JPS6145455B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波撮像装置で使用する超音波探触
子に関するものである。

従来より超音波撮像装置で被検体の断層像を得
る場合の探触子からの超音波ビームの走査方式
は、主としてリニア走査方式とセクタ走査方式に
大別できる。セクタ走査方式は胸部撮像などに好
適ではあるが、リニヤ走査方式と対比して次のよ
うな短所がある。

(1) 電子式セクタ走査方式においては (イ) 電子回路が膨大、複雑であるため装置全体
としての価格が高い。

(ロ) 大きい振れ角までセクタ走査しようとした
場合、振動子の大きい角度での感度不足のた
めに良質の画像を得にくい。

(2) 機械式セクタ走査方式においては (イ) 超音波振動子をモータ等で動かすため、探
触子が全体として大きい形状となる。

(ロ) 任意の順番で走査できない。

(ハ) 走査速度が遅い。

本発明は、このような点に鑑み、振動子に対し
てはリニア電子走査を行ないながら被検体に対し
てはセクタ走査となるような簡単な構造の超音波
探触子を提供することを目的とする。

以下図面を用いて本発明を実施例につき詳しく
説明する。第１図及び第２図は本発明に係る超音
波探触子の一実施例を示す説明的要部構成図で、
第１図は平面図、第２図はその側面図を示すもの
である。図において、１０はリニア電子走査用プ
ローブ、２０はリニア・セクタ変換レンズ、３０
は伝播媒質をそれぞれ示す。リニア電子走査用プ
ローブ１０は複数個の振動子（例えばPZT）を一
直線上に配列してなる振動子群１１を備え、隣接
する複数個の振動子を１グループとして順次に走
査して超音波の送信及び受信を行なうものであ
る。リニア・セクタ変換レンズ２０は一端２１が
平面状に形成されこの端面２１に対向する他端面
２２が曲線状に形成された音響学的レンズであ
る。このレンズ２０の端面２１は振動子群１１に
接合されている。なお、端面２１と振動子群１１
との間には音響インピーダンス整合を図る目的を
含む整合層を介在させてもよい。レンズ２０は伝
播媒質３０の開口端面３２の中央に焦点を有す
る。

なお、焦点位置は必ずしも開口端面３２の位置
に一致させる必要はない。

このようなレンズの曲面２２の形状は、第３図
に示すようなｘ軸及びｙ軸に対して次式に満足す
る惰円曲線に形成される。

ここに、ｆは焦点距離、V₁はレンズ２０中の
音速、V₂は伝播媒質３０中の音速である。

なお、曲面２２は必ずしも上述のような惰円曲
線に限るものではなく、製作の容易な円弧曲面と
しても実質上十分である。この場合の円の半径Ｒ
はレンズ２０の開口が焦点距離ｆに比べて十分小
さければ(1)式より近似して得られる次式のＲを適
用することができる。

Ｒ＝ｆ（１−Ｖ_２／Ｖ_１） また、レンズ２０の開口が更に大きい場合に
は、レンズ２０の開口内で(1)式に最もよく近似し
た円弧の曲線を適用してよい。このようなレンズ
２０は例えばアクリル樹脂等で構成することがで
きる。

伝播媒質３０は当該超音波をレンズ２０より開
口端面３２に導出し、また逆に開口端面３２より
入つた超音波をレンズ２０に導入するものであ
り、伝播損失の少ないゴム、ゴム状材料又は水、
ゲル等より構成されたものである。ただし、水、
ゲル等の流動体より構成した場合には、当然に、
例えばアクリル樹脂板等の流動体を透過させない
材料で形成した中空容器に水、ゲル等を封入した
ものとする。この伝播媒質３０の開口端面３２に
対向する面３１はレンズ２０の曲面２２と同じ形
状に形成し、曲面２２に接合してある。開口端面
３２は平面状又は曲面状に形成してある。この伝
播媒質３０は側面３３を直線状に形成し扇状の構
成をとつているが、側面３３は直線状に限るもの
ではなく外側に湾曲した形状としてもよい。更に
この場合、開口端面３２は被検体４０と結合する
部分であることを考慮して薄膜とするのが望まし
い。この薄膜の厚さは、薄膜による擬像の発生を
防止するために、当該超音波の波長より十分薄い
厚さがよい。なお、開口端面３２には超音波ビー
ムを絞るための音響レンズを外付してもよい。

なお、レンズ２０及び伝播媒質３０の他の側面
は第２図に示すようにほぼ平面状に形成されてい
る。

このような構成の超音波探触子で走査した場合
の状態を第４図に示す。すなわち、グループＧ_i
の振動子を同時励起して生じた超音波ビームＢ_a
は、リニア・セクタ変換レンズ２０を直進した後
伝播媒質３０中をその開口端面３２の中央部の焦
点Ｐ_fに向つて収束しつつ進む。更に開口端面３
２から出た超音波は肋骨４１に当ることなく被検
体４０内に直進する。一方グループＧ_jの振動子
を同時励起したときには、上述と同様な態様でビ
ームＢ_bが被検体内に発射される。これらのビー
ムＢ_a，Ｂ_bは常に焦点Ｐ_fを通過し、図からも明
らかなように振動子群１１に対してリニア電子走
査したとき、被検体４０に対してはセクタ走査と
なつていることが理解できる。

第５図は振動子をデイレー駆動した場合のビー
ムの状態を示す図である。第４図では振動子を同
時駆動したが、第５図の場合には振動子より発射
される超音波ビームが広がるように当該グループ
の振動子をそれぞれ適宜の時間遅れをもつて駆動
する。これによりレンズ２０の焦点位置とビーム
焦点位置は一致しなくなるが、被検体内でのビー
ム幅が第４図の場合より細くなり、結果として解
像力の良い断層像が得られるという効果がある。

なお、一般にプローブ１０の音響インピーダン
スは被検体の音響インピーダンスより大きい。そ
こで、プローブのパワーをできる限り損失少なく
被検体に導くために、それぞれの音響インピーダ
ンスを次のように選定するのが望ましい。

Ｉ_PＩ_LＩ_MＩ_B ここに、Ｉ_Pはプローブ１０の音響インピーダ
ンス、Ｉ_Lはレンズ２０の音響インピーダンス、
Ｉ_Mは伝播媒質の音響インピーダンス、Ｉ_Bは被検
体の音響インピーダンス。

以上説明したように本発明によれば、簡単な構
成により、振動子に対してはリニア電子走査であ
るのに対し被検体に対しては良質なセクタ走査と
なるリニア・セクタ変換のできる超音波探触子を
実現することができる。

更に本発明の超音波探触子を用いれば、超音波
ビームを振らせるための複雑、高価な電子回路を
要することなく、簡単で安価なリニア電子走査回
路で胸部撮像等に好適なセクタ走査を実現できる
効果がある。また、振動子に着目すれば、超音波
ビームはほぼ正面に出入りするので、振動子にと
つて常に最大感度の方向でセクタ走査でき、従来
のセクタ走査にはみられない独特の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波探触子の一実施例
を示す説明的要部構成図、第２図は第１図の探触
子の側面図、第３図はリニア・セクタ変換レンズ
の構造を説明するための図、第４図及び第５図は
リニア・セクタ変換動作説明図である。 １０……リニア電子走査用プローブ、１１……
振動子群、２０……リニア・セクタ変換レンズ、
３０……伝播媒質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の振動子を一直線上に配列してなる振
   動子群に、一方の端面が平面状に形成されこの面
   に対向する他方の端面が中央部に近ずくほど薄肉
   となるような曲面に形成されたリニア・セクタ変
   換レンズをその平面状端面が前記振動子群に対面
   するように接合し、平面又は曲面状に形成された
   開口端面を有しこの開口端面と対向する他方の面
   が前記リニア・セクタ変換レンズの曲面と一致す
   るような曲面に形成された伝播媒質をその曲面が
   前記リニア・セクタ変換レンズの曲面に対面する
   ように接合し、前記振動子群をリニア走査するこ
   とにより開口端面よりセクタ走査状の超音波ビー
   ムを発射することができるようにしたことを特徴
   とする超音波探触子。 ２ 前記リニア・セクタ変換レンズの曲面を楕円
   曲線となるように形成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超音波探触子。 ３ 前記リニア・セクタ変換レンズの曲面を円弧
   状に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の超音波探触子。 ４ 前記伝播媒質の開口端面の開口幅を前記曲面
   の延面距離より短くしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載の超音
   波探触子。 ５ 前記リニア・セクタ変換レンズの焦点の位置
   と前記伝播媒質の開口端面位置とが一致するよう
   に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の超音波探触子。 ６ 前記伝播媒質として、超音波の伝播損失が少
   ないゴム又はゴム状材料を使用したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波探触子。 ７ 前記伝播媒質として、主として水又はゲル状
   媒質を使用することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超音波探触子。 ８ 前記伝播媒質の開口端面を超音波の波長より
   薄い肉厚の材料で構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の超音波探触子。