JPS59230543A - 二機能型超音波変換器アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は医療診断システム用超音波変換器に関し、特に
、超音波結像（ｉｍａｇｉｎｇ）およ・びドツプラー流
動（ｆｌｏｗ）測定の両方を行なうのに最適な変換器ア
センブリに関する。

超音波医療診断システム、特に心臓病の診断に使用する
システムは、結像および流体流動測定の機能を果たすの
に有用である。従来のシステムにおいては、変換器の作
動を時分割多重化して２つの機能を果たさせる。変換器
をまず脈動させて超音波を体内へ送り、身体組織から返
ってくる反射波を検出して画像情報を作り出す。次に変
換器を切換えてドツプラーシステムに接続し、変換器か
ら脈動または連続波のドツプラー信号を発信させる。ド
ツプラー信号からの反射波を収集・測定して、体内の血
液等の流体の流量を決定する０プロセツサの中の結像お
よびドツプラー電子システムの間で変換器を交互に切換
えることにより、診察者は流動測定を行っている血管の
画像を有利に形成させることができる。

しかしながら、このような多重化システムには欠点があ
る。変換器は線形配列（ｌｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙ）等
の複素子型変換器の場合があり、各素子に別々の信号導
線が必要である。したがって、全ての素子をドツプラー
電子系および結像電子系の間で切換えるのに多数のスイ
ッチを必要とする。多数のスイッチはシステムのコスト
を高くするとともに、ハードウェアの故障の原因となる
可能性がある。

さらに、スイッチは電子的に雑音を発して、システムの
Ｓ／／′Ｎ比性能を悪性能せる。したがって、多重化シ
ステムの欠点を解消したドツプラーおよび結像システム
を提供することが望ましい。

本発明の原理によれば、結像および流動測距を同時に効
率よく行う超音波診断システム用の変換器アセンブリが
提供される。このアセンブリは、専用の（ｄｅｄｉｃａ
ｔｅｄ）結像変換器およびドツプラー変換器全アセンブ
リの共通面上に含む。システムの性能は、２つのタイプ
の変換器の機能特性に最適な結像変換器およびドツプラ
ー変換器のために裏打ち整合および圧電材料を設けるこ
とによって高められる。２つのタイプの変換器を互いの
方向に傾斜させてドツプラー信号を被結像体部位の中心
に向けて機械的に収束させてもよい。

第１図を参照して説明すると、本発明の原理に従って構
成した超音波変換器アセンブリが示されている。変換器
アセンブリ１ｏの上面１８の上には変換素子の線形配列
１２がある。線形配列１２中の素子の数は、典型的には
３２または４８でよい。

線形配列１２の各素子には導線をその背部に結合しであ
る。導線は裏打ち材１４を貫通して、アセンブリの底部
で多数のビン１６に接続される。線形配列１２の素子は
結像のだめの超音波エネルギーを送受信する。

変換器アセンブＩＪ　１０の上面１８の上にはまた、２
つの超音波変換器２ｏおよび２２があり、それらはドツ
プラー流動測定のだめの超音波エネルギ　　　　′−ヲ
送受信する。変換器２ｏおよび２２は、裏打ち材２４を
貫通する導線によって変換器アセンブリの底部のビン２
６に接続されている。連続波ドツプラー作動の場合には
、変換器の一方２０または２２が超音波エネルギーを連
続的に送信し、他方の変換器で反射してくる超音波を連
続的に受信する。

変換器１２，２０および２２は典型的にはジルコン酸チ
タン酸鉛等のセラミック材料で形成される。結像変換器
およびドツプラー変換器のためのセラミック材料は、そ
れぞれの変換器に要求される性能規準に従って選択する
。第１図の構成されたアセンブリ実施態様においては、
結像変換器の列は３．５　？７ＭＨｚの公称周波数で作
動するように選択した。２つのドツプラー変換器２０お
よび２２のだめのセラミック材料は、２．０ＭＦ（ｚで
公称作動するように選択した。このように選択した変換
器はそれぞれの作動周波数に対してほぼ半波長の厚さく
ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ）を有した。したがって、より
高い周波数の結像変換素子はより低い周波数のドツプラ
ー変換素子よりも薄かった。それぞれのタイプの変換器
の面は、１４波長の厚さのエポキシ複合材料の整合層で
覆って変換器の超音波インピーダンスが人体のインピー
ダンスによってさらによく整合するようにした。

２つの変換器タイプのだめの裏打ち材１４および２４も
、それぞれのタイプの変換器の性能規準に従って選択す
る。裏打ち材は、超音波信号の最適な軸方向解像度およ
び正確な位相づけができるように選択する。特に、解像
度を良くするには、作動周波数において１または２サイ
クルの超音波エネルギーの短いバーストを送信するよう
に結像変換器列を作動させることが望ましい。しだがっ
て、エポキシ裏打ち材１４を選択する際には、変換器列
１２の振動を大巾に減少させて１または２サイクルの短
いリングダウン時間が得られるようにする。一方、ドツ
プラー変換器２０および２２は、５，１０または１２サ
イクルのようにかなシ長い時間作動する。したがって、
ドツプラー変換器のためのエポキシ裏打ち材２４を選択
する際には、超音波エネルギー吸収性がより低くなるよ
うに、そしてそれによってドツプラー変換器のリングダ
ウン時間がよ勺長くなるようにする。構成した実施態様
における裏打ち材２４は、結像変換器列１２のためのよ
り重い裏打ち材１４に比べてより軟かく且つよりゴム質
の（ｇｕｍｍｙ）エポキシ担成物で構成した。

第１図の変換器アセンブリ１０の構成実施態様は、２つ
の変換器タイプをそれぞれの３ｑ打ち材に別々に固定し
て形成した。変換器および裏打ち材のサブ・アセンブリ
を次に界面３０に沿って互いに接着して変換器アセンブ
リ１０を形成した。

第４図は走査ヘッド８４に装着した本発明の変換器アセ
ンブリを示す。変換器アセンブリを銅遮蔽体で囲んだ後
、走査ヘッドの端部片８２の中に適正に収納する。走査
ヘッド端部片８２の上面８６は、音響学的に透明で高い
電気インピーダンスを示すポリウレタン被膜で覆われて
いる。上面８６は平滑にラップ仕上げされ、患者と変換
器アセンブリとの間に防水壁全提供する。

ケーブル８０は走査ヘッドを貫通している。ケーブルの
導線７２および７６は、結像変換器およびドツプラー変
換器のだめのコネクタＴＯおよび７４で終る。コネクタ
７０および７４は変換器アセンブリの底部でピン１６お
よび２６に嵌合する。

結像変換器列とドツプラー変換器列の中心間寸法は使用
者にとって重要である。結像変換器列１２は、第４図に
示すように、患者の組織の扇形像９０を作る。扇形像９
０の中心は変換器列１２の中心線９２と整列する。ドツ
プラー素子２０および２２の中心線は、鎖線９４で示す
ように結像の中心線９２からずれている。しかしながら
、ドツプラー素子の中心線を結像変換器列の中心線と実
質的に同一領域（ｃｏｅｘｔｅｎｓｉｖｅ）にして、ド
ツプラー測定を像のほぼ中央にある血管の中で行なえる
ようにすることが望ましい。これを行うため、第４図の
実施態様においては、変換器アセンブリの面のドツプラ
一部分を傾斜させて、ドツプラー変換器の面に垂直な中
心線９６が像の中央において結像変換器列の中心線９２
と実−質的に同一領域となるようにしている。ドツプラ
ー変換器２０および２２の面は結像変換器列１２と同一
平面にはなく、約３の角度で傾斜しているので、ドツプ
ラー変換器からの中心線９６は扇形像９０のほぼ中心で
結合変換器列の中心線９２と交わる。

同様の理由で、２つのドツプラー変換器２０および２２
を第５図に示すように互いに向けて傾斜させるのが望ま
しい。第５図においては、変換素子２０および２２を互
いに向けて１０６で示す角度で傾斜させて、変換器から
の２つの中心線１００゜１０２がほぼ扇形像の面内で交
わるようにしている。２つのドツプラー変換素子のこの
傾斜は機械的焦点収束の手段を与え、中心線径路の一方
１００または１０２に沿って超音波エネルギーを連続的
に送信すれば、像の面内の点１０４から他の径路に沿っ
て反射波が連続的に返ることになる。

第５図に示したような２つのドツプラー変換器を互いに
向けて傾斜させることは第２図の実施態様では不要であ
ｐ１後者においては、ドツプラー機能は変換素子４０の
線形配列によって果たされる。第２図中の１つおきの変
換器４０をドツプラー波の送信のために付勢し、これと
手を組むように組み合わされた状態の残シの変換素子を
用いて反射してくるドツプラー波を連続的に受信すれば
よい。第１図の実施態様とは異なり、第２図の実施態様
ではドツプラー波送信素子とドツプラー波受信素子とが
手を組むように組み合わされているため、ドツプラー波
の往路および復路を像面に配置することができる。第２
図の変換器列４０の個別素子は、結像変換器列の素子の
各ピンへの接続と同様に、アセンブリの底部で多数のピ
ン４６に接続される。

本発明のさらに別の実施態様を第３図に示す。

図中、結像変換器列１２を２つのドツプラー変換器５０
および５２の間に介在させである。ドツプラー変換器５
０および５２はそれぞれ丸められた略三ケ月形状を示す
。ドツプラー変換器５０および５２は結像変換器列１２
の面から遠ざかるように上方へ傾斜した表面の上に配置
され、縁部５４および５６は結像変換器列１２の面よシ
も高くなっている。ドツプラー素子５０および５２のこ
の傾斜はドツプラー波のちる度合の機械的焦点収束をも
たらすが、それは第５図の傾斜した変換素子がもたらす
ものに類似している。しかしながら、第３図の実施態様
においては、２つのドツプラー素子の中心線６０および
６２の機械的焦点６４は、結像変換器列１２の像の面の
中心線の上に正確に整列される。ドツプラー変換素子５
０および５２の丸められた外縁部は、第３図の変換器ア
センブリに略丸められた前面１８を与える。したがって
、第３図の変換器アセンブリは、走査ヘッドを患者の体
に押し付けだ時に不快感を与えるような角のない丸めら
れた走査ヘッドに装填することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って構成された結像とドツプ
ラー流動測定を同時に行なうための二機能変換器アセン
ブリの説明図、第２図は変換素子の線形配列から成る本
発明の他の夷ｈｍ態様の説明図、第３図はドツプラー変
換素子を結像変換素子で分離してなる本発明のさらに他
の実施態様の説明図、第４図は第１図の変換器アセンブ
リの変形態様を走査ヘッドに装填した状態の説明図、第
５図は第４図の変換器アセンブリの詳細側面図であるＱ １０・−・変換器アセンブリ、１２・・・変換素子の線
形配列、１４．２４・・・裏打ち材、１６．２６・・・
ビン、１８・・・変換器アセンブリの上面、２０．２２
・・・ドツプラー変換素子、８４・・・走査ヘッド、９
゜・・・扇形像。 特許　出願人　　　アイレックス・コーポレイション第
１頁の続き ０発　明　者　ホワード・フランシス・フィブル アメリカ合衆国１０５３０ニユーヨ ーク州ハーツデイル・スコツト ブレイス２４ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示　　　特願昭５９−５０７９６号２、発
明の名称 二機能型超音波変換器アセンブリ ３、補正をする者 名　称　　アイレックス・コーボレイション６、補正の
対象 図　　面 ７、　補正の内容 図面の浄書（内容（＝変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　結像および流動測定を行なうだめの三機能型
   超音波変換器アセンブリにおいて、 上面の第１の領域を占める結像信号送受信用の第１の変
   換手段および上面の第２の領域を占める流動測定信号送
   受信用の第２の変換手段を含む上面と、 該第１の変換手段と該アセンブリの下面との間に配置さ
   れ、該第１の変換手段による結像信号の送受信のための
   ダンピング特性を持つように選択された第１の裏打ち材
   と、 該第２の変換手段と該アセンブリの下面との間に配置さ
   れ、該第２の変換手段による流動測定信号の送受信のだ
   めのダンピング特性を持つように選択された第２の裏打
   ち材と全具備し、該第１および第２の裏打ち材を共通界
   面で結合して成る変換器アセンブリ。 （２、特許請求の範囲第１項記載の変換器アセンブリに
   おいて、該下面はさらに、 該第１の裏打ち材の該下面から延びていて、該第１の変
   換手段への電気的接続を行なうために該下面と該第１の
   変換手段との間に電極結合を含む　　　゛第１の電極手
   段と、 該第２の裏打ち材の該下面から延びていて、該第２の変
   換手段への電気的接続を行なうために該（３）　　特許
   請求の範囲第１項記載の変換器アセンブリにおいて、該
   第１の変換手段は変換素子の線形配列を具備するととも
   に、該第２の変換手段は第１および第２のドツプラー信
   号変換素子を具備する変換器アセンブリ。 （４）特許請求の範囲第３項記載の変換器アセンブリに
   おいて、該第１および第２のドツプラー信項変換素子を
   互いに近づくように斜角で傾斜させてそれぞれの該ドツ
   プラー信号変換素子の上面への法線同志が該上面の上方
   で交差するようにし、た変換器アセンブリ。 （５）　　特許請求の範囲第１項記載の変換器アセンブ
   リにおいて、該第１の変換手段は結像変換素子の線形配
   列を具備するとともに、該第２の変換手段はドツプラー
   信号変換素子の線形配列を具備する変換器アセンブリ。 （６）　　特許請求の範囲第５項記載の変換器アセンブ
   リにおいて、該ドツプラー信号変換素子を該結像変換素
   子配列の配向方向に垂直に配向させた変換器アセンブリ
   。 （７）　　特許請求の範囲第１項記載の変換器アセンブ
   リにおいて、該第１の変換手段は変換素子の線形配列を
   具備するとともに、該第２の変換手段は該線形配列の両
   側に配置した第１および第２のドツプラー信号変換素子
   を具備する変換器アセンブリ。 （８）特許請求の範囲第７項記載の変換器アセンブリに
   おいて、該第１および第２のドツプラー信号変換素子の
   各々は略三ケ月形であって、凹縁を該線形配列から遠ざ
   かるように配向させて該上面が略円形となるようにした
   変換器アセンブリ。 （９）特許請求の範囲第７項記載の変換器アセンブリに
   おいて、該第１および第２のドツプラー信号変換素子の
   表面を該線形配列の面に対して傾いた面内に配置して、
   該ドツプラー信号変換素子への法線同志が該線形配列の
   略中心の上方で交わるようにした変換器アセンブリ。 αα　特許請求の範囲第１項記載の変換器アセンブリに
   おいて、該第２の変換手段を該第１の変換手段の面に向
   って傾いた面内に配置して該第２の変換手段の表面への
   法線が該第１の変換手段の上方を通るようにした変換器
   アセンブリ。 Ｉ　三機能型超音波変換器アセンブリにおいて、ろ−る
   与えられた公称作動中心周波数を有し、該アセンブリの
   第１の表面の上に配置された第１の変爽素子の線形配列
   と、 該第１の変換素子の該公称中心周波数と異なるある与え
   られた公称作動中心周波数を有し、該アセンブリの該第
   １の表面の上に配置された複数の第２の変換素子と、 該第１の変換素子の振動を大巾に減少させて該第１の変
   換素子に比較的短いリング・ターラン時間を与えるため
   に該第１の変換素子の配列の後に配置された第１の裏打
   ち材と、 該第２の変換素子の振動を減少させて該第２の変換素子
   に比較的長いリング・ダウン時間を与えるために該複数
   の第２変換素子の後に配置された第２の裏打ち材とを具
   備して成る変換器アセンブリ。 α２、特許請求の範囲第１１項記載の変換器アセンブリ
   において、該第１の変換素子は結像素子の線形配列を具
   備するとともに、該第２の変換素子センブリ。 餞　特許請求の範囲第１２項記載の変換器アセンブリに
   おいて、該第１の裏打ち材はエポキシ系材料であシ、該
   第２の裏打ち材は該第１の裏打ち材よりも軟かい組成の
   エポキシ系材料である変換器アセンブリ。