JPH06154220A - Mechanical scanning type ultrasonic probe - Google Patents
Mechanical scanning type ultrasonic probeInfo
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- JPH06154220A JPH06154220A JP4313074A JP31307492A JPH06154220A JP H06154220 A JPH06154220 A JP H06154220A JP 4313074 A JP4313074 A JP 4313074A JP 31307492 A JP31307492 A JP 31307492A JP H06154220 A JPH06154220 A JP H06154220A
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- ultrasonic
- acoustic
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置に使用
され、超音波変換素子の機械的動作により、超音波ビー
ムの走査を行う機械走査式超音波探触子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical scanning ultrasonic probe which is used in an ultrasonic diagnostic apparatus and which scans an ultrasonic beam by a mechanical operation of an ultrasonic transducer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の代表的な機械走査式超音波探触子
については、文献「超音波診断」（日本超音波医学会
編）１７頁に示されているような構成が知られている。
以下、従来の機械走査式超音波探触子について図５に示
す要部の一部破断側面図を参照しながら説明する。2. Description of the Related Art As a typical conventional mechanical scanning ultrasonic probe, the structure shown in page 17 of the document "Ultrasonic diagnosis" (edited by the Japanese Society of Ultrasonics) is known. .
Hereinafter, a conventional mechanical scanning ultrasonic probe will be described with reference to a partially cutaway side view of a main part shown in FIG.
【０００３】図５に示すように、収納ケース４１はその
前面側、すなわち、超音波の透過する前面側が音響窓４
２になっている。収納ケース４１の内側にフレーム４３
が取り付けられている。フレーム４３の支持部４４には
ローター４５が回転軸４６により回転可能に支持され、
ローター４５には超音波を送受信する超音波変換素子４
７が固定されている。ローター４５および超音波変換素
子４７はモータ（図示省略）の駆動により動力伝達手段
（図示省略）を介して回転運動、若しくは円弧運動され
る。音響窓４２内には音響結合媒体４８が封入されてい
る。上記音響窓４２における内壁曲面４９と外壁曲面５
０の曲率中心５１は、ローター４５等を回転運動、若し
くは円弧運動可能に支持する回転軸４６の中心上に位置
している。As shown in FIG. 5, the front side of the storage case 41, that is, the front side through which ultrasonic waves are transmitted, is the acoustic window 4.
It is 2. Frame 43 inside the storage case 41
Is attached. A rotor 45 is rotatably supported by a rotation shaft 46 on a support portion 44 of the frame 43,
The rotor 45 includes an ultrasonic transducer 4 for transmitting and receiving ultrasonic waves.
7 is fixed. The rotor 45 and the ultrasonic conversion element 47 are rotated or circularly moved by driving a motor (not shown) via a power transmission means (not shown). An acoustic coupling medium 48 is enclosed in the acoustic window 42. Inner wall curved surface 49 and outer wall curved surface 5 in the acoustic window 42
The center of curvature 51 of 0 is located on the center of the rotary shaft 46 that supports the rotor 45 and the like so that the rotor 45 and the like can rotate or move in an arc.
【０００４】以上の構成において、以下、その動作につ
いて説明する。モータの駆動によりローター４５および
超音波変換素子４７を回転運動、若しくは円弧運動させ
ながら、超音波変換素子４７から被検体Ｍに向けて超音
波を送信し、被検体Ｍで反射された反射波を超音波変換
素子４７で受信する。信号伝達系（図示省略）を介して
上記受信信号を超音波診断装置本体に送り、信号処理し
て扇状の超音波画像として表示させることができる。The operation of the above configuration will be described below. While rotating the rotor 45 and the ultrasonic conversion element 47 by the driving of the motor, or making an arc motion, ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic conversion element 47 toward the subject M, and the reflected wave reflected by the subject M is detected. It is received by the ultrasonic conversion element 47. The received signal can be sent to the ultrasonic diagnostic apparatus main body through a signal transmission system (not shown), and signal processed to be displayed as a fan-shaped ultrasonic image.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の機械走査式超音波探触子は、超音波走査の際に超
音波変換素子４７から送信する超音波を音響窓４２に垂
直に入射させる。このため、音響窓４２と被検体Ｍ、若
しくは音響窓４２とこの音響窓４２内に封入されている
音響結合媒体４８との音響インピーダンスの差から、一
部の超音波は音響窓４２を透過しないで反射し、送信し
た超音波変換素子４７に戻り、再び音響窓４２に向けて
放射する。このように超音波変換素子４７からの１回の
超音波放射で、音響窓４２と超音波変換素子４７との間
で繰り返して反射された超音波による多重反射が発生す
る。多重反射が発生すると、超音波画像における被検体
表面に近い部位には、同心円状の筋が多数現れ、これが
アーティファクトとなり、超音波画像によって診断する
上で大きな障害となる。However, in the mechanical scanning ultrasonic probe of the above-mentioned conventional example, the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic conversion element 47 at the time of ultrasonic scanning are vertically incident on the acoustic window 42. . Therefore, due to the difference in acoustic impedance between the acoustic window 42 and the subject M, or between the acoustic window 42 and the acoustic coupling medium 48 enclosed in the acoustic window 42, some ultrasonic waves do not pass through the acoustic window 42. The reflected light is returned to the transmitted ultrasonic conversion element 47, and is emitted again toward the acoustic window 42. In this way, one ultrasonic wave emission from the ultrasonic conversion element 47 causes multiple reflection by the ultrasonic waves repeatedly reflected between the acoustic window 42 and the ultrasonic conversion element 47. When multiple reflections occur, a large number of concentric muscles appear at a site near the surface of the subject in the ultrasonic image, which becomes an artifact, which is a great obstacle to diagnosis by the ultrasonic image.
