DE68921571T2

DE68921571T2 - Ultrasound probe.

Info

Publication number: DE68921571T2
Application number: DE1989621571
Authority: DE
Inventors: Masami Kawabuchi; Koetsu Saito; Ikuo Sakai; Hideyuki Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2009-12-13
Also published as: JPH02159266A; EP0373603B1; DE68921571D1; EP0373603A3; EP0373603A2

Description

Background of the invention

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Ultraschallsonde für ein Ultraschallsystem, und insbesondere auf eine Ultraschallsonde, die mechanisch bewegt wird, um ein "B-Mode"-Bild eines Untersuchungsobjekts zu erzeugen.The invention relates generally to an ultrasound probe for an ultrasound system, and more particularly to an ultrasound probe that is mechanically moved to produce a "B-mode" image of a subject.

In einigen Ultraschallsystemen wird eine Ultraschallsonde mechanisch bewegt, um ein "B-Mode"-Bild eines Untersuchungsobjekts zu erzeugen.In some ultrasound systems, an ultrasound probe is mechanically moved to produce a "B-mode" image of a subject under examination.

The Journal of the Acustical Society of Japan, Vol. 32, No. 6, Juni 1976, Seiten 355-361, beinhaltet eine derartige Ultraschallsonde. Wie nachstehend beschrieben wird, weist die herkömmliche Ultraschallsonde dieses Journals Nachteile auf.The Journal of the Acustical Society of Japan, Vol. 32, No. 6, June 1976, pages 355-361, includes such an ultrasound probe. As described below, the conventional ultrasonic probe of this journal has disadvantages .

Gemäß einem bekannten Dokument, US-A-4276779, umfaßt eine Ultraschallsonde eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen, die sich konzentrisch erstrecken. Die Elemente haben entsprechende Oberflächen, über die eine Ultraschallwelle übertragen und empfangen wird. Die Oberflächen der Elemente sind konkav und weisen entsprechend vorbestimmte Krümmungsradien auf. Die Krümmungsradien erhöhen sich, sofern die Elemente von einem innersten Ort entfernter und näher zu einem äußersten Ort angeordnet sind. Somit besteht das Feld aus 3 Bereichen, die verschiedene Fokuspunkte auf einer gemeinsamen Feldachse aufweisen, wodurch jeder Bereich einige Transducer-Elemente aufweist, wodurch Schritte in der Strahlbreite existieren.According to a known document, US-A-4276779, an ultrasonic probe comprises a plurality of piezoelectric elements extending concentrically. The elements have respective surfaces over which an ultrasonic wave is transmitted and received. The surfaces of the elements are concave and have respective predetermined radii of curvature. The radii of curvature increase as the elements are located further away from an innermost location and closer to an outermost location. Thus, the field consists of 3 regions having different focal points on a common field axis, whereby each region has several transducer elements, whereby steps in the beam width exist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschallsonde zu schaffen, die ohne Schritte in der Strahlbreite eine Fokussierung mit einem reduzierten Strahlendurchmesser erlaubt.The object of the present invention is to create an ultrasound probe that allows focusing with a reduced beam diameter without steps in the beam width.

Die Aufgabe ist durch die in dem unabhängigen Patentanspruch 1 definierte Sonde gelöst.The problem is solved by the probe defined in the independent patent claim 1.

Short description of the drawing

Fig. 1(a) ist eine Flächenansicht eines piezoelektrischen Elementfeldes in einer Ultraschallsonde gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.Fig. 1(a) is a plan view of a piezoelectric element array in an ultrasonic probe according to an embodiment of this invention.

Fig. 1(b) ist eine Teilansicht des piezoelektrischen Elementfeldes längs der Linie L-L der Figur 1(a).Fig. 1(b) is a partial view of the piezoelectric element array taken along the line L-L of Fig. 1(a).

Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computersimulation einer dynamischen Fokussierung in der Ultraschallsonde der Figuren1(a)und1(b)zeigt.Fig. 2 is a diagram showing the results of a computer simulation of dynamic focusing in the ultrasound probe of Figures 1(a) and 1(b).

Fig. 3(a) ist eine Flächenansicht eines piezoelektrischen Elementfeldes in einem ersten Beispiel einer herkömmlichen Ultraschallsonde.Fig. 3(a) is a plan view of a piezoelectric element array in a first example of a conventional ultrasonic probe.

Fig. 3b ist eine Teilansicht des piezoelektrischen Elementfeldes der Fig. 3(a).Fig. 3b is a partial view of the piezoelectric element array of Fig. 3(a).

Fig. 4 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elementfeldes in einem zweiten Beispiel der herkömmlichen Ultraschallsonde.Fig. 4 is a plan view of a piezoelectric element array in a second example of the conventional ultrasonic probe.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computersimulation einer dynamischen Fokussierung in dem zweiten Beispiel der herkömmlichen Ultraschallsonde zeigt.Fig. 5 is a diagram showing the results of a computer simulation of dynamic focusing in the second example of the conventional ultrasonic probe.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Computersimulation einer dynamischen Fokussierung in einem dritten Beispiel der herkömmlichen Ultraschallsonde zeigt.Fig. 6 is a diagram showing the results of a computer simulation of dynamic focusing in a third example of the conventional ultrasonic probe.

Description of the preferred embodiments

Vor einer detaillierten Beschreibung dieser Erfindung wird zum besseren Verständnis der Erfindung die herkömmliche Ultraschallsonde erläutert.Before describing this invention in detail, the conventional ultrasonic probe is explained for a better understanding of the invention.

Wie in den Figuren 3(a) und 3(b) gezeigt ist, weist ein erstes Beispiel der herkömmlichen Ultraschallsonde ein piezoelektrisches Elementfeld (ein Transducer-Elementfeld) 51 auf, das ein zentrales piezoelektrisches Scheiben-Element (ein zentrales Scheiben-Transducerelement 52 A und piezoelektrische Ring-Elemente (Ring-Transducerelemente) 52B, 52C, 52 D und 52E aufweist, die sich konzentrisch um das zentrale piezoelektrische Element 52A erstrecken. Ein Pulsstrahl einer Ultraschallwelle wird von dem piezoelektrischen Elementfeld 51 übertragen und von diesem empfangen Die piezoelektrischen Elemente 52A-52E bilden eine Vorderoberfläche 54, über die der Ultraschallwellenstrahl übertragen und empfangen wird. Die Übertragungs/Empfangsoberfläche 54 ist konkav ausgebildet, um die übertragenen und empfangenen Ultraschallwellenstrahlen aufgrund ihres Aufbaus zu fokussieren. Die Gesamtheit der Übertragungs/Empfangsoberfläche 54 ist kugelförmig mit einem vorbestimmten gemeinsamen oder einheitlichen Krümmungsradius "r". Im allgemeinen wird der Ultraschallwellenstrahl auch durch eine "elektronisches Fokussieren" genannte Signalverarbeitung fokussiert. Das elektronische Fokussieren stellt Ausgangssignalen von den entsprechenden piezoelektrischen Elementen passende Verzögerungen bereit und kombiniert dann die verzögerten Signale.As shown in Figures 3(a) and 3(b), a first example of the conventional ultrasonic probe includes a piezoelectric element array (a transducer element array) 51 that includes a central disk piezoelectric element (a central disk transducer element) 52A and ring piezoelectric elements (ring transducer elements) 52B, 52C, 52D and 52E extending concentrically around the central piezoelectric element 52A. A pulse beam of an ultrasonic wave is transmitted to and received by the piezoelectric element array 51. The piezoelectric elements 52A-52E form a front surface 54 through which the ultrasonic wave beam is transmitted and received. The transmission/reception surface 54 is formed concavely to reflect the transmitted and received ultrasonic wave beams due to its structure. The entirety of the transmitting/receiving surface 54 is spherical with a predetermined common or uniform radius of curvature "r". In general, the ultrasonic wave beam is also focused by a signal processing called "electronic focusing". The electronic focusing provides appropriate delays to output signals from the corresponding piezoelectric elements and then combines the delayed signals.

Fig. 4 zeigt ein zweites Beispiel der herkömmlichen Ultraschallsonde, das mit Ausnahme von nachstehend beschriebenen Designänderungen im wesentlichen der herkömmlichen Ultraschallsonde der Figuren 3(a) und 3(b) gleicht.Fig. 4 shows a second example of the conventional ultrasonic probe, which is substantially the same as the conventional ultrasonic probe of Figs. 3(a) and 3(b) except for design changes described below.

Die herkömmliche Ultraschallsonde der Fig. 4 umfaßt ein piezoelektrisches Elementfeld 51 eines 6-Segmenttyps. Genauer weist das piezoelektrische Elementfeld 51 ein zentrales piezoelektrisches Scheiben-Element 52A und piezoelektrische Ring-Elemente 52B, 52C, 52D, 52E und 52F auf, die sich konzentrisch um das zentrale piezoelektrische Element 52A erstrecken. Die piezoelektrischen Elemente 52A- 52F sind durch ringförmige Spalte 53 getrennt. Die piezoelektrischen Elemente 52A-52F bilden eine flache Übertragungs/Empfangsoberfläche. Die Bereiche der entsprechenden piezoelektrischen Elemente 52A-52 F über der Übertragungs/Empfangsoberfläche sind nahezu gleich zueinander eingestellt. Die Breiten der Spalte 53 sind auf 0,2 mm eingestellt. Die Abmessungen der piezoelektrischen Elemente 52A-52F sind wie folgt gewählt:The conventional ultrasound probe of Fig. 4 comprises a piezoelectric element array 51 of a 6-segment type. More specifically, the piezoelectric element array 51 comprises a central disk piezoelectric element 52A and ring piezoelectric elements 52B, 52C, 52D, 52E and 52F extending concentrically around the central piezoelectric element 52A. The piezoelectric elements 52A-52F are separated by ring-shaped gaps 53. The piezoelectric elements 52A-52F form a flat transmission/reception surface. The areas of the respective piezoelectric elements 52A-52F above the transmission/reception surface are set to be almost equal to each other. The widths of the gaps 53 are set to 0.2 mm. The dimensions of the piezoelectric elements 52A-52F are set as follows:

Der Außendurchmesser des Elements 52A: 9,64 mm,The outer diameter of element 52A: 9.64 mm,

der Innendurchmesser des Elements 52B: 10,04 mm,the inner diameter of element 52B: 10.04 mm,

der Außendurchmesser des Elements 52B: 13,92 mm,the outer diameter of element 52B: 13.92 mm,

der Innendurchmesser des Elements 52C: 14,32 mm,the inner diameter of element 52C: 14.32 mm,

der Außendurchmesser des Elements 52C: 17,26 min,the outer diameter of element 52C: 17.26 min,

der Innendurchmesser des Elements 52D: 17,66 min,the inner diameter of element 52D: 17.66 min,

der Außendurchmesser des Elements 52D: 20,12 mm,the outer diameter of element 52D: 20.12 mm,

der Innendurchmesser des Elements 52E: 20,56 mm,the inner diameter of element 52E: 20.56 mm,

der Außendurchmesser des Elements 52E: 22,66 mm,the outer diameter of element 52E: 22.66 mm,

der Innendurchmesser des Elements 52F: 23,06 mm,the inner diameter of element 52F: 23.06 mm,

der Außendurchmesser des Elements 52F: 25,00 mm.the outer diameter of element 52F: 25.00 mm.

