DE2727691B2 - Ultraschallsonde - Google Patents
UltraschallsondeInfo
- Publication number
- DE2727691B2 DE2727691B2 DE2727691A DE2727691A DE2727691B2 DE 2727691 B2 DE2727691 B2 DE 2727691B2 DE 2727691 A DE2727691 A DE 2727691A DE 2727691 A DE2727691 A DE 2727691A DE 2727691 B2 DE2727691 B2 DE 2727691B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- transducer elements
- ultrasonic probe
- acoustic impedance
- probe according
- plate
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 77
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title claims description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 68
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 8
- ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N oxolead;oxomagnesium;2,4,5-trioxa-1$l^{5},3$l^{5}-diniobabicyclo[1.1.1]pentane 1,3-dioxide Chemical compound [Mg]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.[Pb]=O.O1[Nb]2(=O)O[Nb]1(=O)O2 ZBSCCQXBYNSKPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 7
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 7
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 claims description 7
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 claims description 5
- CUGMJFZCCDSABL-UHFFFAOYSA-N arsenic(3+);trisulfide Chemical compound [S-2].[S-2].[S-2].[As+3].[As+3] CUGMJFZCCDSABL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005308 flint glass Substances 0.000 claims description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims description 3
- VDNSGQQAZRMTCI-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenegermanium Chemical compound [Ge]=S VDNSGQQAZRMTCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims 2
- VJPLIHZPOJDHLB-UHFFFAOYSA-N lead titanium Chemical compound [Ti].[Pb] VJPLIHZPOJDHLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 66
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 43
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 24
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 22
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 22
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 22
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 5
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 5
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- B06B1/0622—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 on one surface
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- 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
- A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Gynecology & Obstetrics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallsonde mit piezoelektrischen Wandlerelementen, die besonders
für die Verwendung bei Ultraschall-Diagnose- oder -Untersuchunjjsgeräten mit elektronischer Abtastung
geeignet ist.
Die Ultraschalluntersuchung, bei der entweder reflektierte oder durchgelassene Ultraschallsignale
Informationen über das Innere des Materials ergeben, findet gegenwärtig eine sehr breite Anwendung.
Hinsichtlich der Untersuchungsobjekte besteht keine Einschränkung auf Metalle und andere unterschiedliche
Materialien, sondern zu ihnen zählt auch der menschliche Körper; Ultraschall-Diagnose-Geräte haben sich
auf unterschiedlichen klinischen Gebieten als sehr geeignet erwiesen. Bei den gegenwärtigen Ultraschall-Untersuchungs-
oder Diagnosegeräten werden meisten piezoelektrische Wandler verwendet. Wenn bei diesen
Geräten eine elektronische Abtastung angewendet wird, wird eine Vielzahl von Wandlerelementen in einer
geeigneten Anordnung zu einer Ultraschallsonde zusammengefaßt, die sowohl als Sender als auch als
Empfänger arbeitet.
Die Erfindung betrifft Schwingungsarten von piezoelektrischen
Wandlerelementen in einer Vielelemente-Ultraschallsonde. Zunächst werden unter Bezugnahme
auf die Fig. 1—3 der Zeichnung der Aufbau und die Schwingungsarten einer herkömmlichen Ultraschallsonde
beschrieben.
Nach F i g. 1 hat eine herkömmliche Ultraschallsonde 10 für ein Untersuchungsgerät mit elektronischer
Abtastung eine Mehrzahl von (n) Wandlerelementen 12 (12-1,12-2,.... \2-n), die jeweils aus einer rechteckigen
Platte 14 aus piezoelektrischem Material, das entweder ein kristallines Material wie Quarzkristall oder ein
keramisches Material ist, für das Blei-Zirkonat-Titanat typisch ist, sowie zwei dünnen Elektrodenschichten bzw.
-filmen 16 und 16' bestehen, die jeweils auf die vordere und die hintere Fläche der piezoelektrischen Platte 14
aufgeschichtet sind. Die Elektrodenschichten 16,16' sind durch Plattieren, Vakuumaufdampfen oder Aufbringen
eines leitfähigen Anstrichs gebildet. Gemäß der Darstellung in F i g. 2 sind üblicherweise die Wandlerelemente
12 unter Gegenüberstellung ihrer längeren
Seiten aufrecht in einer geraden Reihe unter gleichen Abständen d angeordnet Manchmal wird jedoch
anstelle der gezeigten eindimensionalen linearen Anordnung entweder eine eindimensionale nichtlineare
Anordnung oder eine zweidimensionale Anordnung der Wandlerelemente 12 angewendet. Die Ultraschallsonde
10 hat üblicherweise eine akustische Impedanzanpassungsschicht 18 in der Form einer Platte, die auf die
Reihe der Wandlerelemente 12 so aufgelegt ist, daß sie die Außenflächen der vorderen Elektrodenschichten Ifi
aller Wandlerelemente 12 dicht anliegend abdeckt Ein Beispiel für das Material der Impedanzanpassungsschicht
18 ist ausgehärtetes Epoxyharz, in dem eindispergiertes Wolframpulver enthalten ist. Die
Sonde weist eine hinterlegte Belastungsschicht 20 auf, die in enger Berührung mit den Außenflächen der
Rückseiten-Elektrodenschichten 16' aller Wandlerelemente 12 ist, so daß die Reihe der Wandlerelemente 12
fest zwischen die Impedanzanpassungsschicht 18 und die hinterlegte Belastungsschicht 20 eingelegt ist. Als
Material für die hinterlegte Belastungsschiclit 20 kann auch die vorstehend beschriebene Epoxy-Wolfram-Mischung
verwendet werden, jedoch kann das Material aus unterschiedlichen Metallen, Keramiken und Kunstharzen
gewählt werden.
Bei einem Ultraschall-Untersuchungsgerät ist die Ultraschallsonde 10 unter Zwischenschaltung eines
elektronischen Schalters 26 zur Abtastung für die Erregung der piezoelektrischen Wandlerelemente 12
mit einer Treiberschaltung 22 und für die Verarbeitung eines von den Wandlerelementen 12 empfangenen
reflektierten Signals (das zu einem Sichtgerät oder einem Aufzeichnungsgerät übertragen wird) mit einer
Empfängerschaltung 24 verbunden. Das Bezugszeichen 28 bezeichnet Zuleitungsdrähte, die die Wandlerelemente
12 mit dem elektronischen Schalter 26 verbinden. Im Betrieb wird die Außenfläche der akustischen
Impedanzanpassungsschicht 18 in Berührung mit einem Untersuchungsobjekt 30 gebracht, wie beispielsweise im
Falle eines Ultraschall-Diagnosegeräts mit dem menschlichen Körper.
Für die Funktion der Ultraschallsonde 10 sind die Schwingeigenschaften der piezoelektrischen Platten 14
ein grundlegender Faktor. Alle Platten 14 haben die gleiche hexahedrale bzw. sechsflächige Form und
üblicherweise gemäß der Darstellung in den F i g. 2 und 3 die Form von verhältnismäßig langgestreckten und
dünnen rechteckigen Platten. Die Längsachse, die Querachse und die Vertikalachse einer jeden Platte 14
wird (gemäß der Darstellung in F i g. 3) jeweils mit x, y und ζ bezeichnet, während die Länge H, die Breite W
und die Dicke t der Platte 14 jeweils als Dimensionen entlang der *-Achse, der /-Achse und der z-Achse
definiert sind. Wenn die Platte 14 aus piezoelektrischem kristallinem Material besteht, wird üblicherweise die
c-Achse des Kristalls zur z-Achse der Platte 14 gemacht.
Wenn die Platte 14 aus piezoelektrischem keramischem Material besteht, wird das Material üblicherweise so
polarisiert, daß die Richtung P der Polarisation mit der Richtung ζ der Dicke der Platte 14 übereinstimmt. Die bo
Elektrodenschichten 16, 16' sind auf den zu der x-y-Ebene parallelen Flächen ausgebildet.
Dieses Wandlerelement 12 ist mit der Absicht ausgelegt, die piezoelektrische Platte 14 in einer
Dicken-Längs-Schwingungsart zu verwenden, wobei es in der Praxis allgemein üblich ist, in der Richtung ζ der
Dicke der Platte 14 eine Resonanz mit halber Wellenlänee hervorzurufen. Demnach ist die Dicke f der
piezoelektrischen Platte 14 durch die folgende Gleichung (1) bestimmt:
_ A - _L Y-
(1)
wobei Λ die Wellenlänge ist, Kdie Geschwindigkeit der
Ultraschallwelle in der piezoelektrischen Platte 14 ist und /die Frequenz ist.
Wenn gemäß der Darstellung in F i g. 2 zur Bildung einer Gesamtlänge L (die als wirksame Breite der
Ultraschallsonde 10 betrachtet werden kann) η Wandlerelemente 12 unter gleichen Abständen d in einer
geraden Reihe angeordnet sind, ist die Breite W eines jeden Wandlerelements 12 bzw. einer jeden Platte 14
naturgemäß durch die folgende Gleichung (2) gegeben:
W = — - el
η
η
(2)
Soweit bekannt ist, wurde bisher außer bei Erwägungen der Beziehung zwischen der Anzahl η der Wandlerelemente
12 in einer Ultraschallsonde 10 und der Gesamtbreite der Ultraschallsonde 10 der Breite Wder
Platte 14 keine besondere Aufmerksamkeit geschenkt Bei herkömmlichen Ultraschallsonden für Geräte, die
nicht mit einer elektronischen Abtastschaltung ausgestattet sind, ist das Breite/Dicke-Verhältnis W/t für die
Platte 14 beachtlich groß und üblicherweise größer als 10/1. Bei Anwendung eines elektronischen Abtastverfahrens
besteht eine allgemeine Entwicklungsrichtung dahin, die Anzahl η der Wandlerelemente 12 zu steigern,
so daß das Verhältnis W/t im allgemeinen klein wird, wie zum Beispiel ungefähr 3/1 oder sogar kleiner.
