JP2000350294A - Ultrasonic probe - Google Patents

Ultrasonic probe

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Publication number
JP2000350294A
JP2000350294A JP11157280A JP15728099A JP2000350294A JP 2000350294 A JP2000350294 A JP 2000350294A JP 11157280 A JP11157280 A JP 11157280A JP 15728099 A JP15728099 A JP 15728099A JP 2000350294 A JP2000350294 A JP 2000350294A
Authority
JP
Japan
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ultrasonic
probe
electrodes
receiving element
piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP11157280A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazue Obayashi
和重 大林
Yasuyuki Okimura
康之 沖村
Keishin Ohara
佳信 尾原
Fumitaka Ishimori
史高 石森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Kasei Co Ltd
Niterra Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Plastics Co Ltd
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sekisui Plastics Co Ltd, NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical Sekisui Plastics Co Ltd
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Publication of JP2000350294A publication Critical patent/JP2000350294A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe which has a wide directional angle and is easy to manufacture. SOLUTION: An ultrasonic transducer 2 is constituted by providing a wave transmitting and receiving element 10 which has plural circular electrodes 13 and 14 formed on the top and reverse surfaces of a piezoelectric ceramic element plate in the circumferential direction opposite each other, performing polarization between a couple of opposite circular electrodes 13 and 14, and forming a piezoelectric vibration part between the electrodes, arranging a sound matching layer 3 on the wave transmission and reception surface of the wave transmitting and receiving element 10, and the ultrasonic wave transducer 2 is fitted into the tip part of a metallic probe thin pipe 5; and lead wires led out of each of the electrodes are connected to a connection cable 21 penetrating a metallic main pipe 7, whose tip is joined with the rear end of the metallic probe cylinder 5 to lead the connection cable 21 out of the metallic main pipe 7.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用や工業用の
超音波内視鏡などに用いられる超音波探触子に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used for medical and industrial ultrasonic endoscopes.

【0002】[0002]

【従来技術】超音波診断、特に超音波画像情報は今日の
臨床医学のあらゆる分野にて必須の検査法になってい
る。例えば血管中で、コレステロールの堆積による血栓
に引き起こされる動脈硬化は重大な疾病であるが、この
ような血管の内部の異常を診断するためには、外部から
ではなく直接内部から観察する方が解像度の高い観察が
期待でき、効果的である。この場合、血管は血液で満た
されているため光学的な手段で画像を得ることは不可能
である。このような状況下では、超音波イメージングは
有効な視覚化法となる。このため、血管内に超音波探触
子を挿入し、血管内の画像化を行うという診断法が行わ
れている。
2. Description of the Related Art Ultrasound diagnostics, and in particular, ultrasound image information, have become indispensable examination methods in all fields of clinical medicine today. For example, in blood vessels, arteriosclerosis caused by blood clots due to cholesterol accumulation is a serious disease, but in order to diagnose abnormalities inside such blood vessels, it is better to observe them directly from the inside instead of from the outside. Can be expected to be high and effective. In this case, it is impossible to obtain an image by optical means since the blood vessel is filled with blood. Under such circumstances, ultrasound imaging is an effective visualization method. For this reason, a diagnostic method of inserting an ultrasonic probe into a blood vessel and imaging the blood vessel has been performed.

【0003】しかし従来の方法は、超音波ビームを血管
の径方向に送波し、二次元の画像を得るという方法がほ
とんどであった(例えば、米国特許第4917097
号、米国特許第5603327号、特開平4−1528
00等)。しかし、医療的見地からは、三次元画像をリ
アルタイムで得ることが好ましい。一方、特開平10−
82852号公報で超音波探触子を用いて3次元画像を
形成するための圧電素子の配列構造が特開平10−82
852号公報で開示されている。ところで、この方法は
同心の複数個の円形グリッド上に変換素子を配列する方
法であり、グリッド上に圧電素子を配列することから、
複数個の圧電素子の超音波送受波面を同一平面に位置決
めするにはグリッドの厚み精度に高い精度が要求され
る。
However, most of the conventional methods transmit an ultrasonic beam in a radial direction of a blood vessel to obtain a two-dimensional image (for example, US Pat. No. 4,917,097).
No. 5,603,327;
00 etc.). However, from a medical point of view, it is preferable to obtain a three-dimensional image in real time. On the other hand, JP-A-10-
Japanese Patent Laid-Open No. 82852/1996 discloses an array structure of piezoelectric elements for forming a three-dimensional image using an ultrasonic probe.
No. 852. By the way, this method is a method of arranging the conversion elements on a plurality of concentric circular grids, and arranging the piezoelectric elements on the grid,
In order to position the ultrasonic wave transmitting / receiving surfaces of a plurality of piezoelectric elements on the same plane, high accuracy is required in the thickness accuracy of the grid.

【0004】そこで、例えば探触子の先端に複数個の圧
電素子を円周方向に沿って配置し、そのうちの一素子か
ら球面波を前方に送波し、残りの全素子で受波させ、送
波する素子を順番に変換することにより三次元の画像を
得るという方法が提案される。
Therefore, for example, a plurality of piezoelectric elements are arranged along the circumferential direction at the tip of the probe, a spherical wave is transmitted forward from one of the piezoelectric elements, and received by all the remaining elements. A method has been proposed in which a three-dimensional image is obtained by sequentially converting elements for transmitting waves.

【0005】この手法で三次元画像を得るために、球面
波を前方向に送波しうる探触子が用いられる。この探触
子の先端には、超音波を送受波するために圧電性を有す
る材料で作製した微細な素子が複数個配置される。
In order to obtain a three-dimensional image by this method, a probe capable of transmitting a spherical wave in a forward direction is used. At the tip of the probe, a plurality of fine elements made of a material having piezoelectricity for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged.

【0006】この素子の材料として、微細加工が容易な
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)などの圧電性ポリマ
ーを用いて実用化されている。しかし、感度等の点か
ら、電気機械結合係数のより高いセラミックスを素子と
して用いることが好ましい。そこで、PT(チタン酸
鉛)やPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電セラミ
ックスが材料として用いられ、リング状に加工した圧電
セラミックスの表裏面に電極を形成して、これをダイシ
ングソーにより複数個に分割し、これを円周方向に配設
することにより超音波内視鏡等に用いられる超音波探触
子を構成したものが提案されている。
[0006] As a material for this element, a piezoelectric polymer such as PVDF (polyvinylidene fluoride), which can be easily microfabricated, has been put to practical use. However, in terms of sensitivity and the like, it is preferable to use ceramics having a higher electromechanical coupling coefficient as the element. Therefore, a piezoelectric ceramic such as PT (lead titanate) or PZT (lead zirconate titanate) is used as a material, electrodes are formed on the front and back surfaces of the piezoelectric ceramic processed into a ring shape, and the electrodes are formed by a dicing saw. There has been proposed an ultrasonic probe used for an ultrasonic endoscope or the like, which is divided into individual pieces and arranged in the circumferential direction.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、リング状のセラミックスを分割するという手法で素
子を作製すると、図10で示すように、各々の素子xが
扇形の一部のような複雑な形状になるため、指向角θが
小さくなり、かつ球面波が得られず、可視化てきる範囲
Aが遠くかつ狭くなる。また各々の素子の形状が複雑で
あるため、振動モードが複雑になり、信号の処理が困難
となる。この場合に、各々の圧電素子を円形とすればよ
いが、近距離音場の指向角の大きさは音源の直径に反比
例するため、指向角を大きくするには、非常に微細な素
子を作製しなければならない。しかるにセラミックスは
一般に微細加工が困難であり、また小さくなればハンド
リングも悪くなるなどの問題点がある。
By the way, as described above, when elements are manufactured by dividing ring-shaped ceramics, as shown in FIG. 10, each element x is formed as a part of a sector. Since the shape is complicated, the directivity angle θ is small, a spherical wave cannot be obtained, and the range A to be visualized is far and narrow. Further, since the shape of each element is complicated, the vibration mode becomes complicated, and signal processing becomes difficult. In this case, each piezoelectric element may have a circular shape.However, since the magnitude of the directivity angle in the near field is inversely proportional to the diameter of the sound source, a very fine element must be manufactured to increase the directivity angle. Must. However, ceramics generally have problems such as difficulty in fine processing and, when the size is reduced, handling becomes poor.

【0008】一方、超音波探触子は血管内に刺入しなけ
ればならず該超音波探触子の管径を極小とする必要があ
り、この極径の管内で、各圧電素子に対応する電極と外
部計器との電気的接続を確保しなければならず、所要の
電気的接続を可能とする組み付け構造にも解決しなけれ
ばならない大きな課題が残る。
On the other hand, the ultrasonic probe must be inserted into a blood vessel, and the diameter of the ultrasonic probe must be minimized. Electrical connection between the electrodes to be connected and the external instrument must be ensured, and a major problem remains to be solved in an assembly structure that enables the required electrical connection.

【0009】本発明は、かかる従来構成の問題点を解決
し得る超音波探触子の提供を目的とするものである。
An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe which can solve the problems of the conventional configuration.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電セラミッ
クス素子板の表裏面に、円形電極を円周方向に複数形成
して、表裏面で各円形電極を対向させ、かつ対向する一
対の円形電極間を分極して、該円形電極間を圧電振動部
としてなる送受波素子を備え、該送受波素子の送受波面
に音響整合層を配設し、背面にダンパ層を配設して超音
波トランスデューサを構成し、該超音波トランスデュー
サを金属製探査細管の先端部に内嵌し、さらに、各円形
電極から引き出したリード線を、金属製主管に挿通した
接続ケーブルに接続し、かつ該金属製主管の先端を金属
製探査筒の後端に接合して、該接続ケーブルを金属製主
管から引き出したことを特徴とする超音波探触子であ
る。かかる構成にあって、送受波素子にはその円周方向
に沿って圧電振動部が複数配設されることとなる。
According to the present invention, a plurality of circular electrodes are formed in the circumferential direction on the front and back surfaces of a piezoelectric ceramic element plate, the circular electrodes are opposed on the front and back surfaces, and a pair of circular electrodes facing each other. A transmitting / receiving element that polarizes between the electrodes and serves as a piezoelectric vibrating portion between the circular electrodes; an acoustic matching layer is disposed on a transmitting / receiving surface of the transmitting / receiving element; A transducer is constructed, the ultrasonic transducer is fitted inside the distal end of a metal probe tube, and a lead wire drawn from each circular electrode is connected to a connection cable inserted through a metal main tube, and An ultrasonic probe characterized in that a front end of a main pipe is joined to a rear end of a metal search tube, and the connection cable is drawn out of the metal main pipe. In such a configuration, the transmitting / receiving element is provided with a plurality of piezoelectric vibrating portions along the circumferential direction.

