JP4263575B2 - Ultrasonic transmitter and ultrasonic apparatus using the same - Google Patents

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    • A61B8/0808Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of the brain

Description

本発明は、超音波を用いて被検体内の画像を撮像する超音波撮像技術に関する。   The present invention relates to an ultrasound imaging technique for capturing an image in a subject using ultrasound.

経頭蓋骨超音波ドップラ計測は、簡便に脳内血流を観測する手段として既に確立している。また、tPA(tissue plasminogen activator)等の血栓溶解剤を用いた血栓溶解治療時に経頭蓋骨超音波ドップラモニタリングを行うと、血栓溶解効果が高まることが報告されている(例えば、非特許文献1参照)。   Transcranial ultrasonic Doppler measurement has already been established as a means for easily observing blood flow in the brain. In addition, it has been reported that the thrombolytic effect is enhanced when transcranial ultrasonic Doppler monitoring is performed during thrombolytic treatment using a thrombolytic agent such as tPA (tissue plasminogen activator) (for example, see Non-Patent Document 1). .

ドップラモニタリング用の超音波は、分解能と減衰を勘案して、2MHz程度の周波数が用いられている。超音波の印加による血栓の溶解促進効果に関しては、既に報告されているように、500kHz程度の周波数がキャビテーションや温度上昇の効果から望ましいとされている(例えば、非特許文献2参照)。   An ultrasonic wave for Doppler monitoring has a frequency of about 2 MHz in consideration of resolution and attenuation. Regarding the effect of promoting the dissolution of thrombus by applying ultrasonic waves, as already reported, a frequency of about 500 kHz is considered desirable from the effects of cavitation and temperature rise (for example, see Non-Patent Document 2).

しかし、上記のように、治療用には500kHz程度の比較的低い周波数の超音波を送波し、ドップラモニタリング用には2MHz程度の周波数を送受波するには、治療用とドップラモニタリング用のトランスデューサを別々に備えるか、もしくは、モニタリング用超音波の周波数を治療用超音波の周波数の奇数倍にすることで一つのトランスデューサで二役をこなす方法が報告されている(例えば、特許文献1参照)。   However, as described above, in order to transmit ultrasonic waves having a relatively low frequency of about 500 kHz for treatment and to transmit and receive frequencies of about 2 MHz for Doppler monitoring, transducers for treatment and Doppler monitoring are used. Are separately provided, or the frequency of the monitoring ultrasonic wave is set to an odd multiple of the frequency of the therapeutic ultrasonic wave so that one transducer plays a dual role (for example, see Patent Document 1). .

"High Rate of Complete Recanalization and Dramatic Clinical Recovery During tPA Infusion When Continuously Monitored With 2-MHz Transcranial Doppler Monitoring", Stroke vol.31, (2000) pp.610-614"High Rate of Complete Recanalization and Dramatic Clinical Recovery During tPA Infusion When Continuously Monitored With 2-MHz Transcranial Doppler Monitoring", Stroke vol.31, (2000) pp.610-614

"Can Transcranial Ultrasonication Increase Recanalization Flow With Tissue Plasminogen Activator ", Stroke vol.33, (2002) pp.1399-1404"Can Transcranial Ultrasonication Increase Recanalization Flow With Tissue Plasminogen Activator", Stroke vol.33, (2002) pp.1399-1404 特開平6−269448号公報JP-A-6-269448

図2に、頭蓋骨のこめかみ周辺の断面図と、超音波トランスデューサの素子列(振動子アレイ)101を示す。素子列101から送波された超音波は、頭蓋骨120を通して超音波照射焦点122に集束する。頭蓋骨120の殆どの部分は、図2の両脇(紙面左右)に示すように、穴の空いた板間層121を間に挟む構造になっており、この部分は超音波の減衰が大きいことが知られている。こめかみの部分は板間層が無い、もしくは非常に薄いため、板間層の有る部分に比べ超音波の減衰が少ないことが知られており、頭蓋骨内を超音波で撮像もしくは治療する場合の音響的な窓(音響窓)として利用されている。しかし、この音響的な窓領域の大きさは数cm四方と狭い範囲に限られているため,撮像用と治療用に別々のトランスデューサを並べて用いることは困難である。一方、モニタリング用超音波の周波数を治療用超音波の周波数の奇数倍にすると、周波数の選択の自由度が損なわれること、高い方の周波数モードすなわちモニタリングで使う時の時間軸上のパルス幅が十分に狭く出来ないという課題を有していた。   FIG. 2 shows a sectional view around the temple of the skull and an element array (transducer array) 101 of the ultrasonic transducer. The ultrasonic wave transmitted from the element array 101 is focused on the ultrasonic irradiation focus 122 through the skull 120. As shown on both sides (left and right) of FIG. 2, most of the skull 120 has a structure in which a perforated interlaminar layer 121 is sandwiched therebetween, and this part has a large attenuation of ultrasonic waves. It has been known. The temple part has no interlamellar layer or is very thin, so it is known that the attenuation of ultrasonic waves is less than that of the interlaminar layer, and the sound when imaging or treating the inside of the skull with ultrasound It is used as a typical window (acoustic window). However, since the size of the acoustic window region is limited to a narrow range of several cm square, it is difficult to use separate transducers side by side for imaging and treatment. On the other hand, if the frequency of the monitoring ultrasonic wave is set to an odd multiple of the frequency of the therapeutic ultrasonic wave, the freedom of frequency selection is lost, and the pulse width on the time axis when used in the higher frequency mode, that is, monitoring, is reduced. There was a problem that it could not be narrow enough.

そこで、本発明の目的は、頭蓋骨の限られた音響窓を有効に使うために、一つの開口から、経頭蓋骨超音波血流像によるモニタリングと超音波による血栓溶解剤の血栓溶解効果を促進し得る超音波送波器を提供し、また、それを用いた超音波装置を提供することにある。   Therefore, in order to effectively use the limited acoustic window of the skull, an object of the present invention is to promote the thrombolytic effect of the thrombolytic agent by ultrasonic monitoring and the ultrasonic thrombolytic agent from one opening. It is an object to provide an ultrasonic transmitter that can be obtained, and to provide an ultrasonic device using the same.

上記目的を達成するために、本発明では、血栓溶解剤効果増強のための血栓溶解用超音波を照射する送波用振動子アレイ(治療用振動子アレイ)と、血栓溶解の様子をモニタリングするためのモニタリング用振動子アレイを積層する構成とすることにより、送受波の開口を共通として、頭蓋骨中の限られた音響窓を有効に活用する。   In order to achieve the above object, in the present invention, a transducer array for transmission (therapeutic transducer array) for irradiating thrombolysis ultrasonic waves for enhancing the effect of a thrombolytic agent, and the state of thrombolysis are monitored. For this reason, a limited acoustic window in the skull is effectively utilized by using a configuration in which a monitoring transducer array for stacking is laminated.

単に積層したのみでは、モニタリング用振動子アレイを駆動したときに、モニタリング用振動子アレイから送波されて超音波のうち、被検体と逆方向に向かった超音波が、血栓溶解用超音波を照射する振動子アレイの後ろ側の界面で反射して、戻ってくることで、パルス特性が悪化する。本発明においては、上記の二つの振動子アレイの間に周波数選択性分離層を配することによって、この課題を解決している。周波数選択性分離層は、上記の二つの振動子アレイの音響インピーダンスより、その音響インピーダンスが小さく、かつその厚みが、モニタリングモードでの送波超音波の中心周波数での波長の略半分以下であることが望ましい。更には、血栓溶解用の超音波の送波効率も勘案すると、周波数選択性分離層の厚みはモニタリング用超音波の中心周波数での波長の略4分の1から、略24分の1程度の厚みの範囲であることが望ましい。音響インピーダンスの観点からは、振動子アレイの音響インピーダンスに比べて略3分の1程度より小さい高分子主体の材料を用いることでその機能が有効になる。   By simply laminating, when the monitoring transducer array is driven, ultrasonic waves transmitted from the monitoring transducer array and directed in the direction opposite to the subject are converted into ultrasound for thrombus dissolution. Reflecting and returning at the interface behind the transducer array to be irradiated deteriorates the pulse characteristics. In the present invention, this problem is solved by arranging a frequency selective separation layer between the two transducer arrays. The frequency selective separation layer has an acoustic impedance smaller than the acoustic impedance of the above two transducer arrays, and its thickness is approximately half or less of the wavelength at the center frequency of the transmitted ultrasonic wave in the monitoring mode. It is desirable. Furthermore, considering the ultrasonic wave transmission efficiency for thrombolysis, the thickness of the frequency-selective separation layer is about one-fourth of the wavelength at the central frequency of the monitoring ultrasonic wave to about one-fourth. A thickness range is desirable. From the viewpoint of acoustic impedance, the function becomes effective by using a polymer-based material smaller than about one third of the acoustic impedance of the transducer array.

また、上記の血栓溶解用超音波の送波用振動子アレイと、モニタリング用超音波を送受波する振動子アレイからなる超音波送波器は、時間軸上で、別々の時相で送波及び送受波を行なうことで、モニタリング画像への雑音の影響を最小とすることが出来るが、治療用超音波の照射中の受波信号を解析する機構を備えることで、血流モニタリングとは別に、キャビテーションのモニタリングを行なうことが可能となる。キャビテーションのモニタリングは、超音波照射による脳へのダメージを制御するには有効な方法である。   In addition, the ultrasonic transducer including the transducer array for transmitting ultrasonic waves for thrombolysis and the transducer array for transmitting and receiving monitoring ultrasonic waves transmits and transmits at different time phases on the time axis. In addition, the influence of noise on the monitoring image can be minimized by performing transmission and reception, but by providing a mechanism for analyzing the reception signal during irradiation of therapeutic ultrasound, it is separate from blood flow monitoring It is possible to monitor cavitation. Cavitation monitoring is an effective method for controlling damage to the brain caused by ultrasonic irradiation.

更にまた、本発明の周波数選択性分離層を設けることによって、背面材中で超音波の多重反射を減弱する必要が無くなるので、背面材の構成を血栓溶解超音波治療に最適化することが可能となる。すなわち、背面材は音響インピーダンスの整合を取ることよりも、振動子を冷却するための熱の輸送に最適化することが可能となる。従来の高分子主体の材料に換えて、金属など音響インピーダンスが大きいが、熱の伝導率も大きい材料を選択することも可能となる。血栓溶解用超音波の送波効率も勘案すると、背面材の一部に多層膜を用いることで、熱伝導率と、振動子アレイからの送波の効率の両立を図ることも望ましい。   Furthermore, by providing the frequency-selective separation layer of the present invention, it is not necessary to attenuate the multiple reflection of ultrasonic waves in the backing material, so that the configuration of the backing material can be optimized for thrombolytic ultrasound treatment. It becomes. That is, the back material can be optimized for heat transfer for cooling the vibrator, rather than matching the acoustic impedance. Instead of conventional polymer-based materials, it is possible to select materials such as metals that have large acoustic impedance but also have high thermal conductivity. Considering the transmission efficiency of ultrasound for thrombolysis, it is also desirable to achieve both thermal conductivity and transmission efficiency from the transducer array by using a multilayer film as a part of the backing material.

以下、本発明の代表的な構成例を列挙する。   Hereinafter, typical configuration examples of the present invention will be listed.

(1)本発明の超音波送波器は、複数の電気超音波変換素子からなる振動子の層が少なくとも二層以上積層され、前記積層された振動子層の間に前記振動子の音響インピーダンスよりも音響インピーダンスの小さい層を配した構造を有し、かつ、前記振動子のそれぞれの層に適した周波数をもって独立に電気的に駆動し、被検体に対して超音波を送波するよう構成したことを特徴とする。   (1) In the ultrasonic wave transmitter according to the present invention, at least two or more layers of transducers composed of a plurality of electric ultrasonic transducers are stacked, and the acoustic impedance of the transducer is interposed between the stacked transducer layers. It has a structure in which layers with lower acoustic impedance are arranged, and is configured to transmit ultrasonic waves to the subject independently and electrically driven with a frequency suitable for each layer of the transducer It is characterized by that.

(2)前記(1)の超音波送波器において、前記複数の振動子層のうち、前記被検体に近い位置の前記振動子(モニタリング用振動子)の共振周波数が、より遠い位置の前記振動子(治療用振動子)の共振周波数より高くなるように構成されていることを特徴とする。   (2) In the ultrasonic transmitter of (1), a resonance frequency of the transducer (monitoring transducer) at a position close to the subject among the plurality of transducer layers is located at a far position. It is characterized by being configured to be higher than the resonance frequency of the vibrator (therapeutic vibrator).

(3)前記(2)の超音波送波器において、前記複数の振動子層間に配した前記層の音響インピーダンスが、前記複数の振動子層の中で前記被検体に近い位置の振動子の音響インピーダンスの略3分の1より小さくなるように構成されていることを特徴とする。   (3) In the ultrasonic wave transmitter according to (2), an acoustic impedance of the layer disposed between the plurality of transducer layers may be a transducer close to the subject in the plurality of transducer layers. It is configured to be smaller than approximately one third of the acoustic impedance.

(4)前記(2)の超音波送波器において、前記複数の振動子層間に配した前記層の厚さが、前記複数の振動子層の中で前記被検体に近い位置の振動子を駆動する電気信号の中心周波数での波長の略半分より小さくなるように構成されていることを特徴とする。   (4) In the ultrasonic wave transmitter of (2), the transducer having a thickness close to the subject in the plurality of transducer layers is arranged between the plurality of transducer layers. It is characterized by being configured to be smaller than about half of the wavelength at the center frequency of the electric signal to be driven.

(5)前記(1)の超音波送波器において、前記複数の振動子層がそれぞれ振動子アレイよりなり、かつ、互いに略直交する向きにアレイ化してなることを特徴とする。   (5) In the ultrasonic wave transmitter according to (1), the plurality of transducer layers are each composed of a transducer array and arrayed in a direction substantially orthogonal to each other.

(6)前記(1)の超音波送波器において、前記複数の振動子層のうち、少なくとも一つの振動子層が2つの方向にアレイ化された2次元アレイであることを特徴とする。   (6) In the ultrasonic transmitter of (1), the ultrasonic transducer is a two-dimensional array in which at least one transducer layer is arrayed in two directions among the plurality of transducer layers.

(7)前記(2)の超音波送波器において、前記記複数の振動子層の中で最も被検体から遠く位置する振動子層の被検体側に対して反対側の層の材料が、金属もしくは金属酸化物であることを特徴とする。   (7) In the ultrasonic wave transmitter of (2), the material of the layer opposite to the subject side of the transducer layer located farthest from the subject among the plurality of transducer layers is: It is a metal or a metal oxide.

(8)前記(2)の超音波送波器において、前記複数の振動子層の中で最も被検体から遠く位置する振動子層の被検体側に対して反対側の層のうち一部が、前記複数の振動子層の中で最も被検体から遠く位置する前記振動子層を駆動する電気信号の中心周波数での波長の半分の周期で、二つ以上の材料を交互に積層した構造を有することを特徴とする。   (8) In the ultrasonic wave transmitter of (2), a part of the plurality of transducer layers out of layers opposite to the subject side of the transducer layer farthest from the subject is A structure in which two or more materials are alternately stacked with a period of half the wavelength at the center frequency of the electrical signal that drives the transducer layer farthest from the subject among the plurality of transducer layers. It is characterized by having.

(9)本発明の超音波装置は、複数の電気超音波変換素子からなり、被検体に対して、超音波パルスを送受信する超音波送受波器と、前記素子に対し超音波の送信と受信を切りかえる送受切替スイッチと、前記送受切替スイッチに接続し、前記被検体内での超音波の送信焦点位置を制御する送波ビームフォーマと、前記被検体内の受信焦点位置を制御する受波ビームフォーマと、前記送受切り替えスイッチ、前記送波ビームフォーマ、および前記受波ビームフォーマを制御する制御系とを備えた超音波装置において、前記超音波送受波器は、前記複数の電気超音波変換素子からなる振動子の層が少なくとも二層以上積層され、前記積層された振動子層の間に前記振動子の音響インピーダンスよりも音響インピーダンスの小さい層を配した構造を有し、かつ、前記振動子のそれぞれの層に適した周波数をもって独立に電気的に駆動し、被検体に対して超音波を送波するよう構成されていることを特徴とする。   (9) An ultrasonic apparatus according to the present invention includes a plurality of electric ultrasonic transducers, an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic pulses to a subject, and transmission and reception of ultrasonic waves to the elements. A transmission / reception changeover switch, a transmission beamformer connected to the transmission / reception changeover switch for controlling the transmission focal position of the ultrasonic wave in the subject, and a received beam for controlling the reception focal position in the subject An ultrasonic apparatus comprising a former, the transmission / reception changeover switch, the transmission beam former, and a control system that controls the reception beam former, wherein the ultrasonic transducer includes the plurality of electric ultrasonic transducers A structure in which at least two or more layers of the vibrator are laminated, and a layer having an acoustic impedance smaller than the acoustic impedance of the vibrator is arranged between the laminated vibrator layers. A and electrically driven independently with a frequency suitable for each layer of the vibrator, characterized in that it is configured to transmit the ultrasonic waves to the subject.

(10)前記(9)の超音波装置において、前記超音波送波器に接続され、超音波送波中の前記超音波送波器で受信した信号の周波数解析を行い、前記被検体内におけるキャビテーションの発生をモニタリングするキャビテーションモニタリング部を設けてなることを特徴とする。   (10) In the ultrasonic device according to (9), the frequency analysis of the signal connected to the ultrasonic transmitter and received by the ultrasonic transmitter during ultrasonic transmission is performed in the subject. A cavitation monitoring unit for monitoring the occurrence of cavitation is provided.

(11)前記(9)の超音波送装置において、前記送波ビームフォーマに接続され、超音波送波中の前記送波ビームフォーマの出力の安定を評価し、前記被検体内におけるキャビテーションの発生をモニタリングするキャビテーションモニタリング部を設けてなることを特徴とする。   (11) In the ultrasonic transmission device of (9), connected to the transmission beamformer, evaluates the stability of the output of the transmission beamformer during ultrasonic transmission, and generates cavitation in the subject. It is characterized by having a cavitation monitoring unit for monitoring the above.

本発明によれば、頭蓋骨の限られた音響窓を有効に使うために、一つの開口から、経頭蓋骨超音波血流像によるモニタリングと超音波による血栓溶解剤の血栓溶解効果を促進し得る超音波送波器およびそれを用いた超音波装置を実現することができる。   According to the present invention, in order to effectively use the limited acoustic window of the skull, monitoring from a transcranial ultrasonic blood flow image and the thrombolytic effect of a thrombolytic agent by ultrasound can be promoted from one opening. An acoustic wave transmitter and an ultrasonic device using the same can be realized.

以下、本発明の実施例について、図を参照して詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例になる超音波送波器の断面を示す。本実施例では、それぞれ圧電セラミックス材料(例えば、PZTなど)の電気超音波変換素子からなる経頭蓋骨超音波断層撮像用振動子アレイ(モニタリング用振動子アレイ)11と治療用超音波送波用アレイ(治療用振動子アレイ)12を積層した構造を有する。超音波断層撮像用振動子アレイ11は、モニタリングに相応しい空間分解能を備えた断層像、血流像を供するために、感度の良さと同時にパルス幅が短いことが重要である。一方、治療用超音波送波用アレイ12は、血栓溶解を助けるための超音波パワーが送波出来ることが重要である。治療用超音波送波に関しては、パルス幅の短さの重要性は、振動子アレイ11の場合ほど重要ではない。   FIG. 1 shows a cross section of an ultrasonic transmitter according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a transcranial ultrasonic tomographic transducer array (monitoring transducer array) 11 and a therapeutic ultrasonic transmission array, each of which is composed of an electric ultrasonic transducer of a piezoelectric ceramic material (for example, PZT). (Treatment transducer array) 12 is laminated. In order to provide a tomographic image and a blood flow image having a spatial resolution suitable for monitoring, it is important that the ultrasonic array for ultrasonic tomography 11 has a short pulse width as well as good sensitivity. On the other hand, it is important that the therapeutic ultrasonic wave transmission array 12 can transmit ultrasonic power for assisting in thrombolysis. Regarding therapeutic ultrasound transmission, the importance of the short pulse width is not as important as in the case of the transducer array 11.

振動子アレイ11の上(被検体側)には、アレイ化方向と直交する方向にビームを絞るための音響レンズ14と、この音響レンズ14と振動子アレイ11の間に音響整合層13が積層されている。一方、振動子アレイ11の背面に関しては、治療用振動子アレイ12の背面側から反射して戻ってくる超音波の影響を小さくするために、本発明の特長である、周波数選択性分離層15が治療用振動子アレイ12とイメージング用振動子アレイ11の間に配されている。治療用振動子アレイ12の背面には背面材16が配されている。振動子アレイ11と12はそれぞれ別の間隔でアレイ化されており、アレイの各素子は電極19−1〜19−4も含めて、充填材17および18によって分離されている。   On the transducer array 11 (subject side), an acoustic lens 14 for focusing the beam in a direction orthogonal to the arraying direction, and an acoustic matching layer 13 is laminated between the acoustic lens 14 and the transducer array 11. Has been. On the other hand, with respect to the back surface of the transducer array 11, in order to reduce the influence of ultrasonic waves reflected and returned from the back surface side of the therapeutic transducer array 12, the frequency selective separation layer 15 which is a feature of the present invention is provided. Is disposed between the therapeutic transducer array 12 and the imaging transducer array 11. A back material 16 is arranged on the back surface of the therapeutic transducer array 12. The transducer arrays 11 and 12 are arrayed at different intervals, and each element of the array is separated by the fillers 17 and 18 including the electrodes 19-1 to 19-4.

以下、具体的な数値を示して説明を行なう。例えば、振動子アレイ11の中心周波数を2MHz、振動子アレイ12の中心周波数を500kHzとすると、振動子アレイ11の厚さは1mm、振動子アレイ12の厚さは3mm程度になる。ここで、中心周波数とは、振動子アレイから送波される波形を周波数空間に変換し、周波数空間上で最大の値をとる周波数のことを言う。一般に用いられている、前記の最大値の前後でエネルギーが半分になる二つの周波数の平均値を持って中心周波数としても良い。材質は、振動子アレイ11ではMechanical Qが低いもの、振動子アレイ12ではMechanical Qが高いものを使うことが好ましい。これは、撮像用振動子アレイ11は、パルス駆動を行なうために広帯域、治療用振動子アレイ12は連続波動作を行なうために狭帯域であることが望ましいからである。整合層13と背面材16は、高分子材料と金属粉末の混合物で音響インピーダンスを調整したものなどが用いられる。本実施例では、整合層13は一層の場合を示しているが、音響インピーダンスの異なる複数の層を積層した整合層を用いることにより、振動子と被検体間の音響インピーダンスのマッチングの向上をはかることも可能である。また、振動子に関しても、公知の積層型の振動子を用いることで、静電容量と電気抵抗を相応しいものとすることが可能となる。   Hereinafter, description will be given by showing specific numerical values. For example, if the center frequency of the transducer array 11 is 2 MHz and the center frequency of the transducer array 12 is 500 kHz, the thickness of the transducer array 11 is about 1 mm and the thickness of the transducer array 12 is about 3 mm. Here, the center frequency refers to a frequency that takes a maximum value in the frequency space by converting the waveform transmitted from the transducer array into the frequency space. A center frequency may be obtained by using an average value of two frequencies that are generally used and energy is halved before and after the maximum value. It is preferable to use a material having a low mechanical Q for the transducer array 11 and a material having a high mechanical Q for the transducer array 12. This is because it is desirable that the imaging transducer array 11 has a wide band for pulse driving, and the therapeutic transducer array 12 has a narrow band for performing continuous wave operation. As the matching layer 13 and the back material 16, those in which acoustic impedance is adjusted with a mixture of a polymer material and metal powder are used. In the present embodiment, the matching layer 13 is shown as a single layer. However, the matching of the acoustic impedance between the transducer and the subject is improved by using a matching layer in which a plurality of layers having different acoustic impedances are stacked. It is also possible. Further, with respect to the vibrator, it is possible to make the capacitance and electric resistance appropriate by using a known laminated vibrator.