【０００６】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、超音波変換素子の表面と音響窓との間に
発生する多重反射を減少させることができ、したがっ
て、多重反射像の少ない良好な超音波画像を得ることが
できるようにした機械走査式超音波探触子を提供し、ま
た、上記目的に加え、音響結合媒体と音響窓と被検体の
各々の音速の違いにより生じる超音波の屈折を補正する
ことができ、したがって、超音波画像の歪み、距離計測
における誤差のない良好な超音波診断画像を得ることが
できるようにした機械走査式超音波探触子を提供するこ
とを目的とするものである。The present invention solves such a conventional problem, and can reduce the multiple reflections generated between the surface of the ultrasonic transducer and the acoustic window, and thus, the multiple reflection image can be reduced. Provided is a mechanical scanning ultrasonic probe capable of obtaining a small number of good ultrasonic images, and in addition to the above-mentioned object, it is caused by a difference in sound velocity between an acoustic coupling medium, an acoustic window, and a subject. Provided is a mechanical scanning ultrasonic probe capable of correcting the refraction of an ultrasonic wave and thus obtaining a good ultrasonic diagnostic image without distortion of an ultrasonic image and an error in distance measurement. That is the purpose.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記のうち、前者の目的
を達成するための本発明の技術的手段は、音響窓と、こ
の音響窓内に回転運動、若しくは円弧運動可能に支持さ
れたローターと、このローターに固定され、超音波を送
受信する超音波変換素子と、上記音響窓内に封入された
音響結合媒体とを備え、上記ローターの回転、若しくは
円弧運動の中心に対し、上記音響窓における内外壁曲面
の曲率中心が異なるように構成されたものである。Among the above, the technical means of the present invention for achieving the former object is an acoustic window and a rotor supported in the acoustic window so as to be rotatable or circularly movable. And an ultrasonic transducer element fixed to the rotor for transmitting and receiving ultrasonic waves, and an acoustic coupling medium enclosed in the acoustic window, and the acoustic window with respect to the center of rotation or arc motion of the rotor. The center of curvature of the inner and outer wall curved surfaces is different.
【０００８】また、上記のうち、後者の目的を達成する
ための本発明の他の技術的手段は、上記技術的手段にお
いて、音響窓が、音響結合媒体を伝搬する超音波の経路
と、被検体内を伝搬する超音波の経路とがほぼ平行にな
るような形状に形成されたものである。Another technical means of the present invention for achieving the latter object of the above is the above technical means, wherein the acoustic window is a path of ultrasonic waves propagating through the acoustic coupling medium, and It is formed in a shape such that the path of ultrasonic waves propagating in the sample is substantially parallel.
【０００９】そして、上記のように平行な経路を得るに
は、音響窓の内壁曲面の曲率中心と、外壁曲面の曲率中
心とをそれぞれ適当な位置にずらして異なるように設定
し、かつ内壁曲面の曲率と外壁曲面の曲率を異ならせ
る。In order to obtain the parallel paths as described above, the center of curvature of the curved surface of the inner wall of the acoustic window and the center of curvature of the curved surface of the outer wall are set so as to be different from each other at appropriate positions, and the curved surface of the inner wall is different. And the curvature of the outer wall curved surface are made different.
【００１０】また、上記技術的手段における音響窓を被
検体の縦波音速よりも速い縦波音速を有する材料により
形成し、上記音響結合媒体を被検体の縦波音速とほぼ等
しい縦波音速を有する材料により形成する。Further, the acoustic window in the above technical means is formed of a material having a longitudinal acoustic velocity higher than that of the subject, and the acoustic coupling medium has a longitudinal acoustic velocity substantially equal to the longitudinal acoustic velocity of the subject. It is formed of a material having.
【００１１】また、上記技術的手段において、音響窓の
内壁曲面の曲率中心が、ローターの軸中心と音響窓の外
壁曲面の曲率中心とを結ぶ直線を内分するように構成す
るのが好ましい。In the above technical means, it is preferable that the center of curvature of the curved surface of the inner wall of the acoustic window is internally divided into a straight line connecting the axial center of the rotor and the center of curvature of the curved surface of the outer wall of the acoustic window.
【００１２】[0012]
【作用】したがって、本発明によれば、ローターの回
転、若しくは円弧運動の中心と音響窓の内壁曲面の曲率
中心を異ならせることにより、ローターに固定された超
音波変換素子から送信された超音波経路が音響窓の正面
１箇所を除いて音響結合媒体から音響窓の内壁曲面に垂
直に入射されることはなく、超音波変換素子の表面と音
響窓の内壁曲面との間での多重反射は、垂直に入射され
る場合に比べて減少する。Therefore, according to the present invention, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer fixed to the rotor is made different by making the center of the rotor rotation or arc motion different from the center of curvature of the curved surface of the inner wall of the acoustic window. The path does not vertically enter the curved surface of the inner wall of the acoustic window from the acoustic coupling medium except at one position in front of the acoustic window, and the multiple reflection between the surface of the ultrasonic transducer and the curved surface of the inner wall of the acoustic window is prevented. , Compared to the case of vertical incidence.
【００１３】また、ローターの回転、若しくは円弧運動
の中心に対し、音響窓の内壁曲面の曲率中心と、外壁曲
面の曲率中心をそれぞれ適当な位置に異なるように設定
することにより、音速の異なる音響結合媒体から音響窓
に、角度を持って入射されるために生じる界面での第１
の超音波の屈折を、音速のそれぞれ異なる音響窓の外壁
曲面と被検体の界面において生じる第２の超音波の屈折
で、被検体内の超音波伝搬経路が、理想的な超音波の経
路、すなわち、音響結合媒体における超音波伝搬経路と
ほぼ平行になるよう補正し、あたかも音響窓における超
音波の屈折がないようにすることができる。Further, the center of curvature of the inner wall curved surface and the center of curvature of the outer wall curved surface of the acoustic window are set to different positions with respect to the center of rotation or arc motion of the rotor, so that sound with different sound velocities is set. The first at the interface that results from the angular incidence of the coupling medium into the acoustic window.
The refraction of the ultrasonic waves is a refraction of the second ultrasonic waves generated at the interface between the outer wall curved surface of the acoustic window and the object having different sound speeds, and the ultrasonic wave propagation path in the object is an ideal ultrasonic wave path. That is, it is possible to perform correction so as to be substantially parallel to the ultrasonic wave propagation path in the acoustic coupling medium so that there is no refraction of the ultrasonic wave in the acoustic window.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１５】図１は本発明の一実施例における機械走査
式超音波探触子を示す要部の一部破断側面図、図２は図
１のＡ部の拡大図である。FIG. 1 is a partially cutaway side view of an essential part showing a mechanical scanning ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of part A of FIG.
【００１６】図１に示すように、収納ケース１はプラス
チック製で、その前面側、すなわち、超音波の伝搬する
前面側の領域が音響窓２になっている。収納ケース１の
内側にフレーム３が取り付けられている。フレーム３の
支持部４にはローター５が回転軸６により回転可能に支
持され、ローター５には超音波を送受信する超音波変換
素子７が固定されている。ローター５および超音波変換
素子７はモータ（図示省略）の駆動により動力伝達手段
（図示省略）を介して回転運動、若しくは円弧運動され
る。音響窓２内には音響結合媒体８が封入されている。As shown in FIG. 1, the storage case 1 is made of plastic, and the front side thereof, that is, the front side region where ultrasonic waves propagate is an acoustic window 2. A frame 3 is attached to the inside of the storage case 1. A rotor 5 is rotatably supported by a rotating shaft 6 on a support portion 4 of the frame 3, and an ultrasonic conversion element 7 for transmitting and receiving ultrasonic waves is fixed to the rotor 5. The rotor 5 and the ultrasonic conversion element 7 are rotationally or circularly moved by driving a motor (not shown) via a power transmission means (not shown). An acoustic coupling medium 8 is enclosed in the acoustic window 2.
【００１７】収納ケース１の音響窓２の音響的特性（音
速、音響インピーダンス）が被検体Ｍと同じ特性である
ことが理想であるが、このような特性を有する材料を入
手することは非常に困難であるのが実状である。このよ
うな状況において、音響窓２として、ポリエチレンやポ
リメチルペンテン（ＴＰＸ）などが用いられている。こ
れらの材料の音速は約２０００ｍ／sec前後であり、音
響結合媒体８、被検体Ｍに比べて速い。また、音響イン
ピーダンスも音響結合媒体８、被検体Ｍの音響インピー
ダンス１.５〜１.６５Ｍｒａｙｌより若干大きく、１.