【0011】かかる構成にあって、圧電セラミックス素
子板の、圧電振動部のみが圧電性を有する。そして、こ
の圧電振動部が円周方向に沿って配設されているから、
そのうち一つの圧電振動部から球面波を前方に送波し、
残りの全圧電振動部で受波させ、送波する圧電振動部を
順番に変換することにより三次元の画像を得ることがで
きる。このため、例えば、血管内の診断に用いた場合、
血管内の三次元画像をリアルタイムで得ることができ、
従来は医師が二次元画像をもとに頭の中で組み立ててい
た三次元画像を、可視化することが可能となって、超音
波診断法の精度を向上させることができる。
In this configuration, only the piezoelectric vibrating portion of the piezoelectric ceramic element plate has piezoelectricity. And since this piezoelectric vibrating part is arranged along the circumferential direction,
A spherical wave is transmitted forward from one of the piezoelectric vibrating parts,
A three-dimensional image can be obtained by receiving the waves by all the remaining piezoelectric vibrating sections and sequentially converting the transmitting piezoelectric vibrating sections. Therefore, for example, when used for intravascular diagnosis,
3D images of blood vessels can be obtained in real time,
Conventionally, a three-dimensional image that has been assembled in the head by a doctor based on a two-dimensional image can be visualized, and the accuracy of the ultrasonic diagnostic method can be improved.

【0012】かかる構成にあっては、圧電セラミックス
素子板の表裏面に円形電極を形成し、該円形電極間を分
極処理するだけで送受波素子を作製することができるか
ら、高度な位置決めを行う必要がなく、同一平面上に複
数個の独立した単位送受波部を形成することが可能とな
る。
In such a configuration, a wave transmitting / receiving element can be manufactured only by forming circular electrodes on the front and back surfaces of the piezoelectric ceramic element plate and performing a polarization process between the circular electrodes. There is no need to form a plurality of independent unit transmitting / receiving sections on the same plane.

【0013】また、この指向角はその送受波面の面積に
反比例し、このため広い指向角を実現するためには該送
受波面を小径とする必要があるが、かかる構成にあって
は、単に送受波面となる円形電極を表裏に形成して、こ
れを分極するだけで良いから、圧電セラミック素子に複
雑な機械的加工を要することなく、小径の圧電振動部を
容易に形成でき、広指向角特性を持たせることが可能と
なる。
Further, the directivity angle is inversely proportional to the area of the transmitting and receiving surface, so that it is necessary to reduce the diameter of the transmitting and receiving surface in order to realize a wide directivity angle. Since it is only necessary to form a circular electrode serving as a wavefront on the front and back sides and polarize it, a small-diameter piezoelectric vibrating part can be easily formed without complicated mechanical processing of the piezoelectric ceramic element, and a wide directivity angle characteristic is obtained. Can be provided.

【0014】さらには、上述の構成にあっては、血管内
に挿入される金属製探査細管で超音波トランスデューサ
を担持し、径大の金属製主管に外部計器と接続されるケ
ーブルを挿通して、各ケーブルを金属製主管内で接続す
るようにしたものであり、このため、金属製探査細管の
内径は圧電セラミックス素子板が嵌着し得る径であれば
良いから、可及的に細径とすることができる。すなわ
ち、電気的接続を確保しながら、その先端を血管に挿入
し得る極細径とすることが可能となる。
Further, in the above-described configuration, the ultrasonic transducer is carried by the metal probe thin tube inserted into the blood vessel, and the cable connected to the external instrument is inserted through the large-diameter metal main tube. Since each cable is connected in the main metal pipe, the inner diameter of the metal detection thin pipe may be any diameter as long as the piezoelectric ceramic element plate can be fitted. It can be. That is, it is possible to make the distal end into an extremely small diameter that can be inserted into a blood vessel while securing electrical connection.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施例の超音
波探触子1を示すものである。この超音波探触子1は、
送受波素子10の送受波面側に音響整合層3を形成し、
背面側にダンパ層4を接合して圧電トランスデューサ2
を構成している。この圧電トランスデューサ2は細管状
の金属製探査細管5内に密嵌され、該探査細管5の取付
け鍔部6が径大の金属製主管7の端部に固着されて一体
化されて管ケース8が構成される。また、該金属製主管
7には集合ケーブル20が挿通し、かつ金属製主管7後
端で樹脂チューブ22で保持され、後述するように金属
製主管7内で集合ケーブル20内の同軸状接続ケーブル
21と、送受波素子10の各電極から引き出されたリー
ド線17,18とが接続される。
FIG. 1 shows an ultrasonic probe 1 according to one embodiment of the present invention. This ultrasonic probe 1
Forming an acoustic matching layer 3 on the transmitting / receiving surface side of the transmitting / receiving element 10;
The damper layer 4 is bonded to the back side to make the piezoelectric transducer 2
Is composed. The piezoelectric transducer 2 is tightly fitted in a thin metal probe tube 5, and a mounting flange 6 of the small probe tube 5 is fixed to an end of a large-diameter metal main tube 7 to be integrated with the tube case 8. Is configured. A collective cable 20 is inserted into the metallic main pipe 7 and held by a resin tube 22 at a rear end of the metallic main pipe 7. As will be described later, a coaxial connection cable in the collective cable 20 is formed in the metallic main pipe 7. 21 is connected to lead wires 17 and 18 drawn out from each electrode of the wave transmitting / receiving element 10.

