JPH0832110B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPH0832110B2 JPH0832110B2 JP60292618A JP29261885A JPH0832110B2 JP H0832110 B2 JPH0832110 B2 JP H0832110B2 JP 60292618 A JP60292618 A JP 60292618A JP 29261885 A JP29261885 A JP 29261885A JP H0832110 B2 JPH0832110 B2 JP H0832110B2
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- JP
- Japan
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- acoustic matching
- irradiation
- ultrasonic
- piezoelectric
- probe
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波療法装置，超音波加熱装置，超音波
化学反応促進装置，超音波破砕装置などの超音波照射装
置の探触子に係り、特に照射パワの大きな装置の送波器
として好的な超音波探触子に関する。
化学反応促進装置，超音波破砕装置などの超音波照射装
置の探触子に係り、特に照射パワの大きな装置の送波器
として好的な超音波探触子に関する。
大きな照射パワの超音波探触子の構造としては、ハイ
パサーミア・イン・キヤンサ・セラピ（Hyperthermia I
n Cancer therapy）第344〜345ページに記載のような構
造が知られている。この探触子は、電気・音響変換子と
して機械的Ｑ値，電気的Ｑ値がともに高い水晶振動子を
用いているので、大パワ照射時においても振動子自体の
発熱は小さく、振動子を冷却するための機構は特に必要
としない。
パサーミア・イン・キヤンサ・セラピ（Hyperthermia I
n Cancer therapy）第344〜345ページに記載のような構
造が知られている。この探触子は、電気・音響変換子と
して機械的Ｑ値，電気的Ｑ値がともに高い水晶振動子を
用いているので、大パワ照射時においても振動子自体の
発熱は小さく、振動子を冷却するための機構は特に必要
としない。
しかし、水晶と比較して電気・音響変換効率が10倍程
大きく、また、一般に低コストな圧電セラミクスなどを
電気・音響変換子として用いようとする場合には、機械
的Ｑ値があまり大きくないため、大パワ照射時における
振動子自体の発熱が問題となる。
大きく、また、一般に低コストな圧電セラミクスなどを
電気・音響変換子として用いようとする場合には、機械
的Ｑ値があまり大きくないため、大パワ照射時における
振動子自体の発熱が問題となる。
さらに、下に例として示す様に、実際の応用面におい
ては、照射用探触子においてもある程度の広さを持つ帯
域（高すぎる機械的Ｑ値）が要求されることが多く、こ
の場合、超音波振動子と照射用媒体との間に音響整合層
を設ける必要がある。
ては、照射用探触子においてもある程度の広さを持つ帯
域（高すぎる機械的Ｑ値）が要求されることが多く、こ
の場合、超音波振動子と照射用媒体との間に音響整合層
を設ける必要がある。
（１）定在波による目的外照射領域の発生を防ぐため、
１つの周波数の超音波だけでなく、複数周波数の超音波
や周波数掃引した超音波や振幅変調した超音波を照射す
る。
１つの周波数の超音波だけでなく、複数周波数の超音波
や周波数掃引した超音波や振幅変調した超音波を照射す
る。
（２）目的照射領域をアレイ型探触子を用いて電子的に
高速走査する。このとき、１素子に着目すると、たとえ
ば１周波の超音波による照射を行つている際でも、その
駆動信号は位相変調される必要がある。また、探触子構
造による機械的帯域幅は、最低限、素子の中心周波数の
ばらつきより大でなくてはならない。
高速走査する。このとき、１素子に着目すると、たとえ
ば１周波の超音波による照射を行つている際でも、その
駆動信号は位相変調される必要がある。また、探触子構
造による機械的帯域幅は、最低限、素子の中心周波数の
ばらつきより大でなくてはならない。
（３）目的照射領域の位置ぎめをエコー法による撮像に
より行う。このとき、照射用超音波は、撮像用超音波の
送受信中、その照射を一時休止するので、その駆動信号
は振幅変調される。また、照射用探触子に広帯域な構造