Fig. 5 zeigt Ergebnisse einer Computersimulation, die Bedingungen einer dynamischen Fokussierung berechnet, die auftraten,während die herkömmliche Ultraschallsonde der Fig. 4 Echosignale empfing. Das dynamische Fokussieren ist in verschiedenen veröffentlichten Dokumenten erläutert, beispielsweise The Journal of the Acustical Society of Japan, vol. 32, No. 6, Jun. 1976, Seiten 355-361. In der auf die Fig. 5 bezogenen Computersimulation war:Fig. 5 shows results of a computer simulation that calculates dynamic focusing conditions that occurred while the conventional ultrasonic probe of Fig. 4 was receiving echo signals. Dynamic focusing is explained in various published documents, for example, The Journal of the Acustical Society of Japan, vol. 32, No. 6, Jun. 1976, pages 355-361. In the computer simulation related to Fig. 5:

die Mittenfrequenz der Echosignale auf 3,5 MHz eingestellt;the center frequency of the echo signals is set to 3.5 MHz ;

die Pulslänge des Ultraschallwellenstrahls auf das Dreifache der Wellenlänge der mittenfrequenten Ultraschallwelle eingestellt undthe pulse length of the ultrasonic wave beam is set to three times the wavelength of the mid-frequency ultrasonic wave and

die Hülle der Pulse des Ultraschallwellenstrahls wies eine halbe Sinusform oder halbe sinusförmige Form auf. Zudem vernachlässigte diese Computersimulation einen nicht- linearen Effekt der Pulsausbreitung in einem Ultraschallwellen-Übertragungsmedium.the envelope of the pulses of the ultrasonic wave beam had a half sinusoidal or half sinusoidal shape. In addition, this computer simulation neglected a non-linear effect of pulse propagation in an ultrasonic wave transmission medium.

Es ist aus der Fig. 5 ersichtlich, daß eine Strahlbreite, die durch - 20 dB-Linien bestimmt ist, relativ groß ist und der Fokussierungsgrad in einem Untersuchungsbereich von 50- 70 mm unzureichend ist, obwohl der Ultraschallwellenstrahl auf eine Untersuchungsentfernung von 70 mm durch elektronisches Fokussieren unter Verwendung der zwei inneren piezoelektrischen Elemente 52A und 52B fokussiert werden soll. Zudem neigt in einem Untersuchungsbereich von 0-50 mm der Fokussierungsgrad dazu, da nur das zentrale piezoelektrische Element 52a beim elektronischen Fokussieren verwendet wird, unzureichend zu sein.It is apparent from Fig. 5 that a beam width determined by -20 dB lines is relatively large and the degree of focus is insufficient in an examination range of 50-70 mm, although the ultrasonic wave beam is to be focused at an examination distance of 70 mm by electronic focusing using the two inner piezoelectric elements 52A and 52B. In addition, in an examination range of 0-50 mm, since only the central piezoelectric element 52a is used in electronic focusing, the degree of focus tends to be insufficient.

Ein drittes Beispiel der herkömmlichen Ultraschallsonde ist der herkömmlichen Ultraschallsonde der Figuren 4 und 5 gleich, mit der Ausnahme, daß die piezoelektrischen Elemente 52A-52F eine kugelförmige, konkave Übertragungs/Empfangsoberfläche bilden, die einen vorbestimmten gemeinsamen Krümmungsradius von ca. 50 mm aufweist. Die konkave Ausbildung der Übertragungs/Empfangsoberfläche des piezoelektrischen Elementfeldes 51 dient dazu, die übertragenen und empfangenen Ultraschallwellenstrahlen aufgrund des Aufbaus zu fokussieren.A third example of the conventional ultrasonic probe is the same as the conventional ultrasonic probe of Figs. 4 and 5 except that the piezoelectric elements 52A-52F form a spherical concave transmission/reception surface having a predetermined common radius of curvature of about 50 mm. The concave configuration of the transmission/reception surface of the piezoelectric element array 51 serves to focus the transmitted and received ultrasonic wave beams due to the structure.

