JP2658481B2 - 超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超音波診断装置に用いられ、少なくとも一個
の超音波振動子が回転あるいは首を振るように揺動され
て超音波断層画像が得られる機構走査型の超音波探触子
に関する。

従来の技術 近年、医療診断の多様化に伴い超音波診断装置は電子
走査型の超音波探諸子と併せて機械走査型の超音波探触
子が使用されるようになってきている。

この中、機械走査型超音波探触子の構成の一つである
機械式セクタ走査型探触子について、例えば、「新しい
超音波技術」（南江堂、1984年、68頁）に記載されてい
る。以下、この従来の機械式セクタ走査型の超音波探触
子について第３図を参照しながら説明する。

第３図において、51は音響窓、52は支持部材、53は支
持部材52と回転軸54により回転可能に支持された支持
体、55は支持体53に取り付けられた超音波振動子、56は
超音波振動子55の前面に設けられた音響レンズ、57は音
響窓51内に封入された音響伝搬媒体、58は一端が超音波
振動子55に接続されたリード線、59は一端が超音波診断
装置本体（図示せず）に接続されたケーブルのリ−ド
線、60はリード線58とリ−ド線59とを電気的に結合する
スリップリングである。61は被検体（生体）、62は超音
波振動子55の開口中心55aからの超音波経路、63は超音
波振動子55の開口両側面55b、55cからの超音波経路、64
は超音波の収束点である。

次に上記従来例の動作について説明する。支持体53、
超音波振動子55および音響レンズ56は一体となって駆動
機構（図示せず）により一定速度で回転される。この間
に、超音波振動子55から超音波が被検体61に向かって放
射され、被検体61内の音響インピ−ダンスの違いによっ
て生じる反射波が超音波振動子55によって受信される。
受信信号はリ−ド線58、スリップリング60、リ−ド線59
を通じて超音波診断装置本体（図示せず）に伝送され、
この超音波診断装置本体で適当な信号処理がなされてセ
クタ状の超音波断層画像がブラウン管（図示せず）に表
示される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の超音波探触子では、第３図
から明らかなように、超音波振動子55の端面55a、55bか
ら放射された超音波経路63は、音響窓51の法線方向に対
して、斜めに入射することになる。音響伝搬媒体57は液
体であり、液体中は縦波の超音波のみが伝搬する。音響
窓51のような固体に縦波の超音波が斜めに入射すると固
体内には縦波だけでなく横波が発生する。この横波の伝
搬速度は縦波に比べて遅いので、横波の超音波に対する
音響インピーダンスが縦波の超音波に対する音響インピ
ーダンスとは異なる値になる。従って、縦波の超音波に
対する音響伝搬媒体57と音響窓51との音響インピーダン
スの整合をとっても、横波の超音波に対する整合をとる
ことができないため、音響窓51内で横波超音波のゴース
ト信号が発生し、その結果として、第４図（ａ）に示す
ように主超音波パルス65の後に、音響窓51内で発生した
横超音波に起因するパルス66が発生してしまう。そして
例えば第４図（ｂ）に示すようにセクタ状の超音波断層
画像において血管壁像67のわずか後方に、血管壁像67の
ゴースト像68が生じ画質を劣化させるという問題を有し
ていた。なお、このようなゴースト像68を発生する要因
となる横波超音波は固体に超音波が斜めに入射した際に
発生し、固体中でのみ伝搬され、液体あるいは生体の界
面では横波超音波が再び縦波超音波に変換され伝搬され
る。

この問題を解決する技術的手段として特開昭63−2208
48号公報に開示された技術的手段があるが、構造的な制
約を受けることから良好な画像を得る場合には充分とは
いえなかった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、音響窓
に発生した横波超音波によるゴ−スト像をなくし、分解
能の良好な断層画像を得ることができる超音波探触子を
提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明では、音響窓の超音
波通過部分の厚みが、その超音波通過部分で発生する横
波超音波の1/2波長差に相当する厚みの差にかかる傾斜
を有するように形成されたものである。

作用 本発明は、上記のような構成により次のような作用を
有する。音響窓の超音波通過部分が、その超音波通過部
分で発生する横波超音波の1/2波長差に相当する厚みの
差にかかる傾斜を有するように形成されているので、音
響窓内で発生する横波超音波が確実に相殺される。

実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図（ａ）は、本発明の第１の実施例における超音
波探触子の正面概略断面図、第１図（ｂ）は側面概略断
面図である。第１図（ａ）、（ｂ）において、１は音響
窓である。２は回転軸３の支持部材、４は支持部材２に
より保持され、回転軸３により矢印Ａ方向に回転可能に
支持された支持体、５は支持体４に取り付けられた超音
波振動子、６は超音波振動子５の前面に設けられた音響
レンズ、７は音響窓１内に封入された音響伝搬媒体（超
音波伝搬媒体）、８は一端が超音波振動子に接続された
リード線で、他端子はスリップリング（図示せず）など
を通じて超音波診断装置（図示せず）に接続されて信号
を伝達する。９は超音波振動子５の開口中心5aからの超
音波経路、10は超音波振動子５の開口両端面5b、5cから
の超音波経路、11は、超音波振動子５の開口中心5aを通
り、かつ超音波振動子５の回転軸３と直交する図中二点
鎖線で表わされる紙面と垂直な平面18で超音波振動子５
を左右部分に分割した場合に、超音波振動子５の右半分
の重心位置から放射される超音波経路を表わし、12は左
半分の重心位置から放射される超音波経路をそれぞれ表
わす。13は被検体（生体）である。

音響窓１は第１図（ｂ）から理解されるように、超音
波振動子５の回転方向Ａに対して厚みが均一な円筒状を
なしている。回転軸３と平行する方向に対しては、第１
図（ａ）から理解されるように、超音波振動子５の右半
分の重心位置から放射される超音波経路11と左半分の重
心入から放射される超音波経路12間における音響窓１の
超音波通過部分が、その超音波通過部分で発生する横波
超音波の1/2波長差に相当する厚みの差Δｔにかかる傾
斜を有するように形成されている。すなわち、音響窓１
の形状は半円筒状で、回転軸３の方向に対して厚みが変
化している。

次に上記実施例の動作について説明する。

支持体４とこれに支持された超音波振動子５と超音波
振動子５の前面に設けられた音響レンズ６とは、一体に
なって回転軸３の回りを駆動機構（図示せず）により回
転し、この間、超音波振動子５から超音波が放射され、
被検体13内から音響インピーダンスの差異による反射波
が超音波振動子５で受信されて、リード線８、スリップ
リング（図示せず）、ケーブル（図示せず）を通じて超
音波診断装置本体（図示せず）に送られ、この超音波振
動装置本体で適当な信号処理がなされて、セクタ状の超
音波断層画像がブラウン管（図示せず）に表示される。
この場合、音響窓１に入射する超音波は音響レンズ６に
よる収束効果、音響窓１の支持体４の回転方向の曲率、
さらに超音波受信信号の広がりなどの影響で斜めに入射
する超音波が存在することになる。音響窓１のような固
体に超音波が斜めに入射した場合、その界面では縦波超
音波だけでなく横波超音波が発生することが一般に知ら
れている。この横波超音波は縦波超音波に比較して伝搬
速度が遅く、音響窓１から音響伝搬媒体７に伝搬し再び
界面で縦波超音波に変換される際に、縦波超音波と横波
超音波の伝搬速度の差に起因して音響窓１の厚みの相当
する位置に、時間遅れのエコーが発生し、これがゴース
ト信号となり断層画像の劣化が生じる。

この場合、本実施例では、伝搬経路中で、唯一、横波
超音波が存在して伝搬していく音響窓１の厚みを、第１
図（ａ）に示すように、超音波振動子５の右半分の重心
位置からの超音波経路11と、左半分の重心位置からの超
音波経路12に対して、音響窓１の中を伝搬する横波超音
波の波長の1/2に相当する厚みの差Δｔを形成している
ので、発生する横波長音波が相殺されてこの横超音波に
起因するゴースト信号が抑制されゴースト像のない良好
な画像が得られるものである。

第２図（ａ）は超音波振動子５の右半分で受信した超
音波受信信号を表わす図で、右半分の重心位置からの超
音波経路11の通過経路の音響窓１の厚みと、縦波超音波
と横波超音波の伝搬速度差に相当する時間送れの位置
に、ゴースト信号14が生じていることが理解される。

第２図（ｂ）は左半分の重心位置からの超音波経路12
の通過経路の音響窓１の厚みと、縦波超音波と横波超音
波の伝搬速度差に相当する位置に、ゴースト信号15が生
じている様子を表わしたものである。第２図（ａ）のゴ
ースト信号14に対して第２図（ｂ）のゴースト信号15
は、受信信号16に対して超音波パルス周期の1/2波長に
相当するだけずれている。第２図（ｃ）は超音波振動子
５で受信した場合の受信信号であり、上記第２図（ａ）
と第２図（ｂ）に示す波形を加えた波形でありゴースト
信号14およびゴースト信号15が1/2波長分位相がずれて
加え合わされることで相殺されてゴースト信号のほとん
どない良好な超音波受信信号が得られる。

また、第２図の実施例として音響窓１の形状が球形の
場合には、音響窓１の外壁の曲率中心位置と内壁の曲率
中心位置を回転軸の方向にずらすことによって、超音波
振動子５の右半分の重心位置からの超音波経路の音響窓
１の厚みと左半分の重心位置からの超音波経路の音響窓
２の厚みに横波の1/2波長に相当する差を設けることが
可能で、第１の実施例と同様に横波超音波によるゴース
ト信号が相殺でき、ゴースト信号のほとんどない良好な
超音波受信信号が得られる。

なお、上記の二つの実施例では、超音波振動子が回転
する機械走査型超音波探触子について説明したが、超音
波振動子が反復往復（首振り）運動して揺動する機械走
査型超音波探触子についても同様に実施できる。

発明の効果 本発明は上記実施例より明らかなように、音響窓の超
音波通過部分の厚みが不均一になるように形成されるの
で、音響窓内で発生する横波超音波が相殺される。した
がって、ゴースト信号が小さくなりゴースト像が視認し
にくくなる。また、音響窓の超音波通過部分が、その超
音波通過部分で発生する横波超音波の1/2波長差に相当
する厚みの差にかかる傾斜を有するように形成されてい
るので、音響窓内で発生する横波超音波が確実に相殺さ
れる。このようにして本発明では分解能の良好な断層画
像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例における超音波探触子
の一部を省略した正面断面図、第１図（ｂ）はこの超音
波探触子の一部を省略した側面断面図、第２図（ａ）は
超音波振動子の右半分で受信したパルス波形図、図２図
（ｂ）は左半分で受信したパルス波形図、第２図（ｃ）
は超音波振動子の開口前面で受信したパルス波形図、第
３図は従来の超音波探触子の正面断面図、第４図（ａ）
は従来の超音波探触子で受信したパルス波形図、第４図
（ｂ）は従来の探触子で得られた断層画像図である。 １……音響窓、２……支持部材、３……回転軸、４……
支持体、５……超音波振動子、６……音響レンズ、７…
…音響伝搬媒体、８……リード線、９……超音波経路、
10……超音波経路、11……超音波経路、12……超音波経
路、13……被検体、14……ゴースト信号、15……ゴース
ト信号、16……ゴースト信号、17……超音波エコー

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波伝搬媒体中に配置されて回転あるい
   は揺動する超音波振動子と、この超音波振動子が配置さ
   れた超音波伝搬媒体が充たされ、上記超音波振動子の開
   口中心を通りかつ上記超音波振動子の回転軸あるいは揺
   動軸と直交する平面で上記超音波振動子を左右部分に分
   割した場合に、右半分の重心位置から放射される超音波
   経路と左半分の重心位置から放射される超音波経路とに
   おける超音波通過部分が、その超音波通過部分で発生す
   る横波超音波の1/2波長差に相当する厚みの差にかかる
   傾斜を有するように形成された音響窓とを有する超音波
   探触子。