JPH0534880B2 - - Google Patents
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- JPH0534880B2 JPH0534880B2 JP56174001A JP17400181A JPH0534880B2 JP H0534880 B2 JPH0534880 B2 JP H0534880B2 JP 56174001 A JP56174001 A JP 56174001A JP 17400181 A JP17400181 A JP 17400181A JP H0534880 B2 JPH0534880 B2 JP H0534880B2
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- piezoelectric material
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- pvf
- operating frequency
- pzt
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は人体、或は金属等、検体の断層情報を
得る装置に適用される超音波探触子に関し、特
に、同時に複数周波数の超音波信号を送信又は受
信し得る超音波探触子に関するものである。
得る装置に適用される超音波探触子に関し、特
に、同時に複数周波数の超音波信号を送信又は受
信し得る超音波探触子に関するものである。
(2) 従来の背景
人体の断層診断或は金属探傷を行うために超音
波信号を利用することは一般に行われている。こ
うした超音波信号を送受するものとして一般に探
触子が使用されている。
波信号を利用することは一般に行われている。こ
うした超音波信号を送受するものとして一般に探
触子が使用されている。
一方、検体に対し、各々異る周波数の複数の超
音波を送受信して、検体を同時に種々の方向から
観測する事、或は、各周波数に対する検体の特性
の周波数依存性を測定する事が知られている。
音波を送受信して、検体を同時に種々の方向から
観測する事、或は、各周波数に対する検体の特性
の周波数依存性を測定する事が知られている。
(3) 従来技術と問題点
従来、こうした超音波装置に使用される探触子
は、超音波周波数を動作周波数とする単一の圧電
素子と、検体と圧電素子との間の音響インピーダ
ンスを整合する整合層と、裏面に送出される超音
波信号を吸収するため、単一の圧電素子の裏面に
配置されるバツキング等で構成されている。
は、超音波周波数を動作周波数とする単一の圧電
素子と、検体と圧電素子との間の音響インピーダ
ンスを整合する整合層と、裏面に送出される超音
波信号を吸収するため、単一の圧電素子の裏面に
配置されるバツキング等で構成されている。
しかしながら、こうした従来の単一層の圧電素
子を持つ探触子は同一位置から同時に異る周波数
の超音波信号を送受信できない欠点を有してい
る。
子を持つ探触子は同一位置から同時に異る周波数
の超音波信号を送受信できない欠点を有してい
る。
一方、１つの探触子に有機圧電素子と無機圧電
素子を積層し、この欠点を解決する試みもなされ
ているが、各、圧電素子で送受され得る信号が乱
れ、時間分解能が十分とれないという欠点を有し
ている。
素子を積層し、この欠点を解決する試みもなされ
ているが、各、圧電素子で送受され得る信号が乱
れ、時間分解能が十分とれないという欠点を有し
ている。
即ち、有機圧電材の音響インピーダンスは、無
機圧電材のそれよりはるかに小さい事、これら各
圧電素子を積層した場合、有機圧電材は、厚みが
波長の1/4となる周波数において共振する、所謂
λ／４共振となり、無機圧電材は、λ／２共振を
起こす事が従来より知られている。このため積層
した各圧電材によつて超音波信号を送受する場
合、有機圧電材の送受する超音波信号に対し、無
機圧電材が、共振するという問題点及び、無機圧
電材の送受する超音波信号に対し、有機圧電材が
共振するという問題点を有する。しかも、この場
合、一方の共振に、他方の共振が重なり信号の再
生時に悪影響を及ぼすだけでなく、結果として帯
域を狭め、パルス継続時間を長くし、時間分解能
を悪くするという欠点を有している。
機圧電材のそれよりはるかに小さい事、これら各
圧電素子を積層した場合、有機圧電材は、厚みが
波長の1/4となる周波数において共振する、所謂
λ／４共振となり、無機圧電材は、λ／２共振を
起こす事が従来より知られている。このため積層
した各圧電材によつて超音波信号を送受する場
合、有機圧電材の送受する超音波信号に対し、無
機圧電材が、共振するという問題点及び、無機圧
電材の送受する超音波信号に対し、有機圧電材が
共振するという問題点を有する。しかも、この場
合、一方の共振に、他方の共振が重なり信号の再
生時に悪影響を及ぼすだけでなく、結果として帯
域を狭め、パルス継続時間を長くし、時間分解能
を悪くするという欠点を有している。
特に、有機圧電材から送信する際有機圧電材の
送受帯域が広いため、この影響が顕著に現われ、
無機圧電材のλ／２共振、およびその整数倍の周
波数位置で、送受信感度が悪化する。また、これ
を防ぐ手法として、バツキング材の音響インピー
ダンスを高め、無機圧電材の音響インピーダンス
と同程度にすることにより、無機圧電材をバツキ
ング材としする手法も考えられる。
送受帯域が広いため、この影響が顕著に現われ、
無機圧電材のλ／２共振、およびその整数倍の周
波数位置で、送受信感度が悪化する。また、これ
を防ぐ手法として、バツキング材の音響インピー
ダンスを高め、無機圧電材の音響インピーダンス
と同程度にすることにより、無機圧電材をバツキ
ング材としする手法も考えられる。
有機圧電材から送受信の時間分解能を良好にで
きるものの、無機圧電体から送受信する時、有機
圧電体の厚みによる共振のための時間分解能の悪
さは、依然として残る。さらに、バツキング材の
音響インピーダンスを高めたことにより、結果と
して無機圧電材の音響パワーを、裏面に逃がす事
となり、無機圧電材の送受信感度が大巾に低下す
る。
きるものの、無機圧電体から送受信する時、有機
圧電体の厚みによる共振のための時間分解能の悪
さは、依然として残る。さらに、バツキング材の
音響インピーダンスを高めたことにより、結果と
して無機圧電材の音響パワーを、裏面に逃がす事
となり、無機圧電材の送受信感度が大巾に低下す
る。
(4) 発明の目的
本発明の目的は、同時に、同一位置より超音波
を送受でき、且つ、感度を低下させずに、時間分
解能を向上できる探触子を提供することにある。
を送受でき、且つ、感度を低下させずに、時間分
解能を向上できる探触子を提供することにある。
(5) 発明の構成
上記目的を達成するため、本発明では、時間分
解能は、探触子から得られる超音波信号の波数に
依存し、波数差が少なく、且つ、規定の信号に対
し、各圧電素子から受信される波形の絶対値の低
い領域であれば時間分解能が向上される事を利用
したものである。即ち単に、両圧電素子の動作周
波数の比を規定するだけで、これら、時間分解能
が向上する事を発見したものである。
解能は、探触子から得られる超音波信号の波数に
依存し、波数差が少なく、且つ、規定の信号に対
し、各圧電素子から受信される波形の絶対値の低
い領域であれば時間分解能が向上される事を利用
したものである。即ち単に、両圧電素子の動作周
波数の比を規定するだけで、これら、時間分解能
が向上する事を発見したものである。
従つて、本発明によれば、バツキング材の音響
インピーダンスは、単一層の圧電素子のバツキン
グ材と同じものを利用でき、感度は低下せず、ま
た各々の圧電素子の波数差が少ない領域を使用す
るので均一化された特性で超音波を送受でき、し
かも、波数の絶対値が少ない領域であるので、時
間分解能を向上できるという効果を奏し得るもの
である。
インピーダンスは、単一層の圧電素子のバツキン
グ材と同じものを利用でき、感度は低下せず、ま
た各々の圧電素子の波数差が少ない領域を使用す
るので均一化された特性で超音波を送受でき、し
かも、波数の絶対値が少ない領域であるので、時
間分解能を向上できるという効果を奏し得るもの
である。
(6) 発明の実施例
以下本発明を実施例を基に詳述する。
第１図は本発明の一実施例の探触子の断面図で
ある。
ある。
図中１は探触子、１０は検体、１１，１２，１
３は電極、２，３は圧電材料、４はバツキング材
である。
３は電極、２，３は圧電材料、４はバツキング材
である。
電極１１，１２，１３は、図示されない送信駆
動回路、受信回路に接続される。また圧電材２及
び３は、検体１０の音響インピーダンスが低い点
を考慮し、検体１０側に、音響インピーダンスの
低い有機圧電材２、例えばPUF2が、その後側
に、PZT等の無機圧電材３が配置され、更に
各々異る中心周波数で動作する如く、されてい
る。
動回路、受信回路に接続される。また圧電材２及
び３は、検体１０の音響インピーダンスが低い点
を考慮し、検体１０側に、音響インピーダンスの
低い有機圧電材２、例えばPUF2が、その後側
に、PZT等の無機圧電材３が配置され、更に
各々異る中心周波数で動作する如く、されてい
る。
検体１０に超音波信号を送出する場合、電極１
１，１２間及び／又は、電極１２，１３間にイン
パルス等、超音波の周波数帯域の信号成分を有す
る信号を印加する。これにより圧電素子２，３は
超音波信号を発生する。この超音波信号は、検体
１０側及びパツキング材４側に送出され、パツキ
