JP2606017B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置に用い
られる超音波探触子に関するものである。
られる超音波探触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波診断装置において、一般的
に使用されている超音波探触子としては、図５に示すよ
うな構成が知られている。
に使用されている超音波探触子としては、図５に示すよ
うな構成が知られている。
【０００３】図５は従来の超音波探触子を示す斜視図で
ある。図５に示すように、保持体２０の上に複数個の短
冊状の圧電振動子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、…が等間隔
で一列に並設され、圧電振動子アレイ２１が形成されて
いる。圧電振動子アレイ２１の超音波放射面に第１およ
び第２の音響整合層２２および２３が順次設けられ、第
２の音響整合層２３の上に音響レンズ２４が設けられて
いる。音響レンズ２４は被検体Ｍよりも超音波伝搬速度
の遅い物質、例えば、シリコーンゴム等からなり、圧電
振動子アレイ２１の配列方向と直交する断面で凸面状に
形成されている。
ある。図５に示すように、保持体２０の上に複数個の短
冊状の圧電振動子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、…が等間隔
で一列に並設され、圧電振動子アレイ２１が形成されて
いる。圧電振動子アレイ２１の超音波放射面に第１およ
び第２の音響整合層２２および２３が順次設けられ、第
２の音響整合層２３の上に音響レンズ２４が設けられて
いる。音響レンズ２４は被検体Ｍよりも超音波伝搬速度
の遅い物質、例えば、シリコーンゴム等からなり、圧電
振動子アレイ２１の配列方向と直交する断面で凸面状に
形成されている。
【０００４】以上の構成において、音響レンズ２４の凸
面側の表面を被検体Ｍに接触させ、圧電振動子アレイ２
１の複数個の圧電振動子２１ａ、２１ｂ、…に電気信号
を印加する。これに伴い、圧電振動子２１ａ、２１ｂ、
…の超音波放射面から放射される超音波ビームは、音響
整合層２２、２３および音響レンズ２４を伝搬して被検
体Ｍ内に進行する。被検体Ｍ内からの反射信号は上記と
は逆の径路をたどり、圧電振動子２１ａ、２１ｂ、…に
より受信されて電気信号に変換され、超音波診断装置本
体（図示省略）へ送られ、ここで画像処理され、超音波
診断画像が表示される。この動作について圧電振動子２
１ａ、２１ｂ、２１ｃ、…を順次切り替えて行うことに
より、数画面の超音波診断画像を実時間で表示すること
ができる。そして、上記のように超音波ビームを被検体
Ｍ内に放射する際、音響レンズ２４と被検体Ｍとの超音
波伝搬速度の差を利用して圧電振動子アレイ２１の配列
方向と直交する断面での超音波ビームの集束を行うこと
ができる。
面側の表面を被検体Ｍに接触させ、圧電振動子アレイ２
１の複数個の圧電振動子２１ａ、２１ｂ、…に電気信号
を印加する。これに伴い、圧電振動子２１ａ、２１ｂ、
…の超音波放射面から放射される超音波ビームは、音響
整合層２２、２３および音響レンズ２４を伝搬して被検
体Ｍ内に進行する。被検体Ｍ内からの反射信号は上記と
は逆の径路をたどり、圧電振動子２１ａ、２１ｂ、…に
より受信されて電気信号に変換され、超音波診断装置本
体（図示省略）へ送られ、ここで画像処理され、超音波
診断画像が表示される。この動作について圧電振動子２
１ａ、２１ｂ、２１ｃ、…を順次切り替えて行うことに
より、数画面の超音波診断画像を実時間で表示すること
ができる。そして、上記のように超音波ビームを被検体
Ｍ内に放射する際、音響レンズ２４と被検体Ｍとの超音
波伝搬速度の差を利用して圧電振動子アレイ２１の配列
方向と直交する断面での超音波ビームの集束を行うこと
ができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般にサイドローブレ
ベルは圧電振動子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、…の開口に
よって決まるものであり、圧電振動子２１ａ、２１ｂ、
２１ｃ、…の開口において、印加する電圧を制御した
り、放射面積を変えたりして、中心部ほど音圧が高く、
周辺部に至るに従って音圧を低くすることにより、サイ
ドローブレベルを低減させることができることは良く知
られている。しかしながら、上記のような従来例の構成
では、音響レンズ２４の厚みが圧電振動子アレイ２１の
配列方向に直交する断面で見ると、開口の中心部が最も
厚く、周辺部に至るに従って薄くなっているため、音響
レンズ２４の超音波伝搬減衰によって開口の中心部から
周辺部に至るに従い、音圧が高くなり、サイドローブレ
ベルが上昇する。また、超音波の伝搬減衰は周波数に比
例して大きくなるため、周波数帯域特性において高周波
成分の利得低下が生じる。このため、分解能の低下や疑
似エコーの発生など、超音波診断画像を著しく劣化さ
せ、誤診を招く要因になっている。
ベルは圧電振動子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、…の開口に
よって決まるものであり、圧電振動子２１ａ、２１ｂ、
２１ｃ、…の開口において、印加する電圧を制御した
り、放射面積を変えたりして、中心部ほど音圧が高く、
周辺部に至るに従って音圧を低くすることにより、サイ
ドローブレベルを低減させることができることは良く知
られている。しかしながら、上記のような従来例の構成
では、音響レンズ２４の厚みが圧電振動子アレイ２１の
配列方向に直交する断面で見ると、開口の中心部が最も
厚く、周辺部に至るに従って薄くなっているため、音響
レンズ２４の超音波伝搬減衰によって開口の中心部から
周辺部に至るに従い、音圧が高くなり、サイドローブレ
ベルが上昇する。また、超音波の伝搬減衰は周波数に比
例して大きくなるため、周波数帯域特性において高周波
成分の利得低下が生じる。このため、分解能の低下や疑
似エコーの発生など、超音波診断画像を著しく劣化さ
せ、誤診を招く要因になっている。
【０００６】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、超音波ビームを所定の位置に集束させ
ると共に、サイドローブを低レベルに抑圧し、また、広
い周波数帯域特性を有し、したがって、分解能を向上さ
せることができると共に、疑似エコーの発生を防止する
ことができて良好な超音波診断画像を得ることができ、
また、周波数帯域特性を変えることなく、被検体との接
触性を向上させることができるようにした超音波探触子
を提供することを目的とするものである。
するものであり、超音波ビームを所定の位置に集束させ
ると共に、サイドローブを低レベルに抑圧し、また、広
い周波数帯域特性を有し、したがって、分解能を向上さ
せることができると共に、疑似エコーの発生を防止する
ことができて良好な超音波診断画像を得ることができ、
また、周波数帯域特性を変えることなく、被検体との接
触性を向上させることができるようにした超音波探触子
を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、複数個の圧電振動子が一列に並設され、
その配列方向と直交する断面で超音波放射方向に凹面形
状に形成された圧電振動子アレイと、この圧電振動子ア
レイの超音波放射面に設けられ、上記圧電振動子アレイ
側の面が上記圧電振動子の配列方向と直交する断面で凸
面形状であり、反対側の面が平面形状である音響整合層
と、この音響整合層の平面側に設けられ、音響整合層と
は反対側の面が上記圧電振動子の配列方向と直交する断
面で凹面形状を有し、所定の超音波減衰を持つ第１の超
音波伝搬材料と、この第１の超音波伝搬材料の凹面側に
設けられ、第１の超音波伝搬材料側の面が上記圧電振動
子の配列方向と直交する断面で凸面形状であり、超音波
減衰がほぼ０に近い第２の超音波伝搬材料とを備えたも
のである。
成するために、複数個の圧電振動子が一列に並設され、
その配列方向と直交する断面で超音波放射方向に凹面形
状に形成された圧電振動子アレイと、この圧電振動子ア
レイの超音波放射面に設けられ、上記圧電振動子アレイ
側の面が上記圧電振動子の配列方向と直交する断面で凸
面形状であり、反対側の面が平面形状である音響整合層
と、この音響整合層の平面側に設けられ、音響整合層と
は反対側の面が上記圧電振動子の配列方向と直交する断
面で凹面形状を有し、所定の超音波減衰を持つ第１の超
音波伝搬材料と、この第１の超音波伝搬材料の凹面側に
設けられ、第１の超音波伝搬材料側の面が上記圧電振動
子の配列方向と直交する断面で凸面形状であり、超音波
減衰がほぼ０に近い第２の超音波伝搬材料とを備えたも
のである。
【０００８】そして、上記音響整合層が、圧電振動子側
の面が凸面形状の第１の音響整合層と、この第１の音響
整合層と第１の超音波伝搬材料との間に設けられた平板
状の第２の音響整合層からなり、上記第１の音響整合層
の音響インピーダンスＺ1と上記第２の音響整合層の音
響インピーダンスＺ2が、圧電振動子の音響インピーダ
ンスＺ0と被検体の音響インピーダンスＺ3との中間の値
を有し、 Ｚ0＞Ｚ1＞Ｚ2＞Ｚ3 の関係が成り立つように設定するのが好ましい。また、
上記第１の超音波伝搬材料および第２の超音波伝搬材料
の音響インピーダンスを被検体の音響インピーダンスと
ほぼ等しく設定し、また、上記第１の超音波伝搬材料
を、Triangular関数、Hanning関数、Hamming関数、Blac
kman関数、Gauss関数、Sine関数の何れか１つの関数で
規定される凹面形状に形成するのが好ましい。
の面が凸面形状の第１の音響整合層と、この第１の音響
整合層と第１の超音波伝搬材料との間に設けられた平板
状の第２の音響整合層からなり、上記第１の音響整合層
の音響インピーダンスＺ1と上記第２の音響整合層の音
響インピーダンスＺ2が、圧電振動子の音響インピーダ
ンスＺ0と被検体の音響インピーダンスＺ3との中間の値
を有し、 Ｚ0＞Ｚ1＞Ｚ2＞Ｚ3 の関係が成り立つように設定するのが好ましい。また、
上記第１の超音波伝搬材料および第２の超音波伝搬材料
の音響インピーダンスを被検体の音響インピーダンスと
ほぼ等しく設定し、また、上記第１の超音波伝搬材料
を、Triangular関数、Hanning関数、Hamming関数、Blac
kman関数、Gauss関数、Sine関数の何れか１つの関数で
規定される凹面形状に形成するのが好ましい。
【０００９】
【作用】したがって、本発明によれば、圧電振動子アレ
イを配列方向と直交する断面で超音波放射方向に所定の
曲率で凹面形状にすることにより、圧電振動子アレイの
配列方向と直交する断面で超音波ビームを所定の深さに
集束させることができ、また、第１の音響整合層の厚み
を圧電振動子アレイの配列方向と直交する断面におい
て、中心部から周辺部に至るに従って薄くすることによ
り、広範囲な周波数領域での音響的整合をとることがで
き、周波数帯域特性の広帯域化を図ることができるの
で、第１の超音波伝搬材料の減衰による高周波成分の低
下による画質への影響を最小限に抑えることができる。
また、所定の超音波減衰を持つ第１の超音波伝搬材料の
厚みを圧電振動子アレイの配列方向と直交する断面にお
いて、中心部から周辺部に至るに従って厚くなるように
形成しているので、中心部から周辺部に至るに従って第
１の超音波伝搬材料による減衰が大きくなり、中心部に
至るに従って音圧が高く、周辺部に至るに従って音圧が
低くなり、これにより超音波診断画像の分解能の劣化や
疑似エコーの要因であるサイドローブを低く抑えること
ができる。また、第１の超音波伝搬材料と被検体との間
に超音波減衰がほぼ０に近い第２の超音波伝搬材料を設
けて第１の超音波伝搬材料の凹部を埋めているので、周
波数帯域特性を変えることなく被検体に適合させること
ができる。
イを配列方向と直交する断面で超音波放射方向に所定の
曲率で凹面形状にすることにより、圧電振動子アレイの
配列方向と直交する断面で超音波ビームを所定の深さに
集束させることができ、また、第１の音響整合層の厚み
を圧電振動子アレイの配列方向と直交する断面におい
て、中心部から周辺部に至るに従って薄くすることによ
り、広範囲な周波数領域での音響的整合をとることがで
き、周波数帯域特性の広帯域化を図ることができるの
で、第１の超音波伝搬材料の減衰による高周波成分の低
下による画質への影響を最小限に抑えることができる。
また、所定の超音波減衰を持つ第１の超音波伝搬材料の
厚みを圧電振動子アレイの配列方向と直交する断面にお
いて、中心部から周辺部に至るに従って厚くなるように
形成しているので、中心部から周辺部に至るに従って第
１の超音波伝搬材料による減衰が大きくなり、中心部に
至るに従って音圧が高く、周辺部に至るに従って音圧が
低くなり、これにより超音波診断画像の分解能の劣化や
疑似エコーの要因であるサイドローブを低く抑えること
ができる。また、第１の超音波伝搬材料と被検体との間
に超音波減衰がほぼ０に近い第２の超音波伝搬材料を設
けて第１の超音波伝搬材料の凹部を埋めているので、周
波数帯域特性を変えることなく被検体に適合させること
ができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。
について説明する。
【００１１】図１は本発明の一実施例における超音波探
触子を示す斜視図である。図１に示すように、保持体１
０の上に電気音響変換を司る複数個の圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、…が等間隔で一列に並設されて圧
電振動子アレイ１１が形成されている。この圧電振動子
アレイ１１は配列方向と直交する断面（以下、ＸＺ断面
という）で超音波放射方向（以下、Ｚ方向という）に所
定の曲率半径で全体が曲げられて凹面形状に形成されて
いる。圧電振動子アレイ１１の超音波放射面に、圧電振
動子アレイ１１側の面がＸＺ断面で凸面形状であり、反
対側の被検体Ｍ側の面が平面形状である第１の音響整合
層１２が設けられ、必要に応じて、第１の音響整合層１
２の超音波放射面に平板状の第２の音響整合層１３が設
けられている。第２の音響整合層１３の上には被検体Ｍ
側で、ＸＺ断面で第２の音響整合層１３とは反対側の被
検体Ｍ側が凹面形状であり、所定の超音波減衰を持つ第
１の超音波伝搬材料１４が設けられ、この第１の超音波
伝搬材料１４の凹面側の被検体Ｍ側に、ＸＺ断面で第１
の超音波伝搬材料１４側の面が凸面形状であり、反対側
が平面形状であり、超音波減衰がほぼ０に近い第２の超
音波伝搬材料１５が設けられている。
触子を示す斜視図である。図１に示すように、保持体１
０の上に電気音響変換を司る複数個の圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、…が等間隔で一列に並設されて圧
電振動子アレイ１１が形成されている。この圧電振動子
アレイ１１は配列方向と直交する断面（以下、ＸＺ断面
という）で超音波放射方向（以下、Ｚ方向という）に所
定の曲率半径で全体が曲げられて凹面形状に形成されて
いる。圧電振動子アレイ１１の超音波放射面に、圧電振
動子アレイ１１側の面がＸＺ断面で凸面形状であり、反
対側の被検体Ｍ側の面が平面形状である第１の音響整合
層１２が設けられ、必要に応じて、第１の音響整合層１
２の超音波放射面に平板状の第２の音響整合層１３が設
けられている。第２の音響整合層１３の上には被検体Ｍ
側で、ＸＺ断面で第２の音響整合層１３とは反対側の被
検体Ｍ側が凹面形状であり、所定の超音波減衰を持つ第
１の超音波伝搬材料１４が設けられ、この第１の超音波
伝搬材料１４の凹面側の被検体Ｍ側に、ＸＺ断面で第１
の超音波伝搬材料１４側の面が凸面形状であり、反対側
が平面形状であり、超音波減衰がほぼ０に近い第２の超
音波伝搬材料１５が設けられている。
【００１２】以上の構成において、第２の超音波伝搬材
料１５の平面側の表面を被検体Ｍに接触させ、圧電振動
子アレイ１１の複数個の圧電振動子１１ａ、１１ｂ、…
に電気信号を印加する。これに伴い、圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、…の超音波放射面から放射される超音波ビ
ームは、第１、第２の音響整合層１２、１３および第
１、第２の超音波伝搬材料１４、１５を伝搬して被検体
Ｍ内に進行する。被検体Ｍ内からの反射信号は上記とは
逆の径路をたどり、圧電振動子１１ａ、１１ｂ、…によ
り受信されて電気信号に変換され、超音波診断装置本体
（図示省略）へ送られ、ここで画像処理され、超音波診
断画像が表示される。この動作について圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、…を順次切り替えて行うことによ
り、数画面の超音波診断画像を実時間で表示することが
できる。
料１５の平面側の表面を被検体Ｍに接触させ、圧電振動
子アレイ１１の複数個の圧電振動子１１ａ、１１ｂ、…
に電気信号を印加する。これに伴い、圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、…の超音波放射面から放射される超音波ビ
ームは、第１、第２の音響整合層１２、１３および第
１、第２の超音波伝搬材料１４、１５を伝搬して被検体
Ｍ内に進行する。被検体Ｍ内からの反射信号は上記とは
逆の径路をたどり、圧電振動子１１ａ、１１ｂ、…によ
り受信されて電気信号に変換され、超音波診断装置本体
（図示省略）へ送られ、ここで画像処理され、超音波診
断画像が表示される。この動作について圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、…を順次切り替えて行うことによ
り、数画面の超音波診断画像を実時間で表示することが
できる。
【００１３】そして、圧電振動子１１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、…には、一成分系の圧電セラミックスＰｂＴｉ
Ｏ3、二成分系の圧電セラミックスＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴ
ｉＯ3、三成分系の圧電セラミックスＰｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ
2/3）Ｏ3−ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3等を用い、ＸＺ断
面においてＺ方向に所定の曲率半径で凹面形状に形成
し、所定の形状比（幅と厚みの比）に切断分離する。こ
れらの圧電セラミックスの音響インピーダンスは概ね２
５〜３０ＭＲａｙｌである。この圧電振動子１１ａ、１
１ｂ、１１ｃ、…は圧電セラミックスを焼成した後、研
磨して形成し、若しくは焼成時に所定の曲率を持つよう
に成形することができる。このように、圧電セラミック
スを凹面形状に形成することにより、その曲率半径に対
応した距離にＸＺ断面における超音波ビームの集束を行
うことができる。
ｃ、…には、一成分系の圧電セラミックスＰｂＴｉ
Ｏ3、二成分系の圧電セラミックスＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴ
ｉＯ3、三成分系の圧電セラミックスＰｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ
2/3）Ｏ3−ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3等を用い、ＸＺ断
面においてＺ方向に所定の曲率半径で凹面形状に形成
し、所定の形状比（幅と厚みの比）に切断分離する。こ
れらの圧電セラミックスの音響インピーダンスは概ね２
５〜３０ＭＲａｙｌである。この圧電振動子１１ａ、１
１ｂ、１１ｃ、…は圧電セラミックスを焼成した後、研
磨して形成し、若しくは焼成時に所定の曲率を持つよう
に成形することができる。このように、圧電セラミック
スを凹面形状に形成することにより、その曲率半径に対
応した距離にＸＺ断面における超音波ビームの集束を行
うことができる。
【００１４】第１の音響整合層１２には、エポキシ樹脂
や塩化ビニルなどの高分子材料にタングステンなどの金
属粉末を所定の比率で混合した材料を用い、この材料を
圧電振動子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、…の超音波放射面
に密着させるようにＸＺ断面において圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、…側を凸面形状に、反対側の被検
体Ｍ側を平面形状に形成する。この第１の音響整合層１
２の音響インピーダンスは、図２（ａ）、（ｂ）に示す
ように、エポシキ樹脂、塩化ビニルなどの高分子材料と
金属粉末との混合比によって変化させることができるの
で、圧電振動子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、…と第２の音
響整合層１３の音響インピーダンスの中間の値を持つよ
うに金属粉末の混合比を調整して決める。また、この材
料は流動性であるので、比較的容易にさまざまな形状に
成形することができる。
や塩化ビニルなどの高分子材料にタングステンなどの金
属粉末を所定の比率で混合した材料を用い、この材料を
圧電振動子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、…の超音波放射面
に密着させるようにＸＺ断面において圧電振動子１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、…側を凸面形状に、反対側の被検
体Ｍ側を平面形状に形成する。この第１の音響整合層１
２の音響インピーダンスは、図２（ａ）、（ｂ）に示す
ように、エポシキ樹脂、塩化ビニルなどの高分子材料と
金属粉末との混合比によって変化させることができるの
で、圧電振動子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、…と第２の音
響整合層１３の音響インピーダンスの中間の値を持つよ
うに金属粉末の混合比を調整して決める。また、この材
料は流動性であるので、比較的容易にさまざまな形状に
成形することができる。
【００１５】第２の音響整合層１３はエポキシ樹脂を用
いて平板状に成形する。エポキシ樹脂の音響インピーダ
ンスは、約３ＭＲａｙｌである。
いて平板状に成形する。エポキシ樹脂の音響インピーダ
ンスは、約３ＭＲａｙｌである。
【００１６】これらの第１および第２の音響整合層１２
および１３は、超音波を効率よく被検体Ｍに放射すると
共に、被検体Ｍからの反射エコーを効率よく受信する役
割を持つ。
および１３は、超音波を効率よく被検体Ｍに放射すると
共に、被検体Ｍからの反射エコーを効率よく受信する役
割を持つ。
【００１７】一般に、音響整合層の厚みｔnは、λ／４
に設定することが望ましいとされている。ここで、λは
音響整合層における超音波の波長であり、超音波の周波
数ｆと音響整合層の音速Ｖnから、（数１）で求められ
る。
に設定することが望ましいとされている。ここで、λは
音響整合層における超音波の波長であり、超音波の周波
数ｆと音響整合層の音速Ｖnから、（数１）で求められ
る。
【００１８】
【数１】
【００１９】音響整合層の厚みｔnと超音波の周波数と
の関係は（数２）で表わされ、音響整合層の厚みと通過
する超音波の周波数が関係していることを示している。
の関係は（数２）で表わされ、音響整合層の厚みと通過
する超音波の周波数が関係していることを示している。
【００２０】
【数２】
【００２１】したがって、上記のようにＸＺ断面におい
て一方が凸面形状、他方が平面形状を持つ第１の音響整
合層１２の厚みｔn(x)は、図３に示すように、ｘ方向に
対し、（数３）で表わされる。
て一方が凸面形状、他方が平面形状を持つ第１の音響整
合層１２の厚みｔn(x)は、図３に示すように、ｘ方向に
対し、（数３）で表わされる。
【００２２】
【数３】
【００２３】ここで、Ｒは曲率半径、ａは圧電振動子１
１ａ、１１ｂ、１１ｃ、…の短軸開口長、ｔ0は第１の
音響整合層１２の最小厚み、ｘは曲率中心線からの距離
である。（数３）で表わされるように、第１の音響整合
層１２の厚みが変化するため、それぞれの厚みに対して
通過する超音波の周波数が変化し、広範囲な周波数帯域
を持つ超音波探触子を実現することができる。
１ａ、１１ｂ、１１ｃ、…の短軸開口長、ｔ0は第１の
音響整合層１２の最小厚み、ｘは曲率中心線からの距離
である。（数３）で表わされるように、第１の音響整合
層１２の厚みが変化するため、それぞれの厚みに対して
通過する超音波の周波数が変化し、広範囲な周波数帯域
を持つ超音波探触子を実現することができる。
【００２４】第１の超音波伝搬材料１４には、シリコー
ンゴムのように音響インピーダンスが被検体Ｍとほぼ等
しく所定の超音波減衰を持つ材料を用いる。第２の超音
波伝搬材料１５には、ブタジエンゴムや天然ゴムのよう
に音響インピーダンスが被検体Ｍとほぼ等しく、超音波
減衰がほぼ０に近い材料を用いる。すなわち、第１およ
び第２の超音波伝搬材料１４および１５の音響インピー
ダンスを被検体Ｍとほぼ等しくして音響整合条件を維持
し、第１の音響伝搬材料１４の超音波減衰を利用して、
超音波探触子から放射される超音波の重みづけを行う構
成となっている。
ンゴムのように音響インピーダンスが被検体Ｍとほぼ等
しく所定の超音波減衰を持つ材料を用いる。第２の超音
波伝搬材料１５には、ブタジエンゴムや天然ゴムのよう
に音響インピーダンスが被検体Ｍとほぼ等しく、超音波
減衰がほぼ０に近い材料を用いる。すなわち、第１およ
び第２の超音波伝搬材料１４および１５の音響インピー
ダンスを被検体Ｍとほぼ等しくして音響整合条件を維持
し、第１の音響伝搬材料１４の超音波減衰を利用して、
超音波探触子から放射される超音波の重みづけを行う構
成となっている。
【００２５】第１の超音波伝搬材料１４の減衰係数をα
とすると、第１の超音波伝搬材料１４における超音波減
衰量Ａは、（数４）で表わされる。
とすると、第１の超音波伝搬材料１４における超音波減
衰量Ａは、（数４）で表わされる。
【００２６】
【数４】
【００２７】ここで、ｆは超音波の周波数、ｔは第１の
超音波伝搬材料１４の厚みである。（数４）から明らか
なように特定の周波数に対する超音波の減衰量は、第１
の超音波伝搬材料１４の厚みに比例している。したがっ
て、上記のようにＸＺ断面において第１の超音波伝搬材
料１４における第２の音響整合層１３とは反対側の被検
体Ｍ側の面を所定の関数で凹面形状に形成することによ
り、中心部に至るに従い、超音波減衰を少なくし、周辺
部に至るに従い、超音波減衰を大きくすることができる
ので、ＸＺ断面での超音波の指向特性においてサイドロ
ーブを抑圧することが可能となる。
超音波伝搬材料１４の厚みである。（数４）から明らか
なように特定の周波数に対する超音波の減衰量は、第１
の超音波伝搬材料１４の厚みに比例している。したがっ
て、上記のようにＸＺ断面において第１の超音波伝搬材
料１４における第２の音響整合層１３とは反対側の被検
体Ｍ側の面を所定の関数で凹面形状に形成することによ
り、中心部に至るに従い、超音波減衰を少なくし、周辺
部に至るに従い、超音波減衰を大きくすることができる
ので、ＸＺ断面での超音波の指向特性においてサイドロ
ーブを抑圧することが可能となる。
【００２８】図４は代表的な窓関数を示し、（表１）は
窓関数とサイドローブレベルの関係についてシミュレー
ションを行った結果を示している。
窓関数とサイドローブレベルの関係についてシミュレー
ションを行った結果を示している。
【００２９】
【表１】
【００３０】（表１）に示す結果から、窓関数として、
Triangular関数又はHanning関数又はHamming関数又はBl
ackman関数又はGauss関数又はSine関数を用いると、第
１のサイドローブレベルは、全く重みづけをしない場合
のレベル（−２８．３ｄＢ）と比較して上記各関数とも
大幅に低くなっていることがわかる。したがって、第１
の超音波伝搬材料１４の形状をＸＺ断面においてその厚
みが、上記各関数の何れか１つの関数となるように形成
することにより、ＸＺ断面におけるサイドローブを大幅
に抑圧することができる。
Triangular関数又はHanning関数又はHamming関数又はBl
ackman関数又はGauss関数又はSine関数を用いると、第
１のサイドローブレベルは、全く重みづけをしない場合
のレベル（−２８．３ｄＢ）と比較して上記各関数とも
大幅に低くなっていることがわかる。したがって、第１
の超音波伝搬材料１４の形状をＸＺ断面においてその厚
みが、上記各関数の何れか１つの関数となるように形成
することにより、ＸＺ断面におけるサイドローブを大幅
に抑圧することができる。
【００３１】第２の超音波伝搬材料１５として、超音波
減衰がほぼ０に近い材料を用いることにより、第１の超
音波伝搬材料１４における重みづけの効果を損なうこと
なく、被検体Ｍとの接触性を高めることができる。
減衰がほぼ０に近い材料を用いることにより、第１の超
音波伝搬材料１４における重みづけの効果を損なうこと
なく、被検体Ｍとの接触性を高めることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電振動子アレイを配列方向と直交する断面で超音波放射
方向に所定の曲率で凹面形状にすることにより、圧電振
動子アレイの配列方向と直交する断面で超音波ビームを
所定の深さに集束させることができ、また、第１の音響
整合層の厚みを圧電振動子アレイの配列方向と直交する
断面において、中心部から周辺部に至るに従って薄くす
ることにより、広範囲な周波数領域での音響的整合をと
ることができ、周波数帯域特性の広帯域化を図ることが
できるので、第１の超音波伝搬材料の減衰による高周波
成分の低下による画質への影響を最小限に抑えることが
できる。また、所定の超音波減衰を持つ第１の超音波伝
搬材料の厚みを圧電振動子アレイの配列方向と直交する
断面において、中心部から周辺部に至るに従って厚くな
るように形成しているので、中心部から周辺部に至るに
従って第１の超音波伝搬材料による減衰が大きくなり、
中心部に至るに従って音圧が高く、周辺部に至るに従っ
て音圧が低くなる。これにより超音波診断画像の分解能
の劣化や疑似エコーの要因であるサイドローブを低く抑
えることができる。したがって、良好な超音波診断画像
を得ることができる。また、第１の超音波伝搬材料と被
検体との間に超音波減衰がほぼ０に近い第２の超音波伝
搬材料を設けて第１の超音波伝搬材料の凹部を埋めてい
るので、周波数帯域特性を変えることなく、被検体に適
合させ、被検体との接触性を向上させることができる。
電振動子アレイを配列方向と直交する断面で超音波放射
方向に所定の曲率で凹面形状にすることにより、圧電振
動子アレイの配列方向と直交する断面で超音波ビームを
所定の深さに集束させることができ、また、第１の音響
整合層の厚みを圧電振動子アレイの配列方向と直交する
断面において、中心部から周辺部に至るに従って薄くす
ることにより、広範囲な周波数領域での音響的整合をと
ることができ、周波数帯域特性の広帯域化を図ることが
できるので、第１の超音波伝搬材料の減衰による高周波
成分の低下による画質への影響を最小限に抑えることが
できる。また、所定の超音波減衰を持つ第１の超音波伝
搬材料の厚みを圧電振動子アレイの配列方向と直交する
断面において、中心部から周辺部に至るに従って厚くな
るように形成しているので、中心部から周辺部に至るに
従って第１の超音波伝搬材料による減衰が大きくなり、
中心部に至るに従って音圧が高く、周辺部に至るに従っ
て音圧が低くなる。これにより超音波診断画像の分解能
の劣化や疑似エコーの要因であるサイドローブを低く抑
えることができる。したがって、良好な超音波診断画像
を得ることができる。また、第１の超音波伝搬材料と被
検体との間に超音波減衰がほぼ０に近い第２の超音波伝
搬材料を設けて第１の超音波伝搬材料の凹部を埋めてい
るので、周波数帯域特性を変えることなく、被検体に適
合させ、被検体との接触性を向上させることができる。
【００３３】また、第１および第２の音響整合層を用い
ることにより、両者の音響インピーダンスを調整して超
音波を効率よく被検体に放射すると共に、被検体からの
反射エコーを効率よく受信することができる。
ることにより、両者の音響インピーダンスを調整して超
音波を効率よく被検体に放射すると共に、被検体からの
反射エコーを効率よく受信することができる。
【００３４】また、第１および第２の超音波伝搬材料の
音響インピーダンスを被検体の音響インピーダンスにほ
ぼ等しくすることにより、被検体の境界面での超音波の
反射を低くし、効率よく被検体内に超音波を放射するこ
とができる。
音響インピーダンスを被検体の音響インピーダンスにほ
ぼ等しくすることにより、被検体の境界面での超音波の
反射を低くし、効率よく被検体内に超音波を放射するこ
とができる。
【００３５】また、第１の超音波伝搬材料を所定の関数
で規定される凹面形状に形成することにより、サイドロ
ーブを大幅に抑えることができる。
で規定される凹面形状に形成することにより、サイドロ
ーブを大幅に抑えることができる。
【図１】本発明の一実施例における超音波探触子を示す
斜視図
斜視図
【図２】（ａ）同超音波探触子に用いる第１の音響整合
層を形成するエポキシ樹脂とタングステン粉末の混合比
と、音響インピーダンスの関係を示す図 （ｂ）同超音波探触子に用いる第１の音響整合層を形成
する塩化ビニルとダングステン粉末の混合比と、音響イ
ンピーダンスの関係を示す図
層を形成するエポキシ樹脂とタングステン粉末の混合比
と、音響インピーダンスの関係を示す図 （ｂ）同超音波探触子に用いる第１の音響整合層を形成
する塩化ビニルとダングステン粉末の混合比と、音響イ
ンピーダンスの関係を示す図
【図３】同超音波探触子に用いる第１の音響整合層の厚
みの変化を求めるための説明図
みの変化を求めるための説明図
【図４】同超音波探触子に用いる第１の超音波伝搬材料
を形成するための代表的な窓関数の説明図
を形成するための代表的な窓関数の説明図
【図５】従来の超音波探触子を示す斜視図
【符号の説明】 １０ 保持体 １１ 圧電振動子アレイ １２ 第１の音響整合層 １３ 第２の音響整合層 １４ 第１の超音波伝搬材料 １５ 第２の超音波伝搬材料 Ｍ 被検体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−207840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−234949（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−234749（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−246957（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−151952（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−180006（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−48213（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】 複数個の圧電振動子が一列に並設され、
その配列方向と直交する断面で超音波放射方向に凹面形
状に形成された圧電振動子アレイと、この圧電振動子ア
レイの超音波放射面に設けられ、上記圧電振動子アレイ
側の面が上記圧電振動子の配列方向と直交する断面で凸
面形状であり、反対側の面が平面形状である音響整合層
と、この音響整合層の平面側に設けられ、音響整合層と
は反対側の面が上記圧電振動子の配列方向と直交する断
面で凹面形状を有し、所定の超音波減衰を持つ第１の超
音波伝搬材料と、この第１の超音波伝搬材料の凹面側に
設けられ、第１の超音波伝搬材料側の面が上記圧電振動
子の配列方向と直交する断面で凸面形状であり、超音波
減衰がほぼ０に近い第２の超音波伝搬材料とを備えた超
音波探触子。 - 【請求項２】 音響整合層が、圧電振動子側の面が凸面
形状の第１の音響整合層と、この第１の音響整合層と第
１の超音波伝搬材料との間に設けられた平板状の第２の
音響整合層からなり、上記第１の音響整合層の音響イン
ピーダンスＺ1と上記第２の音響整合層の音響インピー
ダンスＺ2が、圧電振動子の音響インピーダンスＺ0と被
検体の音響インピーダンスＺ3との中間の値を有し、 Ｚ0＞Ｚ1＞Ｚ2＞Ｚ3 の関係が成り立つ請求項１記載の超音波探触子。 - 【請求項３】 第１の超音波伝搬材料および第２の超音
波伝搬材料の音響インピーダンスが被検体の音響インピ
ーダンスとほぼ等しい請求項１または請求項２記載の超
音波探触子。 - 【請求項４】 第１の超音波伝搬材料が、Triangular関
数、Hanning関数、Hamming関数、Blackman関数、Gauss
関数、Sine関数の何れか１つの関数で規定される凹面形
状である請求項１または請求項２または請求項３記載の
超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20784191A JP2606017B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20784191A JP2606017B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0542142A JPH0542142A (ja) | 1993-02-23 |
| JP2606017B2 true JP2606017B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=16546415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20784191A Expired - Fee Related JP2606017B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2606017B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP20784191A patent/JP2606017B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0542142A (ja) | 1993-02-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |