JPS625337A - 医療超音波イメ−ジング用フエ−ズドアレイ - Google Patents

医療超音波イメ−ジング用フエ−ズドアレイ

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JPS625337A
JPS625337A JP61148316A JP14831686A JPS625337A JP S625337 A JPS625337 A JP S625337A JP 61148316 A JP61148316 A JP 61148316A JP 14831686 A JP14831686 A JP 14831686A JP S625337 A JPS625337 A JP S625337A
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JP
Japan
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piezoelectric material
phased array
disk
electrode
main surfaces
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JP61148316A
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ペーテル・テ・ホエン
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US Philips Corp
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    • 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
    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G01S15/8925—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being a two-dimensional transducer configuration, i.e. matrix or orthogonal linear arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
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    • G—PHYSICS
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２個の主表面を有する圧電材料板と、前記主
表面の各々の上に配設した複数の隣接電極とを具え、前
記主表面のうちの第１主表面上に隣接電極が第２主表面
上の隣接電極に対しある角度を成し、各電極の下に位置
する圧電材料板の区域が個々のトランスジューサ素子を
規定し、トランスジューサ素子をフェーズドアレイ用電
子回路に選択的に接続するスイッチング装置とを具える
医療超音波イメージング用フェーズドアレイに関する。
超音波による医療イメージングの技術では、技術用語の
語義が誤読されるおそれがあるが、フェーズドアレイ方
式は周知である。本願の目的のため次の定義を使用する
。リニアアレイとは電気的に操作される素子の直線配列
であり、即ち延設されたアレイから電気的に選択された
一群の連続トランスジューサ素子であり、送信パルスを
送出し、次いで発生したエコーの受信に使用される。そ
の場合選択されたトランスジューサ素子群をアレイに沿
って−又は複数の位置にてスイッチングを行い、この過
程を反復して検体における平行な区域を順次操作する。
画像の形状は通常矩形である。
フェーズドアレイとは素子の短い配列であり、各素子に
対するパルス信号に遅延を挿入することによって送信エ
ネルギーが法線から偏向され、同様に受信される応答は
加算以前に各角度からの信号路に遅延を挿入することに
よって角度につき方向制御が行われる。得られる画像は
パイ形状、いわゆるセクタスキャンである。
双方の形式のアレイの電子フォーカシングは異なる遅延
時間組によって可能となる。
矩形状アレイにおけるパイ面トランスジューサ素子の使
用は従来より既知である。典型的な従来技術は米国特許
第４．１１２．４１１号及び同第４，３２４．１４２号
明細書に開示された装置である。しかしこれらの米国特
許明細書に開示されたトランスジューサのモザイクはパ
イ面フェーズドアレイにおいては使用できない。これら
米国特許明細書の何れにも、任意の角度にすることがで
きる即ち直交状態にできる２つのセクタ面の実時間イメ
ージングを可能にする手段は開示されていない。
本発明の目的は、フェーズド７レイ方式を実時間におけ
る２つの面のイメージングに拡張し、成る種の医療用途
、例えば、人間の心臓の動作を評価する用途に有効な医
療超音波イメージング用フェーズドアレイを提供するに
ある。
か′かる目的を達成するため本発明の医療超音波イメー
ジング用フェーズドアレイは、圧電材料板を複合圧電材
料の平坦なディスクで構成し、前記複合圧電材料が圧電
材料の円筒部材を有し、各円筒部材を前記ディスクの一
方の主表面がら前記ディスクの直径に垂直に前記ディス
クの他方の主表面に延設し、前記各円筒部材を減衰絶縁
材料によって完全に囲み、前記スイッチング装置に、一
方の電極表面上のすべてのトランスジューサ素子をフェ
ーズドアレイ用電子回路に交互に接続する一方、他方電
極表面上のすべてのトランスジューサ素子を接地して２
つの面の各々におけるセクタスキャンを行わせる手段を
設けて、一方向における画像に第２の方向における画像
が追随するよう構成したことを特徴とする。
ディスクは複合圧電材料で作製し、その理由はクロスバ
−電圧パターンの作製を可能ならしめるため本発明の両
面フェーズドアレイの製造において無視できる交さ結合
を有する材料を使用する必要があるからである。この材
料は複合材料とじて分類され、その理由はこの複合材料
は基本的には圧電セラミック材料の比較的小さい平行円
筒部材複数個がトランスジューサの音響軸と整列配置さ
れかつ電気的絶縁及び音響的減衰材料によって完全に囲
まれる積層構体とすることができるからである。かかる
複合材料は無視できる程度の交さ結合を有するに過ぎず
、これは多数のトランスジューサを互に近接配置するた
めに必要な事項である。
両面フェーズドアレイは複合材料のスライスの各主表面
上に電極を配設し、−測子の刻み目が他側上の刻み目に
対しある角度を成すよう電極表面上に刻み目をつけるこ
とによって製造することができる。
電気接続を適切に行って、一方の電極表面上のすべての
電極素子が接地され、残る非接地電極と共にフェージン
グ（Ｐｈａｓｉｎｇ）　（位相調整）が遂行されて、フ
ェーズドアレイ方式により、一方向におけるイメージン
グが達成され、次いで、これに代り他方電極表面上のす
べての電極素子が接地されるのでフェージングが第１側
上の非接地電極と共に遂行されて第２の方向におけるイ
メージングが達成される。本発明の好適例ではトランス
ジューサアレイの一側上に機械レンズを装着する。
以下図面につき本発明の詳細な説明する。
第１〜３及び５図に示す如く、本発明の両面フェーズド
アレイは平坦な圧電ディスク３を具え、圧電ディスクは
電気接続が簡単でかつすべての方向において良好なフォ
ーカシングが保証される形状のものを使用し、第５図に
示す如く複合材料で構成し、複合材料は圧電セラミック
材料の平行な円筒部材１０のマトリックスを具え、円筒
部材は電気的不活性結合材料内に適切に分布配設して各
円筒部材が減衰絶縁材料１２によって完全に囲まれるよ
うにし、各円筒部材をディスクの一方の主表面１からデ
ィスクの直径に垂直にディスクの他方主表面２に延設し
、各主表面は電極表面を有し、かつ各電極表面には、第
３図に示す如く、前方電極表面１の刻み目（スコア）の
角度が後方電極表面２の刻み目の角度と相違するように
刻み目を付ける。
この形式の材料は米国特許第４．５１４．２４７号及び
同第４．５１８，８８９号明細書に開示されている。複
合圧電構体の横方向空間周波数は関連するすべての音響
波波長より小さい。従って複合圧電構体は、上記米国特
許明細書に記載された如く、改善された効果的な材料パ
ラメータを有する一様な圧電構体として作動する。一方
の電極表面１を前面として示し、他方の電極表面２を後
面として示す。医療イメージング用の超音波トランスジ
ューサにおいて使用する場合、前面１が患者の体に配置
される面となる。
第２図は複合圧電ディスクの第１図のＡ−Ａ線上断面図
であって、ディスク３の前面１上に配置する凸球面機械
レンズ４を示す。これによりすべての方向において機械
的フォーカシングの使用が可能となる。
第３図は本発明のトランスジューサにおいて使用される
複合圧電ディスクの電極パターン形状の上面図を示す。
前方電極トランスジューサ素子５ａ　。
５ｂ　、　５ｃ　、−・−・−・・−は電極面１にカッ
ティングを行うことによって得られる。第３図に破線で
示した後方電極トランスジューサ素子６ａ　、　６ｂ　
、　６ｃ　、・−一・−−−−−は前方電極トランスジ
ューサ素子を規定する直線に対し成る角度において後方
電極２にカッティングを行うことによって得られる。複
合圧電材料の電極においては圧電ディスクの両側上にお
ける圧電材料にさいの目パターンを形成するのではなく
導電層にスクラッチを施す。図面に示した前記角度は９
０°であるが、他の角度も使用できる。
第４図は両面フェーズドアレイに必要なフェーズドアレ
イ用電子回路の基本構成を図的に示す。
この図において参照数字９は送信、受信、方向制御及び
フォーカシングのためのフェーズドアレイ用電子回路を
示す。スイッチング装置１４を設けて前方電極トランス
ジューサ素子５ａ　、　５ｂ　、　５ｃ　、−−及び後
方電極トランスジューサ素子６ａ　、　６ｂ　。
６ｃ　、・−−−−−−−−−−−を信号送信ライン７
ａ　１７ｂ　＋　７ｃ　＋−−−−−−−及び信号受信
ライン３ａ　、　８ｂ　＋　Ｂｅ　＋・−・−に交互に
接続し、反対側表面上におけるトランスジューサ素子は
接地する。
フェーズドアレイ用電子回路は一方の電極表面上におけ
るすべてのトランスジューサ素子に交互にパルスを供給
する手段を構成する一方、他方電極表面上のトランスジ
ューサ素子は２面におけるセクタスキャンを行うため交
互に接地して一方向における画像に第２方向における画
像が迅速に追随し、従って身体又は体内関数（ｂｏｄｉ
ｌｙ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ）のダイナミック画像が発生す
るようにする。かかる電子回路は当該技術分野において
既知である。
本発明のフェーズドアレイにおいては各主表面上のｎ個
の電極に対し合計２ｎ個の電極及び２１個の電気接続が
必要である。これに対し従来のモザイク電極パターンに
おいてはｎ個の電極に対しｎ２個の電気接続が必要であ
った。
複合圧電ディスクの双方の主表面を使用する両面フェー
ズドアレイによれば、２セクタ面の実時間イメージング
が可能になる。この両面フェーズドアレイは心臓の断面
の実時間評価に特に有効である。
各電極の下に位置する複合圧電ディスク３の区域によっ
て個別のトランスジューサ素子が規定される。作動に当
り前方電極トランスジューサ素子５ａ　＋　５ｂ　＋　
５ｃ　＋・−−−−−−一又は後方電極トランスジュー
サ素子６ａ　＋　６ｂ　＋　６ｃ　＋・−−−−−−−
が接地され、接地されない方の電極トランスジューサ素
子と共にフェーシング（位相調整）が行われる。凸球面
機械レンズ４により他方向におけるフォーカシングが確
実に行われる。さいの目状パターン形成を使用せずかつ
交差結合を無視できるから、複合圧電材料を使用する。
本発明の機械レンズ４は超音波伝播速度の遅い材料から
作製した大体標準のレンズである。しかし残響を抑圧す
るため音響インピーダンスは皮虜の音響インピーダンス
と大幅には相違させないようにする必要がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は両面フェーズドアレイを作製するための複合圧
電ディスクの斜視図、 第２図は第１図のＡ−Ａ線上断面図、 第３図は複合圧電ディスクの一方の主表面及び他方主表
面における電極パターンをそれぞれ実線及び破線で示す
平面図、 第４図は本発明の両面フェーズドアレイと共に使用する
電子回路配置の基本構成を示すブロック図、 第５図は電極パターンの刻み目を付ける以前における複
合圧電ディスクの断面図である。 １、　２・・・主表面 ３・・・複合圧電ディスク ４・・・凸球面機械レンズ ５ａ、　５ｂ＋　５ｃ・−・−・−・・・・前方電極ト
ランスジューサ素子６ａ、　６ｂ、　６ｃ・−・−・・
・後方電極トランスジューサ素子７ａ、　７ｂ、　７ｃ
　・−−−−−−＝　・−信号送信ライン８ａ、　８ｂ
、　８ｃ　−＝−−−−＝信号受信ライン９・・・フェ
ーズドアレイ用電子回路 １０・・・円筒部材 １２・・・減衰及び絶縁材料 １４・・・スイッチング装置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、２個の主表面を有する圧電材料板と、前記主表面の
    各々の上に配設した複数の隣接電極とを具え、前記主表
    面のうちの第１主表面上に隣接電極が第２主表面上の隣
    接電極に対しある角度を成し、各電極の下に位置する圧
    電材料板の区域が個々のトランスジューサ素子を規定し
    、 トランスジューサ素子をフェーズドアレイ 用電子回路に選択的に接続するスイッチング装置とを具
    える医療超音波イメージング用フェーズドアレイにおい
    て、圧電材料板を複合圧電材料の平坦なディスクで構成
    し、前記複合圧電材料が圧電材料の円筒部材を有し、各
    円筒部材を前記ディスクの一方の主表面から前記ディス
    クの直径に垂直に前記ディスクの他方の主表面に延設し
    、前記各円筒部材を減衰絶縁材料によって完全に囲み、
    前記スイッチング装置に、一方の電極表面上のすべての
    トランスジューサ素子をフェーズドアレイ用電子回路に
    交互に接続する一方、他方電極表面上のすべてのトラン
    スジューサ素子を接地して２つの面の各々におけるセク
    タスキャンを行わせる手段を設けて、一方向における画
    像に第２の方向における画像が追随するよう構成したこ
    とを特徴とする医療超音波イメージング用フェーズドア
    レイ。 ２、前記圧電材料板が一電極表面上にわたり機械レンズ
    を具える特許請求の範囲第１項記載のフェーズドアレイ
    。
JP61148316A 1985-06-27 1986-06-26 医療超音波イメ−ジング用フエ−ズドアレイ Pending JPS625337A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/749,613 US4640291A (en) 1985-06-27 1985-06-27 Bi-plane phased array for ultrasound medical imaging
US749613 1985-06-27

Publications (1)

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JPS625337A true JPS625337A (ja) 1987-01-12

Family

ID=25014473

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JP61148316A Pending JPS625337A (ja) 1985-06-27 1986-06-26 医療超音波イメ−ジング用フエ−ズドアレイ

Country Status (4)

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US (1) US4640291A (ja)
EP (1) EP0206432A1 (ja)
JP (1) JPS625337A (ja)
IL (1) IL79221A0 (ja)

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