JPS63255044A - 複数の周波数で動作する特に医用イメージング用音響変換器 - Google Patents
複数の周波数で動作する特に医用イメージング用音響変換器Info
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- JPS63255044A JPS63255044A JP63067063A JP6706388A JPS63255044A JP S63255044 A JPS63255044 A JP S63255044A JP 63067063 A JP63067063 A JP 63067063A JP 6706388 A JP6706388 A JP 6706388A JP S63255044 A JPS63255044 A JP S63255044A
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- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 claims description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 26
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
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- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
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- Endoscopes (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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、特に医学でエコーグラフにより人体の像を形
成するのに用いられる、複数の周波数で動作する音響変
換器に関するものである。
成するのに用いられる、複数の周波数で動作する音響変
換器に関するものである。
従来の技術
医学上の用途でエコーグラフを得るのにプローブを利用
することが知られている。このようなプローブの断面図
が第1図に示されている。このプローブは変換器要素1
旧が整列した構成となっており、その厚さは動作周波数
に合わせて決める。
することが知られている。このようなプローブの断面図
が第1図に示されている。このプローブは変換器要素1
旧が整列した構成となっており、その厚さは動作周波数
に合わせて決める。
これら変換器要素の2つの面は電極102で覆われてい
る。両電極102には電圧を印加して変換器要素を振動
させる。変換器要素を振動させるのに使用する周波数と
しては、通常は、基本振動モードに対応する共振周波数
f、が選択される。ただし、この共振周波数は変換器の
厚さに依存する。プローブとして普通用いられる圧電材
料に対しては、周波数f、(kHz単位)と厚さh(+
nm単位)の間にf、 =2850/hの関係がある。
る。両電極102には電圧を印加して変換器要素を振動
させる。変換器要素を振動させるのに使用する周波数と
しては、通常は、基本振動モードに対応する共振周波数
f、が選択される。ただし、この共振周波数は変換器の
厚さに依存する。プローブとして普通用いられる圧電材
料に対しては、周波数f、(kHz単位)と厚さh(+
nm単位)の間にf、 =2850/hの関係がある。
一般に、医用プローブに対しては厚さとしてlInff
1を選択する。従って、最もよく利用される周波数は2
.85MHzである。
1を選択する。従って、最もよく利用される周波数は2
.85MHzである。
変換器のQファクタは、この変換器を構成する圧電材料
のインピーダンスと音波が伝播する外部媒体のインピー
ダンスの比にほぼ等しい。ρとρ0がそれぞれ圧電材料
と外部媒体の密度であり、CとC6がこの圧電材料と外
部媒体の内部での音速であると仮定すると、QはρC/
ρOCOに等しい。
のインピーダンスと音波が伝播する外部媒体のインピー
ダンスの比にほぼ等しい。ρとρ0がそれぞれ圧電材料
と外部媒体の密度であり、CとC6がこの圧電材料と外
部媒体の内部での音速であると仮定すると、QはρC/
ρOCOに等しい。
PZTなどの圧電セラミックの場合にはこの比の値は約
17である。
17である。
