JPH0737111U - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音響レンズのフォーカス位置を変化させて、
容易にフォーカス調整を行うことのできる超音波診断装
置を提供することを目的とする。 【構成】 音響レンズ１６の温度を温度制御部によって
制御される温度制御素子１８によって変化させ、音響レ
ンズ１６の音速を制御する。従って、超音波振動子１２
にて形成された超音波ビームは、制御された音響レンズ
の音速に応じて集束し、超音波ビームのフォーカス位置
を変化させることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超音波の送受波によって超音波画像を得る超音波診断装置、特に超 音波ビームのフォーカス位置を変えることのできる超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、超音波診断装置は超音波探触子に加えられた電気信号に対応した超音波 を生体に送波し、生体から戻ってきた超音波を受波して対応する電気信号を発生 する。この超音波の送受波によって生体内部の超音波画像を得ている。この作用 を効率良く行うために、一般的な超音波探触子では超音波の発生源である超音波 振動子（圧電セラミックス等）をバッキング材の上に接着し、その上に生体と音 響的な整合をはかるための音響整合層が形成されている。

【０００３】 また、放射された超音波を細いビームにするために前記音響整合層の上にさら に音響レンズが設けられる場合がある。つまり、音響レンズを用いて超音波ビー ムを集束させることによって電子方向に垂直な方向にフォーカス調整を行って超 音波画像の分解能を上げている。生体と接触しやすくするため音響レンズの形状 を凸とし、フォーカス調整を行うためには生体内での音速１５３０ｍ／秒より遅 い音速の材料が必要である。一般的に、音響レンズには音速が約１０００ｍ／秒 のシリコンゴムが使われている。

【０００４】 短冊状の超音波振動子が複数個アレイ状に配列された超音波探触子のフォーカ ス調整を行う場合、超音波振動子の配列方向（Ｙ方向）では遅延回路を用いて、 超音波振動子の配列方向の両端から中心に向かって該超音波振動子を少しずつ遅 らせて励振させる、いわゆる電子フォーカス法が多用されている。前述のように 超音波振動子を励振すると、全体で合成された超音波ビームは遅延回路の遅延時 間を選択することによって任意の深さで集束させることが可能であり、フォーカ ス調整を行うことができる。一方、個々の超音波振動子の長手方向、つまり、ア レイ状の配列と直交する方向（Ｘ方向）のフォーカス調整は音響レンズ形状によ って決定される固定フォーカス法で行っていた。

【０００５】 このように、超音波診断装置では所望する診断位置に適したフォーカス調整を 予め行い、分解能の高い超音波画像を得ていた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、従来の超音波診断装置の超音波探触子は、超音波振動子のＸ方向に関 するフォーカス調整は音響レンズの形状によって決定される固有の固定フォーカ スであるため、診断途中で診断部位に応じてフォーカスを変化させることができ ないという問題があった。つまり、診断部位が複雑な形状を有していたり、診断 部位に奥行きがある場合、診断途中でフォーカスがずれて分解能が低下してしま うという問題があった。

【０００７】 本考案は、上記のような問題を解消するためになされたもので、超音波診断装 置の超音波探触子に備えられている音響レンズのフォーカス位置を変化させて、 容易にフォーカス調整を行うことのできる超音波診断装置を提供することを目的 とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、供給される電気信号に応じて超音波ビ ームを形成する超音波振動子と、前記超音波振動子にて形成された超音波ビーム を集束させる音響レンズと、前記音響レンズの温度を制御して音響レンズの音速 を変化させる温度制御素子と、前記温度制御素子の温度を制御する温度制御部と 、を有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】

上記構成によれば、本考案における超音波診断装置は、音響レンズ自体の温度 を温度制御部によって制御される温度制御素子によって変化させ、音響レンズの 音速を制御する。従って、超音波振動子にて形成された超音波ビームは、制御さ れた音響レンズの音速に応じて屈折・集束して、超音波ビームのフォーカス位置 を変化させることができる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図を用いて説明する。

【００１１】 図１は、本考案に係る超音波診断装置のプローブ先端に設けられる超音波探触 子１０の拡大図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は超音波形成面である。 超音波の発生源である圧電セラミックス等から成る超音波振動子１２は短冊形 状を呈し、バッキング材１４上に図中Ｙ方向にアレイ状に配列されている。また 、超音波ビームを集束させるために超音波振動子１２を覆うようにシリコンゴム 等から成る音響レンズ１６が設けられている。そして、超音波振動子１２に接続 された図示しない信号線から入力される制御信号に応じて超音波振動子１２は所 定の超音波ビームを形成し音響レンズ１６を介して診断対象となる生体に超音波 ビームを放射する。前記音響レンズ１６は半円筒形状（ほぼ蒲鉾形状）を呈し、 図中Ｙ方向のフォーカスは前述したように遅延回路を用いた電子フォーカス法に よって行われ、図中Ｘ方向のフォーカスは通常、音響レンズ１６の曲面形状を利 用して所定角度に屈折させて行っている。

【００１２】 本実施例の特徴は、音響レンズ１６内部に温度制御素子１８を埋め込み、音響 レンズ１６自体の温度を変化させ音響レンズ１６の音速を変化させて超音波ビー ムの屈折角度を変化させ、フォーカス位置を制御することである。

【００１３】 一般に、波動がある媒体から音速の異なる媒体に入射する時には、スネルの法 則が成り立つ。つまり、図２に示すように入射波と屈折波は法線面にあり、境界 線に関して反対側にあり、かつ両者が法線となす角の正弦の比は一定であるとい う以下の関係が成り立つ。

【００１４】 ｓｉｎθ／ｓｉｎζ＝Ｃ₁ ／Ｃ₂ ここで、θは屈折角、ζは入射角、Ｃ₁ は生体の音速、Ｃ₂ は音響レンズの音 速である。

【００１５】 一方、音響レンズ１６を形成するシリコンゴムの音速は図３（ａ）に示すよう に温度が上昇するのに伴って遅くなることが知られている。また、生体と等価で ある水の音速は図３（ｂ）に示すように温度が上昇するのに伴って早くなること が知られている。従って、音響レンズ１６、すなわち、シリコンゴムの温度を変 化させることによって超音波ビームの屈折角度を変化させることができる。

【００１６】 次に本実施例の動作について図面を用いて説明する。

【００１７】 図１（ａ）に示すように音響レンズ１６の内部に埋め込まれた温度制御素子１ ８は、例えば、ヒータ等のように電流制御等によって容易に温度制御できるもの が望ましく、図示しない温度制御部によって制御され音響レンズ１６の温度を変 化させる。

【００１８】 前述したように音響レンズ１６を形成するシリコンゴムは温度が上昇すると音 速が遅くなるため、上式に示すように超音波ビームが生体に入射する時の屈折角 度θは大きくなる。従って、従来は図４（ａ）に示すように音響レンズ１６の曲 率と超音波探触子１０の動作時の音響レンズ１６の温度によって決定されていた 超音波ビーム２０ａの固定フォーカス位置Ｆ₁ は、図４（ｂ）に示すように音響 レンズ１６の温度を温度制御素子１８によって強制的に上昇させることによって 超音波ビーム２０ｂの屈折角度θを大きくし、フォーカス位置Ｆ₂ を超音波探触 子１０に近づく方向に移動させることができる。つまり、超音波診断装置による 診断途中で、生体の診断したい部分の深さに応じてフォーカス位置Ｆ₂ を移動さ せて診断能力を向上させることができる。

【００１９】 本実施例においては温度制御素子にヒータ等の加熱用素子を用いて音響レンズ の温度を強制的に上昇させる例について説明したが、強制的に冷却させる素子、 例えばペルチェ効果を利用した冷却用素子を用いて音響レンズを冷却し、フォー カス位置Ｆ₂ を固定フォーカスＦ₁ より遠くに移動することもできる。また、加 熱用素子と冷却用素子の両方を用いることによってフォーカス調整範囲を固定フ ォーカス位置を中心に上下に広げることができる。

【００２０】 さらに、本実施例においては、図１（ｂ）に示すように温度制御素子１８を音 響レンズ１６の周囲４か所に配置したが、音響レンズ１６を形成するシリコンゴ ムが熱伝導性に優れていることから音響レンズ１６の内部又は近傍に、単一又は 複数個設けても同様の効果を得ることができる。また、音響レンズ１６の周囲を ループ状の温度制御素子１８によって包囲することによってより効率良く温度制 御を行うこともできる。

【００２１】 また、音響レンズ１６の一部に熱電対等から成る温度検出素子を埋め込み、検 出した音響レンズ１６の温度情報を温度制御部にフィードバックすることによっ て、より正確な音響レンズ１６の温度制御が可能になり、高精度のフォーカス調 整を行うことができる。

【００２２】 また、本実施例は短冊状の超音波振動子を複数個配列して成る超音波探触子に ついて説明したが、単一の超音波振動子から構成される超音波探触子にも適応す ることができる。

【００２３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の超音波診断装置によれば、音響レンズ自体の温 度を温度制御部によって制御される温度制御素子によって変化させ、音響レンズ の音速を制御することができる。

【００２４】 従って、超音波振動子にて形成された超音波ビームは、制御された音響レンズ の音速に応じて集束し、超音波ビームのフォーカス位置を変化させて深さの異な る診断位置に超音波ビームのフォーカスを合わせることが可能であり、分解能の 高い超音波診断を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る超音波診断装置の超音波探触子の
拡大図であり、（ａ）は拡大断面図であり、（ｂ）は超
音波形成面である。

【図２】スネルの法則に基づく波動の入射・屈折を説明
する説明図である。

【図３】温度変化による媒体中の音速の変化を示す説明
図であり、（ａ）はシリコンゴムの音速の変化であり、
（ｂ）は水の音速の変化を示す説明図である。

【図４】超音波ビームのフォーカス位置の変化を説明す
る説明図であり、（ａ）は音響レンズの温度を変化させ
ない固定フォーカス位置を示すものであり、（ｂ）は本
考案に基づきフォーカス位置を変えた状態を示す説明図
である。

【符号の説明】

１０ 超音波探触子 １２ 超音波振動子 １４ バッキング材 １６ 音響レンズ １８ 温度制御素子 ２０ 超音波ビーム

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給される電気信号に応じて超音波ビー
   ムを形成する超音波振動子と、 前記超音波振動子にて形成された超音波ビームを収束さ
   せる音響レンズと、 前記音響レンズの温度を制御して音響レンズの音速を変
   化させる温度制御素子と、 前記温度制御素子の温度を制御する温度制御部と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。