JPH0546218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超音波を用いて生体内の断層像を得、
医学的診断に有効な情報を与える超音波診断装置
に用いる皮膚科用超音波送受波器に関するもので
ある。

従来の技術 最近、超音波送受波器は超音波診断装置の中や
超音波顕微鏡などの分野で盛んに利用されるよう
になつてきた。この超音波送受波器は周波数が高
くなと製作法が困難になり、特に超音波ビームの
収束が必要な場合には例えばアイ・イー・イー・
イー、トランズアクシヨンズ オン ソニツクス
アンド ウルトラソニツクス；IEEE，
TRANSACTIONS ON SONICS AND
UITRASONICS（VOL.SU−32.No.２ MARCH
1985）等に記載されている音響レンズ型超音波送
受波器の構成が知られている。以下第３図を参照
して通常超音波顕微鏡として用いられる従来の超
音波送受波器について説明する。

第３図において、１は超音波を送受波する超音
波振動子、２は超音波振動子１をその端面３に接
着している音響レンズ、４は超音波を収束するた
めの音響レンズ主面、５は音響レンズ主面４の上
に設けられた音響整合層、６は音響レンズ内を進
行する超音波ビームである。７は水などの超音波
伝搬媒体であり、８は被検体、９は収束された超
音波ビームである。

以上のような構成において、以下にその動作に
ついて説明する。

まず超音波振動子１により超音波ビーム６が発
生され、音響レンズ２の内を伝搬する。この超音
波ビーム６は音響レンズ主面４と音響整合層５を
通過する際に収束作用を受け、水などの超音波伝
搬媒体７中で次第に収束し、被検体８の中では極
めて細い超音波ビームとなる。被検体８の表面や
内部で反射した超音波は再び音響レンズ主面４を
通り、超音波振動子１で受信される。この受信信
号は図示していない電子回路によつて超音波断層
像を表示する映像信号に変換され、超音波送受波
器を走査することによつて１枚の超音波断層像が
作られる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、以上のような構成の超音波送受
波器では、超音波顕微鏡として用いられる場合、
超音波周波数が100MHz以上と高く、かつ被検深
さも１mm以下であることが通常である。この場
合、超音波振動子１から出た超音波ビーム６は音
響レンズ２内をほぼ広がることなく直進し、音響
レンズ主面４で生じる多重反射超音波の影響は被
検深さ内には及ばない。しかし、このような超音
波顕微鏡の構造をそのまま利用し、人体などの皮
膚構造を精密に診断することは、超音波の多重反
射の影響により困難である。更にかかる構成では
皮膚への接触が困難であるという問題もあつた。

本発明は従来技術の以上のような問題を解決す
るもので、超音波送受波器の生体への接触を容易
にし音響レンズ内の多重反射波を除去し、良好な
超音波信号の送受波を行うことを目的とするもの
である。

問題点を解決するための手段 本発明は、超音波伝搬媒体を介して、音響レン
ズを内包する音響セルを設けるとともに、前記石
英ガラスを主材料とする音響レンズは円筒状であ
り、この音響レンズの一端面には超音波振動子を
配するとともに、他端面には当該音響レンズ主面
を配し、この音響レンズの円筒長が円筒直径の４
倍以上の長さとすることにより、上記目的を達成
するものである。

作 用 本発明は音響レンズの円筒長が円筒直径の４倍
以上の長さとすることにより、超音波吸収体でも
吸収しきれない当該音響レンズ内部で発生する超
音波の多重反射の間に皮膚の深さからの反射波を
検出することができ、更にこれらを超音波セルに
内包することにより生体への接触を容易にするこ
とができる。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における皮膚科
用超音波送受波器の断面図である。第１図におい
ては、１１はは超音波を送受信する超音波振動子
で例えば圧電セラミツクスやPVDFのような材料
からなる。１２は超音波振動子１１をその端面１
３に接着している石英ガラスなどからなる円筒状
の音響レンズ、１４は音響レンズ１２の他の端面
に形成された音響レンズ主面、１５は音響レンズ
主面に接着された高分子膜などからなる音響整合
層、１６は音響レンズ１２内を進行する超音波信
号、１７は音響レンズの円筒部の両端面以外の部
分に設けられた超音波吸収体、１８は水などの超
音波伝搬媒体、１９は音響レンズ１２と超音波伝
搬媒体１８を内包する超音波セル、２０は被検体
である。

以上のような構成において、以下その動作を説
明する。

まず、超音波振動子１１から出た超音波は音響
レンズ１２内をほぼ直進し、音響レンジ主面１４
を通過する。音響レンズ主面１４では音響整合層
１５によつて大部分透過するものの一部音響レン
ズ１２内に反射し、多重反射信号源となる。

但し、これらの円筒状に設けられた超音波吸収
体１７によつて吸収され、殆んど超音波振動子１
１には届かない。一方、音響整合層１５を透過し
た超音波は水のような超音波伝搬媒体１８を通過
しつつ収束作用を受ける。超音波セル１９の被検
体側は超音波の透過性のよいメンブレンで構成さ
れ、被検体２０に密着されている。この被検体２
０内に進行した超音波は生体内組織の中で一部反
射され、再び超音波振動子方向に戻り、受信され
る。音響レンズ系は図示していない走査機構部に
より並進的な、或いは扇形的な走査を受け、超音
波断層像を作るに要する超音波信号を得る。

本実施例において、円筒状の音響レンズ１２の
形状は円筒部の直径が超音波振動子１１の有効開
口径に比べ大きい場合には、円筒部に戻る反射波
がなく、超音波信号を吸収できないことや、音響
レンズの質量が増加し、走査機構が大型化するこ
となどで好ましくなく、我々の実験から超音波振
動子１１を有口径の約３倍以内であることが望ま
しいことがわかつた。更に円筒部の長さは超音波
の多重反射の時間関係から定まるが皮膚科用に使
用するためには円筒直径の４倍以上の長さにする
必要がある。

すなわち、当該円筒部の長さは超音波のレンズ
内での多重反射の時間間隔と対象物の診断領域で
決定される。そして、本発明の皮膚の診断にあつ
ては、皮膚構造の深さ５〜10mmに対して0.1〜0.2
mm程度で分解できる必要がある。よつて、超音波
周波数について、生体中での超音波波長が0.1mm
以下で深さ５mm程度を通過する20〜40MHzを用い
た場合、超音波振動子の直径は約0.2mmの方位方
向分解能を得るために、３〜４mmとなる。

一方、円筒状音響レンズの直径の最小値は超音
波振動子が接着でき、かつリード線を取り出せる
範囲で、さらに走査機構の大型化を避けるため、
超音波振動子の直径の約３倍以内である10mm程度
となる。このような条件において、超音波吸収体
でも吸収しきれない、音響レンズ内で発生する多
重反射の間に、皮膚５〜10mmの深さからの超音波
を検出する必要がある。

さて、皮膚５〜10mmの深さの超音波の伝搬時間
は、生体中の音速が約1.5Km／秒であることによ
り約6.6〜13.2マイクロ秒となる。

一方、音響レンズの長さをＬ、音速をνとする
と、その中の多重反射の時間間隔は2L／νとな
る。多用される音響レンズの材料は石英ガラス
で、当該石英ガラスの音速は5.6Km／秒であるか
ら、 （13.2×10^-6）＜（2L／5.6×10⁵） より、 3.7cm＜Ｌ となり、石英ガラスを主材料とするものを考慮す
ると、 4.0cm＜Ｌ となる。

以上の関係から、皮膚科用に使用する場合に
は、超音波顕微鏡とは異なり、音響レンズの直径
を例えば10mm程度とすると、長さはその４倍の40
mm程度となる。このようなことから、超音波周波
数40MHzの場合、超音波振動子１１の径約４mm、
音響レンズ１２の円筒部の直径約８mm、長さ50mm
とした。このようにすることにより、余分な反射
波は円筒部に設けた超音波吸収体１７により除去
され、多重反射波の影響も除くことができる。

以上の説明から明らかなように本実施例によれ
ば、超音波送受波器を接着した円筒状の音響レン
ズの両端面以外の部分に超音波吸収体を設けるこ
とにより、音響レンズ主面、或いはそれ以外の部
分で発生した防害波となる反射波を吸収し除去で
き、良質な画像を得ることができる。更にこれら
を超音波セル内に内包することにより容易に生体
組織の診断に供することができる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。
第２図において第１図の構成と異なる点は超音波
を吸収する超音波吸収体を材料の異なる２層の構
造にした点にある。即ち、音響レンズ１２の円筒
部のすぐ表面に設けた、例えば金属とエポキシ樹
脂の混合体などからなる第１の超音波吸収体２１
とその表面にエポキシ或いはマイラーなどの金属
を含まない合成樹脂からなる第２の超音波吸収体
２２を設けたことである。

上記構成において、以下その動作を説明する。
超音波振動子１１及び音響レンズ主面１４から出
た超音波信号１６の音響レンズ１２内でのふるま
いは第１の実施例と同じである。異なる点は音響
レンズ１２内で発生した反射波は第１の超音波吸
収体２１で吸収されるが一部は吸収されずに第２
の超音波吸収体２２に到達し、更に第２の超音波
吸収体２２を通過するがここでは逆に超音波伝搬
媒体１８の音響インピーダンスに近くなつている
ため、超音波伝搬媒体１８へ放射されやすくな
り、音響レンズ１２側へ反射される量が少なくな
る。更に、第１の超音波吸収体２１は通常、吸収
効果を高めるために鉄粉を混合するなどしている
ため、水があるとさびやすくなる。従つて第２の
超音波吸収体２２はさび防止にも効果がある。

以上、本実施例によれば、超音波の吸収効果が
高まる他に、超音波吸収体のさび防止などにも効
果がある。

発明の効果 以上のように本発明は、円筒状の音響レンズの
円筒長が、円筒直径の４倍以上の長さとするとと
もに、音響レンズの周辺部に超音波吸収体を設
け、更にこれらを超音波セルに内包することによ
り、妨害になる反射波や多重反射を除去し、更
に、皮膚などの被検体に密着しやすく、超音波送
受波器の走査が容易になる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における皮膚科
用超音波送受波器の断面図、第２図は本発明の第
２の実施例における皮膚科用超音波送受波器の断
面図、第３図は従来の超音波送受波器の断面図で
ある。 １１……超音波振動子、１２……音響レンズ、
１５……音響整合層、１７……超音波吸収体、１
８……超音波伝搬媒体、１９……超音波セル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波を送受波する超音波振動子と、 前記超音波振動子の一面に接着され超音波を伝
   搬させ超音波を収束させる石英ガラスを主材料と
   する音響レンズと、 前記音響レンズのレンズ主面に接着された音響
   整合層と、 前記音響レンズの超音波振動子の接着された面
   と超音波の通過する音響レンズ主面を除く周辺部
   に装着された超音波吸収体と、 超音波伝搬媒体を介して、前記音響レンズを内
   包する音響セルとを具備し、 前記音響レンズは円筒状であり、この音響レン
   ズの一端面には前記超音波振動子を配するととも
   に、他端面には当該音響レンズ主面を配し、この
   音響レンズの円筒長が円筒直径の４倍以上の長さ
   であることを特徴とする皮膚科用超音波送受波
   器。