JPS63166399A - 超音波探触子 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、医療用超音波診断装置などに使用する超音波
探触子に関する。

（従来の技術） 最近超音波診断装置（以下、単に診断装置とし１つ）が
種々の医療診断に使用されてし）る。これらの診断装置
は超音波のパルスを送波し生体内部からの反射（エコー
）を受波する装置であって、超音波のパルスを送受波す
る探触子と、ＣＲＴ表示装置を含む本体とより構成され
ており、送波時刻に対する受波時刻の遅れ及び受波の強
度変化などを上記ＣＲＴ表示装置の画面上に断層画像と
して表示し診断に供するものである。

従来このような診断装置に使用する探触子には、一般に
圧電セラミックの振動子か用いられ、送波、受波器を兼
ねた構造のものが普通使用されている。

例えば診断装置用リニアアレイ型探触子のように短棚状
の振動子を？！数個並列に配列し送受波兼用とするもの
などがある。

第８図（ａ）は、その−例を示す斜視図であり、圧電セ
ラミック振動子１　（以下、単に振動子という）と診断
する生体との音響インピーダンスを整合させる音響整合
層４と、振動子１から放射される超音波パルスのエネル
ギーを所要の方向と距離の点に集中させる音響レンズ５
と、振動子１の背面から放射される超音波パルスを吸収
させるバッキング材６及び振動子１の二極からの引出線
を収容するフレキシブル端子板７とから構成されている
。第８図（ａ）に示す例では、振動子１を３個１組とし
て１つの振動子として動作させるように振動子１を電気
的にも並列に接続し、超音波パルスの放射を増強させる
ようにしたもので、第８図（ｂ）はその結線を模式的に
示したものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のような探触子において、超音波パルスを送波する
場合診断装置として距離分解能及び受波信号レヘルを高
くするためには可及的に継続時間が短く高出力のパルス
を送波する必要があり、このため振動子としては電気イ
ンピータンスか低い方が駆動電気回路との整合上有利で
あるが、一方上記振動子が受波する場合は受波端子の電
気インピーダンスが高い程高い出力電圧が得られるため
、送受波について上記のように電気インピーダンスにつ
いては相反条件となる矛盾が生ずる。また上記探触子に
おいて、並列に使用する振動子の数を増加させると、電
気インピーダンスは低下し送波する超音波パルスの出力
を増強させることか容易となるが、診断装置として送波
面積が増加し・視野分解能が低下するため、上記パルス
の受波信号レヘルと視野分解能とは妥協せざるを得ない
。

以上の制約の中で限定された数の振動子を駆動して高出
力を得るため高電力駆動を行うと、高？゛ｌ力となるに
従って振動子の振動振巾か非線形領域に及び、不要な振
動モードの励振、雑音の増加、過渡的な残留振動などが
生ずるようになる。またこれらによるＣＲＴ画像と生体
からの近距離反身］波による画像とが区別できないため
、いわゆるマスキング（ブランキング）領域か拡がり特
に近距離の診断範囲を狭くする。これらの問題を解決す
るため探触子の送波部分と受波部分とを分離隔設した構
造のものも考えられるが特に近距離において送受波器間
の距離が診断する距離に対して無視できないため視差を
生ずる。

また送受波の電気インピーダンスを独立に設定できるも
のとして送波面に対し垂直に振動子を複数個積層し並列
駆動する送波部と、該送波部と直角方向に分極方向を有
し半径方向に振動する円板状振動子とを一体に結合させ
た複合型の送受波器が特公昭６１−３３３１８号公報に
記載されているが魚群探知用のものであり診断用として
は送波部の有効逆波面積に比べて全体の投影面積が大き
く、かつ送波面が円形であるために診断用として面積効
率よく複数個を並列に構成することができないなどの欠
点を有している。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、低送
波電力にして高受波感度を可能とする小型の送受波分離
型の振動子を有する超音波探触子ル１里イ且す乙１−”
、Ｌ−を目的ン１７てい乙−（問題点を解決するための
手段） 上述の目的を達成するため本発明によれば、分極方向が
振動主面（以下、主面という）と所要の角度をなす直方
体の圧電素子に、一方の対向する側面上に厚み縦振動方
向が主面法線方向とほぼ等しくした送波用電極対と、他
の対向する側面上に上記送波用ＴＬ極対に直交してなる
独立の受波電ｔ※対とをそれぞれ配設した送受波分離型
の振動子を有する超音波探触子か提供される。

