JPS5934372B2 - 超音波撮像装置 - Google Patents
超音波撮像装置Info
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- JPS5934372B2 JPS5934372B2 JP52141905A JP14190577A JPS5934372B2 JP S5934372 B2 JPS5934372 B2 JP S5934372B2 JP 52141905 A JP52141905 A JP 52141905A JP 14190577 A JP14190577 A JP 14190577A JP S5934372 B2 JPS5934372 B2 JP S5934372B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波を用いて対象物の形状、その断層像等を
得る超音波撮像装置に関する。
得る超音波撮像装置に関する。
視覚的に不透明な物体の内部を観察する必要がある場合
、一般的にレントゲン線による撮像が行なわれている°
しかしながら、レントゲン線は生体、特に人体への悪影
響があり、また装置も大型化するという欠点がある。
、一般的にレントゲン線による撮像が行なわれている°
しかしながら、レントゲン線は生体、特に人体への悪影
響があり、また装置も大型化するという欠点がある。
これらの欠点を改良するものとして最近超音波による撮
像が研究、開発されている。すなわち、第１図に示す如
く両面に電極を形成した超音波振動子１１を複数個なら
べて構成したアレイ１０に振動子の共振周波数の駆動信
号を各振動子に順次印加し、駆動される振動子を切り換
えることにより超音波を走査させていた０１２は吸音材
、１３は支持体である。例えば人体内の断層を数ｎ程度
の分解能で撮像したい場合、駆動信号の周波数は実用上
数ＭＨ２程度となる°しかし、この様な振動子は共振周
波数が厚さに依存する為、共振周波数を数ＭＨ２とする
には素子の厚さを１關以下にする必要があつた。
像が研究、開発されている。すなわち、第１図に示す如
く両面に電極を形成した超音波振動子１１を複数個なら
べて構成したアレイ１０に振動子の共振周波数の駆動信
号を各振動子に順次印加し、駆動される振動子を切り換
えることにより超音波を走査させていた０１２は吸音材
、１３は支持体である。例えば人体内の断層を数ｎ程度
の分解能で撮像したい場合、駆動信号の周波数は実用上
数ＭＨ２程度となる°しかし、この様な振動子は共振周
波数が厚さに依存する為、共振周波数を数ＭＨ２とする
には素子の厚さを１關以下にする必要があつた。
そして、横方向の分解能を向上させるためには超音波の
サイドロープを小さくする必要があり、各振動子の巾を
０．５露程度として進行波の発散を少なくしていた。こ
の様に、従来の装置は各振動子を微細に加工する必要が
ある上、それぞれの振動子の厚さ、巾、電気的諸特性、
感度を均一にすることが求められ、その製造が極めて困
難であつた０また振動子自体の機械Ｑが高く振動系に蓄
積されるエネルギーが大きい為に振動子の駆動を休止し
ても振動が残存し分解能の低下をまねいていた〇その上
、駆動回路としてもそれぞれの振動子毎に必要となり、
回路素子を多く必要とし、形状も大きいものとなつた０
また、各振動子を１０−２〜１０−８ｓｅｃ程度のタイ
ミング精度で制御して駆動するには更に複雑な電子回路
を必要としていた〇本発明は上述した従来の超音波撮像
装置の欠点を有さない新規な超音波撮像方式を提供しよ
うとするものである〇すなわち、従来は両面に対向電極
が設けられた圧電素子による厚み振動を超音波源とし、
これを複数個切り換えて走査していたのに対して、本願
は同一面にすだれ状電極を形成した圧電素子の表面弾性
波を液状の媒体を介することによつて対象物に向つて放
射する如き超音波に変換して取り出すとともに駆動周波
数を変化することによつて走査をも行なおうとするもの
である。
サイドロープを小さくする必要があり、各振動子の巾を
０．５露程度として進行波の発散を少なくしていた。こ
の様に、従来の装置は各振動子を微細に加工する必要が
ある上、それぞれの振動子の厚さ、巾、電気的諸特性、
感度を均一にすることが求められ、その製造が極めて困
難であつた０また振動子自体の機械Ｑが高く振動系に蓄
積されるエネルギーが大きい為に振動子の駆動を休止し
ても振動が残存し分解能の低下をまねいていた〇その上
、駆動回路としてもそれぞれの振動子毎に必要となり、
回路素子を多く必要とし、形状も大きいものとなつた０