【0016】ここで音響整合層3はエポキシ樹脂等から
なり、音波が直進するように、血液の音響インピーダン
スと整合する材料により形成される。また、ダンパ層4
は、送受波素子10の背面側へ音波が放射しないように
制限するものであり、セラミック材料や、樹脂材料に、
骨材,金属粉を混合し、入射した音波を熱エネルギーに
変換して消失させるようにしている。例えば、エポキシ
樹脂にタングステン粉末を混合してなるものが提案され
る。
Here, the acoustic matching layer 3 is made of epoxy resin or the like, and is formed of a material that matches the acoustic impedance of blood so that sound waves travel straight. Also, the damper layer 4
Is to restrict the sound wave from radiating to the back side of the wave transmitting and receiving element 10, a ceramic material, a resin material,
Aggregate and metal powder are mixed, and the incident sound waves are converted into heat energy and eliminated. For example, an epoxy resin mixed with tungsten powder is proposed.

【0017】次に、送受波素子10の構成を説明する。
この送受波素子10は、図2〜4で示すように、チタン
酸ジルコン酸鉛を主成分とする例えば直径3mm,厚さ
0.4mmの強誘電性材料からなる圧電セラミック素子
11を基材とし、その表裏面に、例えば直径0.6mm
の同径の円形電極13,14を円周方向に夫々複数形成
して、表裏面で各円形電極13,14を対向させ、かつ
対向する一対の円形電極13,14間を分極してこれを
圧電振動部12としてなる。これにより、円形電極1
3,14間の領域のみが圧電性を有し、円形電極13,
14に電圧を印加すると、超音波が各圧電振動部12か
ら順次送波されると共に、その反射波により各圧電振動
部12から出力信号を生じる。ここで、円形電極13を
アース電極とし、円形電極14を入出力電極としてい
る。
Next, the configuration of the transmitting / receiving element 10 will be described.
As shown in FIGS. 2 to 4, the wave transmitting and receiving element 10 is based on a piezoelectric ceramic element 11 made of a ferroelectric material having a diameter of 3 mm and a thickness of 0.4 mm containing lead zirconate titanate as a main component. , For example, a diameter of 0.6 mm
A plurality of circular electrodes 13 and 14 having the same diameter are formed in the circumferential direction, respectively, and the circular electrodes 13 and 14 are opposed to each other on the front and back surfaces. It becomes the piezoelectric vibrating part 12. Thereby, the circular electrode 1
Only the region between 3 and 14 has piezoelectricity, and circular electrodes 13 and
When a voltage is applied to the ultrasonic wave 14, ultrasonic waves are sequentially transmitted from the respective piezoelectric vibrators 12, and the reflected waves generate output signals from the respective piezoelectric vibrators 12. Here, the circular electrode 13 is used as a ground electrode, and the circular electrode 14 is used as an input / output electrode.

【0018】次に圧電振動部12を円周方向に複数備え
た送受波素子10の形成手段につき説明する。まず、チ
タン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス素
子板11の表面にスクリーン印刷用マスクを用いて、銀
ペーストを印刷し、その後に熱処理を行ない、これによ
り圧電セラミックス素子板11の表裏面に、8対の円形
電極13,14を定着する。このときアース円形電極1
3は図2で示すようにその側縁に渡って接続端13aを
延出している。なお、大板状の生のセラミック素子板の
表裏面に円形電極13,14に対応する電極パターンを
スクリーン印刷によりあらかじめ形成し、この素子板か
ら圧電セラミックス素子板11を切り出して、多数個取
りした後に焼成することにより送受波素子10を量産し
ても良い。
Next, means for forming the wave transmitting / receiving element 10 having a plurality of piezoelectric vibrating portions 12 in the circumferential direction will be described. First, using a screen printing mask, a silver paste is printed on the surface of the piezoelectric ceramic element plate 11 containing lead zirconate titanate as a main component, and then heat treatment is performed. Then, eight pairs of circular electrodes 13 and 14 are fixed. At this time, the earth circular electrode 1
The reference numeral 3 extends the connection end 13a over the side edge as shown in FIG. Electrode patterns corresponding to the circular electrodes 13 and 14 were previously formed on the front and back surfaces of the large plate-like raw ceramic element plate by screen printing, and a large number of piezoelectric ceramic element plates 11 were cut out from this element plate. The transmitting and receiving element 10 may be mass-produced by firing later.

【0019】この後、円形電極13,14を金属板で挟
持し、シリコンオイル中で直流高電圧を印加して分極処
理を行ない、これにより、円形電極13,14が形成さ
れた領域のみに圧電性を付与して、これを圧電振動部1
2とする。
Thereafter, the circular electrodes 13 and 14 are sandwiched between metal plates, and a polarization process is performed by applying a high DC voltage in silicon oil, so that only the regions where the circular electrodes 13 and 14 are formed have a piezoelectric effect. To the piezoelectric vibrating part 1
Let it be 2.

【0020】次に送受波素子10の周縁でアース円形電
極13の接続端13aにアース側リード線17を半田付
けにより結線し、さらに入出力電極14に入出力側リー
ド線18を半田付けにより結線する(図4参照)。
Next, a ground side lead wire 17 is connected to the connection end 13a of the ground circular electrode 13 at the periphery of the wave transmitting / receiving element 10 by soldering, and an input / output side lead wire 18 is connected to the input / output electrode 14 by soldering. (See FIG. 4).

【0021】さらに図5で示すように、該送受波素子1
0を型内に装着して、その前面に該エポキシ樹脂等を成
形して、該送受波素子10と一体的に音響整合層3を配
設する。そしてさらに、ダンパ層4を送受波素子10の
裏面に接合する。而して圧電トランスデューサ2が構成
される。
Further, as shown in FIG.
Then, the acoustic matching layer 3 is disposed integrally with the wave transmitting / receiving element 10 by mounting the epoxy resin or the like on the front surface thereof. Further, the damper layer 4 is bonded to the back surface of the wave transmitting / receiving element 10. Thus, the piezoelectric transducer 2 is configured.

【0022】ここでこのダンパ層4の周面にはアース側
リード線17が引き出され、かつその内部に入出力側リ
ード線18が挿通して引き出される。ここで入出力側リ
ード線18の引き出しを容易とするために、入出力側リ
ード線18の結線後に、ダンパ層4を音響整合層3と同
様に送受波素子10の背面に一体成形しても良い。
Here, a ground-side lead wire 17 is drawn out from the peripheral surface of the damper layer 4, and an input / output-side lead wire 18 is inserted through the lead wire. Here, in order to easily pull out the input / output side lead wire 18, the damper layer 4 may be integrally formed on the back surface of the transmitting / receiving element 10 similarly to the acoustic matching layer 3 after the connection of the input / output side lead wire 18. good.

【0023】そしてこの圧電トランスデューサ2を図5
鎖線ですように、金属製探査細管5に嵌着し、音響整合
層3の端面と金属製探査細管5の端面が面一状となる。
This piezoelectric transducer 2 is shown in FIG.
As indicated by the dashed line, the metal probe 5 is fitted to the metal probe 5 so that the end face of the acoustic matching layer 3 and the metal probe 5 are flush.

【0024】次に、リード線17,18と接続ケーブル
21との接続手段を説明する。まず図6で示すように、
リード線17,18を探査細管5の後端から引き出し
て、金属製主管7を挿通した集合ケーブル20内の同軸
状接続ケーブル21と、続する。すなわち、図7で示す
ように、その芯線21aにリード線17を接続し、その
被覆線21bにリード線18を接続する。そして、8対
の各円形電極13,14対ごとに同様の接続を施した後
に、図1で示すように、金属製探査細管5の取付け鍔部
6に径大の金属製主管7の前縁をエポキシ樹脂系接着剤
を用いて接着し、さらに、集合ケーブル20を金属製主
管7にエポキシ樹脂系被覆チューブ22を用いて保持す
る。また集合ケーブル20の端部から引き出された同軸
状接続ケーブル21の先端にはコネクタ23が固着さ
れ、外部計器との接続を容易に行い得るようにしてい
る。
Next, means for connecting the leads 17 and 18 to the connection cable 21 will be described. First, as shown in FIG.
The lead wires 17 and 18 are pulled out from the rear end of the probe thin tube 5 and are connected to the coaxial connection cable 21 in the collective cable 20 through which the metal main tube 7 is inserted. That is, as shown in FIG. 7, the lead wire 17 is connected to the core wire 21a, and the lead wire 18 is connected to the covered wire 21b. After making the same connection for each of the eight pairs of circular electrodes 13 and 14, as shown in FIG. 1, the front edge of the large-diameter metal main pipe 7 is attached to the mounting flange 6 of the metal exploration thin tube 5. Is bonded using an epoxy resin adhesive, and the collective cable 20 is held on the metal main pipe 7 using an epoxy resin coating tube 22. A connector 23 is fixed to the end of the coaxial connection cable 21 pulled out from the end of the collective cable 20, so that connection with an external instrument can be easily performed.

【0025】この様に、血管内に挿入される金属製探査
細管5と、外部計器と接続するための集合ケーブル20
が挿通する金属製主管7とで、管ケース8を構成したか
ら、電気的配線に不都合を生じることなく、血管への挿
入端を細径化することができる。而して8チャンネルの
超音波探触子1が組み付けられることとなる。
As described above, the metal probe 5 inserted into the blood vessel and the collective cable 20 for connecting to the external instrument
Since the tube case 8 is constituted by the metal main tube 7 through which the tube is inserted, the diameter of the insertion end into the blood vessel can be reduced without causing inconvenience in the electrical wiring. Thus, the 8-channel ultrasonic probe 1 is assembled.

【0026】次に係る構成の超音波探触子1を用いた測
定例を図8に従って説明する。測定装置は、水槽中に超
音波探触子1を設置し、パルサレシーバ(パナトリクス
社製:MODEL5900PR)からパルス電圧を印加
して超音波ビームを発射するようにした。また超音波探
触子1と対向する位置にハイドロフォン(パナメトリク
ス社製)をセットし、超音波探触子1から発射した超音
波ビームで受信させ、パルサーレシーバを経由してオシ
ロスコープ(HP製;54522A)で受信波形を観察
した。かかる測定により、8チャンネル全てが超音波ビ
ームが独立して発射する様子が確認された。
A measurement example using the ultrasonic probe 1 having the following configuration will be described with reference to FIG. In the measurement device, the ultrasonic probe 1 was installed in a water tank, and a pulse voltage was applied from a pulser receiver (Model 5900PR, manufactured by Panatrix) to emit an ultrasonic beam. In addition, a hydrophone (manufactured by Panametrics) is set at a position facing the ultrasonic probe 1 and received by the ultrasonic beam emitted from the ultrasonic probe 1, and is then transmitted to an oscilloscope (manufactured by HP) via a pulsar receiver. ; 54522A). By such measurement, it was confirmed that the ultrasonic beams were independently emitted from all eight channels.

【0027】次に本発明の超音波探触子1の受信特性を
調べるために水浸反射法によりステンレス板から反射エ
コーを測定した。測定系は図8に示すハイドロフォン法
の測定系を用い、ハイオドロフォンに換えてステンレス
板を設置した。この結果、反射エコーを捕捉できること
が確認され、超音波の送受波が可能なことを確認した。
このような測定の結果、超音波探触子1は送波及び受波
ともに、適正に行い得ることが確かめられた。
Next, in order to examine the reception characteristics of the ultrasonic probe 1 of the present invention, a reflection echo was measured from a stainless steel plate by a water immersion reflection method. The measurement system used was a measurement system based on the hydrophone method shown in FIG. 8, and a stainless steel plate was installed instead of hydrophone. As a result, it was confirmed that the reflected echo could be captured, and that transmission and reception of ultrasonic waves was possible.
As a result of such measurement, it has been confirmed that the ultrasonic probe 1 can appropriately perform both transmitting and receiving.

【0028】ところで、中心軸状の音圧に対し、その音
圧が1/2に減衰する角度を示す指向角θは、遠距離音
場の場合にあって、 sinθ=0.704λ/d(λ:音波の波長、d:音源の直径)…(1) で近似的に示される。ここで、送受波素子10の音源は
圧電振動部12であり、これは円形電極13,14間に
直流電圧を印加して得ることができるため、この音源の
直径dは円形電極13,14の径に等しくなる。
By the way, the directivity angle θ indicating the angle at which the sound pressure attenuates to に 対 し with respect to the center axis sound pressure is given by sin θ = 0.704λ / d in the case of a distant sound field. λ: wavelength of sound wave, d: diameter of sound source) (1) Here, the sound source of the wave transmitting and receiving element 10 is the piezoelectric vibrating part 12, which can be obtained by applying a DC voltage between the circular electrodes 13 and 14, so that the diameter d of the sound source is equal to that of the circular electrodes 13 and 14. Equal to the diameter.

【0029】このように音源の直径は、円形電極13,
14の径により規定され、しかも各円形電極13,14
は、スクリーン印刷等により随意の形状に形成される。
このため、上述したように、直径Dを小さくでき、
(1)式から明らかなように、音源の直径が小さくなれ
ば、指向角は大きくなるため、これにより、良好な指向
角特性を確保することができる。
As described above, the diameter of the sound source is the circular electrode 13,
14, and each circular electrode 13, 14
Is formed into an arbitrary shape by screen printing or the like.
Therefore, as described above, the diameter D can be reduced,
As is clear from equation (1), the smaller the diameter of the sound source is, the larger the directional angle is. Therefore, good directional angle characteristics can be secured.

【0030】かかる構成の超音波探触子1にあっては、
血管内に挿入される金属製探査細管5で超音波トランス
デューサ2を担持し、径大の金属製主管7に外部計器と
接続されるケーブル21を挿通して、各ケーブル21を
金属製主管7内で接続するようにしたものであるから、
金属製探査細管5の内径は圧電セラミックス素子板11
が嵌着し得る径であれば良く、可及的に細径とすること
ができる。このため、電気的接続を確保しながら、その
先端を血管に挿入し得る極細径とすることができる。
In the ultrasonic probe 1 having such a configuration,
The ultrasonic transducer 2 is carried by a metal probe 5 inserted into a blood vessel, and a cable 21 connected to an external instrument is inserted through a large-diameter metal main pipe 7, and each cable 21 is inserted into the metal main pipe 7. Because it is made to connect with
The inner diameter of the metal probe tube 5 is the piezoelectric ceramic element plate 11
Any diameter can be used as long as it can fit, and the diameter can be made as small as possible. For this reason, it is possible to make the distal end into an extremely small diameter that can be inserted into a blood vessel while securing electrical connection.

