JPS6290142A - 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
ビームか放射される。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）内で超跨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
時駆動される段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か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
ーブ表面間に空気が入り込むことがある。

また、電気−音響変換器列２は、一般に第３図に示すよ
うに保持体３上に突出して固定されるため、振動子２を
駆動すると超音波ビームか図示上方向だけでなく図示左
右方向へも出力され、特に図示左右方向へ出力される超
音波ビームは表示上アーチファクトとじて表われ、診断
を阻害する要因となる。

本発明は」二連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出力特性を軽減し
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］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、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」二に固層され外表面か
上記変換器列の配列方向と直交する断面で外ノｊに膨出
するようにほぼ円弧状に形成された集束部、及びこの集
束部から延長されて前記電気−音響変換器列を含み前記
保持体の一部までを覆う被覆部からなるシリコーンゴム
にて形成した超音波集束体とを宵するものである。

（作用） シリコーンゴムで形成した超音波集束体を、電気−音響
変換器列から出力される超音波ビームを集束する集束部
とその周辺から下方へ延出し保持体までを覆う被覆部と
から構成したため、電気−音響変換器列の側方から発生
する超音波ビームは超音波集束体の被覆部にて吸収、減
衰され、悪影響を及ぼさない。

（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」二に表面
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１
４は図から明らかなように、電気−音響変換器列１２」
ニのコーティング層１３に対する接触面は平坦となって
いるか、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つ集束部を自
゛している。すなわち、超音波集束体１４の集束部は変
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。また、この集束部の周囲には、下方へ延出
し電気−音響変換器列及び保持体まで覆う被覆部が集束
部と一体的に形成されている。

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１０００ｍ／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１５００＋ｎ／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」二の点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、ＣＩ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」二記
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ｌ：ｃ　−１５００ｍ／ｓ　ｓＣｌ　＝１０
００ｍ／ｓとすれば、 入 となる。−例としてＸ−５０ｍｍ、　ａ　−７ｍｍ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１ｄｒ３
／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のシリコーンゴム材料として
、音響インピーダンスが生体とほぼ等しい飼料を使用す
ると、音響レンズで通常問題となるレンズ而と生体との
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、超音波集束体の集束部から下方に延出し、保持体
１１の１部まで達する被覆部によって、電気−音響変換
器列は完全に覆われているため、この変換器列の左右方
向（超音波ビーム出力方向と直交する方向）へ発生され
る超音波ビームは超音波集束体１４の被覆部にて殆ど吸
収、減衰される。

従って、殆ど、電気−音響変換器列面に対し垂直方向に
発生する超音波ビームだけで超音波画像を得ることがで
きるので、アーチファクトの問題は解消される。また、
上述のような形状の超音波集束体によって、被覆部をも
たない超音波集束体に対し、電気−音響変換器列への水
分の侵入を防止できる。これは、超音波集束体と他の部
ＪｒＡ（保持体等）との境界が生体との接触面より若干
高い所に位置するためである。

さらに、」二連したような超音波集束体の構成により、
生体との接触、特に集束部の周辺部での生体との接触が
なめらかとなるため、特に肋骨の下端から上方向へ超音
波ビームを入射させる肝臓診断時に効果は大きい。

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、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、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、したがっ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か電気−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こ
とはいうまでもない。

ところで、電気−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
って、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１
２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２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）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−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かできる。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、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
、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出力特性を改善した
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
ブの変換器列記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、７５瓢 す断面図、第２図（ａ）　１（ｃ）はそれぞれ本発明の
他の実施例を示す変換器列記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
ーブの変換器列記列方向に沿う断面図、同図（１））は
上記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。

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集束部、及びこの集束部から
   延長されて前記電気−音響変換器列を含み前記保持体の
   一部までを覆う被覆部からなるシリコーンゴムにて形成
   した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. （２）シリコーンゴムからなる超音波集束体の電気−音
   響変換器列記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。