JP3200482B2 - ドプラ診断用超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波ドプラ法によっ
て血流速度等を測定する際に用いられるドプラ診断用超
音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を生体内に送波し、生体内の運動
反射体（例えば血流）にてドプラシフトを受けた反射波
を受波し、受信信号に含まれるドプラ情報から前記運動
反射体の速度等を測定する超音波ドプラ診断装置が活用
されている。ここで、超音波の送受波は超音波振動子を
有する超音波探触子によって行われる。

【０００３】ここで、一般に従来の超音波振動子は、圧
電材料を２つの電極で挟んだ構造をなし、その両電極間
に高周波信号を印加することによって、圧電材料が周期
的に歪み、この結果、圧電材料の表面からその垂直方向
に弾性波である超音波が放射される。

【０００４】ところで、超音波がドプラシフトを受ける
ためには、原理上、運動反射体である血流等の運動方向
に対して超音波ビーム方向が直交していてはならず、あ
る程度以上の交差角度が必要である。

【０００５】従って、従来においては、超音波探触子を
体表に当接させて体表下を流れる体表に平行な血管の血
流速度を測定しようとする場合、超音波ビームを体表に
対して斜めに設定する必要から、超音波振動子を体表に
対して斜めに配置する必要がある。それゆえ、従来にお
いては、図８に示すように、超音波振動子１０と体表１
００との間に、生体と音響インピーダンスがほぼ等しい
くさび形のスタンドオフ材１２を介在配置させる必要が
あった。これは、図９に示すように、生体内の血管１０
２に直接当接して血流１０４の速度を測定する術中超音
波探触子や術後に生体内に留置する超音波探触子につい
ても同様であり、スタンドオフ材１２が必要となってい
た。

【０００６】一方、体腔内や血管内に挿入される超音波
探触子においては、血流と平行に超音波ビームを形成す
る場合にドプラシフトが最も大きくなるため、本来、挿
入管の先端前面に超音波振動子を配置することが望まし
い。

【０００７】しかし、図１０に示されるように、その挿
入管１４が筒構造をなし、その内部空洞に例えばガイド
ワイヤ１６が通される超音波探触子においては、先端前
面に開口が形成されるため、超音波振動子１８の中央に
も開口を形成しなければならず、加工製作が困難であ
り、更に超音波振動子の有効面積が小さくなり、特性の
劣化を生じるという不都合がある。

【０００８】一方、超音波振動子の開口形成を回避する
ため、図１１に示されるように、挿入管１４の側部に超
音波振動子２０を斜めに配置する場合には、管を部分的
に肥大させてしまい、挿入困難及び製作困難という問題
が生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来に
おいてドプラ診断を行う際、体表当接型及び血管当接型
のドプラ診断用超音波探触子においてはスタンドオフ材
が必要となり、体腔内挿入型の超音波探触子においては
製作困難な構造になってしまうという問題があった。

【００１０】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、超音波を発生させる素子を斜
めに配置することなくドプラ計測を行うことのできるド
プラ診断用超音波診断装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波診断装置において超音波を送受波
する素子として、弾性表面波素子（以下、ＳＡＷ（Ｓｕ
ｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子ともい
う）を用い、更にそのＳＡＷ素子のうちで一方向性ＳＡ
Ｗ素子を用いたことを特徴とする。

【００１２】すなわち、圧電材料の表面に電極部が形成
されその表面にて弾性表面波が発生される弾性表面波素
子を備えたドプラ診断用超音波診断装置であって、前記
弾性表面波素子として、電極パターンの構成と移相器の
信号位相とによって一方向に弾性表面波が伝達される特
性をもつ一方向性弾性表面波素子を用い、前記一方向性
弾性表面波素子を音響伝搬媒体に接合させて、前記圧電
材料の表面から斜め方向に弾性波を放射させることを特
徴とする。

【００１３】

【作用】

（Ａ）原理説明 まず、前提説明としてＳＡＷ素子の原理について説明す
る。図５には、一般的なＳＡＷ素子２０の上面図が示さ
れている。ＳＡＷ素子２０は、圧電材料２２の上面に、
互いに噛み合う櫛形の一方極の電極２４ａと他方極の電
極２４ｂとを形成してなるものである。なお、従来、こ
のＳＡＷ素子はアナログ遅延線などとして用いられてい
る。他の用途としては、特開平４−１３２５４５号公報
に記載されたものが挙げられる。

【００１４】このＳＡＷ素子の一般的な使用態様におい
ては、電極間に信号を印加すると、圧電材料の上面（電
極面）に弾性表面波が生じる。

【００１５】一方、図６に示すように、生体や生体等価
物質等の音響伝搬媒体１０６に電極面を接触させると、
圧電材料２２におけるＳＡＷの速度と音響伝搬媒体１０
６の音波の速度との比で定まる角度で漏れ弾性波が音響
伝搬媒体内へ斜めに放射されることが実験によって確認
されている。

【００１６】すなわち、図７に示すように、電極面の法
線に対して弾性波が放射される角度をθとすると、θ＝
Ｓｉｎ^-1（（媒体の音速Ｖ１）／（ＳＡＷ素子の音速Ｖ
２）） …（１）となる。従って、このＳＡＷ素子を用
いれば、従来のように、超音波振動素子を斜めに配置す
る際の問題点を解消できる。

【００１７】ところが、図５に示したＳＡＷ素子２０
は、前後方向（紙面左右方向）に斜めに２つの弾性波が
放射されるため、そのままでは、ドプラシフトが正負両
方向に生じ、ドプラ診断を行うことは困難となる。そこ
で、一方向のみに斜め弾性波を生じさせることが必要と
なり、本発明においては、一方向性ＳＡＷ素子を用いて
いる。

【００１８】ここで、一方向性ＳＡＷ素子としては、現
在まで各種のものが提案されており、いわゆる八木アン
テナのように波の重なりと相殺とを利用して、一方向の
みに弾性表面波を生じさせるようにしたものがある。

【００１９】（Ｂ）上記構成の作用 上記構成によれば、ＳＡＷ素子が音響伝搬媒体に接触し
ているので、ＳＡＷ素子の上面で一方向に弾性表面波が
生じると、漏れ弾性波が、ＳＡＷ素子のＳＡＷの音速と
音響伝搬媒体の音速との比で定まる角度で音響伝搬媒体
内へ斜めに放射されることになる。ここで、音響伝搬媒
体は、生体組織又は生体等価物質である。ＳＡＷ素子に
接触した音響伝搬媒体が生体組織である場合には漏れ弾
性波が直接生体内へ放射され、ＳＡＷ素子に接触した音
響伝搬媒体が生体等価物質の場合には、その生体等価物
質を介して生体内へ漏れ弾性波が放射される。一方、以
上とは逆に、生体内の運動反射体にてドプラシフトを受
けた反射波は、ＳＡＷ素子にて受波される。

【００２０】このように、ドプラ診断用の素子として一
方向性ＳＡＷ素子を用いれば、素子を傾けることなく、
超音波（弾性波）を素子表面から斜めに放射させること
が可能となり、同時に、２方向への弾性波の放射も容易
に回避できる。また、極性を変えることにより、放射方
向を切り替えることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００２２】図１には、本発明に係るドプラ診断用超音
波診断装置に配置されるＳＡＷ素子の概略的な外観が示
されている。このＳＡＷ素子３０の構成について説明す
る。圧電材料３２の上面（電極形成面）には、電極３４
がパターン形成されている。図１に示されるように、こ
の電極３４は３つのパターン要素から成り、すなわち電
極３４は電極要素３４ａ，３４ｂ，３４ｃで構成されて
いる。ここで、各電極要素は櫛形状あるいはすだれ形状
をなしており、電極要素３４ｃは中央付近で左右に反転
している。なお、この電極パターンは従来から知られて
いる一方向性のためのパターンである。圧電材料３２の
下面側にはフレキシブル基板３６が接合配置され、前記
電極要素３４ａ，３４ｂ，３４ｃはそれぞれフレキシブ
ル基板３６上に形成された電極層にリード線３８によっ
て電気的に接続されている。そして、その電極層には信
号ケーブル４０が電気的に接続されている。

【００２３】図２には、このＳＡＷ素子３０を含む超音
波診断装置の構成が概念的に示されており、送受信器４
２から出力された信号１００は２つに分岐され、一方の
信号１００は９０°位相器４４を介して位相が９０°遅
延された信号１０１となり、更に反転器４６を介してＳ
ＡＷ素子３０に供給されている。

【００２４】他方、信号１００は上記９０°位相器４４
を介さずに反転器４６を介してＳＡＷ素子３０に供給さ
れている。

【００２５】ここで、９０°位相器４４は、信号の位相
を９０°遅延させるものであり、これによってＳＡＷ素
子３０には互いに９０°位相が異なる２つの信号が供給
される。また、反転器４６は、これらの２種類の信号の
前記電極要素への供給の切換え反転を行うものである。

【００２６】すなわち、反転器４６が順方向にセットさ
れている場合には、図１に示す電極要素３４ａには信号
１０１が供給され、一方９０°の位相差を持った信号１
００は電極要素３４ｂに供給される。この際、電極要素
３４ｃはグランドに接続されている。以上のような信号
の供給を行うと、圧電素子３２の上面において図１にお
けるＡ方向に弾性表面波が生じることになる。ここで、
Ａと反対方向の波は上述した９０°の位相差によって相
殺されることになる。

【００２７】他方、反転器４６を反転方向にセットする
と、電極要素３４ａには９０°の移相差を持った信号が
供給され、電極要素３４ｂには位相差のない信号１０１
が供給される。この結果、上述した方向とは反対方向、
すなわちＡ方向と反対方向に弾性表面波が生じることに
なる。

【００２８】なお、図１には図示されていないが、圧電
材料３２の上面を絶縁性が高い膜でコーティングするこ
とが好ましい。その場合には絶縁性が高く薄膜化が可能
な例えばパリレンを用いることができる。また、生体組
織と音響インピーダンスが同じ生体等価物質の層を圧電
材料３２の上面に形成してもよい。いずれにしても、圧
電材料３２中のＳＡＷの音速とそれに接触する物質の音
速との比によって上述した第１式に基づく角度で弾性表
面波が斜め方向に放射されることになる。

【００２９】図３には、ＳＡＷ素子３０を血管当接型の
超音波探触子に用いた場合の概念が示されている。図示
されるようにスタンドオフ材等が不要となり、小型化・
軽量化が可能となる。従って、術中の超音波探触子や体
内留置型の超音波探触子に応用できる。

【００３０】一方、図４には、体腔内挿入型の超音波探
触子が示され、図４に示されるように挿入管５０の側面
にＳＡＷ素子３０を配置することによって、挿入管５０
の径を肥大させずにかつ素子自体に開口等を設けること
なくドプラ計測を行うことが可能となる。

【００３１】なお、以上の応用例のほか、例えば通常用
いられている体表面に当接して用いられる超音波探触子
にもこのＳＡＷ素子を適用できる。

【００３２】なお、圧電材料３２の材質を適宜選択する
ことによって、所望の角度で弾性波を生体内に放射する
ことができる。

【００３３】なお、２方向同時受信が必要な場合には、
９０°位相器４４をバイパスさせて２方向同時送信及び
受信を行ってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一方向性ＳＡＷ素子を用いるので、素子を傾けることな
く一方向に斜めに弾性波を放射してドプラ計測を行うこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るドプラ診断用超音波診断装置に
設けられるＳＡＷ素子の構成を示す斜視図である。

【図２】ドプラ診断用超音波診断装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】血管当接型超音波探触子の概念を示す概念図で
ある。

【図４】体腔内挿入用超音波探触子の概念を示す概念図
である。

【図５】従来の一般的なＳＡＷ素子を示す説明図であ
る。

【図６】図５に示すＳＡＷ素子を体表に接触させた場合
の弾性波の放射方向を示す説明図である。

【図７】弾性波の放射角度を示す説明図である。

【図８】従来の体表当接型の超音波探触子の概念を示す
説明図である。

【図９】従来の血管当接型の超音波探触子を示す説明図
である。

【図１０】従来の体腔内挿入型超音波探触子を示す説明
図である。

【図１１】従来の体腔内挿入型超音波探触子を示す説明
図である。

【符号の説明】

３０ ＳＡＷ素子 ３２ 圧電材料 ３４ 電極 ３６ フレキシブル基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15 H04R 17/00 G01N 29/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料とその表面に形成された電極部
   とからなる一方向性弾性表面波素子を含み、 前記電極部は、 中央部で反転した櫛形のグランド電極と、 前記グランド電極における前記中央部から一方側部分に
   対して噛み合った櫛形の第１電極と、 前記グランド電極における前記中央部から他方側部分に
   対して噛み合った櫛形の第２電極と、 で構成され、 前記一方向性弾性表面波素子が音響媒体に接触され、そ
   の一方向性弾性表面波素子によって一方向に弾性表面波
   が形成されることにより弾性波が前記圧電材料の表面に
   対して斜めに放射される超音波診断装置において、 第１信号とそれに対して９０度位相の異なる第２信号と
   を出力する送信器と、 前記送信器と前記一方向性弾性表面波素子との間に設け
   られた信号切換器と、 を含み、 前記信号切換器は、 前記弾性表面波を順方向に形成する順方向形成時には、
   前記送信器から入力される第１信号を前記第１電極に供
   給し、且つ、前記送信器から入力される第２信号を前記
   第２電極に供給し、 前記弾性表面波を反転方向に形成する反転方向形成時に
   は、前記送信器から入力される第１信号を前記第２電極
   に供給し、且つ、前記送信器から入力される第２信号を
   前記第１電極に供給し、 前記弾性波を前記音響媒体へ放射する方向を切り換え得
   ることを特徴とするドプラ診断用超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のドプラ診断用超音波診断
   装置であって、体腔内に挿入される軸形状を備えた挿入管を備え、 前記一方向性弾性表面波素子は前記挿入管の側面に配置
   され、 当該一方向性弾性表面波素子を音響媒体に接触させて前
   記圧電材料の表面から 斜め方向に弾性波を放射させるこ
   とを特徴とするドプラ診断用超音波診断装置。