JPH05168637A - 体腔内用超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マトリクス型振動子１３を用いた超音波探触
子において、各振動素子間のクロストークを防止するこ
とによって超音波探触子のファンビーム性を向上させ
る。 【構成】 マトリクス型振動子１３を構成する各振動素
子間に、マイクロビーズを混入させた目詰め材１７を充
填することにより、各振動素子間のクロストークを有効
に防止することによって超音波探触子のファンビーム性
を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、体腔内用超音波探触
子、特にマトリクス型探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療分野においては、生体内の臓器や血
流の状態等の観察に超音波診断装置が用いられており、
この超音波診断装置は、超音波を送受する超音波探触子
と、この超音波探触子が接続されている超音波診断装置
本体とから構成されている。そして、この超音波診断装
置においては、前記超音波探触子から生体内に超音波を
送信すると共に生体内から反射されてくる超音波エコー
を受信して、この受信信号を処理することによって生体
内の臓器等の観察を行うものである。

【０００３】ところで、このような超音波診断装置の超
音波探触子内には複数の超音波振動子が備えられてい
る。そして、この超音波振動子はそれぞれ圧電素子を含
んでおり、これらは電気信号を超音波に変換、又は超音
波振動を電気信号に変換する働きをしている。そして、
このような超音波診断装置においては、通常超音波探触
子内のそれぞれの超音波振動子を短冊状として構成し、
これら複数の超音波振動子の駆動タイミングを制御する
ことによって電子走査が行われるようになっている。な
お、この超音波探触子には、リニア型やセクタ型などの
走査方式が存在するが、このような超音波探触子は、例
えば生体の体表面に当接されて、その走査方向と同一面
内の断層像がモニタ上に得られるようになっている。従
って、超音波探触子の方向を変えれば、モニタ上に表示
される断層像が変わるようになっている。これは即ち、
得たい断層像の方向に応じて超音波探触子の方向を変更
する必要があるということであり、このような超音波探
触子を有する超音波診断装置においては、超音波探触子
全体の角度を変えないかぎり、その走査面は一方向のみ
であった。

【０００４】ところが、直腸などに挿入して使用される
型の超音波探触子、すなわち体腔内用超音波探触子では
その方向（角度）を自由に変えることができないので、
上記のような一方向のみの走査面しか有していない超音
波探触子の場合には、前記体腔内用の超音波診断装置と
して用いるには多少の不便が考えられる。

【０００５】そこで、特に体腔内用超音波探触子や術中
の超音波探触子のように、その角度を変更することが困
難又は不可能であるような場合には、独立した複数個の
振動子を組み合わせて形成されるバイプレーン型の超音
波探触子、例えば直交に交わる２断面のリニア走査型と
セクタ走査型の超音波探触子が結合されて構成される超
音波探触子などが用いられている。

【０００６】また一方では、超音波探触子に設置される
超音波振動子を、板状圧電体の一方の面において、圧電
体を切り離すことなく複数のエレメントに分割し、これ
らを更に走査方向の異なる複数のエレメントに分割する
ことによって、１つの圧電体即ち１つの振動子によって
複数方向の走査が可能な超音波探触子が開発され実際に
使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成される超音波探触子のうち、圧電体を切り離
すことなく複数のエレメントに分割して形成される超音
波振動子を有する超音波探触子、言い換えれば圧電体を
クロスカットすることによって縦方向と横方向のビーム
走査を可能としている超音波探触子においては、超音波
探触子の構成要素となっている超音波振動子の１つが振
動すると、これがすべてに波及してクロストークが生じ
ることとなり、これによって指向性が悪くなるという問
題があった。

【０００８】本発明は、以上のような問題に鑑みなされ
たものであり、その目的は、１つの圧電体をクロスカッ
ト加工することによって縦方向と横方向のビーム走査を
可能としている超音波探触子において、超音波振動子ど
うしのクロストークを防止することによって、指向性が
向上した超音波探触子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために本発明に係る体腔内用超音波探触子において
は、体腔内用超音波探触子が有するマトリクス型振動子
のカット部分にマイクロビーズを混入させた目詰め剤を
充填することを特徴とする。

【００１０】

【作用】以上のような構成を有する本発明の体腔内用超
音波探触子においては、目詰め剤中に混入されているマ
イクロビーズによってマトリクス型振動子を構成する振
動素子の振動がそれぞれ吸収され、これにより、マトリ
クス型振動子を構成する振動素子どうしのクロストーク
を防止することが可能となる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の好適な一実施例に係る体腔
内用超音波探触子を構成する超音波振動子１１（マトリ
クス型振動子）の構成を示した図であり、図２はこのよ
うなマトリクス型振動子１１を作製する際の圧電材１３
を切り込む方法（クロスカット方法）を示したものであ
る。

【００１２】図２から明らかなように、マトリクス型振
動子１１は、圧電材１３を該圧電材１３の上部と下部か
ら、言い換えれば圧電材の（＋）電極面及び（−）電極
面から互いに直交するようにカットすることによって作
製されている。そして、このカットの深さは、圧電材１
３の厚み未満であるので各素子が分離することはない。
そして、図１に示されているように、圧電材１３の片面
に整合層１５を貼り付け、更にはこの整合層１５を圧電
材１３の（＋）（−）面の素子ピッチと同じピッチでク
ロスカットして、マトリクス型振動子１１を形成してい
る。なお、圧電材１３の（＋）（−）面の素子ピッチと
同じピッチでクロスカットしたことにより、各素子間に
おけるクロストークが抑えられるようになっている。

【００１３】本実施例において特徴的なことは、このよ
うなマトリクス型振動子１１の各素子間に充填される目
詰め材として、気泡の入ったマイクロビーズが混入され
た目詰め材１７を使用することである。

【００１４】ここで、目詰め材１７は、本来、カットさ
れた振動素子が倒れてマトリクス型振動子１１が倒壊す
るのを防いだり、接着剤が振動素子間に入り込んで各振
動素子間が連絡して指向性が悪化するのを防ぐために充
填されるものである。つまり、各素子間のクロストーク
を抑えるという目的を達成するためには、カットされた
振動素子間は中空状態であることが望ましい。ところ
が、上記のように振動素子の倒壊等という事態を防止す
るために目詰め材を使用しているものである。

【００１５】しかしながら、この目詰め材の存在のため
に振動素子間でクロストークが生じて指向性が悪くなる
ことが従来より問題となっており、このような指向性の
悪化に伴うファンビーム性の悪化を防止するために、本
実施例においては、従来よりも音響インピーダンスの小
さい目詰め材、すなわち気泡の入ったマイクロビーズを
混入することによって形成された新たな目詰め材を使用
している。そして、これを使用したことで、クロストー
クの問題も改善され、従来のマトリクス型振動子に比べ
てファンビーム性が良くなるようになっている。

【００１６】このような目詰め材に用いられるマイクロ
ビーズは、微小球体でありかつ完全中空体であることが
必要である。つまり、樹脂に小泡が形成されている発泡
スチロールのようなものではなく、マイクロビーズはシ
ャボン玉のように薄膜の球体から構成され、内部が完全
に中空である微小球体である。このようなマイクロビー
ズが軽量フィラーとして各種製品の密度を減少させるだ
けでなく、断熱性、加工容易性、対衝撃性向上等の効果
があり、また微小な完全球体であるために、液体に混合
したときの粘度上昇が低く、流動性も改善され、成型収
縮が減少し、寸法安定性も付与されるものである。この
ようなマイクロビーズは、平均粒径が３５〜６５ミクロ
ンである。ただし、商品としては、粒径半径が大体１０
〜１８０ミクロンまでのものがある。更に、素材そのも
のの密度は０．２１〜０．４３ｇ／cm³ であるが、これ
が中空体であるために、かさ密度は０．１１〜０．２３
ｇ／cm³ となる。強度は、だいたい２０〜２１０ｋｇ／
cm² （１０％破壊強度）である。

【００１７】このようなマイクロビーズを混入した目詰
め材を前記マトリクス型超音波振動子に用いると、マイ
クロビーズが本来有する断熱性や対衝撃性が良いという
既知効果のほか、従来注目されていなかった音響インピ
ーダンスを著しく減少させるという顕著な効果を有する
ものである。これは、マイクロビーズが微小球体である
ために、各振動素子間に多く充填することができ、ま
た、このマイクロビーズが完全中空体であるために、各
素子間に多く充填されることによって音響的にはあたか
も各振動素子間に何も存在しない、即ち各振動素子間が
中空であるかのような状態とすることができることによ
るものであると考えられている。

