JP3558494B2 - Acoustic transducer for living body - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体表面から体内に可聴周波数帯域以下の音波と超音波パルスとを重畳して送信し、その反射波を受信する生体計測装置用の音響変換器に関し、特に、この重畳波を生体の浅い部位に送信できるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
生体計測用の音響変換器は、生体の表面から体内に向けて音波を送信し、その反射波を受信する。こうして得た音響的情報を分析することにより、生体内の状態を検出することができる。
【0003】
この音響変換器には、可聴周波数帯域以下の音波と、数メガヘルツ程度の超音波パルスとを同時に体内に注入する、2周波音響変換器と言われる種類があり、この変換器を用いれば、低周波の音波で体内に大きな変位を与え、その変位の様子を超音波パルスによって検出することができる。
【0004】
この2周波音響変換器では、特公平5−87249に記載されたものが知られている。この音響変換器は、図5(a)(b)に示すように、リング状の低周波振動子52と、円板状の高周波振動子51とを備えており、これらが共軸構造を成すように、低周波振動子52のリングの中に高周波振動子51が配置されている。低周波振動子52は可聴周波数帯域以下の音波を軸方向に送信して反射波を受信し、高周波振動子51は超音波を軸方向に送信して反射波を受信する。
【0005】
従来のこの音響変換器は、生体の深部での使用を前提としている。そのため、高周波用振動子51には、高周波音波を効率良く送受信できるように、圧電セラミックスを構成材料とする高感度の高周波用厚みモード振動子(即ち、音波放射面と直交する厚み方向に伸縮して振動を発生する振動子)が用いられ、また、低周波振動子52には、低周波音波を生体の深部まで伝えられるように、圧電セラミックスを構成材料とする比較的大口径の低周波用厚みモード環状振動子が用いられている。
【0006】
このように、高周波用振動子51及び低周波振動子52が共に厚みモード振動子であるため、高周波用振動子51は、低周波振動子52の音波放射面と重ならないように配置されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のこの音響変換器では、低周波音波の発生位置と高周波音波の発生位置とが離れているため、放射された低周波音波及び高周波音波は、音響変換器から、ある程度距離を置かなければ重畳しない。そのため、生体の浅部に高周波音波と低周波音波とを重畳させることが困難であり、例えば手首の動脈に関して重畳した音波に対する音響的情報を得ることができなかった。
【0008】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、生体の浅部に対しても、高周波超音波と低周波音波とを重畳させて注入することができる生体用音響変換器を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の生体用音響変換器では、低周波音波を送出する屈曲モード振動子(即ち、音波放射面と平行する方向に圧電体が伸縮して、音波放射面が弓状に屈曲して振動する振動子)の音波放射面側に、高周波音波を送出する厚みモード振動子を設けている。
【0010】
この音響変換器は、高周波超音波と低周波音波とを重畳して発生させることができ、生体の浅部に高周波超音波と低周波音波とを重畳した状態で注入して、そこからの音響情報を得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、低周波音波と高周波音波とを送受信する生体用音響変換器において、屈曲モード振動子と、この屈曲モード振動子の音波放射面側の位置に厚みモード振動子とを設けたものであり、屈曲モード振動子から低周波音波を出力し、厚みモード振動子から高周波音波を出力することによって、低周波音波と高周波音波とを発生段階から重畳させることができる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、屈曲モード振動子を圧電体と金属板とから成るモノモルフ振動子で構成し、厚みモード振動子を可撓性を有する圧電材料で形成するとともに、モノモルフ振動子の金属板をこの厚みモード振動子の背面体として用いるようにしたものであり、可撓性を有する厚みモード振動子は、屈曲モード振動子の振動に影響を受けることなく高周波音波を発生し、また、屈曲モード振動子の低周波振動は、厚みモード振動子を透過して放射される。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項2の生体用音響変換器において、モノモルフ振動子の圧電体に圧電セラミックスを用い、可撓性を有する圧電材料に高分子圧電体を用いるようにしたものであり、可聴周波数帯及び数メガヘルツ帯の音響振動を重畳することができる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、屈曲モード振動子に供給する低周波信号を発生する低周波信号発生手段と、厚みモード振動子に供給する高周波信号を発生する高周波信号発生手段とを設け、高周波信号を、低周波信号における周期中の正及び負の二箇所のピークに同期して発生するようにしたものであり、低周波音波のピークに重ねて高周波パルスを発生することにより、音圧に依存する生体の非線形現象を高周波パルスで検出することができる。
【0015】
請求項5に記載の発明は、請求項4の音響変換器において、低周波信号の正のピーク時に、高周波信号として負極性パルスを発生し、低周波信号の負のピーク時に、高周波信号として正極性パルスを発生するようにしたものであり、ピーク電圧の絶対値を小さくして安全性を高めることができる。
【0016】
請求項6に記載の発明は、厚みモード振動子の背面側に高周波信号を入力し、屈曲モード振動子の音波放射面側の電極で低周波信号を接地するようにしたものであり、音波放射面側にある生体への低周波信号の漏洩を抑え、安全性を高めることができる。
【0017】
請求項7に記載の発明は、屈曲モード振動子への低周波信号の供給線に、高周波信号を阻止するための阻止用コイルを接続したものであり、低周波信号発生手段への高周波信号の到達を遮ることができる。
【0018】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0019】
(第1の実施形態)
第1の実施形態の生体用音響変換器は、図1(a)(縦側断面図)、図1(b)(上面図)に示すように、厚みモード振動で超音波等の高周波音波を送受信する圧電振動子(厚みモード振動子)1と、厚みモード振動子1の背面体として作用する金属板2と、金属板2に貼り合わされて屈曲モード振動を行ない可聴周波数帯の音波を発生する圧電振動子3と、接着部6を介して金属板2を支持するケース5とを備えている。
【0020】
厚みモード振動子1は、高分子圧電樹脂等の材料で構成する。
【0021】
また、金属板2は、厚みモード振動子1の背面体として作用するとともに、貼り合わされた圧電振動子3と共にモノモルフ振動子を構成し、屈曲モード振動子4となる。
【0022】
次に、その動作について説明する。
【0023】
まず、屈曲モード振動子4に電気信号を加えると、金属板2と圧電振動子3とは屈曲振動を行なう。このとき金属板2の周辺部は接着部6を介してケース5に接着、支持されているため、中央部における振動が大きくなる。この金属板2の屈曲振動は、厚みモード振動子1を透過して音波放射面側に存在する生体に注入される。
【0024】
厚みモード振動子1は、高分子圧電樹脂で構成されているため、金属板2に比較して可撓性が大であり、金属板2の振動に対する影響が少ない。厚みモード振動子1は、金属板2に対し垂直な方向に数メガヘルツで振動して、超音波を発生する。この厚みモード振動子1の厚みは0.1mm以下にすることもできる。従って、金属板2に発生した可聴周波数帯の振動は、厚みモード振動子1に殆ど影響されることなく厚みモード振動子1を透過することが可能である。
【0025】
その結果、厚みモード振動子1に接触する生体の表面において、可聴周波数帯の音波と、数メガヘルツの超音波とを重畳させることが可能になる。このような重畳した音波で生体を照射すると、低周波信号により体に大きな変位を与え、その変位の様子を高周波パルスで検出することにより生体の音響的特性を計測することが可能になる。
【0026】
以上のように、この実施形態の音響変換器では、屈曲モード振動子の音波放射面側に厚みモード振動子を配置したことにより、効率良く可聴周波数帯と数メガヘルツ帯の音響振動を重畳させて、生体に注入することができる。
【0027】
なお、厚みモード振動子1の構成材料としては、高分子圧電樹脂だけでなく、樹脂と圧電セラミックスとからなる複合圧電材料なども、可撓性が金属板2に比べ大であり、望ましい材料である。
【0028】
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、第1の実施形態の生体用音響変換器における駆動系について説明する。
【0029】
この駆動系を持つ生体用音響変換器は、図2に示すように、電極8、圧電材料9及び電極10から成る厚みモード振動子1と、金属板2、電極11、圧電材料12及び電極13から成る屈曲モード振動子4と、厚みモード振動子1に供給する高周波パルス19を発生する高周波駆動部17と、屈曲モード振動子4に供給する低周波信号20を発生する低周波駆動部16と、低周波駆動部16及び高周波駆動部17を制御する制御部18と、高周波パルス19の低周波駆動部16への流入を阻止する阻止用コイル15と、高周波パルス19の通過を阻止し、低周波信号20だけを通過させて接地する接地用コイル14とを備えている。
【0030】
接地用コイル14及び阻止用コイル15は、高周波駆動部17で発生される高周波パルス19の通過を阻止するが、低周波駆動部16で発生される低周波信号については良く通す。
【0031】
次に、その動作について説明する。
【0032】
まず、低周波駆動部16は、制御部18の制御に基づいて、低周波信号20を発生し、阻止用コイル15を介して、屈曲モード振動子4の電極11に低周波信号を供給する。阻止用コイル15は低周波信号に対してインピーダンスが低く、低周波信号20を通過させることができる。
【0033】
低周波信号20は屈曲振動子4を振動させ、電極13より接地用コイル14を介して接地される。
【0034】
このとき、電極11に供給された低周波信号20は、金属板2を介して電極10にも到達し、厚みモード振動子1を励振するが、その変位は屈曲モード振動子4に比べれば少ない。また、電極10に到達した低周波信号20は高周波駆動部17にも到達するが、高周波駆動部17には低容量の出力コンデンサが設けられており、低周波信号20が高周波駆動部17に吸収される割合は少ない。
【0035】
一方、高周波駆動部17は、制御部18の制御するタイミングで高周波パルス19を発生し、電極10に供給して、厚みモード振動子1を励振する。
【0036】
このとき、電極10に供給された高周波パルス19は金属板2を介して電極11にも到達する。電極11に到達した高周波パルス19は阻止用コイル15により遮られ、低周波駆動部16へ到達するものは少ない。また、電極11に到達した高周波パルス19は、圧電材料12を通過して電極13にも到達するが、接地用コイル14に遮られ、接地される割合は少ない。接地用コイル15は高周波パルスに対してインピーダンスが高く、高周波パルスを通過させることができない。
【0037】
この様にして屈曲モード振動子及び厚みモード振動子の各々に対して、低周波信号20または高周波パルス19を加えることが可能になる。
【0038】
図3には、屈曲モード振動子及び厚みモード振動子のそれぞれに加える高周波パルス19及び低周波信号20の波形の一例を示している。ここでは、低周波信号20の電圧のピーク位置に同期して高周波パルス19を発生させており、低周波信号20の電圧が正のピークのとき、高周波パルス19が負極性となり、低周波信号20の電圧が負のピークのとき、高周波パルス19が正極性となるように、低周波信号20の1周期の内に2回高周波パルス19を発生させている。
【0039】
このように駆動信号の同期を取ることにより、屈極モード振動子4が発生する低周波音波の音圧の正負のピーク位置に超音波を重畳することが可能になり、特に音圧に依存する生体の非線形現象を超音波パルスにより検出することが可能になる。
【0040】
また、低周波信号20のピーク電圧の正負と、高周波パルス19の正負の極性とを逆にすることにより、高周波パルス19と低周波信号20とが加算される金属板2におけるピーク電圧の絶対値を小さくすることができ、安全性を高めることができる。
【0041】
以上のように、この実施形態の生体用音響変換器では、屈曲モード振動子と厚みモード振動子との各々に低周波信号と高周波パルスとをそれぞれ加えることが可能であり、可聴周波数帯の音波と高周波の超音波パルスとを重畳することができる。さらに、低周波信号の電圧の符号に応じて高周波パルスの極性を制御することでピーク電圧の絶対値を小さくすることが可能である。
【0042】
(第3の実施形態)
第3の実施形態の生体用音響変換器では、屈曲モード振動子を構成する金属板を接地して、生体への低周波信号の漏洩を完全に防いでいる。
【0043】
この生体用音響変換器では、図4に示すように、低周波駆動部16で発生された低周波信号が、阻止用コイル15を介して屈曲モード振動子4の電極13の側に供給され、屈曲モード振動子4の電極11の側が、接地用コイル14を介して接地されている。また、厚みモード振動子1によって受信された受信信号を増幅する高周波増幅部25を設けている。その他の構成は第2の実施形態と変わりがない。
【0044】
次に その動作について説明する。
【0045】
まず、低周波駆動部16は低周波信号を発生し、阻止用コイル15を介して電極13に供給する。この低周波信号は屈曲モード振動子4を振動させ、電極11を経由して、接地用コイル14を介して接地される。このため金属板2には低周波信号は現れない。
【0046】
高周波駆動部17は高周波パルスを発生し、電極10に供給して、厚みモード振動子1を励振する。電極10に供給された高周波パルスは金属板2を介して電極11にも到達する。電極11に到達した高周波パルス19の内、接地用コイル14を通過するものは僅かである。また、電極11に到達した高周波パルスは、屈極モード振動子4を経由して阻止用コイル15に向かうが、阻止用コイル15を通過するものは僅かであり、低周波駆動部16で吸収されるものは少ない。
【0047】
このような構成により、低周波駆動部16が発生する低周波信号で屈極モード振動子4を駆動し、高周波駆動部17が発生する高周波パルスで厚みモード振動子1を駆動することが可能である。特に金属板2において、低周波信号を接地することができるため、音波放射面側にある生体への低周波信号の漏洩を完全に防ぐことができる。
【0048】
以上のように、この実施形態の生体用音響変換器では、屈曲モード振動子と厚みモード振動子との各々に低周波信号と高周波パルスとをそれぞれ加えることが可能であり、可聴周波数帯の音波と高周波の超音波パルスとを重畳することができる。さらに、金属板2において低周波信号を接地することが可能であり、音波放射面側にある生体に対して一層の安全を図ることができる。
【0049】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の生体用音響変換器は、可聴周波数帯の音波と超音波パルスとを重畳した状態で発生させることが可能である。そのため、生体の浅部に、この重畳した音波を注入して、そこからの音響的情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における生体用音響変換器の構成を示す縦断側面図(a)と上面図(b)、
【図2】本発明の第2の実施形態における生体用音響変換器の構成を示す断面図及びブロック図、
【図3】第2の実施形態の生体用音響変換器で用いる低周波信号及び高周波パルスの波形図、
【図4】本発明の第3の実施形態における生体用音響変換器の構成を示す断面図及びブロック図、
【図5】従来の生体用音響変換器の構成を示す断面図(a)と上面図(b)である。
【符号の説明】
1 厚みモード振動子
2 金属板
3 圧電振動子
4 屈極モード振動子
5 ケース
6 接着部
8、10、11、13 電極
9、12 圧電材料
14 接地用コイル
15 阻止用コイル
16 低周波駆動部
17 高周波駆動部
18 制御部
25 高周波増幅部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an acoustic transducer for a living body measurement device that superimposes and transmits a sound wave having an audio frequency band or less and an ultrasonic pulse from the surface of a living body to a body, and receives a reflected wave thereof. Can be transmitted to a shallow site.
[0002]
[Prior art]
The acoustic transducer for measuring a living body transmits a sound wave from the surface of the living body toward the inside of the body, and receives the reflected wave. By analyzing the acoustic information thus obtained, the state in the living body can be detected.
[0003]
This acoustic transducer is of a type called a two-frequency acoustic transducer, which simultaneously injects a sound wave below the audible frequency band and an ultrasonic pulse of about several megahertz into the body. A large displacement is given to the body by a sound wave of a frequency, and the state of the displacement can be detected by an ultrasonic pulse.
[0004]
As this two-frequency acoustic transducer, one described in Japanese Patent Publication No. 5-87249 is known. As shown in FIGS. 5A and 5B, this acoustic transducer includes a ring-shaped low-frequency vibrator 52 and a disk-shaped high-frequency vibrator 51, which form a coaxial structure. As described above, the high-frequency vibrator 51 is arranged in the ring of the low-frequency vibrator 52. The low-frequency vibrator 52 transmits a sound wave of an audible frequency band or less in the axial direction to receive a reflected wave, and the high-frequency vibrator 51 transmits an ultrasonic wave in the axial direction and receives a reflected wave.
[0005]
This conventional acoustic transducer is intended for use in a deep part of a living body. Therefore, the high-frequency vibrator 51 has a high-sensitivity high-frequency thickness mode vibrator made of piezoelectric ceramics (that is, expands and contracts in the thickness direction orthogonal to the sound wave radiation surface) so that high-frequency sound waves can be transmitted and received efficiently. The low-frequency vibrator 52 is a relatively large-diameter low-frequency vibrator made of piezoelectric ceramics so that low-frequency sound waves can be transmitted deep into the body. A thickness mode annular vibrator is used.
[0006]
As described above, since both the high-frequency vibrator 51 and the low-frequency vibrator 52 are thickness mode vibrators, the high-frequency vibrator 51 is arranged so as not to overlap the sound wave radiation surface of the low-frequency vibrator 52. .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional acoustic transducer, the position where the low-frequency sound wave is generated and the position where the high-frequency sound wave are generated are distant, so that the emitted low-frequency sound wave and high-frequency sound wave must be kept at a certain distance from the acoustic transducer. If they do not overlap. Therefore, it is difficult to superimpose a high-frequency sound wave and a low-frequency sound wave on a shallow part of a living body, and for example, it has not been possible to obtain acoustic information on a sound wave superimposed on a wrist artery.
[0008]
The present invention solves such a conventional problem, and provides a living body acoustic transducer capable of superposing and injecting high-frequency ultrasonic waves and low-frequency sound waves even in a shallow part of a living body. It is aimed at.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the acoustic transducer for living body of the present invention, the bending mode vibrator that sends out low-frequency sound waves (that is, the piezoelectric body expands and contracts in a direction parallel to the sound wave emitting surface, and the sound wave emitting surface bends in an arc shape). A thickness mode vibrator for transmitting a high-frequency sound wave is provided on the sound wave emitting surface side of the vibrator).
[0010]
This acoustic transducer can generate high-frequency ultrasonic waves and low-frequency ultrasonic waves in a superimposed manner, and injects the high-frequency ultrasonic waves and low-frequency ultrasonic waves into a shallow part of a living body in a superimposed state, and outputs acoustic waves from the supersonic waves. Information can be obtained.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention is directed to a biological acoustic transducer for transmitting and receiving a low-frequency sound wave and a high-frequency sound wave, wherein a bending mode vibrator and a thickness mode are provided at a position on the sound wave radiation surface side of the bending mode vibrator. A low-frequency sound wave is output from the bending mode vibrator, and a high-frequency sound wave is output from the thickness mode vibrator, so that the low-frequency sound wave and the high-frequency sound wave can be superimposed from the generation stage. it can.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, the bending mode vibrator is formed of a monomorph vibrator made of a piezoelectric body and a metal plate, and the thickness mode vibrator is formed of a flexible piezoelectric material. A metal plate is used as a back body of the thickness mode oscillator, and the thickness mode oscillator having flexibility generates high-frequency sound waves without being affected by the vibration of the bending mode oscillator, and The low-frequency vibration of the bending mode vibrator is radiated through the thickness mode vibrator.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the acoustic transducer for a living body according to the second aspect, wherein a piezoelectric ceramic is used for a piezoelectric body of the monomorph oscillator, and a polymer piezoelectric body is used for a flexible piezoelectric material. It is possible to superimpose acoustic vibrations in the audible frequency band and the several megahertz band.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a low frequency signal generating means for generating a low frequency signal to be supplied to the bending mode vibrator, and a high frequency signal generating means for generating a high frequency signal to be supplied to the thickness mode vibrator. The signal is generated in synchronization with two positive and negative peaks in the cycle of the low-frequency signal, and by generating a high-frequency pulse on the peak of the low-frequency sound wave, the sound pressure is reduced. Dependent non-linear phenomena of a living body can be detected with a high-frequency pulse.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the acoustic transducer of the fourth aspect, a negative pulse is generated as a high frequency signal when the low frequency signal has a positive peak, and a positive pulse is generated as the high frequency signal when the low frequency signal has a negative peak. In this case, a safety pulse is generated, and the absolute value of the peak voltage can be reduced to enhance safety.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, a high-frequency signal is input to the back side of the thickness mode vibrator, and the low-frequency signal is grounded by an electrode on the sound wave emitting surface side of the bending mode vibrator. Leakage of low-frequency signals to the living body on the surface side can be suppressed, and safety can be improved.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, a blocking coil for blocking a high frequency signal is connected to a supply line of a low frequency signal to the bending mode vibrator, and a high frequency signal is supplied to a low frequency signal generating means. Can be blocked.
[0018]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
(1st Embodiment)
As shown in FIG. 1A (longitudinal sectional view) and FIG. 1B (top view), the acoustic transducer for living body according to the first embodiment transmits high-frequency sound waves such as ultrasonic waves by thickness mode vibration. A piezoelectric vibrator (thickness mode vibrator) 1 for transmission / reception, a metal plate 2 acting as a back body of the thickness mode vibrator 1, and bonded to the metal plate 2 to perform bending mode vibration to generate sound waves in an audible frequency band. The case includes a piezoelectric vibrator 3 and a case 5 that supports the metal plate 2 via an adhesive portion 6.
[0020]
The thickness mode vibrator 1 is made of a material such as a polymer piezoelectric resin.
[0021]
The metal plate 2 functions as a back body of the thickness mode vibrator 1 and forms a monomorph vibrator together with the bonded piezoelectric vibrator 3 to be a bending mode vibrator 4.
[0022]
Next, the operation will be described.
[0023]
First, when an electric signal is applied to the bending mode vibrator 4, the metal plate 2 and the piezoelectric vibrator 3 perform bending vibration. At this time, since the peripheral portion of the metal plate 2 is bonded and supported to the case 5 via the bonding portion 6, the vibration at the central portion increases. The bending vibration of the metal plate 2 passes through the thickness mode vibrator 1 and is injected into the living body existing on the sound wave emitting surface side.
[0024]
Since the thickness mode vibrator 1 is made of a polymer piezoelectric resin, the thickness mode vibrator 1 has greater flexibility than the metal plate 2 and has less influence on the vibration of the metal plate 2. The thickness mode vibrator 1 vibrates at several megahertz in a direction perpendicular to the metal plate 2 to generate ultrasonic waves. The thickness of the thickness mode vibrator 1 can be set to 0.1 mm or less. Therefore, the vibration in the audible frequency band generated in the metal plate 2 can be transmitted through the thickness mode vibrator 1 almost without being affected by the thickness mode vibrator 1.
[0025]
As a result, it is possible to superimpose the sound wave in the audible frequency band and the ultrasonic wave of several megahertz on the surface of the living body in contact with the thickness mode vibrator 1. When the living body is irradiated with such superimposed sound waves, a large displacement is given to the body by a low-frequency signal, and the state of the displacement is detected by a high-frequency pulse, whereby the acoustic characteristics of the living body can be measured.
[0026]
As described above, in the acoustic transducer of this embodiment, by arranging the thickness mode oscillator on the sound wave emitting surface side of the bending mode oscillator, the acoustic vibration in the audible frequency band and the several megahertz band can be efficiently superimposed. , Can be injected into a living body.
[0027]
In addition, as a constituent material of the thickness mode vibrator 1, not only a polymer piezoelectric resin but also a composite piezoelectric material made of a resin and a piezoelectric ceramic has a greater flexibility than the metal plate 2 and is a desirable material. is there.
[0028]
(Second embodiment)
In the second embodiment, a drive system in the biological acoustic transducer according to the first embodiment will be described.
[0029]
As shown in FIG. 2, a biological acoustic transducer having this drive system includes a thickness mode vibrator 1 composed of an electrode 8, a piezoelectric material 9, and an electrode 10, a metal plate 2, an electrode 11, a piezoelectric material 12, and an electrode 13. A high-frequency drive unit 17 that generates a high-frequency pulse 19 to be supplied to the thickness-mode vibrator 1, and a low-frequency drive unit 16 that generates a low-frequency signal 20 to be supplied to the bending-mode vibrator 4. A control unit 18 for controlling the low-frequency drive unit 16 and the high-frequency drive unit 17, a blocking coil 15 for preventing the high-frequency pulse 19 from flowing into the low-frequency drive unit 16, and a low-frequency And a grounding coil 14 for passing only the frequency signal 20 and grounding.
[0030]
The grounding coil 14 and the blocking coil 15 block the passage of the high-frequency pulse 19 generated by the high-frequency driver 17, but pass the low-frequency signal generated by the low-frequency driver 16 well.
[0031]
Next, the operation will be described.
[0032]
First, the low-frequency driving unit 16 generates a low-frequency signal 20 under the control of the control unit 18 and supplies the low-frequency signal to the electrode 11 of the bending mode vibrator 4 via the blocking coil 15. The blocking coil 15 has a low impedance with respect to the low frequency signal, and can pass the low frequency signal 20.
[0033]
The low-frequency signal 20 causes the bending oscillator 4 to vibrate and is grounded from the electrode 13 via the grounding coil 14.
[0034]
At this time, the low-frequency signal 20 supplied to the electrode 11 also reaches the electrode 10 via the metal plate 2 and excites the thickness mode oscillator 1, but its displacement is smaller than that of the bending mode oscillator 4. . The low-frequency signal 20 that has reached the electrode 10 also reaches the high-frequency driver 17, but the high-frequency driver 17 is provided with a low-capacity output capacitor, and the low-frequency signal 20 is absorbed by the high-frequency driver 17. The rate at which it is done is small.
[0035]
On the other hand, the high-frequency driving unit 17 generates a high-frequency pulse 19 at a timing controlled by the control unit 18 and supplies the high-frequency pulse 19 to the electrode 10 to excite the thickness mode vibrator 1.
[0036]
At this time, the high-frequency pulse 19 supplied to the electrode 10 also reaches the electrode 11 via the metal plate 2. The high-frequency pulse 19 reaching the electrode 11 is blocked by the blocking coil 15, and few reach the low-frequency drive unit 16. The high-frequency pulse 19 arriving at the electrode 11 passes through the piezoelectric material 12 and reaches the electrode 13, but is shielded by the grounding coil 14, and the ratio of grounding is small. The grounding coil 15 has a high impedance with respect to the high-frequency pulse, and cannot pass the high-frequency pulse.
[0037]
In this manner, the low-frequency signal 20 or the high-frequency pulse 19 can be applied to each of the bending mode oscillator and the thickness mode oscillator.
[0038]
FIG. 3 shows an example of the waveform of the high-frequency pulse 19 and the low-frequency signal 20 applied to each of the bending mode oscillator and the thickness mode oscillator. Here, the high-frequency pulse 19 is generated in synchronization with the peak position of the voltage of the low-frequency signal 20. When the voltage of the low-frequency signal 20 has a positive peak, the high-frequency pulse 19 has a negative polarity, and the low-frequency signal 20 has a negative polarity. Is high, the high-frequency pulse 19 is generated twice in one cycle of the low-frequency signal 20 so that the high-frequency pulse 19 has a positive polarity.
[0039]
By synchronizing the drive signals in this way, it becomes possible to superimpose the ultrasonic wave at the positive and negative peak positions of the sound pressure of the low-frequency sound wave generated by the polar-mode vibrator 4, which is particularly dependent on the sound pressure. Non-linear phenomena of a living body can be detected by an ultrasonic pulse.
[0040]
Also, by reversing the positive and negative polarities of the peak voltage of the low frequency signal 20 and the positive and negative polarities of the high frequency pulse 19, the absolute value of the peak voltage on the metal plate 2 to which the high frequency pulse 19 and the low frequency signal 20 are added Can be reduced, and safety can be improved.
[0041]
As described above, in the biological acoustic transducer of this embodiment, it is possible to apply a low-frequency signal and a high-frequency pulse to each of the bending mode oscillator and the thickness mode oscillator, and the sound wave in the audible frequency band. And a high-frequency ultrasonic pulse can be superimposed. Further, by controlling the polarity of the high-frequency pulse according to the sign of the voltage of the low-frequency signal, it is possible to reduce the absolute value of the peak voltage.
[0042]
(Third embodiment)
In the acoustic transducer for living body of the third embodiment, the metal plate constituting the bending mode vibrator is grounded to completely prevent the leakage of the low frequency signal to the living body.
[0043]
In this acoustic transducer for a living body, as shown in FIG. 4, a low-frequency signal generated by the low-frequency driving unit 16 is supplied to the electrode 13 of the bending mode vibrator 4 via the blocking coil 15, The electrode 11 side of the bending mode vibrator 4 is grounded via a grounding coil 14. Further, a high-frequency amplifier 25 for amplifying a reception signal received by the thickness mode vibrator 1 is provided. Other configurations are the same as those of the second embodiment.
[0044]
Next, the operation will be described.
[0045]
First, the low-frequency driver 16 generates a low-frequency signal and supplies it to the electrode 13 via the blocking coil 15. This low-frequency signal causes the bending mode vibrator 4 to vibrate, and is grounded via the electrode 11 and the grounding coil 14. Therefore, no low-frequency signal appears on the metal plate 2.
[0046]
The high-frequency driving unit 17 generates a high-frequency pulse and supplies it to the electrode 10 to excite the thickness mode vibrator 1. The high-frequency pulse supplied to the electrode 10 reaches the electrode 11 via the metal plate 2. Of the high-frequency pulses 19 that have reached the electrodes 11, only a few pass through the grounding coil 14. The high-frequency pulse arriving at the electrode 11 is directed to the blocking coil 15 via the pole mode oscillator 4, but only a small amount passes through the blocking coil 15 and is absorbed by the low-frequency driving unit 16. There are few things.
[0047]
With such a configuration, it is possible to drive the pole mode oscillator 4 with a low frequency signal generated by the low frequency drive unit 16 and drive the thickness mode oscillator 1 with a high frequency pulse generated by the high frequency drive unit 17. is there. In particular, since the low-frequency signal can be grounded in the metal plate 2, it is possible to completely prevent the low-frequency signal from leaking to the living body on the sound wave emitting surface side.
[0048]
As described above, in the acoustic transducer for living body of this embodiment, the low-frequency signal and the high-frequency pulse can be respectively applied to each of the bending mode oscillator and the thickness mode oscillator, and the acoustic wave in the audible frequency band can be applied. And a high-frequency ultrasonic pulse can be superimposed. Further, the low-frequency signal can be grounded in the metal plate 2, so that the safety of the living body on the sound wave emitting surface side can be further improved.
[0049]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the biological acoustic transducer of the present invention can generate a sound wave in an audible frequency band and an ultrasonic pulse in a superimposed state. Therefore, this superimposed sound wave can be injected into a shallow part of a living body, and acoustic information can be obtained therefrom.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view (a) and a top view (b) showing a configuration of a biological acoustic transducer according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view and a block diagram illustrating a configuration of a biological acoustic transducer according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a waveform diagram of a low-frequency signal and a high-frequency pulse used in the biological acoustic transducer according to the second embodiment;
FIG. 4 is a sectional view and a block diagram showing a configuration of a biological acoustic transducer according to a third embodiment of the present invention;
5A and 5B are a cross-sectional view and a top view, respectively, showing a configuration of a conventional acoustic transducer for a living body.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thickness mode oscillator 2 Metal plate 3 Piezoelectric oscillator 4 Bending mode oscillator 5 Case 6 Adhesion parts 8, 10, 11, 13 Electrodes 9, 12 Piezoelectric material 14 Grounding coil 15 Blocking coil 16 Low frequency driving part 17 High-frequency driver 18 Controller 25 High-frequency amplifier

Claims (7)

低周波音波と高周波音波とを送受信する生体用音響変換器であって、
屈曲モード振動子と、
前記屈曲モード振動子の音波放射面側に配置された厚みモード振動子と
を備えることを特徴とする生体用音響変換器。
A biological acoustic transducer that transmits and receives low-frequency sound waves and high-frequency sound waves,
A bending mode oscillator,
And a thickness mode vibrator arranged on the sound wave radiation surface side of the bending mode vibrator.
前記屈曲モード振動子が、圧電体と金属板とから成るモノモルフ振動子であり、前記厚みモード振動子が、可撓性を有する圧電材料で形成され、かつ前記金属板を背面体としていることを特徴とする請求項1に記載の生体用音響変換器。The bending mode vibrator is a monomorph vibrator including a piezoelectric body and a metal plate, and the thickness mode vibrator is formed of a flexible piezoelectric material, and the metal plate is a back body. The acoustic transducer for a living body according to claim 1, wherein 前記モノモルフ振動子の圧電体として圧電セラミックスを用い、前記可撓性を有する圧電材料として高分子圧電体を用いたことを特徴とする請求項2に記載の生体用音響変換器。The acoustic transducer according to claim 2, wherein a piezoelectric ceramic is used as a piezoelectric body of the monomorph vibrator, and a polymer piezoelectric body is used as the flexible piezoelectric material. 前記屈曲モード振動子に供給される低周波信号を発生する低周波信号発生手段と、前記厚みモード振動子に供給される高周波信号を発生する高周波信号発生手段とを備え、前記高周波信号が、前記低周波信号における周期中の正及び負の二箇所のピークに同期して発生されることを特徴とする請求項1に記載の生体用音響変換器。A low-frequency signal generating unit that generates a low-frequency signal supplied to the bending mode vibrator, and a high-frequency signal generating unit that generates a high-frequency signal supplied to the thickness mode vibrator; The acoustic transducer for living body according to claim 1, wherein the acoustic transducer is generated in synchronization with two positive and negative peaks in a cycle of the low frequency signal. 前記低周波信号の正のピーク時に、前記高周波信号として負極性パルスが発生され、前記低周波信号の負のピーク時に、前記高周波信号として正極性パルスが発生されることを特徴とする請求項4に記載の生体用音響変換器。5. A negative pulse is generated as the high frequency signal at a positive peak of the low frequency signal, and a positive pulse is generated as the high frequency signal at a negative peak of the low frequency signal. The acoustic transducer for living body according to claim 1. 前記厚みモード振動子の背面側に高周波信号が信号入力され、前記屈曲モード振動子の音波放射面側の電極で低周波信号が接地されることを特徴とする請求項1に記載の生体用音響変換器。2. The bio-acoustic according to claim 1, wherein a high-frequency signal is input to a rear side of the thickness mode oscillator, and a low-frequency signal is grounded by an electrode on a sound wave emitting surface of the bending mode oscillator. 3. converter. 前記屈曲モード振動子への低周波信号の供給線に、高周波信号を阻止するための阻止用コイルが接続されていることを特徴とする請求項1に記載の生体用音響変換器。The bioacoustic transducer according to claim 1, wherein a blocking coil for blocking a high-frequency signal is connected to a supply line of a low-frequency signal to the bending mode vibrator.
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