JPH1014916A - 超音波プローブ - Google Patents

超音波プローブ

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JPH1014916A
JPH1014916A JP8179519A JP17951996A JPH1014916A JP H1014916 A JPH1014916 A JP H1014916A JP 8179519 A JP8179519 A JP 8179519A JP 17951996 A JP17951996 A JP 17951996A JP H1014916 A JPH1014916 A JP H1014916A
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JP
Japan
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acoustic lens
lens
ultrasonic probe
driven
ultrasonic
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JP8179519A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Yomo
浩之 四方
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH1014916A publication Critical patent/JPH1014916A/ja
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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象臓器の全ての深さにわたって音場の乱れ
が無く、従って画質の劣化の無い超音波プローブを提供
する。 【解決手段】 アレイ方向に直交する方向(スライス方
向)に振動子を分割してスライス方向の口径を制御する
超音波プローブにおける振動子の超音波放射面に、非円
筒形かつ滑らかな表面形状を持つ音響レンズを接着して
超音波プローブを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置に
接続され、対象臓器に超音波を放射または受信して対象
臓器内の情報を得るための超音波プローブに係り、特
に、アレイ方向と直交する方向(スライス方向)に超音
波振動素子を分割して、対象臓器の深さによってスライ
ス方向の口径を変化させるようにした超音波プローブに
関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来のアレイ形の超音波プローブ
100の斜視図である。図5に示すように、超音波プロ
ーブ100は、音響的に制動作用を行う背面制動材(背
面吸収体)101上に、電気パルスを超音波に変換して
送信すると共に、受信した超音波を電気信号に変換する
短冊状の圧電振動子102が多数平行に固着されてい
る。該圧電振動子102は、例えばチタンジルコン酸鉛
(PZT)よりなり、その背面(下面)には信号電極が
焼き付け又は蒸着等の手段により形成され、各圧電振動
子102の間には樹脂等が充填されている。ここに、前
述の平行固着の方向をアレイ方向といい、該アレイ方向
に直交する方向をスライス方向という。
【0003】圧電振動子102の上側(音波放射面側)
には効率良く短い波形の超音波を放射するための共通電
極103と音響整合層104とが形成され、該音響整合
層104の上には超音波ビームをフォーカスさせるため
の円筒形の音響レンズ105が接着されている。音響レ
ンズ105の材質は、例えばシリコーンゴム(音速約1
000m/sec)であり、その形状は、典型的には円
筒形であり、例えば深さ6cmに収束点を持たせたい場
合には、表面の曲率半径は約30mmである。
【0004】そして、圧電振動子102から発せられた
超音波は対象臓器(図示せず)に反射され、この反射波
が圧電振動子102により受信され、電気信号に変換さ
れた後、図示しない処理装置により処理されて表示装置
等に表示される。しかしながら、図5に示した超音波プ
ローブ100には、対象臓器の浅部および深部の両方の
観察ができないという欠点があった。
【0005】図6は、前記欠点を解消したスライス方向
に口径が可変する超音波プローブ110である。該超音
波プローブ110は、スライス方向に圧電振動子111
を3分割して小さな圧電振動子111a,111b,1
11cとし、対象臓器の深さによって駆動する圧電振動
子の合計長さ(口径)を制御する方式である。両側の圧
電振動子111a,111cは共通に接続された後、ス
イッチ112を介して超音波診断装置(図示せず)に接
続され、該超音波診断装置は、スイッチ112のオン・
オフにより深部または浅部の観察のための口径制御を行
う。
【0006】かかる構成の超音波プローブ110におい
て、従来の円筒形の音響レンズ105を接着した場合に
は、深部の大口径の場合は良好な収束特性が得られる
が、浅部の小口径の場合は音響レンズ105の固有収束
点が深部にあるために、良好な収束特性が得られない。
この現象を図7を用いて説明する。図7は、圧電振動子
の口径をパラメータとした場合における、対象臓器の深
さとビーム幅との関係を示す特性図である。この特性図
においては、当然のことながらビーム幅が小さい程、収
束特性が良好である。
【0007】図7において、113は焦点距離6cmの
音響レンズと浅部用の口径(中心素子幅)6mmの圧電
振動子とを組み合せた場合に、超音波中心周波数5MH
zにおける−6dBビーム幅を示したものであり、11
4は焦点距離6cmの音響レンズと深部用口径(全素子
幅)12mmの圧電振動子とを組み合せた場合に、超音
波中心周波数5MHzにおける−6dBビーム幅を示し
たものである。
【0008】図7から明らかなように、深さ約4cmよ
りも近距離において(例えば、約3.6mm)、深部用
口径で駆動した場合のビーム幅(約4.5mm)より
も、浅部用口径で駆動した場合のビーム幅(約2.5m
m)の方が狭くなっているが、深部焦点付近P1 のビー
ム幅(約1.7mm)に比べて、浅部焦点付近P2 のビ
ーム幅(約2.2mm)が広がっており、十分には浅部
で収束効果が得られていないことを示している。そこ
で、浅部においても収束効果を高めるために、特開昭6
4−6858号公報,特開昭64−6859号公報に開
示されたような2段円筒形状の音響レンズが提案されて
いる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この2段円筒
形状では、浅部においては設計値通りの収束特性が得ら
れるものの、深部においては全体として見た場合に超音
波の遅延量に段差が生じるので、音場が乱れてサイドロ
ーブが増加され、画質の悪化原因となる。そこで、本発
明の目的は、対象臓器の全ての深さにわたって音場の乱
れが無く、従って画質の劣化の無い超音波プローブを提
供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項1記載の発明は、アレイ方向に直交する方向
(スライス方向)に振動子を分割して、スライス方向の
口径を制御する超音波プローブにおいて、前記振動子の
超音波放射面に、非円筒形かつ滑らかな表面形状を持つ
音響レンズを接着してなることを特徴とする。また、請
求項2記載の発明は、前記音響レンズは、連続的な収束
点を持つ軸収束を行うことを特徴とする。
【0011】請求項1および請求項2記載の発明によれ
ば、図1に示すように、音響レンズ1の中心部の厚みを
0 とすると、中心からの距離xにおける厚みtx は次
式で表される。
【数1】tx =t0 −(√(d2 −x2 )−d)/(V
0 /V1 −1) V0 :生体内の音速 V1 :音響レンズ内の音速 d=x(f2 −f1 )/a+f1 a:深部スライス方向口径/2 この音響レンズ1では、中心部の固有収束点がf1 であ
り、全体としての固有収束点がf2 であるので、任意の
幅の中心部のみを駆動したときには、全体を同時に駆動
したときに比べて、近距離に焦点をもち、しかも全体の
遅延量に段差が無いため、図3に示すように、音場にも
大きな乱れは生じない。
【0012】また、請求項3記載の発明は、アレイ方向
に直交する方向(スライス方向)に振動子を分割して、
スライス方向の口径を制御する超音波プローブにおい
て、前記振動子の超音波放射面に、中心部は円筒形であ
り、端部は平面形の表面形状を持つ音響レンズを接着し
てなることを特徴とする。また、請求項4記載の発明
は、前記音響レンズの円筒形部分の口径は、近距離用口
径と一致していることを特徴とする。
【0013】請求項3および請求項4記載の発明によれ
ば、図2に示すように、音響レンズ2は、中心部は円筒
形に形成され、端部は該円筒形部分と滑らかに連続され
た平面で構成されている。この形状の音響レンズの設計
式は、全体を駆動したときの収束点をf2 とし、中心部
の厚みをt0 としたときの端部の厚みt1 は、次式で与
えられる。
【数2】t1 =t0 −(√(f2 2 −a2 )−f2 )/
(V0 /V1 −1) また、中心円筒部の幅を2bとすると、円筒部の曲率半
径Rが近似的に次式で与えられる。
【0014】
【数3】R=b(2a−b+√((2a−b)2 +8
(t0 −t1 2 ))/4(t0−t1 ) この音響レンズ2では、中心の円筒形部分のみを駆動し
た場合には、遅延量の乱れが無いため、音場に悪影響を
与えないという特徴があり、図4に示すように、浅部,
深部で音場に大きな乱れは生じない。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態例
に基づいて説明する。 (1)第1実施形態例 図1は本実施形態例に用いる音響レンズの断面図であ
る。図1に示す音響レンズ1は、軸収束レンズである。
軸収束レンズは連続的に曲率が変化する形状であって、
第1の収束点f1 (図示不能)と第2の収束点f2(図
示不能)との間が連続的に収束されるレンズである。
【0016】音響レンズ1の中心部の厚みをt0 とする
と、中心からの距離xにおける厚みtx は次式(1)で
表される。
【数4】 tx =t0 −(√(d2 −x2 )−d)/(V0 /V1 −1)… (1) または、近似式として次式(2)で表される。
【0017】 tx =t0 −x2 /(2d(V0 /V1 −1))… (2) ここに、次の通りである。 V0 :生体内の音速 V1 :音響レンズ内の音速 d=x(f2 −f1 )/a+f1 a:深部スライス方向口径/2 この音響レンズ1では、中心部の固有収束点がf1 であ
り、全体としての固有収束点がf2 であるので、任意の
幅の中心部のみを駆動したときには、全体を同時に駆動
したときに比べて、近距離に焦点をもち、しかも全体の
遅延量に段差が無いため、図3に示すように、音場にも
大きな乱れは生じない。即ち、図3において、深部焦点
付近P3 と浅部焦点付近P4 におけるビーム幅はほぼ等
しくなる(約2mm)。
【0018】(2)第2実施形態例 本実施形態例の音響レンズは、第1実施形態例に比較
し、更に表面形状の製造性、近距離におけるサイドロー
ブを低減させたものである。図2に示すように、音響レ
ンズ2は、中心部は円筒形に形成され、端部は該円筒形
部分と滑らかに連続された平面で構成されている。この
形状の音響レンズの設計式は、全体を駆動したときの収
束点をf2 とし、中心部の厚みをt0 としたときの端部
の厚みt1 は、次式(3)で与えられる。
【0019】
【数5】 t1 =t0 −(√(f2 2 −a2 )−f2 )/(V0 /V1 −1)…(3) または、近似的に次式(4)で与えられる。
【0020】 t1 =t0 −(a2 −2f2 )/(V0 /V1 −1)… (4) また、中心円筒部の幅を2bとすると、円筒部の曲率半
径Rが近似的に次式(5)で与えられる。
【0021】
【数6】 R=b(2a−b+√((2a−b)2 +8(t0 −t1 2 ))/4(t0 −t1 )… (5) この音響レンズ2では、中心の円筒形部分のみを駆動し
た場合には、遅延量の乱れが無いため、音場に悪影響を
与えないという特徴があり、図4に示すように、浅部,
深部で音場に大きな乱れは生じない。この音響レンズ2
では、中心の円筒形部分の幅2bと、浅部用の振動子の
幅を一致させることで、浅部の収束特性を最も良くする
ことができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように各請求項記載の発明
によれば、大口径で駆動した場合には深部での音場の乱
れが無く、小口径で駆動した場合には浅部で充分な収束
効果が得られるので、浅部から深部にわたって、スライ
ス方向に収束されたビームとなり、高画質の画像を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態例の超音波プローブに用
いる音響レンズの側面図である。
【図2】同第2実施形態例の超音波プローブに用いる音
響レンズの側面図である。
【図3】同第1実施形態例の音響レンズを用いたスライ
ス方向可変口径プローブのビームパターンである。
【図4】同第2実施形態例の音響レンズを用いたスライ
ス方向可変口径プローブのビームパターンである。
【図5】従来のアレイ形超音波プローブの構造図であ
る。
【図6】従来のスライス方向可変口径超音波プローブの
構造図である。
【図7】従来の音響レンズを用いたスライス方向可変口
径プローブのビームパターンである。
【符号の説明】
1,2 音響レンズ 103 共通電極 104 音響整合層 111a,111b,111c 圧電振動子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アレイ方向に直交する方向(スライス方
    向)に振動子を分割して、スライス方向の口径を制御す
    る超音波プローブにおいて、 前記振動子の超音波放射面に、非円筒形かつ滑らかな表
    面形状を持つ音響レンズを接着してなることを特徴とす
    る超音波プローブ。
  2. 【請求項2】 前記音響レンズは、連続的な収束点を持
    つ軸収束を行うことを特徴とする請求項1記載の超音波
    プローブ。
  3. 【請求項3】 アレイ方向に直交する方向(スライス方
    向)に振動子を分割して、スライス方向の口径を制御す
    る超音波プローブにおいて、 前記振動子の超音波放射面に、中心部は円筒形であり、
    端部は平面形の表面形状を持つ音響レンズを接着してな
    ることを特徴とする超音波プローブ。
  4. 【請求項4】 前記音響レンズの円筒形部分の口径は、
    近距離用口径と一致していることを特徴とする請求項3
    記載の超音波プローブ。
JP8179519A 1996-07-09 1996-07-09 超音波プローブ Pending JPH1014916A (ja)

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