JPS63121749A - 超音波信号送受装置 - Google Patents

超音波信号送受装置

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JPS63121749A
JPS63121749A JP62274588A JP27458887A JPS63121749A JP S63121749 A JPS63121749 A JP S63121749A JP 62274588 A JP62274588 A JP 62274588A JP 27458887 A JP27458887 A JP 27458887A JP S63121749 A JPS63121749 A JP S63121749A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルス−エコー法により作動する超音波撮像
装置用の超音波信号送受装置に関する。
〔従来の技術〕
パルス−エコー法により作動する医学超音波診断に使用
される撮像方法では、先ず第一に、１８０°後方に反射
または散乱された超音波信号の情報が評価される。しか
し１８０°以外の角度で散乱または反射される超音波信
号は組織構造に関して同じく有用な情報を含んでおり、
像質の改善に寄与し得る。
１１ＬＨ音波イメージング（ｔｌｌｔｒａｓｏｎｉｃ　
Ｉｍａｇｉｎｇ）”、３、（’　１９８１　）　、第６
２〜８２ページから、切頭円錐の湾曲した包絡面を形成
する送信面を有する超音波送信器が円板状の受信面を有
する超音波受信器をリング状に囲んでいる超音波信号送
受装置は公知である。超音波送信器の圧電素子はポリフ
ッ化ビニリデンＰＶＤＦから成っている。なぜならば、
これはその機械的フレキシビリティに基づいて特に湾曲
した表面を有する大面積の変換器の製造に適しているか
らである。送信面のこの形態により、円錐軸線上に直線
状に延びている焦点が発生される。直線焦点上に位置す
る点状組織構造は円錐状の散乱波を発生し、そのうち主
として角度１８０’−０（ここで、Ｏは円錐開き角）の
もとに散乱された部分が受信器に復帰到達する。
超音波送信器および受信器のこの形態および配置により
高い焦点深度が達成される。全装置の直線運動により体
内の直線焦点が１つの平面を掃過し、また１つの二次元
断層像が発生され得る。しかし、この装置では超音波信
号が受信される散乱角は超音波送信器の幾何学的構造に
より予め定められている。従って、異なった散乱角によ
る超音波像の弁別は作動中に行われ得ない。
“医学物理（Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　）　、
第３巻、第５号、１９７６年９／１０月、第３１２〜３
１８頁、特に第３１７〜３１８頁゛から、超音波送信器
および超音波受信器が同じく空間的に互いに離されて構
成されている超音波信号送受装置は公知である。この場
合、超音波受信器および超音波送信器はそれぞれ多数の
変換器素子から成っている。
超音波受信器は１つの直線アレーであり、超音波送信器
としての役割をする１つのリング状アレーにより囲まれ
ている。リング状アレーの個々の変換器素子は直線アレ
ーの長手方向に対して相対的な角度位置に相応して異な
った送信パワーで作動する。その際に、リング状アレー
の中心点への接続線が直線アレーの長手方向に対して平
行に位置する変換器素子は最大の強さで超音波を放射す
る。
こうして、直線アレーの送信面に対して垂直にかつその
長手方向に対して平行に位置する平面内で広く扇状に広
がっており、またそれに対して垂直な方向には狭い１つ
の超音波ビームが発生される。
さらに、送信される超音波ビームは、超音波受信器とし
ての役割をする直線アレーの焦点と同じく電子的遅延装
置により直線アレーの長手方向に対して平行に揺動され
る。この装置により両横方向で良好な分解能が得られる
。前記の装置により確かに、直線アレーの揺動範囲に対
応付けられている１つの角度範囲からの超音波信号が受
信されるが、種々の散乱角のもとに散乱または反射され
た超音波信号は１つの共通の二次元像として合成される
。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、広い角度範囲からのエコー信号を受信
することができ、また受信された超音波信号の散乱角に
関しての弁別を可能にする超音波信号の送受装置を提供
することである。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載の装置により達成される。この装置によれば、検査
対象内で１８０°よりも小さい角度のもとに散乱および
反射された超音波信号が受信され得ることが保証されて
いる。散乱された超音波信号がなお受信され得る最小散
乱角は主としてマトリックス状アレーの広がりと、対象
内に超音波受信器により発生される受信焦点の深さ位置
と、直線アレーに対して相対的なマトリックス状アレー
の幾何学的配置とに関係する。マトリックス状アレーの
１つの行の個々の変換器素子は行内のその位置に応じて
種々の角度のもとに対象内の１つの与えられた焦点範囲
からの散乱信号を受信する。それにより適当な回路技術
的な措置により、それぞれ異なった散乱角範囲からの超
音波信号の寄与により構成された複数の超音波像が発生
され得る。
本発明の特に有利な実施例では、超音波送信器として用
いられる直線アレーの両側面とそれぞれ並んで超音波送
信器として用いられる１つのマトリックス状アレーが配
置されている。特に、湾曲した表面を有する対象を検査
する際には、マトリックス状アレーの受信面を直線アレ
ーの送信面に対して（頃けることが目的にかなっている
。
超音波送信器および超音波受信器の分離された構成によ
り、送信器および受信器に対してそれぞれ使用される圧
電材料が相異なって選定され得る。
その際に、送信のために使用される超音波変換器素子に
対しては、高い比誘電率を有する点で圧電セラミックス
材料が特に適している。超音波受信器の１つの有利な実
施例では、受信変換器の圧電的に能動的な範囲は分極さ
れたポリフッ化ビニリデンＰＶＤＦから成っている。
本発明の１つの有利な構成では、直線アレーを追加的に
超音波受信器として使用することが目的にかなっている
。それによって、異なった角度からの散乱信号によりそ
れぞれ発生される超音波像を、送信／受信変換器として
の１つの直線アレーにより発生された標準的なかつ実際
に熟知の超音波Ｂ像と比較することが可能である。
〔実施例〕
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。
第１図によれば、超音波信号の送受信装置は超音波送信
器として１つの直線アレー２を含んでいる。直線アレー
２は長手方向３に相前後して配置された多数の変換器素
子４を含んでいる。直線アレー２の長手方向３に対して
平行にかつ送信面６に対して垂直に位置する側面５の１
つの横に、互いに垂直な列１４および行１６のなかに並
べられている多数の変換器素子１０を含んでいる１つの
マトリックス状アレー８が配置されている。列１４は直
線アレー２の長手方向３にほぼ平行に走っている。長手
方向３のマトリックス状アレー８の広がりは直線アレー
２の長さと少なくとも近似的に等しい。その際にマトリ
ックス状アレー８の最初の行１６１および最後の行１６
２はそれぞれ近似的に直線アレー２の最初の変換器素子
４１または最後の変換器素子４２の高さに配置されてい
る。
マトリックス状アレー８は超音波受信器としての役割を
し、またその受信面１２および直線アレー２の送信面６
は第１図による実施例では１つの共通の平面内に位置し
ている。
１つの好ましい実施例では、直線アレー２の変換器素子
４の圧電的に能動的な範囲は圧電セラミックス材料、た
とえばジルコン酸−チタン酸鉛ＰＺＴから成っている。
圧電セラミックス送信変換器を設けられている直線アレ
ー２はたとえば約０゜５ＭＨｚの周波数帯域幅および約
２〜１０ＭＨｚの範囲内の中心周波数を有する。用途に
応じて所望の中心周波数に相応して適当な直線アレー２
の選定および交換が可能である。マトリックス状アレー
８の変換器素子１０は圧電的に能動的な材料として好ま
しくは分極されたポリフッ化ビニリデンＰＶ’ＤＦを含
んでいる。圧電ポリマーの受信変換器を設けられている
マトリックス状アレー８は約１０ＭＨｚの高い周波数帯
域幅を有し、また医学診断で通常のほぼすべての超音波
周波数に対する超音波受信器として使用され得る。
１つの好ましい実施例では、直線アレー２はたとえば約
１００個の変換器素子を、またマトリックス状アレー８
は同じく約１００×１００個の変換器素子を含んでいる