Fig. 6 zeigt Ergebnisse einer Computersimulation, die Bedingungen eines dynamischen Fokussierens berechnet, (die auftraten während das dritte Beispiel der herkömmlichen Ultraschallsonde Echosignale empfing. In der auf die Fig. 6 bezogenen Computersimulation war:Fig. 6 shows results of a computer simulation that calculates dynamic focusing conditions (which occurred during the third example of the conventional Ultrasound probe received echo signals. In the computer simulation related to Fig. 6:

die Pulslänge des Ultraschallwellenstrahls auf die dreifache Wellenlänge der mittenfrequenten Ultraschallwelle eingestellt undthe pulse length of the ultrasonic wave beam is set to three times the wavelength of the mid-frequency ultrasonic wave and

die Hülle der Pulse des Ultraschallwellenstrahls wies eine halbe Sinusform oder eine halbe sinusförmige Form auf. Zudem vernachlässigte diese Computersimulation einen nicht- linearen Effekt der Pulsausbreitung in einem Ultraschallwellen-Übertragungsmedium.the envelope of the pulses of the ultrasonic wave beam had a half sinusoidal or half sinusoidal shape. In addition, this computer simulation neglected a non-linear effect of pulse propagation in an ultrasonic wave transmission medium.

Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, daß elektronisches Fokussieren in einem weit entfernt liegenden Untersuchungsbereich von über 100 mm im wesentlichen nicht effektiv ist, während das Fokussieren in einem naheliegenden Untersuchungsbereich gegenüber dem Fall der Fig. 5 verbessert ist.From Fig. 6 it can be seen that electronic focusing in a far-off examination area of more than 100 mm is essentially ineffective, while focusing in a close examination area is improved over the case of Fig. 5.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, können die Beispiele der herkömmlichen Ultraschallsonde keine adäquaten Fokussierungscharakteristika bzgl. Ultraschallwellenstrahlen in beiden Fällen, einem naheliegenden Untersuchungsbereich und einem weit entfernt liegenden Untersuchungsbereich, aufweisen.As can be seen from the above description, the examples of the conventional ultrasonic probe cannot have adequate focusing characteristics with respect to ultrasound wave beams in both cases of a near examination area and a far examination area.

Die Erfindung wird nunmehr detailliert beschrieben.The invention will now be described in detail.

Figuren1(a)und1(b)zeigen einen Teil einer Ultraschallsonde gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist auf eine Ultraschallsonde gerichtet, die ein piezoelektrisches Elementfeld eines 6- Segmenttyps aufweist.Figures 1(a) and 1(b) show a portion of an ultrasonic probe according to an embodiment of this invention. This embodiment is directed to an ultrasonic probe having a piezoelectric element array of a 6-segment type.

Die Ultraschallsonde der Figuren 1(a) und 1(b) umfaßt ein piezoelektrisches Elementfeld (ein Transducer-Elementfeld) 1 eines 6-Segmenttyps. Genauer weist das piezoelektrische Elementfeld 1 ein zentrales piezoeiektrisches Scheiben- Element (eine zentrales Scheiben-Transducerelement) 2A und piezoelektrische Ring-Elemente (Ring-Transducerelemente) 2B, 2C, 2D, 2E und 2F auf, die sich konzentrisch um das zentrale piezoelektrische Element 2A erstrecken. Während eines Abtast-Vorganges wird das piezoelektrische Elementfeld 1 mechanisch innerhalb einer Flüssigkeit in eine zu seiner Achse senkrecht liegenden Richtung durch einen bekannten Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) bewegt. Die piezoelektrischen Elemente 2A-2F sind durch ringförmige Spalte 3 getrennt. Das piezoelektrische Elementfeld 1 hat eine konkave Vorderoberfläche 4, über die Ultraschallwellenstrahlen übertragen und empfangen werden. Die konkave Ausbildung der Übertragungs/Empfangsoberfläche 4 dient dazu, die Ultraschallwellenstrahlen aufgrund des Aufbaus zu fokussieren.The ultrasonic probe of Figures 1(a) and 1(b) comprises a piezoelectric element array (a transducer element array) 1 of a 6-segment type. More specifically, the piezoelectric element array 1 comprises a central piezoelectric disk element (a central disk transducer element) 2A and piezoelectric ring elements (ring transducer elements) 2B, 2C, 2D, 2E and 2F extending concentrically around the central piezoelectric element 2A. During a scanning operation, the piezoelectric element array 1 is mechanically moved within a liquid in a direction perpendicular to its axis by a known drive mechanism (not shown). The piezoelectric elements 2A-2F are separated by annular gaps 3. The piezoelectric element array 1 has a concave front surface 4 through which ultrasonic wave beams are transmitted and received. The concave design of the transmission/reception surface 4 serves to focus the ultrasonic wave beams due to the structure.