（作用） 本発明においては、分極方向が主面と所要の角度をなす
ように直方体に形成された圧工振動子を用い送受波分子
ｆｉ！を型の探触子を構成することにより、送受波のそ
れぞれに電気端子インピーダンスを最適値とし、探触子
を小型に構成することを可能とする作用がある。

（実施例） 次に本発明による実力伍例について図面を参照して詳細
に説明をする。

第１図、第２図、第３図及び第４図は、それぞれ本発明
の実施例を構成する圧電セラミ、ツク振動子の構造を、
斜視図及びｍ極配設状況の側面図により示している。こ
れらの図面において、１は圧電セラミック振動子、２′
は送波用電極、２ａ。

２ｂはそれぞれ送波電極の端子、３は受波用型ｔへ、３
ａ、３ｂはそれぞれ受波用の端子である。

第１図は第１の実施例を示したもので直方体に形成され
た振動子により構成されている。図中のベクトル図は振
動子１の分極方向を示している。

このベクトル図では分極方向がｙ−ｚ平面において、振
動子１の主面の法線即ちＺ釉に対し角度Ｏ傾斜している
ことを示している。次に送波の動作について説明する。

先す電極２の端子２ａ及び２ｂに所要のパルス電圧を印
加し振動子１を励振し、７み縦振動を起させ主面よりＺ
軸方向に超音波のパルスが放射される。次に受波の場合
は、上記のように放射された超音波パルスの反射波（エ
コー）か振動子１の上記主面に入射し上記振動子を厚み
方向に励振し、該励振による起電力が受波用ＴＬｆｆ　
３の端子３ａ及び３ｂ間に生ずる。この場合分極方向が
上記の受波パルスによる振動子１の振動方向とθ傾斜し
ているため受波することによる起電力は送波用電極端子
の他、受波電極端子にもθだけ傾斜した分力相当の起電
力が生ずることになる。また送受波二極端子より振動子
１を見た電気インピーダンスは上記θの値の他派動子の
寸法諸元、上記電極の面積等をそれぞれ所要の値に選定
することにより最適値に設定することか可能となる。

第２図は第２の実施例であり第１の実施例と同しく直方
体の振動子であるが分極方向がｘ−ｚ平面においてＺ釉
に対して傾斜している場合を示しておりその動作は第１
の実施例と同様であり省略する。

第３図は第３の実施例であり振動子は平行六面体に形成
されており第３図に示すように受波用電極３の電極面か
分極方向に対して角度θ′傾斜している構造となってい
る。

第４図は第４の実施例を示すもので、第３の実施例と同
称平行六面体の振動子１を有しているが、ｘ−ｚ平面に
平行な側面か平行四辺形となっており第４図に示すよう
に受波用電極３の電極面と分極方向とは角度θ′傾斜し
ており、上記第１及び第２の実施例と同様に振動子の寸
法諸元、分極方向、電極面積等をそれぞれ所要の値に選
定することにより送受波端子の電気インピーダンスを最
適値に設定することが可能となる。

次に本発明に係る上述の振動子を用いて超音波診断用の
りニアアレイ型の探触子を構成した実施例について説明
する。

第５図は、その構造の概要を示す斜視図であり、上記第
１の実施例の振動子を用いて構成したものである。第６
図は、第５図に示ず探触子の構造の詳細を示す斜視図で
、その奇習レンズの部分を省いて内部の構造を示したも
のである。第５図に示すように、本発明に係る振動子１
を、その振動主面を矢印方向に向けて並列に配置し、該
振動子１の表面には２層で構成される音響整合層４を配
設し、さらに図示しないが音晋レンズを上記振動子１の
表面に設け、該振動子１の背面にはノ＼・ンキング材７
を配置した構造となっている。

