JP3009423B2 - 超音波探触子及び超音波装置 - Google Patents
超音波探触子及び超音波装置Info
- Publication number
- JP3009423B2 JP3009423B2 JP2054752A JP5475290A JP3009423B2 JP 3009423 B2 JP3009423 B2 JP 3009423B2 JP 2054752 A JP2054752 A JP 2054752A JP 5475290 A JP5475290 A JP 5475290A JP 3009423 B2 JP3009423 B2 JP 3009423B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- backing material
- vibrator
- intervening layer
- wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波探触子に係り、特に超音波装置にお
ける超音波探触子に関する。
ける超音波探触子に関する。
従来の超音波探触子は、両面に電極が設けられた圧電
素子からなる振動子があり、この振動子の主表面に音響
整合層を介して音響レンズが設けられている。
素子からなる振動子があり、この振動子の主表面に音響
整合層を介して音響レンズが設けられている。
そして、前記振動子の背面には、その振動子の基台と
しての機能をも有するバッキング材が設けられている。
特にバッキング材としたのは、前記振動子の背面から出
る音波が再び振動子面に戻ってこないように、超音波の
減衰の大きい材料を用いる必要があるからである。
しての機能をも有するバッキング材が設けられている。
特にバッキング材としたのは、前記振動子の背面から出
る音波が再び振動子面に戻ってこないように、超音波の
減衰の大きい材料を用いる必要があるからである。
従来のこのような超音波探触子は、前記バッキング材
の機能により超音波の減衰を大きくすることができるこ
とから、該超音波の波形の持続時間が短く、その短い持
続時間に対応したパルス幅のパルスを形成することがで
きる。そして、このようにパルス幅の小さなパルスを形
成できれば、画像形成において、分解能の高い超音波断
層像を得ることができる。
の機能により超音波の減衰を大きくすることができるこ
とから、該超音波の波形の持続時間が短く、その短い持
続時間に対応したパルス幅のパルスを形成することがで
きる。そして、このようにパルス幅の小さなパルスを形
成できれば、画像形成において、分解能の高い超音波断
層像を得ることができる。
しかしながら、近年になって、血流からの超音波の反
射は血流の速さに応じて周波数が偏移するというドプラ
効果を利用して、血流速度を計測し、この血流速度に基
づいて血流速像を得る場合がある。
射は血流の速さに応じて周波数が偏移するというドプラ
効果を利用して、血流速度を計測し、この血流速度に基
づいて血流速像を得る場合がある。
この場合において、前記血流速度を正確に計測するた
めには、前記周波数の偏移をしやすくするため前記振動
子からの超音波の振動の持続時間がある程度長いほうが
好ましくなる。
めには、前記周波数の偏移をしやすくするため前記振動
子からの超音波の振動の持続時間がある程度長いほうが
好ましくなる。
それ故、本発明は、このような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的とするところは、血流速度を計
測し、この血流速度に基づいて血流速像を得るに好適な
超音波探触子を提供するにある。
たものであり、その目的とするところは、血流速度を計
測し、この血流速度に基づいて血流速像を得るに好適な
超音波探触子を提供するにある。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）振動子がバッキング材上に複数並設され、前記振
動子と前記バッキング材との間に層厚が超音波の波長の
1/4となる介在層が備えられた超音波探触子において、
前記介在層は前記バッキング材よりも音響インピーダン
スが小さい部材からなり、前記振動子から前記バッキン
グ材側に照射された超音波の一部を前記振動子側に反射
させることを特徴としたものである。
動子と前記バッキング材との間に層厚が超音波の波長の
1/4となる介在層が備えられた超音波探触子において、
前記介在層は前記バッキング材よりも音響インピーダン
スが小さい部材からなり、前記振動子から前記バッキン
グ材側に照射された超音波の一部を前記振動子側に反射
させることを特徴としたものである。
（２）振動子がバッキング材上に複数並設され、前記振
動子と前記バッキング材との間に層厚が超音波の波長の
1/4となる介在層が備えられた超音波探触子を備え、該
超音波探触子から送受波した超音波から被検体の超音波
像を生成する超音波装置において、前記介在層は前記バ
ッキング材よりも音響インピーダンスが小さい部材から
なり、前記振動子から前記バッキング材側に照射された
超音波の一部を前記振動子側に反射させる。
動子と前記バッキング材との間に層厚が超音波の波長の
1/4となる介在層が備えられた超音波探触子を備え、該
超音波探触子から送受波した超音波から被検体の超音波
像を生成する超音波装置において、前記介在層は前記バ
ッキング材よりも音響インピーダンスが小さい部材から
なり、前記振動子から前記バッキング材側に照射された
超音波の一部を前記振動子側に反射させる。
前述した（１）の手段によれば、超音波探触子はその
振動子がバッキング材を基材とすると共に、振動子と該
バッキング材との間に超音波の波長の1/4の層厚を有す
る介在層が介在されている。従って、振動子の背面すな
わち振動子のバッキング材側から発生する超音波は、介
在層とバッキング材との境界部で反射され、超音波の波
長の1/2の位相差が生じた反射波として振動子に戻って
くることとなる。すなわち、振動子自体が発生した超音
波と反射波とは同期がとれることとなる。
振動子がバッキング材を基材とすると共に、振動子と該
バッキング材との間に超音波の波長の1/4の層厚を有す
る介在層が介在されている。従って、振動子の背面すな
わち振動子のバッキング材側から発生する超音波は、介
在層とバッキング材との境界部で反射され、超音波の波
長の1/2の位相差が生じた反射波として振動子に戻って
くることとなる。すなわち、振動子自体が発生した超音
波と反射波とは同期がとれることとなる。
このとき、本願発明の超音波探触子では、介在層はバ
ッキング材よりも音響インピーダンスの小さい部材で形
成されているので、振動子の背面から発生する超音波の
大部分がバッキング材側へ伝播され、一部の超音波が反
射波として振動子側へ伝播されることとなる。
ッキング材よりも音響インピーダンスの小さい部材で形
成されているので、振動子の背面から発生する超音波の
大部分がバッキング材側へ伝播され、一部の超音波が反
射波として振動子側へ伝播されることとなる。
従って、振動子自体の発生する超音波に反射波を加え
た分だけ減衰が小さく、且つ反射波に生じた位相差分だ
け時間の長い超音波波形すなわち持続の時間が長い超音
波波形が得られることとなる。
た分だけ減衰が小さく、且つ反射波に生じた位相差分だ
け時間の長い超音波波形すなわち持続の時間が長い超音
波波形が得られることとなる。
また、振動子自体の発生する超音波に反射波を加えた
分だけ減衰が小さく、超音波波形の持続の長いものが得
られるので、血流の速さによって生じる周波数の偏移が
しやすくなり、従来より正確な血流像が得られるように
なる。
分だけ減衰が小さく、超音波波形の持続の長いものが得
られるので、血流の速さによって生じる周波数の偏移が
しやすくなり、従来より正確な血流像が得られるように
なる。
このようなことから、バッキング材の機能を損なわず
そのまま維持させた状態で、血流速度を計測し、この血
流速度に基づいて血流速像を得るのに好適な超音波探触
子を提供することができるようになる。
そのまま維持させた状態で、血流速度を計測し、この血
流速度に基づいて血流速像を得るのに好適な超音波探触
子を提供することができるようになる。
前述した（２）の手段によれば、超音波探触子はその
振動子がバッキング材を基材とすると共に、振動子と該
バッキング材との間に超音波の波長の1/4の層厚を有す
る介在層が介在されている。従って、振動子の背面すな
わち振動子のバッキング材側から発生する超音波は、介
在層とバッキング材との境界部で反射され、超音波の波
長の1/2の位相差が生じた反射波として振動子に戻って
くることとなる。すなわち、送波時おいては、振動子自
体が発生した超音波と介在層で反射された反射波とは同
期がとれることとなる。同様に、受波時においても、被
検体で反射された超音波は、振動子で電気信号に変換さ
れると共に介在層に伝播される。ここで介在層に伝播さ
れた超音波の大部分はバッキング材へ伝播され、一部の
超音波が振動子へ伝播され電気信号に変換される。
振動子がバッキング材を基材とすると共に、振動子と該
バッキング材との間に超音波の波長の1/4の層厚を有す
る介在層が介在されている。従って、振動子の背面すな
わち振動子のバッキング材側から発生する超音波は、介
在層とバッキング材との境界部で反射され、超音波の波
長の1/2の位相差が生じた反射波として振動子に戻って
くることとなる。すなわち、送波時おいては、振動子自
体が発生した超音波と介在層で反射された反射波とは同
期がとれることとなる。同様に、受波時においても、被
検体で反射された超音波は、振動子で電気信号に変換さ
れると共に介在層に伝播される。ここで介在層に伝播さ
れた超音波の大部分はバッキング材へ伝播され、一部の
超音波が振動子へ伝播され電気信号に変換される。
送波時においては、介在層はバッキング材よりも音響
インピーダンスの小さい部材で形成されているので、振
動子の背面から発生する超音波の大部分がバッキング材
側へ伝播され、一部の超音波が反射波として振動子側へ
伝播されることとなる。従って、振動子自体の発生する
超音波に反射波を加えた分だけ減衰が小さく、且つ反射
波に生じた位相差分だけ時間の長い超音波波形すなわち
持続の時間が長い超音波波形が得られることとなる。同
様に、受波時においても、被検体で反射された超音波
は、振動子で電気信号に変換されると共に介在層に伝播
される。ここで介在層に伝播された超音波の大部分はバ
ッキング材へ伝播され、一部の超音波が振動子へ伝播さ
れ電気信号に変換される。従って、振動子に直接伝播さ
れた超音波に反射波を加えた分だけ減衰が小さく、且つ
反射波に生じた位相差分だけ時間の長い超音波波形すな
わち持続の時間が長い超音波波形が電気信号に変換され
ることとなる。また、振動子自体の発生する超音波に反
射波を加えた分だけ減衰が小さく、超音波波形の持続の
長いものが得られるので、血流の速さによって生じる周
波数の偏移がしやすくなり、従来より正確な血流像が得
られるようになる。
インピーダンスの小さい部材で形成されているので、振
動子の背面から発生する超音波の大部分がバッキング材
側へ伝播され、一部の超音波が反射波として振動子側へ
伝播されることとなる。従って、振動子自体の発生する
超音波に反射波を加えた分だけ減衰が小さく、且つ反射
波に生じた位相差分だけ時間の長い超音波波形すなわち
持続の時間が長い超音波波形が得られることとなる。同
様に、受波時においても、被検体で反射された超音波
は、振動子で電気信号に変換されると共に介在層に伝播
される。ここで介在層に伝播された超音波の大部分はバ
ッキング材へ伝播され、一部の超音波が振動子へ伝播さ
れ電気信号に変換される。従って、振動子に直接伝播さ
れた超音波に反射波を加えた分だけ減衰が小さく、且つ
反射波に生じた位相差分だけ時間の長い超音波波形すな
わち持続の時間が長い超音波波形が電気信号に変換され
ることとなる。また、振動子自体の発生する超音波に反
射波を加えた分だけ減衰が小さく、超音波波形の持続の
長いものが得られるので、血流の速さによって生じる周
波数の偏移がしやすくなり、従来より正確な血流像が得
られるようになる。
その結果、バッキング材の機能低下に伴う超音波像の
画質低下を防止しつつ、血流速度を計測し、この血流速
度に基づいて血流速像を得るのに好適な超音波装置を提
供することができるようになる。
画質低下を防止しつつ、血流速度を計測し、この血流速
度に基づいて血流速像を得るのに好適な超音波装置を提
供することができるようになる。
第１図は、本発明による超音波探触子の一実施例によ
る一部破断斜視図である。
る一部破断斜視図である。
同図において、両面に電極が設けられた圧電素子１が
ある。この圧電素子１は、前記各電極に電圧を印加する
ことにより超音波を発生させる振動子となっている。前
記圧電素子１はその背面においてバッキング材２により
支持され、このバッキング材２は、前記圧電素子１の基
台としての機能をも有するとともに、前記圧電素子１の
背面から出る超音波が再び前記圧電素子１の面に戻って
こないように設けられている。このようなことから前記
バッキング材２は、例えばフェライトゴム又はタングス
テン粉末をたとえば70重量％の割合でエポキシ樹脂に混
入したもの等から構成されている。そして、このように
して構成された前記バッキング材２の音響インピーダン
スは６〜７×106kg/m2・secとなっている。
ある。この圧電素子１は、前記各電極に電圧を印加する
ことにより超音波を発生させる振動子となっている。前
記圧電素子１はその背面においてバッキング材２により
支持され、このバッキング材２は、前記圧電素子１の基
台としての機能をも有するとともに、前記圧電素子１の
背面から出る超音波が再び前記圧電素子１の面に戻って
こないように設けられている。このようなことから前記
バッキング材２は、例えばフェライトゴム又はタングス
テン粉末をたとえば70重量％の割合でエポキシ樹脂に混
入したもの等から構成されている。そして、このように
して構成された前記バッキング材２の音響インピーダン
スは６〜７×106kg/m2・secとなっている。
さらに、前記圧電素子１とバッキング材２との間に
は、本発明の特徴であり後述で明らかにする介在層３が
介在されている。
は、本発明の特徴であり後述で明らかにする介在層３が
介在されている。
一方、前記圧電素子１の主表面には、音響整合層４が
設けられている。この音響整合層４は、前記圧電素子１
の音響インピーダンスが生体の音響インピーダンスより
も著しく大きいため、これを整合して、前記圧電素子１
の振動が効率よく生体に伝播できるようにするためのも
のである。本実施例では、前記音響整合層４は二層構造
となっており、これにより、より広帯域の超音波を通過
させることができるようになっている。
設けられている。この音響整合層４は、前記圧電素子１
の音響インピーダンスが生体の音響インピーダンスより
も著しく大きいため、これを整合して、前記圧電素子１
の振動が効率よく生体に伝播できるようにするためのも
のである。本実施例では、前記音響整合層４は二層構造
となっており、これにより、より広帯域の超音波を通過
させることができるようになっている。
さらに、前記音響整合層４の上面には、音響レンズ５
が設けられている。この音響レンズ５は、前記圧電素子
１からの超音波ビームを収束させるためのものである。
が設けられている。この音響レンズ５は、前記圧電素子
１からの超音波ビームを収束させるためのものである。
このような構成において、前記介在層３を詳細に説明
する。この介在層３は、例えばポリウレタン樹脂からな
り、その音響インピーダンスは、２×106〜３×106kg/m
2・sec、音速は、200m/secの特性を有している。
する。この介在層３は、例えばポリウレタン樹脂からな
り、その音響インピーダンスは、２×106〜３×106kg/m
2・sec、音速は、200m/secの特性を有している。
そして、前記介在層３の層厚は、前記圧電素子１から
発生する超音波の波長の1/4に相当するように設定され
ている。例えば、超音波周波数が3.5MHzの場合、前記層
厚は143μｍに設定される。
発生する超音波の波長の1/4に相当するように設定され
ている。例えば、超音波周波数が3.5MHzの場合、前記層
厚は143μｍに設定される。
このように構成した超音波探触子において、第２図に
示すように、z0を前記圧電素子１の音響インピーダン
ス、Z1を前記介在層３の音響インピーダンス、Z2を前記
バッキング材２の音響インピーダンスとする。この場
合、前記圧電素子１の背面の音響インピーダンスZeは周
知のように次式（１）で表すことができる。なお、この
場合において、Ｌは前記介在層３の層厚とする。
示すように、z0を前記圧電素子１の音響インピーダン
ス、Z1を前記介在層３の音響インピーダンス、Z2を前記
バッキング材２の音響インピーダンスとする。この場
合、前記圧電素子１の背面の音響インピーダンスZeは周
知のように次式（１）で表すことができる。なお、この
場合において、Ｌは前記介在層３の層厚とする。
この式（１）において、Ｌ＝λ/4からこれを代入する
と次式（２）を得る。
と次式（２）を得る。
Ze＝Z1 2/Z2 …（２） この式（２）に、たとえば、Z1＝２×106kg/m2・se
c、Z2＝７×106kg/m2・secを代入した場合、 Ze＝0.6×106kg/m2・sec となる。
c、Z2＝７×106kg/m2・secを代入した場合、 Ze＝0.6×106kg/m2・sec となる。
このことは、前記介在層３を介在させても前記圧電素
子３の背面の音響インピーダンスが大きくならず前記バ
ッキング材２としての機能が損なわれないことを示して
いる。
子３の背面の音響インピーダンスが大きくならず前記バ
ッキング材２としての機能が損なわれないことを示して
いる。
このようなことから、本実施例によれば、その圧電素
子１がバッキング材２を基台としていることから、該圧
電素子１から発生する超音波は、第３図（ａ）に示すよ
うに、従来のようにその減衰が大きなものとなる。な
お、第３図（ａ）に示す波形は第２図に示すａの波に対
応させている。しかし、前記圧電素子１とバッキング材
２との間には、前記バッキング材２の音響インピーダン
スよりも小さい音響インピーダンスを有する介在層３が
介在されていることから、前記圧電素子１の背面から発
生する超音波は、その大部分が前記バッキング材２側へ
伝播されるが、その一部は、第３図（ｂ）に示すよう
に、前記介在層３とバッキング材２との境界部で反射さ
れ前記圧電素子１側へ伝播される。なお、第３図（ｂ）
に示す波形は第２図に示すｂの波に対応させている。こ
の場合、前記介在層３の層厚は、前記圧電素子１から発
生する超音波の波長の1/4となっている。このことは、
前記圧電素子１の背面からの超音波が前記介在層３とバ
ッキング材２との境界部で反射した反射波が再び戻って
くるまで前記超音波の波長の1/2の位相差が生じること
になるものであり、第３図（ｃ）に示すように、前記圧
電素子１自体の発生する超音波と同期がとれることとな
る。そして、前記圧電素子１自体の発生する超音波に前
記反射波を加えた分だけ減衰が小さく、すなわち超音波
の振動の持続の長いものが得られることになる。
子１がバッキング材２を基台としていることから、該圧
電素子１から発生する超音波は、第３図（ａ）に示すよ
うに、従来のようにその減衰が大きなものとなる。な
お、第３図（ａ）に示す波形は第２図に示すａの波に対
応させている。しかし、前記圧電素子１とバッキング材
２との間には、前記バッキング材２の音響インピーダン
スよりも小さい音響インピーダンスを有する介在層３が
介在されていることから、前記圧電素子１の背面から発
生する超音波は、その大部分が前記バッキング材２側へ
伝播されるが、その一部は、第３図（ｂ）に示すよう
に、前記介在層３とバッキング材２との境界部で反射さ
れ前記圧電素子１側へ伝播される。なお、第３図（ｂ）
に示す波形は第２図に示すｂの波に対応させている。こ
の場合、前記介在層３の層厚は、前記圧電素子１から発
生する超音波の波長の1/4となっている。このことは、
前記圧電素子１の背面からの超音波が前記介在層３とバ
ッキング材２との境界部で反射した反射波が再び戻って
くるまで前記超音波の波長の1/2の位相差が生じること
になるものであり、第３図（ｃ）に示すように、前記圧
電素子１自体の発生する超音波と同期がとれることとな
る。そして、前記圧電素子１自体の発生する超音波に前
記反射波を加えた分だけ減衰が小さく、すなわち超音波
の振動の持続の長いものが得られることになる。
このようなことから、前記バッキング材３の機能を損
なわずそのまま維持させた状態で、血流速度を計測し、
この血流速度に基づいて血流速像を得るに好適な超音波
探触子を提供することができるようになる。
なわずそのまま維持させた状態で、血流速度を計測し、
この血流速度に基づいて血流速像を得るに好適な超音波
探触子を提供することができるようになる。
上述した実施例では、前記介在層３の材料として例え
ばポリウレタン樹脂を選定したものであるが、これに限
定されるものではなく、前記バッキング材２の音響イン
ピーダンスよりも小さな音響インピーダンスを有する材
料であればよいことはもちろんである。
ばポリウレタン樹脂を選定したものであるが、これに限
定されるものではなく、前記バッキング材２の音響イン
ピーダンスよりも小さな音響インピーダンスを有する材
料であればよいことはもちろんである。
さらに、前記介在層３は、一層として介在させている
ものであるが、一層に限定されるものではなく、多層と
してもよいことはいうまでもない。
ものであるが、一層に限定されるものではなく、多層と
してもよいことはいうまでもない。
以上説明したことから明らかなように、本発明による
超音波探触子によれば、血流速度を計測し、この血流速
度に基づいて血流速像を得るに好適なものとすることが
できる。
超音波探触子によれば、血流速度を計測し、この血流速
度に基づいて血流速像を得るに好適なものとすることが
できる。
第１図は、本発明による超音波探触子の一実施例を示す
一部破断斜視図、 第２図は、本発明による超音波探触子における圧電素子
の背面の音響インピーダンスを考察するための説明図、 第３図は、本発明による超音波探触子の効果を説明する
ための説明図である。 図中、１……圧電素子、２……バッキング材、３……介
在層、４……音響整合層、５……音響レンズ。
一部破断斜視図、 第２図は、本発明による超音波探触子における圧電素子
の背面の音響インピーダンスを考察するための説明図、 第３図は、本発明による超音波探触子の効果を説明する
ための説明図である。 図中、１……圧電素子、２……バッキング材、３……介
在層、４……音響整合層、５……音響レンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−73592（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15
Claims (2)
- 【請求項１】振動子がバッキング材上に複数並設され、
前記振動子と前記バッキング材との間に層厚が超音波の
波長の1/4となる介在層が備えられた超音波探触子にお
いて、 前記介在層は前記バッキング材よりも音響インピーダン
スが小さい部材からなり、前記振動子から前記バッキン
グ材側に照射された超音波の一部を前記振動子側に反射
させることを特徴とする超音波探触子。 - 【請求項２】振動子がバッキング材上に複数並設され、
前記振動子と前記バッキング材との間に層厚が超音波の
波長の1/4となる介在層が備えられた超音波探触子を備
え、該超音波探触子から送受波した超音波から被検体の
超音波像を生成する超音波装置において、 前記介在層は前記バッキング材よりも音響インピーダン
スが小さい部材からなり、前記振動子から前記バッキン
グ材側に照射された超音波の一部を前記振動子側に反射
させることを特徴とする超音波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2054752A JP3009423B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 超音波探触子及び超音波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2054752A JP3009423B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 超音波探触子及び超音波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03254739A JPH03254739A (ja) | 1991-11-13 |
| JP3009423B2 true JP3009423B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=12979504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2054752A Expired - Lifetime JP3009423B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 超音波探触子及び超音波装置 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3009423B2 (ja) |
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-
1990
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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