KR20090078881A - Ultrasound probe having surface curved piezoelectric vibrator - Google Patents

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Abstract

An ultrasonic probe having a piezo-electric resonator of curved surface shape is provided to increase the resolution of the ultrasonic image by preventing the center frequency of a receipt ultrasonic signal from being decreased. An ultrasonic probe comprises a piezo-electric resonator(11), an acoustic lens(12), and an impedance matching layer. The piezo-electric resonator has the curved surface shape at least one part of the real side or front side. The acoustic lens is located in front of the piezo-electric resonator of curved surface shape and collects the ultrasonic wave transmitted from the piezo-electric resonator. The impedance matching layer is positioned between the piezo-electric resonator of curved surface shape and the acoustic lens.

Description

곡면 형상의 압전 진동자를 구비하는 초음파 프로브{ULTRASOUND PROBE HAVING SURFACE CURVED PIEZOELECTRIC VIBRATOR} Ultrasonic probe with curved piezoelectric vibrator {ULTRASOUND PROBE HAVING SURFACE CURVED PIEZOELECTRIC VIBRATOR}

본 발명은 초음파 진단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 곡면 형상의 압전 진동자를 구비하는 초음파 프로브에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly, to an ultrasonic probe having a curved piezoelectric vibrator.

초음파 진단 장치는 초음파를 이용하여 비파괴, 비침습 방식으로 대상체의 내부 구조를 보인다. 초음파 진단 장치는 초음파 신호를 송수신하기 위한 프로브 및 빔포머를 포함한다. 프로브는 초음파 신호와 전기 신호를 상호 변환하기 위한 다수의 변환자를 포함한다. 각 변환자가 별도로 초음파 신호를 발생시키기도 하고, 여러 개의 변환자가 동시에 초음파 신호를 발생시키기도 한다. 각 변환자에 송신된 초음파 신호는 대상체 내부의 음향 임피던스(acoustic impedance)의 불연속면(반사체 표면)에서 반사된다. 각 변환자는 반사된 초음파 신호를 전기적 수신신호로 변환한다.The ultrasound diagnostic apparatus displays the internal structure of the object in a non-destructive and non-invasive manner using ultrasound. The ultrasound diagnostic apparatus includes a probe and a beamformer for transmitting and receiving an ultrasound signal. The probe includes a plurality of transducers for converting ultrasonic signals and electrical signals. Each transducer generates an ultrasonic signal separately, and several transducers simultaneously generate an ultrasonic signal. The ultrasonic signal transmitted to each transducer is reflected at the discontinuous surface (reflector surface) of the acoustic impedance inside the object. Each transducer converts the reflected ultrasonic signal into an electrical reception signal.

초음파 신호의 주파수 분포는 중심 주파수를 기준으로 가우시안(Gaussian) 형태의 대칭적 형상을 갖는다. 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(수신 초음파 신호)의 중심 주파수가 높을수록 초음파 영상의 해상도가 향상되며, 중심 주파수가 낮을수록 보다 깊은 영역의 대상체에 대한 정보를 얻을 수 있다. 종래 프로브의 진동자는 평면 형상을 갖기 때문에 수신 초음파 신호의 중심 주파수가 진동자의 두께에만 제한되는 단점이 있다.The frequency distribution of the ultrasonic signal has a symmetrical shape of a Gaussian shape based on the center frequency. As the center frequency of the ultrasound signal (received ultrasound signal) reflected from the object is higher, the resolution of the ultrasound image is improved, and as the center frequency is lower, information about an object in a deeper area may be obtained. Since the oscillator of the conventional probe has a planar shape, the center frequency of the received ultrasonic signal is limited only to the thickness of the oscillator.

본 발명은 곡면 형상의 압전 진동자를 구비하는 초음파 프로브를 제공한다.The present invention provides an ultrasonic probe having a curved piezoelectric vibrator.

본 발명의 실시예는 전면 또는 배면 중 어느 하나의 적어도 일부가 곡면으로 이루어진 압전 진동자를 포함하는 초음파 프로브를 제공한다.Embodiments of the present invention provide an ultrasonic probe including a piezoelectric vibrator having at least a portion of either a front surface or a rear surface of a curved surface.

본 발명의 실시예에 따른 초음파 프로브는 적어도 하나의 곡면형 압전 진동자; 상기 곡면형 압전 진동자의 전면에 위치하며 상기 곡면형 압전 진동자로부터 송신된 초음파를 집속하기 위한 음향렌즈; 및 상기 곡면형 압전 진동자와 상기 음향렌즈 사이에 위치하는 임피던스 정합층을 포함한다.Ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention is at least one curved piezoelectric vibrator; An acoustic lens positioned in front of the curved piezoelectric vibrator for converging ultrasonic waves transmitted from the curved piezoelectric vibrator; And an impedance matching layer positioned between the curved piezoelectric vibrator and the acoustic lens.

프로브의 진동자가 곡면 형상을 가짐으로써, 중심 주파수 수신 윈도우의 폭을 확대시킬 수 있고, 수신 초음파 신호의 중심 주파수가 낮아지는 것을 방지하여 초음파 영상의 해상도 향상에 기여할 수 있다.Since the oscillator of the probe has a curved shape, the width of the center frequency reception window can be enlarged, and the center frequency of the received ultrasound signal can be prevented from being lowered, thereby contributing to the improvement of the resolution of the ultrasound image.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 프로브는 곡면형 압전 진동자(11), 압전 진동자(11)의 전면에 위치하며 압전 진동자(11)로부터 송신된 초음파를 집속하여 피검사체인 대상체(도시하지 않음)에 입사시키는 음향렌즈(12) 및 압전 진동자(11)와 음향렌즈(12) 사이에 위치하는 임피던스 정합(impeadance matching)을 위한 정합층(14)을 포함한다. 또한, 초음파 프로브는 압전 진동자(11)의 배면에 위치하는 흡음층(14) 및 압전 진동자(11)에 전압을 인가하기 위한 전극(15a, 15b)을 더 포함한다.Referring to FIG. 1, an ultrasonic probe according to an exemplary embodiment of the present invention is located in front of a curved piezoelectric vibrator 11 and a piezoelectric vibrator 11 and focuses ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric vibrator 11 to be an object under test. And a matching layer 14 for impedance matching located between the acoustic lens 12 and the piezoelectric vibrator 11 and the acoustic lens 12 which are incident on (not shown). In addition, the ultrasonic probe further includes a sound absorbing layer 14 positioned on the rear surface of the piezoelectric vibrator 11 and electrodes 15a and 15b for applying a voltage to the piezoelectric vibrator 11.

도 1은 흡음층(14)을 향하는 압전 진동자(11)의 배면이 오목한 곡면 형상을 갖는 것을 보이나, 압전 진동자(11)의 전면 또는 배면 중 어느 하나의 적어도 일부는 오목 또는 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있다. 도 2a 내지 도 2d에 보인 바와 같이 압전 진동자의 전면이 곡면 형상을 가질 수도 있다. 도 2a는 압전 진동자(11a)의 전면이 오목한 곡면 형상을 가지거나, 도 2b에 보인 바와 같이 압전 진동자(11b)의 전면이 볼록한 곡면 형상을 가지는 예를 보인다. 도 2c에 보인 바와 같이 압전 진동자(11c)의 전면의 제1 영역(R1)은 오목하고, 제2 영역(R2)은 볼록할 수도 있다. 도 2d에 보인 바와 같이 압전 진동자(11d)의 전면의 제1 영역(R1)은 오목하고, 제2 영역(R2)은 볼록하며 제3 영역을 평면 형상을 가질 수도 있다. 도 1 및 도 2a 내지 도 2d의 압전 진동자(11, 11a, 11b, 11c, 11d)는 세라믹으로 구현될 수 있다.1 shows that the rear surface of the piezoelectric vibrator 11 facing the sound absorbing layer 14 has a concave curved shape, but at least a part of either the front surface or the rear surface of the piezoelectric vibrator 11 may have a concave or convex curved shape. have. As shown in FIGS. 2A to 2D, the front surface of the piezoelectric vibrator may have a curved shape. 2A shows an example in which the front surface of the piezoelectric vibrator 11a has a concave curved shape, or as shown in FIG. 2B, the front surface of the piezoelectric vibrator 11b has a convex curved shape. As shown in FIG. 2C, the first region R1 on the front surface of the piezoelectric vibrator 11c may be concave, and the second region R2 may be convex. As shown in FIG. 2D, the first region R1 of the front surface of the piezoelectric vibrator 11d may be concave, the second region R2 may be convex, and the third region may have a planar shape. The piezoelectric vibrators 11, 11a, 11b, 11c, and 11d of FIGS. 1 and 2a to 2d may be made of ceramic.

도 3은 평면형 압전 진동자, 볼록형 압전 진동자 및 오목형 압전 진동자로부터 얻을 수 있는 초음파 신호의 중심 주파수(A, B, C)를 보인다. 평면형 압전 진동자로부터 얻어지는 중심 주파수(A)를 기준으로 볼록형 압전 진동자로부터 얻어지는 중심 주파수(B)는 상대적으로 낮고, 오목형 압전 진동자로부터 얻어지는 중심 주파수(C)는 상대적으로 높다. 따라서, 목적에 따라 고해상도의 초음파 영상을 얻고자할 경우에는 오목형 압전 진동자를 이용하고, 깊은 영역의 정보를 얻고자 할 경우 에는 볼록형 압전 진동자를 이용한다. 나아가, 해상도를 향상시키면서 깊은 영역의 정보를 얻고자 할 경우에는 도 2c 또는 도 2b에 보인 바와 같이 볼록한 영역과 오목한 영역압전 진동자의 일부는 오목을 모두 구비하는 압전 진동자를 이용할 수 있다.3 shows the center frequencies A, B, and C of the ultrasonic signals that can be obtained from planar piezoelectric vibrators, convex piezoelectric vibrators and concave piezoelectric vibrators. Based on the center frequency A obtained from the planar piezoelectric vibrator, the center frequency B obtained from the convex piezoelectric vibrator is relatively low, and the center frequency C obtained from the concave piezoelectric vibrator is relatively high. Therefore, a concave piezoelectric vibrator is used to obtain a high resolution ultrasound image, and a convex piezoelectric vibrator is used to obtain deep region information. Further, in order to obtain the information of the deep region while improving the resolution, as shown in FIG. 2C or FIG. 2B, a part of the convex region and the concave region piezoelectric vibrator may use a piezoelectric vibrator having both concave.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다. While the invention has been described in connection with some embodiments herein, it should be understood that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as would be understood by those skilled in the art. something to do. Also, such modifications and variations are intended to fall within the scope of the claims appended hereto.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로브의 구조를 보이는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a probe according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 프로브의 압전 진동자 형상을 보이는 단면도.2A to 2D are cross-sectional views showing piezoelectric vibrators of the probe according to the embodiment of the present invention.

도 3은 압전 진동자의 곡면 형상에 따른 초음파 신호의 중심 주파수 변화를 비교하여 보이는 그래프.Figure 3 is a graph showing a comparison of the change in the center frequency of the ultrasonic signal according to the curved shape of the piezoelectric vibrator.

Claims (8)

초음파 프로브로서,As an ultrasonic probe, 전면 또는 배면 중 어느 하나의 적어도 일부가 곡면 형상을 갖는 압전 진동자를 포함하는 초음파 프로브.At least a portion of either the front or the back comprises a piezoelectric vibrator having a curved shape. 초음파 프로브로서,As an ultrasonic probe, 적어도 하나의 곡면형 압전 진동자;At least one curved piezoelectric vibrator; 상기 곡면형 압전 진동자의 전면에 위치하며 상기 곡면형 압전 진동자로부터 송신된 초음파를 집속하기 위한 음향렌즈; 및An acoustic lens positioned in front of the curved piezoelectric vibrator for converging ultrasonic waves transmitted from the curved piezoelectric vibrator; And 상기 곡면형 압전 진동자와 상기 음향렌즈 사이에 위치하는 임피던스 정합층Impedance matching layer positioned between the curved piezoelectric vibrator and the acoustic lens 을 포함하는 초음파 프로브.Ultrasonic probe comprising a. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 곡면형 압전 진동자는, 전면의 적어도 일부가 오목형상 또는 볼록형상을 갖는, 초음파 프로브.The said curved piezoelectric vibrator is an ultrasonic probe at least one part of a front surface has a concave shape or convex shape. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 곡면형 압전 진동자의 전면 또는 배면 중 어느 하나는 볼록 영역 및 오목한 영역을 포함하는, 초음파 프로브.Wherein either the front or the back of the curved piezoelectric vibrator comprises a convex region and a concave region. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 곡면형 압전 진동자의 전면 또는 배면 중 어느 하나는 볼록한 영역, 오목한 영역 및 평면 형상 영역을 포함하는, 초음파 프로브.Wherein either the front or the back of the curved piezoelectric vibrator comprises a convex region, a concave region and a planar region. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 3 to 5, 상기 곡면형 압전 진동자의 배면에 위치하는 흡음층을 더 포함하는 초음파 프로브.Ultrasonic probe further comprising a sound absorbing layer located on the back of the curved piezoelectric vibrator. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 곡면형 압전 진동자에 전압을 인가하기 위한 전극을 더 포함하는 초음파 프로브.And an electrode for applying a voltage to the curved piezoelectric vibrator. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 곡면형 압전 진동자는 세라믹으로 이루어지는, 초음파 프로브.And said curved piezoelectric vibrator is made of ceramic.
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CN114152669A (en) * 2021-11-12 2022-03-08 中车长江运输设备集团有限公司 Probe and method for detecting bubble defects of composite sandwich plate

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