JPS6052823B2 - 超音波診断装置用プロ−ブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子走査形の超音波診断装置用プローブに係り
、特にシリコーンゴムからなる超音波集束体により電気
−音響変換器列の配列方向と直交する方向においても超
音波ビームを集束させ得るようにしたプローブに関する
。

従来一般に使用されている超音波診断装置用プローブは
、第１図に示すように保持体１上に圧電振動子からなる
電気一音響変換器エレメントを多数並設して変換器列２
とし、その上に外表面が平面をなす一定の厚さのコーテ
ィング層３を形成し、その表面を生体に接触させる構造
となつている。

なお、４は各電気−音響変換器エレメントに駆動パルス
を供給したり、受信パルスを取出したりするためのリー
ド線でケーブル５に接続されており、またプローブ全体
はコーティング３の外表面が露出するようにケース６内
に収納されている。上記構成において、電気−音響変換
器列２の全部あるいは連続する数個のエレメントが同時
に駆動されると、その駆動されたエレメントの外表面に
垂直な方向に超音波ビームが放射される。

そこで各エレメントを特定の時間差をもつて駆動すると
、超音波ビームは変換器列２の外表面に対し特定の方向
へ向けることができ、その方向を電子的にコントロール
することにより、変換器列２の配列方向を含む変換器列
２の表面に垂直な面にの面を以後走査面という）内で超
音波ビームを扇型に走査させることができる。この走査
方法はセクタ電子スキャンと呼ばれ、従来一般に行なわ
れている。一方、同時駆動される複数個の変換器エレメ
ントを順次１個ずつずらせて駆動するようにすると、超
音波ビームは走査面内でエレメント１個分ずつ並行移動
するが、この走査方法はリニア電子スキャンと呼ばれる
。これらの方法においては、同時駆動仝れる複数個のエ
レメント間にさらに特定の時間差を与えることによつて
、超音波ビームを走査面内で電子的に集束させることが
できる。ところが、変換器列２の配列方向と直交する面
、すなわち変換器列２の外表面および走査面の両方に垂
直な面内においては、電子的コントロールによつては集
束効果をもたらすことはできない。

そこで変換器列３自体の外表面をその配列方向と直交す
る断面で凹状となるように形成したり、あるいは変換器
列２の前面に音速が生体中の音速より速い材料からなる
凹面を有する超音波集束体を配置する方法が考えられて
いる。しかしながらこれらのものでは、プローブ表面が
凹面となりプローブ表面と生体との接触がなめらかでな
くなるため、これらの間に空気が入り込み超音波の伝達
が著しく妨げられる結果となる。また上記のような集束
効果をもたないプローブ表面が平坦な−ものでも、プロ
ーブを移動させた際生体−プローブ表面間に空気が入り
込むことがある。本発明の目的は電気一音響変換器列の
配列方向と直交する面内において超音波ビームを集束さ
せることができ、しかも生体との接触がなめらかで＝生
体との間に空気が入り込みにくい超音波診断装置用プロ
ーブを提供するにある。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第２図は本発明の一実施例による超音波診断装こ置用プ
ローブを示したもので、同図ａはプローブ先端部分の斜
視図、ｂは電気一音響変換器列の配列方向と直交する方
向に沿う断面図、ｃはｂを拡大して示す断面図である。

このプローブは保持体１１上に従来と同様に電気一音響
変換器列１２を５並設し、その上に表面が平坦な一定の
厚さの薄いコーティング層１３をを形成した後、さらに
その上にシリコンゴムからなる超音波集束体１４を固着
形成したものである。この超音波集束体１４は図から明
らかなように、電気一音響変換器列１２４上のコーティ
ング層１３に対する接触面は平坦となつているが、外表
面は変換器列１２の配列方向と直交する断面で外方に膨
出するようにほぼ円弧状に形成されており、変換器列１
２の配列方向で同一形状を保つている。すなわち、超音
波集束体１４は変換器列１２の配列方向と直交する方向
において肉厚が中心部で最も厚く、端部に近づくにつれ
て薄くなる形状をなしている。以上のように構成した場
合、シリコーンゴム中の音速は約１０００ｒｒ１／ｓ（
シリコーンゴムの比重は約１．０〜１．５）であり、生
体中の音速１５００ｎ１／ｓ（生体の比重は約１．０）
より遅いから、超音波集束体１４を上記のような形状と
すると、変換器列１・２の配列方向と直交する方向で超
音波ビームは集束する。

超音波集束体１４についてさらに説明を加えると、第２
図ｃで超音波ビームを変換器列１２の外表面に垂直で、
かつ超音波集束体１４の変換器列１２配列方向と直交す
る方向での中心位置を通る線上の点Ｆで集束させるため
には、次式を満足するように超音波集束体１４の変換器
列１２配列方向と直交する方向における中心位置と両端
との厚さの差ｄを定めればよい。

ここで、Ｃは生体中の音速、Ｃ１はシリコーンゴム中の
音速、ｘは超音波集束体１４の上記中心位置と点Ｆとの
間の距離（焦点距離）、ａは超音波集束体１４の上記中
心位置と両端との間の距離（変換器列１２の実効幅の１
１２とほぼ等しい）である。

ｄくＸとして（１）式からｄを求めると、そして、前述
したようにＣ＝１５００ｒｎ／Ｓ．．Ｃｌ＝１０００ｒ
ｎ／ｓとすれば、となる。

一例としてｘ＝５０Ｑ１ａ＝７１ｎとすれば、（３）式
よりｄ＋１？となる。ここで、シリコーンゴムの吸収係
数は２ｒ！ＩＨＺで約１ｄＢ／１８！であるから、上記
の場合超音波集束体１４による超音波の吸収減衰は、超
音波周波数を洲Ｈｚとしたとして、送受波総合で約ＡＢ
となりほとんど問題とならない。さらに、超音波集束体
１４のシリコンゴム材料として、音響インピーダンスが
生体とほぼ等しい材料を使用すると、音響レンズで通常
問題となるレンズ面と生体との境界からの超音波ビーム
の反射もなくすことができる。