Genauer bilden Vorderoberflächen 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F der entsprechenden piezoelektrischen Elemente 2A, 2B, 2C, 2D, 2 E und 2F die Übertragungs/Empfangsoberfläche 4. Die Oberflächen 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F sind kugelförmig konkav und weisen vorbestimmte unterschiedliche Krümmungsradien ra, rb, rc, rd, re und rf auf. Im allgemeinen bestimmt der Krümmungsradius der Übertragungs/Empfangsoberfläche eines piezoelektrischen Elements den aufbaumäßigen Fokuspunkt des piezoelektrischen Elements. Genauer liegt, wenn der Krümmungsradius der Übertragungs/Empfangsoberfläche eines piezoelektrischen Elements erhöht wird, der aufbaumäßige Fokuspunkt des piezoelektrischen Elements weiter ab. Der Krümmungsradius ra des zentralen piezoelektrischen Elements 2 A ist der kleinste. Der Krümmungsradius rb des piezoelektrischen Elements 2 B ist größer als der Krümmungsradius ra des zentralen piezoelektrischen Elements 2A. Der Krümmungsradius rc des piezoelektrischen Elements 2c ist größer als der Krümmungsradius rb des piezoelektrischen Elements 2B. Der Krümmungsradius rd des piezoelektrischen Elements 2D ist größer als der Krümmungsradius rc des piezoelektrischen Elements 2C. Der Krümmungsradius re des piezoelektrischen Elements 2E ist größer als der Krümmungsradius rd des piezoelektrischen Elements 2D. Der Krümmungsradius rf des piezoelektrischen Elements 2F ist größer als der Krümmungsradius re des piezoelektrischen Elements 2F und ist der größte. Auf diese Weise weisen die inneren piezoelektrischen Elemente kleinere Krümmungsradien oder näherliegende aufbaumäßige Fokuspunkte, und die äußeren piezoelektrischen Elemente größere Krümmungsradien oder weiter ab liegende aufbaumäßige Fokuspunkte auf. Mit anderen Worten, steigt der Krümmungsradius eines piezoelektrischen Elements an, je näher die Plazierung des piezoelektrischen Elements zu dem äußersten Ort liegt. Genauer sind die Krümmungsradien der piezoelektrischen Elemente 2A-2F wie folgt gewählt:More specifically, front surfaces 4A, 4B, 4C, 4D, 4E and 4F of the respective piezoelectric elements 2A, 2B, 2C, 2D, 2E and 2F constitute the transmission/reception surface 4. The surfaces 4A, 4B, 4C, 4D, 4E and 4F are spherically concave and have predetermined different radii of curvature ra, rb, rc, rd, re and rf. In general, the radius of curvature of the transmission/reception surface of a piezoelectric element determines the structural focal point of the piezoelectric element. More specifically, as the radius of curvature of the transmission/reception surface of a piezoelectric element is increased, the structural focal point of the piezoelectric element is located further away. The radius of curvature ra of the central piezoelectric element 2 A is the smallest. The radius of curvature rb of the piezoelectric element 2 B is larger than the radius of curvature ra of the central piezoelectric element 2A. The radius of curvature rc of the piezoelectric element 2c is larger than the radius of curvature rb of the piezoelectric element 2B. The radius of curvature rd of the piezoelectric element 2D is larger than the radius of curvature rc of the piezoelectric element 2C. The radius of curvature re of the piezoelectric element 2E is larger than the radius of curvature rd of the piezoelectric element 2D. The radius of curvature rf of the piezoelectric element 2F is larger than the radius of curvature re of the piezoelectric element 2F and is the largest. In this way, the inner piezoelectric elements have smaller radii of curvature or closer structural focus points, and the outer piezoelectric elements have larger radii of curvature or farther structural focus points. In other words, the radius of curvature of a piezoelectric element increases the closer the placement of the piezoelectric element is to the outermost location. More specifically, the radii of curvature of the piezoelectric elements 2A-2F are selected as follows:

Der Krümmungsradius des Elements 2A: 50 mm,The radius of curvature of element 2A: 50 mm,

der Krümmungsradius des Elements 2B: 80 mm,the radius of curvature of element 2B: 80 mm,

der Krümmungsradius des Elements 2C: 120 mm,the radius of curvature of element 2C: 120 mm,

der Krümmungsradius des Elements 2D: 130 mm,the radius of curvature of the element 2D: 130 mm,

der Krümmungsradius des Elements 2E: 140 mm,the radius of curvature of element 2E: 140 mm,

der Krümmungsradius des Elements 2F: 150 mm,the radius of curvature of element 2F: 150 mm,

Die Bereiche der entsprechenden piezoelektrischen Elemente 2A-2F über die Übertragungs/Empfangsoberfläche 4 sind im wesentlichen gleich zueinander eingestellt.The areas of the respective piezoelectric elements 2A-2F over the transmission/reception surface 4 are set substantially equal to each other.

Die Weiten der Spalte 3 sind auf 0,2 mm eingestellt. Die Abmessungen der piezoelektrischen Elemente 2A-2F sind wie folgt gewählt:The widths of gap 3 are set to 0.2 mm. The dimensions of the piezoelectric elements 2A-2F are selected as follows:

Der Außendurchmesser des Elements 2A: 9,64 mm,The outer diameter of element 2A: 9.64 mm,

der Innendurchmesser des Elements 2B: 10,04 mm,the inner diameter of element 2B: 10.04 mm,

der Außendurchmesser des Elements 2B: 13,92 mm,the outer diameter of element 2B: 13.92 mm,

der Innendurchmesser des Elements 2C: 14,32 mm,the inner diameter of element 2C: 14.32 mm,

der Außendurchmesser des Elements 2C: 17,26 mm,the outer diameter of element 2C: 17.26 mm,

der Innendurchmesser des Elements 2D: 17,66 mm,the inner diameter of the element 2D: 17.66 mm,

der Außendurchmesser des Elements 2D: 20,12 mm,the outer diameter of the element 2D: 20.12 mm,

der Innendurchmesser des Elements 2E: 20,56 mm,the inner diameter of element 2E: 20.56 mm,

der Außendurchmesser des Elements 2F: 22,66 mm,the outer diameter of element 2F: 22.66 mm,

der Innendurchmesser des Elements 2F: 23,06 mm,the inner diameter of element 2F: 23.06 mm,

der Außendurchmesser des Elements 2F: 25,00 mm.the outer diameter of element 2F: 25.00 mm.

Fig. 2 zeigt Ergebnisse einer Computersimulation, die Bedingungen einer dynamischen Fokussierung berechnet, die auftraten während die Ultraschallsonde der Figuren 1(a)und 1(b)Echosignale empfing. Das dynamische Fokussieren ist in verschiedenen veröffentlichten Dokumenten erläutert, beispielsweise The Journal of the Acustical Society of Japan, Vol. 32, No. 6, Jun. 1976, Seiten 355-361.Fig. 2 shows results of a computer simulation that calculates dynamic focusing conditions that occurred while the ultrasonic probe of Figs. 1(a) and 1(b) received echo signals. Dynamic focusing is explained in various published documents, for example, The Journal of the Acustical Society of Japan, Vol. 32, No. 6, Jun. 1976, pages 355-361.

In der auf die Fig. 2 bezogenen Computersimulation war: die Mittenfrequenz der Echosignale auf 3,5 MHz eingestellt; die Pulslänge des Ultraschallwellenstrahls auf die dreifache Wellenlänge der mittenfrequenten Ultraschallwelle eingestellt, und die Hülle der Pulse des Ultraschallwellenstrahls war von einer halben Sinusform oder einer halben sinusförmigen Form.In the computer simulation referred to Fig. 2: the center frequency of the echo signals was set to 3.5 MHz; the pulse length of the ultrasonic wave beam was set to three times the wavelength of the center frequency ultrasonic wave, and the envelope of the pulses of the ultrasonic wave beam was of a half sinusoidal shape or a half sinusoidal shape.