【0031】この超音波探触子1は、図9で概念的に示
すように、血管40内に挿入され、該血管40内に深く
侵入する。そして一つの圧電振動部12から球面波を前
方に送波し、残りの全圧電振動部12で受波させる。次
に、送波する圧電振動部12を順番に変換し、さらに受
波された信号を画像処理することにより、血管40内の
三次元画像をリアルタイムで得ることができる。また、
各圧電振動部12により放射される球面波の指向角θ
は、円形電極13,14の径dを小さくすることによ
り、容易に広くすることができ、これにより可視化でき
る範囲Aを近くかつ広くすることができる。しかも圧電
振動部12が円形であるため振動モードが整一かつ単純
であり、信号の処理が簡単となり、血管40内を写出す
三次元画像が広く、かつ鮮明となり、診察が容易とな
り、適正な診断を確実に行うことができる。
The ultrasonic probe 1 is inserted into the blood vessel 40 and penetrates deeply into the blood vessel 40 as conceptually shown in FIG. Then, a spherical wave is transmitted forward from one piezoelectric vibrating section 12 and received by all the remaining piezoelectric vibrating sections 12. Next, a three-dimensional image of the inside of the blood vessel 40 can be obtained in real time by sequentially converting the transmitting piezoelectric vibrating units 12 and performing image processing on the received signals. Also,
Direction angle θ of spherical wave radiated by each piezoelectric vibrating part 12
Can be easily widened by reducing the diameter d of the circular electrodes 13 and 14, thereby making the visible range A close and wide. In addition, since the piezoelectric vibrating section 12 is circular, the vibration mode is uniform and simple, the signal processing is simple, the three-dimensional image projected inside the blood vessel 40 is wide and clear, the examination is easy, and the appropriate Diagnosis can be performed reliably.

【0032】かかる超音波探触子は、このような医療用
に用途が限定されるものではなく、管路内の亀裂や歪み
検出するための工場用の超音波内視鏡などに広く採用さ
れ得る。
The use of such an ultrasonic probe is not limited to such medical uses, but is widely used for an ultrasonic endoscope for a factory for detecting cracks and distortion in a pipeline. obtain.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明の超音波探触子は、圧電セラミッ
クス素子板の表裏面に円形電極を形成し、この対向する
円形電極間を分極することにより音源となる圧電振動部
を周方向に複数配設した送受波素子を備えるものである
から、そのうち一つの圧電振動部から球面波を前方に送
波し、残りの全圧電振動部で受波させ、送波する圧電振
動部を順番に変換することにより三次元の画像を容易に
得ることができる。
According to the ultrasonic probe of the present invention, a circular electrode is formed on the front and back surfaces of a piezoelectric ceramic element plate, and a piezoelectric vibrating portion serving as a sound source is formed in a circumferential direction by polarizing the opposed circular electrodes. Since a plurality of transmitting and receiving elements are provided, a spherical wave is transmitted forward from one of the piezoelectric vibrating parts, and the remaining piezoelectric vibrating parts receive and transmit the piezoelectric vibrating parts to be transmitted in order. By performing the conversion, a three-dimensional image can be easily obtained.

【0034】また電極形状を設定するだけで小径の音源
を容易に構成でき、セラミックスの大きさを極小にする
ことなく、通常の加工方法で、広い指向角特性を持たせ
ることが可能となり、超音波探触子の作製を容易とする
ことができる。
Further, a small-diameter sound source can be easily formed simply by setting the electrode shape, and it is possible to provide a wide directivity angle characteristic by a normal processing method without minimizing the size of the ceramics. The production of the acoustic probe can be facilitated.

【0035】さらには、血管内に挿入される金属製探査
細管で超音波トランスデューサを担持し、径大の金属製
主管に外部計器と接続されるケーブルを挿通して、各ケ
ーブルを金属製主管内で接続するようにしたものであ
り、金属製探査細管の内径は圧電セラミックス素子板が
嵌着し得る径であれば良いから、可及的に細径とするこ
とができる。このため、電気的接続を確保しながら、そ
の先端を血管に挿入し得る極細径とすることができる。
Further, the ultrasonic transducer is carried by a metal probe inserted into a blood vessel, and a cable connected to an external instrument is inserted through a large-diameter metal main tube, and each cable is inserted into the metal main tube. Since the inner diameter of the metal exploration thin tube may be any diameter as long as the piezoelectric ceramic element plate can be fitted, the diameter can be made as small as possible. For this reason, it is possible to make the distal end into an extremely small diameter that can be inserted into a blood vessel while securing electrical connection.

【0036】このように、上述の超音波探触子は、圧電
振動部を超音波探触子の送受波要素として用いることに
より、前方向に指向角の大きい球面波を送波することが
可能となり、このため、可視化できる範囲が近くかつ広
くなり、しかも振動モードが整一かつ単純であるため信
号の処理が簡単となって、広く、かつ鮮明な三次元の超
音波画像情報を得ることができる。このため、例えば、
血管内の診断に用いた場合、血管内の三次元画像をリア
ルタイムで得ることができ、超音波診断法の精度を向上
させることができ、さらには、管路の亀裂確認等、種々
の分野で応用可能となる。
As described above, the above-described ultrasonic probe can transmit a spherical wave having a large directivity angle in the forward direction by using the piezoelectric vibrating portion as a transmitting / receiving element of the ultrasonic probe. Therefore, the range that can be visualized is near and wide, and the vibration mode is uniform and simple, so that signal processing is simplified, and wide and clear three-dimensional ultrasonic image information can be obtained. it can. Thus, for example,
When used for intravascular diagnosis, a three-dimensional image of the inside of a blood vessel can be obtained in real time, the accuracy of the ultrasonic diagnostic method can be improved, and further, in various fields such as confirmation of a crack in a conduit. Applicable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の超音波探触子1の一例を示す縦断側面
図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing an example of an ultrasonic probe 1 of the present invention.

【図2】送受波素子10の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the wave transmitting / receiving element 10. FIG.

【図3】送受波素子10の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the transmitting / receiving element 10. FIG.

【図4】送受波素子10の縦断側面図である。FIG. 4 is a vertical sectional side view of the wave transmitting / receiving element 10.

【図5】圧電トランスデューサ2の縦断側面図である。5 is a vertical side view of the piezoelectric transducer 2. FIG.

【図6】本発明の超音波探触子1の組み付け工程を示す
縦断側面図である。
FIG. 6 is a vertical sectional side view showing an assembling step of the ultrasonic probe 1 of the present invention.

【図7】リード線17,18と同軸状ケーブル21との
結線を示す拡大図である。
FIG. 7 is an enlarged view showing the connection between the lead wires 17 and 18 and the coaxial cable 21.

【図8】超音波探触子1の測定例を示す概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram showing a measurement example of the ultrasonic probe 1.

【図9】血管40内に挿入された超音波探触子1の指向
角を示す概念斜視図である。
FIG. 9 is a conceptual perspective view showing the directional angle of the ultrasonic probe 1 inserted into the blood vessel 40.

【図10】従来構成の指向角を示す概念斜視図である。FIG. 10 is a conceptual perspective view showing a directional angle of a conventional configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超音波探触子 2 圧電トランスデューサ 3 音響整合層 4 ダンパ層 5 金属製探査細管 7 金属製主管 10 送受波素子 11 圧電セラミックス素子板 12 圧電振動部 17,18 リード線19 20 集合ケーブル 21 同軸状接続ケーブル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic probe 2 Piezoelectric transducer 3 Acoustic matching layer 4 Damper layer 5 Metal probe thin tube 7 Metal main tube 10 Transmitting / receiving element 11 Piezoelectric ceramic element plate 12 Piezoelectric vibrating part 17, 18 Lead wire 19 20 Collective cable 21 Coaxial Connection cable

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沖村 康之 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 尾原 佳信 奈良県奈良市大宮町4−273−1−512 (72)発明者 石森 史高 奈良県大和郡山市稗田町476県住13−103 Fターム(参考) 2G047 CA01 EA08 GB01 GB12 4C301 EE08 GB15 5D019 AA06 AA25 AA26 BB02 BB09 BB12 BB22 BB23 BB26 BB28 FF04 GG01 GG06 GG09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page (72) Inventor Yasuyuki Okimura 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Yoshinobu Ohara 4-273-1, Omiyacho, Nara, Nara 512 (72) Inventor Fumitaka Ishimori 13-103, 476, Hieda-cho, Yamatokoriyama-shi, Nara Pref.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電セラミックス素子板の表裏面に、円形
電極を円周方向に複数形成して、表裏面で各円形電極を
対向させ、かつ対向する一対の円形電極間を分極して、
該円形電極間を圧電振動部としてなる送受波素子を備
え、 該送受波素子の送受波面に音響整合層を配設し、背面に
ダンパ層を配設して超音波トランスデューサを構成し、 該超音波トランスデューサを金属製探査細管の先端部に
内嵌し、さらに、各円形電極から引き出したリード線
を、金属製主管に挿通した接続ケーブルに接続し、かつ
該金属製主管の先端を金属製探査筒の後端に接合して、
該接続ケーブルを金属製主管から引き出したことを特徴
とする超音波探触子。
1. A plurality of circular electrodes are formed on the front and back surfaces of a piezoelectric ceramic element plate in a circumferential direction, each circular electrode is opposed on the front and back surfaces, and a pair of opposed circular electrodes is polarized.
A wave transmitting / receiving element serving as a piezoelectric vibrating portion between the circular electrodes; an acoustic matching layer provided on a wave transmitting / receiving surface of the wave transmitting / receiving element; and a damper layer provided on a back surface to form an ultrasonic transducer. The acoustic transducer is fitted inside the distal end of the metal probe tube, and the lead wire drawn from each circular electrode is connected to a connection cable inserted into the metal main tube, and the distal end of the metal probe is connected to the metal probe. Joined to the rear end of the tube,
An ultrasonic probe, wherein the connection cable is drawn from a metal main pipe.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109846548A (en) * 2019-04-01 2019-06-07 浙江大学 A kind of ultrasound and the two-in-one conduit of RF ablation of real-time monitoring

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