JP2006014872A - Ultrasonic therapy apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、MRI装置(磁気共鳴映像装置)で被検体の治療対象を観察しながら集束超音波で被検体の患部を治療する超音波治療装置に関する。特に、超音波治療装置に備えられている超音波トランスデューサの電極パターンに関する。 The present invention relates to an ultrasonic treatment apparatus that treats an affected area of a subject with focused ultrasound while observing a treatment target of the subject with an MRI apparatus (magnetic resonance imaging apparatus). In particular, the present invention relates to an electrode pattern of an ultrasonic transducer provided in the ultrasonic therapy apparatus.
近年、MRI装置(磁気共鳴映像装置)で被検体の治療対象(患部)の温度を観察しながら、同時に集束強力超音波で焼灼治療を行う超音波治療装置が開発されつつある。超音波治療装置は、圧電セラミックスからなる超音波トランスデューサ(超音波振動子)で構成された超音波アプリケータを備えている。圧電セラミックスの両面に電極が設けられ、その電極で電圧を圧電セラミックスに印加することにより、強力な超音波を被検体に照射し、治療を行う。 2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic treatment apparatuses that perform cauterization treatment with focused intense ultrasound while observing the temperature of a subject to be treated (affected area) with an MRI apparatus (magnetic resonance imaging apparatus) are being developed. The ultrasonic therapy apparatus includes an ultrasonic applicator configured by an ultrasonic transducer (ultrasonic vibrator) made of piezoelectric ceramics. Electrodes are provided on both surfaces of the piezoelectric ceramics, and a voltage is applied to the piezoelectric ceramics by the electrodes to irradiate the subject with powerful ultrasonic waves to perform treatment.
集束強力超音波を患部に照射すると、そのエネルギーを吸収して温度が上昇する。温度が65℃以上でタンパク質変性が生じて焼灼が期待できることから、これまでは温度計測の可視化に主眼が置かれて、温度分布を画像化してモニタする方法が一般的であった。 When focused intense ultrasound is applied to the affected area, the energy is absorbed and the temperature rises. Since protein denaturation occurs at a temperature of 65 ° C. or higher, and cauterization can be expected, until now, the method of monitoring temperature distribution by imaging has been the main focus on visualization of temperature measurement.
現時点までに知られているMRI装置を用いた温度計測方法として、「信号強度法」、「位相法」、及び「拡散画像」が知られており、これらを利用したHIFU装置(High Intensity Focused Ultrasound)が米国InSightec社等によって開発され、Brigham Women’s Hospital等で臨床実験が行われている。 As a temperature measurement method using an MRI apparatus known so far, a “signal intensity method”, a “phase method”, and a “diffusion image” are known, and a HIFU apparatus (High Intensity Focused Ultrasound) using them. ) Was developed by InSighttech, Inc. of the United States, and clinical experiments are being conducted at Brigham Women's Hospital and the like.
「信号強度法」は、縦緩和時間の延長と磁場不均一性の低下によるMR信号の低下を利用して温度を計測する方法である。「位相法」は、プロトンケミカルシフトの温度依存性を利用して温度を計測する方法である。「拡散画像」は、拡散係数が温度に依存することを利用して温度を計測する方法である。 The “signal strength method” is a method of measuring temperature by using a decrease in MR signal due to an extension of the longitudinal relaxation time and a decrease in magnetic field inhomogeneity. The “phase method” is a method for measuring temperature by utilizing the temperature dependence of proton chemical shift. “Diffusion image” is a method of measuring temperature by utilizing the fact that the diffusion coefficient depends on temperature.
しかし、温度上昇は一過性であるため、焼灼直後でないと、患部の集束強力超音波による焼灼が完了していると判定することができない。焼灼直後は、キャビテーションが発生し易く、その微小気泡によってMR信号そのものが収集しづらくなり、正確な温度測定が困難になるという問題があった。さらに、熱拡散により温度が低下するため、焼灼直後のタイミングでしか焼灼領域を正確に確認できないという問題もあった。 However, since the temperature rise is transient, it cannot be determined that the cauterization of the affected area by the focused high-intensity ultrasonic wave is complete unless it is immediately after cauterization. Immediately after cauterization, cavitation is likely to occur, and it is difficult to collect the MR signal itself due to the microbubbles, making accurate temperature measurement difficult. Furthermore, since the temperature decreases due to thermal diffusion, there is a problem that the ablation area can be accurately confirmed only at the timing immediately after the ablation.
一方、焼灼により浮腫が発生した場合、細胞を構成するタンパク質の熱変性は発生し、細胞液が細胞壁の外へ流出する。その結果、細胞間に水分が溜まり、水分子が拡散し易くなる。そこで、細胞壁の外への細胞液の流出状態を描写でき、急性期脳梗塞等の可視化に用いられる「拡散画像」というパルスシーケンスを用いると、焼灼を確認することが可能となる。焼灼直後に測定可能であるため、温度が通常の体温に戻ってから測定することができるため、キャビテーションの影響を受けることなく焼灼を確認することができる。 On the other hand, when edema occurs due to cauterization, heat denaturation of the protein constituting the cell occurs, and the cell fluid flows out of the cell wall. As a result, water accumulates between cells, and water molecules are easily diffused. Therefore, the outflow state of the cell fluid to the outside of the cell wall can be depicted, and if a pulse sequence called “diffusion image” used for visualization of acute cerebral infarction or the like is used, ablation can be confirmed. Since it can be measured immediately after cauterization, it can be measured after the temperature returns to normal body temperature, so that cauterization can be confirmed without being affected by cavitation.
この「拡散画像」というパルスシーケンスの応用例として、焼灼治療が登場するまでに知られていたものは、「超急性期脳梗塞の早期診断」、「クモ膜嚢胞と類上皮腫の鑑別」、「脳浮腫」、「脳腫瘍」、及び「脱髄変性」しかなかった。HIFU装置による焼灼で人工的に浮腫を発生させているため、当然、「拡散画像」にて焼灼を確認することが可能となる。 Examples of applications of this "diffusion image" pulse sequence that were known before the appearance of ablation were "early diagnosis of hyperacute cerebral infarction", "differentiation of arachnoid cyst and epithelioid tumor", There were only “brain edema”, “brain tumor”, and “demyelinating degeneration”. Since edema is artificially generated by cauterization using the HIFU device, it is naturally possible to confirm cauterization using a “diffusion image”.
「拡散画像」が被検体の動きに対応できないということから、実用化が難しいと考えられていたが、基本シーケンスとしてエコープラナー法(EPI法)を用い、強力な傾斜磁場(Motion Probing Gradient:MPG)を印加することで実用化に至っている。 Although it was thought that it was difficult to put it into practical use because “diffuse images” could not correspond to the movement of the subject, the Echo Planner method (EPI method) was used as the basic sequence, and a strong gradient magnetic field (Motion Probing Gradient: MPG) ) Has been put to practical use.
強力な傾斜磁場を使うパルスシーケンス、例えば、拡散画像撮像法におけるMPGを用いるHIFU装置の場合、強力な傾斜磁場が集束強力超音波を発する超音波トランスデューサの電極を貫くことになり、超音波トランスデューサの電極のパターンが大きい場合、その電極に大きいループに沿った渦電流が発生してしまう。そして、その渦電流とMRI装置の静磁場との相互作用によってローレンツ力が生じ、そのローレンツ力に起因する機械振動が発生する。この場合、時定数(=L/R、ここでLはインダクタンス、Rは抵抗)のLは電極の大きさに比例して増大し、電極の厚みを変えずに寸法が変化する場合、断面積と電流パス長が比例するため、抵抗Rはほぼ一定となり、結果として電極の大きさにほぼ比例して時定数が長くなると考えられる。電極の厚みも比例する場合は、ほぼ2乗に比例して長くなる。 In the case of a pulse sequence using a strong gradient magnetic field, for example, a HIFU device using MPG in diffusion imaging, a strong gradient magnetic field penetrates the electrode of an ultrasonic transducer that emits a focused strong ultrasonic wave. When the electrode pattern is large, an eddy current along a large loop is generated in the electrode. Then, Lorentz force is generated by the interaction between the eddy current and the static magnetic field of the MRI apparatus, and mechanical vibration due to the Lorentz force is generated. In this case, L of the time constant (= L / R, where L is an inductance and R is a resistance) increases in proportion to the size of the electrode, and the cross-sectional area changes when the dimensions change without changing the thickness of the electrode. Since the current path length is proportional to the resistance R, the resistance R is substantially constant, and as a result, the time constant is considered to be substantially proportional to the size of the electrode. When the thickness of the electrode is also proportional, it becomes longer in proportion to the square.
傾斜磁場コイルの大きさは、HIFU装置用の超音波トランスデューサの大きさより十分に大きいため、超音波トランスデューサからみると、傾斜磁場は場所によらずほぼ均一な磁束密度であって、時間変動する磁場が超音波トランスデューサを貫くことになる。 Since the size of the gradient magnetic field coil is sufficiently larger than the size of the ultrasonic transducer for the HIFU device, the gradient magnetic field has a substantially uniform magnetic flux density regardless of the location and is a time-varying magnetic field as seen from the ultrasonic transducer. Will penetrate the ultrasonic transducer.
この渦電流の時定数が長い場合、渦電流と静磁場との相互作用によって発生するローレンツ力に起因する機械振動がMRI信号収集タイミングまで続くことになる。そして、機械振動と渦電流とによる変動磁場が複雑に影響しあって本来の傾斜磁場に重畳され、MR信号に影響を与えることになり、画像にアーチファクト等が発生する原因となる。 When the time constant of this eddy current is long, the mechanical vibration caused by the Lorentz force generated by the interaction between the eddy current and the static magnetic field continues until the MRI signal acquisition timing. Then, a fluctuating magnetic field due to mechanical vibration and eddy current has a complex influence and is superimposed on the original gradient magnetic field, which affects the MR signal, causing artifacts and the like in the image.
また、周波数は異なるが、同様のメカニズムで高周波磁場(MRI装置でRFと称される領域の周波数)が印加されているときも電極に渦電流が発生する。機械振動は発生しないが、本来の高周波磁場に重畳することにより、結果的には画像にアーチファクトが発生してしまう。 Although the frequency is different, an eddy current is also generated in the electrode when a high-frequency magnetic field (frequency in a region called RF in the MRI apparatus) is applied by the same mechanism. Although mechanical vibration does not occur, superimposing it on the original high frequency magnetic field results in artifacts in the image.
従来においては、超音波トランスデューサの電極にスリットを設け、MRI装置の傾斜磁場による影響を少なくし、MR画像の劣化を防いでいた(例えば、特許文献1)。例えば、図15乃至図17の超音波トランスデューサの上面図に示すように、超音波トランスデューサの電極70に複数の直線状のスリット71を形成していた。
In the past, slits were provided in the electrodes of the ultrasonic transducer to reduce the influence of the gradient magnetic field of the MRI apparatus and prevent degradation of the MR image (for example, Patent Document 1). For example, as shown in the top views of the ultrasonic transducers of FIGS. 15 to 17, a plurality of
この方法によると、スリットによって渦電流が流れるループの面積が小さくなるため、インダクタンスLを小さくすることができる。また、電極のパターン幅を狭くすることで、電極の抵抗Rを大きくすることができる。上述したように、時定数はL/Rで表されるため、Lを小さくし、Rを大きくすることにより、時定数を短くすることができる。 According to this method, since the area of the loop through which the eddy current flows is reduced by the slit, the inductance L can be reduced. Further, by reducing the electrode pattern width, the resistance R of the electrode can be increased. As described above, since the time constant is expressed by L / R, the time constant can be shortened by reducing L and increasing R.