遠方で十分な解像度が得られるよう、音波は短い周期の
パルスとなって放射される。このようにすると放射され
る信号の周波数幅が拡がり、従ってプローブの周波数帯
域幅を比較的広くする必要がある。このためには、変換
器の前にストリップ103を配置する。このストリップ
の厚さは基本周波数の波長の1/4である。この1/4
波長ストリツプのインピーダンスは約(ρ。ρ。co)
”(!:なるように決める。
パルスとなって放射される。このようにすると放射され
る信号の周波数幅が拡がり、従ってプローブの周波数帯
域幅を比較的広くする必要がある。このためには、変換
器の前にストリップ103を配置する。このストリップ
の厚さは基本周波数の波長の1/4である。この1/4
波長ストリツプのインピーダンスは約(ρ。ρ。co)
”(!:なるように決める。
変換器は、背部部材104を介してプローブのフレーム
に固定される。この背部部材104はソフトなタイプの
もの、すなわち音響インピーダンスがゼロに近いものが
好ましい。
に固定される。この背部部材104はソフトなタイプの
もの、すなわち音響インピーダンスがゼロに近いものが
好ましい。
医用イメージングには一般に以下の2つのタイプがある
。
。
−Bモード法と呼ばれる標準的イメージング。
この場合は、目標に対する角と距離に応じてエコーを扇
形に表する。これらエコーの振幅により像の輝度を変調
させる。
形に表する。これらエコーの振幅により像の輝度を変調
させる。
−ロドップラー・フロー・マツピング(Dappler
Plow Mapping) JすなわちDFMとも呼
ばれる、色分けされたイメージング。この場合、エコー
の振幅に起因する輝度変化の他に、血液の循環に起因す
るドツプラー・シフトが色の変化となって現れる。
Plow Mapping) JすなわちDFMとも呼
ばれる、色分けされたイメージング。この場合、エコー
の振幅に起因する輝度変化の他に、血液の循環に起因す
るドツプラー・シフトが色の変化となって現れる。
Bモード法のイメージングでは、横方向と奥行の解像度
が高い必要がある。このためには中心周波数が例えば約
5 Mtlzと比較的高くなくてはならない。
が高い必要がある。このためには中心周波数が例えば約
5 Mtlzと比較的高くなくてはならない。
DFM法のイメージングでは、Bモード法のイメージン
グのように解像度が高い必要はない。しかし、血液の小
さな流速に対応する小さなドツプラー・シフトが測定を
可能であるためにはS/N比ができるだけ大きくなくて
はならない。このS/N比は、動作周波数が小さいほど
大きくなる。
グのように解像度が高い必要はない。しかし、血液の小
さな流速に対応する小さなドツプラー・シフトが測定を
可能であるためにはS/N比ができるだけ大きくなくて
はならない。このS/N比は、動作周波数が小さいほど
大きくなる。
使用される標準的な周波数は例えば2.5MHzである
。
。
発明が解決しようとする課題
従来技術では、同一の装置に接続された2つのプローブ
が使用されているが、このようになっていると明らか装
置のコストが高くなり使用法が複雑になる。別の方法と
して1つのプローブを例えば中間の周波数3.5MHz
で動作させる方法があるが、この方法は満足すべき状態
からはほど遠い。
が使用されているが、このようになっていると明らか装
置のコストが高くなり使用法が複雑になる。別の方法と
して1つのプローブを例えば中間の周波数3.5MHz
で動作させる方法があるが、この方法は満足すべき状態
からはほど遠い。
課題を解決するための手段
上記の欠点を解決するため、本発明は、従来のプローブ
に整合用ストリップを付加してこのプローブが同時に複
数の周波数で動作できるようにするとともに、Bモード
法のイメージングとDFM′ 法のイメージングが単
一のプローブで行えるようにする。
に整合用ストリップを付加してこのプローブが同時に複
数の周波数で動作できるようにするとともに、Bモード
法のイメージングとDFM′ 法のイメージングが単
一のプローブで行えるようにする。
本発明の他の特徴ならびに利点は、添付の図面を参照し
た実施例についての以下の説明により明らかになろう。
た実施例についての以下の説明により明らかになろう。
実施例
第1図と同様に断面図として示した周波数が2つの場合
の第2図の本発明のプローブの実施例では、プローブが
、2つの電極202と1/4波長ストリツプ203とを
取り付けられた変換器201を備えている。本発明によ
れば、この変換器は半波長ストリップ205を介してソ
フトな背部部材204に固定されている。
の第2図の本発明のプローブの実施例では、プローブが
、2つの電極202と1/4波長ストリツプ203とを
取り付けられた変換器201を備えている。本発明によ
れば、この変換器は半波長ストリップ205を介してソ
フトな背部部材204に固定されている。
本発明によれば、このプローブは2つの通過帯域で動作
する。1つの通過帯域は高周波数f。に中心があり、他
方の通過帯域はf。/2に等しい低周波数f1に中心が
ある。この2つの周波数は例えば上記の5 MHzと2
.5MHzである。
する。1つの通過帯域は高周波数f。に中心があり、他
方の通過帯域はf。/2に等しい低周波数f1に中心が
ある。この2つの周波数は例えば上記の5 MHzと2
.5MHzである。
変換器2旧とストリップ205に対する「半波長」とい
う語とストリップ203に対する「1/4波長」という
語は高周波数に対応している。これは、使用される材料
がその低周波数の信号を消散させないため、低周波数で
は変換器201とス) IJツブ205が1/4波長要
素であり、ストリップ203が1/8波長要素であるこ
とを意味する。
う語とストリップ203に対する「1/4波長」という
語は高周波数に対応している。これは、使用される材料
がその低周波数の信号を消散させないため、低周波数で
は変換器201とス) IJツブ205が1/4波長要
素であり、ストリップ203が1/8波長要素であるこ
とを意味する。
第1図のように変換器のみが存在している場合にはこの
変換器は周波数f1ではもちろん共振せず、音響信号が
放射されるとしても極めて弱いであろう。
変換器は周波数f1ではもちろん共振せず、音響信号が
放射されるとしても極めて弱いであろう。
ストリップ205があると周波数f。は変化しない。
というのは、ス) IJツブ205はこの周波数では半
波長なので音波に対しては透過性であり、インピーダン
スが、変換器に対する背部部材204のインピーダンス
と同じだからである。
波長なので音波に対しては透過性であり、インピーダン
スが、変換器に対する背部部材204のインピーダンス
と同じだからである。
これとは逆に、周波数f、ではこのストリップ205は
1/4波長要素となる。従って、変換器201は1/4
波長引き伸ばされて、この変換器201とストリップ2
05からなるユニットが半波長要素であるかのごとく振
る舞う。この結果、電極202を通じて励振することに
よってこのユニットを周波数f1で共振させることがで
きる。
1/4波長要素となる。従って、変換器201は1/4
波長引き伸ばされて、この変換器201とストリップ2
05からなるユニットが半波長要素であるかのごとく振
る舞う。この結果、電極202を通じて励振することに
よってこのユニットを周波数f1で共振させることがで
きる。
この現象をよりよく理解するため、大まかな近似として
電磁気宇を利用し、ストリップ205を場合に応じて1
/4波長ラインまたは半波長ラインとみなす。変換器2
01とストリップ205に沿った音波の振幅を示す第3
図にこの電磁気宇を利用した結果が示されている。
電磁気宇を利用し、ストリップ205を場合に応じて1
/4波長ラインまたは半波長ラインとみなす。変換器2
01とストリップ205に沿った音波の振幅を示す第3
図にこの電磁気宇を利用した結果が示されている。
このタイプのラインは背部部材の側の端部で短絡されて
いるため、この端部(腹として知られる)では周波数に
関係なく、特に周波数foとflに対して音波の振幅が
常に最大になる。
いるため、この端部(腹として知られる)では周波数に
関係なく、特に周波数foとflに対して音波の振幅が
常に最大になる。
周波数f、では上記のラインは半波長ラインなので、他
端部のインピーダンス、すなわち変換器ノインヒータン
スが背部部材のインピーダンスと等しくなる。つまりこ
の場合にはインピーダンスがゼロになる。従って、この
場合には変換器−ラインの接合部に振動の腹が存在する
。
端部のインピーダンス、すなわち変換器ノインヒータン
スが背部部材のインピーダンスと等しくなる。つまりこ
の場合にはインピーダンスがゼロになる。従って、この
場合には変換器−ラインの接合部に振動の腹が存在する
。
周波数f1では上記のラインは1/4波長ラインなので
、この同じインターフェイスに対してはインピーダンス
が無限大になる。従ってこれは節と呼ばれる音波の振幅
が最小の点に対応する。
、この同じインターフェイスに対してはインピーダンス
が無限大になる。従ってこれは節と呼ばれる音波の振幅
が最小の点に対応する。
