室１４の四角錐底面に各線型配列
の振動子列２，３と４が設置される。実際は窓１
以外の側面、及び線型配列の振動子列２，３と４
の背面と一体となつた底面等の前室１４内面は可
及的吸音材１３で覆われ又は形成される。前室１
４の内部には水、ひまし油、流動パラフイン、弗
素油等を充填し、振動子列２，３，４と窓１との
間の超音波の伝達経路とする。振動子列２，３と
４で形成される前室１４内扇形走査面は点Ｏを通
り反対側に点対称的に伸び、被測定体中に相異な
る三つの扇形走査面を形成する。振動子列２，３
と４は、同一周波数で作動される場合は各走査面
は時間的に切替えて作動される。しかし、夫々の
配列の構成素子を、例えば振動子列２は3.5MHz、
３は2.25MHz、４は1.5MHz等と作動周波数を変
えたり、異なるCHIRP変調法を付加したりして
作動できる様にすると、三つの線型配列された振
動子列２，３と４を同時に作動し、その受信信号
をフイルターで弁別することによつて三つの走査
面は同時に走査できる。
の前室１４と素子への回路結線等を含み一体とし
て作られる。前室１４の四角錐底面に各線型配列
の振動子列２，３と４が設置される。実際は窓１
以外の側面、及び線型配列の振動子列２，３と４
の背面と一体となつた底面等の前室１４内面は可
及的吸音材１３で覆われ又は形成される。前室１
４の内部には水、ひまし油、流動パラフイン、弗
素油等を充填し、振動子列２，３，４と窓１との
間の超音波の伝達経路とする。振動子列２，３と
４で形成される前室１４内扇形走査面は点Ｏを通
り反対側に点対称的に伸び、被測定体中に相異な
る三つの扇形走査面を形成する。振動子列２，３
と４は、同一周波数で作動される場合は各走査面
は時間的に切替えて作動される。しかし、夫々の
配列の構成素子を、例えば振動子列２は3.5MHz、
３は2.25MHz、４は1.5MHz等と作動周波数を変
えたり、異なるCHIRP変調法を付加したりして
作動できる様にすると、三つの線型配列された振
動子列２，３と４を同時に作動し、その受信信号
をフイルターで弁別することによつて三つの走査
面は同時に走査できる。
第１図ｂにおいて振動子列２と５は夫々の扇形
走査面が互いに直交する様に、又全ての走査線が
窓１付近又は窓１上の１点Ｏを交叉して通過する
様に配置されている。振動子列２と５の交叉する
部分は短冊状でなく縦横に分割されたマトリクス
状素子で、縦に接続されて振動子列２の一部とし
て使用されたり、横に接続されて振動子列５の一
部として使用されたりするものである。振動子列
２と５とは中央交叉部を何れかが使用している時
は他はその他の部分を使用している如く、時相を
ずらせて作動される。その他の構造、作動、走査
は第１図ａと同様であり、窓１の外の被測定体内
に互いに直交する扇形走査面を時間切替で、又は
完全同時に走査し得ることも同様である。
走査面が互いに直交する様に、又全ての走査線が
窓１付近又は窓１上の１点Ｏを交叉して通過する
様に配置されている。振動子列２と５の交叉する
部分は短冊状でなく縦横に分割されたマトリクス
状素子で、縦に接続されて振動子列２の一部とし
て使用されたり、横に接続されて振動子列５の一
部として使用されたりするものである。振動子列
２と５とは中央交叉部を何れかが使用している時
は他はその他の部分を使用している如く、時相を
ずらせて作動される。その他の構造、作動、走査
は第１図ａと同様であり、窓１の外の被測定体内
に互いに直交する扇形走査面を時間切替で、又は
完全同時に走査し得ることも同様である。
第１図ｃにおいて、振動子面６は線型配列でな
く、マトリクス状の平面型配置として、点Ｏを曲
率中心とする球面上に複数の振動子を配置したも
のである。この場合、平面Ｘ軸、Ｙ軸上の任意の
位置を中心とし、その付近の振動子を正方形、近
似円形、等と適宜の開口形状と、開口の広さで選
択することができるので、自由な三次元扇形走査
を行い得る。なお、三次元扇形走査とは、二つ以
上の扇形断面像を得るための走査を意味してい
る。
く、マトリクス状の平面型配置として、点Ｏを曲
