JPS60188842A - Ultrasonic probe - Google Patents

Ultrasonic probe

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JPS60188842A
JPS60188842A JP4396184A JP4396184A JPS60188842A JP S60188842 A JPS60188842 A JP S60188842A JP 4396184 A JP4396184 A JP 4396184A JP 4396184 A JP4396184 A JP 4396184A JP S60188842 A JPS60188842 A JP S60188842A
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JP
Japan
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ultrasonic
measured
sound
layer
probe
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Toshiyuki Suzuki
俊之 鈴木
Tadashi Fujii
正 藤井
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Terumo Corp
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Terumo Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes

Abstract

PURPOSE:To reduce an influence exerted on a received wave of a transmitting sound field by providing the first layer for executing a mutual conversion of an electric signal and an ultrasonic signal, and the second layer containing a medium having a sound speed which is higher than the average sound speed of an object to be measured in the side of the face opposed to the object to be measured. CONSTITUTION:A packing material 2 is stuck on the rear of an ultrasonic vibrator 10, and in front of said vibrator, and an interposed medium 20 for compressing a short distance sound field, whose sound speed is higher than that of a biological 1 is provided by placing it between sound matching layers 4, 6 functioning as a 1/4 wavelength matching layer used for raising sensitivity and improving responsiveness. Also, as for the medium 20, that which satisfies such conditions as its sound speed is higher enough than that of the biological 1, the attenuation of an ultrasonic wave is small, an acoustic impedance is about middle between the vibrator 10 and the biological 1, the density is small, etc. is used. In this way, a short-distance sound file limit distance is shortened, and a long-distance sound field can be formed in the biological 1 substantially.

Description

【発明の詳細な説明】 ■・ 発明の背景 A、技術分野 本発明は、超音波を物体に送信し、物体の内部からの反
射超音波を受信して、物体内部の音#特性を定量的に測
定する超音波探触子の改良に係シ、特に超音波探触子に
おいて送信時に形成される近距離音場に起因した受信波
への悪影響がない送信音場を被測定物体中に提供する超
音波探触子(関する。
[Detailed Description of the Invention] ■ Background of the Invention A, Technical Field The present invention transmits ultrasonic waves to an object, receives reflected ultrasonic waves from inside the object, and quantitatively determines sound characteristics inside the object. In particular, the present invention relates to the improvement of ultrasonic probes that measure ultrasonic waves, and in particular provides a transmitting sound field in an object to be measured that does not have an adverse effect on received waves caused by the near-field sound field formed during transmission in ultrasonic probes. Ultrasonic probe (related)

B、先行技術とその問題点 超音波d11]定技術は現在、金属探傷、魚群探知医療
診断分野等、広範囲にわたって利用されている。中でも
医療用の超音波断層装置の最近の発展は目をみはるもの
がある。超音波断層装置は原理的にはノぐシスエコー法
を用いておシ、生体内へ送信された超音波パルスが生体
内部の音響インピーダンスの異なる境界で反射する現象
を利用して、この反射波(エコー)を受信していわゆる
Bモード法による断層像を表示するものでおる。
B. Prior art and its problems Ultrasonic d11] detection technology is currently used in a wide range of fields, including metal flaw detection, fish detection, and medical diagnosis. Among these, recent developments in medical ultrasonic tomography devices are remarkable. In principle, ultrasonic tomography devices use the noxious echo method, which takes advantage of the phenomenon that ultrasonic pulses transmitted into a living body are reflected at boundaries of different acoustic impedances inside the living body, and detects the reflected waves ( It receives echoes (echoes) and displays tomographic images using the so-called B-mode method.

従ってこのエコーには生体内部での超音波の減衰情報、
音響インピーダンス、音速等の情報が含まれているにも
かかわらず、現在、利用している情報はエコーの振幅の
みである。
Therefore, this echo contains information on the attenuation of ultrasound waves inside the living body.
Although information such as acoustic impedance and speed of sound is included, the only information currently being used is the amplitude of the echo.

具体的には、生体内の音速を一定と仮定し、生体内の超
音波伝播による減衰はいわゆるSTC回路(5ensi
tivity Time Control )あるいは
TGC回路(Time Ga1n Control )
と呼ばれる回路によって任意的に補正をしたエコー振幅
値で輝度変調を行ない、ブラウン管に断層像として表示
しているのみである。従って得られた断層像は、生体内
部の音響インピーダンスの不連続面の2次元的分布を定
性的に画像化しているにすぎず、必然的に生体組織の位
置や形に関する形態情報が、その利用の中心となってい
る。しかし生体組織の特性である超音波の減衷情−4等
の測定はなされていないのが現状である。
Specifically, assuming that the speed of sound in the living body is constant, the attenuation due to ultrasound propagation in the living body is measured using a so-called STC circuit (5-ensi
Tivity Time Control) or TGC circuit (Time Ga1n Control)
The image is simply displayed as a tomographic image on a cathode ray tube by performing brightness modulation using an echo amplitude value that has been arbitrarily corrected using a circuit called . Therefore, the obtained tomographic image is only a qualitative image of the two-dimensional distribution of acoustic impedance discontinuities inside the living body, and morphological information regarding the position and shape of the living tissue is inevitably used. It is the center of However, at present, measurement of ultrasonic attenuation level-4, etc., which is a characteristic of living tissue, has not been carried out.

生体組織の減衰情報を得ようとする試みがいくつか報告
されている(%公開5”6−57820゜特開昭57−
179745 、%開開57−550 )。
Several attempts to obtain attenuation information of biological tissue have been reported (%Publication 5"6-57820゜Unexamined Japanese Patent Publication No. 1983-1989)
179745, % opening 57-550).

しかしながら、これらの方法を実用化する場合には、測
定に使用する超音波探触子の送信音場の影響を考慮に入
れなければならない。すなわち、探触子から送波形成さ
れた音場はその伝播距離と共に変化し、例えば平面円形
振動子の送信音場は第1図(ト)のように近似的に作図
出来ることがよく知られている。すなわち、平面円形探
触子の開口D(直径)と超音波の波長λとの関連によっ
て近距離音場(フレネルゾーン)と遠距離音場(フラウ
ンホーファゾーン)全形成する。第1図の音場の中心軸
上の相対強度(最大強度I。で規格化した相対強度VI
 O、>は、第1図(B)のように変化することもよく
知られている(米国Academic Press社発
行のPhysicalPrinciples of U
LTRASONICDLAGNO8ISの第54負に記
載されている)。まだ送信音場の伝播距離による強度パ
ターンは第1図(C)のように複雑に変化している。従
って被測定物体からの受信信号をそのまま使用すれば、
(たとえどのような信号処理の方法を駆使したとしても
)前記した送信音場の影響を免れ々いことは明らかであ
ろうO このような送信音場の影響を除くために超音波探触子と
被測定物体の測定領域との距離を常に一定に保つように
して測定する方法が報告されている(4?開昭58−2
482’4)。しかしこの方法は探触子と被測定物体の
間に水等の媒質を必要するいわゆる水浸法と呼ばれるも
のであり、首だ前記距離を一定にするために探触子を測
定領域を変える毎に機械的に移動させる必要がある。従
って実用的観点からは、水浸法による操作の繁雑さ、探
触子移動のだめの機械装置の必要性、および不必要に長
い検査時間という欠点を有している。
However, when putting these methods into practical use, the influence of the transmitted sound field of the ultrasonic probe used for measurement must be taken into consideration. In other words, it is well known that the sound field formed by the wave transmitted from the probe changes with its propagation distance, and for example, the sound field transmitted by a planar circular vibrator can be approximately plotted as shown in Figure 1 (G). ing. That is, a near sound field (Fresnel zone) and a far sound field (Fraunhofer zone) are entirely formed by the relationship between the aperture D (diameter) of the planar circular probe and the wavelength λ of the ultrasonic wave. Figure 1: Relative intensity on the central axis of the sound field (relative intensity VI normalized by maximum intensity I)
It is well known that O,> changes as shown in Figure 1 (B) (Physical Principles of U published by Academic Press, USA).
LTRASONICDLAGNO8IS 54th negative). The intensity pattern depending on the propagation distance of the transmitted sound field still changes in a complicated manner as shown in FIG. 1(C). Therefore, if you use the received signal from the object to be measured as is,
It is clear that (no matter what signal processing method is used) the influence of the above-mentioned transmitting sound field cannot be avoided. A method has been reported in which the distance between the object and the measurement area of the object to be measured is always kept constant (4? 1987-2)
482'4). However, this method is a so-called water immersion method that requires a medium such as water between the probe and the object to be measured, and in order to maintain a constant distance between the probe and the object to be measured, the probe must be moved each time the measurement area is changed. need to be moved mechanically. Therefore, from a practical point of view, the water immersion method has the drawbacks of complicated operation, the need for mechanical equipment for moving the probe, and unnecessarily long testing time.

一方、送信音場の変化を較正(補正)するために基準媒
体からの各伝播距離(深度)の反射受信波を補正のため
の情報として予めメモリに記憶させ、被1+11定物体
からの反射受信波をその深度(距離)に対応する前記補
正情報で補正するという方法が報告されている(特開昭
58−55850)。その場合、問題は基準媒体として
何が適切かということである。この報告では水又は生理
食塩水を基準媒質とし、基準反射体としては球体あるい
はアルミニウム、シラスチック等の略平面体でその表面
が凹凸を有するもの等を用いると便利であると記載され
ているが、実際問題として具体的に何が理想的な基準媒
質であシ、丑た基準反射体であるか明確な答を得ること
は、今のところ難かしいと思われる。又実験での確認も
不明確である。
On the other hand, in order to calibrate (correct) changes in the transmitted sound field, the reflected received waves at each propagation distance (depth) from the reference medium are stored in advance as correction information in memory, and the reflected received waves from the 1+11 constant objects are A method has been reported in which waves are corrected using the correction information corresponding to their depth (distance) (Japanese Patent Laid-Open No. 58-55850). In that case, the question is what is appropriate as a reference medium. This report states that it is convenient to use water or physiological saline as the reference medium, and to use as the reference reflector a sphere or a substantially flat body made of aluminum, silastic, etc., with an uneven surface. As a practical matter, it seems difficult at present to obtain a clear answer as to what is specifically an ideal reference medium and what is an inferior reference reflector. Also, experimental confirmation is unclear.