ング材４側に送信された超音波信号は、パツキン
グ材４により吸収減衰される。一方、検体１０側
に送出された各々異る中心周波数の超音波信号
は、検体内部の音響的な境界面（断層）にて反
射、散乱される。反射、散乱された超音波が探触
子１に入射すると、各圧電材断を挾む電極間に電
気信号（受信信号）が発生する。各電極間に発生
する電気信号は、各々測定器、分析器等に供給さ
れる。
１，１２間及び／又は、電極１２，１３間にイン
パルス等、超音波の周波数帯域の信号成分を有す
る信号を印加する。これにより圧電素子２，３は
超音波信号を発生する。この超音波信号は、検体
１０側及びパツキング材４側に送出され、パツキ
ング材４側に送信された超音波信号は、パツキン
グ材４により吸収減衰される。一方、検体１０側
に送出された各々異る中心周波数の超音波信号
は、検体内部の音響的な境界面（断層）にて反
射、散乱される。反射、散乱された超音波が探触
子１に入射すると、各圧電材断を挾む電極間に電
気信号（受信信号）が発生する。各電極間に発生
する電気信号は、各々測定器、分析器等に供給さ
れる。
第２図〜第７図は探触子の周波数−ゲイン特性
図であり、圧電素子の送受信感度を示している。
図であり、圧電素子の送受信感度を示している。
図中、波線は第１図に示す無機圧電材３とし
て、PZT、（音響インピーダンスＺ＝32×10-6
Kg／m2Ｓ）を使用した場合の感度を、実線は有機
圧電材２としてPVF2を使用した場合の感度を示
す。
て、PZT、（音響インピーダンスＺ＝32×10-6
Kg／m2Ｓ）を使用した場合の感度を、実線は有機
圧電材２としてPVF2を使用した場合の感度を示
す。
また同図において横軸は周波数（ＭHz）、縦軸
はゲイン（dB）を示し、更に、第２図〜第７図
は、各々無機圧電材の動作周波数を、2.5MHzに
固定しておき、各PVF2の動作周波数を、PVF2
の厚さを、式（周波数）＝（音速）／４×（厚さ）に応
じて調 整し、1.25MHz（第２図）、2.5MHz（第３図）、
3.75MHz（第４図）、5MHz（第５図）、7.5MHz
（第６図）、0.625MHz（第７図）と変化させた際
の各圧電材の感度を示す。
はゲイン（dB）を示し、更に、第２図〜第７図
は、各々無機圧電材の動作周波数を、2.5MHzに
固定しておき、各PVF2の動作周波数を、PVF2
の厚さを、式（周波数）＝（音速）／４×（厚さ）に応
じて調 整し、1.25MHz（第２図）、2.5MHz（第３図）、
3.75MHz（第４図）、5MHz（第５図）、7.5MHz
（第６図）、0.625MHz（第７図）と変化させた際
の各圧電材の感度を示す。
ここで各図を検討する。
第２図について、
Γ本探触子であるとPVF2の動作周波数である
1.25MHz及び、その奇数倍の位置（3.75MHz、
6.25MHz、8MHz、…）に有機圧電材の感度が
存在する。
1.25MHz及び、その奇数倍の位置（3.75MHz、
6.25MHz、8MHz、…）に有機圧電材の感度が
存在する。
Γ同様に、PZTの動作周波数2.5MHz、高調波
7.5MHz近辺に感度の高い領域が存在する。
7.5MHz近辺に感度の高い領域が存在する。
ΓPZTの動作周波数2.5MHz周辺の感度分布が
PVFの動作周波数、及びその協調波周波数位
置近傍で乱れている。
PVFの動作周波数、及びその協調波周波数位
置近傍で乱れている。
第３図について、
ΓPVF2の動作周波数及び高調波周波数近傍の感
度分布が不均一であり、PZTの動作周波数に
影響され、感度の谷を作つている。
度分布が不均一であり、PZTの動作周波数に
影響され、感度の谷を作つている。
第４図について、
●PZTの動作周波数2.5MHz付近の感度はPVF2に
影響されていない。
影響されていない。
●PZTの動作周波数とその共振周波数の影響が
PVF2の感度の2.5MHzと5.0MHz付近に見られ
るが、PVF2の動作周波数3.75MHz付近にはそ
の影響が無いことが判る。
PVF2の感度の2.5MHzと5.0MHz付近に見られ
るが、PVF2の動作周波数3.75MHz付近にはそ
の影響が無いことが判る。
以下、第５〜７図は、第３図同様に、一方の圧
電材の共振周波数、（動作周波数、高調波周波数）
が、他方の感度に悪影響を及ぼすことが判る。
電材の共振周波数、（動作周波数、高調波周波数）
が、他方の感度に悪影響を及ぼすことが判る。
第８図は動作周波数比−波数特性である。
図中横軸は、次式で示す周波数比Ｋを示す。
Ｋ＝PVF2の動作周波数／PZTの動作周波数、
また、縦軸は、受信信号の最大振巾の1/10（−
20dB）以上の波を数を示す。
また、縦軸は、受信信号の最大振巾の1/10（−
20dB）以上の波を数を示す。
同図の測定条件として、第１図における各圧電
素子として音響インピーダンス4.0×106Kg／m2・
Ｓ、音速2260ｍ／Ｓ、厚み0.220mmの有機圧電材
PVF2と、 音響インピーダンス32.0×106Kg／m2・Ｓ、音
速4300ｍ／Ｓであり、厚さが周波数に応じ、次
式＝4300〔ｍ／Ｓ〕／２×〔厚さ〕で決まる無機
圧電材PZTと、を使用し、 バツキング材としてタングステン粉入りエポキ
シ樹脂（音響インピーダンス10.0×16〔Kg／m2・
Ｓ〕）を、各電極として金をメツキしたものを条
件とした。
素子として音響インピーダンス4.0×106Kg／m2・
Ｓ、音速2260ｍ／Ｓ、厚み0.220mmの有機圧電材
PVF2と、 音響インピーダンス32.0×106Kg／m2・Ｓ、音
速4300ｍ／Ｓであり、厚さが周波数に応じ、次
式＝4300〔ｍ／Ｓ〕／２×〔厚さ〕で決まる無機
圧電材PZTと、を使用し、 バツキング材としてタングステン粉入りエポキ
シ樹脂（音響インピーダンス10.0×16〔Kg／m2・
Ｓ〕）を、各電極として金をメツキしたものを条
件とした。
更に、動作信号として、２周期（２波分）のサ
イン波（sin waue）を使用した。
イン波（sin waue）を使用した。
ここで同図について検討する。
有機圧電材PVF2の波数は、PVF2の動作周波
数が、PZTの動作周波数より大きい、即ち、周
波数比Ｋが値１より小さい場合少なく、逆に、値
１より増加すると大きくなる。
数が、PZTの動作周波数より大きい、即ち、周
波数比Ｋが値１より小さい場合少なく、逆に、値
１より増加すると大きくなる。
特に特徴的な点は、PVF2は、PZTとの周波数
が一致、即ち比Ｋが値“１”となる地点で、一旦
極大点を持ち、比Ｋが値“1.4”近辺で、極小点
を有する。３次曲線に類似することである。
が一致、即ち比Ｋが値“１”となる地点で、一旦
極大点を持ち、比Ｋが値“1.4”近辺で、極小点
を有する。３次曲線に類似することである。
従つて、比Ｋが値“1.4”付近になる様にPVF2
とPZTの周波数を設定することが、両者の波形
を小さくすることが出来る。又、第４図はＫ＝
1.5の場合であるが、この値に非常に近い値であ
り、前述したとおり、Ｋ＝1.5の時には、PZTの
動作周波数2.5MHz付近の感度はPVF2に影響され
ず、PZTの動作周波数とその共振周波数の影響
がPVF2の感度の2.5MHzと5.0MHz付近に見られ
るが、PVF2の動作周波数3.75MHz付近にはその
影響が無い。従つて、Ｋ＝1.4、1.5に非常に近い
値であり、1.5の時の上記効果が現れる。更には、
PVF2とPZTの両者の波数差は出来るだけ小さい
方が好ましい。例えば、PVF2とPZTの２つから
得られた信号、断層像等用いて診断、観測等を行
う場合に、両者の分解能（波数）が極端に異なる
と都合が悪い。例えばPVF2とPZT両者から個別
に得られた断層像を比較して診断する場合が考え
られるが、分解能が違いものを比較するのは診断
に都合が悪い。従つて、第８図に示す様に、Ｋ＝
1.4の両者の波数の差が少なく、診断に非常に都
合が良いという効果も生じる。
とPZTの周波数を設定することが、両者の波形
を小さくすることが出来る。又、第４図はＫ＝
1.5の場合であるが、この値に非常に近い値であ
り、前述したとおり、Ｋ＝1.5の時には、PZTの
動作周波数2.5MHz付近の感度はPVF2に影響され
ず、PZTの動作周波数とその共振周波数の影響
がPVF2の感度の2.5MHzと5.0MHz付近に見られ
るが、PVF2の動作周波数3.75MHz付近にはその
影響が無い。従つて、Ｋ＝1.4、1.5に非常に近い
値であり、1.5の時の上記効果が現れる。更には、
PVF2とPZTの両者の波数差は出来るだけ小さい
方が好ましい。例えば、PVF2とPZTの２つから
得られた信号、断層像等用いて診断、観測等を行
う場合に、両者の分解能（波数）が極端に異なる
と都合が悪い。例えばPVF2とPZT両者から個別
に得られた断層像を比較して診断する場合が考え
られるが、分解能が違いものを比較するのは診断
に都合が悪い。従つて、第８図に示す様に、Ｋ＝
1.4の両者の波数の差が少なく、診断に非常に都
合が良いという効果も生じる。
又、上述した「PZTの動作周波数2.5MHz付近
の感度はPVF2に影響されず、PZTの動作周波数
とその共振周波数の影響がPVF2の感度の2.5MHz
と5.0MHz付近に見られるが、PVF2の動作周波数
3.75MHz付近にはその影響が無い。」という効果
もある。更には、両者の波数も小さくできるので
ある。
の感度はPVF2に影響されず、PZTの動作周波数
とその共振周波数の影響がPVF2の感度の2.5MHz
と5.0MHz付近に見られるが、PVF2の動作周波数
3.75MHz付近にはその影響が無い。」という効果
もある。更には、両者の波数も小さくできるので
ある。
(7) 発明の効果
以上、記載した様に本発明によれば、無機圧電
材及び有機圧電材の波数が少ない領域に選定して
いるので、少ない波数、従つて短い信号のみで、
超音波信号を検出でき時間各分解能が向上する。
材及び有機圧電材の波数が少ない領域に選定して
いるので、少ない波数、従つて短い信号のみで、
超音波信号を検出でき時間各分解能が向上する。
また両圧電素子の波数をほぼ均一にできるか
ら、両者にほぼ均一な時間分解能を持たせること
ができる。
ら、両者にほぼ均一な時間分解能を持たせること
ができる。
しかも、バツキング材を無機圧電材と同一のイ
ンピーダンスとせず、無機圧電材より低い音響イ
ンピーダンスにできるから、感度の悪化もない。
ンピーダンスとせず、無機圧電材より低い音響イ
ンピーダンスにできるから、感度の悪化もない。
という種々の効果を奏し得る。
第１図は、本発明の一実施例の探触子の断面
図、第２図〜第７図は、本発明の実施例の周波
数、利得特性を示す図、第８図は、本発明の一実
施例の探触子による周波数比対波数特性を示す。 図中、１０は検体、２は有機圧電材、３は無機
圧電材、４はバツキング材である。
図、第２図〜第７図は、本発明の実施例の周波
数、利得特性を示す図、第８図は、本発明の一実
施例の探触子による周波数比対波数特性を示す。 図中、１０は検体、２は有機圧電材、３は無機
圧電材、４はバツキング材である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 検体に対し、超音波信号を送信又は受信する
超音波探触子において、 無機圧電材と、該無機圧電材より検体側に積層
された有機圧電材とを有するとともに、無機圧電
材の動作周波数の約1.4倍の周波数に該有機圧電
材の動作周波数が位置するものであることを特徴
とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56174001A JPS5875057A (ja) | 1981-10-30 | 1981-10-30 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56174001A JPS5875057A (ja) | 1981-10-30 | 1981-10-30 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5875057A JPS5875057A (ja) | 1983-05-06 |
| JPH0534880B2 true JPH0534880B2 (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=15970907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56174001A Granted JPS5875057A (ja) | 1981-10-30 | 1981-10-30 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5875057A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60194700A (ja) * | 1984-03-16 | 1985-10-03 | Toshiba Corp | 超音波探触子 |
| JPS6241643A (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-23 | 横河メディカルシステム株式会社 | 複合周波超音波診断装置 |
| US6409667B1 (en) * | 2000-02-23 | 2002-06-25 | Acuson Corporation | Medical diagnostic ultrasound transducer system and method for harmonic imaging |
| JP2008042611A (ja) * | 2006-08-08 | 2008-02-21 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | 超音波探触子の製造方法 |
-
1981
- 1981-10-30 JP JP56174001A patent/JPS5875057A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5875057A (ja) | 1983-05-06 |
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