６７〜１.８Ｍｒａｙｌという値になっている。Ideally, the acoustic characteristics (sound velocity, acoustic impedance) of the acoustic window 2 of the storage case 1 are the same as those of the subject M, but it is very possible to obtain a material having such characteristics. The reality is that it is difficult. In such a situation, polyethylene or polymethylpentene (TPX) or the like is used as the acoustic window 2. The sound velocity of these materials is about 2000 m / sec, which is faster than the acoustic coupling medium 8 and the subject M. Also, the acoustic impedance is slightly larger than the acoustic coupling medium 8 and the acoustic impedance of the subject M of 1.5 to 1.65 Mrayl.
The value is 67 to 1.8 Mrayl.
【００１８】音響窓２の形状は、その外壁曲面９の曲率
中心１０が超音波変換素子７を固定しているローター５
の回転軸６の中心より被検体Ｍから遠くになり、また、
音響窓２の内壁曲面１１の曲率中心１２がローター５の
回転軸６の中心と外壁曲面９の曲率中心１０とを結ぶ直
線を内分するように形成されている。The shape of the acoustic window 2 is such that the center of curvature 10 of the outer curved surface 9 of the acoustic window 2 fixes the ultrasonic transducer 7.
Is farther from the subject M than the center of the rotation axis 6 of
The center of curvature 12 of the inner wall curved surface 11 of the acoustic window 2 is formed so as to internally divide a straight line connecting the center of the rotating shaft 6 of the rotor 5 and the center of curvature 10 of the outer wall curved surface 9.
【００１９】以上のような構成について、以下、その動
作とともに更に詳細に説明する。被検体Ｍの超音波画像
を得る動作については上記従来例で説明した内容とほぼ
同じであるので、ここではその説明を省略し、超音波変
換素子７により送信、若しくは受信する場合の超音波伝
搬経路について詳細に説明する。The above configuration will be described in more detail below together with the operation thereof. Since the operation of obtaining the ultrasonic image of the subject M is almost the same as the content described in the above-mentioned conventional example, the description thereof is omitted here, and the ultrasonic wave propagation when transmitting or receiving by the ultrasonic wave conversion element 7 is omitted. The route will be described in detail.
【００２０】モータの駆動によりローター５および超音
波変換素子７を回転軸６を中心として回転させるが、図
１に示すように、ローター５等の回転角（音響窓２の正
面における法線１３と放射音波経路１４が挟む角）はψ
0である。超音波変換素子７から送信された超音波は、
上記のような音響窓２等の構成により音響窓２の正面、
すなわち、法線１３の１箇所を除いて図２に示すよう
に、音響結合媒体（音速：Ｖ1）８中を放射音波経路１
４で伝搬し、入射角（入射面の法線１５と放射超音波経
路１４が挟む角）θ1で内壁曲面１１に入射する。内壁
曲面１１を透過せずに反射角（入射角に等しく、入射面
の法線１５と対称の角）θ´1で反射した一部の反射波
は、経路１６で音響結合媒体８中を伝搬する。したがっ
て、この反射波が超音波変換素子７に入射することはほ
とんどないため、超音波変換素子７の表面と音響窓２と
の間での多重反射は、ほとんど発生しない。Although the rotor 5 and the ultrasonic transducer 7 are rotated about the rotation axis 6 by driving the motor, as shown in FIG. 1, the rotation angle of the rotor 5 (the normal line 13 in front of the acoustic window 2 and The angle between the radiated sound wave paths 14) is ψ
It is 0 . The ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic conversion element 7 are
With the configuration of the acoustic window 2 as described above, the front of the acoustic window 2,
That is, as shown in FIG. 2 except for one point of the normal line 13, the radiated sound wave path 1 is transmitted through the acoustic coupling medium (sound velocity: V 1 ) 8.
4 and propagates to the inner wall curved surface 11 at an incident angle (angle between the normal 15 of the incident surface and the radiated ultrasonic wave path 14) θ 1 . A part of the reflected wave that is not transmitted through the inner wall curved surface 11 but is reflected at a reflection angle (angle equal to the incident angle and symmetrical with the normal line 15 of the incident surface) θ ′ 1 propagates in the acoustic coupling medium 8 through the path 16. To do. Therefore, since the reflected wave hardly enters the ultrasonic conversion element 7, multiple reflection between the surface of the ultrasonic conversion element 7 and the acoustic window 2 hardly occurs.
【００２１】一方、音響窓（音速：Ｖ2）２には、入射
角（入射面の法線１５と音響窓２での超音波経路１７が
挟む角）θ2で超音波が入射する。このとき、音響結合
媒体８と音響窓２の音速の違いから、スネルの法則によ
り超音波は、（Ｖ1／ｓｉｎθ1＝Ｖ2／ｓｉｎθ2）で屈
折する。On the other hand, an ultrasonic wave is incident on the acoustic window (sound velocity: V 2 ) 2 at an incident angle (angle between the normal 15 of the incident surface and the ultrasonic path 17 in the acoustic window 2) θ 2 . At this time, due to the difference in sound velocity between the acoustic coupling medium 8 and the acoustic window 2, the ultrasonic wave is refracted at (V 1 / sin θ 1 = V 2 / sin θ 2 ) according to Snell's law.
【００２２】音響窓２に入射した超音波は、音響窓２内
を超音波経路１７で伝搬する。そして、超音波は、音響
窓（音速：Ｖ2）２から入射角（外壁曲面９の法線１８
と音響窓２での超音波経路１７が挟む角）θ3で被検体
（音速：Ｖ3）Ｍに入射する。このときも上記と同様
に、スネルの法則によって超音波は、（Ｖ2／ｓｉｎθ3
＝Ｖ3／ｓｉｎθ4）で屈折し、被検体Ｍへは入射角（外
壁曲面９の法線１８と超音波経路１９が挟む角）θ4で
入射する。The ultrasonic wave incident on the acoustic window 2 propagates in the acoustic window 2 along the ultrasonic path 17. Then, the ultrasonic waves are incident from the acoustic window (sound velocity: V 2 ) 2 at an incident angle (normal line 18 of the outer wall curved surface 9).
And ( 3 ) an angle between the ultrasonic paths 17 in the acoustic window 2) θ 3 is incident on the subject (sound velocity: V 3 ) M. At this time, as in the above case, the ultrasonic wave is (V 2 / sin θ 3) according to Snell's law.
= Refracted by V 3 / sinθ 4), is to subject M is incident at normal 18 and the corner ultrasonic path 19 is sandwiched) theta 4 incident angle (the outer wall curved 9.
【００２３】ローター５の回転角ψ0と、実際の被検体
Ｍ内の超音波経路１９のなす角は誤差角εであり、それ
ぞれ音速が異なる音響結合媒体８、音響窓２、被検体Ｍ
の界面を超音波が透過する際に、屈折によって生じたも
のである。The angle formed by the rotation angle ψ 0 of the rotor 5 and the actual ultrasonic path 19 in the subject M is an error angle ε, and the acoustic coupling medium 8, the acoustic window 2 and the subject M, which have different sonic velocities, respectively.
This is caused by refraction when the ultrasonic wave passes through the interface.
【００２４】以下、本実施例における超音波の屈折の算
出方法について、図３を参照しながら説明をする。計算
を簡易化するために、音響窓２の中をｘ軸とｙ軸の２つ
の軸を持つ平面と仮定する。The method of calculating the refraction of ultrasonic waves in this embodiment will be described below with reference to FIG. In order to simplify the calculation, the inside of the acoustic window 2 is assumed to be a plane having two axes, an x axis and ay axis.
【００２５】ローター５の回転軸６の中心を原点（０，
０）とする。そして、内壁曲面１１の音響窓２の部分は
円１：ｘ2＋（ｙ−１.３）2＝１０2の一部であると仮定
される。ローター５が正面における音響窓２の法線１３
からψ0°回転したときの音響結合媒体８中の超音波の
経路１４はThe center of the rotary shaft 6 of the rotor 5 is the origin (0,
0). Then, it is assumed that the portion of the acoustic window 2 of the inner wall curved surface 11 is part of the circle 1: x 2 + (y-1.3) 2 = 10 2 . The rotor 5 has a normal line 13 in front of the acoustic window 2
The path 14 of the ultrasonic wave in the acoustic coupling medium 8 when rotated by ψ 0 ° from
【００２６】[0026]
【数１】 [Equation 1]
【００２７】であり、音響結合媒体８中の超音波の経路
１４が内壁曲面１１に入射する点ａは、上記円１と直線
１との交点である。この点ａ（ｘa，ｙa）は次式で表わ
される。The point a at which the path 14 of the ultrasonic wave in the acoustic coupling medium 8 is incident on the inner wall curved surface 11 is the intersection of the circle 1 and the straight line 1. This point a (x a , y a ) is expressed by the following equation.
【００２８】[0028]
【数２】 [Equation 2]
【００２９】超音波経路１４の内壁面１１への入射角θ
1は次式で表わされる。Incident angle θ on the inner wall surface 11 of the ultrasonic path 14
1 is expressed by the following equation.