ノIL準媒質による音場の補正については、他にも報告
がある( IEEE TRANSACTIONS ON
 5ONIC8AND ULTRASONIC8第30
巻第1号(1’983年1月)の第26〜36頁のMa
tthew O’Donne11の「Quantita
tive Volume 13ackscatter 
ImagingJ)。
There are other reports on sound field correction using IL quasi-medium (IEEE TRANSACTIONS ON
5ONIC8AND ULTRASONIC8 No. 30
Ma on pages 26-36 of Volume No. 1 (January 1'983)
tthew O'Donne11's "Quantita
tive Volume 13ack scatter
ImagingJ).

この報告では水中の平面板を基準媒質として使用し、各
深度の後方散乱波(受信波)のエネルギー変化と生体に
近いゼラチンファントムの表面付近からの受信波のエネ
ルギ変化を比較し、両者が良く合致しているとしている
。しかし正確に比較すると両者の間には違いがあり、確
かに補正を施さない場合に比べて音場の影響は少なくな
るが、定量性という面ではまだ問題を含んでいる。
In this report, we used an underwater flat plate as a reference medium and compared the energy changes of backscattered waves (received waves) at each depth with the energy changes of received waves from near the surface of a gelatin phantom, which is close to a living body. It is said that they match. However, when compared accurately, there are differences between the two, and although it is true that the influence of the sound field is less than when no correction is applied, there is still a problem in quantitative terms.

以上のように探触子の送信音場の影響を除くためいくつ
かの報告があるが、実用面あるいは定量性という面では
未だ満足すべき方法は提示されていないのが現状である
As mentioned above, there have been several reports on eliminating the influence of the sound field transmitted by the probe, but at present no method that is satisfactory from a practical or quantitative standpoint has yet been proposed.

■・ 発明の目的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、探触子の
送信音場に起因する受信波への影響、とくに、近距離音
場による影響を極力小さくするような超音波探触子を提
供することを目的とする。
■・ Purpose of the Invention The present invention eliminates the drawbacks of the prior art, and improves the ultrasonic technology that minimizes the influence of the transmitting sound field of the probe on the received waves, especially the influence of the near-field sound field. The purpose is to provide a sonic probe.

本発明によれば、超音波ノぐルスを被i++1+定物体
に送信し、被測定物体から反射された超音波エコー信号
を受信する超音波探触子は、電気信号と超音波信号との
相互変換を行なう電気音響変換材料を含む第1の層と、
第1の層の被測定物体に対向する面の側に設けられ、被
測定物体の平均音速よシ速い音速を有する媒質を含む第
2の層とを有する。
According to the present invention, an ultrasonic probe that transmits an ultrasonic noggle to an i++1+ constant object and receives an ultrasonic echo signal reflected from the object to be measured is capable of transmitting an a first layer comprising an electroacoustic transducing material that performs the transduction;
and a second layer that is provided on the side of the first layer facing the object to be measured and includes a medium having a sound speed higher than the average sound speed of the object to be measured.

第2の層は、超音波探触子から送信された超音波の近距
離音場を少なくとも含むような厚さを有する。
The second layer has a thickness such that it includes at least the near field of ultrasound transmitted from the ultrasound probe.

前記媒質の音響インピーダンスは、第1の層の音響イン
ピーダンスと被測定物体の音響インピーダンスとの中間
の値である。
The acoustic impedance of the medium is an intermediate value between the acoustic impedance of the first layer and the acoustic impedance of the object to be measured.

第2の層は、被測定物体の側およびこれと反対の側にそ
れぞれ1/4波長の音響整合層を有する。
The second layer has quarter wavelength acoustic matching layers on the side of the object to be measured and on the opposite side.

第2の層は、被測定物体の側およびこれと反対の側にそ
れぞれ音響インピーダンスがほぼ連続的に変化する音響
整合層を有する。
The second layer has an acoustic matching layer on the side of the object to be measured and on the side opposite thereto, the acoustic impedance of which changes substantially continuously.

前記媒質は、アルミニウム、ガラス、およびノユラムミ
ンからなる群から選択された少なくとも1つを含む。
The medium includes at least one selected from the group consisting of aluminum, glass, and noulammin.

■1発明の詳細な説明および作用 以下本発明を実施例によって詳細に説明する。■1 Detailed explanation and operation of the invention The present invention will be explained in detail below using examples.

第2図は、本発明の原理を示す図である。よく知られて
いるように近距離音場限界距離は、円形平板探触子10
の開口(直径)をD1被測定物体の波長をλとすれば、
近似的にD2/4λでめられる。その様子を第2図(4
)に示す。−例としていまD=10mで共振周波数f 
= 3 MHzの探触子で人体lを被測定物体とする場
合を考える。人体の平均音速をC8−1500rv/8
とすれば、波長はλo=co/ f =’0.5 wa
nとなシ、従ッテD2/4λ。−50+++mとなる。
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the present invention. As is well known, the near-field sound field limit distance is
If the aperture (diameter) is D1 and the wavelength of the object to be measured is λ, then
It can be approximated by D2/4λ. The situation is shown in Figure 2 (4
). -For example, if D=10m, the resonance frequency f
Consider the case where the human body l is the object to be measured using a = 3 MHz probe. The average sound speed of the human body is C8-1500rv/8
Then, the wavelength is λo=co/f='0.5 wa
n and nashi, follow D2/4λ. -50+++m.

つまシ人体10表面から50胡程度までは近距離音場と
なり、50間以降は遠距離音場となる。開口りが大きい
程、近距離音場の範囲は拡大する。また周波数fが高い
程、すなわち波長λが短い程、同じく近距離音場の範囲
は拡大し、人体1のより深い距離Xまで近距離音場が形
成されることになる。この関係を8−P L <解析し
たのが第3図のグラフである。
The distance from the surface of the human body 10 to about 50 degrees is a near-field sound field, and the distance after 50 degrees is a far-field sound field. The larger the aperture, the wider the range of the near field. Furthermore, the higher the frequency f, that is, the shorter the wavelength λ, the wider the range of the near-field sound field, and the near-field sound field is formed to a deeper distance X of the human body 1. The graph in FIG. 3 is an analysis of this relationship.

現在、人体に対して使用されている超音波診断装置の探
触子の開口は10〜20咽、周波数は2〜5 MHzが
その中心である。腹部を対象として考えると、生体表面
からの診断距離は160〜200■の深匿まで必要とな
っている。従ってこの条件では殆ど近距離音場しか使用
していないことが第3図よシ明らかである。
Currently, the aperture of the probe of an ultrasonic diagnostic apparatus used for the human body is 10 to 20 mm, and the frequency is mainly 2 to 5 MHz. When considering the abdomen as a target, the diagnostic distance from the surface of the living body is required to be as deep as 160 to 200 cm. Therefore, it is clear from FIG. 3 that under this condition, almost only the near-field sound field is used.

複雑な音場パターンを有する近距離音場の範囲を生体中
で縮少するだめには D2/4λを小さくすることが必
要である。例えば、D2/4λを20順以下とするため
には、第3図よシ開口りを6叫以下とすればよい。しか
し第4図かられかるように、開口が小さくなると、遠距
離音場での近似的なビーム幅2xλ/Dが犬きぐなシ、
方位分解能が劣化するという問題が生じてくる。
In order to reduce the range of a near-field sound field with a complex sound field pattern within a living body, it is necessary to reduce D2/4λ. For example, in order to set D2/4λ to 20 or less, the aperture may be set to 6 or less as shown in FIG. However, as shown in Figure 4, when the aperture becomes smaller, the approximate beam width 2xλ/D in the far sound field becomes
A problem arises in that the azimuth resolution deteriorates.

つまシ、近距離音場限界距離D2/4λを小さくするた
めには、開口りを小さくしλを長くすればよいが、一方
遠距離音場でのビーム幅2・(λ/b)・Xを小さくす
るためには開口りを大きくしλを短くすればよいことが
理解出来る。結局この2つの要件は互いに矛盾した関係
となっている。
In order to reduce the near-field sound field limit distance D2/4λ, the aperture can be made smaller and λ longer. However, on the other hand, the beam width in the far-field sound field is 2・(λ/b)・X It can be understood that in order to reduce λ, the aperture should be made larger and λ should be made shorter. Ultimately, these two requirements are in a mutually contradictory relationship.

この矛盾を解決するだめの方法を第2図(B)を参照し
て説明する。生体1と探触子100間に生体の平均音速
C8よシ速い音速Cを有する媒質20を設定する。仮に
C=m−Co(m)1’)の関係にあるとする。いまm
 = 2を例として考えると、近距離音場限界距離D2
/4λは、λ−C/f = 2・λ0となるので、生体
1に比べてこの距離は強に短縮される。前記の例で50
Wonが25閣になるというわけである。従って媒質2
0の厚さをこの距離よシ少し長くしておけば、生体1の
表面近傍から遠距離音場を形成することができる。
A method for resolving this contradiction will be explained with reference to FIG. 2(B). A medium 20 having a sound speed C higher than the average sound speed C8 of the living body is set between the living body 1 and the probe 100. Assume that there is a relationship of C=m-Co(m)1'). Now m
= 2 as an example, the near sound field limit distance D2
/4λ is λ-C/f = 2·λ0, so this distance is strongly shortened compared to living body 1. 50 in the above example
This means that Won will have 25 cabinets. Therefore, medium 2
If the thickness of the 0 is made slightly longer than this distance, a long-distance sound field can be formed from near the surface of the living body 1.

従って生体の平均音速C6に比べて速い音速Cを有する
媒質zOを探触子10と生体1との中間に音響的に接続
することで、近距離音iyj限界距離を短縮する゛こと
が出来、遠距離音場を実質的に被測定物体である生体l
の中に形成することが出来るわけである□ 次に第5図の実施例について詳細な説明を行う。第5図
は、既に説明した原理に基づいて構成された超音波探触
子30を示す断面図である。
Therefore, by acoustically connecting a medium zO having a sound speed C higher than the average sound speed C6 of the living body between the probe 10 and the living body 1, it is possible to shorten the critical distance for short-range sound iyj. A living body that is the object to be measured in a far-field sound field
□ Next, the embodiment shown in FIG. 5 will be described in detail. FIG. 5 is a sectional view showing an ultrasonic probe 30 constructed based on the principle already explained.

超音波振動子10は、よく知られたセラミック系のPZ
T等の圧電材料で6D、その後方に音響バッキング材2
が固着されている。またその前方には、生体lよシも音
速の速い近距離音場圧縮用の媒質20が設けられ、その
両生面には各各課質20および生体lに対する音響整合
層4および6が形成されている。
The ultrasonic transducer 10 is made of well-known ceramic PZ.
6D made of piezoelectric material such as T, acoustic backing material 2 behind it
is fixed. Further, in front of it, there is provided a medium 20 for short-range sound field compression where the speed of sound is higher than that of the living body, and acoustic matching layers 4 and 6 for each of the lamina 20 and the living body are formed on the amphibious surface of the medium 20. There is.

介挿媒質20に必要な条件は、(1)音、tcが被測定
物体1の平均音速C6よシも充分に速いこと。
The conditions necessary for the intervening medium 20 are: (1) the sound, tc, is sufficiently faster than the average sound speed C6 of the object to be measured 1;

(2)超音波の減衰が小さいこと、(3)音響インピー
ダンスが振動子IOと被測定物体1のほぼ中間であるこ
と、(4)なるべく密度が小さいこと2等である。これ
らの条件を満足する材質としては、アルミニウム、ガラ
ス、ジュラルミン等があシ、それらの特性を下記の表に
示す。
(2) the attenuation of ultrasonic waves is small; (3) the acoustic impedance is approximately midway between that of the transducer IO and the object to be measured 1; and (4) the density is as small as possible. Examples of materials that satisfy these conditions include aluminum, glass, and duralumin, and their properties are shown in the table below.

これらの材料のうちアルミニウムは好ましい例である。Among these materials, aluminum is a preferred example.

アルミニウムの音速は6,4.20 nV″sで生体の
平均音速1.500 %’8に比べて約4.;3倍でお
る。振動子IOが全体として円形平板である場合、その
直径(開口) D = 13 ttrm 、周波数f=
3問(2とすると、従来の探触子では近距離音場限界距
離は84.5’amであるが、本発明の原理に従って構
成しだ探触子30の場合、媒質20の厚みをこの値の4
.3分の、1以上、すなわち約20閣以上にすれば、生
体1の表面より深部には、実質的に遠距離音場が形成さ
れることになる。
The sound velocity of aluminum is 6.4.20 nV"s, which is about 4.3 times the average sound velocity of a living body, which is 1.500%'8. If the transducer IO is a circular plate as a whole, its diameter ( aperture) D = 13 ttrm, frequency f =
Question 3 (Assuming 2, in the conventional probe, the near field limit distance is 84.5'am, but in the case of the probe 30 constructed according to the principles of the present invention, the thickness of the medium 20 is 84.5'am. value 4
.. If it is one-third or more, that is, about 20 degrees or more, a long-distance sound field will be substantially formed deeper than the surface of the living body 1.

さて音響整合層4および6は探触子30全体の感度向上
、応答性の改良のために用いられる、いわゆる174波
長整合層である。
Now, the acoustic matching layers 4 and 6 are so-called 174 wavelength matching layers used to improve the sensitivity and response of the probe 30 as a whole.

振動子10の音響インピーダンスを約30X105(9
/cm2. s )とすると、媒質20がアルミニウム
の場合、その音響インピーダンスは17.3X10であ
るので、音響整合層4の音響インピーダンスは19〜2
2が好ましい。又、音響整合層6の音響インピーダンス
は生体1のそれを1.5刈05とすると4〜6にするこ
とが好ましい。
The acoustic impedance of the vibrator 10 is approximately 30×105 (9
/cm2. s), when the medium 20 is aluminum, its acoustic impedance is 17.3X10, so the acoustic impedance of the acoustic matching layer 4 is 19~2
2 is preferred. Furthermore, the acoustic impedance of the acoustic matching layer 6 is preferably 4 to 6, assuming that of the living body 1 to be 1.505.

これらの音響インピーダンスの値は、日本超音波医学会
第41回講演論文集第89頁の4l−PC−91’−2
重整合層型超音波プローブ特性の検討」に記載されてい
る方法で、容易に算出することが可能である。更に、好
ましくは、媒質2002つの境界45および56での多
重反射を極力少なくするだめに、音響整合層4および6
を各々音響インピーダンスが30〜17.3および17
.3〜1.5までX方向にほぼ連続的に変化するように
形成する。整合層4および6は特開昭5 /1.−21
082にも記載しであるような方法、すなわち、エポキ
シにタングステン粉を混入する方法で、製作することか
可能である。
These acoustic impedance values are given in 4l-PC-91'-2 on page 89 of the 41st lecture proceedings of the Japanese Society of Ultrasonics in Medicine.
It can be easily calculated using the method described in ``Study of characteristics of multilayered ultrasonic probe''. Furthermore, acoustic matching layers 4 and 6 are preferably provided in order to minimize multiple reflections at the two boundaries 45 and 56 of the medium 200.
The acoustic impedance is 30 to 17.3 and 17, respectively.
.. It is formed so that it changes almost continuously in the X direction from 3 to 1.5. Matching layers 4 and 6 are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1985/1. -21
It is possible to manufacture it by the method described in 082, that is, by mixing tungsten powder into epoxy.