。しかし、マトリックス状アレー８の行１６の数は直線
アレー２の変換器素子の数と必ずしも一致していなくて
もよい。
第２図による配置では、直線アレー２の横に２つのマト
リックス状アレー８が設けられている。
その際に直線アレー２の送信面６およびマトリックス状
アレー８の受信面１２は１つの共通の平面１８を形成す
る。
第３圓による好ましい実施例では、マトリックス状アレ
ー８の受信面１２は直線アレー２の送信面６に対して鋭
角αだけ傾けられている。送信面６により形成される平
面と受信面１２により形成される平面との交叉直線は紙
面に垂直に、従ってまた直線アレー２の長手方向３に対
して平行に延びており、また参照符号Ｓを付されている
交点で紙面を貫いている。
マトリックス状アレー８の１つの行１６の個々の変換器
素子１０は、第４図によれば、それぞれ電子的に制御可
能な遅延線３２を設けられており、従って１つの電子的
制御および評価装置３０により、電子的に直線アレー２
の超音波ビーム軸線３４に沿ってずらされ得る１つの合
成焦点Ｆが形成され得る。その際に最大散乱角ＯａＸお
よび最小散乱角０　＋ｕｎは焦点Ｆの深さｔにも、直線
アレー２から最も遠く離れた変換器素子１０１の距離ａ
１または直線アレー２に隣接する変換器素子１０２の距
離ａ２にも関係する。１つの行１６の変換器素子１０は
１つの好ましい実施例では、第４図中に説明のためにそ
れぞれ４つの変換器素子１０を有するものとして示され
ているように、複数個の群として一括されており、互い
に別々に評価され得る。１つの群から受信される信号の
一括は、第４図中に示されているハードウェア配線とは
異なり、計算機内でソフトウェアによっても行われ得る
。
これは、群の大きさが原理的に自由に選定可能であると
いう利点をも有する。１つの行のなかに形成される群は
相異なる散乱角範囲に対応し、従って群数に相応して種
々の超音波像が発生され得る。
小さい物体の散乱断面の角度依存性は特徴的にその幾何
学的寸法に関係するので、こうして対象内の散乱中心の
大きさによる弁別が行われ得る。直線アレー２の長手方
向３の走査は、送信する超音波変換器素子４も受信する
行１６もステップ状に次々と切換えられることにより行
われ得る。１つの好ましい実施例では、直線アレー２は
、対象の断面を電子的セクタセンサの原理により走査す
る“位相調整アレー″とじても構成されていてもよい。
第５図によれば、マトリックス状アレー８の１つの有利
な実施例では、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開
第３２２４０２６号明細書に詳細に開示されているよう
に、１つのＰＶＤＦ箔５０箔面０る保持体５６がその側
面の１つに、マトリックス状に配置されており互いに電
気絶縁性の空間６０により隔てられている電極５４を設
けられている。電極５４から接続線５８が前置増幅器（
図示せず）に通じている。電極５４上に、分極されたＰ
ＶＤＦ箔５０箔面０されている。電極５４と反対側のＰ
ＶＤＦ箔５０箔面０導電性の層５２を設けられている。
各電極５４にこうしてマトリックス状アレー８の各個の
変換器素子に相当する１つの能動的な体積範囲６２が対
応付けられている。これらの特徴により大面積かつ高感
度の受信アレーが製造技術的に簡単に製造され得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による装置の概要図、第２図および第３
図は直線アレーおよびマトリックス状アレーの２つの特
に有利な幾何学的範囲を示す図、第４図は本発明による
装置の１つの好ましい作動の仕方を示す図、第５図は１
つのマトリックス状アレーの圧電的に能動的な範囲の好
ましい構成を示す断面図である。 ２・・・直線アレー、３・・・長手方向、４・・・変換
器素子、５・・・側面、６・・・送信面、８・・・マト
リックス状アレー、１０・・・変換器素子、１２・・・
受信面、１４・・・列、１６・・・行、１８・・・平面
、３０・・・制御および評価装置、３２・・・遅延線、
３４・・・超音波ビーム軸線、４１・・・最初の変換器
素子、４２・・・最後の変換器素子、１０１・・・最も
遠い変換器素子、１０２・・・隣接する変換器素子、１
６１・・・最初の行、１６２・・・最後の行、Ｆ・・・
合成焦点、ｔ・・・焦点の深さ、θ、ｌη・・・最小散
乱角、０軍・・・最大散乱角。 ＦＩＧ　４ ｍｌリ　１ １　　”−１）バも湯−Ｔ− ＦＩＧ　５

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）パルス−エコー法により作動する超音波撮像装置用
    の超音波信号送受装置において、 ａ）超音波送信器として超音波変換器素子（４）から成
    る１つの直線アレー（２）を含んでおり、 ｂ）直線アレー（２）の長手方向（３）に平行で送信面
    （６）に垂直な側面の少なくとも１つと並んで、超音波
    受信器として超音波変換器素子（１０）から成る１つの
    マトリックス状アレー（８）が配置されており、 ｃ）その列（１４）は直線アレー（２）の長手方向（３
    ）に対して平行に延びており、 ｄ）列の長さは直線アレー（２）の長さと少なくとも近
    似的に等しい ことを特徴とする超音波信号送受装置。 ２）直線アレー（２）の両側面（５）とそれぞれ並んで
    １つのマトリックス状アレー（８）が配置されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３）マトリックス状アレー（８）の受信面（１２）およ
    び直線アレー（２）の送信面（６）が少なくとも近似的
    に１つの共通の平面（１８）内に位置していることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置
    。 ４）ａ）マトリックス状アレー（８）の受信面（１２）
    および直線アレー（２）の送信面（６）が、 ｂ）マトリックス状アレー（８）の受信面（１２）によ
    り形成される平面が直線アレー（２）の送信面（６）に
    より形成される平面とそれぞれ直線アレー（２）の長手
    方向（３）に対して平行に延びている１つの直線内で交
    わるように、また ｃ）両受信面（１２）と送信面（６）との間の傾斜角度
    （α）がそれぞれ鋭角でありかつ少なくとも近似的に等
    大であるように 互いに傾けられていることを特徴とする特許請求の範囲
    第２項記載の装置。 ５）ａ）マトリックス状アレー（８）の受信面（１２）
    および直線アレー（２）の送信面（６）が、 ｂ）マトリックス状アレー（８）の受信面（１２）によ
    り形成される平面が直線アレー（２）の送信面（６）に
    より形成される平面とそれぞれ直線アレー（２）の長手
    方向（３）に対して平行に延びている１つの直線内で交
    わるように、また ｃ）受信面と送信面との間の傾斜角度（α）が鋭角であ
    るように 互いに傾けられていることを特徴とする特許請求の範囲
    第２項記載の装置。 ６）直線アレー（２）が追加的に超音波受信器として設
    けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
    いし第５項のいずれか１項に記載の装置。 ７）直線アレー（２）の超音波変換器素子（４）の圧電
    的に能動的な範囲として圧電セラミックス材料が設けら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
    第６項のいずれか１項に記載の装置。 ８）マトリックス状アレー（８）の超音波変換器素子（
    １０）の圧電的に能動的な範囲が分極されたポリフッ化
    ビニリデンＰＶＤＦから成っていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記載
    の装置。 ９）マトリックス状アレー（８）の超音波変換器素子（
    １０）のマトリックス状配置が１つのポリフッ化ビニリ
    デン箔（５０）により形成され、この箔がその平らな側
    の１つで１つのマトリックス状電極配置（５４）と結合
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載
    の装置。
JP62274588A 1986-10-31 1987-10-28 超音波信号送受装置 Expired - Fee Related JPH0778493B2 (ja)

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