第６図（ａ）は、第５図に示した部分を拡大し、詳細に
示したもので、図中のａ、ｂ、ｃ・・・は送波用端子、
Ａ、Ｂ、Ｃ・・・は受波用端子を示している。第６図（
ｂ）は、１個の振動子の一部分を拡大して示したもので
ある。又、第６図（Ｃ）シよ、上記並列に配置された振
動子の状態を示す断面図で、振動子と振動子の間隙が振
動を吸収する充填材をもって埋められている情況を示し
ている。

第７図は、以上説明した超音波探触子の電気的な結線状
況を模式的に示したもので、第６図と同じ部分に対応す
るところを同一の記号により図示することにより、その
説明は省略する。

以上、第１の実施例の示した振動子を用いてリニアアレ
イ型の超音波探触子を構成する場合について説明したが
、第２の実ｈζ例に示される振動子を用いて上記探触子
を構成する場合には、第１、第２の何れの実施例の振動
子も送波面、即ち主面は振動子の同じ側の面を用いてお
り、受波川電、１蚤を配設する面が主面に対する分極方
向の角度によって異なる点で相違しているのみで、従っ
て第１の実施例に示した振動子と全く同様に探触子を構
成することができる。また、第３及び第４の実施例に示
した振動子を用いる場合でも、振動子の断面か菱形（平
行四辺形）となっている点を除けば、主面となる振動子
の側面及び受波用電極の配設面との位置関係は、第１及
び第２の実施例とほぼ同様に探触子を構成することが可
能となる。

従って、従来の振動子を用いた探触子については、持に
第１及び第２実施例の振動子はそのまま受波用端子の位
置を変更するのみで、置換えることが可能である。

以上説明したように本発明によれば、分極方向が主面に
対し所要の角度となす単一の圧電素子を用いた送受波分
離型の振動子をもって探触子を構成することにより、 （１）小型の探触子が構成可能となる、（２）送受波の
それぞれに電気インピーダンスを独立して最適値に設定
することを可能とする、（３）低送波電力にして高受波
感度の探触子が構成可能となる、 （４）振動子の不要な振動を少なく、マスキング領域を
減少させ雑音の少ないクリアな断層画像を得ることが可
能となる、 （５）並列に使用する振動子の数を減少てき、視差を小
さくし、探触子及び診断装置の小型化が可能となる、 などの利点がある。

以上のように４つの実施例について説明したが、本発明
ｊまその主旨の範囲内で種々の変形が可ｆｊシでありこ
れらを本発明の範囲から除外するものではない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、分極方向ｂ）主面と所要
の角度をなすように直方体に形成された振動子を用い送
受波分離型の探触子を構成することにより、送受波のそ
れぞれに電気インピータンスを最適値に設定することを
可能とし、低送波電力にして高受波感度を可能とする他
、探触子を小型に構成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図はそれぞれ第１、第
２、第３及び第４の実施例についての振動子の斜視図、
及び電極の配設図、第５図は、リニアアレイ型に構成し
た実施例の概要を示す斜視図、第６図は、第５図の詳細
な構造を示す斜視図、第７図は、第５図に示す探触子の
振動子の結線状況を示す模式図、第８図は、リニアアレ
イ型探触子の従来例を示す斜視図及び結線の模式図であ
る。 １・・・振動子、２・・・送波用電極、３・・・受波用
電極、４・・・音響整合層、５・・・音響レンズ、６・
・・バッキング材。 特許出願人　　日本電波工業株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　　實第２
図 第３図 話 第４図 Ｊユ　　ベ ａ、しＣ６（

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分極方向が振動主面（以下、主面という）と所要
   の角度をなす直方体の圧電素子に、一方の対向する側面
   上に厚み縦振動方向が主面法線方向とほぼ等しくした送
   波用電極対と、他の対向する側面上に上記送波用電極対
   に直交してなる独立の受波電極対とをそれぞれ配設した
   送受波分離型の振動子を有することを特徴とする超音波
   探触子。
2. （２）前記圧電素子を平行六面体に形成し、一方の対向
   する側面に送波用電極対を、他の対向する側面に受波用
   電極対をそれぞれ独立に配設し、受波用電極面を送波用
   電極面、即ち主面の法線に対し所要の角度で構成された
   振動子を有することを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項に記載の超音波探触子。