【００３０】[0030]
【数３】 [Equation 3]
【００３１】本発明の実施例においては、音響結合媒体
８の音速は１５４０ｍ／sec、プラスチック製の音響窓
２の音速は２０６０ｍ／secであり、スネルの法則によ
って音響窓２内の入射角θ2は次式で表わされる。In the embodiment of the present invention, the acoustic velocity of the acoustic coupling medium 8 is 1540 m / sec, the acoustic velocity of the plastic acoustic window 2 is 2060 m / sec, and the incident angle θ 2 in the acoustic window 2 is according to Snell's law. Is expressed by the following equation.
【００３２】[0032]
【数４】 [Equation 4]
【００３３】同様に外壁曲面９の音響窓２の部分は円
２：ｘ2＋（ｙ−１.５）２＝１１2の一部と仮定するこ
とができ、また、音響窓２内の超音波経路１７である直
線２は次式で表わされる。Similarly, the part of the acoustic window 2 of the outer wall curved surface 9 can be assumed to be a part of the circle 2: x 2 + (y-1.5) 2 = 11 2 , and the super window inside the acoustic window 2 can be assumed. The straight line 2 which is the sound wave path 17 is expressed by the following equation.
【００３４】[0034]
【数５】 [Equation 5]
【００３５】音響窓２内の超音波経路１７が音響窓２か
ら被検体Ｍに出ていく点ｂ（ｘb，ｙb）は、上記円２と
直線２との交点であり、次式で表わされる。The point b (x b , y b ) at which the ultrasonic wave path 17 in the acoustic window 2 exits the subject M from the acoustic window 2 is the intersection of the circle 2 and the straight line 2, and Represented.
【００３６】[0036]
【数６】 [Equation 6]
【００３７】ここで、超音波が音響窓２から被検体Ｍに
入射する入射角θ3は次式で表わされる。Here, the incident angle θ 3 at which the ultrasonic wave enters the subject M from the acoustic window 2 is expressed by the following equation.
【００３８】[0038]
【数７】 [Equation 7]
【００３９】一般的に被検体Ｍとなる人体中の音速は２
０６０ｍ／secであり、スネルの法則によって超音波の
被検体Ｍへの入射角θ4は次式で表わされる。Generally, the speed of sound in the human body of the subject M is 2
It is 060 m / sec, and the incident angle θ 4 of the ultrasonic wave on the subject M is expressed by the following equation according to Snell's law.
【００４０】[0040]
【数８】 [Equation 8]
【００４１】このとき、被検体Ｍ内の超音波経路１９と
理想的な被検体Ｍ内の超音波の経路２０との誤差角εは
次式のように算出される。At this time, the error angle ε between the ultrasonic wave path 19 in the subject M and the ideal ultrasonic wave path 20 in the subject M is calculated by the following equation.
【００４２】[0042]
【数９】 [Equation 9]
【００４３】図４はローター５の回転角ψ0と誤差角ε
との関係を示したグラフである。このグラフにおいて、
実線は本発明の実施例による誤差角εを示し、破線は音
響窓２の内外壁曲面１１、９の曲率中心を同じ点にした
比較例における誤差角εを示している。表１はローター
５の回転角が６０°のときの各々の入射角θ1〜θ4と誤
差角εである。FIG. 4 shows the rotation angle ψ 0 of the rotor 5 and the error angle ε.
It is a graph showing the relationship with. In this graph,
The solid line indicates the error angle ε according to the embodiment of the present invention, and the broken line indicates the error angle ε in the comparative example in which the centers of curvature of the inner and outer wall curved surfaces 11 and 9 of the acoustic window 2 are the same point. Table 1 shows the incident angles θ 1 to θ 4 and the error angle ε when the rotation angle of the rotor 5 is 60 °.
