JPS596387B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPS596387B2 JPS596387B2 JP54094709A JP9470979A JPS596387B2 JP S596387 B2 JPS596387 B2 JP S596387B2 JP 54094709 A JP54094709 A JP 54094709A JP 9470979 A JP9470979 A JP 9470979A JP S596387 B2 JPS596387 B2 JP S596387B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric vibrator
- vibrator plate
- acoustic impedance
- ultrasonic probe
- ultrasonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、超音波探触子の改良に関する。
被検体に対して超音波の送受波を行う超音波探触子は、
従来より圧電振動子板の超音波送受波端となる面に金属
電極を介してマッチング層を設け、また上記圧電振動子
板の他面に金属電極を介してバッキング材と呼ぱれる裏
面負荷を設けた構成となつている。ところが、このよう
な超音波探触子にあつては、上記マッチング層の材質と
その特性が圧電振動子板とのマッチング特性を十分に満
足するに至らず、さらには超音波の受波パルス継続時間
を短縮させる目的で設けた前記バッキング材が超音波の
送受信レベルを低下させるため、分解能および感度の低
下を招き、質の良い超音波画像を得ることができなかつ
た。この発明は、上記事情に着目してなされたもので、
その目的とするところは、超音波の受信感度を高めると
ともに受信パルスの継続時間を短縮し得る感度および分
解能の優れた超音波探触子を実現し、提供することにあ
る。
従来より圧電振動子板の超音波送受波端となる面に金属
電極を介してマッチング層を設け、また上記圧電振動子
板の他面に金属電極を介してバッキング材と呼ぱれる裏
面負荷を設けた構成となつている。ところが、このよう
な超音波探触子にあつては、上記マッチング層の材質と
その特性が圧電振動子板とのマッチング特性を十分に満
足するに至らず、さらには超音波の受波パルス継続時間
を短縮させる目的で設けた前記バッキング材が超音波の
送受信レベルを低下させるため、分解能および感度の低
下を招き、質の良い超音波画像を得ることができなかつ
た。この発明は、上記事情に着目してなされたもので、
その目的とするところは、超音波の受信感度を高めると
ともに受信パルスの継続時間を短縮し得る感度および分
解能の優れた超音波探触子を実現し、提供することにあ
る。
以下、図面を参照してこの発明の詳細を説明する。
第１図は超音波探触子の概略構成図で、図中１は圧電振
動子板を示している。この圧電振動子板１は、ＰＺＴ（
ジルコンチタン酸鉛）等の圧電セラミックや水晶、Ｌｉ
ＮｂＯ３等の圧電結晶からなつている。この圧電振動子
板１の一面には第１の金属電極２ａを介して音響マッチ
ング層３が設けられ、また他面には第２の金属電極２ｂ
を介してバッキング材４が設けられている。上記音響マ
ッチング層３は、圧電振動子板１と被検体５との音響的
整合を図るもので、例えばエポキシ樹脂にタングステン
粉を添加したものとなつている。また、この音響マッチ
ング層３の厚さは、前記圧電振動子板１が発する超音波
の波長λに対して１／４（λ／４）となるように定めら
れている。一方、バッキング材４は、圧電振動子板１か
ら発生された余分な超音波を吸収して超音波のパルス幅
（パルス継続時間）を短縮させるものである。なお、こ
のような超音波探触子は例えば第２図に示す如く使用さ
れる。
動子板を示している。この圧電振動子板１は、ＰＺＴ（
ジルコンチタン酸鉛）等の圧電セラミックや水晶、Ｌｉ
ＮｂＯ３等の圧電結晶からなつている。この圧電振動子
板１の一面には第１の金属電極２ａを介して音響マッチ
ング層３が設けられ、また他面には第２の金属電極２ｂ
を介してバッキング材４が設けられている。上記音響マ
ッチング層３は、圧電振動子板１と被検体５との音響的
整合を図るもので、例えばエポキシ樹脂にタングステン
粉を添加したものとなつている。また、この音響マッチ
ング層３の厚さは、前記圧電振動子板１が発する超音波
の波長λに対して１／４（λ／４）となるように定めら
れている。一方、バッキング材４は、圧電振動子板１か
ら発生された余分な超音波を吸収して超音波のパルス幅
（パルス継続時間）を短縮させるものである。なお、こ
のような超音波探触子は例えば第２図に示す如く使用さ
れる。
すなわち、レートパルス発生器１１からのレートパルス
信号により、送波回路１２は送波パルス信号（駆動パル
ス信号）を発生して超音波探触子１３を付勢し、被検体
５中に超音波の送波を行わしめる。一方、上記超音波探
触子１３で受波して得られた超音波信号は、受波回路１
４で検波、増幅等の信号処理がなされた後、モニタ１５
に供給され、このモニタ１５で表示されるようになつて
いる。ところで、以上の超音波探触子において、λ／４
マッチング層３の音響インピーダンスＺｉの大きさに対
する超音波の受信感度および受信パルス継続時間の変化
を、パッキング材４の音響インピータンスＺＢをパラメ
ータとして測定したところ、第３図に示す如き特性が得
られた。
信号により、送波回路１２は送波パルス信号（駆動パル
ス信号）を発生して超音波探触子１３を付勢し、被検体
５中に超音波の送波を行わしめる。一方、上記超音波探
触子１３で受波して得られた超音波信号は、受波回路１
４で検波、増幅等の信号処理がなされた後、モニタ１５
に供給され、このモニタ１５で表示されるようになつて
いる。ところで、以上の超音波探触子において、λ／４
マッチング層３の音響インピーダンスＺｉの大きさに対
する超音波の受信感度および受信パルス継続時間の変化
を、パッキング材４の音響インピータンスＺＢをパラメ
ータとして測定したところ、第３図に示す如き特性が得
られた。
なお、λ／４マツチング層の音響インピーダンスＺｉは
、圧電振動子板１および被検体５の各音響インピーダン
スＺｃ−Ｚｗの幾可平均値（Ｖ乙＝ｌマ）で正規化した
値であり、またバツキング材４の音響インビーダンスＺ
Ｂは圧電振動子板１の音響インピーダンスＺＯによる規
格化値（ＺＢ／Ｚｃ）により示してある。さらに、受信
感度および受信パルス継続時間の各値は、測定して得ら
れた第４図に示す如き受信波形から、それぞれ波形の最
大値に対して一２０ｄＢとなるレベル以上の波数を抽出
することにより得ている。ここで、上記特性は、第５図
に示す測定回路において次のような条件によりなされた
ものである。・圧電振動子板：直径１０ｍ７７！のＰＺ
Ｔセラミツク円板。
、圧電振動子板１および被検体５の各音響インピーダン
スＺｃ−Ｚｗの幾可平均値（Ｖ乙＝ｌマ）で正規化した
値であり、またバツキング材４の音響インビーダンスＺ
Ｂは圧電振動子板１の音響インピーダンスＺＯによる規
格化値（ＺＢ／Ｚｃ）により示してある。さらに、受信
感度および受信パルス継続時間の各値は、測定して得ら
れた第４図に示す如き受信波形から、それぞれ波形の最
大値に対して一２０ｄＢとなるレベル以上の波数を抽出
することにより得ている。ここで、上記特性は、第５図
に示す測定回路において次のような条件によりなされた
ものである。・圧電振動子板：直径１０ｍ７７！のＰＺ
Ｔセラミツク円板。
●λ／４マツチング層：厚さＴｉ＝１．１（λ／４で規
格化）エポキシ樹脂にタングステン粉を添加した、いわ
ゆるデブコンと呼ばれる材料。
格化）エポキシ樹脂にタングステン粉を添加した、いわ
ゆるデブコンと呼ばれる材料。
なお、音響インピーダンスの調節設定は、タングステン
粉の添加量を可変することにより行つている。●バツキ
ング材：音響インピーダンスの大きさに応じて上記した
デブコンおよび空気（エアバツキング）を使用。
粉の添加量を可変することにより行つている。●バツキ
ング材：音響インピーダンスの大きさに応じて上記した
デブコンおよび空気（エアバツキング）を使用。
・被検体：水（音響インピーダンスＺｗ＝１．５×１０
６ｋｇ／イ・＄ＥＣ）。
６ｋｇ／イ・＄ＥＣ）。
●送波パルス信号：２０Ｖｐｐの正弦波バースト信号。
・反共振周波数Ｆ。
＝２．４ＭＨｚなお、測定回路（第５図）中の抵抗およ
びインダクタンスは、超音波探触子と図示しない受波回
路との電気マツチング状態を良好に行わしめるためのも
ので、その値はそれぞれＲ＝１．４ｋΩ、Ｌ＝２６μＨ
に定められている。
びインダクタンスは、超音波探触子と図示しない受波回
路との電気マツチング状態を良好に行わしめるためのも
ので、その値はそれぞれＲ＝１．４ｋΩ、Ｌ＝２６μＨ
に定められている。
このような特性によれば、図中Ａ−Ｄに示す受信感度特
性の各最大値は、何れもλ／４マツチング層の音響イン
ピーダンスＺｉ／Ｖ７７巧？；０．７５〜０．８５の範
囲内に、一方、図中ａ−ｄに示す受信パルス継続時間の
各最小値は、上記λ／４マツチング層音響インピーダン
スＺｉ／Ｖ７こｌ；＝０，４５〜０．５５の範囲にそれ
ぞれ分布していることがわかる。
性の各最大値は、何れもλ／４マツチング層の音響イン
ピーダンスＺｉ／Ｖ７７巧？；０．７５〜０．８５の範
囲内に、一方、図中ａ−ｄに示す受信パルス継続時間の
各最小値は、上記λ／４マツチング層音響インピーダン
スＺｉ／Ｖ７こｌ；＝０，４５〜０．５５の範囲にそれ
ぞれ分布していることがわかる。
ここで、上記Ａおよびａは、バツキング材の音響インピ
ーダンスＺＢ／ＺＣ＝０、つまりエアバツキングにおけ
る受信感度特性および受信パルス継続時間特性をそれぞ
れ示し、同様にＢおよびｂはＺＢ／ＺＯ＝０．０５、Ｃ
およびｃはＺＢ／Ｚｃ−０．１５における各特性を示す
ものである。したがつて、受信感度は、λ／４マツチン
グ層音響インビーダンスＺｉ／Ｖ７：７；＝０８付近に
おいて略最大となり、一方受信パルス継続時間は、上記
Ｚｉ／Ｖλ＝１；−０．５付近において略最小となる。
換言すれば、λ／４マツチング層３の音響インピーダン
スＺｉの最適値を圧電振動子板１および被検部の各音響
インピーダンスの幾可平均値！７Jャt；−に対して０，
５〜０．８倍に定めることにより、バツキング材４の音
響インピーダンスに拘らず、受信感度を略最大にしかも
受信パルス継続時間を略最小にすることが可能となる。
したがつて、例えば、圧電振動子板としてＰＺＴセラミ
ツク（Ｚｃ＝３８×１０６ｋｇ／イＳｅｃ）を用いて水
（Ｚｗ＝１．５×１０６ｋ９／イＳｅｃ）中に超音波の
送受波動作を行わしめる場合、λ／４マツチング層３の
音響インピーダンスをＺｉ＝４．９〜６．０×１０６ｋ
ｇ／ＴＩＳｅＯに定めれば良いことになる。また、圧電
振動子板１として高分子誘電体フイルム（Ｚｃ＝４．０
Ｘ１０６ｋ９／７ＴＩＳｅＣ）を用い、被検部に鉄（Ｚ
ｗ＝４６×１０６ｋ９／ｍ”Ｓｅｃ）を適用する場合に
は、最的なインピーダンスはＺｉ＝８．８〜１１，０×
１０６ｋｇ／イＳｅｃとなり、この場合にはガラスを適
用することができる。同様に、圧電振動子板として上記
ＰＺＴセラミツクを、また被検体として上記に適した場
合には、Ｚｉ＝２７〜３３Ｘ１０６ｋ９／イ式の錫（Ｓ
ｎ）が最適である。さらに、上記高分子誘電体フイルム
に対して生体や水（Ｚｉ＝１．５×１０６ｋｇ／ｍ″Ｓ
ｅｃ）を適用する場合には、最適なλ／４マツチング層
の音響インピーダンスＺｉはＺｉ＝１．６〜２．０ｋ９
／Ｔｌｓｅｃとなり、有機ガラス等を適当な材料として
使用することができる。このように、本発明の超音波探
触子によれば、λ／４マツチング層として、圧電振動子
板および被検部の各音響インピーダンスの幾何平均値Ｖ
Ａ＝７マに対して０、５Ｘ０．８倍の音響インビーダン
スを有する材料を用いたことによつて、前記実験結果か
ら明らかなように、受信感度を略最大にし、しかも受信
パルス継続時間を略最小にすることができる。
ーダンスＺＢ／ＺＣ＝０、つまりエアバツキングにおけ
る受信感度特性および受信パルス継続時間特性をそれぞ
れ示し、同様にＢおよびｂはＺＢ／ＺＯ＝０．０５、Ｃ
およびｃはＺＢ／Ｚｃ−０．１５における各特性を示す
ものである。したがつて、受信感度は、λ／４マツチン
グ層音響インビーダンスＺｉ／Ｖ７：７；＝０８付近に
おいて略最大となり、一方受信パルス継続時間は、上記
Ｚｉ／Ｖλ＝１；−０．５付近において略最小となる。
換言すれば、λ／４マツチング層３の音響インピーダン
スＺｉの最適値を圧電振動子板１および被検部の各音響
インピーダンスの幾可平均値！７Jャt；−に対して０，
５〜０．８倍に定めることにより、バツキング材４の音
響インピーダンスに拘らず、受信感度を略最大にしかも
受信パルス継続時間を略最小にすることが可能となる。
したがつて、例えば、圧電振動子板としてＰＺＴセラミ
ツク（Ｚｃ＝３８×１０６ｋｇ／イＳｅｃ）を用いて水
（Ｚｗ＝１．５×１０６ｋ９／イＳｅｃ）中に超音波の
送受波動作を行わしめる場合、λ／４マツチング層３の
音響インピーダンスをＺｉ＝４．９〜６．０×１０６ｋ
ｇ／ＴＩＳｅＯに定めれば良いことになる。また、圧電
振動子板１として高分子誘電体フイルム（Ｚｃ＝４．０
Ｘ１０６ｋ９／７ＴＩＳｅＣ）を用い、被検部に鉄（Ｚ
ｗ＝４６×１０６ｋ９／ｍ”Ｓｅｃ）を適用する場合に
は、最的なインピーダンスはＺｉ＝８．８〜１１，０×
１０６ｋｇ／イＳｅｃとなり、この場合にはガラスを適
用することができる。同様に、圧電振動子板として上記
ＰＺＴセラミツクを、また被検体として上記に適した場
合には、Ｚｉ＝２７〜３３Ｘ１０６ｋ９／イ式の錫（Ｓ
ｎ）が最適である。さらに、上記高分子誘電体フイルム
に対して生体や水（Ｚｉ＝１．５×１０６ｋｇ／ｍ″Ｓ
ｅｃ）を適用する場合には、最適なλ／４マツチング層
の音響インピーダンスＺｉはＺｉ＝１．６〜２．０ｋ９
／Ｔｌｓｅｃとなり、有機ガラス等を適当な材料として
使用することができる。このように、本発明の超音波探
触子によれば、λ／４マツチング層として、圧電振動子
板および被検部の各音響インピーダンスの幾何平均値Ｖ
Ａ＝７マに対して０、５Ｘ０．８倍の音響インビーダン
スを有する材料を用いたことによつて、前記実験結果か
ら明らかなように、受信感度を略最大にし、しかも受信
パルス継続時間を略最小にすることができる。
したがつて、圧電振動子板と被検部の各音響インピーダ
ンスの幾何平均値に近い音響インピーダンスを有するλ
／４マツチング層を使用した従来の超音波探触子に比べ
、受信感度および受信パルス継続時間の特性を明らかに
確実に向上させることができる。この結果、感度が良く
、分解能の優れた超音波探触子を提供することができ、
超音画像の質的向上を図ることができる。更に好ましく
はＶΔ蓄７；の０．６５〜０８倍の音響インピーダンス
の材料をλ／４マツチング層として用いればよい。なお
、この発明における超音波探触子の構造については、金
属電極を一面に限らず隣り合せの二面に共通して形成し
ても良く、またそれぞれ相対向する面に複数対の金属電
極を形成したものであつてもよい。
ンスの幾何平均値に近い音響インピーダンスを有するλ
／４マツチング層を使用した従来の超音波探触子に比べ
、受信感度および受信パルス継続時間の特性を明らかに
確実に向上させることができる。この結果、感度が良く
、分解能の優れた超音波探触子を提供することができ、
超音画像の質的向上を図ることができる。更に好ましく
はＶΔ蓄７；の０．６５〜０８倍の音響インピーダンス
の材料をλ／４マツチング層として用いればよい。なお
、この発明における超音波探触子の構造については、金
属電極を一面に限らず隣り合せの二面に共通して形成し
ても良く、またそれぞれ相対向する面に複数対の金属電
極を形成したものであつてもよい。
また、圧電振動子板をはじめマツチング層やバツキング
材の形状についても、円板形の他に拍子木形を用いても
