JPH02156934A - アレイ型超音波探触子並びにそれに用いる圧電体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波を用いて生体の断層像を得る超音波診
断装置用アレイ型超音波探触子並びにそれに用いる圧電
体の製造方法に係り、特に送受信感度の重み付けにより
指向特性を改善することによって画質の大幅な向上を図
り得るアレイ型超音波探触子並びにそれに用いる圧電体
の製造方法に関する。

（従来の技術） 超音波パルスを生体内に放射し各組織からの反射波によ
り生体情報を得る超音波診断法は、Ｘ線のような照射障
害がなく、しかも造影剤なしで軟部組織の診断ができる
利点をもっている。

この超音波パルスが生体内に放射される場合に所定の方
向にのみ細いビーム幅をもった超音波が放射されること
が望ましいが、実際には前記所定の方向以外にもサイド
ローブとよばれる超音波が放射され、このサイドローブ
が断層像のＳ／Ｎを低下させたり、アーチファクトを発
生させ、画質を劣化させる大きな原因となっている。

このサイドローブを抑圧する方法の一つに重み付は法が
知られている。ここで、重み付けの効果を第４図及び第
５図を参照して説明する。

第４図に示すように音源ＵＳが平板（ここでは−次元モ
デルで説明する）で近似され、しかも各部分での送信（
受信）感度が−様な場合（図示の感度特性Ａ）には、こ
の音源ＵＳの十分遠方での送信（受信）指向特性は、第
５図の実線で示すようにおおよそ２０％のサイドローブ
がメインローブの周囲に存在する。これに対して第４図
に示すように、中心部の送信（受信）感度を端部より高
くした場合（図示の感度特性Ｂ）には、指向特性は第５
図の破線で示すように、メインローブは多少法がるもの
のサイドローブを低減させることができる。

以下、従来の装置において適用されている重み付は技術
を説明する。すなわち、今日量も広く用いられている電
子走査型超音波診断装置では、超音波トランスデユーサ
として複数の超音波振動子をアレイ状に配列してなるア
レイ型超音波探触子が用いられている。この装置では、
超音波振動子の各々の駆動信号あるいは受信信号の遅延
時間の制御と重み付けにより、超音波ビームの集束とサ
イドローブの抑圧を行ない、解像度の優れた断層像を得
ている。

第６図に従来例を示す。第６図は、セクタ電子走査型超
音波診断装置のブロック図である。すなわち、第６図に
示すように、生体内に放射される超音波パルスの間隔を
決定するパルス発生器１から出力された繰返しパルスは
、送信用遅延回路２−１〜２−Ｈにおいて送信超音波の
放射方向と集束点とから決定される所定の遅延時間が与
えられた後に振動子駆動回路３−１〜Ｂ−Ｎに送られ、
各々所定の大きさに増幅され重み付けされた駆動パルス
が形成される。この駆動パルスによってアレイ型超音波
探触子４のＮ個の超音波振動子４−１〜４−Ｎは駆動さ
れ、超音波が生体内に放射される。

一方、図示しない生体内から反射された超音波ビームは
、前記アレイ型超音波振動子４によって受信され、プリ
アンプ５−１〜５−Ｈにおいて前記同様所定の大きさに
増幅された後、受信用遅延回路６−１〜６−Ｎに送られ
る。ここで、前記送信用遅延回路２において与えられた
遅延時間とほぼ同一の遅延時間が与えられてから、加算
器７において他の振動子からの受信信号と加算される。

この加算器７の出力信号は一方は断層像表示用処理系Ｕ
Ｂへ、またもう一方は血流情報算出用処理系ＵＤに送ら
れて所定の信号処理が施される。

ます、断層像用処理系ＵＢでは対数増幅器８において信
号振幅か対数変換された後に、包絡線検波回路９にて受
信信号の包絡線が検出され、Ａ／Ｄ変換器１０にてディ
ジタル化した後画像メモリ１１にス、ドアされる。

一方、血流情報算出用処理系ＵＤにおいて、加算器７の
出力は位相検波回路１２−１．１２−２と、信号源１３
と、π／２移相器１４とにより超音波信号の周波数とほ
ぼ同じ周波数をもった基準信号との間でミクシング（直
交位相検波）され、ローパスフィルタ１５−１．１５−
２を経、そして、Ａ／Ｄ変換器１６−１．１６−２にて
ディジタル化した後、ディジタルフィルタとしてＭＴＩ
フィルタ１７−１．１７−２によって、ドツプラ周波数
偏位の極めて少ない心臓や血管からの信号（クラッタ信
号）が除去され、血球からの微小な信号のみが分離検出
される。この信号は演算回路１８において例えば周波数
分析された後、そのスペクトルの中心あるいは広がり（
分散）が算出され、その値は画像メモリ１１内の血流信
号メモリにストアされる。

超音波ビームを電子的に走査して得られる断層像信号と
血流信号は画像メモリ１１に一旦スドアされ、断層像は
白黒で、また血流情報（方向、速度）はカラーでＴＶモ
ニタ１９上に表示される。

このような電子走査型超音波診断装置では、走査方向（
振動子配列方向）の指向特性におけるサイドローブは各
振動子の送受信信号を適当に重み付けすることにより低
減させることが比較的容易にできる。これに対して前記
走査方向と直角の方向（いわゆるスライス方向）のビー
ム集束は音響レンズによっており、しかもこの音響レン
ズとしては、生体と超音波プローブとの密着任をよくす
るために生体より音速の遅い材料を用いた凸レンズが一
般に用いられている。

第７図はこの種の超音波プローブ（アレイ型超音波探触
子）の概略を示す斜視図であり、圧電体２０、信号電極
２１、接地電極２２、バッキング材２３、音響レンズ２
４からなり、図示二点鎖線の如く超音波ビームが放射さ
れるようになっている。

また、第８図はこの種の圧電体の製造方法を説明する図
であり、第８図（ａ）はセラミックス等からなる基材２
５を分極処理する工程を示す図、第８図、（ｂ）は分極
処理後の基板２５つまり圧電体２０に信号電極２１、接
地電極２２、バッキング材２３を取り付けた状態を示す
図である。すなわち、分極処理は、基材２５の両面に電
極２２゜２６を配設し、この電極２２．２６間に高電圧
Ｖを印加することにより、図示矢印の如くほぼ均等の電
気音響変換効率を示す圧電体２０を得るようにしている
。この圧電体２０に対し所定間隔を存して溝を形成する
ことにより、複数の振動子群を形成している。

このようなアレイ型超音波探触子においては、スライス
方向において振動子から放射される超音波、あるいは受
信される超音波は、音響レンズの厚みの大きい中心部ほ
ど大きな減衰を受ける。すなわち、第４図及び第５図に
示したようなサイドローブを抑圧する場合の重み付けと
は逆の重み付けとなるためサイドローブが増大し、画質
劣化が生ずる。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように従来の電子走査型超音波診断装置での
スライス方向の指向特性のサイドローブを抑圧する手段
が講じられていなかったため良好な分解能が得られず、
これが断層像の画質を劣化させていた。

そこで本発明の目的は、スライス方向の送受信ビームの
サイドローブを低減し得るアレイ型超音波探触子並びに
それに用いる圧電体の製造方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決し且つ目的を達成するために次
のような手段を講じた構成としている。

すなわち、本発明によるアレイ型超音波探触子は、振動
子配列方向と直角の方向での感度分布に重み付けを形成
したものであり、特に、前記直角の方向の中間部ほど高
い感度を有するものとした構成としている。

また、本発明によるアレイ型超音波探触子に用いる圧電
体の製造方法としては、その分極処理を予定の振動子配
列方向と直角の方向の位置に応じて異なる値の電圧を印
加するものとしている。

（作用） このように構成した本発明のアレイ型超音波探触子によ
れば、スライス方向（振動子配列方向）においてサイド
ローブの小さい良好な超音波の指向特性が得られ、高画
質の断層像を得ることができる。

また、圧電体の製造方法としては、単に分極処理におけ
る電圧印加制御のみで行うものであるため、製造容易で
ある。

（実施例） 以下本発明に係るアレイ型超音波探触子並びにそれに用
いる圧電体の製造方法の一実施例を図面を参照して説明
する。

第１図は圧電体の製造方法を示す図、第２図はアレイ型
超音波探触子の圧電体を得るためにセラミックス等より
なる基材を分極する際の分極電圧と、その場合の圧電体
の電気音響変換効率を示す特性図である。第２図に示す
ように分極電圧が低いときは分極電圧の増加に伴って変
換効率も増大するが、ある程度高い電圧になると前記変
換効率は分極電圧に依存せずに一定の値になる。従来の
アレイ型超音波探触子では、第８図にて説明したように
十分高い電圧で分極したものが用いられていた。

本実施例で用いられる圧電体は変換効率が分極電圧に依
存する領域、例えば図中のＶａ−Ｖｂの範囲の電圧によ
って分極されたものである。ここで分極処理について第
１図を参照して説明する。

まず、第１図（ａ）に示すようにセラミックス等よりな
る基材２５の両面に装着された電極のうち信号側の電極
をスライス方向に分割（或いは分割電極を装着）し、そ
の各々の電極２２．２７に前記Ｖ　ａ　−Ｖ　ｂの範囲
での異った分極用電圧を印加する。

例えば、中心の電極から外側の電極へ順次Ｖｌ。

Ｖ２．Ｖａ、−、Ｖｎ　（Ｖ　１　＞Ｖ２＞Ｖａ＞−・
・＞Ｖｎ）なる電圧を印加し、図示上向きの矢印の長さ
で示されるように中心部の振動子ほど高い電圧で分極し
電気音響変換効率を高くした圧電体２８を得る。分極後
、前記分割型電極２７は除去し、第１図（ｂ）に示すよ
うに、この電極２７の代わりに一枚の電極２１を装着す
る。以降の製造方法は従来と全く同じ、つまり、圧電体
２８、バッキング材２３、電極２１．２２の一体物を走
査方向に分割し、その各々から信号線を取り出せば、複
数の振動子をアレイ状に配列したアレイ型超音波探触子
が得られる。

第３図は他の分極方法について示したもので、基材２５
の表面に厚みの異なる誘電体材料２つを装若し、この誘
電体材料２つの前面に取り付けられた電極３０と前記基
材２５の後面に取り付けられた電極２２との間に高電圧
を印加する。このような印加力法を採用することによっ
て前記基材２５の両端に印加される電圧は前記誘電体材
料２９の厚みに伴って変えることができ、したがって、
分極によって得られる圧電体２８の感度は第１図（ｂ）
のものと同様に分布させることが可能となる。

分極後は、前記誘電体材料２９を除去し、前記圧電体２
８の前面に新たに電極を装着する（図示せず）。以下は
前述のものと同様である。

以上のような工程を経て作られた圧電体２７をアレイ型
超音波探触子に用いることによって、従来不可能であっ
たスライス方向の送受信感度の重み付けができるように
なる。したがって、走査方向のみならず、スライス方向
においてもサイドローブの小さい良好な超音波の指向特
性が得られ、断層像の高画質化がはかられる。

なお、本発明で用いられるアレイ型超音波探触子は図示
の如くの平面上に配列されたものに限定されるものでな
く、例えばコンベックスプローブのように凸面上に配列
されたもの、アニューラアレイ型のもの、配列方向に対
し直角の方向に凹面である所謂ハラ種型のもの等、各種
のアレイ型超音波探触子に適用できる。

この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施できる。

［発明の効果コ 以上のように本発明によるアレイ型超音波探触子は１．
振動子配列方向と直角の方向での感度分布に重み付けを
形成したものであり、特に、前記直角の方向の中間部ほ
ど高い感度を有するものとした構成とし、また、本発明
によるアレイ型超音波探触子に用いる圧電体の製造方法
としては、その分極処理を予定の振動子配列方向と直角
の方向の位置に応じて異なる値の電圧を印加するものと
しているので、スライス方向（振動子配列方向）におい
てサイドローブの小さい良好な超音波の指向特性が得ら
れ、高画質の断層像を得ることができ、また、圧電体の
製造方法としては、単に分極処理における電圧印加制御
のみで行うものであるため、製造容易である、という効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるアレイ型超音波探触子並びにそ
れに用いる圧電体の製造方法の一実施例を示す図、第２
図は圧電体を製造する際の基材に印加する分極電圧と電
気音響変換効率との関係を示す特性図、第３図は圧電体
の製造方法にかかる他の実施例を示す図、第４図は圧電
体の感度分布特性を示す図、第５図は第４図の感度分布
特性に伴う指向特性を示す図、第６図はアレイ型超音波
探触子を用いる電子走査型超音波診断装置の一例を示す
ブロック図、第７図はアレイ型超音波探触子の概略図、
第８図は従来のアレイ型超音波探触子並びにそれに用い
る圧電体の製造方法の一例を示す図である。 １・・・パルス発生器、２・・・送信用遅延回路、３・
・・振動子駆動回路、４・・・アレイ型超音波探触子、
５・・・プリアンプ、６・・・受信用遅延回路、７・・
・加算器、８・・・対数増幅器、９・・・包路線検波回
路、１０・・・Ａ／Ｄ変換器、１１・・・画像メモリ、
１２・・・位相検波回路、１３・・・基準信号発生器、
１４・・・π／２移相器、１５・・・ローパスフィルタ
、１６・・・Ａ／Ｄｉ換器、１７・・・ディジタルフィ
ルタ（ＭＴＩフィルタ）、１８・・・演算器、１９・・
・ＴＶモニタ、２０・・・圧電体、２１・・・信号電極
、２２・・・接地電極、２３・・・バッキング材、２４
・・・音響レンズ、２５・・・基材、２６・・分極用電
極、２７・・・分極用分割電極、２８・・・圧電体、２
９・・・誘電体材料、３０・・・分極用電極。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 弁才）電丘 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の超音波振動子をアレイ状に配列してなる超
   音波探触子において、各振動子における配列方向と直角
   の方向での感度分布に重み付けを形成したことを特徴と
   するアレイ型超音波探触子。
2. （２）前記重み付けは、前記直角の方向の中間部ほど高
   い感度を有することを特徴とする請求項１に記載のアレ
   イ型超音波探触子。
3. （３）基材に対して分極処理を施すことによって製造さ
   れるアレイ型超音波探触子に用いる圧電体の製造方法に
   おいて、前記分極処理を、予定の振動子配列方向と直角
   の方向の位置に応じて異る値の電圧を印加して行うこと
   を特徴とするアレイ型超音波探触子に用いる圧電体の製
   造方法。