【００４４】[0044]
【表１】 [Table 1]
【００４５】本発明の実施例のように、被検体Ｍである
人体の音速、約１５００ｍ／secに対し、音響結合媒体
８の音速を例えば１５００ｍ／sec、プラスチック製の
収納ケース１の音速を例えば２０００ｍ／secとし、収
納ケース１の音速が音響結合媒体８と被検体Ｍの音速に
比べて速くなるように設定している場合に、ローター５
の回転軸６の中心、音響窓２の内壁曲面１１の曲率中心
１２ならび外壁曲面９の曲率中心１０が直線上に位置
し、かつ内壁曲面１１の曲率中心１２をローター５の回
転軸６の中心と外壁曲面９の曲率中心１０との間に位置
するように設定することにより、超音波変換素子７から
送信された超音波が音響結合媒体８から音響窓２の内壁
曲面１１に垂直に入射されることはなく、多重反射のな
い超音波画像が得られ、しかも、被検体Ｍ内における超
音波伝搬経路が音響結合媒体８における超音波伝搬経路
と平行になるように補正するので、音響窓２による超音
波の屈折によって生じる歪のない良好な超音波画像が得
られる。As in the embodiment of the present invention, the sound velocity of the acoustic coupling medium 8 is, for example, 1500 m / sec, and the sound velocity of the plastic storage case 1 is, for example, 1500 m / sec with respect to the sound velocity of the human body of the subject M, which is about 1500 m / sec. If the sound velocity of the storage case 1 is set to 2000 m / sec and is set to be higher than the sound velocity of the acoustic coupling medium 8 and the subject M, the rotor 5
The center of rotation 6 of the acoustic window 2, the center of curvature 12 of the inner wall curved surface 11 of the acoustic window 2 and the center of curvature 10 of the outer wall curved surface 9 are located on a straight line, and the center of curvature 12 of the inner wall curved surface 11 is the center of the rotation axis 6 of the rotor 5. And the center of curvature 10 of the outer wall curved surface 9 are set so that the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic conversion element 7 are vertically incident on the inner wall curved surface 11 of the acoustic window 2 from the acoustic coupling medium 8. Therefore, an ultrasonic image without multiple reflection is obtained, and the ultrasonic wave propagation path in the subject M is corrected so as to be parallel to the ultrasonic wave propagation path in the acoustic coupling medium 8. It is possible to obtain a good ultrasonic image without distortion caused by refraction of the ultrasonic wave.
【００４６】なお、本実施例では超音波変換素子７を固
定したローター５が回転する場合について説明したが、
このほか、ローター５が円弧状に往復運動をする場合に
ついても、同様の効果が得られる。このほか、本発明
は、その基本的技術思想を逸脱しない範囲で種々設計変
更することができる。In this embodiment, the case where the rotor 5 with the ultrasonic transducer 7 fixed is rotated has been described.
In addition, the same effect can be obtained when the rotor 5 reciprocates in an arc shape. In addition, the present invention can be modified in various ways without departing from the basic technical idea thereof.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波変換素子を固定しているローターの回転、若しくは
円弧運動の中心と、音響窓における内壁曲面と外壁曲面
の曲率中心を異ならせることにより、超音波変換素子か
ら送信された超音波が音響窓の正面１箇所を除いて音響
結合媒体から音響窓の内壁曲面に垂直に入射されること
はなく、超音波変換素子の表面と音響窓の間で発生する
多重反射を抑えることができ、超音波診断画像における
被検体内の浅い部位を容易に観察することができる。As described above, according to the present invention, the center of rotation or arc motion of the rotor fixing the ultrasonic transducer is different from the center of curvature of the inner wall curved surface and the outer wall curved surface in the acoustic window. As a result, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer does not enter the curved surface of the inner wall of the acoustic window perpendicularly from the acoustic coupling medium except for one position on the front surface of the acoustic window, and the acoustic wave does not interfere with the surface of the ultrasonic transducer. Multiple reflections that occur between the windows can be suppressed, and a shallow region inside the subject in the ultrasonic diagnostic image can be easily observed.
【００４８】また、超音波変換素子を固定しているロー
ターの回転、若しくは円弧運動の中心と、音響窓の内壁
曲面と外壁曲面の曲率中心をそれぞれ異なるように設定
することにより、音響窓における超音波の屈折を補正す
ることができる。したがって、歪みのない良好な超音波
画像を得ることができ、また、誤差のない正確な距離測
定を行うことができる。Further, by setting the center of rotation or arc motion of the rotor fixing the ultrasonic transducers and the centers of curvature of the inner wall curved surface and the outer wall curved surface of the acoustic window to be different from each other, it is possible to realize The refraction of sound waves can be corrected. Therefore, a good ultrasonic image without distortion can be obtained, and accurate distance measurement without error can be performed.
【図１】本発明の一実施例における機械走査式超音波探
触子を示す要部の一部破断側面図FIG. 1 is a partially cutaway side view of a main part showing a mechanical scanning ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
【図２】同機械走査式超音波探触子を示し、図１のＡ部
の拡大図FIG. 2 is an enlarged view of part A of FIG. 1, showing the same mechanical scanning ultrasonic probe.
【図３】同機械走査式超音波探触子を示し、超音波が音
響窓を透過する際の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing the mechanical scanning ultrasonic probe when ultrasonic waves pass through an acoustic window.
【図４】同機械走査式超音波探触子におけるローターの
回転角と誤差角の関係を示すグラフFIG. 4 is a graph showing a relationship between a rotation angle of a rotor and an error angle in the mechanical scanning ultrasonic probe.
【図５】従来の機械走査式超音波探触子を示す要部の一
部破断側面図FIG. 5 is a partially cutaway side view of a main part showing a conventional mechanical scanning ultrasonic probe.
１ 収納ケース ２ 音響窓 ５ ローター ６ 回転軸（ローターの回転中心） ７ 超音波変換素子 ８ 音響結合媒体 ９ 外壁曲面 １０ 外壁曲面の曲率中心 １１ 内壁曲面 １２ 内壁曲面の曲率中心 １３ 正面における音響窓の法線 １４ 音響結合媒体中の超音波経路 １５ 内壁曲面の法線 １６ 音響結合媒体中の反射超音波経路 １７ 音響窓内の超音波経路 １８ 外壁曲面の法線 １９ 被検体内の超音波経路 ２０ 被検体内の理想的な超音波経路 Ｍ 被検体 1 Storage Case 2 Acoustic Window 5 Rotor 6 Rotational Axis (Rotation Center of Rotor) 7 Ultrasonic Transducing Element 8 Acoustic Coupling Medium 9 Outer Wall Curved Surface 10 Curvature Center of Outer Wall Curved Surface 11 Inner Wall Curved Surface 12 Curvature Center of Inner Wall Curved Surface 13 Normal line 14 Ultrasonic wave path in acoustic coupling medium 15 Normal line of inner wall curved surface 16 Reflected ultrasonic wave path in acoustic coupling medium 17 Ultrasonic wave path in acoustic window 18 Normal line of outer wall curved surface 19 Ultrasonic wave path in subject 20 Ideal ultrasonic path in the subject M subject
Claims (6)
しくは円弧運動可能に支持されたローターと、このロー
ターに固定され、超音波を送受信する超音波変換素子
と、上記音響窓内に封入された音響結合媒体とを備え、
上記ローターの回転、若しくは円弧運動の中心に対し、
上記音響窓における内外壁曲面の曲率中心が異なるよう
に構成されたことを特徴とする機械走査式超音波探触
子。1. An acoustic window, a rotor rotatably or arcuately supported in the acoustic window, an ultrasonic transducer fixed to the rotor for transmitting and receiving ultrasonic waves, and an acoustic window in the acoustic window. With an enclosed acoustic coupling medium,
With respect to the center of rotation or circular motion of the rotor,
A mechanical scanning ultrasonic probe characterized in that the centers of curvature of the inner and outer curved surfaces of the acoustic window are different.
波の経路と、被検体内を伝搬する超音波の経路とがほぼ
平行になるような形状に形成されたことを特徴とする請
求項１記載の機械走査式超音波探触子。2. The acoustic window is formed in a shape such that the path of the ultrasonic wave propagating through the acoustic coupling medium and the path of the ultrasonic wave propagating in the subject are substantially parallel to each other. Item 2. The mechanical scanning ultrasonic probe according to Item 1.
面の曲率中心とが異なるように形成されたことを特徴と
する請求項１記載の機械走査式超音波探触子。3. The mechanical scanning ultrasonic probe according to claim 1, wherein the center of curvature of the curved inner wall surface and the center of curvature of the outer curved surface of the acoustic window are different from each other.
縦波音速を有する材料により形成されたことを特徴とす
る請求項１記載の機械走査式超音波探触子。4. The mechanical scanning ultrasonic probe according to claim 1, wherein the acoustic window is made of a material having a longitudinal acoustic velocity higher than that of the subject.
ぼ等しい縦波音速を有する材料により形成されたことを
特徴とする請求項１記載の機械走査式超音波探触子。5. The mechanical scanning ultrasonic probe according to claim 1, wherein the acoustic coupling medium is made of a material having a longitudinal acoustic velocity substantially equal to the longitudinal acoustic velocity of the subject.
ーの軸中心と音響窓の外壁曲面の曲率中心とを結ぶ直線
を内分するように構成されたことを特徴とする請求項１
記載の機械走査式超音波探触子。6. The curvature center of the inner wall curved surface of the acoustic window is configured to internally divide a straight line connecting the axial center of the rotor and the curvature center of the outer wall curved surface of the acoustic window.
The mechanical scanning ultrasonic probe described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4313074A JP2720732B2 (en) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Mechanical scanning ultrasonic probe |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4313074A JP2720732B2 (en) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Mechanical scanning ultrasonic probe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06154220A true JPH06154220A (en) | 1994-06-03 |
| JP2720732B2 JP2720732B2 (en) | 1998-03-04 |
Family
ID=18036883
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4313074A Expired - Fee Related JP2720732B2 (en) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Mechanical scanning ultrasonic probe |
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|---|---|
| JP (1) | JP2720732B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1992
- 1992-11-24 JP JP4313074A patent/JP2720732B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2720732B2 (en) | 1998-03-04 |
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