JPH0657211B2 - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPH0657211B2
JPH0657211B2 JP5039886A JP5039886A JPH0657211B2 JP H0657211 B2 JPH0657211 B2 JP H0657211B2 JP 5039886 A JP5039886 A JP 5039886A JP 5039886 A JP5039886 A JP 5039886A JP H0657211 B2 JPH0657211 B2 JP H0657211B2
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敏郎 近藤
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
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Hitachi Medical Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被検体の体表と接触する超音波透過部分を改良
した超音波断層装置用探触子に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のこの種の探触子,ここではセクタ機械走査形の超
音波断層装置用探触子を第2図に示す。この第2図にお
いて、1は例えばエポキシ樹脂等からなるケース、2は
PZT等の圧電材からなる振動子3を貼着した吸音材
で、前記ケース1内に設けられ、図中O点を支点として
首振運動するようになされている。この運動は、超音波
の伝達媒体である油(図示せず)を充填したケース1の
図中下部側ケース部1aに隣接する上部側ケース部1b
内に設けられた電動機(図示せず)の運動を吸音材2に
適宜伝達することにより実現している。
しかしながらこのような探触子では、振動子3による超
音波の送受波が被検体である生体のそれとは異なる音響
インピーダンスをもつエポキシ樹脂等からなるケース1
を介して行われる(超音波透過部分が生体のそれとは異
なる音響インピーダンスをもつエポキシ樹脂等のケース
1である)ので、前記伝達媒体として音響インピーダン
スが生体に近いものを用いても、ケース1と生体との界
面で超音波の反射が生じ、超音波透過率が低下する。ま
た、前記界面での多重反射が続くと、これが断層像に重
畳して現われ、画質を劣化させる等の問題点があつた。
そこで、第3図に示すように、ケース1の超音波が透過
する部分を薄い塩化ビニール膜4で形成した探触子が考
えられた。これによれば上述探触子の問題点を解消する
ことができるが、前記塩化ビニール膜4は柔軟であるた
め、その生体への接触時に容易に変形してしまう。従つ
て、特に肋骨近傍等のような凹凸部分に探触子を強く当
てて診断する際、探触子先端、すなわち前記塩化ビニー
ル膜4部分が変形し、操作性を悪くするという欠点があ
つた 上記の探触子に対し次のごとき改良案も提案されている
(実開昭59−174805)。
以下その改良案について説明する。すなわち、前述した
ように、被検体の体表と接触する探触子の超音波透過部
分を形成する部材として被検体である生体の体表の音響
インピーダンスと等しいものを用いると、体表との界面
での超音波の反射が生じることはなく、超音波の伝播損
失や多重エコーによる画質劣化等は生じない。また、生
体の肋骨近傍等のような凹凸部分に強く当てても変形を
生じない程度の厚さや固さが得られる材質を用いれば操
作性を損うことはない。これらの両方の特性を満たす超
音波透過部分の材質として、ポリメチルペンテンが良
い。すなわち、生体、特に人体の体表の音響インピーダ
ンスは、個人差があるが、ほぼ1.55〜1.65×1
6kg/m2secの範囲内にあり、1.62×106kg/m2s
ecが代表値とされる(日本超音波医学会第32回研究発
表会講演論文集192〜193頁参照)。ポリメチルペ
ンテン の音響インピーダンスが上記代表値に近似することを見
い出したもので、その特性の一例、ここでは、三井油化
社製MX004なるポリメチルペンテンの特性を次表に
記す。
この第1表から分かるように、ポリメチルペンテンは押
圧や熱により容易に変形しない性質をも有し、また、耐
薬品性があり、耐電圧が高いという性質も有するもの
で、被検体の体表と接触する探触子の超音波透過部分を
形成する部材として有用である。しかし第1表から明ら
かなようにポリメチルペンテンの音速は、2004m/sec
で生体のそれに比べ非常に大きい。そのため第2図に示
した探触子のケース1を均一な厚さにしても、その形状
として曲率半径の小さい球殻状のものを用いるとレンズ
作用が生ずる。特に曲率半径を小さくした小形の探触子
の場合、ケースの中心部を通過する場合と周辺部を通過
する場合と集束点が異なるため分解能が低下すると云う
不都合が生ずる。このように生体と音響インピーダンス
に近似しても音速が生体のそれと大きく異なると超音波
の集束作用に悪影響を与える。このようにポリメチルペ
ンテンを用いた探触子による断層装置では画質を低下さ
せることになると云う欠点がある。
上記の原因を明らかにするためヘツドケースの材質の音
速による影響について検討する。
第4図に探触子のヘツドケースのレンズ効果を示す。こ
こで次のようなことを仮定した。
超音波を幾何光学的に考え、干渉や回折を無視す
る。
振動子は平面とするが、集束の性質は失わない。
ヘツドケースは完全な球殻である。
振動子半径:r 振動子の焦点距離:f ヘツドケースの曲率半径R1(内面),R2(外面) 振動子−ヘツドケース間距離:d 探触子−ヘツドケース(内面)間の音速:C ヘツドケース中の音速:C 探触子外部の音速:C ヘツドケースが存在しない場合、Aから出発した波は直
進してGに達する。同様に振動子上の任意の点から出発
した波も直進してGに達する。ヘツドケースが存在する
場合、Aから出発した波はヘツドケース内面Bに達し、
Snellの法則に従つて屈折し、ヘツドケース外面Cに達
する。その後波は再び屈折し、Dに達する。振動子上の
任意の点から出発した波も同様にして2回屈折して外部
へ出ていくが,焦点距離は一致せず、ヘツドケースは収
差のあるレンズとして作用している。
第4図のΔA′BFとΔFBOにおいて Rsinθ+Rcosθtan=r′ …(1) ここに である。
式(3)よりsinθを求める。
ヘツドケース内面への入射角θi1は次式より与えられ
る。
θi1=θ+ …(5) Snellの法則より次の関係式が成立する。
ΔBCOに正弦定理を適用すると、次式が成立する。
よつて ここで θ≡θ−∠BOC=θ1+θi2−θt2 …(9) φ≡θt3−θ …(10) とする。また、点Cから中心軸OGに垂直に下した点を
Hとすると ▲▼=Rsinθ …(11) したがつて、焦点距離fは次式で与えられる。
第5図に上記の解析法により振動子より出た超音波の経
路を示す音線を求めた一例を示す。ここでヘツドケース
はポリメチルペンテンを想定しその音速を2000m/sec
とした。ヘツドケース中での音速が生体のそれと同じな
ら振動子からの音線は同じ一点に達すべきものが、図に
示したように経路によつて異なる点に到達し収差が生じ
ている。このようにポリメチルペンテンを用いて曲率が
12.5Rと小さく、厚さが1.5mmで外面が14Rの
球殻状のヘツドケースを用いた探触子では、上記のごと
き欠点が生ずることが理解できる。
〔発明の実施例〕
本発明の実施例について説明するが、図示例に基づく説
明に先だつて本発明が達成されるに至つたまでについて
述べる。すなわち、前述したように、被検体の体表と接
触する探触子の超音波透過部分を形成する部材として被
検体である生体の体表の音響インピーダンスと等しいも
のを用いると、体表との界面での超音波の反射が生じる
ことはなく、超音波の伝播損失や多重エコーによる画質
劣化等は生じない。また、生体の肋骨近傍等のような凹
凸部分に強く当てても変形を生じない程度の厚さや固さ
が得られる材質を用いれば操作性を損うことはない。ま
た音速が生体のそれに近いと探触子における超音波ビー
ムの集束に収差も生じない。
本発明者は、上記の要件を満たす超音波透過部分の材質
につき鋭意研究の結果、ポリアミドブロツクとポリエー
テルエステルブロツクの共重合樹脂が適することを見い
出すに至つた。
本発明者は、上記の共重合樹脂の音響インピーダンスが
すでに述べたように人体の体表の音響インピーダンスの
代表値に近似し、また音速も生体に近似することを見い
出したもので、その特性例として、東レ株式会社で製造
したペパツクス(登録商標)の特性を第2表に示す。こ
こでペパツクスの試料番号6333SNOO,5533SNOO,4033SN
OO,3533SNOOの順にm/nがより小さくなつている。
ここに示したポリアミドブロツクとポリエーテルエステ
ルブロツクの共重合樹脂は なる分子式で表わされるもので第1表よりポリアミドブ
ロツクがポリエーテルエステルブロツクより比率が大き
くなると、即ちm/nが大きくなると硬度が増し、逆に
m/nが小さくなると柔軟性が増加する特性がある。m
/nの比率を変えることにより広い領域にわたり柔軟性
を調整できる特性を持つている。またm/nの比率によ
り音速も変化させることができ、生体の音速に近づけう
ることが確認できた。一方、m/nの大きさにより密度
は生体のそれに近い1.01でほとんど変らない。この
ことは適切なm/nの値のペパツクスを用いると音速と
音響インピーダンスの両方を生体のそれに近似できるこ
とになる。発明者は、このことを見出し探触子において
生体に接する音響透過窓に用いることを考案した。
この第2表から分かるように、ポリアミドブロツクとポ
リエーテルブロツクの共重合樹脂は耐熱性があり、ある
程度の力では変形しない性質をも有する。また、耐薬品
性があり、耐電圧が高いという性質も有するので、被検
体の体表と接触する探触子の超音波透過部分を形成する
部材として有用である。
以下第1図を参照して本発明の実施例を説明する。第1
図は本発明による超音波断層装置用探触子、ここではセ
クタ機械走査形の超音波断層装置用探触子の一例を示す
断面図で、図中2および3は第2図および第3図と同様
に吸音材および振動子を指す。5は台6に固定された電
動機で、その回転運動は台6に取付けられた運動変換機
構7により変換され、吸音材2、換言すれば振動子3を
図中O点を支点として首振運動させる。
8は以上の各部材を収納するケースで、下部側ケース部
8aと上部側ケース部8bとからなり、下部側ケース部
8aの少なくとも被検体の体表(図示せず)と接触する
超音波透過部分8cは上述ポリアミドブロツクとポリエ
ーテルブロツクの共重合樹脂で形成されている。上述し
たようにポリアミドブロツクとポリエーテルブロツクの
共重合樹脂は、音響インピーダンスおよび音速共に人体
の体表のそれにそれぞれ近い値であるため厚さを厚くす
ることによる性能劣化の恐れが少ない。従つて、押圧に
より容易に変形することのない構造にすることができ
る。ここではケース8全体のうち、超音波透過部分8c
が適宜厚さのペパツクスで形成されている。
9は下部側ケース部8aに充填された超音波の伝達媒体
(図示せず)の上部側ケース部8bおよびケース8外方
への漏洩を防止するOリングで、シリコンゴム等からな
る。10は振動子3および電動機5へのケーブルであ
る。
〔発明の効果〕
上述本発明探触子の超音波の送受波動作は第2図および
第3図に示す従来探触子と特に変わるところはない。
本発明による探触子は被検体の代表と接触する超音波透
過部分をポリアミドブロツクとポリエーテルエステルブ
ロツクの共重合樹脂で形成したことを特徴とするもの
で、これによれば、振動子から放射された超音波の被検
体の体表との界面での反射が防止でき、超音波の伝播損
失や多重エコーによる画質劣化等は生じない。また音速
が生体に近いため、ケースの形状により音線が屈折する
作用が発生しないため超音波ビームパターンが変化して
探触子の特性が劣化することもない。同時に、生体の肋
骨近傍等のような凹凸部分に強く当てても多少の柔軟性
をもつので触感がよく、また変形が少ない。たとえ多少
変化しても音速が生体と同じであると超音波ビーム形状
が変化がほとんど起らないため探触子の特性が劣化しな
い。そして、その他のケース部分を硬質の合成樹脂、例
えば塩化ビニールやポリカーボネイト等で形成すれば操
作性にも優れるという効果がある。その他、ポリアミド
ブロツクとポリエーテルエステルブロツクの共重合樹脂
は耐薬品性、耐久性があり、耐電圧が高く、また加工性
に優れる等の効果もある。
以上機械走査形超音波探触子を例にとり説明したが、本
発明は、電子走査形超音波探触子にも適用できることは
勿論であり、この場合にも上述実施例と同様の効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による超音波断層装置用探触子の一実施
例を示す断面図である。第2図および第3図は各々従来
探触子の要部断面図を示す。第4図はヘツドケースのレ
ンズ効果の説明図、第5図はヘツドケースがTPXの場
合の音線を示して収束状態の劣化を説明した図である。 3……振動子、8……ケース、8a……ポリアミドブロ
ツクとポリエーテルエステルブロツク共重合樹脂による
超音波透過部分。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検体と接触する超音波透過部分をポリア
    ミドブロツクとポリエーテルエステルブロツクの共重合
    樹脂で形成したことを特徴とする超音波診断装置用の超
    音波探触子。
JP5039886A 1986-03-10 1986-03-10 超音波探触子 Expired - Lifetime JPH0657211B2 (ja)

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JP5039886A JPH0657211B2 (ja) 1986-03-10 1986-03-10 超音波探触子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3021458U (ja) * 1995-08-07 1996-02-20 木口 謙 糸を使わないでつけるカギホック

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3021458U (ja) * 1995-08-07 1996-02-20 木口 謙 糸を使わないでつけるカギホック

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JPS62207953A (ja) 1987-09-12

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