率中心とする球面上に複数の振動子を配置したも
のである。この場合、平面Ｘ軸、Ｙ軸上の任意の
位置を中心とし、その付近の振動子を正方形、近
似円形、等と適宜の開口形状と、開口の広さで選
択することができるので、自由な三次元扇形走査
を行い得る。なお、三次元扇形走査とは、二つ以
上の扇形断面像を得るための走査を意味してい
る。
第２図は本発明による複層構造を有する振動子
列の構造の具体例を示す図であつて、ａは線型配
列の例を示す図、ｂは直交する２つの線型配列の
例を示す図である。７，８と１０は振動子列、７
１，７２，７３……は圧電素子、８′は圧電板、
８０はアース電極、８１，８２，８３……は信号
電極、１１は反射板、１２は非偏極板、１３は吸
音材を示す。第２図ａの例は振動子列７と８が円
弧形線型配列の二つの層を構成する複層構造にな
つている。振動子列７は例えば中心周波数3.5M
HzのPZT（ジルコン・チタン酸鉛）等で作られた
圧電素子を分割した圧電素子７１，７２，７３等
を有する。振動子列８は例えばPVDF（ポリ・フ
ツ化ビニリデン）の如き有機圧電板８′を有し、
中心周波数が例えば2.25MHzに調整される。有機
圧電板８′は片側（図では表側）に信号電極８１，
８２，８３等が、他側（図では裏側）にアース電
極８０が全面に配置される。圧電素子７１，７
２，７３等にも信号電極とアース電極が夫々配置
される。PZTはセラミツクで可撓性がないので、
圧電素子７１，７２，７３等は１個ずつ独立した
個体として作るか、或は予め円板状に加工した板
に裏までつきぬけない細いスリツトを切り込んで
一体として作ることもできる。PVDFは可撓性が
あり、平面シートで作つてから円弧に合わせて曲
げることができる。振動子列７の背面には金属粉
を混入した樹脂等で作られた吸音材１３を設け
る。振動子列７、吸音材１３、振動子列８は接着
剤で一体に構成される。PZTは音響インピーダ
ンスが約35×106Kg／m2sec、PVDFは約４×106
Kg／m2secであるので、PZTはλ／２共振、
PVDFはλ／４共振とするのがよい。PZTから
の超音波はPVDFを通過して出入する。PVDFは
PZTにとつて音響インピーダンス整合に近い効
果をもたせることもできる。PVDFの後方への超
音波はPZTで大部分反射し前方に出て行く。こ
の例では第１層は3.5MHz、第２層は2.25MHzを
夫々中心周波数とすることで特徴づけたが、
CHIRP変調、疑似ランダム・コード変調等を用
いることもできる。受信に当つてフイルタを用い
て弁別すると両系を完全同時に作動することがで
きる。この例は、特に、２組の線形配列の振動子
列が同位置に重なり、同一扇形走査面を異なつた
周波数で走査することができるので、人体組織等
に用いた場合、組織の周波数特性の差から組織弁
別等を行うのに適している。
列の構造の具体例を示す図であつて、ａは線型配
列の例を示す図、ｂは直交する２つの線型配列の
例を示す図である。７，８と１０は振動子列、７
１，７２，７３……は圧電素子、８′は圧電板、
８０はアース電極、８１，８２，８３……は信号
電極、１１は反射板、１２は非偏極板、１３は吸
音材を示す。第２図ａの例は振動子列７と８が円
弧形線型配列の二つの層を構成する複層構造にな
つている。振動子列７は例えば中心周波数3.5M
HzのPZT（ジルコン・チタン酸鉛）等で作られた
圧電素子を分割した圧電素子７１，７２，７３等
を有する。振動子列８は例えばPVDF（ポリ・フ
ツ化ビニリデン）の如き有機圧電板８′を有し、
中心周波数が例えば2.25MHzに調整される。有機
圧電板８′は片側（図では表側）に信号電極８１，
８２，８３等が、他側（図では裏側）にアース電
極８０が全面に配置される。圧電素子７１，７
２，７３等にも信号電極とアース電極が夫々配置
される。PZTはセラミツクで可撓性がないので、
圧電素子７１，７２，７３等は１個ずつ独立した
個体として作るか、或は予め円板状に加工した板
に裏までつきぬけない細いスリツトを切り込んで
一体として作ることもできる。PVDFは可撓性が
あり、平面シートで作つてから円弧に合わせて曲
げることができる。振動子列７の背面には金属粉
を混入した樹脂等で作られた吸音材１３を設け
る。振動子列７、吸音材１３、振動子列８は接着
剤で一体に構成される。PZTは音響インピーダ
ンスが約35×106Kg／m2sec、PVDFは約４×106
Kg／m2secであるので、PZTはλ／２共振、
PVDFはλ／４共振とするのがよい。PZTから
の超音波はPVDFを通過して出入する。PVDFは
PZTにとつて音響インピーダンス整合に近い効
果をもたせることもできる。PVDFの後方への超
音波はPZTで大部分反射し前方に出て行く。こ
の例では第１層は3.5MHz、第２層は2.25MHzを
夫々中心周波数とすることで特徴づけたが、
CHIRP変調、疑似ランダム・コード変調等を用
いることもできる。受信に当つてフイルタを用い
て弁別すると両系を完全同時に作動することがで
きる。この例は、特に、２組の線形配列の振動子
列が同位置に重なり、同一扇形走査面を異なつた
周波数で走査することができるので、人体組織等
に用いた場合、組織の周波数特性の差から組織弁
別等を行うのに適している。
第２図ｂの例は、PZTよりなる中心周波数
3.5MHzの線型配列の振動子列の層７と、PVDF
よりなる中心周波数2.25MHzの線型配列の振動子
列の層１０とが互に直交する２つの扇形走査面を
形成するよう複層化されたものである。しかも振
動子列７は下層に、振動子列１０は上層に配列さ
れている。反射板１１はPZTと厚さ、音響イン
ピーダンスの等しい材質からなり振動子列７と１
０との交叉部と同一特性を与える様にPVDFから
後方へ出た音波を反射するもので、偏極しない
PZTセラミツク等を用いることができる。非偏
極板１２はPZTから前方へ出た音波が振動子列
７の全面にわたつて、振動子列７と１０との交叉
部と同じになる様にPVDFと厚さ、音響インピー
ダンスの等しい材質からなる板で構成され、振動
子列１０の交叉部の左右両側表面に接着される。
非偏極板１２の具体的な材質としては振動子列１
０と同じPVDFで偏極しないものを用いると便利
である。この実施例によれば一つの窓から互いに
直交する２つの扇形走査面を形成し、且つ完全同
時に走査することもできる。
3.5MHzの線型配列の振動子列の層７と、PVDF
よりなる中心周波数2.25MHzの線型配列の振動子
列の層１０とが互に直交する２つの扇形走査面を
形成するよう複層化されたものである。しかも振
動子列７は下層に、振動子列１０は上層に配列さ
れている。反射板１１はPZTと厚さ、音響イン
ピーダンスの等しい材質からなり振動子列７と１
０との交叉部と同一特性を与える様にPVDFから
後方へ出た音波を反射するもので、偏極しない
PZTセラミツク等を用いることができる。非偏
極板１２はPZTから前方へ出た音波が振動子列
７の全面にわたつて、振動子列７と１０との交叉
部と同じになる様にPVDFと厚さ、音響インピー
ダンスの等しい材質からなる板で構成され、振動
子列１０の交叉部の左右両側表面に接着される。
非偏極板１２の具体的な材質としては振動子列１
０と同じPVDFで偏極しないものを用いると便利
である。この実施例によれば一つの窓から互いに
直交する２つの扇形走査面を形成し、且つ完全同
時に走査することもできる。
第３図は本発明による開口制御を行う振動子列
の構造の具体例を示す図である。第３図におい
て、７と９は振動子列、７１，７２，７３……及
び９１，９２，９３……は圧電素子、９０はアー
ス電極を示す。ある開口、例えば半径ａの円板状
により形成される音場はビーム状をなし、近距離
ではそのビーム半径はａであるが、遠距離では頂
角がａ／λ（λ：波長）に比例した細い円錐状で
拡散する。したがつて遠距離でのビーム形状を２
つの周波数で同一にしたい場合は、開口ａを波長
λに比例させればよい。しかしこの場合は近距離
でのビーム形状が異なることとなる。本発明では
この近距離音場の大部分が前室内、即ち窓１より
内部にある如く開口を定めることにより、被測定
体中のビームは大部分遠距離音場とするもので、