Zudem wurde in dieser Computersimulation ein nicht-linearer Effekt der Pulsausbreitung in einem Ultraschallwellen- Übertragungsmedium vernachlässigt.In addition, a non-linear effect of pulse propagation in an ultrasonic wave transmission medium was neglected in this computer simulation.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Fokussiercharakteristika in beiden, einem naheliegenden Untersuchungsbereich und einem weit entfernt liegenden Untersuchungsbereich, zufriedenstellend sind. Das zufriedenstellende Fokussieren ergibt sich aus den folgenden Tatsachen.From Fig. 2, it can be seen that the focusing characteristics are satisfactory in both a close examination area and a far examination area. The satisfactory focusing is evident from the following facts.

In einem naheliegenden Untersuchungsbereich ist das dynamische Fokussieren effektiv, da nur innere piezoelektrische Elemente beim dynamischen Fokussieren verwendet werden, und die inneren piezoelektrischen Elemente naheliegende, aufbaumäßige Fokuspunkte aufweisen.In a close examination area, dynamic focusing is effective because only internal piezoelectric elements are used in dynamic focusing, and the internal piezoelectric elements have close structural focus points.

In einem weitabliegenden Untersuchungsbereich ist das dynamische Fokussieren effektiv, da all die piezoelektrischen Elemente 2A-2F beim dynamischen Fokussieren verwendet werden, und viele piezoelektrischen Elemente mit weitabliegenden aufbaumäßigen Fokuspunkten beim dynamischen Fokussieren verwendet werden.In a far-flung examination area, dynamic focusing is effective because all of the piezoelectric elements 2A-2F are used in dynamic focusing, and many piezoelectric elements with far-flung structural focus points are used in dynamic focusing.

Die vorstehend beschriebenen Vorteile dieser Erfindung, die in Fig. 2 gezeigt sind, kennzeichnen unerwartete Ergebnisse bzw. ein Nicht-Naheliegen dieser Erfindung gegenüber dem Stand der Technik.The above-described advantages of this invention, which are shown in Fig. 2, characterize unexpected results or non-obviousness of this invention compared to the prior art.

Eine Ultraschallsonde umfaßt eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen, die sich konzentrisch erstrecken. Die Elemente haben entsprechende Oberflächen, über die eine Ultraschallwelle übertragen und empfangen wird. Die Oberflächen dieser Elemente sind konkav und haben entsprechende vorbestimmte Krümmungsradien. Die Krümmungsradien erhöhen sich bei Elementen, die weiter von einer innersten und näher zu einer äußersten Position liegen.An ultrasonic probe comprises a plurality of piezoelectric elements extending concentrically. The elements have respective surfaces through which an ultrasonic wave is transmitted and received. The surfaces of these elements are concave and have respective predetermined radii of curvature. The radii of curvature increase for elements located further from an innermost and closer to an outermost position.

Claims

1. Ultrasound probe with:

a plurality of transducer elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) extending concentrically;

wherein the transducer elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) have corresponding surfaces (4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F) via which an ultrasonic wave is transmitted and received;

wherein the surfaces (4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F) of the transducer elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) are concave and have correspondingly predetermined radii of curvature; and

wherein the radii of curvature become larger the further the transducer elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) are from an innermost position and the closer they are to an outermost position;

characterized in that the plurality of transducer elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) are arranged in a transducer element array (1) having a concave front surface (4);

wherein the transducer elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) are separated by predetermined annular gaps (3); and

the areas of the corresponding transducer elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) above the front surface (4) are substantially equal to one another.

2. Ultrasonic probe according to claim 1, characterized in that the transducer elements are piezoelectric elements (2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) which are arranged in a piezoelectric element field (1).