Primäre Schwingungsarten des rechteckigen Wandlerelements 12 nach Fig.3 sind die Dicken-Längs-Schwingungsart,
bei der eine Resonanz für eine sich in Richtung ζ ausbreitende Schallwelle auftritt, und zwei
Arten von Breiten-Längs-Schwingungen, bei denen eine Resonanz jeweils bei sich in den Richtungen χ und y
ausbreitenden Schallwellen auftritt. Im Falle der Geräte mit elektronischer Abtastung liegt die Breite W der
Platte 14 der Dicke t ziemlich nahe und ist ausreichend klein in bezug auf die Länge //, so daß die
Breiten-Längs-Schwingung in x-Richtung vernachlässigt
werden kann. Es reicht aus, als Resonanzarten die Dicken-Längs-Schwingung in der z-Richtung (die
abgekürzt als TL-Schwingung bezeichnet wird) und die Breiten-Längs-Schwingung in der y-Richtung (die
abgekürzt als WL-Schwingung bezeichnet wird) in Betracht zu ziehen.
Es wurde festgestellt, daß eine nicht durchdachte Verringerung der Breite Wdes Wandlerelements 12 auf
weniger als ungefähr das Fünffache der Dicke t eine Interferenz der WL-Schwingungsarten mit der TL·
Schwingung verursacht und eine beträchtliche Verzerrung des Ultraschall-Strahlungs-Diagramms des Wandlerelements
12 ergibt. Wenn eine Ultraschalluntersuchung unter Anwendung von Wandlerelementen
ausgeführt wird, die ein verzerrtes Ultraschall-Strahlungs-Diagramm zeigen, zeigt eine durch die Untersuchung
erzielte visuelle Information unvermeidbar eine Qualitätsverschlechterung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Lösung der bei den herkömmlichen Ultraschallsonden
in piezoelektrischer Ausführung auftretenden, vorstehend beschriebenen Probleme eine piezoelektrische
Ultraschallsonde zu schaffen, deren Wandlerelemente
eine nahezu ideale Kolbenschwingung in ihrer Grundschwingungsart ohne Verkopplung mit unerwünschten
Schwingungsarten ausführen können.
Dabei soll eine Ultraschallsonde der beschriebenen Art geschaffen werden, bei der die Wandlerelemente in
Rechteckplattenform mit einem bestimmten Breite/Dikke-Verhältnis so ausgebildet sind, daß sie eine nahezu
ideale Kolbenschwingung ausführen.
Ferner soll die erfindungsgemäße Ultraschallsonde besonders für Ultraschall-Diagnosegeräte mit elektronischer
Abtastvorrichtung geeignet sein.
Die erfindungsgemäße Ultraschallsonde weist eine Mehrzahl von Wandlerelementen auf, die jeweils aus
einer Rechteckplatte aus piezoelektrischem Material, die ein Breite/Dicke-Verhältnis von nicht mehr als 0,8
hat, und zwei Elektrodenfilmen gebildet sind, die jeweils auf der vorderen und der hinteren Fläche der Platte
aufgeschichtet sind, sowie eine akustische Impedanzanpassungsschicht. Die Wandlerelemente sind unter
Gegenübersetzung ihrer längeren Seiten in einer Reihe in Abständen angeordnet. Die akustische Impedanzanpassungsschicht
hat einen Schichtenaufbau aus einer gleichförmig starken Innenschicht aus einem ersten
Material, dessen akustische Impedanz 2,5—9,5mal so groß ist wie die akustische Impedanz eines Objekts der
Ultraschalluntersuchung, und einer gleichförmig starken Außenschicht aus einem zweiten Material, dessen
akustische Impedanz 1,6—2,7mal so groß ist wie die akustische Impedanz des genannten Objekts; die
Impedanzanpassungsschicht ist in der Weise auf die Reihe der Wandlerelemente aufgesetzt, daß die
Innenschicht die vorderen Elektrodenfilme aller Wandierelemente
eng anliegend bedeckt.
Das Breite/Dicke-Verhältnis der piezoelektrischen Platte liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4—0,7.
Als Material für die piezoelektrische Platte wird vorzugsweise entweder Bleititanat-Keramik oder ein
keramisches System aus Bleititanat, Bleizirkonat und Bleimagnesiumniobat gewählt.
Bei einer Ultraschallsonde für Ultraschall-Diagnostikgeräte werden vorzugsweise Arsensulfidglas,
Kronglas oder geschmolzenes Quarz als Material der Innenschicht der akustischen Impedanzanpassungsschicht
und ein Kunstharz für die Außenschicht der Impedanzanpassungsschicht verwendet. Die Sonde
braucht mit keinerlei hinterlegter Belastungsschicht ausgestattet sein, so daß die hinteren Elektrodenfilme
vorzugsweise gegenüber der Umgebungsluft freiliegen. Vorzugsweise befindet sich in den Zwischenräumen
zwischen den Wandlerelementen nicht anderes als Luft.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispic-Ien unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert.
Fi g. 1 — 3 zeigen die Form und die Anordnung von
Wandlerelementen bei einer herkömmlichen Ultraschallsonde,
Fig.4 ist eine graphische Darstellung von Veränderungen
von Resonanz- und Antiresonanz-Frequenzkonstanten einer Rechteckplatte aus piezoelektrischem
Keramikmaterial mit einer Änderung des Breite/Dicke-Verhältnisses der Platte,
Fig. 5 ist ein Strahlungsdiagramm einer nicht erfindungsgemäßen Ultraschallsonde,
Fig. 6 ist ein Beispiel der Teilchengeschwindigkeitsverteilung
an dieser Sonde,
Fig. 7 zeigt ein Ultraschallstrahlungsdiagramm, das auf den Daten nach F i g. 6 beruht,
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung von theoretischen
Veränderungen der Resonanzfrequenzkonstanten einer Rechteckplatte aus piezoelektrischem Keramikmaterial
mit einer Veränderung des Breite/Dicke-Verhältnisses der Platte,
F i g. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit eines elektromechanischen Kopplungskoeffizienten
einer Rechteckplatte aus piezoelektrischem Keramikmaterial von dem Breite/Dicke-Verhältnis der
Platte zeigt,
in Fig. 10 ist eine teilweise Seitenschnittansicht einer
erfindungsgemäßen Ultraschallsonde,
Fig. 11 zeigt die Form und die Anordnung der
Wandlerelemente dieser Sonde,
F i g. 12 ist eine Rückansicht dieser Sonde,
F i g. 12 ist eine Rückansicht dieser Sonde,
r> Fig. 13—16 sind Modelle einer erfindungsgemäßen
Sonde, die Schwingarten der Sonde als Ergebnis einer Analyse nach dem sog. Verfahren endlicher Elemente
zeigen,
Fig. 17 ist ein Strahlungsdiagramm einer erfindungsgemäßen
Ultraschallsonde.
Als Grundmaterial von Ultraschallwandlern wurden verbreitet außer piezoelektrischen kristallinen Materialien
wie Quarzkristall und Lithiumniobat verschiedene piezoelektrische keramische Materialien verwendet.
JT Beispiele für üblicherweise verwendete keramische
Materialien sind Bleititanat (nachstehend als PC-I bezeichnet), piezoelektrische Zweikomponenten-Keramikmaterialien
wie Bleititanatzirkonat (nachstehend als PC-2 bezeichnet) und piezoelektrische Dreikomponen-
SO ten-Keramikmaterialien wie ein System aus Bleititanat,
Bleizirkonat und Bleimagnesiumniobat (nachstehend als PC-3 bezeichnet).
In unterschiedlicher Weise wird für unterschiedliche Arten von Materialien die Erscheinung beobachtet, daß
r> WL-Schwingungsarten mit der TL-Schwingung einer
Rechtecksplatte aus piezoelektrischem Material interferieren. Dies geschieht aufgrund von Unterschieden der
elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zwischen den keramischen Materialien. Relative Intensitäten der
TL-Schwingung und der WX-Schwingung für ein jeweiliges Material können aus den elektromechanischen
Kopplungskoeffizienten des Materials unter Berücksichtigung der jeweiligen Schwingungsarter
abgeschätzt werden. Die elektromechanischen Kopp·
4"> lungskoeffizienten k, und A31' eines piezoelektrischer
Keramikmaterials sind unter Berücksichtigung dei TL-Schwingung bzw. der IVL-Schwingung jeweili
durch die folgenden Gleichungen gegeben:
Ac3I
Dabei sind kM = —,
du
= piezoelektrische Spannungskonslanlc de
Kcramikmatcrials
= dielektrische Konstante des Keramikmate
= dielektrische Konstante des Keramikmate
rials unter Konstunlverfbrmung
■■-■■ Elastizitätsmodul des Kcramikmatcrials
— piezoelektrischer Modul des Keramikmate
■■-■■ Elastizitätsmodul des Kcramikmatcrials
— piezoelektrischer Modul des Keramikmate
rials
'■'Μ =
I
=
Dielektrizitätskonstante des Kcramikma.tcrials
unter Konstantbclaslung
Federkonstantc des Keramik materials
Poissonsches Verhältnis des Keramikmaterials
Zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, der in der
Federkonstantc des Keramik materials
Poissonsches Verhältnis des Keramikmaterials
Zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, der in der
TL-Schwingungsart arbeitet, ist bei dem piezoelektrischen Material für den Wandler ein großer Wert für den
Koeffizienten Jt, und ein kleiner Wert für den Koeffizienten k3i' gewünscht. Die Tabelle 1 zeigt
Beispiele der drei Arten von Keramikmaterialien PC-I, PC-2 und PC-3.
Material
Elektromechanische Kopplungskoelfizienten | Breiten | Breiten | Resonanzfrequenzkonstanten | Breiten | 830 |
längs | dehnungs | (MHz mm) | dehnungs | 770 | |
Dicken- | schwingung | schwingung | Dicken- | schwingung | 140 |
längs- | A-Ji' | *33' | längs- | /V33' | |
schwingung | 0,53 | 0,66 | schwingung | 1,4 | |
A, | 0,54 | 0,66 | N, | 1,4 | |
0,49 | 0,07 | 0,71 | 1,9 | 1,4 | |
0,46 | 1,9 | ||||
0,48 | 1,1 | ||||
PC-2
PC-3
PC-I
PC-3
PC-I
(Werte der elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von anderen Zweikomponenten- und Dreikomponenten-Keramikmaterialien
weichen nicht wesentlich von den in der Tabelle 1 aufgeführten Werten für PC-2 und PC-3 ab.)
Wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist, haben die beiden Materialien PC-2 und PC-3 (und unterschiedlich
zusammengesetzte Zweikomponentenmaterialien) beachtlich große Werte für A31'. Dementsprechend tritt die
Interferenz der WL-Schwingungsarten mit der TL- jo Schwingung auf, wenn ein auf einem dieser Keramikmaterialien
beruhender Ultraschallwandler die Form einer länglichen Rechteckplatte hat, ohne daß das
Verhältnis W/t der Platte besonders berücksichtigt ist. Bei Ultraschallwandlern mit PC-I, dessen Merkmal ein
sehr kleiner Wert für £31' ist, haben die WL-Schwingungsarten
einen weitaus geringeren Einfluß auf die TL-Schwingung.
Zur gründlichen Untersuchung des Einflusses von IVL-Schwingungen auf die TL-Schwingung bei im
Handel erhältlichen piezoelektrischen Keramikmaterialien wurden ausgedehnte Versuche ausgeführt. Die
Fig.4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis W/t einer Rechtecksplatte eines Materialmusters
für PC-3 und deren Frequenzkonstante (f ■ t) hinsichtlich der WL-Schwingungsarten, der bei den
Versuchen ermittelt wurde. Bei jedem der Kurvenpaare wie WLu WL2, ..., WLf, stellt die untere Kurve die
Resonanzfrequenzkonstante dar, während die obere Kurve die Antiresonanzfrequenzkonstante darstellt.
Wenn der Wert des Verhältnisses W/t ausreichend groß ist (W/t > «5), hängt die die TL-Schwingung betreffende
Frequenzkonstante f ■ t nicht von W/t ab, sondern bleibt konstant (ungefähr 2 MHz · mm). Ein Einfluß der
WL-Schwingungen auf die TL-Schwingung tritt auf, wenn das Verhältnis W/t unter ungefähr 5 sinkt. Dabei
bleibt die auf die TL-Schwingung bezogene Frequenzkonstante
nicht länger konstant, sondern zeigt mit Verminderung des Verhältnisses W/t einen allmählichen
Anstieg. Insbesondere kann bei einem Verhältnis W/t zwischen ungefähr 3 und 2 eine die Beziehung zwischen
W/t und / · f für die 7L-Schwingung darstellende Kurve
(falls eine solche Kurve in der F i g. 4 gezeichnet wäre) von den die IVL-Schwingungen repräsentierenden
Kurven nicht unterschieden werden. Wenn das Verhält- b5
nis W/t ungefähr 2,5 ist, schwingt die Platte in einer komplizierten Schwingungsart, da die TL-Schwingung
sowohl mit der WLi-Schwingung als auch mit der WLs-Schwingung gekoppelt ist.
Wenn die TL-Schwingung mit WL-Schwingungen
gekoppelt ist, kann die rechteckige Platte bzw. das Wandlerelement nicht länger eine einfache Kolbenbewegung
in Richtung der Dicke ausführen. Zum Erzielen eines guten Ultraschallsignals aus einer Ultraschallsonde,
die einer elektronischen Abtastung unterzogen ist, ist eine Grundbedingung, daß jedes Wandlerelement
der Sonde als einfache Kolbenschallquelle arbeitet, jedoch kann diese Bedingung nicht eingehalten werden,
wenn die vorstehend beschriebene Verkopplung unterschiedlicher Schwingungsarten auftritt
Eine durch die Verkopplung der Schwingungsarten erzeugte nachteilige Auswirkung nimmt vorzugsweise
die Form einer Verzerrung des Ultraschallstrahlungsdiagramms der Sonde an, wie sie durch folgende
Versuchsergebnisse und theoretische Analysen dargestellt ist.
In der F i g. 5 ist die ausgezogene Kurve ein experimentell erzieltes Fernfeld-Strahlungsdiagramm
einer Ultraschallsonde mit zwei Wandlerelementen aus PC-3 in Form von Rechteckplatten mit einem
W/f-Verhältnis von 2,5. Die gestrichelte Kurve stellt ein
theoretisches Strahlungsdiagramm unter der Annahme dar, daß die Sonde als Kolbenschallquelle arbeitet.
Unter Berechnung aus der F i g. 5 wurde die Geschwindigkeitsverteilung an der Oberfläche der geprüften
Wandlerelemente als beträchtlich verzerrt ermittelt. Eine derartige Verzerrung wird durch die Verkopplung
der TL-Schwingung der Elemente mit den WU- und WLrSchwingungen gemäß der Darstellung in Fig.4
verursacht. Die F i g. 6 zeigt ein Beispiel der Verteilung in y-Richtung der Ultraschall-Schwinggeschwindigkeit
in z-Richtung an der Oberfläche eines PC-3-Elements. In
der F i g. 7 zeigt die ausgezogene Kurve ein Fernfeld-Strahlungsdiagramm, das mit einem Wandlerelement
erzielt wird, das die in F i g. 6 gezeigte Geschwindigkeitsverteilung aufweist, während die gestrichelte
Kurve ein Fernfeld-Strahlungsdiagramm einer Kolbenschallquclle zeigt. Wie durch die Strahlungsdiagramme
nach Fig.5 gezeigt ist, bewirkt eine Verkopplung
unterschiedlicher Schwingungsarten eine Verzerrung des Strahlungsdiagramms und insbesondere eine erheb-
liehe Verstärkung von Nebenkeulen. Wenn eine Ultraschalluntersuchung mit einer derartigen Verzerrung
des Strahlungsdiagramms der Wandlerelemente ausgeführt wird, erleiden die bei der Untersuchung
empfangenen Ultraschallsignale und daher die auf den empfangenen Signalen beruhenden Bilder eine beträchtliche
Qualitätsverschlechterung, die beispielsweise in der Intensität, der Auflösung und dem Kontrastverhältnis
zum Ausdruck kommt.
Ein verzerrtes Strahlungsdiagramm gemäß der Darstellung in den Fig.5 —7 ist nicht dem Material
PC-3 eigentümlich. Die Versuche werden mit unterschiedlichen Arten handelsüblicher piezoelektrischer
Keramikmaterialien ausgeführt, um nachzuweisen, daß alle keramischen Materialien mit Ausnahme von PC-I
als Ergebnis einer Verkopplung der 7L-Schwingungsart
mit den WL-Schwingungsarten unzureichende Signale oder Bilder ergeben.
Die in F i g. 5 gezeigten Versuchsergebnisse wurden unter Eintauchen der Wandlerelemente in Wasser ohne
Anbringen irgendeiner Impedanzanpassungsschicht und Messen der Intensität eines von einem Unterwasserziel
reflektierten Ultraschallsignals erzielt. Die Verzerrung des Ultraschall-Strahlungsdiagramms wurde beträchtlich
durch Aufbringen einer akustischen Impedanzanpassungsschicht eines besonderen Aufbaus vermindert,
der später beschrieben wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Ultraschallsonde unterscheiden sich die Wandlerelemente hinsichtlich des
Materials, der grundsätzlichen Form und der Anordnung nicht besonders von den Elementen bei herkömmlichen
Sonden. Jedoch ist es eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung, daß das W/i-Verhältnis eines
jeden Elements (genauer einer jeden Platte aus einem piezoelektrischen Material) einen Wert von nicht mehr
als 0,8 und vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,7 hat. Es wurde festgestellt, daß die vorstehend beschriebene
Verkopplung von TL- und WL-Schwingungsarten grundsätzlich durch Verwendung eines solchen Wertes
für das Verhältnis W/t der Rechteckplatte als wesentlichen Teil des Wandlerelements vermieden
werden kann. Die Grundlage für den besonderen Wert des Verhältnisses W/t ist folgende:
Die Fig.8 zeigt im wesentlichen das gleiche wie
F i g. 4, jedoch sind die Kurven nach F i g. 8 theoretische Kurven, die bei dem Material PC-3 durch Berechnungen
erzielt sind, welche eine Erweiterung der grundsätzlichen Verfahren waren, die von R. Holland im
»Journal of Acoustical Society of America«, Vol.46 (1974), S. 989, und von D. C. G a ζ i s u. a. im »Journal of
Applied Mechanics«, Sept. 1960, S. 541, angegeben wurden. Die Analyse mit dem Verfahren »endlicher
Elemente« ergibt gleichfalls diese Kurven. Bei Ultraschallsonden ist es in der Praxis allgemein üblich,
entweder kurze Impulse oder Tonfrequenz-Impulssignale bzw. Burstsignale für die Erregung der
Wandlerelemente zu dem Zweck zu verwenden, die Längsauflösung zu verstärken. Eine Ultraschallsonde
empfängt dann ein reflektiertes Signal, das sich als Ergebnis einer Intensitätsmodulation eines gesendeten
Impulssignals ergibt, so daß das empfangene Signal eine bestimmte Bandbreite mit der Mittelfrequenz k des
gesendeten Signals als Mitte hat. Im allgemeinen kann die Bandbreite Af zu Δία /Ό/2 angenommen werden.
Das Anlegen eines Ultraschallsignals mit einer derart großen Bandbreite ergibt unvermeidbar die Erregung
einiger unterschiedlicher Schwingungsarten. Wenn beispielsweise nach Fig.8 das PC-3-Element ein
W/f-Verhältnis von 2 hat und grundsätzlich in der
7L-Schwingungsart betrieben wird, deren Frequenzkonstante ungefähr 2 MHz · mm ist, tritt eine gleichzeitige
Erregung von WL-Schwingungen wie WL3, WIa
und WLs auf, deren Frequenzkonstanten /· f bei diesem
Verhältnis W/t innerhalb eines 1 MHz · mm breiten Bereichs an beiden Seiten der Frequenzkonstante der
TL-Schwingung von ungefähr 2 MHz · mm liegen. Die auf diese Weise verursachten WL-Schwingungen
interferieren mit der TL-Schwingung und beeinträchtigen die Eigenschaften des Elements in der vorstehend
beschriebenen Weise.
Erfindungsgemäß wird das Verhältnis W/t des Wandlerelements mit der Absicht sehr klein gemacht,
zwangsläufig die niedrigste WL-Schwingungsart IVLi
nach F i g. 8 zu nützen. Wie aus der F i g. 8 zu ersehen ist, zeigen die jeweiligen Frequenzkonstanten der höheren
WL-Schwingungsarten einen großen Anstieg mit abnehmendem Verhältnis W/t des Elements, die
Frequenzkonstante der WLi-Schwingungsart zeigt
jedoch nur einen gemäßigten Anstieg. Folglich entsteht ein großer Unterschied zwischen einer Frequenz, bei
der die WLi -Schwingung auftritt, und einer höheren
Frequenz, bei der die WZ^-Schwingung (oder eine noch
höhere Schwingungsart) auftritt, wenn das Verhältnis W/t einen ausreichend niedrigen Wert annimmt. Wenn
W/t 0,8 ist, wächst der Abstand zwischen der WLi-Schwingungsart und der WL2-Schwingungsart auf
0,7 MHz · mm an. Das heißt, bei diesem Verhältnis W/t nimmt das diese beiden Schwingungsarten betreffende
Verhältnis Af/fo einen Wert von ungefähr 1, d. h. einen
deutlich größeren Wert als V2 an. Daher tritt bei Verwendung der WLi-Schwingungsart als Grundschwingungsart
keine unerwünschte Schwingungsart innerhalb der Bandbreite eines mittels der Grundschwingung
erzielten Ultraschallsignals auf, sobald das Verhältnis W/t des Elements 0,8 oder kleiner ist Aus
diesem Grund zeigt ein Wandlerelement der beschriebenen Form mit einem W/t-Verhältnis von nicht mehr
als 0,8 ein Schallwellen-Strahlungsdiagramm, das dem Strahlungsdiagramm einer Kolbenschallquelle sehr
nahe kommt. Daher können bei einem derartigen Wandlerelement mit Sicherheit theoretisch begründete
Verfahren für Sonderzwecke wie die Unterdrückung von Nebenkeulen und die Ausführung einer Phasensteuerung
angewandt werden.
Wenn das Verhältnis W/t einer Rechteckplatte ausreichend klein ist, tritt in deutlichem Gegensatz zu
der Dickenschwingung der Platte, die üblicherweise bei Ultraschallsonden für Untersuchungsgeräte mit elektronischer
Abtastung angewandt wird, die Schwingung der Platte in der WLpSchwingungsart als Breitenausdehnungsschwingung
der Platte auf. Sowohl die Frequenzkonstante als auch der elektromechanische Kopplungskoeffizieni:
von piezoelektrischen Materialien nehmen hinsichtlich unterschiedlicher Schwingungsarten unterschiedliche
Werte an. Für die typischen piezoelektrischen Keramikmaterialien PC-I, PC-2 und PC-3 sind die
Frequenzkonstanten Λ/33' und die elektromechanischen
Kopplungskoeffizienten Ar33', die beide die Breitenausdehnungsschwingung
der Platte betreffen, gleichfalls in der Tabelle 1 aufgeführt. In der Tabelle 1 ist es
besonders beachtenswert, daß die Werte für Ar33', die zu
beachten sind, wenn die Materialien mit einem ausreichend kleinen Verhältnis W/t geformt werden,
beträchtlich größer als die Werte für k, sind. Bekanntermaßen weist eine Ultraschallsonde bessere Eigenschaften
auf, wenn der elektromechanische Kopplungskoeffi-
zient einen größeren Wert annimmt. Da die Schwingung
der Wandlerelemente in einer erfindungsgemäßen Sonde im wesentlichen als Breitenausdehnungsschwingung
der Platte betrachtet werden kann, ergibt sich daraus, daß die Elemente für den elektromechanischen ■-,
Kopplungskoeffizienten einen beträchtlich größeren Wert als im Falle der Ausführung einer Dickenlängsschwingung
haben, wie sie bei herkömmlichen Sonden üblich ist. Dementsprechend weist eine erfindungsgemäße
Ultraschallsonde erheblich verbesserte Eigen- ι ο schiften auf.
Das Symbol £33' stellt einen wirksamen elektromechanischen
Kopplungskoeffizienten dar, der von Bedeutung ist, wenn W/t ausreichend klein ist. Es ist möglich,
experimentell den Wert des wirksamen elektromechanisehen Kopplungskoeffizienten k bei irgendeinem
beliebigen W/t zu bestimmen, das nicht notwendig klein zu sein braucht. Die Fig.9 zeigt dem experimentell
bestimmten Zusammenhang zwischen W/t und dem wirksamen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten
k für eine Rechteckplatte aus PC-3. Es ist klar ersichtlich, daß k einen beachtlich großen Wert
annimmt, wenn W/t unterhalb 0,8 liegt, und daß k ein
Maximum annimmt, wenn W/t zwischen 0,4 und 0,7 liegt.
Die Fig. 10 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer r>
erfindungsgemäßen Ultraschallsonde 50. Gleichartig wie die herkömmliche Ultraschallsonde ίθ nach F i g. 1
hat diese Ultraschallsonde 50 eine Mehrzahl von Wandlerelementen 52, die die Form von Rechtecksplatten
haben und die in einer Reihe mit kleinen Zwischenräumen angeordnet sind. Jedes Wandlerelement
52 ist eine langgestreckte rechteckige Platte 54 aus einem piezoelektrischen Material mit zwei Elektrodenfilmen
56 bzw. 56', die jeweils auf der vorderen bzw. der hinteren Fläche der Platte aufgeschichtet sind. Als
Material für die Platte 54 sind piezoelektrische Keramikmaterialien einschließlich Bleititanat (PC-I)1
Zweikomponenten-Systemen wie Bleititanatzirkonat (PC2) und Dreikomponenten-Syc.femen verwendbar, für
welche ein System aus Bleititanat, Bleizirkonat und Bleimagnesiumniobat (PC-3) typisch ist. Vorzugsweise
ist Bleititanat oder PC-3 und insbesondere das letztere zu verwenden. Es ist jedoch auch die Anwendung eines
kristallinen Materials wie Quarzkristall oder LiNbOs möglich. Das gewählte piezoelektrische Material wird in
der Weise zu der Platte 54 geformt, daß die Richtung der Dicke t der Platte 54 mit der Richtung der
Polarisation zusammenfällt, wenn das Material ein Kermikmaterial ist, jedoch mit der Richtung der
c-Achse zusammenfällt, falls das Material ein kristallines
Material ist. Die piezoelektrische Platte 54 muß ein bestimmtes Breite/Dicke-Verhältnis haben, das nicht
größer als 0,8 ist und vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,7 liegt. Für die Elektrodenfilme 56. 56' wird als Material
ein üblicherweise verwendetes Metall wie Ag, Al, Au, Cu oder In verwendet; die Filme werden durch Vakuumaufdampfen,
Löten, Plattieren, Flammenspritzen oder Aufbringen eines Anstrichs mit nachfolgender Hitzehärtung
gebildet.
Die rechteckigen Wandlerelemente 52 sind gemäß <,o
der Darstellung in F i g. 11 unter Gegenüberstellung ihrer (zu den mit den Elektrodenfilmen 56, 56'
beschichteten Flächen senkrechten) längeren Seiten in einer Reihe wie beispielsweise in einer ausgefluchteten
geraden Reihe angeordnet. Ils ist notwendig, die &5
Wandlerelemente 52 mit Zwischenräumen anzuordnen, da durch Bestehen von Lücken 58 zwischen den
Wandlerelementen 52 irgendeine akustische Verkopplung zweier benachbarten Wandlerelemente 52 vermieden
werden kann. Das Vorhandensein irgendeiner festen Substanz in diesen Lücken bzw. Zwischenräumen
58 muß streng vermieden werden, da selbst bei Vorhandensein eines kleinen Volumens an fesier
Substanz in irgendeinem der Zwischenräume 58 eine Interferenz zwischen benachbarten Wandlerelementen
auftritt, wodurch ein »Übersprechen« der Signale verursacht wird. In der praktischen Anwendung werden
daher die Zwischenräume 58 mit Luft gefüllt oder alternativ evakuiert. Es ist anzustreben, die Breite der
Zwischenräume 58 so klein wie möglich zu machen; die untere Grenze ist durch das Herstellungsverfahren
bestimmt.
Die Fig. 12 ist eine Rücksicht der Reihe von Wandlerelementen 52. Die vorderen Elektrodenfilme 56
der jeweiligen Wandlerelemente 52 sind miteinander durch Elektrodenzwischenverbinder 57 verbunden, so
daß sie als eine gemeinsame Elektrode dienen, und für diese Elektrodenfilme 56 ist eine Zuleitung 59
vorgesehen. Die hinteren Elektrodenfilme 56' sind einzeln mit Zuleitungen 59' ausgestattet.
Nach Fig. 10 hat die Ultraschallsonde 50 eine akustische Impedanzanpassungsschicht 60, die auf die
Reihe der Wandlerelemente 52 so aufgelegt ist, daß sie in enger Berührung mit den vorderen Elektrodenfilmen
56 aller Wandlerelemente 52 ist und sie gänzlich abdeckt. Die Ausgestaltung der Impedanzanpassungsschicht
60 ist ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung. Bei dieser Ultraschallsonde 50 besteht die
Impedanzanpassungsschicht 60 aus einer gleichförmig dicken Innenschicht 60a, die in Berührung mit den
Elektrodenfilmen 56 ist, und einer gleichförmig dicken Außenschicht 60£>, die auf die Außenseite der Innenschicht
60a über der ganzen Fläche aufgeklebt ist. Demgemäß wird die Außenseite der Außenschicht 60/?
in Berührung mit einem Objekt der Ultraschall-Untersuchung oder -diagnose gebraucht. Die Innenschicht 60a
und die Außenschicht 60£> sind gemäß der nachstehenden
Beschreibung im Material verschieden. Eine voll wirksame Sonde kann selbst dann noch erzielt werden,
wenn die akustische Impedanzanpassungsschicht als Einzelschicht aus einem geeigneten Material gebildet
ist, jedoch hat die Anwendung einer Doppelschicht oder eines Schichtaufbaus als Impedanzanpassungsschicht in
Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Wandlerelementen 52 deutliche Vorteile.
Der Aufbau der akustischen Impedanzanpassungsschicht 60 wurde unter voller Berücksichtigung von
zwei Faktoren, nämlich des Einfügungsgewinns (LG) und der differentiellen Phase (DP) bestimmt, die als
geeignet für die Entwicklung der Eigenschaften der Ultraschallsonde 50 bekannt sind. Der Einfügungsgewinn
LG stellt einen Maßstab für den elektrischmechanisrhen Umsetzwirkungsgrad dar: je größer der Wert
von LG ist, um so besser ist der Wirkungsgrad. Die differentielle Phase DPsteht in Zusammenhang mit dem
Ausmaß der zeitlichen Verzerrung eines der Umsetzung mittels eines Wandlers unterzogenen Signals. Wenn die
differentielle Phase eine geringere Veränderung in bezug auf die Frequenz aufweist, tritt eine geringere
Verzerrung des Signals auf. Der Einfügungsgewinn LG und die differentielle Phase DP sind beispielsweise von
K. E. Sit tig in »IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics«, Vol. 14 (1967), No. 4, S. 167, ausführlich
erläutert. Die experimentellen Untersuchungen im Hinblick auf den Einfügungsgewinn LG und die
Frequenzabhängigkeit der differentiellen Phase DP für
unterschiedliche Materialien haben gezeigt, daß die Materialien für die Innenschicht 60a und die Außenschicht
60Z>der akustischen Impedanzanpassungsschicht 60 vorzugsweise nach folgenden Prinzipien auszuwählen
sind: ·">
Für die Innenschicht 60a wird ein Material gewählt, dessen akustische Impedanz 2,5- bis 9,5mal so groß ist
wie die akustische Impedanz eines Objekts der Untersuchung unter Verwendung der Ultraschallsonde
50. Das Material für die Außenschicht 6OZ? soll eine akustische Impedanz haben, die kleiner als diejenige des
Materials für die Innenschicht 60a ist, jedoch das 1,6- bis 2,7fache der akustischen Impedanz des Untersuchungsobjekts ist.
Wenn die Ultraschallsonde 50 zur Verwendung bei Ultraschall-Diagnosegeräten (mit dem menschlichen
Körper als Objekt) dient, ist als Material für die Innenschicht 60a Arsensulfidglas am besten geeignet,
wonach Kronglas und dann geschmolzenes Quarz folgen. Flintglas, Schwerflintglas und Germaniumsulfidglas
sind gleichfalls als Material der Innenschicht 60a brauchbar. Andererseits sind für die Außenschicht 60Z?
unterschiedliche Kunstharze wie Epoxyharz, Acrylharz, Polystyrol, PVC, ABS-Harz und Zyanharz brauchbar,
wobei am besten Epoxyharz verwendet wird. r.
Die Stärken der Innenschicht 60a und der Außenschicht 60Z) werden vorzugsweise so festgelegt, daß sie
die folgenden Bedingungen erfüllen: Die Stärke der Innenschicht 60a wird in einen Bereich von 45—68%
eines durch VJ2f gegebenen Wertes gelegt, wobei V3 jo
die Schallgeschwindigkeit in dem Material der Innenschicht 60a ist und /die Frequenz der Ultraschallwelle
ist, während die Stärke der Außenschicht 6OZ? in den Bereich von 48—64% eines durch VtJ2f gegebenen
Werts gelegt wird, wobei Vb die Schallgeschwindigkeit r>
in dem Material der Außenschicht 6OZ? ist.
Wenn die jeweiligen Schichten 60a und 60Z? der Impedanzanpassungsschicht 60 derartige Stärken haben,
wird die Stärke t der piezoelektrischen Platten 54 vorzugsweise so festgelegt, daß sie im Bereich von
80—120% eines durch /v^V/gegebenen Werts liegt.
Obgleich es bei dieser Erfindung nicht ausdrücklich aufgeführt ist, ist es möglich, für eine Sonde mit
erfindungsgemäßen Wandlerelementen 52 eine akustische Impedanzanpassungsschicht als Einzelschicht zu
gestalten. In diesem Fall wird die Impedanzanpassungsschicht aus einem Material hergestellt, dessen akustische
Impedanz 2- bis 4mal so groß ist wie die akustische Impedanz eines Untersuchungsobjekts. Vorzugsweise
wird Kronglas oder Germaniumsulfidglas verwendet.
Die Ultraschallsonde 50 braucht nicht mit irgendeiner hinterlegten Belastung (20 in Fig. 1) ausgestattet zu
sein, so daß die rückseitigen Elektrodenfilme 56' gewöhnlich gegenüber der Umgebungsluft freiliegen. Es
ist jedoch möglich, die Ultraschallsonde 50 mit einer hinterlegten Belastungsschicht auszustatten, die aus
einem Material hergestellt ist, dessen akustische Impedanz kleiner als die eines Untersuchungsobjekts
ist. Als solches Material dienen Wachs oder leichte Kunststoffe. t>o
Die erfindungsgemäße Sonde hat den Vorteil, daß die Wandlerelemente 52 nahezu wie ein Kolben ohne
Beeinflussung durch ungewünschte Schwingungsarten schwingen können. Die theoretische Analyse der
Schwingung der Wandlerelemente 52 wurde mit einem Verfahren ausgeführt, das »Verfahren endlicher Elemente«
oder »Matrixverfahren« genannt wird. Wie in vielen Lehrbüchern zu ersehen äs* ~·"-™
Verfahren für jeden kleinen Teilbereich eines Körpers aus Belastungsbedingungen, Materialeigenschaften und
dem Aufbau des Körpers die Belastung, die Verformung und die Versetzung berechnet.
Nach Fig. 13 wurde die Analyse anhand eines Modells tOO vorgenommen, das aus einer Rechteckplatte
154 aus PC-3, einer Platte 160a aus geschmolzenem Quarz und einer Platte 160Z? aus Epoxyharz konstruiert
wurde. Die piezoelektrische Platte 154 war 0,7 mm dick (t), 0,41mm breit (W) und 10 mm lang (H) Die
Schmelzquarz-Platte 160a und die Epoxyharz-Platte 160Z? (die als Innenschicht 60a und Außenschicht 6OZ? der
akustischen Impedanzanpassungsschicht 60 in Fig. 10
dienten) waren allgemein unbestimmt breit und 10 mm lang. Die Schmelzquarz-Platte 160a war 0,6 mm dick,
während die Epoxyharz-Platte 160Z? 0,28 mm dick war. Diese Werte für die Dicken der jeweiligen Platten 154,
160a und 160Z? erfüllten die vorstehend beschriebenen Bedingungen. Das Bezugszeichen 200 bezeichnet ein
Medium bzw. eine Belastung, auf die die Schwingung übertragen wird. Bei der Analyse wurde als Medium 200
Wasser angenommen.
Als Ergebnis der Analyse zeigt die Fig. 14 eine Versetzungsverteiluig an dem Modell nach Fig. 13,
wenn die piezoelektrische Platte 154 in einer Grundschwingungsart schwingt, die der WL\ -Schwingungsart
nach Fig.8 entspricht. Durch Fig. 14 wurde theoretisch
bestätigt, daß die Wandlerelemente 52 in der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde 50 eine nahezu
ideale Kolbenschwingung in ihrer Grundschwingungsart ausführen. Die Fig. 15 und 16 zeigen gleichfalls als
Ergebnis der Analyse die Arten von Schwingungen des gleichen Modells 100 bei höheren Schwingungsarten.
Die Fig. 16 zeigt, daß bei höheren Schwingungsarten die tatsächliche Schwingung eine Abweichung von der
Kolbenschwingung aufweist. Aus Fig.8 ist jedoch deutlich, daß die Resonanzfrequenz für diese Platte 154
aus PC-3 4,5 MHz ist und ausreichend weit von der Frequenz der Grundschwingungsart mit 2,25 MHz liegt.
Demgemäß hat diese Resonanzart keinen nachteiligen Einfluß auf die Grundschwingungsart. Durch gleichartige
Analyse an Ultraschallsonden 50 wurde bestätigt, daß die Wandlerelemente 52 der Ultraschallsonde 50 beim
Schwingen in der der WL\ -Schwingungsart entsprechenden Grundschwingungsart selbst dann eine Kolbenbewegung
ausführen, wenn die Abmessungen und die Materialien von den bei dem Modell 100 angewandten verschiedenartig abgewandeil werden
(sofern die vorstehend beschriebenen Erfordernisse eingehalten sind).
Die F i g. 17 zeigt die Winkelverteilung der Schallwellenstrahlungsintensität,
die durch Versuch an der Ultraschallsonde 50 nach Fig. 10 mit im wesentlichen
den Materialien und den Dickewerten gemäß dem Model 100 nach Fig. 13 erzielt wird. Die Kreise in
dieser graphischen Darstellung stellen im Fernfeld erzielte Versuchsdaten dar, während die Kurve ein
theoretisches Strahlungsdiagramm darstellt. Die gute Übereinstimmung der experimentellen Daten mit den
theoretischen Werten ist offensichtlich.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann die erfindungsgemäße Ultraschallsonde als
nahezu ideale Kolbenschallquelle arbeiten und hat daher die folgenden Vorteile:
Es entsteht keine Kopplung einer Grundschwingung mit unerwünschten Schwingungsarten. Demgemäß wird
eine beträchtliche Vereinfachung nicht nur der mechanirdcn bei diesen sehen Eigenschaften, sondern auch der elektrischen
Eigenschaften der Wandlerelemente bzw. der Sonde hervorgerufen, was eine Erleichterung bei dem Entwurf
der Treiberschaltung der Untersuchungsgeräte bedeutet und die Wahrscheinlichkeit einer elektrischen
Interferenz zwischen Grundschwingungen und ungewünschten Schwingungen herabsetzt
Ein verbesserter Einfügungsgewinn und eine verbesserte Bandbreite können aufgrund der Verwendung der
ßreitenausdehnungsschwingung anstelle der üblicherweise verwendeten Dickenlängsschwingung erreicht
werden, was eine Steigerung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von keramischen Wandlermaterialien
von k, auf A33' bedeutet
Aus dem gleichen Grund kann eine beträchtliche Verminderung des Wertes des akustischen Widerstands
Zs des Wandlers erzielt werden. Beispielsweise verringert sich dieser Wert für PC-3 von 36,5 χ lO^cgs)
im Falle der TL-Schwingung auf 2SxIO5 (cgs) im Falle
der Breitenausdehnungsschwingung. Als Folge davon kann die akustische Anpassung leichter erzielt werden.