良い。
材の形状についても、円板形の他に拍子木形を用いても
良い。
その他、超音波探触子の使用状態および適用例等につい
ても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。
ても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。
第１図はこの発明の超音波探触子を示す概略構成図、第
２図は上記超音波探触子の使用状態を示す概略構成図、
第３図は上記超音波探触子の特性図、第４図および第５
図は上記特性図の説明に用いるための図で、第４図は受
信波形図、第５図は測定回路を示す概略図である。 １・・・・・・圧電振動子板、２ａ，２ｂ・・・・・・
金属電極、３・・・・・・マツチング層、４・・・・・
・バツキング材、５・・・・・・被検体、１１・・・・
・・パルサ、１３・・・・・・超音波探触子、１５・・
・・・・モニタ、Ａ，〜，Ｄ・・・・・・受信感度特性
、Ａ，〜，ｄ・・・・・・受信パルス継続時間特性。
２図は上記超音波探触子の使用状態を示す概略構成図、
第３図は上記超音波探触子の特性図、第４図および第５
図は上記特性図の説明に用いるための図で、第４図は受
信波形図、第５図は測定回路を示す概略図である。 １・・・・・・圧電振動子板、２ａ，２ｂ・・・・・・
金属電極、３・・・・・・マツチング層、４・・・・・
・バツキング材、５・・・・・・被検体、１１・・・・
・・パルサ、１３・・・・・・超音波探触子、１５・・
・・・・モニタ、Ａ，〜，Ｄ・・・・・・受信感度特性
、Ａ，〜，ｄ・・・・・・受信パルス継続時間特性。
Claims (1)
- １ 圧電振動子板と、この圧電振動子板の両面にそれぞ
れ設けられた第１および第２の金属電極と、上記第１の
金属電極を設けた超音波送受波面に配設した音響マッチ
ング材とを具備し、上記音響マッチング材の音響インピ
ーダンスを前記圧電振動子板と超音波が送受波される被
検体との各音響インピーダンスの幾何平均値０．５〜０
．８倍の値に設定したことを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54094709A JPS596387B2 (ja) | 1979-07-25 | 1979-07-25 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54094709A JPS596387B2 (ja) | 1979-07-25 | 1979-07-25 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5619299A JPS5619299A (en) | 1981-02-23 |
| JPS596387B2 true JPS596387B2 (ja) | 1984-02-10 |
Family
ID=14117679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54094709A Expired JPS596387B2 (ja) | 1979-07-25 | 1979-07-25 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS596387B2 (ja) |
-
1979
- 1979-07-25 JP JP54094709A patent/JPS596387B2/ja not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ELECTRONICS LETTERS=1978 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5619299A (en) | 1981-02-23 |
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