JPS6290141A - 超音波診断装置用プロ−ブ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 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
。

（従来の技術） 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３図に示すように保持体１上に圧電振動子からなる
電気−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
となっている。

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の外表面か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
差をもって駆動すると、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（この面を以
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・１１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
、同時駆動される１（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って、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。

（発明が解決しようとする問題点） 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っては集束効果を
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結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
ーブ表面間に空気か入り込むことがある。

さらに別な問題として、電気−音響変換器エレメントと
じ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
の幅が狭くなって、放射される音響パワーが減少するた
めである。上述した超音波集束体を検討する場合、この
サイドローブの問題も考慮する必要がある。

本発明は上述の事情に鑑みて成されたものであり、その
目的とする所は電気−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、
且つ生体との接触がなめらかで生体との間に空気が入り
込みにくく、さらに超音波ビームのサイドローブを軽減
した超音波診断装置用プローブを提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するだめの手段） 本発明は、保持体と、この保持体−１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１ｈ１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、前記電気−音響変換器列の配列
方向と直交する方向における両端部近傍で互いに分離し
て形成され各変換器エレメントに駆動パルスを供給する
一対の電極とを設けたものである。

（作用） 各電気−音響変換器エレメントの表面に、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を形成したことにより、変換器エレ
メントは電極が分離された端部近傍の部分では電界かか
からないため振動か多少抑えられ、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。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例による超音波診断装置用プロ
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−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−音響変換器列１２を並設し、その上に表面が
平坦な一定の厚さの薄いコーディング層１３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−音響変換器列１２上の
コーティング層１３に対する接触面は平坦となっている
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１２の配列方向で同一形状を保っている。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（
１′４成した場合、シリコーンゴム中の音速は約１００
００１／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１５００ｍ／ｓ　　（生体の比
重は約１．０）より遅いから、超音波集束体１４を１−
記のような形状とすると、変換器列１２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１
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（焦点距り　、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ｌ
／２とほぼ等しい）である。

ｄ　（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−１５００１１１／Ｓ、ＣＩ＝１０００
ｍ／ｓとすれば、 ｄ＝−！−２・・・・・・・・（３） となる。−例としてＸ＝５０ｍｍ、　ａ＝　７ｍＩｎと
すれば、（３）式よりｄ　＝　１　ｍｍとなる。ここで
、シリコーンゴムの吸収係数は２　Ｍｌｌｚで約１ｄＢ
／ｍｍ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２　Ｍｌｌｚとし
たとして、送受波総合で約２ｄＢとなりほとんど問題と
ならない。

さらに、超音波集束体１４のシリコーンゴム祠料として
、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、音響レンズて通當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。

次に、第２図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）は本発明の電
極部の実施例を示したもので、各電気−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。

１５ｂ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。

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を設けたことによって、電気−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
し凸面となっており、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、より密着性かよりよく
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。

したがって、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
、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。したがって、前記のような
形状の超音波集束体１４を電気−音響変換器列１２トに
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１η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か減少し、サイドロ
ーブが増大する結果となる。ところが、本発明では上述
した様に構成したことにより、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かできる。

また、他の効果として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、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撃が加えられたような
場合でも、それを緩和して音響−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、７に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、したがって製造か容易である
。なお、コーティング層１３は短い超音波パルスを効率
よく発射しかつ発信するために音響インピーダンスが電
気−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。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
して使用できるうことはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明によれば、電気−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
、且つ生体との接触がなめらかで生体との間に空気が入
り込みにくく、さらに超音波ビームのサイドローブを軽
減した超音波診断装置用プローブを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１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ノｊ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２図
（ａ）　’Ｐ（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、第３
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」二馳配列方向と
直交する方向に沿う断面図である。 １１・・・保持台、１２・・・電気−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。 代理人弁理士　則　近　憲　１１； 同　　大胡典夫

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記電気−音響変換器列の配列方向と直交
   する方向における両端部近傍で互いに分離して形成され
   各変換器エレメントに駆動パルスを供給する一対の電極
   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. （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. （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。