Aufgrund der Realisierung einer nahezu idealen Kolbenschallquelle kann die Steuerung der abgesendeten
Schallwelle (z. B. des bewerteten Antriebs, der Fokussierung der Strahlen oder der schrägen Strahlung)
durch die Phasen- oder Intensitätssteuerung der Antriebssignale an die einzelnen Wandlerelemente aul
einfache Weise und genau ausgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Ultraschallsonde ist besonders für die Verwendung bei Ultraschall-Diagnosegeräten
mit elektronischer Abtastung geeignet, sie ist aber auch für andere Arten von Ultrascliall-Untersuchungs- odei
-diagnosegeräten geeignet
Mit der Erfindung ist eine besonders für Ultraschalldiagnostikgeräte
mit elektronischer Abtastung geeignete Ultraschallsonde geschaffen, die eine Mehrzah
piezoelektrischer Wandlerelemente, die jeweils die Form einer Rechteckplatte mit an beiden Seiter
aufgeschichteten Elektrodenfilmen haben und die mil Zwischenräumen in einer Reihe angeordnet sind, unc
eine akustische Impedanzanpassungsschicht aufweist die auf die Reihe der Wandlerelemente aufgelegt ist
Das Breite/Dicke-Verhältnis einer jeden piezoelektri
sehen Platte hat einen Wert von nicht mehr als 0,8 unc vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,7, so daß die Platte ir
der Breitenausdehnungsschwingungsart schwinger kann. Insbesondere ist eine Impedanzanpassungsschicht
mit einem Schichtenaufbau aus zwei Schichten vorzuziehen, die hinsichtlich der akustischen Impedanz dei
jeweiligen Materialien verschieden sind und die einzelr eine bestimmte Stärke haben.
Hierzu 12 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Ultraschallsonde für Ultraschall-Untersuchungsgeräte, gekennzeichnet durch eine
Mehrzahl von Wandlerelementen (52) aus jeweils einer rechteckigen Platte (54) aus piezoelektrischem
Material, deren vordere und hintere Fläche jeweils mit einem vorderen bzw. einem hinteren Elektrodenfilm
(56,56') beschichtet ist, wobei die Platte ein iu
Breite-Dicke-Verhältnis (W/t) von nicht mehr als 0,8
hat und die Wandlerelemente unter Gegenüberstellung ihrer längeren Seite in einer Reihe mit
Abständen so angeordnet sind, daß die Platte als Grundschwingungsart eine Breitenausdehnungsschwingung
ausführen kann, und durch eine akustische Impedanzanpassungsschicht (80) aus
einer gleichförmig starken Innenschicht (60a) aus einem ersten Material, die zur enganliegenden
Abdeckung der vorderen Elektrodenfilme aller Wandlerelemente aus der Reihe der Wandlerelemente
angebracht ist, und einer gleichförmig starken Außenschicht (606) aus einem zweiten Material, die
zur enganliegenden Abdeckung der Außenfläche der Innenschicht auf der Innenschicht aufgebracht ist,
wobei die akustische Impedanz des ersten Materials 2,5—9,5mal so groß wie die akustische Impedanz
eines Objekts der Ultraschall-Untersuchung ist und die akustische Impedanz des zweiten Materials
geringer als die akustische Impedanz des ersten Materials, jedoch 1,6—2,7mal so groß wie die
akustische Impedanz des Objekts ist.
2. Ultraschallsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Breite-Dicke-Verhältnis
(W/t) im Bereich von 0,4—0,7 liegt.
3. Ultraschallsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische
Material Bleititanat-Keramik ist.
4. Ultraschallsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische
Material ein Keramiksystem aus Bleititanst, Bleizirkonat und Bleimagnesiumniobat ist.
5. Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Material ein Glas ist, das aus der Gruppe Arsensulfidglas, Kronglas, geschmolzenes Quarz,
Germaniumsulfidglas, Flintglas und Schwerflintglas gewählt ist, während das zweite Material ein
Kunstharz ist, das aus der Gruppe Epoxyharz, Polystyrol, Acryronitril-Butadien-Styrol-Harz, Polyvinylchlorid,
Acrylharz und Cyanharz gewählt ist.
6. Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Material ein Glas ist, das aus der Gruppe Arsensulfidglas, Kronglas und geschmolzenes Quarz
gewählt ist, während das zweite Material Epoxyharz ist.
7. Ultraschallsonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Innenschicht (60a) eine Stärke im Bereich von to 45—68% eines durch W2/1 gegebenen Wertes und
die Außenschicht (6Oi)) eine Stärke im Bereich von 48—64% eines durch Vbl2f gegebenen Wertes hat,
wobei f die Frequenz einer mittels der Sonde zu erzeugenden Ultraschallwelle ist, V3 die Schallgeschwindigkeit
in dem ersten Material ist und Vi, die Schallgeschwindigkeit in dem zweiten Material ist.
8. Ultraschallsonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in
Lücken (58) zwischen den Wandlerelementen (52) nur Luft ist
9. Ultraschallsonde nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
hinteren Elektrodenfilme (56') aller Wandlerelemente (52) völlig gegen die Umgebungsluft offen sind.
10. Ultraschallsonde nach einem der vorangehenden Ansprüche 1—8, gekennzeichnet durch eine
hinterlegte Belastungsschicht (20), die aus einem Material mit einer akustischen Impedanz hergestellt
ist, die niedriger als die akustische Impedanz des Objekts (30) der Ultraschall-Untersuchung ist, und
die zur Abdeckung der hinteren Elektrodenfilme (56') aller Wandlerelemente (52) aus der Reihe der
Wandlerelemente aufgebracht ist
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12847276A JPS5353393A (en) | 1976-10-25 | 1976-10-25 | Ultrasonic probe |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2727691A1 DE2727691A1 (de) | 1978-04-27 |
DE2727691B2 true DE2727691B2 (de) | 1978-08-03 |
DE2727691C3 DE2727691C3 (de) | 1987-04-16 |
Family
ID=14985565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2727691A Expired DE2727691C3 (de) | 1976-10-25 | 1977-06-20 | Ultraschallsonde |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4101795A (de) |
JP (1) | JPS5353393A (de) |
CA (1) | CA1076693A (de) |
DE (1) | DE2727691C3 (de) |
GB (1) | GB1559030A (de) |
MX (1) | MX145789A (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2842086A1 (de) * | 1978-09-27 | 1980-04-03 | Siemens Ag | Elektroakustischer wandler mit hohem wirkungsgrad |
EP0025092A1 (de) * | 1979-07-20 | 1981-03-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultraschallwandleranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
DE3409815A1 (de) * | 1984-03-16 | 1985-09-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Porositaet aufweisende gesinterte oxidkeramik und daraus hergestellte wandler |
DE3409789A1 (de) * | 1984-03-16 | 1985-09-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Piezoelektrischer luft-ultraschallwandler mit breitbandcharakteristik |
DE3611669A1 (de) * | 1985-04-10 | 1986-10-16 | Hitachi Medical Corp., Tokio/Tokyo | Ultraschallwandler |
DE4446192A1 (de) * | 1994-12-23 | 1996-07-04 | Wolf Gmbh Richard | Verfahren zur Trefferkontrolle |
Families Citing this family (117)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS586132B2 (ja) * | 1978-04-25 | 1983-02-03 | 株式会社東芝 | 超音波探触子 |
JPS54155683A (en) * | 1978-05-30 | 1979-12-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electronic scanning system ultrasoniccwave tomooinspection device |
DE2829539C2 (de) * | 1978-07-05 | 1980-01-17 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren zur Herstellung von Ultraschallköpfen |
DE2829570C2 (de) * | 1978-07-05 | 1979-12-20 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Ultraschallkopf |
US4211949A (en) * | 1978-11-08 | 1980-07-08 | General Electric Company | Wear plate for piezoelectric ultrasonic transducer arrays |
US4211948A (en) * | 1978-11-08 | 1980-07-08 | General Electric Company | Front surface matched piezoelectric ultrasonic transducer array with wide field of view |
US4375818A (en) * | 1979-03-12 | 1983-03-08 | Olympus Optical Company Ltd. | Ultrasonic diagnosis system assembled into endoscope |
US4240003A (en) * | 1979-03-12 | 1980-12-16 | Hewlett-Packard Company | Apparatus and method for suppressing mass/spring mode in acoustic imaging transducers |
US4217684A (en) * | 1979-04-16 | 1980-08-19 | General Electric Company | Fabrication of front surface matched ultrasonic transducer array |
US4482834A (en) * | 1979-06-28 | 1984-11-13 | Hewlett-Packard Company | Acoustic imaging transducer |
US4277711A (en) * | 1979-10-11 | 1981-07-07 | Hewlett-Packard Company | Acoustic electric transducer with shield of controlled thickness |
US4277712A (en) * | 1979-10-11 | 1981-07-07 | Hewlett-Packard Company | Acoustic electric transducer with slotted base |
US4326418A (en) * | 1980-04-07 | 1982-04-27 | North American Philips Corporation | Acoustic impedance matching device |
JPS608469Y2 (ja) * | 1980-05-12 | 1985-03-25 | ティアック株式会社 | 着脱可能型ユニットの取付機構 |
JPS56161799A (en) * | 1980-05-15 | 1981-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic wave probe |
US4348904A (en) * | 1980-08-08 | 1982-09-14 | North American Philips Corporation | Acoustic impedance matching device |
US4381470A (en) * | 1980-12-24 | 1983-04-26 | Hewlett-Packard Company | Stratified particle absorber |