振動子が高分子系(PVDF −、ff リッツ化ビニ
ルデン等)あるいは高分子系と無機物の複合物のように
音響インピーダンスの低い場合にも、このように連続的
に音響インピーダンスの変化する整合層が有効である。
Even when the resonator has a low acoustic impedance, such as a polymer system (PVDF-, FF vinyldene litz, etc.) or a composite of a polymer system and an inorganic material, a matching layer with continuously changing acoustic impedance can be used. It is valid.

次に第6A図および第6B図の実施例について詳細な説
明を行う。第6B図は第5図に示した超音波探触子30
を(史用した場合の超音波測定装置の実施例を示す。点
線枠内200(データ補正部)を除いては従来のパルス
エコー法によるBモード装置の構成と同様である。第6
A図は、従来のパルスエコー法によるBモード装置の構
成であり、概略の動作は以下の通シである。
Next, the embodiment shown in FIGS. 6A and 6B will be described in detail. Figure 6B shows the ultrasonic probe 30 shown in Figure 5.
An example of an ultrasonic measuring device in the case of using (history) is shown.The configuration is the same as that of a B-mode device using the conventional pulse echo method except for the part 200 (data correction section) within the dotted line frame.
Figure A shows the configuration of a B-mode device using the conventional pulse echo method, and its operation is generally as follows.

被検体1に設定する探触子30は、走査部40によって
その表面上を方位方向に垂直に走査される。探触子30
には、図示のように送信回路22および受信回路50が
接続され、前者はコントロール回路140の制御の下に
探触子30を介して超音波を送信し、後者は被検体lの
内部から反射したエコーを受信する。
The probe 30 set on the subject 1 is scanned by the scanning unit 40 on its surface perpendicularly to the azimuth direction. Probe 30
A transmitter circuit 22 and a receiver circuit 50 are connected as shown in the figure, the former transmits ultrasonic waves through the probe 30 under the control of the control circuit 140, and the latter transmits ultrasonic waves reflected from inside the subject l. receive echoes.

受信したエコー信号は、対数増幅器60によって対数増
幅され、、 STC回路70によって、いわゆるSTC
補正を受ける。これは、検波回路80によって検波され
、ディノタル信号に変換されてメモリ90に蓄A責され
る。メモリ90に蓄債されたエコーデータは、たとえば
CI岬などを有する表示電工30に、いわゆるBモード
エコー像として表示される。
The received echo signal is logarithmically amplified by a logarithmic amplifier 60, and is converted into a so-called STC signal by an STC circuit 70.
Receive correction. This is detected by the detection circuit 80, converted into a digital signal, and stored in the memory 90. The echo data stored in the memory 90 is displayed as a so-called B-mode echo image on the display electrician 30 having, for example, a CI cape.

第6B図ではデータ補正部200は、補正演算を行なう
補正回路iooと、補正データをあらかじめ格納してお
く補正データ用メモリ110と、被検体1の音響特性を
算出する演算を行なう演算回路120とからなる。この
データ補正部200は、介挿媒質20の境界45および
56によって超音波が多重反射することによる受信信号
への影響を除去する補正を行なう。以下、これについて
詳述する。
In FIG. 6B, the data correction unit 200 includes a correction circuit ioo that performs correction calculations, a correction data memory 110 that stores correction data in advance, and an arithmetic circuit 120 that performs calculations to calculate the acoustic characteristics of the subject 1. Consisting of The data correction unit 200 performs correction to remove the influence on the received signal due to multiple reflections of the ultrasonic waves by the boundaries 45 and 56 of the intervening medium 20. This will be explained in detail below.

既に、第5図の探触子30の実施例で説明したように、
近距離音場圧縮用の媒質20の境界45および56での
反射波を極力小さくするために、音#整合層4および6
を設けた。しかしながら、境界45および56での反射
波がわずかでも残っていると、被測定物体1からの測定
すべきエコー信号に不要な多重反射波として混入する恐
れがある。第7図にはこの境界での多重反射の様子を概
念的に示している。参照/Ir1−+;。
As already explained in the embodiment of the probe 30 in FIG.
In order to minimize the reflected waves at the boundaries 45 and 56 of the medium 20 for short-range sound field compression, the sound #matching layers 4 and 6 are
has been established. However, if even a small amount of reflected waves from the boundaries 45 and 56 remain, there is a risk that they will be mixed into the echo signal to be measured from the object 1 as unnecessary multiple reflected waves. FIG. 7 conceptually shows the state of multiple reflections at this boundary. Reference/Ir1-+;.

1000.2000.3000および4000がこれら
の多重反射波の例である。これらエコー(n号と多重反
射波との関係を第8図に示す。
1000.2000.3000 and 4000 are examples of these multiple reflected waves. The relationship between these echoes (number n) and multiple reflected waves is shown in FIG.

第8図(Nの500は送信回路22から探触子30に印
加される駆動波形である。第8図(B)には前記の理由
で発生した多重反射波1000 。
FIG. 8 (N 500 is a driving waveform applied from the transmitting circuit 22 to the probe 30. FIG. 8(B) shows a multiple reflected wave 1000 generated for the above-mentioned reason.

2000.3000および4000が示されている。2000.3000 and 4000 are shown.

多重反射の性格土、各々の波の間隔はすべて等間隔とな
っている。第8図(C)は被測定物体1からのエコー信
号列を示したもので、振動子1゜と被測定物体lの間の
媒質20および音v’に金層4,6を往復伝播する時間
だけ、駆動時刻510に対して遅れた時刻520よシェ
コー信号列が振動子10に受波され始める。従って6H
+)定対象のエコー信号に不要な多重反射波として混入
するものは、第2反射波2000以降の反射波となるわ
けである。
Due to the nature of multiple reflections, the intervals between each wave are all equal. FIG. 8(C) shows an echo signal train from the object to be measured 1, which propagates back and forth through the gold layers 4 and 6 in the medium 20 and sound v' between the vibrator 1° and the object to be measured l. The Sheco signal train begins to be received by the vibrator 10 at time 520, which is delayed from the driving time 510 by a certain amount of time. Therefore 6H
+) What is mixed into the target echo signal as unnecessary multiple reflected waves becomes the second reflected wave 2000 and subsequent reflected waves.

これらの反射波は、第9図に示した方法で予め測定して
おくことが出来る。すなわち第9図(4)に示したよう
な無響槽400に第6A図または第6B図の装置の探触
子30を音響的に接続する。この場合媒質aOOは被測
定物体1と音響インピーダンスの実質的に同じ物質、例
えば被d111定物体lが人体の場合脱気水あるいは生
理食塩水が適切である。この槽400へ送信された超音
波は再び探触子30へ戻ってとないよう、槽400の内
面にはすべて凹凸の吸収体402が設けである。
These reflected waves can be measured in advance by the method shown in FIG. That is, the probe 30 of the apparatus shown in FIG. 6A or 6B is acoustically connected to an anechoic chamber 400 as shown in FIG. 9(4). In this case, the medium aOO is suitably a substance having substantially the same acoustic impedance as the object to be measured 1, for example, if the object d111 to be measured l is a human body, degassed water or physiological saline is suitable. In order to prevent the ultrasonic waves transmitted to this tank 400 from returning to the probe 30 again, the entire inner surface of the tank 400 is provided with an absorber 402 having irregularities.

また、第9図(B)のように人体と同じ音響インピーダ
ンスをもつシリコーン・ゴム等の減衰媒質600に探触
子30を音響的に接続し、シリコーン・コゝムロ00の
底面610からの反射波が再び探触子30へ戻って来な
いようにシリコーン・コゞムロ00の厚さを充分に厚く
シ、この底面反射波を充分に減衰するか、あるいは底面
610を第9図(〜の吸収体402のような形状にして
おいてもよい。このような条件の元で前記反射波を測定
し、これらの信号をすべて第6B図の補正データ用メモ
リ110に記憶させる。
In addition, as shown in FIG. 9(B), the probe 30 is acoustically connected to an attenuation medium 600 such as silicone rubber that has the same acoustic impedance as the human body, and the reflection from the bottom surface 610 of the silicone COMRO 00 is measured. To prevent the waves from returning to the probe 30, make the thickness of the silicone COMRO 00 sufficiently thick to sufficiently attenuate the waves reflected from the bottom surface, or alternatively, make the bottom surface 610 as shown in FIG. It may be shaped like an absorber 402.The reflected waves are measured under these conditions, and all these signals are stored in the correction data memory 110 shown in FIG. 6B.

第6B図の補正回路iooでは、受信回路50の出力信
号からメモリ110に予め記憶させられている不要な反
射波信号を差し引き対数増巾回路60へ入力することで
、多重反射波1000などの混入を除去することが出来
る。
In the correction circuit ioo of FIG. 6B, by subtracting unnecessary reflected wave signals stored in advance in the memory 110 from the output signal of the receiving circuit 50 and inputting them to the logarithmic amplification circuit 60, multiple reflected waves such as 1000 are mixed. can be removed.

以上のように、近距離音場を圧縮した探触子30を使用
することで、被測定物体1に実質的に遠距離音場を形成
することが出来る。遠距離音場はよく知られているよう
に球面波を形成し、近距離音場のように複雑な干渉によ
る音場を形成することがない。よって特開昭58−55
850で報告されているような基準媒体によシ送信音場
を補正(較正)する方法等を使用した場合にも、較正の
精度は従来に比べて向上されるものと推測される。この
較正は、第6B図の較正データ用メモリ110からの入
力によって補正回路100で実行される。演算回路12
0では、被測定物体1の音響特性(例えば減衰係数)を
測定するだめの演算が行われる。なおエコー信号が境界
45″!、たは56で多重反射することもあシうるが、
これは無視出来る程小さなものと考える。
As described above, by using the probe 30 that compresses the near-field sound field, it is possible to substantially form a far-field sound field in the object to be measured 1. As is well known, the far sound field forms spherical waves, and unlike the near field, it does not form a sound field due to complex interference. Therefore, JP-A-58-55
Even when a method of correcting (calibrating) the transmitted sound field using a reference medium as reported in 850 is used, it is presumed that the accuracy of calibration will be improved compared to the conventional method. This calibration is performed in correction circuit 100 with input from calibration data memory 110 of FIG. 6B. Arithmetic circuit 12
When the value is 0, calculations for measuring the acoustic characteristics (for example, the attenuation coefficient) of the object 1 to be measured are performed. It is also possible that the echo signal undergoes multiple reflections at the boundary 45''! or 56, but
I think this is so small that it can be ignored.

■1発明の具体的効果 以上のように、本発明によれば超音波探触子から送信さ
れる近距離音場を圧縮し、被測定物体中に方位分解能を
劣化させることなく、実質的に遠距離音場を形成させる
ことが出来る。従って探触子の送信音場、とぐに複雑な
音場特性を有する近距離音場による受信波への悪影響を
除去することが出来る。
■1 Specific Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the near-field sound field transmitted from the ultrasonic probe can be compressed, and the near-field sound field transmitted from the ultrasonic probe can be compressed into the object to be measured without deteriorating the azimuth resolution. A far-field sound field can be created. Therefore, it is possible to eliminate the adverse effects on the received waves caused by the transmitting sound field of the probe and the near-field sound field having complicated sound field characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第4図は、本発明の詳細な説明するための
説明図、 第5図は本づこ明の原理に従って実現された超音波探触
子の実施例を示す断面図、 第6A図および第6B図は、第5図に示す超音波探触子
を使用した超音波測定装置の実施例を示すブロック図、 抛7図ないし第9図は、第5図に示す超音波探触子にお
いて生ずる多重反射の影響の除去を説明するだめの説明
図である。 主要部分の符号の説明 4.6・・・音響整合層 10 ・・・超音波振動子 20 ・・・介挿媒質 30 ・・・超音波探触子 90 ・・メモリ 100・・・補正回路 110・・・補正データ用メモリ 120・・・演算回路 iao・・・表示部 140・・・コントロール回路 200・・・データ補正部 400 ・・・ 無響イ曹 600・・・減衰媒質 特許出願人 テルモ株式会社Fし旨 パ1 代理人 香取孝雄−9−11 特開昭GO−188842(7) n開時GO−188842(8) 1鴇昭Go−188842(9) −265−
1 to 4 are explanatory diagrams for explaining the present invention in detail; FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of an ultrasonic probe realized according to Akira Honzuko's principle; and FIG. 6A. 6B is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic measuring device using the ultrasonic probe shown in FIG. 5, and FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the removal of the influence of multiple reflections that occur in FIG. Explanation of symbols for main parts 4.6 Acoustic matching layer 10 Ultrasonic transducer 20 Intervening medium 30 Ultrasonic probe 90 Memory 100 Correction circuit 110 . . . Memory for correction data 120 . F Shishima Co., Ltd. Agent Takao Katori-9-11 Tokukai Sho GO-188842 (7) n Kaiji GO-188842 (8) 1 Toki Sho Go-188842 (9) -265-

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 超音波パルスを被測定物体に送信し、該被測定物
体から反射された超音波エコー信号を受信する超音波探
触子において、該超音波探触子は、 電気信号と超音波信号との相互変換を行なう電気音響変
換拐科を含む第1の層と、 第1の層の前記被測定物体に対向する而の側に設けられ
、該被測定物体の平均音速よシ速い音速を有する媒質を
含む第2の層とを有することを特徴とする超音波探触子
。 2、第2の層は、該超音波探触子から送信された超音波
の近距離音場を少々くとも含むような厚さを有すること
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
。 3、前記媒質の音響インピーダンスは、第1の層の音響
インピーダンスと被測定物体の音響インピーダンスとの
中間の値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0 4、第2の層は、前記被測定物体の側およびこれと反対
の側にそれぞれ1/4波畏の音#整合層を有することを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波探触子。 5、第2の層は、前記被測定物体の側およびこれと反対
の側にそれぞれ音響インピーダンスがほぼ連続的に変化
する音響整合層を有す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。 6、前記媒質がアルミニウム、ガラス、およびツユラミ
ンからなる群から選択された少なくとも1つを含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第2項または第3項に記載
の超音波探触子。
[Claims] 1. An ultrasonic probe that transmits an ultrasonic pulse to an object to be measured and receives an ultrasonic echo signal reflected from the object, the ultrasonic probe comprising: a first layer including an electroacoustic transducer for mutually converting a signal and an ultrasonic signal; and a first layer provided on the side of the first layer facing the object to be measured, the average sound velocity of the object to be measured. An ultrasonic probe comprising: a second layer containing a medium having a high sound speed; 2. The second layer has a thickness such that it includes at least a small near-field sound field of the ultrasound transmitted from the ultrasound probe, as set forth in claim 1. Ultrasonic probe. 3. The ultrasound probe according to claim 1, wherein the acoustic impedance of the medium is an intermediate value between the acoustic impedance of the first layer and the acoustic impedance of the object to be measured. 4. The ultrasonic wave according to claim 1, wherein the second layer has a 1/4 wave sound # matching layer on the side of the object to be measured and on the opposite side, respectively. probe. 5. The second layer has an acoustic matching layer on the side of the object to be measured and on the opposite side thereof, the acoustic impedance of which changes almost continuously. Ultrasonic probe. 6. The ultrasonic probe according to claim 2 or 3, wherein the medium includes at least one selected from the group consisting of aluminum, glass, and thulamine.
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