ストリップ203は周波数f。で常に1/4波長ストリ
ツプなので、通過帯域を拡げる機能がある。
ツプなので、通過帯域を拡げる機能がある。
これとは逆に、周波数f!ではこのストリップ203は
もはや波長の1/8にしかすぎないため、この周波数f
。に適合させる方法は周波数f1での場合とは大きく異
なる。この結果、周波数f。の近傍で得られる周波数通
過帯域は周波数f1の近傍で得られる周波数通過帯域よ
りも狭くなる。しかし、この周波数f。はDFM法のイ
メージングで用いられるのであるから、通過帯域がこの
ように狭くなっても問題はない。
もはや波長の1/8にしかすぎないため、この周波数f
。に適合させる方法は周波数f1での場合とは大きく異
なる。この結果、周波数f。の近傍で得られる周波数通
過帯域は周波数f1の近傍で得られる周波数通過帯域よ
りも狭くなる。しかし、この周波数f。はDFM法のイ
メージングで用いられるのであるから、通過帯域がこの
ように狭くなっても問題はない。
ストリップ205のインピーダンスに関しては、このス
トリップが周波数f。に対して透過性であるため、周波
数f!の近傍の通過帯域に対する望ましい性質を考慮し
てインピーダンスを選択する必要がある。最も好ましい
インピーダンスの範囲は3X106〜20×106音響
オームであることがわかった。
トリップが周波数f。に対して透過性であるため、周波
数f!の近傍の通過帯域に対する望ましい性質を考慮し
てインピーダンスを選択する必要がある。最も好ましい
インピーダンスの範囲は3X106〜20×106音響
オームであることがわかった。
もちろん、このプローブに付随する電子装置は、周波数
f。とflを用いるとともに放射と受信の両方に利用で
きる回路を備えている。
f。とflを用いるとともに放射と受信の両方に利用で
きる回路を備えている。
第4図は、5 MHzと2.5MHzで動作する本発明
のプローブの縦断面図である。このプローブはメタライ
ズ層202で被覆された複数の変換器2旧を備えている
ことがわかる。これら変換器はあらかじめ2つの面に電
極用のメタライズ層を設けたセラミックのブロックから
切り出されたものである。
のプローブの縦断面図である。このプローブはメタライ
ズ層202で被覆された複数の変換器2旧を備えている
ことがわかる。これら変換器はあらかじめ2つの面に電
極用のメタライズ層を設けたセラミックのブロックから
切り出されたものである。
これら複数の変換器はストリップ205に接合され、こ
のストリップ205は背部部材204に接合される。
のストリップ205は背部部材204に接合される。
ス) IJツブ203は変換器を被覆するとともにこの
変換器に接合されている。変換器の領域のみが個々の要
素で構成されており、ストリップ203.205と背部
部材204は連続であることがわかる。この実施例では
配列は直線的であるが、本発明を他の配列、例えば曲線
状の配列に応用することもできる。
変換器に接合されている。変換器の領域のみが個々の要
素で構成されており、ストリップ203.205と背部
部材204は連続であることがわかる。この実施例では
配列は直線的であるが、本発明を他の配列、例えば曲線
状の配列に応用することもできる。
本発明は、2つの周波数で動作し、一方の周波数が他方
の周波数の半分であるプローブのみに限定されない。本
発明はプローブのほか、一般に、周波数通過帯域の中心
周波数が互いに異なる複数の周波数で動作する音響変換
器にも応用することができる。このためには、取り付け
る整合用ストリップの数を増やしてこれら通過帯域を決
定する上での伝達の自由度が十分になるようにする。
の周波数の半分であるプローブのみに限定されない。本
発明はプローブのほか、一般に、周波数通過帯域の中心
周波数が互いに異なる複数の周波数で動作する音響変換
器にも応用することができる。このためには、取り付け
る整合用ストリップの数を増やしてこれら通過帯域を決
定する上での伝達の自由度が十分になるようにする。
第1図は、従来のプローブの横断面図である。
第2図は、本発明のプローブの横断面図である。
第3図は、本発明のプローブの動作を示すグラフである
。 第4図は、本発明のプローブの縦断面図である。 (主な参照番号) 101.201・・変換器、 102.202・・電極、 103.203・・1/4波長ストリツプ、104.2
04・・背部部材、 205・・半波長ストリップ、
。 第4図は、本発明のプローブの縦断面図である。 (主な参照番号) 101.201・・変換器、 102.202・・電極、 103.203・・1/4波長ストリツプ、104.2