を持たせれば、撮像用探触子と兼用することも可能とな
る。
より行う。このとき、照射用超音波は、撮像用超音波の
送受信中、その照射を一時休止するので、その駆動信号
は振幅変調される。また、照射用探触子に広帯域な構造
を持たせれば、撮像用探触子と兼用することも可能とな
る。
以上、（１），（２），（３）に示された様な要求
は、従来構造の照射用超音波探触子では満たすことが不
可能である。
は、従来構造の照射用超音波探触子では満たすことが不
可能である。
本発明の目的は、大パワ照射時における振動子自体の
発熱の問題を解決することにより、電気・機械結合係数
が大きく、低コストな圧電セラミクスなどを電気・音響
変換子として用いることができ、かつ帯域の狭くない大
パワ照射用超音波探触子構造を提供することを目的とす
る。
発熱の問題を解決することにより、電気・機械結合係数
が大きく、低コストな圧電セラミクスなどを電気・音響
変換子として用いることができ、かつ帯域の狭くない大
パワ照射用超音波探触子構造を提供することを目的とす
る。
かかる目的に従い、本発明においては、圧電振動子を
電気・音響変換子として用いる超音波探触子において、
該圧電振動子を冷却する機構と、音響整合層とを具備す
る構造を提案する。さらに、その具体的実現方法のひと
つとして、圧電振動子に接する音響整合層として熱伝導
率の大きな軽金属板を用い、その軽金属板に冷却用媒体
が接する構造を与えることを提案する。
電気・音響変換子として用いる超音波探触子において、
該圧電振動子を冷却する機構と、音響整合層とを具備す
る構造を提案する。さらに、その具体的実現方法のひと
つとして、圧電振動子に接する音響整合層として熱伝導
率の大きな軽金属板を用い、その軽金属板に冷却用媒体
が接する構造を与えることを提案する。
以下、実施例を参照して、本発明をさらに詳しく説明
する。第１図（ａ），（ｂ）は、ともに、本発明の一実
施例たる大パワ照射用超音波探触子の外平面図及び断面
図である。
する。第１図（ａ），（ｂ）は、ともに、本発明の一実
施例たる大パワ照射用超音波探触子の外平面図及び断面
図である。
PZT系セラミクスやチタン酸鉛系セラミクスなどの圧
電セラミクスより成る超音波振動子１は、アルミニウム
などの軽金属に代表される圧電セラミクスより音響イン
ピーダンスの小さい金属より成る第１音響整合層２に接
着されている。図の実施例においては、音響整合層２の
厚みは1/4波長であるが、一般に、1/4波長の奇数倍であ
ればよい。また、音響整合層２にはアクリル樹脂（PMM
A）などより成る第２音響整合層４が接着されており、
振動子１で発生した超音波は第１・第２音響整合層を通
り、水袋３介をして、生体など水に近い音響インピーダ
ンスを有する照射対象物に入射する。これら２層の整合
層により、50％以上の比帯域幅を実現している。第１図
の例では、軽金属音響整合層２が水袋３の循環水により
冷却される構造となつており、一方、第２図の例では、
軽金属音響整合層２に冷却用配管５が設けられ、その中
を循環する冷却用媒体により冷却される構造となつてい
る。
電セラミクスより成る超音波振動子１は、アルミニウム
などの軽金属に代表される圧電セラミクスより音響イン
ピーダンスの小さい金属より成る第１音響整合層２に接
着されている。図の実施例においては、音響整合層２の
厚みは1/4波長であるが、一般に、1/4波長の奇数倍であ
ればよい。また、音響整合層２にはアクリル樹脂（PMM
A）などより成る第２音響整合層４が接着されており、
振動子１で発生した超音波は第１・第２音響整合層を通
り、水袋３介をして、生体など水に近い音響インピーダ
ンスを有する照射対象物に入射する。これら２層の整合
層により、50％以上の比帯域幅を実現している。第１図
の例では、軽金属音響整合層２が水袋３の循環水により
冷却される構造となつており、一方、第２図の例では、
軽金属音響整合層２に冷却用配管５が設けられ、その中
を循環する冷却用媒体により冷却される構造となつてい
る。
この構造により、超音波振動子１において発生する熱
は軽金属音響整合層を介して冷却用媒体に奪われ、その
結果、大パワ照射時に振動子１が加熱することによる破
壊ならびに性能劣化が防止される。
は軽金属音響整合層を介して冷却用媒体に奪われ、その
結果、大パワ照射時に振動子１が加熱することによる破
壊ならびに性能劣化が防止される。
また、整合層により探触子の広帯域化が実現されてい
るので、圧電振動子の中心周波数だけでなく、中心周波
数から数％ずれた周波数の超音波や、周波数掃引した超
音波や、振幅変調した超音波を照射することができる。
