JPH05228142A - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents
超音波探触子及び超音波診断装置Info
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- JPH05228142A JPH05228142A JP4169758A JP16975892A JPH05228142A JP H05228142 A JPH05228142 A JP H05228142A JP 4169758 A JP4169758 A JP 4169758A JP 16975892 A JP16975892 A JP 16975892A JP H05228142 A JPH05228142 A JP H05228142A
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- Japan
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- electrode
- ultrasonic
- ultrasonic probe
- electrode line
- piezoelectric body
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超音波プローブに於ける振動子の上下面それ
ぞれで、アレイに分割した各素子間で電気的音響的クロ
ストークが生じ難く、かつ電極が切れにくい振動子を持
ち、マッチング層、バッキング材の形成の容易な同軸の
バイプレーンプローブを提供することにある。 【構成】 振動子の上下面で配列方向の直行するアレイ
電極を有する同軸バイプレーンプローブに於いて、上下
面の電極が交差する部分を圧電セラミックで、一方の電
極のみが存在する部分の電極直下を高硬度材料で構成
し、更にその他の部分のうち音響整合層側は音響レンズ
を接着し易い柔軟な材料で、バッキング側はバッキング
材と接着し易い柔軟な材料で構成する。
ぞれで、アレイに分割した各素子間で電気的音響的クロ
ストークが生じ難く、かつ電極が切れにくい振動子を持
ち、マッチング層、バッキング材の形成の容易な同軸の
バイプレーンプローブを提供することにある。 【構成】 振動子の上下面で配列方向の直行するアレイ
電極を有する同軸バイプレーンプローブに於いて、上下
面の電極が交差する部分を圧電セラミックで、一方の電
極のみが存在する部分の電極直下を高硬度材料で構成
し、更にその他の部分のうち音響整合層側は音響レンズ
を接着し易い柔軟な材料で、バッキング側はバッキング
材と接着し易い柔軟な材料で構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波探触子に係り、特
に直交する断層面を観察するのに好適な超音波探触子及
び超音波診断装置に関する。
に直交する断層面を観察するのに好適な超音波探触子及
び超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】医療診断を行う場合、被検体の所定の部
位における断層画像を、例えばディスプレイ装置に表示
し、これを観察することが有効であるが、この断層画像
を得るために超音波診断装置が用いられる。又、構造材
料等の非破壊検査の際には超音波探傷装置が用いられる
(以下、両者を包含し広義の超音波診断装置として扱
う)。
位における断層画像を、例えばディスプレイ装置に表示
し、これを観察することが有効であるが、この断層画像
を得るために超音波診断装置が用いられる。又、構造材
料等の非破壊検査の際には超音波探傷装置が用いられる
(以下、両者を包含し広義の超音波診断装置として扱
う)。
【0003】この超音波診断装置や超音波探傷装置は、
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電体材料で形成
された振動子と、この両面に配置された2枚の電極とを
有する超音波探触子を備えており、この超音波探触子を
機械的に走査したり、或いは、この超音波探触子を複数
の振動子がアレイ状に配列された構成とし、これらのア
レイに電気的遅延をかけて電気パルスを印加することに
よって超音波ビームを走査し、断層画像を得るようにな
っている。
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電体材料で形成
された振動子と、この両面に配置された2枚の電極とを
有する超音波探触子を備えており、この超音波探触子を
機械的に走査したり、或いは、この超音波探触子を複数
の振動子がアレイ状に配列された構成とし、これらのア
レイに電気的遅延をかけて電気パルスを印加することに
よって超音波ビームを走査し、断層画像を得るようにな
っている。
【0004】最近では、径食道的あるいは径直腸的に超
音波診断を行う超音波探触子において、より適確な医療
診断を行うため、ある断面の断層画像の他に、これと直
交しかつ近接した位置でのもう一つの断層画像を観察す
ることが望まれるようになってきた。
音波診断を行う超音波探触子において、より適確な医療
診断を行うため、ある断面の断層画像の他に、これと直
交しかつ近接した位置でのもう一つの断層画像を観察す
ることが望まれるようになってきた。
【0005】しかし、2つの超音波探触子を並べること
によって直交する2枚の断層画像を観察しようとして
も、超音波探触子間に一定の距離があるため、近接した
位置に配置することができず、結局、異なる被検体の部
位を観察する結果になる。また、超音波探触子を回転さ
せることによって直交する2枚の断層画像を観察しよう
としても、特に、被検体内部、例えば、食道や直腸内に
超音波探触子を配置する場合では、正確な回転が困難か
つ煩雑であり、また、回転機構を内蔵すると超音波探触
子の大型化を招き、患者の苦痛を増大させることにもな
る。
によって直交する2枚の断層画像を観察しようとして
も、超音波探触子間に一定の距離があるため、近接した
位置に配置することができず、結局、異なる被検体の部
位を観察する結果になる。また、超音波探触子を回転さ
せることによって直交する2枚の断層画像を観察しよう
としても、特に、被検体内部、例えば、食道や直腸内に
超音波探触子を配置する場合では、正確な回転が困難か
つ煩雑であり、また、回転機構を内蔵すると超音波探触
子の大型化を招き、患者の苦痛を増大させることにもな
る。
【0006】特開昭57−68999号公報には、直交
する2つの断層画像を得ることができる超音波探触子が
開示されている。この超音波探触子は、板状の圧電体材
料の両面から互いに直交する方向に複数の切れ目を入
れ、この切れ目によって形成された圧電体材料の各表面
部分に複数の電極を設け、一方の面に設けた複数の電極
を接地させるようになっている。
する2つの断層画像を得ることができる超音波探触子が
開示されている。この超音波探触子は、板状の圧電体材
料の両面から互いに直交する方向に複数の切れ目を入
れ、この切れ目によって形成された圧電体材料の各表面
部分に複数の電極を設け、一方の面に設けた複数の電極
を接地させるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような超音波探触
子は、互いに直交しかつ近接した位置での2枚の断層画
像を観察することができる。
子は、互いに直交しかつ近接した位置での2枚の断層画
像を観察することができる。
【0008】しかしながら従来の超音波探触子では、ア
レイ状に配置された振動子に完全に切れ目が入っておら
ず部分的につながっているため、音響的クロストークが
起こる。すなわち、切れ目によって形成された各振動子
の表面部分は、超音波を直接送受するのみならず、他の
振動子の表面部分が送受した超音波振動も、間接的に送
受することになる。また、電気的クロストークも生じや
すくなり、音響的クロストークとともに断層画像の精度
を低下させる原因となる。
レイ状に配置された振動子に完全に切れ目が入っておら
ず部分的につながっているため、音響的クロストークが
起こる。すなわち、切れ目によって形成された各振動子
の表面部分は、超音波を直接送受するのみならず、他の
振動子の表面部分が送受した超音波振動も、間接的に送
受することになる。また、電気的クロストークも生じや
すくなり、音響的クロストークとともに断層画像の精度
を低下させる原因となる。
【0009】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、音響的電気的クロストークの発生を阻止する
ことによって高解像度で、互いに直交しかつ近接した位
置での断層画像を得ることができる超音波探触子及びこ
れを用いた超音波診断装置を提供することである。
たもので、音響的電気的クロストークの発生を阻止する
ことによって高解像度で、互いに直交しかつ近接した位
置での断層画像を得ることができる超音波探触子及びこ
れを用いた超音波診断装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、
【0011】PZT系等のセラミック圧電材料等からな
る板状圧電体一方の主面上に形成された第1の電極ライ
ンと、他方の主面上に形成され、板状圧電体を介して第
1の電極ラインと交差する領域(A)を有する第2の電
極ラインとを備えた2次元アレイ状の超音波探触子にお
いて、前記板状圧電体の内、(A)の(B)が、前記圧
電体より小さい音響インピーダンスを有する低音響イン
ピーダンス材料で置換され、かつこの領域(B)の内、
第1及び第2の電極に接する部分(C)が、それ以外の
部分に比べ高い硬度を有する高硬度材料で置換された構
造を有することを特徴とする超音波探触子である。
る板状圧電体一方の主面上に形成された第1の電極ライ
ンと、他方の主面上に形成され、板状圧電体を介して第
1の電極ラインと交差する領域(A)を有する第2の電
極ラインとを備えた2次元アレイ状の超音波探触子にお
いて、前記板状圧電体の内、(A)の(B)が、前記圧
電体より小さい音響インピーダンスを有する低音響イン
ピーダンス材料で置換され、かつこの領域(B)の内、
第1及び第2の電極に接する部分(C)が、それ以外の
部分に比べ高い硬度を有する高硬度材料で置換された構
造を有することを特徴とする超音波探触子である。
【0012】この様な構成をとることにより、個々の振
動子間は高分子材料などからなる低音響インピーダンス
材料で音響的には分離され、クロストーク等の問題が低
減されるため、高解像度化が達成される。この材料とし
ては、硬度が約ショアA40以下であることが好まし
い。また無充填、すなわち空気であっても良い。
動子間は高分子材料などからなる低音響インピーダンス
材料で音響的には分離され、クロストーク等の問題が低
減されるため、高解像度化が達成される。この材料とし
ては、硬度が約ショアA40以下であることが好まし
い。また無充填、すなわち空気であっても良い。
【0013】また第1及び第2の電極ラインは圧電体及
び高硬度材料上に形成されることになるため、製造時に
断線等のおそれがない。すなわち一般に低音響インピー
ダンス材料である高分子材料は硬度が低く、2次元アレ
イを組んだ場合製造時に変形を生じ易い。するとその上
に形成された電極ラインは引っ張り応力が加わり、断線
する場合がある。しかしながら本願発明では電極ライン
は低音響インピーダンスで高硬度の材料、例えばショア
D50以上の高分子材料からなるので、この様な断線が
生じ難くなる。
び高硬度材料上に形成されることになるため、製造時に
断線等のおそれがない。すなわち一般に低音響インピー
ダンス材料である高分子材料は硬度が低く、2次元アレ
イを組んだ場合製造時に変形を生じ易い。するとその上
に形成された電極ラインは引っ張り応力が加わり、断線
する場合がある。しかしながら本願発明では電極ライン
は低音響インピーダンスで高硬度の材料、例えばショア
D50以上の高分子材料からなるので、この様な断線が
生じ難くなる。
【0014】なお、領域(B)の音響インピーダンスは
小さい方が良く、一般に高硬度の材料の方が音響インピ
ーダンスは大きいので、高硬度材料での置換部分は少な
い方が好ましく、必要最小限にすべきである。例えば圧
電体の厚さ方向の1/10〜1/2の厚さにおさめるこ
とが好ましい。なお、この超音波探触子を用いた超音波
診断装置としては、複数の第1及び第2の電極ラインを
有する請求項1又は2記載の超音波探触子と、第1の電
極ライント第2の電極ライン間に圧電体駆動電圧を印加
するための電源手段とを具備したものにすれば良い。
小さい方が良く、一般に高硬度の材料の方が音響インピ
ーダンスは大きいので、高硬度材料での置換部分は少な
い方が好ましく、必要最小限にすべきである。例えば圧
電体の厚さ方向の1/10〜1/2の厚さにおさめるこ
とが好ましい。なお、この超音波探触子を用いた超音波
診断装置としては、複数の第1及び第2の電極ラインを
有する請求項1又は2記載の超音波探触子と、第1の電
極ライント第2の電極ライン間に圧電体駆動電圧を印加
するための電源手段とを具備したものにすれば良い。
【0015】この様な構成により、第2の電極ラインを
共通電位(例えば接地する)とし、第1の電極ラインに
順次電圧を付加することで第1の電極ラインが配列した
方向の断層情報が得られる。一方、第1の電極ラインを
共通電位とし第2の電極ラインを順次選択することで第
2の電極ラインの配列方向に対応した断層情報が得られ
る。第1の電極ラインと第2の電極ラインとを直交させ
ておけば、同一箇所の直交する断層情報を得ることがで
きる。この場合、夫々の電極ラインに個々に電源を用意
し、一方を選択する際は、他方をアースなどの固定電位
におとすことで、振動子に所望の電圧を印加できる。な
お、1個の電源で、スイッチ操作で電源接続をかえるこ
ともできる。
共通電位(例えば接地する)とし、第1の電極ラインに
順次電圧を付加することで第1の電極ラインが配列した
方向の断層情報が得られる。一方、第1の電極ラインを
共通電位とし第2の電極ラインを順次選択することで第
2の電極ラインの配列方向に対応した断層情報が得られ
る。第1の電極ラインと第2の電極ラインとを直交させ
ておけば、同一箇所の直交する断層情報を得ることがで
きる。この場合、夫々の電極ラインに個々に電源を用意
し、一方を選択する際は、他方をアースなどの固定電位
におとすことで、振動子に所望の電圧を印加できる。な
お、1個の電源で、スイッチ操作で電源接続をかえるこ
ともできる。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施利を説明
する。図1は、本発明の一実施例に係る超音波プローブ
の概略構成を示す斜視(一部断面)図である。振動子1
のマッチング層2側の電極3(第1の電極ライン)と、
バッキング材4側の電極5(第2の電極ライン)はそれ
ぞれ互いに直交する方向にアレイ分割され、各々のアレ
イ電極に駆動パルスを加えることにより超音波ビームを
走査し、各1つの断層像を得る。一方のアレイ電極が超
音波ビームの走査にもちいられるとき、他方のアレイ電
極は短絡されアースに接続されることになる。図2は、
本実施例に係る超音波プローブの振動子構成を示す斜視
図である。四角柱状の圧電セラミック6はアレイ電極の
配列ピッチにそってマトリックス状に配置され、各アレ
イ電極の長手方向の圧電セラミック間は振動子の厚さの
2分の1未満の厚さの高分子材料7(高硬度材料)を電
極面に沿って形成することで結合される。この結合は振
動子の両面で同様に行われ、使用する高分子材料は硬度
(ショアD50)以上の機械的強度の高いものを用い
る。また、高分子材料7を使用しない部分は、硬度(シ
ョアA40)以下で、音響インピーダンス2.5Mrayls 以
下のものを用いるが、音響レンズ8と接合するマッチン
グ層2側は音響レンズに用いられる材料と接着し易い充
填材(低音響インピーダンス材料)を用い、バッキング
材と接着される側はその接着剤と接着し易い充填材を用
いる。具体的に一例をあげると、マッチング層側は、音
響レンズにシリコーン樹脂を使用した場合、シリコーン
系の充填樹脂(低音響インピーダンス材料)9を使用
し、シリコーン系でないバッキング材側はエポキシ系の
充填樹脂10(低音響インピーダンス材料)を用いる。
この様にすることで、音響レンズ及びバッキング材との
接着を容易にし、音響レンズ及びバッキング材の選択範
囲を広げることができる。
する。図1は、本発明の一実施例に係る超音波プローブ
の概略構成を示す斜視(一部断面)図である。振動子1
のマッチング層2側の電極3(第1の電極ライン)と、
バッキング材4側の電極5(第2の電極ライン)はそれ
ぞれ互いに直交する方向にアレイ分割され、各々のアレ
イ電極に駆動パルスを加えることにより超音波ビームを
走査し、各1つの断層像を得る。一方のアレイ電極が超
音波ビームの走査にもちいられるとき、他方のアレイ電
極は短絡されアースに接続されることになる。図2は、
本実施例に係る超音波プローブの振動子構成を示す斜視
図である。四角柱状の圧電セラミック6はアレイ電極の
配列ピッチにそってマトリックス状に配置され、各アレ
イ電極の長手方向の圧電セラミック間は振動子の厚さの
2分の1未満の厚さの高分子材料7(高硬度材料)を電
極面に沿って形成することで結合される。この結合は振
動子の両面で同様に行われ、使用する高分子材料は硬度
(ショアD50)以上の機械的強度の高いものを用い
る。また、高分子材料7を使用しない部分は、硬度(シ
ョアA40)以下で、音響インピーダンス2.5Mrayls 以
下のものを用いるが、音響レンズ8と接合するマッチン
グ層2側は音響レンズに用いられる材料と接着し易い充
填材(低音響インピーダンス材料)を用い、バッキング
材と接着される側はその接着剤と接着し易い充填材を用
いる。具体的に一例をあげると、マッチング層側は、音
響レンズにシリコーン樹脂を使用した場合、シリコーン
系の充填樹脂(低音響インピーダンス材料)9を使用
し、シリコーン系でないバッキング材側はエポキシ系の
充填樹脂10(低音響インピーダンス材料)を用いる。
この様にすることで、音響レンズ及びバッキング材との
接着を容易にし、音響レンズ及びバッキング材の選択範
囲を広げることができる。
【0017】図2に示す圧電振動子の具体的な製造法と
しては、圧電セラミックの振動子をアレイの配列間隔に
合わせてマトリックス状に切断し、その溝に高分子材料
7を形成することで複合圧電体を構成し、複合圧電体の
両面に電極形成後、一方の面にマッチング層2を形成す
る。マッチング層の形成されていない面に、電極をアレ
イ電極とするための溝を圧電セラミック間の樹脂部分に
振動子の厚さの3分の2程度まで入れ、その溝にエポキ
シ系充填材10を充填し、硬化後反対側の電極をアレイ
電極とするためにバッキング側と直交してマッチング層
及び圧電セラミック間の樹脂部分に振動子の厚さの3分
の2程度まで溝を入れ、その溝にシリコーン系充填樹脂
9を充填する。なお充填樹脂9,10を同一の材料とす
ることもできる。
しては、圧電セラミックの振動子をアレイの配列間隔に
合わせてマトリックス状に切断し、その溝に高分子材料
7を形成することで複合圧電体を構成し、複合圧電体の
両面に電極形成後、一方の面にマッチング層2を形成す
る。マッチング層の形成されていない面に、電極をアレ
イ電極とするための溝を圧電セラミック間の樹脂部分に
振動子の厚さの3分の2程度まで入れ、その溝にエポキ
シ系充填材10を充填し、硬化後反対側の電極をアレイ
電極とするためにバッキング側と直交してマッチング層
及び圧電セラミック間の樹脂部分に振動子の厚さの3分
の2程度まで溝を入れ、その溝にシリコーン系充填樹脂
9を充填する。なお充填樹脂9,10を同一の材料とす
ることもできる。
【0018】また本実施例に示す超音波探触子は、圧電
体をさいの目状に切断してこれをアレイの位置に合わせ
てマトリックス状に配置し、圧電体の間に高分子材料を
形成し、得られた複合圧電体の両面に電極を形成し、電
極を形成した高分子材料に溝を入れてアレイ電極とし、
この溝に充填物質を満たすことによって製造することも
できる。
体をさいの目状に切断してこれをアレイの位置に合わせ
てマトリックス状に配置し、圧電体の間に高分子材料を
形成し、得られた複合圧電体の両面に電極を形成し、電
極を形成した高分子材料に溝を入れてアレイ電極とし、
この溝に充填物質を満たすことによって製造することも
できる。
【0019】本実施例では、各アレイ間の振動子は不連
続でありかつこの振動子の間を、音響インピーダンスが
十分小さい充填物質が埋めているため、異なるアレイを
構成する振動子の間で音響的電気的クロストークが生じ
にくくなる。従って、超音波の受信感度が改善され、よ
り精度の高い断層画像を得ることができる。
続でありかつこの振動子の間を、音響インピーダンスが
十分小さい充填物質が埋めているため、異なるアレイを
構成する振動子の間で音響的電気的クロストークが生じ
にくくなる。従って、超音波の受信感度が改善され、よ
り精度の高い断層画像を得ることができる。
【0020】振動子を分割したことによる探触子全体の
剛性の低下が電極の破断を招くおそれがあるが、高分子
材料が、振動子と電極との間を堅く結合しているため、
探触子全体の剛性は高くなり、探触子がたわむことによ
る電極の破断を回避することができる。
剛性の低下が電極の破断を招くおそれがあるが、高分子
材料が、振動子と電極との間を堅く結合しているため、
探触子全体の剛性は高くなり、探触子がたわむことによ
る電極の破断を回避することができる。
【0021】図1の超音波探触子の変形例を図3に示
す。なお、電極3,5からリード線を導出しやすいよう
に、リード取り出し部3´,5´が電極3,5から延び
ている。このリード取り出し部3´,5´は超音波探触
子の側面まで延びているので、リードの取り出しが容易
である。マッチング層2には、振動子が存在しない部分
で溝11,12がライン状に入っており、電極3が露出
される恐れのある部分だけはわずかにマッチング層が残
されている。この溝11,12により、異なるアレイを
構成する振動子間の音響的クロストークはさらに低減さ
れ、断層画像の精度はより向上する。
す。なお、電極3,5からリード線を導出しやすいよう
に、リード取り出し部3´,5´が電極3,5から延び
ている。このリード取り出し部3´,5´は超音波探触
子の側面まで延びているので、リードの取り出しが容易
である。マッチング層2には、振動子が存在しない部分
で溝11,12がライン状に入っており、電極3が露出
される恐れのある部分だけはわずかにマッチング層が残
されている。この溝11,12により、異なるアレイを
構成する振動子間の音響的クロストークはさらに低減さ
れ、断層画像の精度はより向上する。
【0022】以下、本発明に係る超音波探触子を用いた
超音波診断装置の実施例について、添付図面を参照して
説明する。なお、各実施例では、説明を容易にするた
め、振動子のアレイ数を数個としたが、本発明がこれら
に限定されるものではない。また超音波診断装置もこれ
に限定されるものではない。
超音波診断装置の実施例について、添付図面を参照して
説明する。なお、各実施例では、説明を容易にするた
め、振動子のアレイ数を数個としたが、本発明がこれら
に限定されるものではない。また超音波診断装置もこれ
に限定されるものではない。
【0023】図4は、本発明に係る超音波診断装置の概
略構成例を示すものである。この超音波診断装置は、被
検体検査用超音波を送受信させる超音波探触子41を有
する。この超音波探触子41は、圧電体で形成された振
動子と、この振動子の表裏面に、複数列ずつアレイ状に
平行に配列された電極42,43と、振動子の表面に配
列された電極42を覆うマッチング層44と、振動子の
裏面側に配列されたバッキング材45とから構成され
る。振動子の表面に配列された一方の電極42は、裏面
に配列された他方の電極43と互いに直交するように配
列される。また、マッチング層44は、振動子と被検体
との良好な超音波の伝達を図る役目をし、バッキング材
45は、振動子の裏面側へ発振した超音波を吸収する役
目をする。
略構成例を示すものである。この超音波診断装置は、被
検体検査用超音波を送受信させる超音波探触子41を有
する。この超音波探触子41は、圧電体で形成された振
動子と、この振動子の表裏面に、複数列ずつアレイ状に
平行に配列された電極42,43と、振動子の表面に配
列された電極42を覆うマッチング層44と、振動子の
裏面側に配列されたバッキング材45とから構成され
る。振動子の表面に配列された一方の電極42は、裏面
に配列された他方の電極43と互いに直交するように配
列される。また、マッチング層44は、振動子と被検体
との良好な超音波の伝達を図る役目をし、バッキング材
45は、振動子の裏面側へ発振した超音波を吸収する役
目をする。
【0024】超音波探触子41の一方の電極42は、リ
ード46を介して取り出され、スイッチ47群により相
互に短絡されるようになっている。超音波探触子1の他
方の電極43もリード48を介して取り出され、スイッ
チ49群により相互に短絡される。各スイッチ47,4
9群は、制御手段としてのコントロールユニット50に
接続され、このコントロールユニット信号により駆動制
御されるようになっている。
ード46を介して取り出され、スイッチ47群により相
互に短絡されるようになっている。超音波探触子1の他
方の電極43もリード48を介して取り出され、スイッ
チ49群により相互に短絡される。各スイッチ47,4
9群は、制御手段としてのコントロールユニット50に
接続され、このコントロールユニット信号により駆動制
御されるようになっている。
【0025】一方、スイッチ47群とスイッチ49群
は、コントロールユニット50で切り替え制御されるス
イッチ51を介してアース52に選択的に接続され、ス
イッチ51を切り替えることにより、接続された電極4
2または43を接地させる。
は、コントロールユニット50で切り替え制御されるス
イッチ51を介してアース52に選択的に接続され、ス
イッチ51を切り替えることにより、接続された電極4
2または43を接地させる。
【0026】他方、超音波探触子1の一方の電極42か
ら導出されたリード46と他方の電極43から導出され
たリード48は、スイッチ53群を介して電気パルス源
としてのパルサー・レシーバー54に選択的に接続され
る。パルサー・レシーバー54からの駆動パルス(電気
パルス)を電極42,43に選択的に印加させるスイッ
チ53群は、コントロールユニット50により駆動制御
され切り替えられる。また、スイッチ47群やスイッチ
49群により、短絡された電極42(または43)と、
スイッチ53群およびスイッチ55を介して接続される
電極43(または42)との間に、高電圧源56より振
動子の圧電体の分極方向を変える電圧が印加されるよう
になっている。高電圧源56の駆動は、コントロールユ
ニット50により制御される。振動子の分極処理は、ス
イッチを適宜切り替えることによって行われ、その後、
振動子の分極方向の極性と同じ極性になるように、電気
パルスをパルサー・レシーバー54から電極42または
43に印加し、超音波を発振させるようになっている。
ら導出されたリード46と他方の電極43から導出され
たリード48は、スイッチ53群を介して電気パルス源
としてのパルサー・レシーバー54に選択的に接続され
る。パルサー・レシーバー54からの駆動パルス(電気
パルス)を電極42,43に選択的に印加させるスイッ
チ53群は、コントロールユニット50により駆動制御
され切り替えられる。また、スイッチ47群やスイッチ
49群により、短絡された電極42(または43)と、
スイッチ53群およびスイッチ55を介して接続される
電極43(または42)との間に、高電圧源56より振
動子の圧電体の分極方向を変える電圧が印加されるよう
になっている。高電圧源56の駆動は、コントロールユ
ニット50により制御される。振動子の分極処理は、ス
イッチを適宜切り替えることによって行われ、その後、
振動子の分極方向の極性と同じ極性になるように、電気
パルスをパルサー・レシーバー54から電極42または
43に印加し、超音波を発振させるようになっている。
【0027】この実施例では、パルサーレシーバーの構
造を簡単にするため、電気パルスの出力極性を一定とし
た、従って、超音波を走査する方向に応じて、振動子の
分極方向を予め切り替えた上で、電気パルスを印加する
電極も切り替えることにより、脱分極を回避する構成と
なっている。しかし、正負両方の極性を出力できるパル
サー・レシーバーを使用すれば、振動子の分極方向を予
め高電圧源により分極し直す必要はなくなるので、超音
波を走査する方向に応じて、電極に印加する電気パルス
の極性を切り替えるような構成でもよい。次に、超音波
診断装置の作用を説明する。
造を簡単にするため、電気パルスの出力極性を一定とし
た、従って、超音波を走査する方向に応じて、振動子の
分極方向を予め切り替えた上で、電気パルスを印加する
電極も切り替えることにより、脱分極を回避する構成と
なっている。しかし、正負両方の極性を出力できるパル
サー・レシーバーを使用すれば、振動子の分極方向を予
め高電圧源により分極し直す必要はなくなるので、超音
波を走査する方向に応じて、電極に印加する電気パルス
の極性を切り替えるような構成でもよい。次に、超音波
診断装置の作用を説明する。
【0028】超音波探触子1に組み込まれる振動子の一
方の電極42のアレイ方向に超音波を走査する場合に
は、スイッチ47群を解放し、スイッチ49群を切り替
えて電極43を短絡し、さらにスイッチ51を切り替え
て電極43を接地する。次に、スイッチ53群を切り替
えることによって、パルサー・レシーバー54をスイッ
チ47群側に接続する。次いで、スイッチ55を切り替
えて高電圧源56をスイッチ53群側に接続する。この
状態で高電圧源56により振動子の分極を行った後、ス
イッチ55を解放する。そして、パルサー・レシーバー
54により、スイッチ47群側のアレイ電極42を駆動
する。
方の電極42のアレイ方向に超音波を走査する場合に
は、スイッチ47群を解放し、スイッチ49群を切り替
えて電極43を短絡し、さらにスイッチ51を切り替え
て電極43を接地する。次に、スイッチ53群を切り替
えることによって、パルサー・レシーバー54をスイッ
チ47群側に接続する。次いで、スイッチ55を切り替
えて高電圧源56をスイッチ53群側に接続する。この
状態で高電圧源56により振動子の分極を行った後、ス
イッチ55を解放する。そして、パルサー・レシーバー
54により、スイッチ47群側のアレイ電極42を駆動
する。
【0029】アレイ電極42の各アレイに電気パルスが
印加されることによって、振動子が超音波を発生し、こ
の超音波は、各アレイから球面波となって被検体内を伝
わる。パルサー・レシーバー54は、電極42のアレイ
数と同数のチャンネル数を有しており、各アレイに所定
の時間差をもって電気パルスを印加することができるの
で、これらの時間差すなわち電気的遅延に対応した被検
体内の所定の箇所に超音波を収束させることができる。
超音波を別の箇所に収束させるには、この箇所に対応す
るような別の電気的遅延をかけてアレイ電極42に電気
パルスを印加すればよく、かくして、アレイ方向を含む
被検体断面の画像を得ることができる。
印加されることによって、振動子が超音波を発生し、こ
の超音波は、各アレイから球面波となって被検体内を伝
わる。パルサー・レシーバー54は、電極42のアレイ
数と同数のチャンネル数を有しており、各アレイに所定
の時間差をもって電気パルスを印加することができるの
で、これらの時間差すなわち電気的遅延に対応した被検
体内の所定の箇所に超音波を収束させることができる。
超音波を別の箇所に収束させるには、この箇所に対応す
るような別の電気的遅延をかけてアレイ電極42に電気
パルスを印加すればよく、かくして、アレイ方向を含む
被検体断面の画像を得ることができる。
【0030】電極43のアレイ方向に超音波を走査する
場合には、スイッチ49群を解放し、スイッチ47群を
切り替えて電極42を短絡し、さらにスイッチ51を切
り替えて電極42を接地する。その後、スイッチ53群
を切り替えることによって、パルサー・レシーバー54
をスイッチ49群側に接続する。次に、スイッチ55を
切り替えて高電圧源56をスイッチ53群側に接続す
る。この状態で高電圧源56により振動子の分極を行っ
た後、スイッチ55を解放し、パルサー・レシーバーに
より、スイッチ49群側のアレイ電極43を駆動する。
場合には、スイッチ49群を解放し、スイッチ47群を
切り替えて電極42を短絡し、さらにスイッチ51を切
り替えて電極42を接地する。その後、スイッチ53群
を切り替えることによって、パルサー・レシーバー54
をスイッチ49群側に接続する。次に、スイッチ55を
切り替えて高電圧源56をスイッチ53群側に接続す
る。この状態で高電圧源56により振動子の分極を行っ
た後、スイッチ55を解放し、パルサー・レシーバーに
より、スイッチ49群側のアレイ電極43を駆動する。
【0031】この電極43への電気パルスの駆動によっ
て、電極42のときと同様、電極43のアレイ方向を含
む被検体断面の画像が得られる。電極43のアレイ方向
は、電極42のアレイ方向と直交しているため、電極4
3への電気パルス駆動によって得られた断面は、電極4
2への駆動によって得られた断面とは互いに直交し、か
くして、互いに直交しかつ近接した位置での断層画像を
得ることができる。
て、電極42のときと同様、電極43のアレイ方向を含
む被検体断面の画像が得られる。電極43のアレイ方向
は、電極42のアレイ方向と直交しているため、電極4
3への電気パルス駆動によって得られた断面は、電極4
2への駆動によって得られた断面とは互いに直交し、か
くして、互いに直交しかつ近接した位置での断層画像を
得ることができる。
【0032】各スイッチ群は、超音波診断装置と超音波
探触子を結ぶケーブルの本数を減らし、またケーブルの
容量成分の影響を少なくする意味からも超音波探触子内
に置くことが望ましいが、超音波診断装置側に置くこと
も可能である。次に、超音波診断装置の変形例を説明す
る。
探触子を結ぶケーブルの本数を減らし、またケーブルの
容量成分の影響を少なくする意味からも超音波探触子内
に置くことが望ましいが、超音波診断装置側に置くこと
も可能である。次に、超音波診断装置の変形例を説明す
る。
【0033】図5は、本発明に係る超音波診断装置の概
略構成例を示すものである。この超音波診断装置は、被
検体検査用超音波を送受信させる超音波探触子1aを有
する。この超音波探触子1aは、圧電体で形成された振
動子2aと、この振動子2aの表面に設けられた共通の
電極3aと、裏面にマトリックス状に配列された電極4
aと、電気パルスが印加される電極4aの組み合わせを
切り替えるために振動子2aの裏面側に配列されたスイ
ッチ回路基板19aとから構成される。振動子2aと被
検体との良好な超音波の伝達を図るため、振動子2aの
表面は、共通電極3a側がマッチング層5aで覆われて
いる。
略構成例を示すものである。この超音波診断装置は、被
検体検査用超音波を送受信させる超音波探触子1aを有
する。この超音波探触子1aは、圧電体で形成された振
動子2aと、この振動子2aの表面に設けられた共通の
電極3aと、裏面にマトリックス状に配列された電極4
aと、電気パルスが印加される電極4aの組み合わせを
切り替えるために振動子2aの裏面側に配列されたスイ
ッチ回路基板19aとから構成される。振動子2aと被
検体との良好な超音波の伝達を図るため、振動子2aの
表面は、共通電極3a側がマッチング層5aで覆われて
いる。
【0034】共通電極3aは接地されており、電極4a
は、コネクター部21aを介してスイッチ回路基板19
aに接続されている。スイッチ回路基板19aは、ケー
ブル20aを介して電気パルス源としてのパルサー・レ
シーバー回路16aに接続される。
は、コネクター部21aを介してスイッチ回路基板19
aに接続されている。スイッチ回路基板19aは、ケー
ブル20aを介して電気パルス源としてのパルサー・レ
シーバー回路16aに接続される。
【0035】図6は、スイッチ回路基板19aの平面図
を示す。図6に示すように、スイッチ回路基板19a
は、電極4aの横方向の列を一列ずつ短絡してこれをパ
ルサー・レシーバー回路16aに接続するためのスイッ
チ23群と、電極4aの縦方向の列を一列ずつ短絡して
これをパルサー・レシーバー回路16aに接続するため
のスイッチ24a群とを有する。これらのスイッチ23
a群およびスイッチ24a群は、制御装置としてのコン
トロールユニット12aによって、一方が閉じるときに
は他方は開くように制御される。ケーブル20aは、対
角線上に並んだ電極4aに接続されているので、マトリ
ックス状に並んだ電極4aをどちらの方向のアレイ電極
として用いる場合でも、ケーブル20aを接続する電極
の位置を変更する必要はない。
を示す。図6に示すように、スイッチ回路基板19a
は、電極4aの横方向の列を一列ずつ短絡してこれをパ
ルサー・レシーバー回路16aに接続するためのスイッ
チ23群と、電極4aの縦方向の列を一列ずつ短絡して
これをパルサー・レシーバー回路16aに接続するため
のスイッチ24a群とを有する。これらのスイッチ23
a群およびスイッチ24a群は、制御装置としてのコン
トロールユニット12aによって、一方が閉じるときに
は他方は開くように制御される。ケーブル20aは、対
角線上に並んだ電極4aに接続されているので、マトリ
ックス状に並んだ電極4aをどちらの方向のアレイ電極
として用いる場合でも、ケーブル20aを接続する電極
の位置を変更する必要はない。
【0036】電極4aと回路基板19との間に空気層2
2が形成されているため、振動子の裏面側へは超音波は
ほとんど発振されない。従って、スイッチ回路基板19
aによる2次的振動の影響を考慮する必要はなく、先の
実施例で設けたようなバッキング材も、本実施例では不
要である。次に、この超音波診断装置の作用を説明す
る。
2が形成されているため、振動子の裏面側へは超音波は
ほとんど発振されない。従って、スイッチ回路基板19
aによる2次的振動の影響を考慮する必要はなく、先の
実施例で設けたようなバッキング材も、本実施例では不
要である。次に、この超音波診断装置の作用を説明す
る。
【0037】図6の横方向に超音波を走査する場合は、
まず、コントロールユニット12aがスイッチ回路基板
19aのスイッチ24a群を閉じスイッチ23a群を解
放するような信号スイッチ回路基板19aに送る。この
ような信号を受け取ったスイッチ24a群およびスイッ
チ23a群は、マトリックス状に並んだ電極4aを縦方
向毎に短絡し、アレイ方向が横方向のアレイ電極を形成
する。このスイッチ操作はまた、形成されたアレイ電極
をパルサー・レシーバー回路16aに接続する。このよ
うな状態で、第1の実施例と同様、パルサー・レシーバ
ー回路16aによって電極4aに電気パルスを印加し、
アレイ方向に超音波を走査することができる。
まず、コントロールユニット12aがスイッチ回路基板
19aのスイッチ24a群を閉じスイッチ23a群を解
放するような信号スイッチ回路基板19aに送る。この
ような信号を受け取ったスイッチ24a群およびスイッ
チ23a群は、マトリックス状に並んだ電極4aを縦方
向毎に短絡し、アレイ方向が横方向のアレイ電極を形成
する。このスイッチ操作はまた、形成されたアレイ電極
をパルサー・レシーバー回路16aに接続する。このよ
うな状態で、第1の実施例と同様、パルサー・レシーバ
ー回路16aによって電極4aに電気パルスを印加し、
アレイ方向に超音波を走査することができる。
【0038】図6の縦方向に超音波を走査する場合は、
まず、コントロールユニット12aがスイッチ回路基板
19aのスイッチ23a群を閉じスイッチ24a群を解
放するような信号をスイッチ回路基板19aに送る。こ
のような信号を受け取ったスイッチ23a群およびスイ
ッチ24a群は、マトリックス状に並んだ電極4aを横
方向毎に短絡し、アレイ方向が縦方向のアレイ電極を形
成する。このスイッチ操作はまた、形成されたアレイ電
極をパルサー・レシーバー回路16aに接続する。この
ような状態で、第1の実施例と同様、パルサー・レシー
バー回路16aによって電極4aに電気パルスを印加
し、アレイ方向に超音波を走査することができる。
まず、コントロールユニット12aがスイッチ回路基板
19aのスイッチ23a群を閉じスイッチ24a群を解
放するような信号をスイッチ回路基板19aに送る。こ
のような信号を受け取ったスイッチ23a群およびスイ
ッチ24a群は、マトリックス状に並んだ電極4aを横
方向毎に短絡し、アレイ方向が縦方向のアレイ電極を形
成する。このスイッチ操作はまた、形成されたアレイ電
極をパルサー・レシーバー回路16aに接続する。この
ような状態で、第1の実施例と同様、パルサー・レシー
バー回路16aによって電極4aに電気パルスを印加
し、アレイ方向に超音波を走査することができる。
【0039】先の実施例とは異なり、電気パルスを印加
する電極が常に電極4aであるので、振動子2aの分極
方向を切り替える必要がなく、さらに超音波の送受面が
被検体と接触する面ではないため、感電のおそれが少な
いことに留意されたい。
する電極が常に電極4aであるので、振動子2aの分極
方向を切り替える必要がなく、さらに超音波の送受面が
被検体と接触する面ではないため、感電のおそれが少な
いことに留意されたい。
【0040】図5に示した実施例に適用した超音波探触
子の例を図7に示す。共通電極3cと、マトリックス状
に配列された電極4cとで振動子2cを挟んでいるのは
第2の実施例と同様であるが、本実施例では、振動子2
cおよびマッチング層5cもマトリックス状に分割して
配置され、振動子2cの間とマッチング層5cの間は、
充填物質26cで埋められた、複合圧電体となってい
る。このため、振動子2c間の音響的電気的クロストー
クが低減される。なお、この変形例では、振動子2cを
分割しても、共通電極3cが超音波探触子1cの剛性に
寄与するので、超音波探触子1cの剛性を高めるための
高分子材料は用いていない。
子の例を図7に示す。共通電極3cと、マトリックス状
に配列された電極4cとで振動子2cを挟んでいるのは
第2の実施例と同様であるが、本実施例では、振動子2
cおよびマッチング層5cもマトリックス状に分割して
配置され、振動子2cの間とマッチング層5cの間は、
充填物質26cで埋められた、複合圧電体となってい
る。このため、振動子2c間の音響的電気的クロストー
クが低減される。なお、この変形例では、振動子2cを
分割しても、共通電極3cが超音波探触子1cの剛性に
寄与するので、超音波探触子1cの剛性を高めるための
高分子材料は用いていない。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、アレイ間の電気的音響
的クロストークを低減し、断層画像の精度を改善するこ
とができ、さらに、圧電体の振動が抑制されにくくなる
ため、振動子としての電気−機械変換効率を向上させる
ことができる。振動子を分割したことによる超音波探触
子の剛性の低下は、高分子材料と各振動子とアレイ電極
との機械的結合によって補われるので、アレイ状に形成
した電極に曲げなどの力がかかったときでも電極の破断
を防ぐことができる。
的クロストークを低減し、断層画像の精度を改善するこ
とができ、さらに、圧電体の振動が抑制されにくくなる
ため、振動子としての電気−機械変換効率を向上させる
ことができる。振動子を分割したことによる超音波探触
子の剛性の低下は、高分子材料と各振動子とアレイ電極
との機械的結合によって補われるので、アレイ状に形成
した電極に曲げなどの力がかかったときでも電極の破断
を防ぐことができる。
【図1】 本発明の超音波プローブの概略構成を示す斜
視図。
視図。
【図2】 本発明の超音波プローブの振動子を示す斜視
図。
図。
【図3】 本発明の超音波プローブの概略構成を示す斜
視図。
視図。
【図4】 本発明の超音波診断装置の概略図。
【図5】 本発明の超音波診断装置の概略図。
【図6】 本発明の超音波診断装置の概略図。
【図7】 本発明の超音波診断装置の概略図。
Claims (3)
- 【請求項1】板状圧電体の一方の主面上に形成された第
1の電極ラインと、他方の主面上に形成され、板状圧電
体を介して第1の電極ラインと交差する領域(A)を有
する第2の電極ラインとを備えた2次元アレイ状の超音
波探触子において、 前記板状圧電体の内、(A)以外の領域(B)が、前記
圧電体より小さい音響インピーダンスを有する低音響イ
ンピーダンス材料で置換され、かつこの領域(B)の
内、第1及び第2の電極に接する部分(C)がそれ以外
の部分に比べ高い硬度を有する高硬度材料で置換された
構造を有することを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項2】複数の柱状圧電体が、この圧電体より小さ
い音響インピーダンスを有する低音響インピーダンス材
料で結合されて構成された板状圧電体と、この板状圧電
体の一方の主面上に形成され、複数の柱状圧電体に共通
に接続された第1の電極ラインと、前記板状圧電体の他
方の主面上に形成され、複数の柱状圧電体に共通に接続
された第2の電極ラインとを有し、前記低音響インピー
ダンス材料で構成される領域の内、第1又は第2の電極
ラインに接する部分がそれ以外の部分に比べ高い硬度を
有する高硬度材料で置換された構造を有することを特徴
とする超音波探触子。 - 【請求項3】複数の第1及び第2の電極ラインを有する
請求項1又は2記載の超音波探触子と、 第1の電極ラインと第2の電極ライン間に圧電体駆動電
圧を印加するための電源手段とを具備したことを特徴と
する超音波診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4169758A JPH05228142A (ja) | 1991-07-10 | 1992-06-29 | 超音波探触子及び超音波診断装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-170114 | 1991-07-10 | ||
| JP17011491 | 1991-07-10 | ||
| JP4169758A JPH05228142A (ja) | 1991-07-10 | 1992-06-29 | 超音波探触子及び超音波診断装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05228142A true JPH05228142A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=26492995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4169758A Pending JPH05228142A (ja) | 1991-07-10 | 1992-06-29 | 超音波探触子及び超音波診断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05228142A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002027594A (ja) * | 2000-07-11 | 2002-01-25 | Hitachi Ltd | 超音波探触子およびその製造方法 |
| JP2003070096A (ja) * | 2001-01-25 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 複合圧電体と超音波診断装置用超音波探触子と超音波診断装置および複合圧電体の製造方法 |
| WO2003092325A1 (fr) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Tayca Corporation | Vibrateur piezoelectrique composite |
| US7148607B2 (en) * | 2002-07-19 | 2006-12-12 | Aloka Co., Ltd. | Ultrasonic probe and manufacturing method thereof |
| JP2006343315A (ja) * | 2005-01-04 | 2006-12-21 | General Electric Co <Ge> | センサ・アレイの高信頼性動作のための短絡されたセンサ・セルの隔離 |
| WO2007126069A1 (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-08 | Panasonic Corporation | 超音波探触子 |
| CN100399596C (zh) * | 2003-03-12 | 2008-07-02 | 中国科学院声学研究所 | 用于扫描成像装置的相控阵探头 |
| JP2017000792A (ja) * | 2016-08-17 | 2017-01-05 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波トランスデューサー素子チップおよびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置 |
| CN113161475A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-23 | 广东奥迪威传感科技股份有限公司 | 一种微小的阵列压电传感器 |
| CN113366526A (zh) * | 2019-03-18 | 2021-09-07 | 株式会社村田制作所 | 压电器件 |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP4169758A patent/JPH05228142A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7053531B2 (en) | 2002-04-26 | 2006-05-30 | Tayca Corporation | Composite piezoelectric vibrator |
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