【００１８】ここで、上記のようなマトリクス型振動子
を用いた超音波探触子の動作について以下説明してい
く。

【００１９】図３は、前記マトリクス型振動子を用いた
場合の超音波振動子の構成を示すブロック図である。こ
の超音波診断装置は、前記マトリクス型振動子が設置さ
れる超音波探触子２１と、この探触子２１を駆動する駆
動回路２３ａ及び２３ｂと、探触子２１からの電気信号
を受信する受信回路２５ａ及び２５ｂと、これらをコン
トロールするコントロール回路２７とを含み、生体内の
情報は表示装置２９の画面上に表示されるようになって
いる。

【００２０】そして、図４及び図５は駆動回路の動作を
説明する動作説明図であって、これらに示されているよ
うに、圧電材３１の分極方向に電圧が印加される場合に
は、回路は図４に示されているような接続状態をとり、
（＋）電極面の素子はすべてアースに落とされることに
なる。一方、圧電材３１の分極方向と逆方向に電圧が印
加される場合には、回路は図５に示されているような接
続状態をとり、（−）電極面の素子はすべてアースに落
とされるようになる。

【００２１】このようにして、圧電材３１の電圧の印加
の方向を交互に切り替えることによって、例えば図６及
び図７に示されるように、（＋）電極面と（−）電極面
を相互に切り替えて、直交した方向のセクタ走査を行う
ようになっている。

【００２２】このようにして、振動子から得られる２つ
の断層像を、例えば図６のように（＋）側１〜３２，
（−）側１〜３２というように、又は直交する２断面の
１方向ずつを図７のように（＋）側１，（−）側１，
（＋）側２，（−）側２…（＋）側３２，（−）側３２
というようにコントロール回路で高速で交互に切り替え
ることで、両断層像を画面上にリアルタイムで表示する
ことが可能となる。

【００２３】このように、直交する方向を相互に切り替
えて走査させる超音波探触子において、本実施例のよう
にマイクロビーズを含む目詰め材を用いているために、
各振動素子間のクロストークを有効に防止することがで
き、これにより指向性の悪化を防止することが可能とな
り、ファンビーム性の向上を図ることができるようにな
る。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにして、本発明に係る体腔内
用超音波探触子においては、振動素子間のクロストーク
を防止することができ、指向性が良好でファンビーム性
の良い体腔内用超音波探触子を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る体腔内用超音波探触子
の振動子の構成を示す図である。

【図２】振動子の切込法を説明する説明図である。

【図３】マトリクス型振動子が用いられる超音波診断装
置の構成を示すブロック図である。

【図４】マトリクス型振動子を駆動させる駆動回路の一
例を示した図である。

【図５】マトリクス型振動子を駆動させる駆動回路の一
例を示した図である。

【図６】本実施例に係るマトリクス型振動子を用いた体
腔内用超音波探触子の走査の方法の一例を示した図であ
る。

【図７】本実施例に係るマトリクス型振動子を用いた体
腔内用超音波探触子の走査の方法の一例を示した図であ
る。

【符号の説明】

１１ マトリクス型振動子 １３ 圧電材 １５ 整合層 １７ 気泡の入ったマイクロビーズが混入された目詰め
材 ２１ 超音波探触子 ２３ａ，２３ｂ 駆動回路 ２５ａ，２５ｂ 受信回路 ２７ コントロール回路 ３１ 圧電材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 義博 東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号 アロカ 株式会社内 (72)発明者 松中 敏行 東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号 アロカ 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ほぼ正方形の圧電材を、該圧電材の両面
   から、互いに直交するようにかつ該圧電材の厚み未満の
   深さでカットすることによって形成されたマトリクス型
   振動子を有する体腔内用超音波探触子において、 前記マトリクス型振動子のカット部分にマイクロビーズ
   を混入させた目詰め剤を充填することを特徴とするマト
   リクス型体腔内用超音波探触子。