定在波による目的外照射領域の位置は、複数の音源・反
射体からの音波の干渉により生じた定在波の腹の位置に
あるため、周波数により移動する。従つて、複数周波数
照射，周波数掃引，振幅変調などの技術を用いて超音波
照射を行えば、目的外照射領域に時間平均超音波パワが
集中することが防止され、結果として、問題となる様な
目的外照射領域の発生を防ぐことができる。さらに、第
１図の実施例に示すように、音響整合層４を設けて音響
整合層２の厚さを振動子のある場所と無い場所とで異な
るものとしたときは、振動子の発生する音響エネルギー
が板波伝播モードで音響整合層２を伝播することを阻止
することが出来、アレイ式の振動子としたことのメリッ
トが、より活かされる。
るので、圧電振動子の中心周波数だけでなく、中心周波
数から数％ずれた周波数の超音波や、周波数掃引した超
音波や、振幅変調した超音波を照射することができる。
定在波による目的外照射領域の位置は、複数の音源・反
射体からの音波の干渉により生じた定在波の腹の位置に
あるため、周波数により移動する。従つて、複数周波数
照射，周波数掃引，振幅変調などの技術を用いて超音波
照射を行えば、目的外照射領域に時間平均超音波パワが
集中することが防止され、結果として、問題となる様な
目的外照射領域の発生を防ぐことができる。さらに、第
１図の実施例に示すように、音響整合層４を設けて音響
整合層２の厚さを振動子のある場所と無い場所とで異な
るものとしたときは、振動子の発生する音響エネルギー
が板波伝播モードで音響整合層２を伝播することを阻止
することが出来、アレイ式の振動子としたことのメリッ
トが、より活かされる。
第２図（ａ）（ｂ）は本発明の他の実施例の平面図、
及び部分断面図である。第１図（ａ）（ｂ）と同一の符
号によりそれぞれ第１図（ａ）（ｂ）にて述べた部分に
対応する部品を示している。
及び部分断面図である。第１図（ａ）（ｂ）と同一の符
号によりそれぞれ第１図（ａ）（ｂ）にて述べた部分に
対応する部品を示している。
第１図，第２図の実施例は、ともにアレイ型探触子の
例であるが、これを用いて焦域を電子的に高速走査する
場合にも、探触子の広帯域化が役立つ。すなわち、単一
周波数による照射を行つている際でも、１素子に着目す
ると、その駆動信号は、電子走査にともなつて位相変調
される。その位相変調度は走査速度に比例して大きくな
る。また、アレイを形成する素子の中心周波数は製造行
程により数％ばらつくことがあるが、探触子の比帯域幅
がこれより大となつていれば、アレイ型探触子の動作時
に問題となることはない。
例であるが、これを用いて焦域を電子的に高速走査する
場合にも、探触子の広帯域化が役立つ。すなわち、単一
周波数による照射を行つている際でも、１素子に着目す
ると、その駆動信号は、電子走査にともなつて位相変調
される。その位相変調度は走査速度に比例して大きくな
る。また、アレイを形成する素子の中心周波数は製造行
程により数％ばらつくことがあるが、探触子の比帯域幅
がこれより大となつていれば、アレイ型探触子の動作時
に問題となることはない。
両実施例は、また、照射モニタのための撮像用探触子
８とその機械走査機構９を有する。この撮像用探触子
は、目的照射領域の超音波による位置ぎめや照射中のモ
ニタのために必要なものである。撮像用超音波周波数と
照射用超音波周波数が近接している場合、撮像用超音波
の送受信中は、照射用超音波の照射を休止せねばならな
い。照射用超音波は間欠照射されることになり、いいい
かえれば、振幅変調されることになる。従つて、この見
地からも、照射用探触子の広帯域化は有効である。さら
に、ここでは撮像専用の超音波振動子を用いたが、照射
用探触子の広帯域特性を利用して撮像用探触子を兼用す
ることも可能である。
８とその機械走査機構９を有する。この撮像用探触子
は、目的照射領域の超音波による位置ぎめや照射中のモ
ニタのために必要なものである。撮像用超音波周波数と
照射用超音波周波数が近接している場合、撮像用超音波
の送受信中は、照射用超音波の照射を休止せねばならな
い。照射用超音波は間欠照射されることになり、いいい
かえれば、振幅変調されることになる。従つて、この見
地からも、照射用探触子の広帯域化は有効である。さら
に、ここでは撮像専用の超音波振動子を用いたが、照射
用探触子の広帯域特性を利用して撮像用探触子を兼用す
ることも可能である。
なお、第２図（ａ），（ｂ）の実施例では、軽金属整
合層２は、同時に、超音波振動子１の素子指向性を内側
に向けるための音響フレネル・レンズも同時に兼ねるこ
とを目的に、軽金属板の厚みを1/4波長を中心に素子の
外側から内側にかけて洗濯板状に変化させている。
合層２は、同時に、超音波振動子１の素子指向性を内側
に向けるための音響フレネル・レンズも同時に兼ねるこ
とを目的に、軽金属板の厚みを1/4波長を中心に素子の
外側から内側にかけて洗濯板状に変化させている。
これら実施例の超音波探触子により構成される超音波
照射システムの一実施例のブロツク図を第３図に示す。
照射システムの一実施例のブロツク図を第３図に示す。
目的照射領域の位置と大きさならびに付近に存在する
強い反射体の位置に応じて、焦点位置，焦点走査手法，
周波数掃引幅，振幅変調手法が決定され、主制御回路10
から駆動信号演算回路11へ与えられ、11では、次式によ
り一般的に表わされるような、走査，掃引の１周期分の
各素子の波形1/k（ｔ）が演算されて、各素子の波形メ
モリ12に書き込まれる。
強い反射体の位置に応じて、焦点位置，焦点走査手法，
周波数掃引幅，振幅変調手法が決定され、主制御回路10
から駆動信号演算回路11へ与えられ、11では、次式によ
り一般的に表わされるような、走査，掃引の１周期分の
各素子の波形1/k（ｔ）が演算されて、各素子の波形メ
モリ12に書き込まれる。
Vk（ｔ＋τｋ（ｔ））＝Ak（ｔ）sin（２π（ｔ）
ｔ）……（１） ここで、ｋは素子の番号、Ak（ｔ）は素子ごとの駆動
振幅、（ｔ）は駆動周波数、τｋ（ｔ）は素子ごとの
駆動遅延時間である。走査される焦点の位置は、τ
ｋ（ｔ）ならびにAk（ｔ）により定まる。メモリ12に記
録された波形は、主制御回路10からのクロツクにより素
子間の同期がとられて読み出され、送信アンプ13により
増幅されて、照射用探触子素子１が駆動される。
ｔ）……（１） ここで、ｋは素子の番号、Ak（ｔ）は素子ごとの駆動
振幅、（ｔ）は駆動周波数、τｋ（ｔ）は素子ごとの
駆動遅延時間である。走査される焦点の位置は、τ
ｋ（ｔ）ならびにAk（ｔ）により定まる。メモリ12に記
録された波形は、主制御回路10からのクロツクにより素
子間の同期がとられて読み出され、送信アンプ13により
増幅されて、照射用探触子素子１が駆動される。
次に、撮像用ブロツクについて説明を加える。第３図
において、探触子８のそれぞれの素子は、送受波アンプ
15を介して送波制御回路16と受信フオーカス回路17に接
続されている。得られたエコー断層像20は、照射領域マ
ーク21と複数断層面の交線22と重畳されて、表示回路18
により表示器19に表示される。
において、探触子８のそれぞれの素子は、送受波アンプ
15を介して送波制御回路16と受信フオーカス回路17に接
続されている。得られたエコー断層像20は、照射領域マ
ーク21と複数断層面の交線22と重畳されて、表示回路18
により表示器19に表示される。
以上説明したように、本発明によれば、電気・機械結
合係数が大きく低コストな圧電体を電気・音響変換子と
して用いることができ、かつ照射目的領域を限定的に照
射するための各処理を実施可能とする、広帯域大パワ超
音波探触子が実現可能となる。従つて、本発明の各産業
分野ならびに医療における効果はきわめて大である。
合係数が大きく低コストな圧電体を電気・音響変換子と
して用いることができ、かつ照射目的領域を限定的に照
射するための各処理を実施可能とする、広帯域大パワ超
音波探触子が実現可能となる。従つて、本発明の各産業
分野ならびに医療における効果はきわめて大である。
第１図，第２図は、ともに、本発明の一実施例たる大パ
ワー照射用広帯域超音波探触子の外形および断面の図で
ある。第３図は、本発明の探触子を用いた超音波照射シ
ステムの一実施例のグロツク図である。 １……超音波振動子、２……軽金属製第１音響整合層、
３……水袋、４……第２音響整合層、５……冷却用配
管、６……冷却用媒体流入口、７……冷却用媒体流出
口、８……撮像用超音波探触子、９……撮像用超音波探
触子機械走査機構、10……主制御回路、11……駆動信号
演算回路、12……波形メモリ、13……送信アンプ、15）
送受波アンプ、16……送波制御回路、17……受信フオー
カス回路、18……表示回路、19……表示器、20……エコ
ー断層像、21……照射領域マーク、22……複数断層の交
線。
ワー照射用広帯域超音波探触子の外形および断面の図で
ある。第３図は、本発明の探触子を用いた超音波照射シ
ステムの一実施例のグロツク図である。 １……超音波振動子、２……軽金属製第１音響整合層、
３……水袋、４……第２音響整合層、５……冷却用配
管、６……冷却用媒体流入口、７……冷却用媒体流出
口、８……撮像用超音波探触子、９……撮像用超音波探
触子機械走査機構、10……主制御回路、11……駆動信号