しかしながら、上述した特許文献1においては、単板の圧電セラミックスからなる超音波トランスデューサの場合、スリットを形成する電極が、高周波電圧を印加する側の電極(以下、表電極と称する)なのか、アースに接地される電極(以下、裏電極と称する)なのか、全く開示されておらず、各電極に形成した場合の作用及び効果も不明である。さらに、スリットを片側の電極に形成するのか、両側の電極に形成するのかも開示されておらず、その作用及び効果も不明である。
However, in
フェーズドアレイ方式の超音波アプリケータの場合、各振動子エレメントの電極にスリットを形成することは開示されている。しかし、アースに接地する電極(裏電極)は、同一のGND電位に保つため、全ての電極が相互に接続されている必要があるにもかかわらず、その結線パターンが全く開示されていない。各電極を結線した場合に、渦電流にとって大きなループが生じれば、かえって渦電流の時定数が長くなり、スリットを設けたにもかかわらず、MR画像に影響を与えることになってしまう。 In the case of a phased array type ultrasonic applicator, it is disclosed that a slit is formed in an electrode of each transducer element. However, since the electrodes (back electrodes) grounded to the ground are kept at the same GND potential, the connection pattern is not disclosed at all even though all the electrodes need to be connected to each other. If a large loop for eddy current occurs when the electrodes are connected, the time constant of the eddy current becomes longer, and the MR image is affected even though a slit is provided.
この発明は上記の問題点を解決するものであり、単板の圧電セラミックスからなる超音波トランスデューサについては、渦電流が発生しにくいようなパターンのスリットを形成することで、MR画像のアーチファクトを低減することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems. For ultrasonic transducers made of single-plate piezoelectric ceramics, MR image artifacts are reduced by forming slits with patterns that prevent eddy currents from being generated. The purpose is to do.
また、フェーズドアレイ・トランスデューサについては、アースに接地される電極(裏電極)に渦電流が発生しにくいようなパターンの結線を形成することで、全ての電極が接続されても渦電流のループを発生させないことを目的とする。 In addition, for phased array transducers, the eddy current loop is formed even when all electrodes are connected by forming a pattern connection that prevents eddy currents from occurring on the electrode (back electrode) grounded to earth. The purpose is not to generate.
請求項1に記載の発明は、圧電体と、前記圧電体の一方の面に形成されて電圧が印加される第1の電極と、前記圧電体の他方の面に形成されてアースに接地される第2の電極と、を備えた超音波トランスデューサから被検体の所定の患部に超音波を照射し、治療を行う超音波治療装置であって、前記第1の電極及び前記第2の電極にはスリットが形成されて、それぞれ複数の小電極に分割されていることを特徴とする超音波治療装置である。 According to the first aspect of the present invention, a piezoelectric body, a first electrode formed on one surface of the piezoelectric body to which a voltage is applied, and formed on the other surface of the piezoelectric body and grounded to ground. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected area of a subject with an ultrasonic wave from an ultrasonic transducer provided with the second electrode, wherein the first electrode and the second electrode Is an ultrasonic therapy apparatus in which slits are formed and divided into a plurality of small electrodes.
第1の電極に高周波電圧を印加し、第2の電極をアースに接地する。圧電体(圧電セラミックス)に高周波電圧を印加することにより、超音波トランスデューサから強力な超音波を被検体に照射し、その超音波によって患部を治療する。例えば、MRI装置で被検体の治療対象の温度を観察しながら治療を行う場合、MRI装置からの磁場が第1の電極及び第2の電極を貫くことにより、第1の電極及び第2の電極に渦電流が発生する。一方の電極のみにスリットを設けるだけでは、その電極に渦電流の大きなループが残ってしまい、時定数の長い渦電流が生じてしまうが、両電極(第1の電極及び第2の電極)にスリットを設けることにより、両電極で時定数を短くすることが可能となる。つまり、両電極において渦電流が流れるループの面積が小さくなるため、時定数を短くすることができる。 A high frequency voltage is applied to the first electrode and the second electrode is grounded. By applying a high-frequency voltage to the piezoelectric body (piezoelectric ceramics), the subject is irradiated with powerful ultrasonic waves from the ultrasonic transducer, and the affected part is treated with the ultrasonic waves. For example, when treatment is performed while observing the temperature of a subject to be treated with an MRI apparatus, a magnetic field from the MRI apparatus penetrates the first electrode and the second electrode, whereby the first electrode and the second electrode An eddy current is generated. If only one electrode is provided with a slit, a loop with a large eddy current remains in that electrode, and an eddy current with a long time constant is generated, but both electrodes (the first electrode and the second electrode) By providing the slit, it is possible to shorten the time constant of both electrodes. That is, since the area of the loop through which the eddy current flows in both electrodes becomes small, the time constant can be shortened.
請求項2に記載の発明は、圧電体と、前記圧電体の一方の面に形成されて電圧が印加される第1の電極と、前記圧電体の他方の面に形成されてアースに接地される第2の電極と、を備えた超音波トランスデューサから被検体の所定の患部に超音波を照射し、治療を行う超音波治療装置であって、前記第1の電極又は前記第2の電極のうち、少なくとも一方の電極にはスリットが形成されて複数の小電極に分割され、前記スリットによって分割された前記第1の電極又は前記第2の電極のパターンは、前記超音波トランスデューサの中心点に対して、nを2以上の整数とするときに略360/n度回転対称になるように形成されていることを特徴とする超音波治療装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric body, a first electrode formed on one surface of the piezoelectric body to which a voltage is applied, and formed on the other surface of the piezoelectric body and grounded to ground. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected part of a subject with ultrasonic waves from an ultrasonic transducer comprising the second electrode, wherein the first electrode or the second electrode Among them, a slit is formed in at least one electrode and divided into a plurality of small electrodes, and the pattern of the first electrode or the second electrode divided by the slit is at the center point of the ultrasonic transducer. On the other hand, the ultrasonic therapy apparatus is formed so as to be approximately 360 / n degree rotationally symmetric when n is an integer of 2 or more.
電極が超音波トランスデューサの中心に対して回転対称になるように、電極にスリットを形成する。例えば、180°回転対称、120°回転対称、90°回転対称になるようにスリットを電極に形成する。分割された各電極に局所的な渦電流による機械振動が発生しても、各電極は中心に対して回転対称に配置されているため、各電極にかかるトルクの合計をほぼ「0」にすることができ、中心に対してバランスをとることが可能となる。その結果、圧電体(圧電セラミックス)には電圧印加による並進運動のみが残り、機械振動モードは簡単になり、MR画像にアーチファクトが発生しづらくなる。 A slit is formed in the electrode so that the electrode is rotationally symmetric with respect to the center of the ultrasonic transducer. For example, the slits are formed in the electrodes so as to have 180 ° rotational symmetry, 120 ° rotational symmetry, and 90 ° rotational symmetry. Even if mechanical vibration due to local eddy currents occurs in each divided electrode, each electrode is arranged rotationally symmetrically with respect to the center, so that the total torque applied to each electrode is substantially “0”. Can be balanced with respect to the center. As a result, only translational motion due to voltage application remains in the piezoelectric body (piezoelectric ceramics), the mechanical vibration mode becomes simple, and artifacts are hardly generated in the MR image.
請求項3に記載の発明は、圧電体と、前記圧電体の一方の面に形成されて電圧が印加される第1の電極と、前記圧電体の他方の面に形成されてアースに接地される第2の電極と、を備えた超音波トランスデューサから被検体の所定の患部に超音波を照射し、治療を行う超音波治療装置であって、前記第1の電極又は前記第2の電極のうち、少なくとも一方の電極にはスリットが形成されて複数の小電極に分割され、前記スリットによって分割された前記複数の小電極は、それぞれ少なくとも1つの接続点により隣接する小電極に接続されていることを特徴とする超音波治療装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric body, a first electrode formed on one surface of the piezoelectric body to which a voltage is applied, and formed on the other surface of the piezoelectric body and grounded to ground. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected part of a subject with ultrasonic waves from an ultrasonic transducer comprising the second electrode, wherein the first electrode or the second electrode Among them, a slit is formed in at least one electrode and divided into a plurality of small electrodes, and each of the plurality of small electrodes divided by the slit is connected to an adjacent small electrode by at least one connection point. This is an ultrasonic therapy apparatus.
スリットによって分割された各小電極を接続する場合、少なくとも1つの接続点によって隣接する電極同士を接続し、全体として大きなループを描くような渦電流の発生を抑制する。この接続点の幅は、分割された各小電極が個別の電極とみなせる程度に十分に狭い必要がある。例えば、トポロジーにおけるいわゆる「樹形図」が成立するように各小電極を接続する。分割された各小電極を「点」とみなし、接続点を「辺」とみなして、それらをトポロジーにおける「樹形図」になるように接続する。このように、接続することで、大きなループを描く渦電流の発生を抑えることができ、MR画像のアーチファクトを低減することができる。また、全体で「樹形図」を構成しなくても、分割された電極の1部分だけで「樹形図」が形成されていても良い。この場合であっても、その「樹形図」が構成している部分においては、ループを形成しないため、渦電流の発生を抑制することができる。 When connecting each small electrode divided | segmented by the slit, the adjacent electrodes are connected by at least one connection point, and generation | occurrence | production of the eddy current which draws a big loop as a whole is suppressed. The width of the connection point needs to be sufficiently narrow so that each divided small electrode can be regarded as an individual electrode. For example, the small electrodes are connected so that a so-called “dendrogram” in the topology is established. The divided small electrodes are regarded as “points”, the connection points are regarded as “sides”, and they are connected so as to be a “tree diagram” in the topology. By connecting in this way, generation of an eddy current that draws a large loop can be suppressed, and artifacts of the MR image can be reduced. Further, the “dendrogram” may be formed by only one portion of the divided electrodes without forming the “dendrogram” as a whole. Even in this case, no loop is formed in the portion constituted by the “dendrogram”, so that the generation of eddy current can be suppressed.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の超音波治療装置であって、前記スリットによって分割された前記小電極の数をmとし、前記接続点の数をnとした場合、n−m=1の関係が成立することを特徴とするものである。
Invention of Claim 4 is an ultrasonic therapy apparatus of
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の超音波治療装置であって、前記スリットによって分割された前記複数の小電極は、それぞれ隣接する小電極と樹形図状に接続されていることを特徴とするものである。
The invention according to claim 5 is the ultrasonic therapy apparatus according to
請求項6に記載の発明は、請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の超音波治療装置であって、前記スリットによって分割された前記第1の電極又は前記第2の電極のパターンは、前記超音波トランスデューサの中心点に対して、nを2以上の整数とするときに、略360/n度回転対称となるように形成されていることを特徴とするものである。
Invention of
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の超音波治療装置であって、前記第1の電極及び前記第2の電極には同じパターンのスリットが形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の超音波治療装置であって、前記第1の電極及び前記第2の電極には同じパターンのスリットが形成され、
前記第1の電極に形成されたスリットと、前記第2の電極に形成されたスリットとは、前記圧電体を挟んで少なくとも1部分において重なっていることを特徴とするものである。
The invention according to
The slit formed in the first electrode and the slit formed in the second electrode overlap at least at one portion with the piezoelectric member interposed therebetween.
渦電流の時定数を短くするためにスリットを形成すると、スリットが形成されて電極が存在しない部分の圧電体(圧電セラミックス)は機械振動することはなく、超音波トランスデューサ全体の出力効率が低下してしまう。この発明においては、両電極に同じパターンのスリットを形成し、さらにスリットが重なるように形成することにより、超音波の出力効率を損なうことなく最大限にスリットを増やすことが可能となる。さらに、全部が重なるようにスリットを形成すると、スリットが形成されていない電極によって電圧が印加された場合の超音波の出力に近づけることが可能となり、圧電体(圧電セラミックス)の機械振動にほとんど影響を与えることなく、渦電流の時定数を短くすることができる。 If a slit is formed to shorten the time constant of the eddy current, the piezoelectric material (piezoelectric ceramics) in the part where the slit is formed and no electrode is present will not vibrate, and the output efficiency of the entire ultrasonic transducer will decrease. End up. In the present invention, slits having the same pattern are formed on both electrodes, and the slits are formed so as to overlap with each other, so that the number of slits can be increased to the maximum without impairing the output efficiency of the ultrasonic waves. Furthermore, if slits are formed so that they all overlap, it is possible to approach the output of ultrasonic waves when voltage is applied by an electrode that is not formed with slits, and this has almost no effect on the mechanical vibration of piezoelectric bodies (piezoelectric ceramics). The time constant of eddy current can be shortened without giving.
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の超音波治療装置であって、前記第1の電極及び前記第2の電極は、非磁性材料からなることを特徴とするものである。
The invention according to claim 9 is the ultrasonic therapy apparatus according to any one of
非磁性材料として例えば、銀、銅等を用いる。電極に非磁性材料を用いることで、MRI装置の静磁場の影響を受けることはない。その結果、渦電流の発生を抑制することが可能となる。 For example, silver, copper, or the like is used as the nonmagnetic material. By using a non-magnetic material for the electrode, it is not affected by the static magnetic field of the MRI apparatus. As a result, generation of eddy current can be suppressed.
請求項10に記載の発明は、複数の圧電体と、前記複数の圧電体の各圧電体の一方の面に形成されて電圧が印加される第1の電極と、前記各圧電体の他方の面に形成されてアースに接地される第2の電極と、を備えたフェーズドアレイタイプの超音波トランスデューサから被検体の所定の患部に超音波を照射し、治療を行う超音波治療装置であって、
前記第2の電極の各電極は、少なくとも1つの接続点により隣接する電極に接続されていることを特徴とする超音波治療装置である。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a plurality of piezoelectric bodies, a first electrode formed on one surface of each of the plurality of piezoelectric bodies, to which a voltage is applied, and the other of the piezoelectric bodies. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected part of a subject with ultrasonic waves from a phased array type ultrasonic transducer having a second electrode formed on a surface and grounded to ground ,
Each of the electrodes of the second electrode is an ultrasonic therapeutic apparatus characterized in that it is connected to an adjacent electrode by at least one connection point.
フェーズドアレイ・トランスデューサは、複数の独立した圧電体(振動子)で構成され、第1の電極及び第2の電極は圧電体(振動子)ごとに分断されている。アースに接地される第2の電極の各電極において、少なくとも1つの接続点によって隣接する各電極同士を接続し、全体として大きなループを描くような渦電流の発生を抑制する。例えば、トポロジーにおけるいわゆる「樹形図」が成立するように各電極を接続することで、大きなループを描く渦電流の発生を抑えることができ、MR画像のアーチファクトを低減することができる。また、全体で「樹形図」を構成しなくても、分割された電極の1部分だけで「樹形図」が形成されていても良い。この場合であっても、その「樹形図」が構成している部分のいては、ループを形成しないため、渦電流の発生を抑制することができる。 The phased array transducer includes a plurality of independent piezoelectric bodies (vibrators), and the first electrode and the second electrode are divided for each piezoelectric body (vibrator). In each electrode of the second electrode grounded to earth, adjacent electrodes are connected by at least one connection point, and the generation of an eddy current that draws a large loop as a whole is suppressed. For example, by connecting the electrodes so that a so-called “dendrogram” in the topology is established, generation of eddy currents that draw a large loop can be suppressed, and artifacts in the MR image can be reduced. Further, the “dendrogram” may be formed by only one portion of the divided electrodes without forming the “dendrogram” as a whole. Even in this case, since a loop is not formed in the portion constituted by the “dendrogram”, generation of eddy current can be suppressed.
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の超音波治療装置であって、前記各圧電体に形成されている第2の電極の各電極の数をmとし、前記接続点の数をnとした場合、n−m=1の関係が成立することを特徴とするものである。
The invention according to
請求項12に記載の発明は、請求項10に記載の超音波治療装置であって、前記第2の電極の各電極は、それぞれ隣接する電極と樹形図状に接続されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項13に記載の発明は、請求項10乃至請求項12のいずれかに記載の超音波治療装置であって、前記第2の電極の各電極は、前記超音波トランスデューサの中心点に対して、nを2以上の整数とするときに略360/n度回転対称となるように形成されていることを特徴とするものである。 A thirteenth aspect of the present invention is the ultrasonic treatment apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects of the present invention, wherein each electrode of the second electrode is positioned with respect to a center point of the ultrasonic transducer. , N is an integer greater than or equal to 2 and is formed so as to be approximately 360 / n degrees rotationally symmetric.
第2の電極の各電極は中心に対して回転対称に配置されているため、各電極に作用する力によるトルクの合計はほぼ「0」になり、中心に対してバランスをとることが可能となる。その結果、圧電体の機械振動モードは簡単になり、MR画像にアーチファクトが発生しづらくなる。 Since each electrode of the second electrode is arranged rotationally symmetrically with respect to the center, the total torque due to the force acting on each electrode is almost “0”, and it is possible to balance the center. Become. As a result, the mechanical vibration mode of the piezoelectric body is simplified, and artifacts are hardly generated in the MR image.
請求項14に記載の発明は、請求項1乃至請求項13のいずれか記載の超音波治療装置であって、寝台に載置された被検体の治療対象を含む画像を撮像し表示する撮像表示手段を更に備えたことを特徴とするものである。
The invention according to
請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の超音波治療装置であって、前記撮像表示手段は、前記被検体の治療対象を含む領域に対し複数の傾斜磁場を印加し、その結果得られた核磁気共鳴信号の投影データから前記治療対象を含む領域の核磁気共鳴画像を表示するMRI装置であることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項1に記載の超音波治療装置によると、両電極にスリットを設けることにより、両電極で渦電流の時定数を短くすることが可能となる。その結果、傾斜磁場による超音波トランスデューサの電極の機械振動の持続時間を短くすることができ、MR画像のアーチファクトを低減することが可能となる。 According to the ultrasonic therapy apparatus according to the first aspect, by providing slits in both electrodes, it is possible to shorten the time constant of eddy current in both electrodes. As a result, the duration of mechanical vibration of the electrodes of the ultrasonic transducer due to the gradient magnetic field can be shortened, and the artifact of the MR image can be reduced.
請求項2に記載の超音波治療装置によると、電極が中心に対して回転対称になるようにスリットを形成することにより、電極全体のトルクを「0」にすることができるため、圧電体の機械振動モードは簡単になり、MR画像にアーチファクトが発生しづらくなる。
According to the ultrasonic therapy apparatus according to
請求項3乃至請求項5に記載の超音波治療装置によると、スリットによって分割された各電極同士を少なくとも1つの接続点で接続することで、大きなループを描く渦電流の発生を抑制し、MR画像のアーチファクトを低減することが可能となる。
According to the ultrasonic therapy apparatus according to any one of
請求項6に記載の超音波治療装置のよると、渦電流の時定数を短くすることができるとともに、超音波トランスデューサにかかる全体のトルクを「0」にすることができるため、MR画像に発生するアーチファクトを更に低減することが可能となる。 According to the ultrasonic therapy apparatus of the sixth aspect, the time constant of the eddy current can be shortened and the total torque applied to the ultrasonic transducer can be set to “0”. It is possible to further reduce the artifacts.
請求項7及び請求項8に記載の超音波治療装置によると、両電極に同じパターンのスリットを形成し、少なくとも1部分において重ねることにより、超音波出力効率を損なうことなくスリットを増やすことが可能となる。完全にパターンの重なりが一致する場合は、超音波の出力効率を損なうことなくスリットを最大限に増やすことができる。その結果、圧電体の機械振動にほとんど影響を与えることなく、渦電流の時定数を短くすることができる。
According to the ultrasonic therapy apparatus according to
請求項9に記載の超音波治療装置によると、電極に銀、銅等の非磁性材料を用いることにより、渦電流の発生を抑制することができ、その結果、MR画像のアーチファクトを低減することが可能となる。 According to the ultrasonic therapy apparatus according to claim 9, by using a nonmagnetic material such as silver or copper for the electrode, generation of eddy current can be suppressed, and as a result, artifact of MR image can be reduced. Is possible.
請求項10乃至請求項12に記載の超音波治療装置によると、アースに接地される電極を少なくとも1つの接続点で接続することで、大きなループを描く渦電流の発生を低減することができる。その結果、MR画像のアーチファクトを低減することが可能となる。 According to the ultrasonic therapy apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects, the generation of eddy currents that draw a large loop can be reduced by connecting the electrode grounded to the ground at at least one connection point. As a result, it becomes possible to reduce the artifact of the MR image.
請求項13に記載の超音波治療装置によると、渦電流の時定数を短くすることができるとともに、超音波トランスデューサにかかる全体のトルクを「0」にすることができるため、MR画像に発生するアーチファクトを更に低減することが可能となる。 According to the ultrasonic therapy apparatus of the thirteenth aspect, the time constant of the eddy current can be shortened, and the entire torque applied to the ultrasonic transducer can be set to “0”. Artifacts can be further reduced.
以下、この発明の実施形態に係る超音波治療装置について、図1乃至図14を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an ultrasonic therapy apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 14.
(構成)
この発明の実施形態に係る超音波治療装置の構成について、図1及び図2を参照しつつ説明する。図1は、この発明の実施形態に係る超音波治療装置の主要部の構成を示すブロック図である。図2は、本実施形態に係る超音波治療装置に用いられる超音波アプリケータの斜視図である。
(Constitution)
The configuration of the ultrasonic therapy apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the main part of an ultrasonic therapy apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of an ultrasonic applicator used in the ultrasonic therapy apparatus according to the present embodiment.
まず、超音波治療部について説明する。治療台22の下に取り付けられた超音波アプリケータ1は、治療用強力超音波を照射する超音波トランスデューサ2と、強力超音波を患者3まで導くカップリング液4と、そのカップリング液4を貯留する水袋(図示しない)とからなる。
First, the ultrasonic treatment unit will be described. The
超音波アプリケータ1は、治療台22に固定して取り付けられるものである。図2に示すように、超音波アプリケータ1は円形平板の超音波トランスデューサ2を有し、中央には超音波診断像撮像用の超音波プローブ6が取り付けられている。この超音波プローブ6は、前後方向へのスライドと回転移動が可能に構成され、超音波診断装置10に接続されている。超音波トランスデューサ2は、円形平板の圧電セラミックスとその圧電セラミックスの両面に形成された電極とからなる。この圧電セラミックスには、チタン酸バリウム(PZT)やチタン酸バリウム(BaTiO3)等が用いられる。また、この電極に銀や銅等の非磁性材料が用いられる。非磁性材料を用いることにより、MRI装置からの静磁場の影響を低減することが可能となるため、渦電流の発生を抑制することが可能となる。
The
フェーズドアレイ方式の超音波アプリケータの場合は、図2に示すように、超音波トランスデューサ2は複数に分割されている。例えば、円形平板の超音波トランスデューサ2の場合、径方向及び周方向に分割されている。
In the case of a phased array type ultrasonic applicator, as shown in FIG. 2, the
この発明においては、圧電セラミックスの表面に形成されている電極のパターンに特徴がある。この超音波トランスデューサ2の形状、及び電極のパターンについては、後で詳しく説明する。
The present invention is characterized by the pattern of electrodes formed on the surface of the piezoelectric ceramic. The shape of the
治療する際は、患部を治療孔24に挿入し、焦点7を腫瘍8に一致させてから駆動回路部12で超音波トランスデューサ2を駆動して強力超音波を照射し、焦点7と一致した治療部位を高温に維持して治療する。
When treating, the affected part is inserted into the
フェーズドアレイ方式の超音波アプリケータを用いる場合は、駆動回路部12の駆動タイミングを位相制御回路11によって制御することにより、超音波アプリケータ1を移動させずに焦点位置や音場、加温・加熱領域を操作することができる。駆動回路部12は分割した圧電セラミックスの個数のチャネルに分かれており、制御回路9からの信号により位相制御回路部11で遅延を与えられた独立のタイミング信号により駆動される。これにより超音波の焦点7、7’は3次元的に任意の場所に設定できる。
When a phased array type ultrasonic applicator is used, the drive timing of the
次に、位置決めと3次元像の撮像部について説明する。患者3を治療台22上にうつ伏せに、患部が治療孔24の場所に合うようにセットする。療箇所の大きさ及び形状によりテーブルの種類を変えることで、この治療孔24の大きさを変えることができる。
Next, positioning and a three-dimensional image capturing unit will be described. The
次に、超音波アプリケータ1に取り付けられた超音波プローブ6により抽出した超音波診断像で腫瘍8を確認し、超音波診断装置10はこのときの腫瘍8と超音波プローブ6との相対位置のデータを制御回路9に送る。また、このときの超音波プローブ6と超音波振動子2の相対位置は、プローブ位置検出装置26で求められ、制御回路9に送られる。アプリケータ位置検出装置15も、制御回路9に超音波アプリケータ1の全体の位置及び超音波振動子2の位置のデータを送る。制御回路9は、これらの位置のデータにより、腫瘍8と超音波トランスデューサ2との相対位置を計算し、フェーズドアレイ方式の場合は、設定焦点位置7を決定し、これを記憶する。
Next, the
また、フェーズドアレイ方式の場合は、制御回路9から超音波診断装置10にフェーズドアレイによる設定焦点位置7の情報が送られ、超音波診断装置10は治療中もリアルタイムに治療部位である腫瘍8の状況と焦点7の位置を表示することが可能である。
Further, in the case of the phased array method, information on the set
次に、患者3は、制御回路9に制御された治療台22により、静磁場コイル18と傾斜磁場用コイル19が内蔵されている撮像用のガントリ25内に送り込まれる。このとき、超音波アプリケータ1は患者3から外されることなく、治療台22に取り付けられたまま動くため、ガントリ25から出し入れするたびに位置合わせをする必要がない。また、撮像に必要な送受信用RFコイル20は、最初から治療孔24の周りに取り付けてある。
Next, the
次に、制御回路9は、傾斜磁場電源13及び送受信回路14をコンソール16により指示した所定のシーケンス(例えばT2強調撮像法)で起動し、患者3の体内の3次元の画像情報をメモリ内(図示しない)に記憶する。
Next, the control circuit 9 activates the gradient magnetic
ここで、患者3の体内のMRI画像に基づき、予め治療計画を立てることが可能である。
Here, it is possible to make a treatment plan in advance based on the MRI image in the body of the
MRI画像が得られると、患者3をガントリ25内に入れた状態で制御回路9に記憶された焦点7の位置と腫瘍8の位置との一致状態をチェックし、制御回路9が超音波照射の開始を駆動回路部12に指示し、治療が開始される。
When the MRI image is obtained, the matching state between the position of the
患者3をガントリ25から出し入れする必要がなければ、治療と観察の時間ずれや、その間での患者3の動きのリスクを少なくすることができる。
If it is not necessary to put the
当初の治療計画の中間、又は終了と思われる時点で超音波の照射を停止し、治療の進行状況を観察する。腫瘍8周囲のMRI画像を撮像し、生体の変化を調べる。この間も、超音波アプリケータ1は患者3に付けたままである。ここで、治療前にメモリ上に記憶しておいたT2強度画像のデータと今回のデータをサブトラクションすることにより、熱変位領域が明瞭に確認でき、治療が十分に行われたのか、或いは不十分で再治療が必要かを判断できる。また、当初から治療計画に盛り込んでおいて、所定治療時間おきに自動的に撮像することも可能である。
Ultrasound irradiation is stopped in the middle of the initial treatment plan, or at the time when it seems to be completed, and the progress of treatment is observed. An MRI image around the
MRI装置による治療効果判定で十分治療が完了したと判断できる状況になったら、操作者は治療を終了する。このとき、制御回路9は治療条件の履歴をメモリから呼び出し、治療記録をCRT23から出力できる。通常送受用RFコイルとして全身用RFコイルが使われるが、治療領域のみモニタできれば十分なので、局所的に感度を有し、かつ、S/Nの高い表面コイル(体腔内コイルも含まれる)を使用しても良い。
When it becomes possible to determine that the treatment has been sufficiently completed by the treatment effect determination by the MRI apparatus, the operator ends the treatment. At this time, the control circuit 9 can call the history of treatment conditions from the memory and output the treatment record from the
なお、本実施形態においては乳癌の治療について説明したが、皮膚や前立腺等の他の腫瘍についても同様に説明できる。また、超音波アプリケータは本実施形態のような下方アプリケータだけでなく、メカニカルアーム17で移動させることにより、上方アプリケータでも用いることができる。
In the present embodiment, the treatment of breast cancer has been described, but other tumors such as skin and prostate can be described in the same manner. Further, the ultrasonic applicator can be used not only in the lower applicator as in the present embodiment but also in the upper applicator by being moved by the
以上のように、MRI内で高周波磁場が印加された場合、超音波トランスデューサ2の電極内に渦電流が発生し、MR画像にアーチファクトが発生してしまう。この渦電流による影響を低減するための電極のパターンについて、以下、説明する。
As described above, when a high-frequency magnetic field is applied in the MRI, an eddy current is generated in the electrode of the
以下、本実施形態の特徴である超音波トランスデューサ2の形状、及び電極のパターンについて説明する。本実施形態の電極のパターンを説明する前に、電極のパターンの大きさや形状によって渦電流の時定数等がどのように変化するのか検討する。
Hereinafter, the shape of the
(検討1)
まず、電極の大きさによる時定数の変化について図3を参照しつつ検討する。図3は電極の上面図である。この検討においては、膜厚が一定の導電性金属からなる電極に渦電流が流れるとき、その電極のパターンの大きさによって時定数がどのように変化するのか検討する。
(Examination 1)
First, the change of the time constant depending on the size of the electrode will be examined with reference to FIG. FIG. 3 is a top view of the electrode. In this examination, when an eddy current flows through an electrode made of a conductive metal having a constant film thickness, it will be examined how the time constant changes depending on the size of the electrode pattern.
図3(a)に示すような、スリットが形成されていない長方形の電極30(縦の長さがa、横の長さがb、膜厚t)に、均一な磁束密度B1の変動磁場が貫く場合の時定数をT1とする。また、図3(b)に示すような、電極30の縦横の長さがk倍になった長方形の電極31(縦の長さがka、横の長さがkb、膜厚t)に、均一な磁束密度B1の変動磁場が貫く場合の時定数をT2とする。このT1とT2との関係式を求めてみる。
As shown in FIG. 3 (a), (length a vertical, horizontal length is b, the thickness t) a
図3(a)に示す電極30において、電極30の中心O1のまわりに渦電流が流れる場合のループ(矢印A)に沿ったインダクタンスをL1とし、抵抗をR1とする。同様に、図3(b)に示す電極31において、中心O2のまわりに渦電流が流れる場合のループ(矢印A)に沿ったインダクタンスをL2とし、抵抗をR2とする。
In the
渦電流が流れるループは電極30と電極31とで相似形になるため、電極のインダクタンスL2は、以下の式(1)で表される。
L2=k・L1・・・・・式(1)
また、膜厚が同じtであり、金属の断面積がk倍、ループ長がk倍となるため、抵抗R2は、以下の式(2)で表される。
R2=R1・・・・・式(2)
時定数TはT=L/Rで表されることから、T2は以下の式(3)で表される。
T2=k・T1・・・・・式(3)
Since loop eddy current flows becomes similar shape by the
L 2 = k · L 1 Equation (1)
Further, since the film thickness is the same t, the cross-sectional area of the metal is k times, and the loop length is k times, the resistance R 2 is expressed by the following equation (2).
R 2 = R 1 Formula (2)
Since the time constant T is represented by T = L / R, T 2 is represented by the following formula (3).
T 2 = k · T 1 Equation (3)
以上の検討により、膜厚tが一定で、相似比がk倍の電極における時定数はk倍になることが分かる。なお、便宜的にこの検討結果を結論1とする。
From the above examination, it can be seen that the time constant of an electrode having a constant film thickness t and a similarity ratio of k times is k times. For the sake of convenience, the result of this study is
(検討2)
次に、電極にスリットを形成して複数の電極に分割した場合の時定数の変化について、図4を参照しつつ説明する。図4は電極の上面図である。
(Examination 2)
Next, changes in the time constant when the slit is formed in the electrode and divided into a plurality of electrodes will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a top view of the electrode.
図4(a)に示すような、スリットが形成されていない長方形の電極32(縦の長さ2c、横の長さ2d、膜厚t)に、均一な磁束密度B1の変動磁場が貫く場合の時定数をT3とする。 As shown in FIG. 4 (a), the slits are not formed rectangular electrode 32 (vertical length 2c, lateral length 2d, thickness t), a variable magnetic field of uniform magnetic flux density B 1 is penetrating the constant and T 3 when the case.
また、図4(b)に、電極32にスリット33a、33bが形成された電極34を示す。スリット33aは電極32の縦軸に平行で、横幅の中心を通って形成され、スリット33bは横軸に平行で、縦幅の中心を通って形成されている。スリット33aとスリット33bとは、電極32の中心点で交わっている。このように2本のスリット33a、33bを形成することにより、電極32は4分割されることになり、縦の長さc、横の長さd、及び膜厚tの独立した4枚の電極32a、32b、33c、33dが存在することになる。均一な磁束密度B1の変動磁場が電極を貫く場合、4分割された電極32の各電極32a〜32dの時定数をT4とする。
FIG. 4B shows an
また、図4(c)に、電極34を示す。この電極34は、図4(b)に示す電極の中心部分で4枚の電極32a、32b、32c、32dがそれぞれ接続された形状となっている。換言すると、この電極34は、図4(a)に示す電極32の中心付近を除いて、縦幅及び横幅の中心を通って4本のスリット35a〜35dが形成されていることになる。この電極34全体に、均一な磁束密度B1の変動磁場が貫く場合の全体の時定数をT5とする。
FIG. 4C shows the
4分割された各電極32a等の時定数は、上述の結論1から、T4=(1/2)・T3が成立する。また、図4(c)に示す電極34の渦電流のパターンは、図4(b)に示す電極32a等の渦電流のパターンが、中心部分のみで繋がっただけの形をなしていると考えられる。従って、電極34の中心部分においては電流の流れがほとんど相殺されて「0」となるため、渦電流パターンそのものの形に影響をほとんど与えないと考えられる。この結果、図4(c)に示す電極34の時定数T5はT4とほぼ等しくなる。
From the
以上の検討により、例えば、図4(a)に示すような電極32に、中心部分を除いてスリット35a〜35dを形成し、図4(b)に示すような電極34にすると、電極32を4分割した場合の時定数と同じにすることが可能となる。この検討結果を結論2とする。
From the above examination, for example, when the
(検討3)
次に、圧電セラミックスの表面に形成されている電極の形状が超音波トランスデューサの振動モードに与える影響について、図5を参照しつつ説明する。図5は超音波トランスデューサ2の断面図である。
(Examination 3)
Next, the influence of the shape of the electrode formed on the surface of the piezoelectric ceramic on the vibration mode of the ultrasonic transducer will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the
図5に示すように、分極処理された圧電セラミックス5は、一方の面に電極36が形成され、他方の面に電極37が形成され、電極36と電極37とで挟まれている。電極36には高周波電圧が印加され、電極37はアースに接地されている。そして、圧電セラミックス5のうち、電極36と電極37とで挟まれて電場が生じている部分のみに機械振動が発生する。同図に示すように、電極36に形成されたスリット33aの部分には機械振動はほとんど発生しない。そのため、電極36と電極37との両方のパターンが揃っている部分だけで機械振動が生じる。換言すると、電極36と電極37とが重なっている部分だけで機械振動が生じ、片方の電極だけしかない部分では機械振動が発生しない。
As shown in FIG. 5, the polarization-treated piezoelectric ceramic 5 has an
例えば、電極36又は電極37のいずれかにスリットが形成されている場合や、両電極にスリットが形成されている場合は、スリット直下の圧電セラミックス5は機械振動を起こすことはない。また、両電極にスリットが形成されている場合で、スリットが重なっている部分では機械振動は発生しない。
For example, when a slit is formed on either the
電極にスリットを形成することにより、渦電流の時定数を短くすることができるが、圧電セラミックスに電圧を印加するための電極の面積がスリットの分だけ減少することになる。その減少分だけ超音波の出力効率が低下するが、両電極(スリット)のパターンを一致させることで、超音波の発生効率を損なうことなく、スリットを最大限に増やすことができる。つまり、スリットパターンを一致させることで、スリットが形成されていない電極によって圧電セラミックスに電圧が印加された状態に近づけることができる。 By forming the slit in the electrode, the time constant of the eddy current can be shortened, but the area of the electrode for applying a voltage to the piezoelectric ceramic is reduced by the amount of the slit. Although the output efficiency of the ultrasonic wave is reduced by the decrease, the slits can be increased to the maximum without impairing the generation efficiency of the ultrasonic wave by matching the patterns of both electrodes (slits). In other words, by matching the slit patterns, it is possible to approach a state in which a voltage is applied to the piezoelectric ceramic by the electrode in which no slit is formed.
上記の検討により、両電極のスリットパターンが重なるようにスリットを形成することにより、超音波トランスデューサ2の機械振動モードにほとんど影響を与えることないため、超音波の出力効率を維持しつつ渦電流の時定数を短くすることができる。この検討結果を結論3とする。
As a result of the above examination, the slit is formed so that the slit patterns of the two electrodes overlap each other, so that the mechanical vibration mode of the
(検討4)
次に、電極にスリットを形成して電極を分割した場合において、電極に発生する渦電流による機械振動モードについて、図6を参照しつつ説明する。図6は超音波トランスデューサの斜視図である。
(Examination 4)
Next, a mechanical vibration mode due to an eddy current generated in the electrode when the electrode is divided by forming a slit in the electrode will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a perspective view of the ultrasonic transducer.
例えば、図6に示すような、円形状の超音波トランスデューサ2を用いて説明する。この超音波トランスデューサ2の少なくとも一方の電極38(例えば表電極)には、スリット39a、39bが形成されている。但し、両電極にスリットが形成されている場合や裏電極にスリットが形成されている場合もこの検討結果と同じ結果になる。説明を簡潔にするため、片面の電極のみにスリットが形成されているものとして検討する。
For example, a description will be given using a circular
このスリットは、図6に示すように、超音波トランスデューサ2の中心軸Oを対称軸として、回転対称とならないように形成されている。具体的に説明すると、円形状の超音波トランスデューサ2の直径に沿って1本のスリット39aが形成されている。このスリットの長さは円の直径と同じである。また、そのスリットの中心点(円の中心点)から円の端部に向かって延びる、そのスリット39aと直交する別のスリット39bが形成されている。このスリットの長さは、円の半径と同じである。
As shown in FIG. 6, the slit is formed so as not to be rotationally symmetric with the central axis O of the
この2本のスリット39a、39bで分割された結果、最も面積が大きい電極38aと、その電極38aの半分の面積の電極38b、38cとからなる。このようなスリットによって分割された電極38a〜38cは、中心軸Oを対称軸とした場合、回転対称となるような形状となっていない。具体的に説明すると、nを2以上の整数とした場合に、略(360/n)°の回転対称となるような形状になっていない。従って、中心軸Oを回転軸として超音波トランスデューサ2を180°回転させても電極のパターンは一致しない。また、例えば、120°回転させても、90°回転させても電極のパターンは一致することはない。
As a result of being divided by the two
ここで、分割された各電極の重心をそれぞれ、G1、G2、G3とする。具体的には、電極38aの重心をG1とし、電極38bの重心をG2とし、電極38cの重心をG3とする。電極に作用する力をそれぞれ、F1、F2、F3とする。具体的には、電極38aに作用する力をF1とし、電極38bに作用する力をF2とし、電極38cに作用する力をF3とする。また、直径に沿って形成されたスリット39aを回転軸Lとする。そして、その回転軸から各電極の重心までの距離を、L1、L2、L3とする。具体的には、電極38aの重心G1までの距離をL1とし、電極38bの重心G2までの距離をL2とし、電極38cの重心G3までの距離をL3とする。磁束密度が超音波トランスデューサ2の全域にわたってほぼ均一と考えられるため、一般的に全体のトルクTは次式(4)で表されるように、「0」となることはない。
T=F1・L1−F2・L2―F3・L3≠0・・・・・式(4)
Here, the centers of gravity of the divided electrodes are denoted as G 1 , G 2 , and G 3 , respectively. Specifically, the center of gravity of the
T = F1, L1-F2, L2-F3, L3 ≠ 0 Equation (4)
このとき、超音波トランスデューサ2には、各電極で発生する渦電流と静磁場との相互作用によるローレンツ力によって「0」になるとは限らないトルクが発生するため、渦電流によって並進運動以外の複雑な機械振動が超音波トランスデューサ2に発生する。この複雑な機械振動が減衰しにくい場合、MR画像にアーチファクトが発生しやすくなる。
At this time, the
つまり、電極に形成するスリットのパターンを中心軸に対して回転対称(nを整数とした場合に、(360/n)°の回転対称)に形成すると、全体のトルクTは「0」となり、並進運動の機械振動のみが残り、それ以外の複雑な機械振動が発生することはない。その結果、機械振動モードは簡単になり、MR画像にアーチファクトが発生しづらくなる。この検討結果を結論4とする。 That is, if the slit pattern formed on the electrode is formed rotationally symmetrical with respect to the central axis (where n is an integer, rotational symmetry of (360 / n) °), the overall torque T is “0”. Only translational mechanical vibrations remain, and no other complicated mechanical vibrations occur. As a result, the mechanical vibration mode is simplified and artifacts are less likely to occur in the MR image. The result of this study is conclusion 4.
(検討5)
次に、渦電流が発生しづらい電極(スリット)のパターンについて図7及び図8を参照しつつ説明する。図7はトポロジーの樹形図を説明するための図である。図8は、電極の上面図である。
(Examination 5)
Next, an electrode (slit) pattern in which eddy current is less likely to occur will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram for explaining a tree diagram of the topology. FIG. 8 is a top view of the electrode.
渦電流を発生しづらくするためには、電極に渦電流の大きなループを形成しないようにスリットを形成すれば良い。電極にスリットを形成した場合であっても、そのスリットのパターンによっては電極全体に大きな渦電流が発生してしまい、スリットを形成した効果が薄れてしまう場合がある。従って、大きなループを描く渦電流が発生しにくいスリットを形成する必要がある。このため、グラフ理論におけるトポロジーの考え方を導入する。 In order to make it difficult to generate an eddy current, a slit may be formed so as not to form a loop with a large eddy current in the electrode. Even when a slit is formed in the electrode, depending on the slit pattern, a large eddy current may be generated in the entire electrode, and the effect of forming the slit may be reduced. Therefore, it is necessary to form a slit in which an eddy current that draws a large loop is difficult to occur. For this reason, we introduce the concept of topology in graph theory.
ここで、トポロジーのオイラー標数について図7を参照しつつ説明する。トポロジーにおいて、「任意の2つの頂点を結ぶルートが1通りしかないという特徴付けができる図形」(すなわち、ループが全くない図形)として「樹形図」が知られている。例えば、図7(a)はトポロジーにおける「樹形図」であるが、図7(b)は「樹形図」ではない。 Here, the Euler characteristic of the topology will be described with reference to FIG. In the topology, a “dendrogram” is known as “a figure that can be characterized as having only one route connecting any two vertices” (that is, a figure having no loop at all). For example, FIG. 7A is a “tree diagram” in the topology, but FIG. 7B is not a “tree diagram”.
図7(a)、(b)には、点40a〜40hと、点同士を接続する辺41a〜41gとが示されている。図7(a)に示す図形においては、例えば、点40aと点40cとは辺41aで接続され、点40bと点40cとは辺41bで接続されている。点40d〜40fも同様に辺41c〜41eで接続されている。
7A and 7B show
図7(b)に示す図形においては、図7(a)の図形と同様に、点40aと点40cとは辺41aで接続され、点40bと点40cとは辺41bで接続されている。しかし、点40cと点40dの間に、点40gと点40hが設けられ、点40gと点40hとは、2本の辺、辺41fと辺41gで接続されている。従って、点40g、40hと、辺41f、41gとでループを形成している。
In the graphic shown in FIG. 7B, similarly to the graphic of FIG. 7A, the
トポロジーにおける「樹形図」は、任意の辺を切断すると、必ず2つの部分に分けられるという特徴がある。図7(a)においては、例えば、辺41cを切断すると、点40a〜40cからなる部分と、点40d〜40fからなる部分とに分けられる。また、他の辺を切断しても必ず2つの部分に分けられる。従って、図7(a)に示されている図形は、トポロジーの「樹形図」に該当する。
The “dendrogram” in the topology has a feature that when an arbitrary side is cut, it is always divided into two parts. In FIG. 7A, for example, when the
一方、図7(b)において、例えば、辺41cを切断すると、点40a〜40cからなる部分と、点40d〜40hからなる部分とに分けられるが、辺41f又辺41gを切断しても、点40gと点40hとは辺41f又は辺41gで接続されたままとなり、2つの部分に分けられることはない。従って、図7(b)に示されている図形は、トポロジーの「樹形図」に該当しない。
On the other hand, in FIG. 7B, for example, when the
また、「樹形図」は、オイラー標数が「1」になるという特徴がある。対象とする図7(a)、(b)の図形Pは2次元の平面グラフとみなせるため、オイラー標数χ(P)は次式(5)で定義され、トポロジー不変量であることが知られている。
オイラー標数χ(P)=(頂点の数)−(辺の数)・・・・・式(5)
The “dendrogram” has a characteristic that the Euler characteristic is “1”. Since the target figure P in FIGS. 7A and 7B can be regarded as a two-dimensional plane graph, the Euler characteristic χ (P) is defined by the following equation (5) and is known to be a topology invariant. It has been.
Euler characteristic χ (P) = (number of vertices) − (number of sides) (5)
例えば、図7(a)の図形の頂点40a〜40fの数は「6」であり、辺41a〜41eの数は「5」であるため、オイラー標数χ(P)は「1」となる。一方、図7(b)の図形の頂点40a〜40hの数は「8」であり、辺41a〜41gの数は「8」であるため、オイラー標数χ(P)は「0」となる。
For example, since the number of
このトポロジーにおける「樹形図」の考え方を、超音波トランスデューサ2の電極のスリットパターンに応用する。スリットを形成することにより分割された各電極を上記「樹形図」の「点」で表す。そして、隣接する電極同士を接続した場合、その接続点を上記「樹形図」の「辺」で表す。なお、接続点はスリットにより分割された各電極の大きさに対して十分に小さく狭い間隔となっている。つまり、各電極をスリットによって完全に分割するのではなく、僅かな間隔によって接続することで、隣接する電極同士を接続する。
The concept of “dendrogram” in this topology is applied to the slit pattern of the electrodes of the
以上の検討により、スリットによって分割された各電極を「点」とみなし、それらをトポロジーの「樹形図」(必要条件がオイラー標数=1)となるように接続すれば、各電極をつないでも大きなループが生じず、渦電流を低減することが可能となる。この検討結果を結論5とする。 Based on the above examination, each electrode divided by the slit is regarded as a “point”, and if they are connected so as to be a “tree diagram” of the topology (required condition is Euler characteristic = 1), the electrodes are connected. However, a large loop does not occur, and eddy current can be reduced. The result of this study is conclusion 5.
この「樹形図」の考え方をスリット形成に応用した例について、図8を参照しつつ説明する。図8は、超音波トランスデューサの表面に形成された電極の上面図である。 An example in which the concept of this “dendrogram” is applied to slit formation will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a top view of the electrodes formed on the surface of the ultrasonic transducer.
例えば、図8(a)に示すように、円形状の電極にスリット42a〜42dを形成することで、9個の電極43a〜43iに分割されているものとする。この分割された電極43a〜43iがこの発明の「小電極」に相当する。そして、各電極43a〜43iを「点」で表し、各電極間の接続点を「辺」で表し、図8(b)に示す「樹形図」になるように、各「点」を「辺」で接続する。
For example, as illustrated in FIG. 8A, it is assumed that
図8(b)に示されている図形は、「樹形図」となるための必要条件である「オイラー標数=1」の条件を満たしている。この例においては、点43aと点43d、点43dと点43gを接続し、点43bと点43e、点43eと点43hを接続し、点43cと点43f、点43fと点43iを接続し、さらに、点43gと点43h、点43hと点43iを接続している。
The graphic shown in FIG. 8B satisfies the condition “Euler characteristic = 1”, which is a necessary condition for becoming a “tree diagram”. In this example,
この「樹形図」に基づいて各電極を接続すると、図8(c)に示す電極になる。図8(c)に示されている電極は、電極43aと電極43dとがスリット42dに形成された僅かな隙間によって接続されている。その他の電極についても同様に、スリットに僅かな隙間が形成されて接続されている。このスリットに形成された僅かな隙間がこの発明の「接続点」に相当する。
When the electrodes are connected based on this “dendrogram”, the electrodes shown in FIG. In the electrode shown in FIG. 8C, the
この図8(c)に示されている電極においては、仮に分割された各電極内で渦電流が発生しても、電極全体として大きなループを描くような渦電流が発生することはない。つまり、分割された各電極はその面積が小さいため、その中で渦電流が発生しても全体に与える影響は小さくて済み、全体として大きなループを描く渦電流が発生しづらくなるため、渦電流の影響を低減することが可能となる。 In the electrode shown in FIG. 8C, even if an eddy current is generated in each of the divided electrodes, an eddy current that draws a large loop as a whole does not occur. In other words, each divided electrode has a small area, so even if an eddy current is generated in it, the effect on the whole is small, and it is difficult to generate an eddy current that draws a large loop as a whole. It becomes possible to reduce the influence of.
また、電極の中心軸に対して回転対称となるようにスリットを設けても良い。例えば、図8(d)に示す図形のように、点44eを中心として放射状に辺を延ばして各点を接続する。この「樹形図」においては、点44eを回転の中心とした、90°回転対称になっている。この「樹形図」に基づいて電極を接続すると、図8(e)に示すような電極となる。
Moreover, you may provide a slit so that it may become rotationally symmetrical with respect to the central axis of an electrode. For example, as in the figure shown in FIG. 8D, the points are connected by extending the sides radially around the
図8(e)に示すように、電極44b、44d、44f、44hを囲むようにスリット45a〜45dが形成されている。さらに、僅かな隙間(接続点)でスリット45a〜45dを分断し、電極44b、44d、44f、44hはそれぞれ電極44eと接続されている。
As shown in FIG. 8E, slits 45a to 45d are formed so as to surround the
また、電極44a、44c、44g、44iも電極44eに接続されている。各電極間の接続点の幅は、各電極の辺の長さよりも十分に狭くすることで、各電極は個別の電極として扱うことができる。例えば、電極44aと電極44eとは接続されているが、その2つの電極が接続しながらも個別の電極とみなせるためには、その接続点の幅が十分に狭いことが必要である。例えば、各電極の1辺の長さの数分の1程度の幅である必要がある。同様に、電極44bと電極44eとは接続されているが、個別の電極とみなせるためには、スリットに形成された接続点の幅が十分に狭いことが必要である。他の電極同士の接続についても同様に、各電極が個別の電極とみなせるように、接続点の幅が十分に狭いことが必要である。
The
この電極は、中心軸Oを回転軸とした90°回転対称になっている。このように回転対称となるようにスリットが形成されて各電極が配置されると、各電極に作用するトルクTの大きさが全体で相殺され「0」となり、並進運動以外の複雑な機械振動の発生を抑えることが可能となる。 This electrode is 90 ° rotationally symmetric with the central axis O as the rotation axis. When the slits are formed so as to be rotationally symmetric in this manner and the respective electrodes are arranged, the magnitude of the torque T acting on each electrode is canceled as a whole and becomes “0”, which is a complicated mechanical vibration other than translational motion. Can be suppressed.
以上のように、5つの事項について検討を行った。この検討結果を踏まえて、以下にこの発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの電極パターンについて、図8乃至図14を参照しつつ説明する。 As described above, five items were examined. Based on the result of this study, the electrode pattern of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[第1の実施の形態]
この発明の第1の実施形態に係る超音波トランスデューサについて説明する。第1の実施形態においては、単板の圧電セラミックスからなる超音波トランスデューサについて説明する。この超音波トランスデューサ2の一方の面に形成されている電極(例えば、高周波電圧が印加される表電極)が、図8(c)に示されている電極のパターンを有する場合、反対の面に形成されている電極(アースに接地される裏電極)のパターンも図8(c)に示されているパターンにする。
[First Embodiment]
An ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, an ultrasonic transducer made of a single plate piezoelectric ceramic will be described. When an electrode (for example, a front electrode to which a high-frequency voltage is applied) formed on one surface of the
電極にスリットを形成すること自体で渦電流の時定数を短くすることができる(結論1、及び結論2)。また、任意にスリットを形成するのではなく、図8(c)に示す「樹形図」のパターンを有することにより、大きなループを描く渦電流の発生を抑制することが可能となる(結論5)。
The time constant of eddy current can be shortened by forming a slit in the electrode itself (
さらに、超音波トランスデューサ2の両面の電極にこのパターンを採用することにより、両面の電極で渦電流の時定数を小さくし、渦電流の発生を更に抑制することが可能となる。単板の超音波トランスデューサの場合、表電極又は裏電極の片方だけにスリットを設けたのでは、その片方の電極に大きなループを描く時定数が長い渦電流が発生してしまう。従って、片方だけでなく両電極に図8(c)に示すパターンを採用することにより、片方だけに採用した場合よりも、さらに渦電流の発生を抑制することが可能となる。
Further, by adopting this pattern for the electrodes on both surfaces of the
また、図8(c)に示すパターンを両面の電極に採用することで、同じパターンの電極で圧電セラミックスを挟むことになる。電極(スリット)のパターンが両電極で完全に一致する場合、超音波の発生効率を損なうことなく、スリットを最大限に増やすことが可能となる(結論3)。つまり、スリットを形成することで渦電流の発生を抑制することができるが、圧電セラミックスに電圧を印加するための電極の面積がスリットの分だけ減少することになる。元々その減少分だけ超音波の出力効率が低下するが、電極(スリット)のパターンを一致させることで、超音波の発生効率を損なうことなく、スリットを最大限に増やすことが可能となる。全部が重なるようにスリットを形成すると、スリットが形成されていない電極によって電圧が印加された場合の超音波の出力に近づけることが可能となる。従って、スリットのパターンの1部分又は全部が重なるように形成することで、圧電セラミックスの機械振動の発生状態にほとんど影響を与えることなく、渦電流の時定数を短くすることができる。 Further, by adopting the pattern shown in FIG. 8C for the electrodes on both sides, the piezoelectric ceramic is sandwiched between the electrodes of the same pattern. When the pattern of the electrodes (slits) completely coincides with both electrodes, it is possible to increase the number of slits to the maximum without impairing the generation efficiency of ultrasonic waves (Conclusion 3). That is, the formation of the slit can suppress the generation of eddy current, but the area of the electrode for applying a voltage to the piezoelectric ceramic is reduced by the amount of the slit. Originally, the output efficiency of ultrasonic waves is reduced by the reduction amount. However, by matching the electrode (slit) patterns, it is possible to increase the number of slits to the maximum without impairing the generation efficiency of ultrasonic waves. If the slits are formed so that they all overlap, it is possible to approach the output of ultrasonic waves when a voltage is applied by an electrode in which no slit is formed. Therefore, the time constant of eddy current can be shortened with almost no influence on the mechanical vibration occurrence state of the piezoelectric ceramic by forming the slit patterns so that one part or all of them overlap.
また、両電極でスリットのパターンが完全に一致しなくても、時定数を十分小さくして渦電流の影響を減少させることができる。例えば、一方の電極(例えば裏電極)のパターンが図9に示すように、分割された電極43aと電極43bとが接続し、電極43bと電極43cとが接続しているものであっても構わない。この場合、電極43gと電極43h、電極43hと電極43iは完全に分離している。この電極パターンと図8(c)に示されている電極パターンとは一致しないが、両電極ともオイラー標数は「1」となっているため、渦電流の発生を低減することができる。
Further, even if the slit patterns do not completely coincide with each other, the time constant can be made sufficiently small to reduce the influence of eddy current. For example, as shown in FIG. 9, the pattern of one electrode (for example, the back electrode) may be such that the divided
[第2の実施の形態]
次に、この発明の第2の実施形態に係る超音波トランスデューサについて説明する。第2の実施形態においても、単板の圧電セラミックスからなる超音波トランスデューサについて説明する。この超音波トランスデューサ2の一方の面に形成されている電極(例えば表電極)が、図8(e)に示されている電極のパターンを有する場合、反対の面に形成されている電極(例えば裏電極)のパターンも図8(e)に示されているパターンにする。
[Second Embodiment]
Next explained is an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the invention. Also in the second embodiment, an ultrasonic transducer made of a single-plate piezoelectric ceramic will be described. When the electrode (for example, the front electrode) formed on one surface of the
第1の実施形態と同様に、スリットを形成すること自体で渦電流の時定数を短くすることができる(結論1、及び結論2)。また、任意にスリットを形成するのではなく、図8(e)に示す「樹形図」のパターンを有することにより、大きなループを描く渦電流の発生を抑制することが可能となる(結論5)。さらに、超音波トランスデューサ2の両面の電極にこのパターンを採用することにより、両面の電極で渦電流の時定数を小さくし、渦電流の発生を抑制することが可能となる。また、図8(e)に示すパターンを両面の電極に採用することで、同じパターンの電極で圧電セラミックスを挟むことになる。スリットのパターンが両電極で完全に一致する場合、超音波の発生効率を損なうことなく、最大限にスリットを増やすことが可能となる。(結論3)。
Similar to the first embodiment, the time constant of the eddy current can be shortened by forming the slit itself (
また、第1の実施形態と同様に、両電極でスリットのパターンが完全に一致しなくても、時定数を十分小さくして渦電流の影響を減少させることができる。両電極のスリットのパターンが一致しなくても、両電極のオイラー標数が「1」であれば、渦電流の発生を低減することが可能となる。 Similarly to the first embodiment, even if the slit patterns do not completely coincide with each other, the time constant can be made sufficiently small to reduce the influence of eddy current. Even if the slit patterns of both electrodes do not match, if the Euler characteristic of both electrodes is “1”, the generation of eddy currents can be reduced.
さらに本実施形態においては、電極のパターンが中心軸Oを回転軸として、90°回転対称になっている。従って、上述した結論4により、全体のトルクTは「0」となり、並進運動の機械振動のみが残り、それ以外の複雑な機械振動が発生することはない。その結果、画像にアーチファクトが発生しづらくなる。 Further, in the present embodiment, the electrode pattern is 90 ° rotationally symmetric with the central axis O as the rotation axis. Therefore, according to the conclusion 4 described above, the total torque T becomes “0”, only the translational mechanical vibration remains, and no other complicated mechanical vibration occurs. As a result, artifacts are less likely to occur in the image.
[第3の実施の形態]
次に、この発明の第3の実施形態に係る超音波トランスデューサについて、図10を参照しつつ説明する。第3の実施形態おいては、複数の振動子が配置されたフェーズドアレイ・トランスデューサについて説明する。図10は、フェーズドアレイ・トランスデューサの上面図である。
[Third Embodiment]
Next, an ultrasonic transducer according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a phased array transducer having a plurality of transducers will be described. FIG. 10 is a top view of the phased array transducer.
複数の振動子が配置されているフェーズドアレイ・トランスデューサの場合、高周波電圧が印加される電極(表電極)とアースに接地される電極(裏電極)は、振動子ごとに分断されている。表電極には複数の独立した高周波電圧が個別に振動子に印加される。また、アースに接地されている電極(裏電極)は、同一の電位に保つために各電極が相互に接続されている必要がある。上述した結論5を適用すれば、大きなループを描く渦電流が発生しないように各電極を接続することができ、渦電流による画像のアーチファクトを低減できる。 In the case of a phased array transducer in which a plurality of vibrators are arranged, an electrode to which a high-frequency voltage is applied (front electrode) and an electrode grounded to the ground (back electrode) are divided for each vibrator. A plurality of independent high-frequency voltages are individually applied to the vibrator on the surface electrode. In addition, electrodes (back electrodes) that are grounded to earth must be connected to each other in order to maintain the same potential. By applying the above-described conclusion 5, each electrode can be connected so as not to generate an eddy current that draws a large loop, and image artifacts due to the eddy current can be reduced.
図10(a)に示すように、中心軸Oを回転軸として、各振動子46が180°回転対称に配置されているフェーズドアレイ・トランスデューサについて説明する。このトランスデューサは、全体として長方形の形状を有し、各振動子46も長方形の形状を有している。各振動子46は、隣接する振動子同士で接続することなく、独立して配置されている。
As shown in FIG. 10A, a phased array transducer will be described in which each
この各振動子46に対する裏電極について説明する。上述したように、スリットにより分割された各電極を「点」で表し、接続点を「辺」で表し、結論4と結論5を適用すると、図10(b)に示す「樹形図」が考えられる。
The back electrode for each
図10(b)に示すパターンは、中心軸Oを回転軸として、180°回転対称になるように、各点が辺によって接続されている。また、中心軸Oを通過する辺により、点47aと、その点47aと180°回転対称の位置に配置されている点47dとが接続されている。この図形は、「樹形図」となるための必要条件である「オイラー標数=1」の条件を満たしている。
In the pattern shown in FIG. 10B, each point is connected by a side so as to be 180 ° rotationally symmetric with the central axis O as the rotation axis. Further, a
この「樹形図」に基づいて各電極を接続すると、図10(c)に示す電極になる。図10(c)に示されている電極は、電極47aと、電極47dとが中心軸Oを挟んで接続されている。なお、各電極はスリットによって分割されつつ、僅かな隙間(接続点)が形成されて隣接する電極と接続されている。この図10(c)に示されている電極においては、仮に分割された各電極内で渦電流が発生しても、電極全体として大きなループを描くような渦電流が発生することはない。つまり、分割された各電極はその面積が小さいため、その中で渦電流が発生しても全体に与える影響は小さく、全体として大きなループを描く渦電流が発生しづらくなるため、渦電流の影響を低減することが可能となる。
When the electrodes are connected based on this “dendrogram”, the electrodes shown in FIG. In the electrode shown in FIG. 10C, the
また、中心軸Oを回転軸として180°回転対称に配置及び接続されているため、全体のトルクTは「0」となり、並進運動の機械振動のみが残り、それ以外の複雑な機械振動が発生することはない。その結果、画像にアーチファクトが発生しづらくなる。 In addition, since the central axis O is rotationally arranged and connected 180 °, the overall torque T is “0”, and only translational mechanical vibration remains, and other complicated mechanical vibrations are generated. Never do. As a result, artifacts are less likely to occur in the image.
本実施形態においては、各振動子が180°回転対称に配置されている場合について説明した。これと同様に、90°回転対称に配置されている場合について説明する。図11(a)に示すように、本実施形態に係るフェーズドアレイ・トランスデューサは複数の振動子48が規則的に配置されている。本実施形態においては、中心軸Oを対称軸として、90°回転対称になるように、各振動子48が配置されている。
In the present embodiment, the case has been described in which the vibrators are arranged in 180 ° rotational symmetry. Similarly, the case where they are arranged in 90 ° rotational symmetry will be described. As shown in FIG. 11A, the phased array transducer according to this embodiment has a plurality of
この各振動子48に対する裏電極について説明する。上述したように、各電極を「点」で表し、接続点を「辺」で表し、結論4と結論5を適用すると、図11(b)に示す「樹形図」が考えられる。
The back electrode for each
図11(b)に示すパターンは、中心軸Oを回転軸として、90°回転対称になるように、各点が辺によって接続されている。この図形は、「樹形図」となるための必要条件である「オイラー標数=1」の条件を満たしている。 In the pattern shown in FIG. 11B, each point is connected by a side so as to be 90 ° rotationally symmetric with the central axis O as the rotation axis. This figure satisfies the condition of “Euler characteristic = 1”, which is a necessary condition for becoming a “tree diagram”.
この「樹形図」に基づいて各電極を接続すると、図11(c)に示す電極になる。図11(c)に示されている電極は、例えば、電極49bと電極49fとが、スリット50に形成された僅かな隙間によって接続されている。また、電極49aと電極49fとが、僅かな隙間(接続点)によって接続されている。その他の電極についても同様に、スリットに僅かな隙間(接続点)が形成されて接続されている。この電極において、仮に分割された各電極内で渦電流が発生しても、電極全体として大きなループを描くような渦電流が発生することはない。つまり、分割された各電極はその面積が小さいため、その中で渦電流が発生しても全体に与える影響は小さく、全体として大きなループを描く渦電流が発生しづらくなるため、渦電流の影響を低減することが可能となる。
When the electrodes are connected based on this “dendrogram”, the electrodes shown in FIG. In the electrode shown in FIG. 11C, for example, the
また、中心軸Oを回転軸として90°回転対称に配置及び接続されているため、全体のトルクTは「0」となり、並進運動の機械振動のみが残り、それ以外の複雑な機械振動が発生することはない。その結果、画像にアーチファクトが発生しづらくなる。 In addition, since the central axis O is arranged and connected to be 90 ° rotationally symmetric with respect to the rotation axis, the overall torque T becomes “0”, and only translational mechanical vibration remains, and other complicated mechanical vibrations are generated. Never do. As a result, artifacts are less likely to occur in the image.
[第4の実施の形態]
次に、この発明の第4の実施形態に係る超音波トランスデューサについて、図12を参照しつつ説明する。第4の実施形態においても、複数の振動子が配置されたフェーズドアレイ・トランスデューサについて説明する。図12は、フェーズドアレイ・トランスデューサの上面図である。
[Fourth Embodiment]
Next, an ultrasonic transducer according to a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. Also in the fourth embodiment, a phased array transducer in which a plurality of transducers are arranged will be described. FIG. 12 is a top view of the phased array transducer.
図12(a)に示すように、中心軸Oを回転軸として、各振動子51が放射状にかつ回転対称に配置されている。このフェーズドアレイ・トランスデューサは、8個の扇型の振動子51からなり、全体として円形状の形状を有している。このフェーズドアレイ・トランスデューサの各振動子51は、中心軸Oを回転軸として45°回転対称に配置されている。
As shown in FIG. 12A, the
この振動子に対して、アースに接地されている裏電極は、同一の電位に保つために各電極が相互に接続されている必要がある。結論5を適用すれば、大きなループを描く渦電流が発生しないように各電極を接続することができ、渦電流による画像のアーチファクトを低減できる。上述したように、各電極を「点」で表し、接続点を「辺」で表し、結論4と結論5を適用すると、図12(b)に示す「樹形図」が考えられる。 With respect to this vibrator, the back electrode grounded to the earth needs to be connected to each other in order to keep the same potential. If conclusion 5 is applied, each electrode can be connected so as not to generate an eddy current that draws a large loop, and image artifacts due to the eddy current can be reduced. As described above, when each electrode is represented by “point”, the connection point is represented by “side”, and conclusions 4 and 5 are applied, a “dendrogram” shown in FIG. 12B can be considered.
図12(b)に示すパターンは、例えば、点52aと点52bとが接続され、点52bは中心軸Oに接続されている。点52c、52d等についても同様に接続されている。この「樹形図」は、中心軸Oを回転軸として、90°回転対称になるように、各点が辺によって接続されている。この図形は、「樹形図」となるための必要条件である「オイラー標数=1」の条件を満たしている。
In the pattern shown in FIG. 12B, for example, a
この「樹形図」に基づいて各電極を接続すると、図12(c)に示す電極になる。この電極は、中心軸O付近から放射状に形成されたスリット53によって8個に分割されているが、スリット53に形成された僅かな隙間(接続点)によって接続さている。例えば、電極52aと電極52bとがスリット53に形成された僅かな隙間(接続点)によって接続されている。また、電極52aと電極52eとはスリット53により分断され、電極52bと電極52cとはスリット53によって分断されている。他の電極についても同様に互いに接続及び分断されている。また、電極52a〜52hは、トランスデューサの中心において相互に接続されている。
When the electrodes are connected based on this “dendrogram”, the electrodes shown in FIG. This electrode is divided into eight pieces by
この図12(c)に示されている電極においては、仮に分割された各電極で渦電流が発生しても、電極全体としては大きなループを描くような渦電流が発生することはない。つまり、分割された電極はその面積が小さいため、その中で渦電流が発生しても全体に与える影響は小さく、全体として大きなループを描く渦電流が発生しづらくなるため、渦電流の影響を低減することが可能となる。 In the electrode shown in FIG. 12C, even if an eddy current is generated in each of the divided electrodes, an eddy current that draws a large loop as a whole does not occur. In other words, the area of the divided electrode is small, so even if eddy currents are generated in it, the effect on the whole is small, and it is difficult to generate eddy currents that draw a large loop as a whole. It becomes possible to reduce.
また、中心軸Oを回転軸として45°回転対称に配置されているため、全体のトルクTは「0」となり、並進運動の機械振動のみが残り、それ以外の複雑な機械振動が発生することはない。その結果、画像にアーチファクトが発生しづらくなる。 Since the central axis O is rotationally symmetric with respect to the rotation axis by 45 °, the overall torque T is “0” and only translational mechanical vibration remains, and other complicated mechanical vibrations are generated. There is no. As a result, artifacts are less likely to occur in the image.
[第5の実施の形態]
次に、この発明の第5の実施形態に係る超音波トランスデューサについて、図13を参照しつつ説明する。第5の実施形態においても、複数の振動子が配置されたフェーズドアレイ・トランスデューサについて説明する。図13は、フェーズドアレイ・トランスデューサの上面図である。
[Fifth Embodiment]
Next, an ultrasonic transducer according to a fifth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, a phased array transducer in which a plurality of transducers are arranged will be described. FIG. 13 is a top view of a phased array transducer.
図13(a)に示すように、複数の振動子54a〜54dが同心円で構成され、中心軸Oを中心に同心円状に配置されている。このフェーズドアレイ・トランスデューサは全体として円形状の形状を有している。円形状の各振動子54a〜54dは、スリット55によって分けられている。このように、各振動子が同心円状に形成されて配置されている場合、各振動子自体がループを形成しているため、渦電流の発生を低減することが困難となる。そこで、直径に沿ってスリット56を形成して同心円状の振動子54a〜54dを分割する。
As shown in FIG. 13A, the plurality of
例えば、図13(b)に示すように、中心に配置されている振動子54aから径方向にスリット56を形成し、各振動子54a〜54dの同心円状の形状を分割する。このように振動子54a〜54dを分割することで、円形状のループを形成することがなく、さらに、中心軸Oを回転軸として180°回転対称に各振動子を配置することができる。
For example, as shown in FIG. 13B, a
このように配置された振動子に対して、アースに接地されている電極は、同一の電位に保つために各電極が相互に接続されている必要がある。結論5を適用すれば、大きなループを描く渦電流が発生しないように各電極を接続することができ、渦電流による画像のアーチファクトを低減できる。上述したように、各電極を「点」で表し、接続点を「辺」で表し、結論4と結論5とを適用すると、図13(c)に示す「樹形図」が考えられる。 With respect to the vibrator arranged in this way, the electrodes that are grounded to the ground need to be connected to each other in order to keep the same potential. If conclusion 5 is applied, each electrode can be connected so as not to generate an eddy current that draws a large loop, and image artifacts due to the eddy current can be reduced. As described above, when each electrode is represented by “point”, the connection point is represented by “side”, and conclusions 4 and 5 are applied, a “dendrogram” shown in FIG. 13C can be considered.
図13(c)に示すパターンは、点57a〜57gが辺で一直線上に接続されている。この図形は、「樹形図」となるための必要条件である「オイラー標数=1」の条件を満たしている。
In the pattern shown in FIG. 13C, the
この「樹形図」に基づいて各電極を接続すると、図13(d)に示す電極になる。この電極は、同心円状に形成されたスリット58によって同心円の複数の電極に分割されている。さらに、中心に配置された電極57aから径方向に2本のスリット59が形成されることで同心円の電極は半円の形状に分割されている。さらに、2本のスリット59に直交する方向に、僅かな隙間が形成され、隣接する電極同士が接続されている。例えば、中心に配置された電極57aと、スリット58によって分けられた電極57bとは僅かな隙間(接続点)で接続され、また、電極57bと、スリット58によって分けられた電極57cとは僅かな隙間(接続点)によって接続されている。その他の電極についても同様にスリット58によって分割されているが、僅かな隙間(接続点)によって接続されている。
When the electrodes are connected based on this “dendrogram”, the electrodes shown in FIG. This electrode is divided into a plurality of concentric electrodes by
この図13(d)に示されている電極においては、仮に分割された各電極で渦電流が発生しても、電極全体としては大きなループを描くような渦電流が発生することはない。つまり、分割された電極はその面積が小さいため、その中で渦電流が発生しても全体に与える影響は小さく、全体として大きなループを描く渦電流が発生しづらくなるため、渦電流の影響を低減することが可能となる。 In the electrode shown in FIG. 13D, even if an eddy current is generated in each of the divided electrodes, an eddy current that draws a large loop as a whole does not occur. In other words, the area of the divided electrode is small, so even if eddy currents are generated in it, the effect on the whole is small, and it is difficult to generate eddy currents that draw a large loop as a whole. It becomes possible to reduce.
また、中心軸Oを回転軸として180°回転対称に配置されているため、全体のトルクTは「0」となり、並進運動の機械振動のみが残り、それ以外の複雑な機械振動が発生することはない。その結果、画像にアーチファクトが発生しづらくなる。 In addition, since the central axis O is rotationally symmetric with respect to the rotation axis by 180 °, the overall torque T is “0”, only the mechanical vibration of the translational motion remains, and other complicated mechanical vibrations are generated. There is no. As a result, artifacts are less likely to occur in the image.
なお、回転対称性がない電極パターンであっても構わない。例えば、図13(e)に示すように、中心に配置された電極57aから径方向に2本のスリット59が形成されることで、同心円の電極は半円の形状に分割される。スリット59によって分割する一方で、例えば、電極57aには、スリット59が形成されている部分の近傍に、電極57b、57eと接続するための接続点を形成し、電極57aと電極57b、57eとを接続する。同様に、電極57b(57e)には、スリット59が形成されている部分の近傍に、電極57c(57f)と接続するための接続点を形成している。さらに、電極57c(57f)には、スリット59が形成されている部分の近傍に、電極57d(57g)と接続するための接続点を形成している。この電極は厳密には回転対称にはならないが、全体として大きなループを描くような渦電流が発生することはない。
An electrode pattern without rotational symmetry may be used. For example, as shown in FIG. 13 (e), two
また、回転対称性がない電極の例として図14を参照しつつ説明する。図14(a)に示すように、複数の振動子60が同心円に構成され、中心軸Oを中心に同心円状に配置されている。さらに、中心に配置された振動子60aから径方向に1本のスリット61が形成され、各振動子61a〜61dの同心円状の形状を分割する。このように振動子61a〜61dを分割することで、円形状のループを形成することがない。
An example of an electrode having no rotational symmetry will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 14A, the plurality of vibrators 60 are concentrically arranged and arranged concentrically around the central axis O. Further, one slit 61 is formed in the radial direction from the
そのように配置された振動子に対して、アースに接地されている電極は、同一の電位を保つために各電極が相互に接続されている必要がある。結論5を適用すれば、大きなループを描く渦電流が発生しないように各電極を接続することができ、渦電流による画像のアーチファクトを低減できる。上述したように、各電極を「点」で表し、接続点を「辺」で表し、結論5を適用すると、図14(b)に示す「樹形図」が考えられる。 With respect to the vibrator arranged as described above, the electrodes that are grounded to the ground need to be connected to each other in order to maintain the same potential. If conclusion 5 is applied, each electrode can be connected so as not to generate an eddy current that draws a large loop, and image artifacts due to the eddy current can be reduced. As described above, when each electrode is represented by “point”, the connection point is represented by “side”, and conclusion 5 is applied, a “dendrogram” shown in FIG. 14B can be considered.
図14(b)に示すパターンは、点62a〜62dが辺で一直線上に接続されている。この「樹形図」に基づいて各電極を接続すると、図14(c)に示す電極になる。この電極は、同心円状に形成されたスリット63によって同心円の複数の電極62a〜62dに分割されている。さらに、中心に配置された電極62aから径方向に1本のスリット64が形成されている。さらに、そのスリット64の反対側において、径方向に沿って、電極62aと電極62bとが僅かな隙間(接続点)で接続されている。同様に、電極62bと電極62cと、電極62cと電極62dとが接続されている。
In the pattern shown in FIG. 14B, the
この図14(c)に示されている電極においては、仮に分割された各電極で渦電流が発生しても、電極全体としては大きなループを描くような渦電流が発生することはない。つまり、分割された電極はその面積が小さいため、その中で渦電流が発生しても全体に与える影響は小さく、全体として大きなループを描く渦電流が発生しづらくなるため、渦電流の影響を低減することが可能となる。 In the electrode shown in FIG. 14C, even if an eddy current is generated in each of the divided electrodes, an eddy current that draws a large loop as a whole does not occur. In other words, the area of the divided electrode is small, so even if eddy currents are generated in it, the effect on the whole is small, and it is difficult to generate eddy currents that draw a large loop as a whole. It becomes possible to reduce.
上述した実施形態はこの発明の一例であり、電極のパターンが「樹形図」になるように形成されていれば、この発明の効果を得ることができる。また、電極の1部分だけ「オイラー標数=1」が成立し、その部分だけ「樹形図」になるように形成され、他の部分においては「樹形図」になるように形成されていない場合であっても、この発明の効果を奏することが可能である。例えば、電極の大部分で「樹形図」が成立し、わずかに1部分だけがループを形成するように電極が形成されている場合であっても、全体として大きなループを描くような渦電流の発生を抑制することが可能である。局所的に小さなループを形成するように分割された小電極が接続されていても、全体として大きなループを描く渦電流の発生を抑制することができ、この発明の目的を達成することができる。 The embodiment described above is an example of the present invention, and the effect of the present invention can be obtained as long as the electrode pattern is formed as a “dendrogram”. In addition, “Euler characteristic = 1” is established only in one part of the electrode, and only that part is formed to be a “dendrogram”, and the other part is formed to be a “dendrogram”. Even if not, the effects of the present invention can be achieved. For example, an eddy current that draws a large loop as a whole, even if the “dendrogram” is formed for most of the electrodes and the electrodes are formed so that only one part forms a loop. Can be suppressed. Even if small electrodes divided so as to form a small loop locally are connected, generation of an eddy current that draws a large loop as a whole can be suppressed, and the object of the present invention can be achieved.
1 超音波アプリケータ
2 超音波トランスデューサ
3 患者
4 カップリング液
5 圧電セラミックス
6 超音波プローブ
7 焦点
8 腫瘍
9 制御回路
10 超音波診断装置
11 位相制御回路
12 駆動回路部
13 傾斜磁場電源
14 送受信回路
15 アプリケータ位置検出装置
16 コンソール
17 メカニカルアーム
18 静磁場コイル
19 傾斜磁場用コイル
20 送受信用RFコイル
22 治療台
23 CRT
24 治療孔
25 ガントリ
30、31、32、34 電極
33a、33b、35a〜35d スリット
DESCRIPTION OF
24
Claims (15)
前記第1の電極及び前記第2の電極にはスリットが形成されて、それぞれ複数の小電極に分割されていることを特徴とする超音波治療装置。 A piezoelectric body; a first electrode formed on one surface of the piezoelectric body to which a voltage is applied; and a second electrode formed on the other surface of the piezoelectric body and grounded to ground. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected part of a subject with ultrasonic waves from an ultrasonic transducer,
An ultrasonic therapy apparatus, wherein the first electrode and the second electrode are formed with slits and are each divided into a plurality of small electrodes.
前記第1の電極又は前記第2の電極のうち、少なくとも一方の電極にはスリットが形成されて複数の小電極に分割され、
前記スリットによって分割された前記第1の電極又は前記第2の電極のパターンは、前記超音波トランスデューサの中心点に対して、nを2以上の整数とするときに略360/n度回転対称になるように形成されていることを特徴とする超音波治療装置。 A piezoelectric body; a first electrode formed on one surface of the piezoelectric body to which a voltage is applied; and a second electrode formed on the other surface of the piezoelectric body and grounded to ground. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected part of a subject with ultrasonic waves from an ultrasonic transducer,
Of the first electrode or the second electrode, at least one of the electrodes is formed with a slit and divided into a plurality of small electrodes,
The pattern of the first electrode or the second electrode divided by the slit is approximately 360 / n degrees rotationally symmetric with respect to the center point of the ultrasonic transducer when n is an integer of 2 or more. It is formed so that it may become. The ultrasonic treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第1の電極又は前記第2の電極のうち、少なくとも一方の電極にはスリットが形成されて複数の小電極に分割され、
前記スリットによって分割された前記複数の小電極は、それぞれ少なくとも1つの接続点により隣接する小電極に接続されていることを特徴とする超音波治療装置。 A piezoelectric body; a first electrode formed on one surface of the piezoelectric body to which a voltage is applied; and a second electrode formed on the other surface of the piezoelectric body and grounded to ground. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected part of a subject with ultrasonic waves from an ultrasonic transducer,
Of the first electrode or the second electrode, at least one of the electrodes is formed with a slit and divided into a plurality of small electrodes,
The ultrasonic treatment apparatus, wherein each of the plurality of small electrodes divided by the slit is connected to an adjacent small electrode by at least one connection point.
前記第1の電極に形成されたスリットと、前記第2の電極に形成されたスリットとは、前記圧電体を挟んで少なくとも1部分において重なっていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の超音波治療装置。 Slits of the same pattern are formed in the first electrode and the second electrode,
The slit formed in the first electrode and the slit formed in the second electrode overlap at least at one portion with the piezoelectric body interposed therebetween. The ultrasonic therapy apparatus in any one of.
前記第2の電極の各電極は、少なくとも1つの接続点により隣接する電極に接続されていることを特徴とする超音波治療装置。 A plurality of piezoelectric bodies; a first electrode formed on one surface of each of the plurality of piezoelectric bodies to which a voltage is applied; and formed on the other surface of each piezoelectric body and grounded to ground. An ultrasonic treatment apparatus for performing treatment by irradiating a predetermined affected part of a subject with ultrasonic waves from a phased array type ultrasonic transducer provided with a second electrode,
Each electrode of the second electrode is connected to an adjacent electrode by at least one connection point.
The imaging display means applies a plurality of gradient magnetic fields to the region including the treatment target of the subject, and obtains a nuclear magnetic resonance image of the region including the treatment target from the projection data of the nuclear magnetic resonance signal obtained as a result. The ultrasonic therapeutic apparatus according to claim 14, wherein the ultrasonic therapeutic apparatus is an MRI apparatus for displaying.
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