また、各振動子を１０−２〜１０−８ｓｅｃ程度のタイ
ミング精度で制御して駆動するには更に複雑な電子回路
を必要としていた〇本発明は上述した従来の超音波撮像
装置の欠点を有さない新規な超音波撮像方式を提供しよ
うとするものである〇すなわち、従来は両面に対向電極
が設けられた圧電素子による厚み振動を超音波源とし、
これを複数個切り換えて走査していたのに対して、本願
は同一面にすだれ状電極を形成した圧電素子の表面弾性
波を液状の媒体を介することによつて対象物に向つて放
射する如き超音波に変換して取り出すとともに駆動周波
数を変化することによつて走査をも行なおうとするもの
である。
以下、図面に従つて本発明を詳細に説明する。
第２図〜第４図は本発明の原理を説明する図である。す
なわち、圧電体２１の一面に第３図に示す如くすだれ状
電極３２をインターデイジタルに形成している。この様
な素子に交流信号を印加すると表面弾性波が励起される
０これを液状の媒体２３中に配置して前記すだれ状電極
に交流駆動信号を印加すると前記表面弾性波は超音波２
４に変換され前記圧電体のすだれ状電極部分から媒体に
向つて超音波が放射される０この超音波は第３図の如き
単相すだれ状電極では圧電体に対して所定角度で２方向
に、第４図の如き３相すだれ状電極４２では１方向に放
射される０圧電体に垂直な軸に対する放射される超音波
の最大出力方向の角度θはＳｉｎθ＝λｆ／ｄ で表わされ、ｄは電極周期、λｆは媒体中での音波の波
長である。
なわち、圧電体２１の一面に第３図に示す如くすだれ状
電極３２をインターデイジタルに形成している。この様
な素子に交流信号を印加すると表面弾性波が励起される
０これを液状の媒体２３中に配置して前記すだれ状電極
に交流駆動信号を印加すると前記表面弾性波は超音波２
４に変換され前記圧電体のすだれ状電極部分から媒体に
向つて超音波が放射される０この超音波は第３図の如き
単相すだれ状電極では圧電体に対して所定角度で２方向
に、第４図の如き３相すだれ状電極４２では１方向に放
射される０圧電体に垂直な軸に対する放射される超音波
の最大出力方向の角度θはＳｉｎθ＝λｆ／ｄ で表わされ、ｄは電極周期、λｆは媒体中での音波の波
長である。
すなわち、表面弾性波は液体一固体境界面で、次式の関
係を満足する方向の液体中に縦波として放射される〇θ
＝Ｓｉｎ−１（ｃ／Ｖｐ） ここで、Ｃは液中縦波速度、Ｐは表面波速度であるｏす
だれ状トランスデユーサは一般に、固体一気体境界面で
使用され、表面波デイバイス構成の重要な部分をなすが
、このトランスデユーサを液体との界面で動作させると
、界面に沿つて伝搬する表面弾性波としてではなく、液
体中への縦波の放射が可能となる。
係を満足する方向の液体中に縦波として放射される〇θ
＝Ｓｉｎ−１（ｃ／Ｖｐ） ここで、Ｃは液中縦波速度、Ｐは表面波速度であるｏす
だれ状トランスデユーサは一般に、固体一気体境界面で
使用され、表面波デイバイス構成の重要な部分をなすが
、このトランスデユーサを液体との界面で動作させると
、界面に沿つて伝搬する表面弾性波としてではなく、液
体中への縦波の放射が可能となる。
この時の液体中への音波ビームの方向は上式と同様に位
相整合条件を満足する方向である。この場合、周波数の
変化と共に音波ビームの方向は次式の関係を満足する〇
θ−Ｓｉｎ−１（Ｖｃ／Ｆｄ）＝Ｓｉｎ−１（λｆ／ｄ
）なお、多相電極にして多相駆動信号を印加する場合は
、奇数相では１方向に、偶数相では２方向に超音波が放
射される〇電極の形状は直線状等間隔を基本とするが、
必要に応じてビームの拡散を防止するために、わん曲電
極あるいは電極間隔を調整して収束ビームを発生する場
合もあるｏ液状の媒体としては水、エーテル、アセトン
、グリセリン等超音波を吸収しにくいものであればよく
、ゲル状、グリース状であつてもよい０な抽、人体等の
生体に対接させる場合は絶縁性の液体が望ましい０また
、媒体と電極間に超音波の放射をさまたげない程度の薄
い電極保護層を設けてもよい０この保護層は厚さが波長
に比べて小さければ固体あるいはシリコンラバ一等であ
つても可能であるＯ各種圧電体と媒体の組合せによる放
射角度を第１表に示す〇本発明は表面弾性波の有するこ
の様な特性を応用して、極めて簡単な構成で優れた効果
を奏する超音波撮像装置を提供するものである。
相整合条件を満足する方向である。この場合、周波数の
変化と共に音波ビームの方向は次式の関係を満足する〇
θ−Ｓｉｎ−１（Ｖｃ／Ｆｄ）＝Ｓｉｎ−１（λｆ／ｄ
）なお、多相電極にして多相駆動信号を印加する場合は
、奇数相では１方向に、偶数相では２方向に超音波が放
射される〇電極の形状は直線状等間隔を基本とするが、
必要に応じてビームの拡散を防止するために、わん曲電
極あるいは電極間隔を調整して収束ビームを発生する場
合もあるｏ液状の媒体としては水、エーテル、アセトン
、グリセリン等超音波を吸収しにくいものであればよく
、ゲル状、グリース状であつてもよい０な抽、人体等の
生体に対接させる場合は絶縁性の液体が望ましい０また
、媒体と電極間に超音波の放射をさまたげない程度の薄
い電極保護層を設けてもよい０この保護層は厚さが波長
に比べて小さければ固体あるいはシリコンラバ一等であ
つても可能であるＯ各種圧電体と媒体の組合せによる放
射角度を第１表に示す〇本発明は表面弾性波の有するこ
の様な特性を応用して、極めて簡単な構成で優れた効果
を奏する超音波撮像装置を提供するものである。
第５図は本発明による超音波撮像装置の一例を示すプロ
ツクダイアグラムである〇すなわち、クロツク回路５１
よりのクロツク信号を基準として制御回路５２によつて
制御信号が発振器５３に印加され、発振器からの駆動信
号によつてトランスデユーサ５４が駆動される０トラン
スデユーサ５４からは前述の如く超音波が対象物に放射
される０発振器５３の駆動信号周波数は制御回路によつ
て順次増加又は減少する如く制御されている０これによ
つて、トランスデユーサから放射される超音波はその角
度を順次変えて対象物を走査する０対象物からの反射波
はトランスデユーサ５４によつて受波され、利得制御回
路５５、検波回路５６、変調回路５７を通して表示部５
８に表示される。
ツクダイアグラムである〇すなわち、クロツク回路５１
よりのクロツク信号を基準として制御回路５２によつて
制御信号が発振器５３に印加され、発振器からの駆動信
号によつてトランスデユーサ５４が駆動される０トラン
スデユーサ５４からは前述の如く超音波が対象物に放射
される０発振器５３の駆動信号周波数は制御回路によつ
て順次増加又は減少する如く制御されている０これによ
つて、トランスデユーサから放射される超音波はその角
度を順次変えて対象物を走査する０対象物からの反射波
はトランスデユーサ５４によつて受波され、利得制御回
路５５、検波回路５６、変調回路５７を通して表示部５
８に表示される。
５９は走査回路である０トランスデユーサ６４は第６図
に示される如く例えばグリセリン等の液状の媒体６０を
介して対象物６１に対接してもよい〇トランスデユーサ
５４を駆動する交流信号はアナログ的あるいはデイジタ
ル的に周波数を変化させトランスデユーサからの超音波
の放射角度をアナログ的あるいはデイジタル的に変化さ
せることができる０すなわち、第６図に示す如く周波数
ｆ１に対してθ１，ｆｎに対してθｎと放射角度が変化
し、周波数をｆ１からＦｎに変化させることによつて走
査線がｎ本の走査ができる０第７図は駆動信号を示して
おり、周波数ｆ１の信号を高周波で短時間Ｔｐだけトラ
ンスデユーサに印加するとこれに対応する超音波が対象
物中に放射され、対象物の内部構成に応じて反射波が戻
つてくる。
に示される如く例えばグリセリン等の液状の媒体６０を
介して対象物６１に対接してもよい〇トランスデユーサ
５４を駆動する交流信号はアナログ的あるいはデイジタ
ル的に周波数を変化させトランスデユーサからの超音波
の放射角度をアナログ的あるいはデイジタル的に変化さ
せることができる０すなわち、第６図に示す如く周波数
ｆ１に対してθ１，ｆｎに対してθｎと放射角度が変化
し、周波数をｆ１からＦｎに変化させることによつて走
査線がｎ本の走査ができる０第７図は駆動信号を示して
おり、周波数ｆ１の信号を高周波で短時間Ｔｐだけトラ
ンスデユーサに印加するとこれに対応する超音波が対象
物中に放射され、対象物の内部構成に応じて反射波が戻
つてくる。
反射波の強度は反射物の反射係数、媒体の透過率、到達
距離（反射物までの距離）、及び周波数によつて変化す
る。周波数、到達距離等による誤差は受信側の増巾器等
で補正できる。送波、受波を同一のトランスデユーサで
行なう場合にはＴｐＯ）８．Ｔ１の駆動体止時間をおい
てトランスデユーサを受波状態とする０周波数ｆ１から
Ｆｎまで１駆動信号を印加した後、復帰時間Ｔｆにて最
初の状態に戻る。これを一周期Ｔとして再度走査するこ
とができる。駆動時間Ｔｐは短いほうが音波の進行方向
に対する分解能が向上するが本方式の場合３波程度で充
分な感度が得られ、１ＭＨｚ以上の高周波では約２倍分
解能が従来より向上する０また、２．５ＭＨｚで駆動し
た場合駆動を停止後約１．５μＳｅｃで端子電圧が２０
ｄＢ低下し、従来の方式が３〜９μＳｅｃ要したのに比
較して振動残存時間特性が極めて優れている。ここでは
一例として送受波兼用反射型のものを示したが本発明の
方式によるものであれば送受波別のトランスデユーサを
使つても、また透過型としてもよい０また、走査した後
の受波信号から所定角度のものだけを取り出し、各走査
時間ごとの対象物の動きを検出表示することも可能であ
り、ＵｌｔｒａｓＯｎｉｃＣａｒｄｉＯＧｒａｐｈ（超
音波による心電図）を撮像と同時に得ることも可能であ
るｏ第８図はトランスデユーサ部分の具体的な構成例で
ある０すなわち、ケース８１内にすだれ状電極８２を形
成した板状圧電体８３が収納され、前記圧電体前面の空
隙部には液状媒体８４が満たされている。
距離（反射物までの距離）、及び周波数によつて変化す
る。周波数、到達距離等による誤差は受信側の増巾器等
で補正できる。送波、受波を同一のトランスデユーサで
行なう場合にはＴｐＯ）８．Ｔ１の駆動体止時間をおい
てトランスデユーサを受波状態とする０周波数ｆ１から
Ｆｎまで１駆動信号を印加した後、復帰時間Ｔｆにて最
初の状態に戻る。これを一周期Ｔとして再度走査するこ
とができる。駆動時間Ｔｐは短いほうが音波の進行方向
に対する分解能が向上するが本方式の場合３波程度で充
分な感度が得られ、１ＭＨｚ以上の高周波では約２倍分
解能が従来より向上する０また、２．５ＭＨｚで駆動し
た場合駆動を停止後約１．５μＳｅｃで端子電圧が２０
ｄＢ低下し、従来の方式が３〜９μＳｅｃ要したのに比
較して振動残存時間特性が極めて優れている。ここでは
一例として送受波兼用反射型のものを示したが本発明の
方式によるものであれば送受波別のトランスデユーサを
使つても、また透過型としてもよい０また、走査した後
の受波信号から所定角度のものだけを取り出し、各走査
時間ごとの対象物の動きを検出表示することも可能であ
り、ＵｌｔｒａｓＯｎｉｃＣａｒｄｉＯＧｒａｐｈ（超
音波による心電図）を撮像と同時に得ることも可能であ
るｏ第８図はトランスデユーサ部分の具体的な構成例で
ある０すなわち、ケース８１内にすだれ状電極８２を形
成した板状圧電体８３が収納され、前記圧電体前面の空
隙部には液状媒体８４が満たされている。
前記ケースはシリコンラバ一８５によつて閉じられてい
る０８６はケーブルである０このような形状とすれば取
扱いが簡単でありシリコンラバ一８５上にゼリー等をつ
けて対象物に取付ければ極めて効率よく超音波が対象物
中に透過してゆく〇以上述べた如く本発明は、トランス
デユーサ各部を支持するケースと、該ケースの内部に設
けられた板状の圧電体の一面に少くとも２個のくしの歯
状で形成されたすだれ状電極をインターデイジタルに形
成してなる圧電素子を有する板状圧電体と、該板状圧電
体に接する液状媒体と、該液状媒体と前記ケースとを覆
うシリコンラバ一とを有するトランスデユーサを、液状
の媒体を介して対象物に接する如く配置し、更に前記す
だれ状電極の相数に応じた相数の所定周波数の交流駆動
信号を該すだれ状電極に印加する発振器と、該発振器の
発振周波数を可変させる制御装置と、前記すだれ状電極
を介して得られる電気信号を検波、変調する手段と、該
手段の出力信号に基づき対象物を表示する表示手段とを
有する超音波撮像装置であつて、同一圧電体板の同一面
上にすだれ状電極を精密に形成することは蒸着等で容易
に行なえ、圧電体の厚さによる影響がない為に分解能が
優れ、特性のバラツキがなく、また振動の残存時間も少
なく、駆動信号の周波数によつて極めて正確に超音波の
放射方向を制御でき、従来に比べて簡単な回路素子で極
めてコンパクトに構成できるなど優れた装置である。
る０８６はケーブルである０このような形状とすれば取
扱いが簡単でありシリコンラバ一８５上にゼリー等をつ
けて対象物に取付ければ極めて効率よく超音波が対象物
中に透過してゆく〇以上述べた如く本発明は、トランス
デユーサ各部を支持するケースと、該ケースの内部に設
けられた板状の圧電体の一面に少くとも２個のくしの歯
状で形成されたすだれ状電極をインターデイジタルに形
成してなる圧電素子を有する板状圧電体と、該板状圧電
体に接する液状媒体と、該液状媒体と前記ケースとを覆
うシリコンラバ一とを有するトランスデユーサを、液状
の媒体を介して対象物に接する如く配置し、更に前記す
だれ状電極の相数に応じた相数の所定周波数の交流駆動
信号を該すだれ状電極に印加する発振器と、該発振器の
発振周波数を可変させる制御装置と、前記すだれ状電極
を介して得られる電気信号を検波、変調する手段と、該
手段の出力信号に基づき対象物を表示する表示手段とを
有する超音波撮像装置であつて、同一圧電体板の同一面
上にすだれ状電極を精密に形成することは蒸着等で容易
に行なえ、圧電体の厚さによる影響がない為に分解能が
優れ、特性のバラツキがなく、また振動の残存時間も少
なく、駆動信号の周波数によつて極めて正確に超音波の
放射方向を制御でき、従来に比べて簡単な回路素子で極
めてコンパクトに構成できるなど優れた装置である。
第１図は従来の撮像用振動子アレイを示す斜視図である
０第２図は本装置の原理を説明する図である。
０第２図は本装置の原理を説明する図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ トランスデューサ各部を支持するケースと、該ケー
スの内部に設けられた板状の圧電体の一面に少なくとも
２個のくしの歯状で形成されたすだれ状電極をインター
ディジタルに形成してなる圧電素子を有する板状圧電体
と、該板状圧電体に接する液状媒体と、該液状媒体と前
記ケースとを覆うシリコンラバーとを有するトランスデ
ューサを、液状の媒体を介して対象物に接する如く配置
し、更に前記すだれ状電極の相数に応じた相数の所定周
波数の交流駆動信号を該すだれ状電極に印加する発振器
と、該発振器の発振周波数を可変させる制御装置と、前
記すだれ状電極を介して得られる電気信号を検波、変調
する手段と、該手段の出力信号に基づき対象物を表示す
る手段とを有することを特徴とする超音波撮像装置。 ２ 前記圧電素子を送受波兼用とし、前記交流駆動信号
を休止期間を設けて順次印加し、前記休止期間に受波を
行なうごとく構成されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の超音波撮像装置。 ３ 前記すだれ状電極を３相に形成し、前記交流駆動信
号を３相交流信号としたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項いずれかに記載の超音波撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52141905A JPS5934372B2 (ja) | 1977-11-26 | 1977-11-26 | 超音波撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52141905A JPS5934372B2 (ja) | 1977-11-26 | 1977-11-26 | 超音波撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5474695A JPS5474695A (en) | 1979-06-14 |
| JPS5934372B2 true JPS5934372B2 (ja) | 1984-08-22 |
Family
ID=15302880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52141905A Expired JPS5934372B2 (ja) | 1977-11-26 | 1977-11-26 | 超音波撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5934372B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6199072U (ja) * | 1984-12-05 | 1986-06-25 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61214700A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-24 | Koji Toda | 漏洩弾性表面波トランスジユ−サ |
-
1977
- 1977-11-26 JP JP52141905A patent/JPS5934372B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6199072U (ja) * | 1984-12-05 | 1986-06-25 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5474695A (en) | 1979-06-14 |
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