04・・背部部材、 205・・半波長ストリップ、
Claims (8)
- (1)音波を放射させるために励振される少なくとも1
つの圧電変換器と、この圧電変換器の少なくとも一方の
側に配置された少なくとも1つの整合用ストリップとを
備えており、少なくとも2つの異なる周波数でこの全体
を共振させることが可能であることを特徴とする複数の
周波数で動作する特に医用イメージング用音響変換器。 - (2)上記圧電変換器の支持体として機能する背部部材
をさらに備え、上記整合用ストリップがこの圧電変換器
とこの背部部材の間に配置されていることを特徴とする
請求項1に記載の変換器。 - (3)上記背部部材のインピーダンスがほぼゼロであり
、上記圧電変換器と上記整合用ストリップの厚さが第1
の共振周波数における半波長であり、従ってこの第1の
共振周波数の半分に等しい第2の共振周波数においては
1/4波長であることを特徴とする請求項2に記載の変
換器。 - (4)上記圧電変換器が上記第1の整合用ストリップと
は反対側に別の整合用ストリップをさらに備え、この第
2の整合用ストリップの厚さは上記第1の共振周波数に
おいて1/4波長であり、その音響インピーダンスのた
めに第1の共振周波数の近傍で所定の通過帯域幅が得ら
れることを特徴とする請求項3に記載の変換器。 - (5)上記第1の共振周波数によりBモード法での医用
メージングが可能であり、上記第2の共振周波数により
DFMモード法での医用メージングが可能であることを
特徴とする請求項4に記載の変換器。 - (6)上記第1の共振周波数と上記第2の共振周波数が
それぞれ約5MHzと約2.5MHzであることを特徴
とする請求項5に記載の変換器。 - (7)上記整合用ストリップの音響インピーダンスが3
×10^6〜20×10^6音響オームであることを特
徴とする請求項5に記載の変換器。 - (8)複数の異なった周波数で動作させることのできる
複数の整合用ストリップを備えることを特徴とする請求
項1に記載の変換器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8703839 | 1987-03-19 | ||
FR8703839A FR2612722B1 (fr) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | Transducteur acoustique multifrequences, notamment pour imagerie medicale |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63255044A true JPS63255044A (ja) | 1988-10-21 |
Family
ID=9349214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63067063A Pending JPS63255044A (ja) | 1987-03-19 | 1988-03-19 | 複数の周波数で動作する特に医用イメージング用音響変換器 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4870972A (ja) |
EP (1) | EP0285482B1 (ja) |
JP (1) | JPS63255044A (ja) |
AT (1) | ATE72609T1 (ja) |
DE (1) | DE3868337D1 (ja) |
FR (1) | FR2612722B1 (ja) |
NO (1) | NO881125L (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2010273097A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Iwaki Akiyama | 超音波プローブ |
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DE4313229A1 (de) * | 1993-04-22 | 1994-10-27 | Siemens Ag | Ultraschall-Wandleranordnung mit einem Dämpfungskörper |
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