以上の実施例から明らかなように、本発明によれば超音
波集束体１４を設けたことによつて、電気一音響変換器
列１２の配列方向と直交する方向において、所望する任
意の距離に超音波ビームを集束させることができ、方位
分解能の向上を図ることができる。

しかも、プローブ表面となる超音波集束体１４の外表面
はほぼ円弧状に膨出し凸面となつており、生体に対しな
めらかに密着性よく接触させることができるので、生体
との間に空気が入り込みにくくなる。この場合、プロー
ブ表面と生体との間にペーストなどを介在させれば、よ
り密着性がよりよくなり気泡などを排除する作用をもつ
ので、空気はさらに入り込みにくくなる。したがつて、
プローブ表面を凹面あるいは平面とした従来のものに比
し、プローブ表面と生体との間における超音波ビームの
減衰をほとんどなくすことができる。また、シリコーン
ゴムは安定であるため、生体に接触させても害がなく、
ペーストなどから音響−電気変換器を保護するモールド
としても同時に役立ち、さらに弾力性をもつためプロー
ブ表面に対して多少の衝激が加えられたような場合でも
、それを緩和して音響一電気変換器を保護する役割も果
たす。

また、シリコーンゴムは電気的にはすぐれた絶縁性をも
つため、電気的漏洩を完全に防止できる効果もある。さ
らに、シリコーンゴムによる超音波集束体は成型が容易
であり、したがつて製造が容易である。なお、コーティ
ング層１３は短い超音波パルスを効率よく発射しかつ受
信するために音響インピーダンスが電気一音響変換器の
それとシリコーンのそれとの中間の値のものを用いるこ
とが望ましいが、このコーティング層１３は本発明では
必ずしも必要なものではない。また、本発明によるプロ
ーブは送波用のみ、受波用のみあるいは送受波兼用とし
て使用できることはいうまでもない。ところで、電気一
音響変換器エレメントとして用いられる圧電振動子には
矩形状のものと円板状のものとがあり、一般には矩形状
のものが用いられるが、矩形振動子による音場のサイド
ローブは円板振動子による音場のサイドローブより大き
くなる。

それは円板振動子ではその中心より外側に行くにつれて
実効的に振動子の幅が狭くなつて、放射される音響パワ
ーが減少するためである。すなわち、一般に振動子から
放射される音響パワーを中心より外側に行くにつれて小
さくすると、サイドローブは減少するのであるが、矩形
振動子は幅が一様であるため、音響パワーの分布も一様
となる。したがつて、前記のような形状の超音波集束体
１４を電気一音響変換器列１２上に配置すると、超音波
集束体１４による超音波の吸収減衰は、変換器列１２の
配列方向と直交する方向における中心位置で最も大きく
、端部に行くにつれて小さくなるため、さらに中心部で
の音響パワーが減少し、サイドローブが増大する結果と
なる。第３図Ａ，ｂ，ｃは上記のような問題点を改善す
るようにした本発明の実施例を示したもので、各電気一
音響変換器エレメントの表面に、変換器列１２配列方向
と直交する方向（エレメントの長手方向）における両端
部近傍で互いに分離するように一対の電極１５ａ，１５
ｂを形成したものである。このようにすると、変換器エ
レメントは電極１５ａ，１５ｂが分離された端部近傍の
部分では電界がかからないため振動が多少抑えられ、中
心部がより強く振動するので、サイドローブの発生を軽
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の超音波診断装置用プローブの・変換器
列配列方向に沿う断面図、同図ｂは上記配列方向と直交
する方向に沿う断面図、第２図ａは本発明の一実施例に
係る超音波診断装置用プローブの外観を示す斜視図、同
図ｂは同プローブの変換器列配列方向と直交する方向に
沿う断面図、同；図ｃは同図ｂを拡大して示す断面図、
第３図ａ〜ｃはそれぞれ本発明の他の実施例を示す変換
器列配列方向と直交する方向に沿う断面図である。 １１・・・・・・保持台、１２・・・・・・電気一音響
変換器列、１３・・・・・・コーティング層、１４・・
・・・・超音波集）束体、１５ａ，１５ｂ・・・・・・
電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 保持体と、この保持体上に並設された電気−音響変
   換器列と、この変換器列上に固着され外表面が上記変換
   器列の配列方向と直交する断面で外方に膨出するように
   ほぼ円弧状に形成されたシリコーンゴムからなる超音波
   集束体とを具備したことを特徴とする超音波診断装置用
   プローブ。 ２ シリコーンゴムからなる超音波集束体の電気−音響
   変換器列配列方向と直交する方向における中心位置およ
   び両端での厚さの差を約ａ＾２／Ｘ（ただしａは超音波
   集束体の上記中心位置と両端との間の距離、Ｘは希望す
   る焦点距離）に設定したことを特徴とする請求の範囲第
   １項記載のプローブ。 ３ 超音波集束体を構成するシリコーンゴムとして音響
   インピーダンスが生体とほぼ等しい材料を用いたことを
   特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載のプロー
   ブ。 ４ 電気−音響変換器列の各変換器エレメントはその表
   面に電気−音響変換器列配列方向と直交する方向におけ
   る両端部近傍で互いに分離するように一対の電極が形成
   されたものであることを特徴とする請求の範囲第１項記
   載のプローブ。