以下、図3を用いて、周波数選択性分離層15の効果を説明する。図3の(A)は、分離層が無い場合の電極19−1〜19−2間にパルス波形を与えた場合の、送波波形のシミュレーション結果である。シミュレーションは波長以下のサイズの影響を正確に見積もるために空間を有限差分化し、各差分点間の波動方程式の伝播を時間軸上でも差分化して計算した。図3の(B)は、同じく分離層が有る場合の電極19−1〜19−2間にパルス波形を与えた場合の、送波波形のシミュレーション結果である。このとき分離層は、密度1000kg/m、音速2500m/s、厚さ300μmのエポキシ樹脂を用いた。これは、ほぼ2MHzでの波長の4分の1の厚さに相当する。図3の(A)と(B)の両方に見られる3μ秒前後の信号は、振動子アレイ11から直接前方に送波された超音波である。そして、図3の(A)に顕著に見られる5μ秒の大きなピークは振動子アレイ12と背面材16の間で反射して、再び振動子アレイ12、11を通り前面に出て来たパルス波形である。同じ時間帯での信号が、周波数選択性分離層を入れたことによって、図3の(B)では、大きく抑圧されていることが確認される。 Hereinafter, the effect of the frequency selective separation layer 15 will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows a simulation result of a transmission waveform when a pulse waveform is applied between the electrodes 19-1 to 19-2 when there is no separation layer. In the simulation, in order to accurately estimate the influence of the size below the wavelength, the space was finitely differentiated, and the propagation of the wave equation between each difference point was also differentiated on the time axis. FIG. 3B shows a simulation result of a transmission waveform when a pulse waveform is given between the electrodes 19-1 to 19-2 when the separation layer is also provided. At this time, an epoxy resin having a density of 1000 kg / m 3 , a sound velocity of 2500 m / s, and a thickness of 300 μm was used for the separation layer. This corresponds to a thickness of approximately one quarter of the wavelength at 2 MHz. Signals of about 3 μs seen in both (A) and (B) of FIG. 3 are ultrasonic waves transmitted directly forward from the transducer array 11. A large peak of 5 μs, which is noticeable in FIG. 3A, is reflected between the transducer array 12 and the back material 16 and again passes through the transducer arrays 12 and 11 and returns to the front surface. It is a waveform. It is confirmed that the signal in the same time zone is greatly suppressed in FIG. 3B by inserting the frequency selective separation layer.

周波数分離層の厚さを変えて、振動子アレイ11から送波される超音波パルスの残響音の大きさ、および振動子アレイ12から送波される超音波の500kHzにおける送波エネルギーをシミュレーションで計算した結果を、図4に示す。図4中の横軸は、振動子アレイ12を駆動した時に、分離層15を通って前面に送波された超音波波形のうちの500kHz成分のエネルギーを表示している。分離層が無い場合を0dBとして、これに対する相対値を表記している。一方、図4中の縦軸は、振動子アレイ11から前面に送波される超音波パルスの残響音のピーク強度を表し、各厚さで、振動子11からの直接送波されてくるパルスの振幅の最大値で規格化した残響音の最大値をもって残響音の大きさとして評価した。これもやはり分離層15が無い場合の値に対して相対値として表示している。図4中の数字は、分離層15の厚みを2MHzでの波長に比べて表記したものである。   By changing the thickness of the frequency separation layer, the magnitude of the reverberant sound of the ultrasonic pulse transmitted from the transducer array 11 and the transmission energy at 500 kHz of the ultrasonic wave transmitted from the transducer array 12 are simulated. The calculated results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 4 represents the energy of the 500 kHz component of the ultrasonic waveform transmitted to the front surface through the separation layer 15 when the transducer array 12 is driven. The case where there is no separation layer is represented as 0 dB, and the relative value is shown. On the other hand, the vertical axis in FIG. 4 represents the peak intensity of the reverberant sound of the ultrasonic pulse transmitted from the transducer array 11 to the front surface, and the pulse transmitted directly from the transducer 11 at each thickness. The maximum value of the reverberant sound normalized with the maximum value of the amplitude of the reverberant sound was evaluated. This is also displayed as a relative value with respect to the value when there is no separation layer 15. The numbers in FIG. 4 represent the thickness of the separation layer 15 compared to the wavelength at 2 MHz.

この図から評価すると、まず分離層15の厚みを増すほど、500kHz駆動時の送波エネルギーは小さくなっている。一方、2MHz駆動時の残響音の大きさは、分離層の厚みが2MHzでの波長(λ)の1/12の時に最小で、1/2から、1/48の間で、分離層15が無い場合の半分以下に抑圧できていることが解る。このように分離層15として使用可能な厚みに幅があることは実用上大きな長所となる。すなわち、後で記述するように、モニタリングモード内でも複数のモード、すなわち断層像、血流像、パルスドップラ像、連続波ドップラ像などのモードが状況に応じて適宜選択されて用いられる。一般に、これらのモードは全て中心周波数が同じとは限らず、ドップラモードで2MHzであっても、断層像モードでは3から4MHzが用いられることもある。また、断層像モード一つに限定しても、すでに公知なダイナミック周波数移動方式、すなわち受波するタイミングに応じて、中心周波数を高い方から低い方に変えていくことで、周波数依存減衰におうじて、最も信号対雑音比がよくなるところで受波する方法がとられる場合も多い。そのようなときに、2MHzでの波長の24分の1の厚さの分離層で有る場合、4MHzでの波長では12分の1に相当するので、前記の最適な分離層の厚みの範囲にいずれの周波数においても実現することが可能となる。   As evaluated from this figure, first, as the thickness of the separation layer 15 is increased, the transmission energy at the time of driving at 500 kHz is reduced. On the other hand, the magnitude of the reverberant sound when driven at 2 MHz is minimum when the thickness of the separation layer is 1/12 of the wavelength (λ) at 2 MHz, and the separation layer 15 is between 1/2 and 1/48. It turns out that it can suppress to less than half of the case where there is no. Thus, there is a great advantage in practice that there is a width in the thickness that can be used as the separation layer 15. That is, as will be described later, a plurality of modes, that is, modes such as a tomographic image, a blood flow image, a pulse Doppler image, and a continuous wave Doppler image are appropriately selected and used depending on the situation. In general, these modes do not always have the same center frequency. Even if the frequency is 2 MHz in the Doppler mode, 3 to 4 MHz may be used in the tomographic image mode. Even if it is limited to one tomographic mode, frequency dependence attenuation can be avoided by changing the center frequency from higher to lower according to the already known dynamic frequency shift method, that is, according to the reception timing. Therefore, there are many cases where a method of receiving a signal is taken where the signal-to-noise ratio is the best. In such a case, if the separation layer has a thickness of 1 / 24th of the wavelength at 2 MHz, it corresponds to 1 / 12th of the wavelength at 4 MHz. It can be realized at any frequency.

次に、分離層15の厚さを2MHzでの波長の4分の1に固定して、音響インピーダンスを変化させた場合の計算結果を、図5に示す。横軸には分離層15の音響インピーダンスをMRay単位で記し、縦軸には2MHz駆動時の残響音の大きさを分離層が無い場合と比較して表示している。この結果からは、残響音の大きさは分離層15の音響インピーダンスが5から7MRayすなわち、√(Zpzt×Ztissue)程度の時が最小で、それより大きい側、小さい側いずれにずれても徐々に残響音が大きくなる。ここで、ZpztとZtissueはそれぞれ、PZTと生体の音響インピーダンスである。製造工程への影響など、他のパラメータも勘案すると、分離層の効果が有効に作用する領域として、実用的には音響インピーダンスが10MRay程度以下のものを選択すれば良い。言い換えれば、分離層15の音響インピーダンスを、モニタリング用振動子の音響インピーダンスの略3分の1より小さくなるように選択するとよい。   Next, FIG. 5 shows a calculation result when the thickness of the separation layer 15 is fixed to ¼ of the wavelength at 2 MHz and the acoustic impedance is changed. The horizontal axis represents the acoustic impedance of the separation layer 15 in MRay units, and the vertical axis represents the magnitude of reverberant sound when driven at 2 MHz compared to the case without the separation layer. From this result, the magnitude of the reverberant sound is the minimum when the acoustic impedance of the separation layer 15 is 5 to 7 MRay, that is, about √ (Zpzt × Ztissue), and gradually gradually shifts to either the larger side or the smaller side. The reverberation becomes louder. Here, Zpzt and Ztissue are the acoustic impedances of PZT and the living body, respectively. Considering other parameters such as the influence on the manufacturing process, it is practical to select a region having an acoustic impedance of about 10 MRay or less as a region where the effect of the separation layer is effective. In other words, the acoustic impedance of the separation layer 15 may be selected to be smaller than about one third of the acoustic impedance of the monitoring vibrator.

ここまで、分離層が均質な材質で構成される場合を例にとって説明を行ってきたが、分離層の中に電気配線など分離層が複数の材質から構成される場合においては、分離層の構成材料の平均音響インピーダンスをもつ均一な材質で分離層が構成されるものと置き換えて考えることができる。これは、分離層全体の厚みが波長に比べ小さいため、必然的に分離層の内部を構成する材料の寸法も波長に比べ充分小さくなるため、平均値で議論しても大きな差異を生じないからである。   Up to this point, the case where the separation layer is made of a homogeneous material has been described as an example. However, when the separation layer such as an electrical wiring is made of a plurality of materials in the separation layer, the structure of the separation layer It can be considered that the separation layer is made of a uniform material having an average acoustic impedance of the material. This is because the overall thickness of the separation layer is smaller than the wavelength, and the dimensions of the material constituting the interior of the separation layer are inevitably smaller than the wavelength, so there is no significant difference even when discussed with the average value. It is.

次に、図6に、これまでに説明してきた超音波送波器(2周波送波器)を用いて血栓溶解治療を行なう場合の、送波器につながる超音波装置の一構成例を示す。この図中では、これまでに説明してきた送波器を超音波送受波器31として示してある。この送受波器31に対して、血栓溶解用超音波照射と、モニタリング用画像撮像用の送受波を交互に行なう。そのための制御を制御系32において行う。   Next, FIG. 6 shows a configuration example of an ultrasonic device connected to a transmitter when thrombolysis treatment is performed using the ultrasonic transmitter (two-frequency transmitter) described so far. . In this figure, the transmitter described so far is shown as an ultrasonic transmitter / receiver 31. The ultrasonic wave irradiation for thrombus dissolution and the transmission / reception wave for monitoring image pickup are alternately performed on the wave transmitter / receiver 31. The control system 32 performs control for that purpose.

まず、血栓溶解用超音波照射時においては、この制御系32から治療送波ビームフォーマ33に対し、所定の位置にフォーカスする遅延時間で、超音波送受波器31を駆動するように信号が送られる。この焦点位置は、適宜被検体内で走査されることで、治療域全域に治療用の超音波が照射される。治療モードにおいては、特に受波は行なわない。送波パワーに関しては、先述した従来例(非特許文献1、2)で報告されているように、診断用の送波パワーの安全基準値より低い値を用いる。次に、モニタリングモードに入ると、制御系32からイメージング用送波ビームフォーマ34に信号が送られ、送波ビームフォーマ34から、送受切り替えスイッチ35を介して、超音波送受派器31から、被検体(図示してない)に対し、モニタリング用の超音波が送波される。この超音波信号が、被検体内で、反射、散乱されてきた信号を再び超音波送受波器31で電気信号に変換し、送受切り替えスイッチ35を介し、受波ビームフォーマ36でビームフォーミングが行なわれる。   First, at the time of ultrasonic irradiation for thrombolysis, a signal is transmitted from the control system 32 to the therapeutic transmission beamformer 33 so as to drive the ultrasonic transducer 31 with a delay time for focusing on a predetermined position. It is done. This focal position is appropriately scanned within the subject, so that therapeutic ultrasonic waves are applied to the entire treatment area. In the treatment mode, no reception is performed. As for the transmission power, as reported in the above-described conventional examples (Non-Patent Documents 1 and 2), a value lower than the safety reference value of the diagnostic transmission power is used. Next, when the monitoring mode is entered, a signal is sent from the control system 32 to the imaging transmission beamformer 34, and from the transmission beamformer 34 via the transmission / reception changeover switch 35, from the ultrasonic transmitter / receiver 31. An ultrasonic wave for monitoring is transmitted to a specimen (not shown). The signal reflected and scattered by the ultrasonic signal in the subject is converted again into an electrical signal by the ultrasonic transducer 31, and beam forming is performed by the reception beam former 36 via the transmission / reception switch 35. It is.

モニタリングモードにおいては、以下に述べる4つのモードが状況に応じて選択され用いられる。すなわち、(1)反射信号強度を輝度情報に変換した断層像表示モード。(2)同一部位に対して複数回の送受波を繰り返し、その信号間で相関を求めることにより、血流速を推定し、この部位を走査することで、血流速の空間分布を表示する血流像表示モード。(3)特定部位に対してのみ、パルス信号を送受波し横軸時間軸、縦軸血流速の分散として表示するパルスドップラモード。(4)特定方向に対し連続波を送受波し、高精度に血流速の時間変化を表示する連続波ドップラモード、の4つである。   In the monitoring mode, the following four modes are selected and used according to the situation. (1) A tomographic image display mode in which reflected signal intensity is converted into luminance information. (2) The blood flow velocity is estimated by repeating a plurality of transmission / reception waves with respect to the same portion and obtaining a correlation between the signals, and the spatial distribution of the blood flow velocity is displayed by scanning this portion. Blood flow image display mode. (3) A pulse Doppler mode in which a pulse signal is transmitted / received only to a specific site and displayed as a horizontal time axis and vertical blood flow velocity dispersion. (4) Continuous wave Doppler mode that transmits and receives a continuous wave in a specific direction and displays a temporal change in blood flow rate with high accuracy.

断層像は、一回の場所の輝度情報を求めるのに一回の送受波ですむために、最も高速に画像を表示することが出来る。しかし、血流に関する情報としては、比較的血管径が大きい場合に、血管の形状を表示出来るのみで、血管径が小さいときは、血流情報に関しては役に立たない。ただし、ドップラ情報に影響を与える、超音波送受波器と対象物の相対的な位置変化などは、断層像からも判定が可能である。また、血管そのものが観測できなくても組織構造がわかることで、血流像が、真の血流か、ノイズによる偽像なのかについての判定の役に立てることが出来る。血流像、パルスドップラ、連続波ドップラに関しては、順に血流速度の測定精度が上がるが、空間情報に関しては、順に低下する。このように、これらの4つのモードはそれぞれ特徴が異なるため、モニタリングモード時は、ユーザの目的に応じて、4つのモードを適宜使い分けて撮像を行なう。   The tomographic image can be displayed at the highest speed because only one transmission / reception wave is required to obtain the luminance information at one place. However, as information relating to the blood flow, only the shape of the blood vessel can be displayed when the blood vessel diameter is relatively large, and the blood flow information is not useful when the blood vessel diameter is small. However, the relative positional change between the ultrasonic transducer and the object that affects the Doppler information can also be determined from the tomographic image. In addition, even if the blood vessel itself cannot be observed, the tissue structure can be understood, which can be useful for determining whether the blood flow image is a true blood flow or a false image due to noise. For blood flow images, pulse Doppler, and continuous wave Doppler, blood flow velocity measurement accuracy increases in order, but spatial information decreases in order. Thus, since these four modes have different characteristics, in the monitoring mode, imaging is performed by appropriately using the four modes according to the purpose of the user.

図6中では、断層像を表示する場合は、受波ビームフォーマ36のRF信号は、検波器37で、ビデオ信号に変換され、デジタルスキャンコンバータ39を経て、ユーザインターフェース41内の表示部40で画像表示される。血流像を表示する場合は、受波ビームフォーマ35のRF信号は相関器、体動除去フィルタなどから構成される血流速推定部38で血流速とその分散が求められ、やはりデジタルスキャンコンバータ(DSC)39を経て、表示部40で画像表示される。通常は、この血流速像は先ほどの断層像に重畳して表示される。この断層像と血流速像を元に、特に血栓溶解を行なう対象部位に対して、パルスドップラ情報もしくは連続波ドップラ情報が取得され、モニタリングが行なわれる。このモニタリングと、血栓溶解用超音波照射を繰り返し切り替えることで、モニタリングしながら、治療が行なわれる。   In FIG. 6, when displaying a tomogram, the RF signal of the receiving beam former 36 is converted into a video signal by the detector 37, passes through the digital scan converter 39, and is displayed on the display unit 40 in the user interface 41. An image is displayed. When displaying a blood flow image, the blood flow velocity estimation unit 38 including a correlator and a body motion removal filter obtains the blood flow velocity and its dispersion from the RF signal of the receiving beam former 35. An image is displayed on the display unit 40 via a converter (DSC) 39. Normally, this blood flow velocity image is displayed superimposed on the previous tomographic image. Based on this tomographic image and blood flow velocity image, pulse Doppler information or continuous wave Doppler information is acquired and monitored for a target site where thrombolysis is performed. By repeatedly switching between this monitoring and ultrasonic irradiation for thrombolysis, treatment is performed while monitoring.

図7に、本発明による超音波装置の別の構成例を示す。本例においては、血栓溶解モードにおいて、間歇的に超音波送受波器31の受波信号を取得する。この受波信号のフーリエ変換を行い、治療域、または頭蓋骨との界面など、脳内でのキャビテーションの発生をモニタリングする。キャビテーションは、気泡が圧壊する際に局所的に生じる高圧によって、組織にダメージを与える可能性があり、キャビテーションが発生したときには、送波周波数の倍の周波数、または送波周波数の半分の奇数倍の周波数の信号が生じるという特徴がある。特に、送波周波数の整数倍の周波数は気泡が圧壊する前に、気泡の生成によって既に生じるため、キャビテーションに至る前にその兆候を捉えられる可能性がある。そのため、これらの周波数の超音波をキャビテーションモニタリング部42においてモニタリングすることで、キャビテーションが生成した直後もしくは事前に、治療用超音波をオフするか、またはその出力を低下させることで、不要な脳内組織へのダメージを防ぐことが可能となる。   FIG. 7 shows another configuration example of the ultrasonic apparatus according to the present invention. In this example, the received signal of the ultrasonic transducer 31 is intermittently acquired in the thrombolysis mode. The received signal is Fourier transformed to monitor the occurrence of cavitation in the brain, such as the treatment area or the interface with the skull. Cavitation can damage tissue due to the high pressure that occurs locally when bubbles collapse, and when cavitation occurs, it is twice the transmission frequency or an odd number of half the transmission frequency. There is a feature that a signal of a frequency is generated. In particular, a frequency that is an integral multiple of the transmission frequency is already generated by the generation of bubbles before the bubbles are crushed, so that there is a possibility that the signs may be caught before cavitation is reached. Therefore, by monitoring the ultrasonic waves of these frequencies in the cavitation monitoring unit 42, immediately after the cavitation is generated or in advance, the ultrasonic waves for treatment are turned off or the output thereof is reduced, thereby eliminating unnecessary intracerebral It is possible to prevent damage to the tissue.

このキャビテーションのモニタリングに関しては、超音波送受波器31につながった、治療送波ビームフォーマ33内の高出力アンプの出力をキャビテーションモニタリング部43でモニタすることによっても可能である。キャビテーション生成前の高出力アンプの電圧の変動に比べ、キャビテーション生成時の高出力アンプの電圧の変動が大きくなることを用いてモニタリングが可能となる。その場合の装置構成を、図8に示す。   The cavitation monitoring can also be performed by monitoring the output of the high output amplifier in the therapeutic transmission beam former 33 connected to the ultrasonic transducer 31 with the cavitation monitoring unit 43. Monitoring is possible by using the fact that the fluctuation of the voltage of the high-power amplifier at the time of cavitation generation becomes larger than the fluctuation of the voltage of the high-power amplifier before the cavitation generation. The apparatus configuration in that case is shown in FIG.

これまでに説明した図6〜図8の超音波装置の構成例において用いられた超音波送受波器31の構成は、図1の構成のものに限定されず、以下に説明する構成のものに換えることも可能である。   The configuration of the ultrasonic transducer 31 used in the configuration examples of the ultrasonic apparatus of FIGS. 6 to 8 described so far is not limited to the configuration of FIG. 1, and has the configuration described below. It is also possible to change.

図9に、治療モードにおいてビームを走査せず、治療域全域に超音波を照射する目的で、治療用振動子アレイ12をアレイ化しないで用いた場合における超音波送受波器の例を示す。この構造においても、周波数選択性分離層15が有効に機能し、振動子アレイ11から送波される超音波パルス波形と、治療用振動子12からの送波パワーを、本発明の目的に相応しいものとすることが出来る。   FIG. 9 shows an example of an ultrasonic transducer in the case where the treatment transducer array 12 is used without being arrayed for the purpose of irradiating ultrasonic waves over the entire treatment area without scanning the beam in the treatment mode. Also in this structure, the frequency selective separation layer 15 functions effectively, and the ultrasonic pulse waveform transmitted from the transducer array 11 and the transmission power from the treatment transducer 12 are suitable for the purpose of the present invention. Can be.

図10は、超音波送受波器の別の例を示し、二つの振動子アレイを互いに略直交する向きにアレイ化したものである。これは、振動子アレイ11をアレイ化する際に、土台となる振動子アレイ12の状況によって、効率的なアレイ化が妨げられるのを防ぐことが出来る。   FIG. 10 shows another example of the ultrasonic transducer, in which two transducer arrays are arrayed in directions substantially orthogonal to each other. This can prevent the efficient arraying from being hindered by the situation of the transducer array 12 as a base when the transducer array 11 is arrayed.

また、超音波送受波器のさらに別の例として、図11に示すように、振動子アレイをそれぞれ2次元アレイとすることも可能である。二次元アレイにおいては配線取り出しが課題となる。すなわち、振動子アレイ12の配線は背面材側からとることが可能であるが、振動子アレイ11に関しては配線の取り回し方法が課題となる。しかし、本発明においては、図5に示したように、フレキシブルプリント基板の主材料であるポリイミドの音響インピーダンスでも周波数選択性分離層としては十分である。よって、この振動子アレイ11を2次元アレイとして、その配線を分離層の中に組み入れることが可能となる。   As still another example of the ultrasonic transducer, as shown in FIG. 11, each transducer array can be a two-dimensional array. In a two-dimensional array, wiring extraction becomes a problem. That is, the wiring of the transducer array 12 can be taken from the back material side, but the wiring method for the transducer array 11 becomes a problem. However, in the present invention, as shown in FIG. 5, the acoustic impedance of polyimide, which is the main material of the flexible printed circuit board, is sufficient as a frequency selective separation layer. Therefore, this transducer array 11 can be made into a two-dimensional array, and its wiring can be incorporated into the separation layer.