演算回路、12……波形メモリ、13……送信アンプ、15）
送受波アンプ、16……送波制御回路、17……受信フオー
カス回路、18……表示回路、19……表示器、20……エコ
ー断層像、21……照射領域マーク、22……複数断層の交
線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 景義 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 実開 昭59−53270（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】圧電振動子を電気・音響変換子として用い
る超音波探触子において、前記圧電振動子と音響的に整
合する厚さの熱伝導性の材料からなる音響整合構造体の
片面に複数の圧電振動子が固着されるとともに、前記音
響整合構造体は圧電振動子が固着された面を除く部分に
音響整合製造体の冷却手段を有することを特徴とする超
音波探触子。 - 【請求項２】前記複数の圧電振動子が固着された位置に
対応する前記音響整合構造体の他面に圧電振動子とほぼ
同一の大きさの複数の第２の音響整合構造体が設けられ
るとともに、第２の音響整合構造体がある位置では圧電
振動子が固着された音響整合構造体の厚さが他の位置の
厚さと異なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の超音波探触子。 - 【請求項３】複数の圧電振動子が固着された音響整合構
造体が金属であり、圧電振動子が圧電セラミックス振動
子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
超音波探触子。 - 【請求項４】前記冷却手段が、循環する冷却水を供給さ
れるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60292618A JPH0832110B2 (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60292618A JPH0832110B2 (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62155000A JPS62155000A (ja) | 1987-07-09 |
| JPH0832110B2 true JPH0832110B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17784130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60292618A Expired - Lifetime JPH0832110B2 (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0832110B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077118B2 (ja) * | 1987-11-19 | 1995-01-30 | コニカ株式会社 | 低屈折率層を介した保護層を有する放射線画像変換パネル |
| FR2929040B1 (fr) | 2008-03-18 | 2010-04-23 | Super Sonic Imagine | Dispositif d'insonification presentant une chambre de refroidissement interne |
| JP5435455B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2014-03-05 | 国立大学法人 千葉大学 | 集束型加振装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5953270U (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-07 | 日本鋼管株式会社 | 超音波探触子 |
-
1985
- 1985-12-27 JP JP60292618A patent/JPH0832110B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62155000A (ja) | 1987-07-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |