JP2010131068A - Ultrasonic probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アーチファクトを低減し、鮮明な画像を形成するための超音波探触子に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe for reducing artifacts and forming a clear image.
従来から三次元超音波画像情報を取得可能な超音波探触子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図8は、従来の超音波探触子の構成を示す断面図である。振動子ユニット101は本体ケース102内に配置され、振動子ユニット101にはコンベックス型の先端部に超音波振動素子103が配列されたアレイ振動子104が配置されている。振動子ユニット101は、揺動機構105によりアレイ振動子104の配列方向に垂直な方向に揺動可能である。
Conventionally, an ultrasonic probe capable of acquiring three-dimensional ultrasonic image information has been proposed (see, for example, Patent Document 1). FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional ultrasonic probe. The
振動子ユニット101の先端面107と対向する面である本体ケース102の内面106は凹面状に形成されている。本体ケース102の内面106は、超音波振動素子103の配列方向における曲率が、振動子ユニット101の先端面107の曲率より小さく形成されている。振動子ユニット101における超音波振動素子103の配列方向の端部と対向する本体ケースの側壁109には、超音波吸収部材108が配設されている。
An
超音波振動素子103の配列方向において、先端面107の曲率より本体ケース102の内面106の曲率が小さいため、2つの面の間で多重反射する不要な超音波は、2つの面の間で反射を繰り返すうちにアレイ振動子104の配列方向において、振動子ユニット101の外側に導かれる。更に、不要な超音波は、本体ケース102の側壁109に配設された超音波吸収部材108に吸収される。この結果、取り込まれる三次元超音波画像データにおける雑音が低減され、虚像がない鮮明な超音波画像の形成が可能となる。
しかしながら、上記従来の構成では、不要な超音波を吸収するために、本体ケース102内の側壁109に超音波吸収部材108を配設しているので、本体ケース102のサイズが大きくなり、超音波探触子の小型化が困難となる。また、超音波吸収部材108を必要とすることから、コスト高になる。
However, in the conventional configuration described above, since the ultrasonic absorbing
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、小型、かつ低コストで超音波画像の虚像を低減した超音波画像データの生成を可能とする超音波探触子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide an ultrasonic probe that enables generation of ultrasonic image data that is small in size and low in cost and reduces the virtual image of the ultrasonic image. To do.
本発明の第1の超音波探触子は、超音波を透過する音響ウィンドウを有する筐体と、前記筐体内に配置され、かつ複数のアレイ振動子を有する振動子ユニットとを備え、前記アレイ振動子は、被検体に対して超音波を放射し、前記被検体から反射した超音波を受信する。上記課題を解決するために、前記超音波の一部は、前記アレイ振動子の配列方向における前記振動子ユニットの端部と対向する前記筐体内面に到達し、前記筐体内面には、前記振動子ユニットの前記アレイ振動子が配列された面と前記音響ウィンドウとの間で、多重反射する前記アレイ振動子から放射された超音波を振動子ユニット外へ導く反射体が配設されたことを特徴とする。 A first ultrasonic probe according to the present invention includes a casing having an acoustic window that transmits ultrasonic waves, and a transducer unit that is disposed in the casing and includes a plurality of array transducers. The vibrator emits ultrasonic waves to the subject and receives the ultrasonic waves reflected from the subject. In order to solve the above-mentioned problem, a part of the ultrasonic waves reaches the inner surface of the casing facing the end of the transducer unit in the arrangement direction of the array transducer, and the inner surface of the casing A reflector for guiding the ultrasonic waves radiated from the array transducer that performs multiple reflections to the outside of the transducer unit is disposed between the surface of the transducer unit on which the array transducer is arranged and the acoustic window. It is characterized by.
本発明の第2の超音波探触子は、超音波を透過する音響ウィンドウを有する筐体と、前記筐体内に配置され、配列された複数のアレイ振動子を有する振動子ユニットとを備え、前記アレイ振動子は、被検体に対して超音波を放射し、前記被検体から反射した超音波を受信する。上記課題を解決するために、前記アレイ振動子の配列方向における前記振動子ユニットの端部と対向する前記筐体内面には、凹凸が形成された反射面を有する反射体が配設されたことを特徴とする。 A second ultrasonic probe of the present invention comprises a housing having an acoustic window that transmits ultrasonic waves, and a transducer unit that is arranged in the housing and has a plurality of array transducers arranged. The array transducer emits ultrasonic waves to the subject and receives the ultrasonic waves reflected from the subject. In order to solve the above-mentioned problem, a reflector having a reflective surface with irregularities formed on the inner surface of the casing facing the end of the transducer unit in the arrangement direction of the array transducer. It is characterized by.
本発明によれば、振動子ユニットの端部と対向する筐体内面には、アレイ振動子の配列方向におけるアレイ振動子の中心線に対して、離れる向きに超音波を反射させる反射体を配置することにより、小型、かつ低コストで超音波画像の虚像を低減した超音波画像データの形成を可能とする超音波探触子を提供することができる。 According to the present invention, the reflector that reflects the ultrasonic waves in a direction away from the center line of the array transducer in the arrangement direction of the array transducer is disposed on the inner surface of the housing facing the end of the transducer unit. By doing so, it is possible to provide an ultrasound probe that can form ultrasound image data that is small in size and low in cost and reduced in the virtual image of the ultrasound image.
本発明の超音波探触子は、上記構成を基本として種々の態様をとることができる。すなわち、本発明の第1の超音波探触子において、前記アレイ振動子が一次元状に配列され、かつ前記配列の方向と直交する方向に前記振動子ユニットを揺動させる揺動機構を備えた構成にすることができる。 The ultrasonic probe of the present invention can take various modes based on the above-described configuration. That is, the first ultrasonic probe of the present invention includes a swing mechanism in which the array transducers are arranged in a one-dimensional manner and the transducer units are swung in a direction orthogonal to the direction of the arrangement. Can be configured.
また、前記反射体は、前記アレイ振動子から離れる向きに前記超音波を反射させる構成にすることができる。 The reflector may be configured to reflect the ultrasonic wave in a direction away from the array transducer.
また、前記反射体は、円柱面を形成している構成にすることができる。また、前記反射体は、三角柱面を形成している構成にすることもできる。 Moreover, the said reflector can be set as the structure which forms the cylindrical surface. Moreover, the said reflector can also be set as the structure which forms the triangular prism surface.
また、本発明の第2の超音波探触子において、前記反射面は、全体として、前記アレイ振動子の配列方向における前記アレイ振動子の中心線に頂点を有する凸状形状である構成にすることもできる。 Further, in the second ultrasonic probe of the present invention, the reflection surface as a whole has a convex shape having a vertex at the center line of the array transducer in the arrangement direction of the array transducer. You can also.
以下に、本発明に係る超音波探触子の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of an ultrasonic probe according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る超音波探触子1の構成を示す斜視図である。なお、見易さを考慮して、音響ウィンドウ11、ハウジング14および凸部16を破線で示す。図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。図3は、図1のB−B線に沿った断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an ultrasound probe 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In consideration of legibility, the
超音波探触子1は、音響ウィンドウ11とハウジング14とで構成される筐体の内部に振動子ユニット2を配置して構成されている。音響ウィンドウ11は、超音波を透過させる材料で形成されている。
The ultrasonic probe 1 is configured by disposing a
振動子ユニット2は、揺動機構6に支持されている。振動子ユニット2は、揺動機構6に支持された側の反対側の端面(以下、先端面と称する)3が、コンベックス形状に形成されており、先端面3にはアレイ振動子4が配置されている。アレイ振動子4は、短冊状の超音波振動素子5が複数配列されて構成されている。音響ウィンドウ11における被検体と接触する領域である被検体接触壁12は緩やかな凸状に形成されている。
The
図3に示す超音波振動素子5が配列されている方向(C−C線方向)において、振動子ユニット2と対向する音響ウィンドウ11の端部15に凸部16が形成されている。凸部16は、振動子ユニット2の揺動角が0度(図1〜図3に示した状態)の場合における超音波振動素子5が配列されている線上(C−C線上)に凸状の頂点が位置しており、凸部16にはC−C線に直交する平面が形成されていない。なお、凸部16は、音響ウィンドウ11と一体形成されていてもよい。
In the direction (CC line direction) in which the
図2に示すように、揺動機構6は、モータ7と、シャフト8と、エンコーダ9とを有する。振動子ユニット2は、揺動軸止め(不図示)によってシャフト8に揺動可能に支持されている。振動子ユニット2は、駆動源であるモータ7の回転が伝達されてシャフト8を軸として、図3のD−D方向に揺動される。モータ7の動力をシャフト8に伝達させるために、複数の歯車から構成されるギア部(不図示)がモータ7とシャフト8との間に介設されている。
As shown in FIG. 2, the swing mechanism 6 includes a motor 7, a
モータ7は、液シール用のオイルシール(不図示)を介してフレーム10に固定されており、オイルシールは、モータ7にカップリング液13が侵入することを防いでいる。振動子ユニット2の揺動角度および揺動原点の検出は、モータ7と一体に取り付けられたエンコーダ9によって行われる。振動子ユニット2は、カップリング液13の中で揺動し、カップリング液13は音響ウィンドウ11によって封じられている。カップリング液13には、例えば水や油等の被検体と同様の音響インピーダンスを有する液体が用いられ、音響伝搬を確保している。
The motor 7 is fixed to the
また、ハウジング14には、フレーム10が固定され、揺動機構6全体を覆っている。
Further, the
なお、図示していないが、振動子ユニット2の先端面3には、超音波ビームの広がりを抑止する音響レンズが設けられており、その音響レンズとアレイ振動子4との間には音響インピーダンスの整合を行う整合層が設けられている。また、アレイ振動子4の後方にはバッキング層が設けられている。
Although not shown, an acoustic lens that suppresses the spread of the ultrasonic beam is provided on the
なお、振動子ユニット2は、アレイ振動子4を円筒面状に配置したコンベックス形状を成しているが直線(リニア)状に配置することもできる。また、アレイ振動子の総数、円筒面の半径、超音波振動素子5の厚さは種々のものがあり、その使用目的によって使い分けることができる。
The
次に、本実施の形態に係る超音波探触子1の動作について説明する。超音波探触子1は、図3に示すC−C方向に電子走査方式、D−D方向に機械走査方式により走査を行うことができる。まず、超音波探触子1が超音波によりC−C方向に走査する動作について説明する。超音波探触子1は、超音波診断装置本体(不図示)に接続されている。超音波診断装置本体は、各超音波振動素子5から超音波を放射させるための送信信号を出力する。送信信号は、超音波振動素子5に入力される前に遅延回路に入力される。遅延回路は、各送信信号に対して対応する超音波振動素子5に合わせて遅延時間を異ならせる。したがって、各超音波振動素子5からは、異なったタイミングで超音波が放射され、各超音波が合成されて指向性を有する超音波ビームとなる。また、遅延回路における遅延時間を変更することにより、超音波ビームの指向方向を変えることができる。
Next, the operation of the ultrasonic probe 1 according to the present embodiment will be described. The ultrasonic probe 1 can perform scanning by an electronic scanning method in the CC direction and a mechanical scanning method in the DD direction shown in FIG. First, an operation in which the ultrasonic probe 1 scans in the CC direction using ultrasonic waves will be described. The ultrasonic probe 1 is connected to an ultrasonic diagnostic apparatus main body (not shown). The ultrasonic diagnostic apparatus main body outputs a transmission signal for emitting an ultrasonic wave from each
図4は、超音波振動素子5から放射される超音波ビームを示す図である。超音波ビームの大部分は、設定された指向方向に放射されるが、一部は斜め方向に放射される。前者を主極(メインローブ21)、後者を副極(サイドローブ22)と呼ぶ。メインローブ21は、大部分が音響ウィンドウ11を透過して外部へ放射される。超音波探触子1の外部へ放射されたメインローブ21は、被検体で反射され、超音波振動素子5で受信される。超音波振動素子5で受信された受信信号は、超音波診断装置本体で信号処理され、超音波画像として表示される。
FIG. 4 is a diagram showing an ultrasonic beam emitted from the
また、メインローブ21の一部は、音響ウィンドウ11の内面で反射され、超音波振動素子5に到達する。超音波素子3に到達した一部は超音波素子3により受信され、残りは反射される。このような反射が繰り返され、多重反射となって超音波画像に複数の反射体として表示される。この場合、超音波振動素子5と音響ウィンドウ11とを往復する距離だけ離れた等しい間隔で反射体が超音波画像に表示されることとなる。
A part of the
また、多重反射は、超音波振動素子5の先端面3と音響ウィンドウ11の内面との間で生じるため、被検体から反射した超音波に比べて、比較的早い時間で受信されることとなる。つまり、多重反射による虚像(アーチファクト)は、超音波画像上では近距離領域すなわち画像上部に表示される。従って、近距離領域に表示され、かつ、超音波振動素子5と音響ウィンドウ11の内面間の距離に等しい間隔で表示される虚像を例えば信号処理により排除することで、多重反射の影響を目立たなくすることは可能である。
Further, since multiple reflection occurs between the
一方、超音波のサイドローブ22は、メインローブ21から大きく傾いた向きに放射される。このため、音響ウィンドウ11の内面で反射されたサイドローブ22は、C−C方向において、振動子ユニット2の外側に誘導される。振動子ユニット2の外側に誘導された超音波は、図3に示すC−C方向における音響ウィンドウ11の端部15に到達する。
On the other hand, the
図5Aは、従来の超音波探触子の構成を示す断面図である。図5Aに示す超音波探触子は、端部15aの形状がC−C方向に垂直な面となっており、凸部が配置されていない構成である。振動子ユニット2の外側に誘導されたサイドローブ22は、図5Aに示すように、音響ウィンドウ11内の端部15aで180°反転するように反射され、振動子ユニット2の超音波振動素子5に到達する。この超音波が超音波振動素子5で受信されると、超音波画像に虚像が表示される。
FIG. 5A is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional ultrasonic probe. The ultrasonic probe shown in FIG. 5A has a configuration in which the shape of the
図5Bは、従来の別の超音波探触子の構成を示す平面図である。図5Bに示す超音波探触子は、端部15bの形状が楕円弧の凹状となっており、凸部が配置されていない構成である。この場合、振動子ユニット2の外側に誘導されたサイドローブ22は、図5Bに示すように、進行方向から見てC−C線に対して右側の成分22aが左向きに傾けて反射され、左側の成分22bが右向きに傾けて反射される。つまり、振動子ユニット2の外側に誘導されたサイドローブ22は、端部15bによりC−C線に近づくように、すなわち超音波振動素子5に集中するように反射される。この超音波が超音波振動素子5で受信されると、超音波画像に虚像が表示される。
FIG. 5B is a plan view showing a configuration of another conventional ultrasonic probe. The ultrasonic probe shown in FIG. 5B has a configuration in which the
端部15a、15bで反射されて、超音波振動素子5で受信されるサイドローブ22は、伝搬経路長がメインローブの多重反射の経路より長いために、虚像が超音波画像上では被検体の像と重なって表示される場合がある。さらに、振動子ユニット2の揺動姿勢により、反射経路が変化するため、超音波画像における虚像の位置を特定することが困難である。従って、サイドローブ22によって形成された虚像は、メインローブの多重反射により形成された像と異なり、信号処理により排除することが困難である。
Since the
図6Aは、本実施の形態に係る超音波探触子1の図1に示すB−B線に沿った断面拡大図である。端部15には、反射面として円柱面を形成している凸部16が形成されている。振動子ユニット2の外側に誘導されたサイドローブ22は、凸部16により、進行方向から見てC−C線に対して右側の成分が右側に傾いて反射され、左側の成分が左側に傾いて反射される。つまり、振動子ユニット2の外側に誘導されたサイドローブ22は、凸部16によりC−C線に対し離れる向きに反射される。したがって、サイドローブ22による多重反射の超音波は、超音波振動素子5に逆戻りしないので、超音波画像において、不要なノイズを低減することが可能となる。
FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 1 of the ultrasonic probe 1 according to the present embodiment. The
以上のようにして、超音波探触子は、超音波ビームにより、C−C方向に被検体を走査することができる。 As described above, the ultrasonic probe can scan the subject in the CC direction with the ultrasonic beam.
次に、超音波探触子が超音波によりD−D方向に走査する動作について説明する。まず、上述したC−C方向の電子走査を行う。次に、モータ7が振動子ユニット2を所定角度傾ける。振動子ユニット2が所定角度傾けられた状態で、C−C方向の電子走査を行う。そして、さらにモータ7が振動子ユニット2を所定角度傾ける。以上の動作を繰り返すことにより、超音波によりD−D方向に走査することができ、C−C方向およびD−D方向に走査したデータに基いて超音波診断装置本体において、三次元の超音波画像データが形成される。
Next, an operation in which the ultrasonic probe scans in the DD direction using ultrasonic waves will be described. First, the above-described electronic scanning in the CC direction is performed. Next, the motor 7 tilts the
以上のように、本実施の形態に係る超音波探触子1は、端部15に凸部16を配置することにより、超音波画像にサイドローブにより生じる虚像を低減することができる。
As described above, the ultrasound probe 1 according to the present embodiment can reduce the virtual image caused by the side lobe in the ultrasound image by arranging the
また、凸部16は、超音波を透過しやすい音響ウィンドウ11と同じ材料で構成されていても、反射しやすい材料で構成されていてもよい。つまり、凸部16は、反射した超音波をC−C線上に伝搬させないようにできればよい。
Moreover, even if the
以上の構成により、超音波伝播体であるカップリング液13中に振動子ユニット2を浸し、モータ7により振動子ユニット2を高速揺動することによって、超音波信号情報を三次元位置情報と対応付けて収集し、被診断体内の観測部位を立体的、且つリアルタイムに表示することが可能となる。
With the above configuration, the ultrasonic signal information corresponds to the three-dimensional position information by immersing the
また、凸部16を端部15と一体形成することにより、部品点数および製造工程を増やすことなく、つまりコスト高とならずに、虚像を低減することができる。
Further, by forming the
また、凸部16を配置するだけであるので、小型のままで超音波探触子を構成することができる。
Moreover, since only the
なお、本実施の形態では、必ずしも凸部16が円柱面を形成している必要はなく、端部15に到達した超音波を超音波振動素子5に到達しないように、超音波素子ユニット2が位置されている領域外に反射する構成であればよい。例えば、図6Bに示すように、反射面として三角柱面が形成された構成にすることもできる。この場合、凸部16は、三角柱面の1つの頂点がC−C線上に位置するように配置される。
In the present embodiment, the
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係る超音波探触子1bの端部15付近を示す断面図である。本実施の形態に係る超音波探触子1bは、実施の形態1に係る超音波探触子1の凸部16に代えて端部15に凹凸部17が配置された構成である。本実施の形態に係る超音波探触子1bにおいて、実施の形態1に係る超音波探触子1と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。凹凸部17は、シボ加工等により形成され、超音波を乱反射させる。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the vicinity of the
実施の形態1と同様に、超音波ビームのサイドローブ22が端部15に到達すると、サイドローブ22は、凹凸部17により乱反射される。このため、乱反射されたサイドローブ22が超音波振動素子5に受信される割合が低減して、虚像が超音波画像にほとんど生じなくなる。
As in the first embodiment, when the
以上のように、本実施の形態に係る超音波探触子1bは、端部15に凹凸部17を配置することにより、超音波画像にサイドローブにより生じる虚像を低減することができる。
As described above, the
また、凹凸部17を端部15と一体形成することができる。この構成により、部品点数および製造工程を増やすことなく、つまりコスト高とならずに、虚像を低減することができる。
Further, the
また、凹凸部17を配置するだけであるので、小型のままで超音波探触子を構成することができる。
In addition, since only the
なお、凹凸部17は、凹凸が形成された面が、C−C線に垂直であってもよいが、凹凸部17全体として、振動子ユニット2の揺動角が0度の場合における超音波振動素子5が配列されている線上(C−C線上)に頂点が位置する凸状であることが好ましい。このような構成にすることにより、散乱光が超音波振動素子5に到達する割合をさらに減らすことができる。
The
また、実施の形態1および2では、三次元走査の超音波探触子を例に説明したが、サイドローブが生じる二次元走査の超音波探触子にも用いることができる。 In the first and second embodiments, the three-dimensional scanning ultrasonic probe has been described as an example. However, it can also be used for a two-dimensional scanning ultrasonic probe in which side lobes are generated.
また、実施の形態1および2において、一次元に配列されたアレイ振動子4について説明したが、アレイ振動子を二次元に配列した場合でも、本発明の効果を得ることができる。この場合、凸部または凹凸部は、アレイ振動子が配列された2方向それぞれにおいて、振動子ユニット2と対向する音響ウィンドウ11の端部15に配置される。
In
本発明の超音波探触子は、小型、かつ低コストで虚像のない超音波画像を形成することが可能であり、被検体内部の三次元領域のエコーデータを取り込むことのできる超音波探触子等として有用である。 The ultrasonic probe of the present invention is small, low-cost, capable of forming an ultrasonic image without a virtual image, and capable of capturing echo data of a three-dimensional region inside a subject. Useful as a child.
1、1b 超音波探触子
2 振動子ユニット
3 先端面
4 アレイ振動子
5 超音波振動素子
6 揺動機構
7 モータ
8 シャフト
9 エンコーダ
10 フレーム
11 音響ウィンドウ
12 被検体接触壁
13 カップリング液
14 ハウジング
15 端部
16 凸部
17 凹凸部
21 メインローブ
22 サイドローブ
1,
Claims (7)
前記筐体内に配置され、かつ複数のアレイ振動子を有する振動子ユニットとを備え、
前記アレイ振動子は、被検体に対して超音波を放射し、前記被検体から反射した超音波を受信する超音波探触子において、
前記超音波の一部は、前記アレイ振動子の配列方向における前記振動子ユニットの端部と対向する前記筐体内面に到達し、
前記筐体内面には、前記振動子ユニットの前記アレイ振動子が配列された面と前記音響ウィンドウとの間で、多重反射する前記アレイ振動子から放射された超音波を振動子ユニット外へ導く反射体が配設されたことを特徴とする超音波探触子。 A housing having an acoustic window that transmits ultrasound;
A vibrator unit disposed in the housing and having a plurality of array vibrators,
The array transducer emits ultrasonic waves to a subject and receives ultrasonic waves reflected from the subject.
A part of the ultrasonic waves reaches the inner surface of the casing facing the end of the transducer unit in the arrangement direction of the array transducer,
On the inner surface of the housing, the ultrasonic waves radiated from the array transducer that is multiply reflected between the surface on which the array transducer of the transducer unit is arranged and the acoustic window are guided out of the transducer unit. An ultrasonic probe comprising a reflector.
前記筐体内に配置され、配列された複数のアレイ振動子を有する振動子ユニットとを備え、
前記アレイ振動子は、被検体に対して超音波を放射し、前記被検体から反射した超音波を受信する超音波探触子において、
前記アレイ振動子の配列方向における前記振動子ユニットの端部と対向する前記筐体内面には、凹凸が形成された反射面を有する反射体が配設されたことを特徴とする超音波探触子。 A housing having an acoustic window that transmits ultrasound;
A vibrator unit having a plurality of array vibrators arranged and arranged in the housing,
The array transducer emits ultrasonic waves to a subject and receives ultrasonic waves reflected from the subject.
An ultrasonic probe characterized in that a reflector having a reflecting surface with projections and depressions is disposed on the inner surface of the casing facing the end of the transducer unit in the array direction of the array transducer. Child.
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