更にまた、本発明の周波数選択性分離層を用いることで、背面材16の材料の選択の自由度が向上する。通常は背面材の界面での反射を小さくするため、振動子とマッチングするように背面材の音響インピーダンスが選ばれ、また、背面材の反対側で反射して戻ってくる超音波パルスの影響を除去するため、吸収係数に関しても、ある一定以上のものが求められる。しかし、本発明においては、周波数選択分離層があるため、振動子アレイ11のパルス波形に関して、背面材の影響は小さくなっている。そのため、振動子アレイ12の感度を増やしたい場合は、背面材の音響インピーダンスをなるべく小さくすることも可能となる。   Furthermore, by using the frequency selective separation layer of the present invention, the degree of freedom in selecting the material of the backing material 16 is improved. Normally, the acoustic impedance of the backing material is selected to match the transducer to reduce reflection at the backing material interface, and the influence of the ultrasonic pulse reflected back on the opposite side of the backing material is affected. In order to eliminate it, the absorption coefficient is required to be above a certain level. However, in the present invention, since there is a frequency selective separation layer, the influence of the back material on the pulse waveform of the transducer array 11 is reduced. Therefore, when the sensitivity of the transducer array 12 is desired to be increased, the acoustic impedance of the back material can be reduced as much as possible.

一方、その感度より送波器全体の冷却を重視する場合は、図1に示した背面材16を、金属や金属酸化物のように熱伝導率の大きい材料を選択することも可能となる。   On the other hand, when the cooling of the entire transmitter is more important than the sensitivity, it is possible to select a material having a high thermal conductivity such as metal or metal oxide for the backing material 16 shown in FIG.

感度と熱伝導率の両方が重要な場合は、図12に示すように、周波数選択反射熱輸送層22を用いることも可能となる。この周波数選択反射熱輸送層22は、金属と高分子材料を複数層交互に積層したもので、良く知られたBragg反射の条件2dsinθ=λを用いて、特定の周波数(この場合は治療用超音波の周波数)を反射するように構成される。ここで、dは上記の複数層の周期で、λはモニタリング用中心周波数での波長。θは90度−入射角であるが、このモニタリング条件では、ほぼ90度と考えてよいので、前記の式は2d=λと記述出来る。また、この材料の中に金属を用いることで、熱伝導を効率よく行い、かつ、全体が金属の場合に比べ、平均密度を下げることが出来るので、振動子11の負荷を小さくすることも可能である。特に、熱の輸送が重要なのは、脳は熱に弱いので、送波器から伝わる熱も最小限に抑える必要があるからである。上述した方法で振動子近くから熱を輸送したあとは、ペルチェ素子や、空冷ファンなどの方法で、最終的に熱を放熱する。   When both sensitivity and thermal conductivity are important, a frequency selective reflection heat transport layer 22 can be used as shown in FIG. The frequency selective reflection heat transport layer 22 is formed by alternately laminating a plurality of layers of metal and polymer material, and uses a well-known Bragg reflection condition 2dsinθ = λ, and a specific frequency (in this case, a super therapeutic layer). (Sound wave frequency). Here, d is the period of the plurality of layers, and λ is the wavelength at the monitoring center frequency. θ is 90 degrees-incident angle, but under this monitoring condition, it can be considered to be almost 90 degrees, so the above equation can be described as 2d = λ. Further, by using a metal in this material, heat conduction can be performed efficiently, and the average density can be lowered as compared with the case where the whole is a metal, so the load on the vibrator 11 can be reduced. It is. In particular, the transport of heat is important because the brain is sensitive to heat, so it is necessary to minimize the heat transmitted from the transmitter. After transporting heat from the vicinity of the vibrator by the above-described method, the heat is finally radiated by a method such as a Peltier element or an air cooling fan.

更にまた、これまで2つの層を用いて、二つの異なる周波数を送波する方法に関して記述してきたが、周波数選択性分離層の考えを使えば、3層以上で、3つ以上の異なる周波数を送波する送波器を作製することが可能となる。   Furthermore, the method of transmitting two different frequencies using two layers has been described so far, but if the concept of frequency selective separation layer is used, three or more different frequencies can be obtained in three or more layers. It is possible to manufacture a transmitter that transmits waves.

本発明は、先述した特定の実施の形態に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。特に、先述の実施例においては、モニタリング用超音波の中心周波数を2MHz、血栓溶解用超音波の中心周波数を500kHzの場合を例にとって説明を行なった。勿論、これらの周波数はその値に限定されるものではなく、特に、この二つの周波数の関係が異なった場合には、周波数選択性分離層の最適な厚みは異なってくるが、その場合も本発明の技術的思想をもってすれば各々の条件に適した変形が可能である。   The present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the technical idea thereof. In particular, in the above-described embodiments, the case where the center frequency of the monitoring ultrasonic wave is 2 MHz and the center frequency of the thrombus dissolving ultrasonic wave is 500 kHz has been described as an example. Of course, these frequencies are not limited to those values. In particular, when the relationship between the two frequencies is different, the optimum thickness of the frequency selective separation layer is different. If it has the technical idea of invention, the deformation | transformation suitable for each condition is possible.

以上、実施例を用いて詳述したように、本発明によって、経頭蓋骨で、血栓溶解剤の効果増強のための超音波を被検体頭部の超音波送受波用の音響窓に最適化して照射する手段と、この血栓溶解効果をモニタリングする手段を兼ね備えることが可能となる。また、脳内及び頭蓋骨近傍での過度な温度上昇を抑えることが可能となる。   As described above in detail with reference to the examples, the present invention optimizes the ultrasonic wave for enhancing the effect of the thrombolytic agent in the transcranial bone to the acoustic window for ultrasonic wave transmission / reception of the subject's head. It is possible to combine a means for irradiating and a means for monitoring the thrombolytic effect. In addition, an excessive temperature increase in the brain and in the vicinity of the skull can be suppressed.

本発明の一実施例になる超音波送波器を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing an ultrasonic transmitter according to an embodiment of the present invention. 頭蓋骨断面と超音波送受波器の素子の模式図。The schematic diagram of the element of a skull cross section and an ultrasonic transducer. 本発明による分離層のある場合(A)と無い場合(B)のパルス特性を示す図。The figure which shows the pulse characteristic of the case (A) with and without the separated layer by this invention (B). 分離層の厚みによる、500kHzでの透過特性と残響音の大きさの評価結果を示す図。The figure which shows the evaluation result of the permeation | transmission characteristic in 500 kHz and the magnitude | size of a reverberation sound by the thickness of a separated layer. 分離層の音響インピーダンスによる残響音の評価結果を示す図。The figure which shows the evaluation result of the reverberation sound by the acoustic impedance of a separated layer. 本発明による超音波送波器を用いた超音波装置の一構成例の説明する図。The figure explaining the example of 1 structure of the ultrasonic device using the ultrasonic transmitter by this invention. 本発明による超音波送波器を用いた超音波装置の別の構成例の説明する図。The figure explaining another structural example of the ultrasonic device using the ultrasonic transmitter by this invention. 本発明による超音波送波器を用いた超音波装置のさらに別の構成例の説明する図。The figure explaining the further another structural example of the ultrasonic device using the ultrasonic transmitter by this invention. 本発明の超音波送波器の別の実施例を示す断面図。Sectional drawing which shows another Example of the ultrasonic transmitter of this invention. 本発明の超音波送波器のさらに別の実施例を示す断面図。Sectional drawing which shows another Example of the ultrasonic transmitter of this invention. 本発明の超音波送波器のさらに別の実施例を示す断面図。Sectional drawing which shows another Example of the ultrasonic transmitter of this invention. 本発明の超音波送波器のさらに別の実施例を示す断面図。Sectional drawing which shows another Example of the ultrasonic transmitter of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…モニタリング用振動子アレイ、12…治療用振動子アレイ、13…音響整合層、14…音響レンズ、15…周波数選択性分離層、16…背面材、17…充填材、18…充填材、19…電極、21…背面材、22…周波数選択反射熱輸送層、31…超音波送受波器、32…制御系、33…治療送波ビームフォーマ、34…イメージング送波ビームフォーマ、35…送受切り替えスイッチ、36…受波ビームフォーマ、37…検波器、38…血流速推定部、39…デジタルスキャンコンバータ、40…表示部、41…ユーザインターフェース、42…キャビテーションモニタリング部、43…キャビテーションモニタリング部、101…振動子アレイ、120…頭蓋骨、121…板間層、122…超音波照射焦点。
11 ... Monitoring transducer array, 12 ... Treatment transducer array, 13 ... Acoustic matching layer, 14 ... Acoustic lens, 15 ... Frequency selective separation layer, 16 ... Back material, 17 ... Filler, 18 ... Filler, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Electrode, 21 ... Back material, 22 ... Frequency selective reflection heat transport layer, 31 ... Ultrasonic transducer, 32 ... Control system, 33 ... Treatment transmission beam former, 34 ... Imaging transmission beam former, 35 ... Transmission / reception Changeover switch, 36 ... received beam former, 37 ... detector, 38 ... blood flow velocity estimation unit, 39 ... digital scan converter, 40 ... display unit, 41 ... user interface, 42 ... cavitation monitoring unit, 43 ... cavitation monitoring unit 101 ... vibrator array, 120 ... skull, 121 ... interlaminar layer, 122 ... ultrasonic irradiation focus.

Claims (10)

複数の電気超音波変換素子からなる振動子の層が少なくとも二層以上積層され、前記積層された振動子層の間に前記振動子の音響インピーダンスよりも音響インピーダンスの小さい層を配した構造を有し、かつ、前記振動子のそれぞれの層に適した周波数をもって独立に電気的に駆動し、被検体に対して超音波を送波するよう構成したことを特徴とする超音波送波器。   A structure in which at least two or more layers of transducers composed of a plurality of electric ultrasonic transducers are laminated, and a layer having an acoustic impedance smaller than the acoustic impedance of the transducer is arranged between the laminated transducer layers. In addition, an ultrasonic wave transmitter configured to be electrically driven independently at a frequency suitable for each layer of the vibrator and transmit ultrasonic waves to the subject. 前記複数の振動子層のうち、前記被検体に近い位置の前記振動子の共振周波数が、より遠い位置の前記振動子の共振周波数より高くなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波送波器。   The resonance frequency of the transducer at a position close to the subject among the plurality of transducer layers is configured to be higher than a resonance frequency of the transducer at a farther position. The ultrasonic transmitter according to 1. 前記複数の振動子層間に配した前記層の音響インピーダンスが、前記複数の振動子層の中で前記被検体に近い位置の振動子の音響インピーダンスの略3分の1より小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波送波器。   The acoustic impedance of the layer disposed between the plurality of transducer layers is configured to be smaller than approximately one third of the acoustic impedance of the transducer at a position close to the subject in the plurality of transducer layers. The ultrasonic transmitter according to claim 2, wherein the ultrasonic transmitter is provided. 前記複数の振動子層間に配した前記層の厚さが、前記複数の振動子層の中で前記被検体に近い位置の振動子を駆動する電気信号の中心周波数での波長の略半分より小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の超音波送波器。   The thickness of the layer disposed between the plurality of transducer layers is smaller than about half of the wavelength at the center frequency of the electrical signal that drives the transducer close to the subject in the plurality of transducer layers. It is comprised so that it may become. The ultrasonic transmitter of Claim 2 characterized by the above-mentioned. 前記複数の振動子層がそれぞれ振動子アレイよりなり、かつ、互いに略直交する向きにアレイ化してなることを特徴とする請求項1に記載の超音波送波器。   The ultrasonic transmitter according to claim 1, wherein each of the plurality of transducer layers includes a transducer array and is arrayed in a direction substantially orthogonal to each other. 前記複数の振動子層のうち、少なくとも一つの振動子層が2つの方向にアレイ化された2次元アレイであることを特徴とする請求項1に記載の超音波送波器。   2. The ultrasonic transmitter according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is a two-dimensional array in which at least one of the plurality of transducer layers is arrayed in two directions. 前記複数の振動子層の中で最も被検体から遠く位置する振動子層の被検体側に対して反対側の層の材料が、金属もしくは金属酸化物であることを特徴とする請求項2に記載の超音波送波器。   The material of the layer on the opposite side to the subject side of the transducer layer located farthest from the subject among the plurality of transducer layers is a metal or a metal oxide. The described ultrasonic transmitter. 前記複数の振動子層の中で最も被検体から遠く位置する振動子層の被検体側に対して反対側の層のうち一部が、前記複数の振動子層の中で最も被検体から遠く位置する前記振動子層を駆動する電気信号の中心周波数での波長の半分の周期で、二つ以上の材料を交互に積層した構造を有することを特徴とする請求項2に記載の超音波送波器。   Of the plurality of transducer layers, a portion of the transducer layer located farthest from the subject on the side opposite to the subject side is partly farthest from the subject among the plurality of transducer layers. The ultrasonic transmission according to claim 2, wherein the ultrasonic wave transmission has a structure in which two or more materials are alternately laminated at a period of half the wavelength at the center frequency of the electric signal for driving the transducer layer positioned. Waver. 複数の電気超音波変換素子からなり、被検体に対して、超音波パルスを送受信する超音波送受波器と、前記素子に対し超音波の送信と受信を切りかえる送受切替スイッチと、前記送受切替スイッチに接続し、前記被検体内での超音波の送信焦点位置を制御する送波ビームフォーマと、前記被検体内の受信焦点位置を制御する受波ビームフォーマと、前記送受切り替えスイッチ、前記送波ビームフォーマ、および前記受波ビームフォーマを制御する制御系とを備えた超音波装置において、前記超音波送受波器は、前記複数の電気超音波変換素子からなる振動子の層が少なくとも二層以上積層され、前記積層された振動子層の間に前記振動子の音響インピーダンスよりも音響インピーダンスの小さい層を配した構造を有し、かつ、前記振動子のそれぞれの層に適した周波数をもって独立に電気的に駆動し、被検体に対して超音波を送波するよう構成されていることを特徴とする超音波装置。   An ultrasonic transducer comprising a plurality of electric ultrasonic transducers for transmitting / receiving ultrasonic pulses to / from a subject, a transmission / reception switch for switching between transmission and reception of ultrasonic waves to the element, and the transmission / reception switch A transmission beamformer for controlling a transmission focal position of ultrasonic waves in the subject, a reception beamformer for controlling a reception focal position in the subject, the transmission / reception changeover switch, and the transmission wave In the ultrasonic apparatus including a beam former and a control system that controls the receiving beam former, the ultrasonic transducer includes at least two or more layers of transducers composed of the plurality of electric ultrasonic transducers. And a layer having a lower acoustic impedance than that of the transducer is disposed between the stacked transducer layers, and the transducer Electrically driven independently with a frequency suitable for a layer of, respectively, ultrasound apparatus characterized by being configured to transmit the ultrasonic waves to the subject. 前記超音波送波器に接続され、超音波送波中の前記超音波送波器で受信した信号の周波数解析を行い、前記被検体内におけるキャビテーションの発生をモニタリングするキャビテーションモニタリング部を設けてなることを特徴とする請求項9に記載の超音波装置。
A cavitation monitoring unit is provided that is connected to the ultrasonic transmitter, performs frequency analysis of the signal received by the ultrasonic transmitter during ultrasonic transmission, and monitors the occurrence of cavitation in the subject. The ultrasonic apparatus according to claim 9.
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JP5450065B2 (en) * 2006-08-11 2014-03-26 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Ultrasound system for cerebral blood flow imaging and clot lysis using microbubbles
EP2268419A1 (en) * 2008-01-09 2011-01-05 Surf Technology AS Multiple frequency band acoustic transducer arrays
JP6139136B2 (en) * 2013-01-08 2017-05-31 学校法人慈恵大学 Ultrasound diagnostic treatment device
JP6300397B2 (en) * 2013-08-02 2018-03-28 国立大学法人九州大学 Ultrasonic therapy device
CN105748106B (en) * 2016-04-22 2018-07-31 毛军卫 Ultrasonic probe and ultrasonic detection equipment with the ultrasonic probe
US10589129B2 (en) * 2016-09-14 2020-03-17 Insightec, Ltd. Therapeutic ultrasound with reduced interference from microbubbles
KR102117226B1 (en) * 2018-11-08 2020-06-01 주식회사 힐세리온 Apparatus for measuring blood flow using ultrasound doppler and operating method thereof

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