このため全測定深度にわたつて周波数に依存しな
い同一のビーム形状を実現することができる。こ
のことは人体組織等の周波数依存性から組織弁別
を行う時に特に重要である。第３図においては圧
電素子７１及び９１を接着したユニツト素子を線
型に並べて振動子列７と９が作られている。短冊
型PZTの圧電素子７１は波長λ1で作動されるが、
Ｙ軸方向には全面の表裏に電極があり全長W1に
わたつて有効である。圧電素子９１はPVDFより
なり波長λ2で作動されＹ軸方向の長さはW1であ
るが、有効に対向している電極長はW2でW1／
W2＝λ1／λ2とされる。PVDFの圧電素子９１の
表面電極が下までつづいているのは電極信号の取
り出しのためである。この圧電素子７１と９１と
を一体としたユニツト素子を配列し、振動子列７
と９及び吸音材１３を一体とし、一つの線型配列
をつくる。更に実際の作動に当つて選択する群の
開口として振動子列７はn1個、振動子列９はn2個
とし、n1／n2＝λ1／λ2とする。この様にするとほ
ぼ矩形断面のビームが形成されるが、遠距離音場
に於てはλ1とλ2の両波長のビーム形状は同一にな
る。第３図のａの組立図では説明のため圧電素子
９１のＰ点（第３図のｂの圧電素子９１）より上
を除去して図示してあるが、実際には除去しては
ならない。
の構造の具体例を示す図である。第３図におい
て、７と９は振動子列、７１，７２，７３……及
び９１，９２，９３……は圧電素子、９０はアー
ス電極を示す。ある開口、例えば半径ａの円板状
により形成される音場はビーム状をなし、近距離
ではそのビーム半径はａであるが、遠距離では頂
角がａ／λ（λ：波長）に比例した細い円錐状で
拡散する。したがつて遠距離でのビーム形状を２
つの周波数で同一にしたい場合は、開口ａを波長
λに比例させればよい。しかしこの場合は近距離
でのビーム形状が異なることとなる。本発明では
この近距離音場の大部分が前室内、即ち窓１より
内部にある如く開口を定めることにより、被測定
体中のビームは大部分遠距離音場とするもので、
このため全測定深度にわたつて周波数に依存しな
い同一のビーム形状を実現することができる。こ
のことは人体組織等の周波数依存性から組織弁別
を行う時に特に重要である。第３図においては圧
電素子７１及び９１を接着したユニツト素子を線
型に並べて振動子列７と９が作られている。短冊
型PZTの圧電素子７１は波長λ1で作動されるが、
Ｙ軸方向には全面の表裏に電極があり全長W1に
わたつて有効である。圧電素子９１はPVDFより
なり波長λ2で作動されＹ軸方向の長さはW1であ
るが、有効に対向している電極長はW2でW1／
W2＝λ1／λ2とされる。PVDFの圧電素子９１の
表面電極が下までつづいているのは電極信号の取
り出しのためである。この圧電素子７１と９１と
を一体としたユニツト素子を配列し、振動子列７
と９及び吸音材１３を一体とし、一つの線型配列
をつくる。更に実際の作動に当つて選択する群の
開口として振動子列７はn1個、振動子列９はn2個
とし、n1／n2＝λ1／λ2とする。この様にするとほ
ぼ矩形断面のビームが形成されるが、遠距離音場
に於てはλ1とλ2の両波長のビーム形状は同一にな
る。第３図のａの組立図では説明のため圧電素子
９１のＰ点（第３図のｂの圧電素子９１）より上
を除去して図示してあるが、実際には除去しては
ならない。
第４図は本発明による開口制御を行う振動子の
構造の他の具体例を示す図であり、第２図ａに示
した振動子列８の線型配列のＹ軸方向開口を変化
する方法を示すものである。８′は１枚のPVDF
の如き有機圧電板、８０はアース電極、８１，８
２，８３……は信号電極を示す。アース電極８０
はW2の幅で円弧方向全長に付加されている。予
めこれら電極を形成後電圧印加して加熱し偏極を
行うと、アース電極８０と信号電極８１，８２，
８３等と対向した部分のみが偏極され圧電作用を
示し、その他は圧電作用を示さない様に作ること
ができる。非圧電部分はPZTの如き圧電素子７
１，７２等からの超音波を出入する媒体として働
き、圧電素子７１，７２等の超音波のＹ軸方向分
布がW2幅のPVDFの圧電部分により乱されるの
を防止するのに有効である。
構造の他の具体例を示す図であり、第２図ａに示
した振動子列８の線型配列のＹ軸方向開口を変化
する方法を示すものである。８′は１枚のPVDF
の如き有機圧電板、８０はアース電極、８１，８
２，８３……は信号電極を示す。アース電極８０
はW2の幅で円弧方向全長に付加されている。予
めこれら電極を形成後電圧印加して加熱し偏極を
行うと、アース電極８０と信号電極８１，８２，
８３等と対向した部分のみが偏極され圧電作用を
示し、その他は圧電作用を示さない様に作ること
ができる。非圧電部分はPZTの如き圧電素子７
１，７２等からの超音波を出入する媒体として働
き、圧電素子７１，７２等の超音波のＹ軸方向分
布がW2幅のPVDFの圧電部分により乱されるの
を防止するのに有効である。
以上、三次元扇形走査を線型配列の振動子列に
より実現する本発明の主要部分の説明を行つた
が、位相配列に比して位相制御が不要であるので
制御回路は主として選択切替のみですみ、簡単で
安価である。又、トランス・ジユーサー素子の配
列面が広くとれるので、三次元の各種走査や多周
波作動等とその配列が容易に構成でき、製作も容
易で安価にできる。
より実現する本発明の主要部分の説明を行つた
が、位相配列に比して位相制御が不要であるので
制御回路は主として選択切替のみですみ、簡単で
安価である。又、トランス・ジユーサー素子の配
列面が広くとれるので、三次元の各種走査や多周
波作動等とその配列が容易に構成でき、製作も容
易で安価にできる。
反面、走査線を交叉するために前室が必要とな
り、且つ窓や体表等とトランス・ジユーサーとの
多重反射の悪影響を除くためには、トランス・ジ
ユーサーと窓間の走査線長l1、前室内媒体の音速
v1とし、窓から外の最大測定深さl2、被測定体の
音速v2とした時、 l1／v1≧l2／v2 の条件が必要となり、前室が大きくなる欠点があ
る。v1≒v2の時はl1はl2と少なくとも同じとなり、
心臓等ではl2＝18cmであるので探触子は長くな
る。又、被測定体内の走査角θ2とすると、前室内
走査角θ1は屈折の為、 sinθ1／sinθ2＝v1／v2 となり、v1≒v2で2θ2＝90°なら2θ1＝90°となり、l2
＝18cmと共に、探触子の大きさが使用に耐えない
程大型となる。実用に当つてはこの長さl1と前室
内走査角2θ1（四角錐状の探触子外形の頂角を与え
る）を小とすることが絶対の要請となる。この要
請に対しては前室内媒体としてv1／v2≦１のもの
を選ぶことによつて実現することができる。これ
は上述のl1，θ1の式から明らかである。v1／v2≦
１／２とすれば非常に好ましい。この様な物質と
しては弗素油があり、v2が生体等で1500m／sec
であるのに対し、3M社FC48、FC72、FC75等は
v1が700、527、590m／secで優れたv1／v2比を与
える。
り、且つ窓や体表等とトランス・ジユーサーとの
多重反射の悪影響を除くためには、トランス・ジ
ユーサーと窓間の走査線長l1、前室内媒体の音速
v1とし、窓から外の最大測定深さl2、被測定体の
音速v2とした時、 l1／v1≧l2／v2 の条件が必要となり、前室が大きくなる欠点があ
る。v1≒v2の時はl1はl2と少なくとも同じとなり、
心臓等ではl2＝18cmであるので探触子は長くな
る。又、被測定体内の走査角θ2とすると、前室内
走査角θ1は屈折の為、 sinθ1／sinθ2＝v1／v2 となり、v1≒v2で2θ2＝90°なら2θ1＝90°となり、l2
＝18cmと共に、探触子の大きさが使用に耐えない
程大型となる。実用に当つてはこの長さl1と前室
内走査角2θ1（四角錐状の探触子外形の頂角を与え
る）を小とすることが絶対の要請となる。この要
請に対しては前室内媒体としてv1／v2≦１のもの
を選ぶことによつて実現することができる。これ
は上述のl1，θ1の式から明らかである。v1／v2≦
１／２とすれば非常に好ましい。この様な物質と
しては弗素油があり、v2が生体等で1500m／sec
であるのに対し、3M社FC48、FC72、FC75等は
v1が700、527、590m／secで優れたv1／v2比を与
える。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、一つの窓を有する前室内に、複数の線型配
列、又は平面型配置の振動子を設け、それ等の形
成する走査線が窓付近のほぼ一点を交叉通過する
如く構成することにより、生体等の被測定体に対
し、一つの接触部から探触子を一つの姿勢に保つ
たままで、複数の相異なる扇形走査面を形成する
ことが可能となるので、正確で、取扱容易で、安
価な三次元扇形走査が実現できる。
ば、一つの窓を有する前室内に、複数の線型配
列、又は平面型配置の振動子を設け、それ等の形
成する走査線が窓付近のほぼ一点を交叉通過する
如く構成することにより、生体等の被測定体に対
し、一つの接触部から探触子を一つの姿勢に保つ
たままで、複数の相異なる扇形走査面を形成する
ことが可能となるので、正確で、取扱容易で、安
価な三次元扇形走査が実現できる。
第１図は振動子の配列と走査線交叉点と窓との
関係を示した本発明の実施例で、ａは複数線型配
列の例を示す図、ｂは直交する２つの線型配列の
例を示す図、ｃはマトリクス平面型配置の例を示
す図、ｄはａの探触子構造を示す断面図、第２図
は本発明による振動子列の複層構造の具体例を示
す図であつて、ａは複層構造を有する線型配列の
例を示す図、ｂは複層構造を有する直交する２つ
の線型配列の例を示す図、第３図は本発明による
開口制御を行う振動子列の構造の具体例を示す
図、第４図は本発明による開口制御を行う振動子
列の構造の他の具体例を示す図である。 １……窓、２ないし１０……振動子列、６……
振動子面、８′……圧電板、１１……反射板、１
２……非偏極板、１３……吸音材、１４……前
室、７１，７２と７３……圧電素子、８１，８２
と８３……信号電極、８０と９０……アース電
極、９１，９２と９３……圧電素子。
関係を示した本発明の実施例で、ａは複数線型配
列の例を示す図、ｂは直交する２つの線型配列の
例を示す図、ｃはマトリクス平面型配置の例を示
す図、ｄはａの探触子構造を示す断面図、第２図
は本発明による振動子列の複層構造の具体例を示
す図であつて、ａは複層構造を有する線型配列の
例を示す図、ｂは複層構造を有する直交する２つ
の線型配列の例を示す図、第３図は本発明による
開口制御を行う振動子列の構造の具体例を示す
図、第４図は本発明による開口制御を行う振動子
列の構造の他の具体例を示す図である。 １……窓、２ないし１０……振動子列、６……
振動子面、８′……圧電板、１１……反射板、１
２……非偏極板、１３……吸音材、１４……前
室、７１，７２と７３……圧電素子、８１，８２
と８３……信号電極、８０と９０……アース電
極、９１，９２と９３……圧電素子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 複数個の超音波トランス・ジユーサー素子を
配列した素子配列体と、超音波の出入する窓と、
上記素子配列体と上記窓との間に構成される前室
内に充填される超音波伝達媒体とを有し、上記超
音波トランス・ジユーサー素子を開口として選択
的に作動して超音波をビーム状に集束して送信及
び受信し、一部又は全部の選択を変更することに
より上記窓に外接する被測定体を超音波ビームに
より走査する超音波走査探触子において、上記素
子配列体からの全ての選択による走査線が上記窓
又はその付近のほぼ一点の交叉点を通過して扇形
走査する如くすると共に、少なくとも二つ以上の
被測定体の断層像が得られる如く上記素子配列体
を構成し、且つ上記前室内超音波伝播経路l1の伝
播時間が上記窓に外接する被測定体の体表から最
大測定深さl2の伝播時間とほぼ等しいか、より長
くなるようにしたことを特徴とする超音波扇形走
査探触子。 ２ 複数個の超音波トランス・ジユーサー素子を
並設して１個の線型トランス・ジユーサー列を構
成し、該線型トランス・ジユーサー列の複数個
を、走査線の交叉点を曲率の中心とする球面にほ
ぼ沿つて並設した複合的素子配列体を有すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音
波扇形走査探触子。 ３ 複数個の超音波トランス・ジユーサー素子を
並設して１個の線型トランス・ジユーサー列を構
成し、該線型トランス・ジユーサー列の複数個
を、走査線の交叉点を曲率の中心とする球面にほ
ぼ沿つて直交配列した複合的素子配列体を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
超音波扇形走査探触子。 ４ 走査線の交叉点を曲率の中心とする球面にほ
ぼ沿つて複数の超音波トランス・ジユーサー素子
をマトリツクス状等の平面型に配置した多次元的
素子配列体を有することを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の超音波扇形走査探触子。 ５ 素子配列体が複数個の線型トランス・ジユー
サー列で複合的に構成されている場合、各線型ト
ランス・ジユーサー列の少なくとも二つが互いに
異なる周波数又は特徴を有する超音波波形で作動
されることを特徴とする特許請求の範囲第２項な
いし第３項に記載の超音波扇形走査探触子。 ６ 複数個の超音波トランス・ジユーサー素子を
並設して１個の線型トランス・ジユーサー列を構
成し、該任意数の線型トランス・ジユーサー列を
一つの層上に配列し、該層を更に重ね合わせて走
査線の交差点を曲率の中心とする円弧又は球面に
ほぼ沿つて配列して素子配列体を複合的に構成
し、各線型トランス・ジユーサー列の少なくとも
二つが異なる周波数又は特徴を有する超音波形で
作動されることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の超音波扇形走査探触子。 ７ 素子配列体を構成する超音波トランス・ジユ
ーサー素子の少なくとも一部の素子自体を複数個
の超音波トランス・ジユーサー素子を重ね合わせ
て作成された複層超音波トランス・ジユーサー素
子とし、該複層超音波トランス・ジユーサー素子
自体が複数の周波数又は特徴の超音波波形で作動
可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第５項に記載の超音波扇形走査探触子。 ８ 複数個の超音波トランス・ジユーサー素子を
多次元的、又は複合的に配列し、その中から選択
された適宜の群の素子が異なつた周波数のビーム
を集束形成する場合、各群の構成超音波トラン
ス・ジユーサー素子自体の開口及び／又は選択さ
れた素子の群としての開口を夫々の群の送受する
超音波の波長に基づいて変化させると共に、その
近距離音場の大部分が前室にある如く構成された
ことを特徴とする特許請求の範囲第５項ないし第
７項のいずれかに記載の超音波扇形走査探触子。 ９ 被測定体の音速v2にほぼ等しいか、より遅い
音速v1の超音波伝達媒体を前室内に充填したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第８項
記載の超音波扇形走査探触子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57045395A JPS58163347A (ja) | 1982-03-20 | 1982-03-20 | 超音波三次元扇形走査探触子 |
| DE8383301540T DE3377530D1 (en) | 1982-03-20 | 1983-03-18 | Ultrasonic sector-scan probe |
| EP83301540A EP0090567B1 (en) | 1982-03-20 | 1983-03-18 | Ultrasonic sector-scan probe |
| US06/618,232 US4570488A (en) | 1982-03-20 | 1984-06-07 | Ultrasonic sector-scan probe |
| US06/735,300 US4580451A (en) | 1982-03-20 | 1985-05-17 | Ultrasonic sector-scan probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57045395A JPS58163347A (ja) | 1982-03-20 | 1982-03-20 | 超音波三次元扇形走査探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58163347A JPS58163347A (ja) | 1983-09-28 |
| JPH0369534B2 true JPH0369534B2 (ja) | 1991-11-01 |
Family
ID=12718068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57045395A Granted JPS58163347A (ja) | 1982-03-20 | 1982-03-20 | 超音波三次元扇形走査探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58163347A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2619446B2 (ja) * | 1987-12-21 | 1997-06-11 | 株式会社日立製作所 | 超音波診断装置 |
| JP2013173060A (ja) * | 2008-06-18 | 2013-09-05 | Canon Inc | 超音波探触子、該超音波探触子を備えた光音響・超音波システム並びに検体イメージング装置 |
| JP5294998B2 (ja) | 2008-06-18 | 2013-09-18 | キヤノン株式会社 | 超音波探触子、該超音波探触子を備えた光音響・超音波システム並びに検体イメージング装置 |
| JP5689227B2 (ja) * | 2009-04-06 | 2015-03-25 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 超音波測定方法及び装置 |
| RU2533336C2 (ru) * | 2009-09-03 | 2014-11-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Ультразвуковой датчик с большим полем обзора и способ изготовления данного ультразвукового датчика |
| JP5222323B2 (ja) * | 2010-06-16 | 2013-06-26 | 日立アロカメディカル株式会社 | 超音波診断装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5535920B2 (ja) * | 1971-12-10 | 1980-09-17 | ||
| JPS4994352A (ja) * | 1972-05-02 | 1974-09-07 | ||
| JPS5322050Y2 (ja) * | 1975-09-12 | 1978-06-08 | ||
| JPS5690274A (en) * | 1979-12-24 | 1981-07-22 | Fujitsu Ltd | Scanning method by ultrasonic wave |
-
1982
- 1982-03-20 JP JP57045395A patent/JPS58163347A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58163347A (ja) | 1983-09-28 |
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