JPS57129162U (de) * | 1981-02-02 | 1982-08-12 | ||
US4366406A (en) * | 1981-03-30 | 1982-12-28 | General Electric Company | Ultrasonic transducer for single frequency applications |
US4414482A (en) * | 1981-05-20 | 1983-11-08 | Siemens Gammasonics, Inc. | Non-resonant ultrasonic transducer array for a phased array imaging system using1/4 λ piezo elements |
EP0068961A3 (de) * | 1981-06-26 | 1983-02-02 | Thomson-Csf | Vorrichtung zur lokalen Erwärmung von biologischen Gewebe |
US4446395A (en) * | 1981-12-30 | 1984-05-01 | Technicare Corporation | Short ring down, ultrasonic transducer suitable for medical applications |
JPS59135048A (ja) * | 1982-08-20 | 1984-08-03 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波探触子 |
US4550606A (en) * | 1982-09-28 | 1985-11-05 | Cornell Research Foundation, Inc. | Ultrasonic transducer array with controlled excitation pattern |
JPS5964567U (ja) * | 1982-10-22 | 1984-04-28 | 日本電波工業株式会社 | 超音波探触子 |
AU544464B2 (en) * | 1982-12-27 | 1985-05-30 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Ultrasonic transducer |
JPS6097800A (ja) * | 1983-11-02 | 1985-05-31 | Hitachi Ltd | 超音波探触子 |
JPS6099236A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-03 | 株式会社東芝 | 超音波プロ−ブ |
FR2565033B1 (fr) * | 1984-05-22 | 1987-06-05 | Labo Electronique Physique | Dispositif de transduction ultrasonore a reseau d'elements transducteurs piezoelectriques |
DE3501808A1 (de) * | 1985-01-21 | 1986-07-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ultraschallwandler |
JPS60167599A (ja) * | 1985-01-25 | 1985-08-30 | Hitachi Ltd | 圧電磁器及びこれを用いた超音波探触子 |
FR2589247B1 (fr) * | 1985-10-25 | 1988-06-10 | Labo Electronique Physique | Appareil d'exploration de milieux par echographie ultrasonore comprenant un reseau d'elements transducteurs piezoelectiques |
US4713572A (en) * | 1986-06-06 | 1987-12-15 | Accuray Corporation | Ultrasonic transducers for on-line applications |
JP2794720B2 (ja) * | 1988-08-23 | 1998-09-10 | 松下電器産業株式会社 | 複合圧電振動子 |
GB2225426B (en) * | 1988-09-29 | 1993-05-26 | Michael John Gill | A transducer |
US5060653A (en) * | 1989-05-16 | 1991-10-29 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic sensor with starved dilatational modes |
US5176140A (en) * | 1989-08-14 | 1993-01-05 | Olympus Optical Co., Ltd. | Ultrasonic probe |
JP3015481B2 (ja) * | 1990-03-28 | 2000-03-06 | 株式会社東芝 | 超音波プローブ・システム |
US5172695A (en) * | 1990-09-10 | 1992-12-22 | Cann Christopher E | Method for improved prediction of bone fracture risk using bone mineral density in structural analysis |
US5267221A (en) * | 1992-02-13 | 1993-11-30 | Hewlett-Packard Company | Backing for acoustic transducer array |
DE4322144C2 (de) * | 1992-07-03 | 1997-06-05 | Murata Manufacturing Co | Vibratoreinheit |
US5410209A (en) * | 1993-01-27 | 1995-04-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Piezoelectric material and ultrasonic probe |
US5410205A (en) * | 1993-02-11 | 1995-04-25 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic transducer having two or more resonance frequencies |
SG42927A1 (en) * | 1993-04-14 | 1997-10-17 | Murata Manufacturing Co | Vibrator resonator and resonance component utilizing width expansion mode |
CN1034535C (zh) * | 1993-05-31 | 1997-04-09 | 株式会社村田制作所 | 片型压电共振动元件 |
US5621263A (en) * | 1993-08-09 | 1997-04-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonance component |
US5648746A (en) * | 1993-08-17 | 1997-07-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Stacked diezoelectric resonator ladder-type filter with at least one width expansion mode resonator |
GB2281159B (en) * | 1993-08-17 | 1997-10-01 | Murata Manufacturing Co | Ladder-type filter |
JP2642068B2 (ja) * | 1994-09-05 | 1997-08-20 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波探触子の製造方法 |
JP3114526B2 (ja) * | 1994-10-17 | 2000-12-04 | 株式会社村田製作所 | チップ型圧電共振部品 |
US5648941A (en) * | 1995-09-29 | 1997-07-15 | Hewlett-Packard Company | Transducer backing material |
US5781509A (en) * | 1996-05-28 | 1998-07-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Wide beam array with sharp cutoff |
US6050943A (en) | 1997-10-14 | 2000-04-18 | Guided Therapy Systems, Inc. | Imaging, therapy, and temperature monitoring ultrasonic system |
US6623430B1 (en) | 1997-10-14 | 2003-09-23 | Guided Therapy Systems, Inc. | Method and apparatus for safety delivering medicants to a region of tissue using imaging, therapy and temperature monitoring ultrasonic system |
US6113546A (en) * | 1998-07-31 | 2000-09-05 | Scimed Life Systems, Inc. | Off-aperture electrical connection for ultrasonic transducer |
US6051913A (en) * | 1998-10-28 | 2000-04-18 | Hewlett-Packard Company | Electroacoustic transducer and acoustic isolator for use therein |
US6278658B1 (en) * | 1999-03-25 | 2001-08-21 | L3 Communications Corporation | Self biased transducer assembly and high voltage drive circuit |
US6406433B1 (en) * | 1999-07-21 | 2002-06-18 | Scimed Life Systems, Inc. | Off-aperture electrical connect transducer and methods of making |
US7914453B2 (en) * | 2000-12-28 | 2011-03-29 | Ardent Sound, Inc. | Visual imaging system for ultrasonic probe |
US6936009B2 (en) * | 2001-02-27 | 2005-08-30 | General Electric Company | Matching layer having gradient in impedance for ultrasound transducers |
US7061381B2 (en) * | 2002-04-05 | 2006-06-13 | Beezerbug Incorporated | Ultrasonic transmitter and receiver systems and products using the same |
US6859984B2 (en) * | 2002-09-05 | 2005-03-01 | Vermon | Method for providing a matrix array ultrasonic transducer with an integrated interconnection means |
US8235909B2 (en) * | 2004-05-12 | 2012-08-07 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Method and system for controlled scanning, imaging and/or therapy |
US7824348B2 (en) * | 2004-09-16 | 2010-11-02 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | System and method for variable depth ultrasound treatment |
US9011336B2 (en) * | 2004-09-16 | 2015-04-21 | Guided Therapy Systems, Llc | Method and system for combined energy therapy profile |
US7393325B2 (en) | 2004-09-16 | 2008-07-01 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Method and system for ultrasound treatment with a multi-directional transducer |
US10864385B2 (en) | 2004-09-24 | 2020-12-15 | Guided Therapy Systems, Llc | Rejuvenating skin by heating tissue for cosmetic treatment of the face and body |
US8535228B2 (en) | 2004-10-06 | 2013-09-17 | Guided Therapy Systems, Llc | Method and system for noninvasive face lifts and deep tissue tightening |
US8444562B2 (en) | 2004-10-06 | 2013-05-21 | Guided Therapy Systems, Llc | System and method for treating muscle, tendon, ligament and cartilage tissue |
US7530958B2 (en) * | 2004-09-24 | 2009-05-12 | Guided Therapy Systems, Inc. | Method and system for combined ultrasound treatment |
US8690778B2 (en) | 2004-10-06 | 2014-04-08 | Guided Therapy Systems, Llc | Energy-based tissue tightening |
US20060111744A1 (en) | 2004-10-13 | 2006-05-25 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Method and system for treatment of sweat glands |
US7530356B2 (en) * | 2004-10-06 | 2009-05-12 | Guided Therapy Systems, Inc. | Method and system for noninvasive mastopexy |
KR101274569B1 (ko) * | 2004-10-06 | 2013-06-13 | 가이디드 테라피 시스템스, 엘.엘.씨. | 사람 피부 표층조직의 제어된 열치료 시스템 |
US11883688B2 (en) | 2004-10-06 | 2024-01-30 | Guided Therapy Systems, Llc | Energy based fat reduction |
EP2279699B1 (de) | 2004-10-06 | 2019-07-24 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Verfahren zur nicht invasiven kosmetischen Verbesserung von Cellulitis |
US8133180B2 (en) | 2004-10-06 | 2012-03-13 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Method and system for treating cellulite |
DE202005022062U1 (de) * | 2004-10-06 | 2012-12-18 | Guided Therapy Systems, Llc | System zur Ultraschallgewebebehandlung |
US9827449B2 (en) | 2004-10-06 | 2017-11-28 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Systems for treating skin laxity |
US11235179B2 (en) | 2004-10-06 | 2022-02-01 | Guided Therapy Systems, Llc | Energy based skin gland treatment |
US7758524B2 (en) * | 2004-10-06 | 2010-07-20 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Method and system for ultra-high frequency ultrasound treatment |
US9694212B2 (en) | 2004-10-06 | 2017-07-04 | Guided Therapy Systems, Llc | Method and system for ultrasound treatment of skin |
US11724133B2 (en) | 2004-10-07 | 2023-08-15 | Guided Therapy Systems, Llc | Ultrasound probe for treatment of skin |
US11207548B2 (en) | 2004-10-07 | 2021-12-28 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Ultrasound probe for treating skin laxity |
US20060079868A1 (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-13 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Method and system for treatment of blood vessel disorders |
US20060100522A1 (en) * | 2004-11-08 | 2006-05-11 | Scimed Life Systems, Inc. | Piezocomposite transducers |
EP2533130A1 (de) * | 2005-04-25 | 2012-12-12 | Ardent Sound, Inc. | Verfahren und System zur Verbesserung der peripheren Computersicherheit |
WO2006135294A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | St. Jude Medical | A heart monitoring device and a system to detect vibrations concerning the status of the heart |
US20070130771A1 (en) * | 2005-12-12 | 2007-06-14 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Methods for producing ultrasonic waveguides having improved amplification |
US9566454B2 (en) * | 2006-09-18 | 2017-02-14 | Guided Therapy Systems, Llc | Method and sysem for non-ablative acne treatment and prevention |
EP2081646B1 (de) * | 2006-09-19 | 2016-04-06 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | System zur behandlung von muskeln, sehnen, bändern und knorpelgewebe |
US9241683B2 (en) * | 2006-10-04 | 2016-01-26 | Ardent Sound Inc. | Ultrasound system and method for imaging and/or measuring displacement of moving tissue and fluid |
US9216276B2 (en) | 2007-05-07 | 2015-12-22 | Guided Therapy Systems, Llc | Methods and systems for modulating medicants using acoustic energy |
US20150174388A1 (en) | 2007-05-07 | 2015-06-25 | Guided Therapy Systems, Llc | Methods and Systems for Ultrasound Assisted Delivery of a Medicant to Tissue |
JP5975600B2 (ja) * | 2007-05-07 | 2016-08-24 | ガイデッド セラピー システムズ, エル.エル.シー. | カプラ部材を使用して音響エネルギーを結合し、かつ焦点に集めるための方法およびシステム |
EP4094694A1 (de) | 2008-06-06 | 2022-11-30 | Ulthera, Inc. | System und verfahren für kosmetische behandlung und abbildung |
EP2382010A4 (de) | 2008-12-24 | 2014-05-14 | Guided Therapy Systems Llc | Verfahren und systeme zur fettreduzierung und/oder behandlung von cellulite |
US8715186B2 (en) * | 2009-11-24 | 2014-05-06 | Guided Therapy Systems, Llc | Methods and systems for generating thermal bubbles for improved ultrasound imaging and therapy |
EP2600937B8 (de) | 2010-08-02 | 2024-03-06 | Guided Therapy Systems, L.L.C. | Systeme zur behandlung akuter und / oder chronischer verletzungen der weichteile |
US9504446B2 (en) | 2010-08-02 | 2016-11-29 | Guided Therapy Systems, Llc | Systems and methods for coupling an ultrasound source to tissue |
US8857438B2 (en) | 2010-11-08 | 2014-10-14 | Ulthera, Inc. | Devices and methods for acoustic shielding |
US9452302B2 (en) | 2011-07-10 | 2016-09-27 | Guided Therapy Systems, Llc | Systems and methods for accelerating healing of implanted material and/or native tissue |
US9011337B2 (en) | 2011-07-11 | 2015-04-21 | Guided Therapy Systems, Llc | Systems and methods for monitoring and controlling ultrasound power output and stability |
US8987976B2 (en) * | 2011-09-23 | 2015-03-24 | Qualcomm Incorporated | Piezoelectric resonator having combined thickness and width vibrational modes |
US9263663B2 (en) | 2012-04-13 | 2016-02-16 | Ardent Sound, Inc. | Method of making thick film transducer arrays |
US9510802B2 (en) | 2012-09-21 | 2016-12-06 | Guided Therapy Systems, Llc | Reflective ultrasound technology for dermatological treatments |
CN204637350U (zh) | 2013-03-08 | 2015-09-16 | 奥赛拉公司 | 美学成像与处理系统、多焦点处理系统和执行美容过程的系统 |
US10561862B2 (en) | 2013-03-15 | 2020-02-18 | Guided Therapy Systems, Llc | Ultrasound treatment device and methods of use |
BR112016023889B1 (pt) | 2014-04-18 | 2023-02-07 | Ulthera, Inc | Sistema de transdução de ultrassom para ultrassom de focagem linear |
SG11201804701QA (en) | 2016-01-18 | 2018-07-30 | Ulthera Inc | Compact ultrasound device having annular ultrasound array peripherally electrically connected to flexible printed circuit board and method of assembly thereof |
IL300688B2 (en) * | 2016-06-06 | 2024-04-01 | Sofwave Medical Ltd | Ultrasound system and transducer |
JP6683029B2 (ja) * | 2016-06-20 | 2020-04-15 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子、超音波探触子および超音波撮像装置 |
CA3022003A1 (en) | 2016-08-16 | 2018-02-22 | Ulthera, Inc. | Systems and methods for cosmetic ultrasound treatment of skin |
TW202327520A (zh) | 2018-01-26 | 2023-07-16 | 美商奧賽拉公司 | 用於多個維度中的同時多聚焦超音治療的系統和方法 |
US11944849B2 (en) | 2018-02-20 | 2024-04-02 | Ulthera, Inc. | Systems and methods for combined cosmetic treatment of cellulite with ultrasound |
EP3819633A4 (de) * | 2018-07-04 | 2021-08-11 | Shimadzu Corporation | Defekterkennungsvorrichtung |
DE102021129229B9 (de) * | 2021-11-10 | 2022-11-03 | Tdk Electronics Ag | Piezoelektrischer Wandler |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2408028A (en) * | 1934-01-19 | 1946-09-24 | Submarine Signal Co | Means for sending and receiving compressional waves |
US3166731A (en) * | 1959-11-24 | 1965-01-19 | Chemetron Corp | Ultrasonic testing device |
US3663842A (en) * | 1970-09-14 | 1972-05-16 | North American Rockwell | Elastomeric graded acoustic impedance coupling device |
US3971962A (en) * | 1972-09-21 | 1976-07-27 | Stanford Research Institute | Linear transducer array for ultrasonic image conversion |
US4016530A (en) * | 1975-06-02 | 1977-04-05 | Goll Jeffrey H | Broadband electroacoustic converter |
-
1976
- 1976-10-25 JP JP12847276A patent/JPS5353393A/ja active Granted
-
1977
- 1977-06-17 CA CA280,819A patent/CA1076693A/en not_active Expired
- 1977-06-17 US US05/807,600 patent/US4101795A/en not_active Expired - Lifetime
- 1977-06-17 GB GB25492/77A patent/GB1559030A/en not_active Expired
- 1977-06-20 DE DE2727691A patent/DE2727691C3/de not_active Expired
- 1977-08-03 MX MX170108A patent/MX145789A/es unknown
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2842086A1 (de) * | 1978-09-27 | 1980-04-03 | Siemens Ag | Elektroakustischer wandler mit hohem wirkungsgrad |
EP0025092A1 (de) * | 1979-07-20 | 1981-03-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultraschallwandleranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
DE3409815A1 (de) * | 1984-03-16 | 1985-09-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Porositaet aufweisende gesinterte oxidkeramik und daraus hergestellte wandler |
DE3409789A1 (de) * | 1984-03-16 | 1985-09-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Piezoelektrischer luft-ultraschallwandler mit breitbandcharakteristik |
DE3611669A1 (de) * | 1985-04-10 | 1986-10-16 | Hitachi Medical Corp., Tokio/Tokyo | Ultraschallwandler |
DE4446192A1 (de) * | 1994-12-23 | 1996-07-04 | Wolf Gmbh Richard | Verfahren zur Trefferkontrolle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
MX145789A (es) | 1982-04-02 |
US4101795A (en) | 1978-07-18 |
JPS5617026B2 (de) | 1981-04-20 |
GB1559030A (en) | 1980-01-09 |
DE2727691A1 (de) | 1978-04-27 |
CA1076693A (en) | 1980-04-29 |
JPS5353393A (en) | 1978-05-15 |
DE2727691C3 (de) | 1987-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2727691B2 (de) | Ultraschallsonde | |
DE69504986T2 (de) | Akustischer breitbandwandler für mehrere frequenzen | |
DE69109923T2 (de) | Ultraschallwandleranordnung. | |
DE69213600T2 (de) | Ultraschallwandler zur Erfassung zweier orthogonaler Querschnitte | |
DE69401099T2 (de) | Mikrorillen für die Entwurf von breitbandiger klinischer Ultraschallwandler | |
DE4427798C2 (de) | Piezoelektrischer Einkristall und dessen Verwendung in einer Ultraschallsonde und Ultraschall-Array-Sonde | |
DE69422867T2 (de) | Entwurf eines Breitbandigen phasengesteuerten Gruppenwandlers mit frequenzkontrollierter zwei-dimensionale Fähigkeit und Verfahren zu seiner Produktion | |
DE3304666C2 (de) | Ultraschallwandler mit Abstufung | |
DE2345088C2 (de) | Ultraschallempfänger zur Echtzeiterfassung eines Teiles eines Schalldruckfeldes einer zu beobachtenden Fläche | |
DE3611669C2 (de) | ||
DE2915761A1 (de) | Vorrichtung zur ultraschall-untersuchung eines objektes | |
DE2944705A1 (de) | Ultraschallkopf fuer lenkstrahlabbildungssysteme und verfahren zum herstellen einer an der vorderflaeche angepassten ultraschallschwingergruppe | |
DE4209394C2 (de) | Ultraschallabbildungsgerät | |
DE3225586C2 (de) | Ultraschall-Mikroskop | |
DE19701334A1 (de) | Mit der zweiten Harmonischen abbildende Wandler | |
DE9401033U1 (de) | Ultraschallwandlersystem mit zwei oder mehr Resonanzfrequenzen | |
EP0025092A1 (de) | Ultraschallwandleranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE3210925A1 (de) | Ultraschallwandler | |
DE3021449A1 (de) | Ultraschallwandleranordnung und verfahren zu seiner herstellung | |
DE112007002645T5 (de) | Ultraschallsonde | |
DE3733776A1 (de) | Ultraschallsonde | |
DE3631792A1 (de) | Ultraschallsonde | |
DE69120905T2 (de) | Akustisches Mikroskopsystem | |
DE69307980T2 (de) | Ultraschallwandler | |
DE112013004642T5 (de) | Dünnschichtige piezoelektrische Vorrichtung, piezoelektrisches Stellglied, piezoelektrischer Sensor, Festplattenlaufwerk und Tintenstrahldrucker |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: FUKUMOTO, AKIRA KAWABUCHI, MASAMI FUKUKITA, HIROSHI SATO, JUN-ICHI, KAWASAKI, JP |
|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |