JP3741505B2 - 超音波探触子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置等において超音波を打ち出すと共にその反射波を受信する超音波探触子の前面に装着する超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子に関し、特にアーチファクトを低減し、S/Nを向上することができる超音波探触子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子は、図8及び図9に示すように、超音波1を打ち出すと共にその反射波2を受信する超音波振動子3と、この超音波振動子3から打ち出された超音波1を収束させるための音響レンズ4とを備えた超音波探触子5の上記音響レンズ4の前面に超音波探触子カプラー6が取り付けられたものであり、該超音波探触子カプラー6によって、上記音響レンズ4によって予め決定された焦点位置を生体8内の観察部位に合致させるものである。従来の超音波探触子用カプラー7は、短軸方向の断面が図8に示され、長軸方向の断面が図9に示される形状の略直方体状の超音波探触子カプラー6より構成されている。上記超音波探触子カプラー6の先端面の形状は図で示されるように生体8との接触面が平坦となっていた。
【0003】
この超音波探触子5の超音波振動子3から打ち出された超音波1は、音響レンズ4により収束されるが、短軸方向に対する超音波1の焦点は固定されているため、方位分解能が最も高い深度がその焦点の位置によって決定されている。従って、観察部位が浅部にある場合には、該観察部位と超音波探触子5の短軸方向に対する超音波1の焦点位置とを合致させて、理想的な観察をする必要がある。
【0004】
このような理想的な観察を行なうために、超音波探触子5にいわゆる下駄をはかせるものとして上記超音波探触子カプラー6が超音波探触子5の前面に取り付けられている。即ちこの超音波探触子カプラー6は、超音波探触子5の短軸方向に対する超音波1の焦点位置が観察部位よりも深い場合つまり観察部位が浅い場合、この焦点位置と観察部位の深度との差分だけ上記超音波探触子5を生体8に対して離間させることにより、観察部位と超音波探触子5の短軸方向に対する超音波1の焦点位置とを合致させるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波探触子用カプラー7を備えた超音波探触子における超音波探触子カプラー6は、前述のとおりその先端面、即ち生体8との接触面が平坦となっていたので、以下のような問題があった。
【0006】
生体8の表面に曲面が存在する場合、生体8と上記超音波探触子カプラー6の先端面とが接触できない隙間9が生じて両者の間に空気が介在してしまう。このため、隙間9では、上記超音波振動子3から打ち出された超音波1は、音響インピーダンスが著しく異なる空気との隣接箇所でほぼ100%近く上記超音波探触子カプラー6内に反射されてしまう。
【0007】
上記の隙間9に存在する空気による全反射は、以下の理由による。上記超音波探触子カプラー6の音響インピーダンスは生体8や音響レンズ4のそれに近く約1.5〜1.7(×10 6 kg/m 2 sec)位であるのに対し、空気の音響インピーダンスはほとんど0である。このことにより、Z 1 を超音波探触子カプラー6の音響インピーダンス、Z 2 を空気の音響インピーダンスとして両者間の反射率を以下の反射率の演算式により計算すると、
(Z 2 −Z 1 )/(Z 1 +Z 2 )≒−Z 1 /Z 1 =−1
となり、ほぼ完全反射となる。
【0008】
上記超音波探触子カプラー6の先端が平坦であることにより、超音波探触子5から打ち出された超音波1は、上記隙間9に存在する空気によって反射される際、打ち出された方向と同一の方向に反射される。従って、空気による反射波2は、観察部位からの反射波による正規の信号として画像に描出される信号と受波の時間的タイミングが合致しているため画像に描出され易く、アーチファクトが発生し、これによりS/Nが劣化していた。
【0009】
また図9に示すように、超音波探触子用カプラー7の長軸方向については、超音波10の空気による全反射のほかに比較的強度の強いサイドローブ11の空気による反射が発生する。このサイドローブ11の反射波12によって、アーチファクトが発生し、これによりS/Nが劣化していた。
【0010】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、アーチファクトを低減し、S/Nを向上することができる超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子を提供することを目的とする。
【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、超音波を送信すると共にその反射波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズと、前記音響レンズの前面に取り付けられ、前記音響レンズにより決定された焦点位置を生体内の観察部位に合致させる超音波探触子用カプラーとを備えた超音波探触子において、前記超音波探触子用カプラーは、その短軸断面が、前記超音波振動子により打ち出される超音波の進行方向に所定寸法で延びる突出部の先端面が予め弧状に形成され、前記超音波探触子カプラーを前記弧状で前記生体に接触させられ、前記超音波探触子カプラーの短軸方向端部にて前記生体との間に隙間ができた場合に、当該隙間部分へ向った超音波を前記超音波探触子カプラー内で多重反射させる。
【0012】
更に、上記超音波探触子カプラーの短軸断面の突出部の側面部が凹凸形状でもよい。
【0013】
また、上記超音波探触子カプラーの長軸断面の側端面部が凹凸形状でもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明による超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子の実施の形態を示す短軸方向の断面図である。この超音波探触子用カプラーは、図1に示すように、超音波を打ち出すと共にその反射波を受信する超音波振動子3と、この超音波振動子3から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズ4とを備えた超音波探触子5の該音響レンズ4の前面に超音波探触子カプラー6を取り付けて構成されている。
【0015】
上記超音波振動子3は、超音波を打ち出すと共にその反射波を受信するもので、電気エネルギーと超音波エネルギーとを変換する圧電材料で構成されている。この圧電材料としては、例えばジルコン・チタン酸鉛(PZT)系の圧電セラミックス又はチタン酸鉛(PbTiO 3 )系の圧電セラミックスなどがある。
【0016】
上記超音波振動子3の前面には、音響レンズ4が設けられている。この音響レンズ4は、上記超音波振動子3から打ち出された超音波ビームを収束させるために設けられたもので、該音響レンズ4中の音速が生体の音速よりも遅い場合には、レンズ形状を超音波探触子18の前面に向かって突出した凸形状にすると超音波ビームが収束される。逆に、音響レンズ4中の音速が生体の音速よりも速い場合には、レンズ形状を超音波探触子5の背面に向かって突出した凹形状にすると超音波ビームが収束される。また、図1では省略しているが、上記超音波振動子3と上記音響レンズ4との間に、超音波振動子3の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスとの整合性をとるための音響整合層を設けてもよい。更に、この音響整合層は2層に設けてもよい。
【0017】
上記音響レンズ4の前面には、超音波探触子カプラー6が設けられている。この超音波探触子カプラー6は、上記音響レンズ4より所定寸法だけ突出して形成されている。この超音波探触子カプラー6の所定寸法は、超音波探触子5の短軸方向に対する超音波の焦点位置と観察部位の深度との差分である。このような寸法とすることにより、上記超音波探触子5を生体に対して離間させることができ、観察部位と超音波探触子5の短軸方向に対する超音波の焦点位置とを合致させることが可能である。
【0018】
ここで、本発明においては、上記超音波探触子カプラー6の短軸断面は、上記超音波振動子3により打ち出される超音波1の進行方向(図中下向き)に所定寸法で延びる突出部の先端面が弧状に形成されている。この形状で生体8に接触させることにより、図2に示すように、上記超音波振動子3により打ち出された超音波の進行方向と、上記超音波探触子カプラー6の反射面で反射された反射波の進行方向とを異ならせることができる。従って反射波2は、超音波探触子カプラー6内で数回反射を経た後、音響レンズ4に戻ることとなる。この数回の反射を経ることによって反射波2は、観察部位からの反射波による正規の信号として画像に描出される信号に対して受波のタイミングが遅れているため、画像に描出され難くなっている。
【0019】
また、反射波2は数回の反射を経ることによって、その分音響レンズ4に戻ってくるまでの経路及び所要時間が長くなり、減衰によって超音波の強度が弱くなる。更に、図3に示すように、超音波1と平行に微少間隔離間して打ち出される他の超音波13を考えると、前述したように超音波探触子カプラー6の先端面の形状が予め弧状に形成されており、隙間9の部分における超音波の入射角及び反射角がそれぞれ異なり、振動子から隙間9へ向った超音波は超音波探触子カプラー6内で多重反射をするようにされている。したがって音響レンズ4に戻る反射波2と他の反射波14とはその到達位置が大きくずれる。これにより、超音波の強度が薄められたものとなる。よって、たとえ反射波2が観察部位からの反射波による正規の信号として画像に描出される信号と受波のタイミングが一致しても、画像として抽出されるノイズは強度が弱く、薄められたものとなる。上記事項により、アーチファクトを低減しS/Nの向上を達成することができる。
【0020】
図4は、本発明の第二の実施形態を示す短軸方向の断面図である。この第二の実施形態では、上記の超音波探触子カプラー6の短軸断面の突出部の側面部は、凹凸形状15である。超音波振動子3によって打ち出された超音波1は、超音波探触子カプラー6内を通って隙間9に存在する空気と接する部位では反射される。この反射の際、超音波探触子カプラー6の先端面が、超音波探触子5の前面方向に(図中下向きに)突出した弧状で生体8に接触されているため、超音波1は、例えば超音波探触子カプラー6内の側面部に向かって反射する。しかし、この側面部は凹凸形状15であるため、側面部での反射波2は、不規則な反射をして複雑な経路をとることとなり、また音響レンズ4に戻ってくる所要時間も増大するため、画像を描出させる受波の時間的タイミングに遅れ、描出される可能性が減少する。
【0021】
図5は、本発明の第三の実施形態を示す長軸方向の断面図である。この第三の実施形態では、上記の超音波探触子カプラー6の長軸断面の側端面部は、凹凸形状16である。図6の長軸断面の模式図に示すように、超音波振動子3によって打ち出された超音波のサイドブローブ11は、生体8と超音波探触子カプラー6との間に生じた隙間9の空気の存在によって反射する。ここでサイドローブとは、目的とする方向である主極に対する副極の方向に発せられた超音波であり、一般には主極方向の超音波の強度を1とした場合、副極方向の超音波は0.1或いは0.05といった強度のものである。
【0022】
上記反射によって超音波探触子カプラー6の長軸断面の側端面部に向かう反射波12は、その側端面部に形成された凹凸形状16によって複雑に反射し、音響レンズ4に戻る経路及び所要時間が観察部位に反射して戻ってくる正規の反射波に比べて長くなる。よって、サイドローブ11による反射波12は画像を描出する受波タイミングからはずれ描出されにくくなり、アーチファクトを低減し、S/Nを向上することが可能である。
【0023】
上述したような超音波探触子5による生体8内の観察部位の診断を行なう際には、図7に示すように、生体8の表面に超音波ゼリー17(ゲル状で、生体8と超音波探触子カプラー6との間の空気を除去する役割をするもの)を塗布し、その上から超音波探触子用超音波探触子カプラー6を生体8に対して押圧する。この時、本発明に係る超音波探触子カプラー6の短軸断面は、いずれもその先端面が超音波探触子5の前面方向に突出した弧状を成しているため、押圧の際超音波探触子カプラー6と生体8との間に存在する空気を追い出すことが容易となっており、画像の劣化をより効率的に防止することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されたので、上記超音波探触子カプラーの短軸断面が、上記超音波振動子により打ち出される超音波の進行方向に所定寸法で延びる突出部の先端面を弧状に形成され、生体に接触されていることにより、ノイズの原因となる反射波の画像への描出を抑制し、よってアーチファクトを低減し、S/Nを向上することができる。
【0025】
更に、上記超音波探触子カプラーの短軸断面の突出部の側面部が凹凸形状であり、また上記超音波探触子カプラーの長軸断面の側端面部が凹凸形状であることによって、空気との隣接箇所に打ち出された超音波及びサイドローブの画像への描出を抑制することができ、アーチファクトを低減し、S/Nを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子の実施の形態を示す短軸方向の断面図である。
【図2】上記の実施の形態における超音波の動きを示す短軸方向の模式断面図である。
【図3】上記の実施の形態における二つの超音波の動きを示す短軸方向の模式断面図である。
【図4】本発明の第二の実施形態を示す短軸方向の模式断面図である。
【図5】本発明の第三の実施形態を示す長軸方向の断面図である。
【図6】上記の第三の実施形態における超音波の動きを示す長軸方向の模式断面図である。
【図7】本発明による超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子の実際の使用例を示す短軸方向の模式断面図である。
【図8】従来の超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子における超音波の動きを示す短軸方向の模式断面図である。
【図9】上記の従来例における超音波の動きを示す長軸方向の模式断面図である。
【符号の説明】
1,10,13 超音波
2,14 反射波
3 超音波振動子
4 音響レンズ
5 超音波探触子
6 超音波探触子用カプラー
7 超音波探触子カプラー
8 生体
9 隙間
11 副極の超音波であるサイドローブ
12 サイドローブの反射波
15,16 凹凸形状
Claims (2)
- 超音波を送信すると共にその反射波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズと、前記音響レンズの前面に取り付けられ、前記音響レンズにより決定された焦点位置を生体内の観察部位に合致させる超音波探触子用カプラーとを備えた超音波探触子において、前記超音波探触子用カプラーは、その短軸断面が、前記超音波振動子により打ち出される超音波の進行方向に所定寸法で延びる突出部の先端面が予め弧状に形成され、前記カプラー部材を前記弧状で前記生体に接触させられ、前記超音波探触子カプラーの短軸方向端部にて前記生体との間に隙間ができた場合に、当該隙間部分へ向った超音波を前記超音波探触子カプラー内で多重反射させることを特徴とする超音波探触子。
- 前記超音波探触子カプラーの短軸方向の側面部が、凹凸形状であることを特徴とする請求項1記載の超音波探触子。
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