JP3263158B2 - 超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力された電気信号を
超音波に変換して送信するとともに、受信した超音波を
電気信号に変換して出力する超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体、特に人体内に超音波を送信し、
人体内の組織で反射されて戻ってきた超音波を受信して
受信信号を得、この受信信号に基づく人体内の画像を表
示することにより人体の内臓等の疾患の診断を容易なら
しめる超音波診断装置が従来より用いられており、この
超音波診断装置では電気信号を超音波に変換して被検体
内に送信するとともに被検体内で反射された超音波を受
信して電気信号に変換するトランスデューサとして超音
波探触子が用いられている。

【０００３】図３は、従来の超音波探触子の一例を模式
的に表わした斜視図、図４はその超音波探触子と接続さ
れる回路を表わしたブロック図である。図３の横方向
（ｘ方向）に、例えば圧電セラミックス（ＰＺＴ）から
なる多数の圧電振動子１が短冊状に並び、その前面側に
は互いに電気的に接続された共通の前面電極１ａが形成
され、接地されている。また各圧電振動子１の背面側に
はそれぞれ互いに独立した背面電極１ｂが形成されてお
り、各背面電極１ｂのそれぞれには各電極リード２が接
続されている。また各圧電振動子１の図の下方には、各
圧電振動子１のそれぞれに対応したエポキシ樹脂等から
なる整合層３が形成されており、さらにその下部には、
圧電振動子１の配列方向（ｘ方向）とは直角のｙ方向
（短軸方向）についてこの超音波探触子から送信された
超音波を収束させるための、シリコーンゴム等からなる
音響レンズ４が取り付けられている。また圧電振動子１
の図の上方には、超音波の波形継続時間を短縮し、かつ
背面側に発信された超音波を吸収する目的で、バッキン
グ５が背面電極１ｂを挟んで圧電振動子１に結合されて
いる。

【０００４】以上のように構成された超音波探触子を用
いて人体等の被検体（図示せず）内に超音波を送信する
には、図４に示す送信回路６から各圧電振動子１に向け
て各パルス信号が送信され、これにより各圧電振動子１
から超音波がパルス的に送信される。ここで、各圧電振
動子１から送信された超音波が被検体内の所定の深さで
焦点を結ぶように送信回路６から送信される各パルス信
号の送信タイミングが制御されている。

【０００５】また、この超音波探触子から送信され被検
体内で反射された超音波は、各圧電振動子１で受信され
て各受信信号に変換される。この各受信信号は、各アン
プ７で適切に増幅された後、遅延加算回路８に入力さ
れ、この遅延加算回路８において、被検体内の、固定し
たもしくは順次変更された深さ位置に焦点が結ばれるよ
うに遅延加算が行われる。

【０００６】この遅延加算回路８で遅延加算の行われた
受信信号は、図示しない信号処理回路に入力され、この
受信信号に基づいて超音波による被検体内の画像を表わ
す画像信号が生成され、この画像信号に基づいて例えば
ＣＲＴディスプレイ装置等に画像が表示される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような超音波診
断装置において、分解能の高い画像を得ることが要求さ
れる。この分解能には、どこまで近接した２つの反射体
を分離することができるか表わす分解能であるディテイ
ルレゾルーションと、超音波の反射強度の微弱な差異を
どこまで識別することができるかを表わす分解能である
コントラストレゾルーションとに分けることができる。
このうちディテイルレゾルーションは、超音波探触子か
ら放射された超音波放射パターン（被検体内への往路の
片道）の−１０ｄＢビーム幅（図６参照）で特徴づけら
れ、この−１０ｄＢビーム幅が狭いほどディテイルレゾ
ルーションが高い。またコントラストレゾルーション
は、−２０ｄＢ以下のビーム幅の広がり（図６参照）で
特徴づけられ、この広がりが狭いほどコントラストレゾ
ルーションが高い。

【０００８】図５は、超音波探触子の概略構造と、この
超音波探触子から放射される超音波の放射音圧分布を示
した図、図６は、図５に示す放射音圧分布の場合におけ
る超音波ビームの断面方向の強度分布を示した図、図７
は、その場合の被検体内の深さ方向のビーム径を表わし
た図である。図５に示すように圧電振動子の中央部も端
部も均一な放射音圧の超音波を送波した場合、図６に示
すように被検体内の超音波ビームには大きなサイドロー
ブが発生し、−２０ｄＢ以下のビーム幅が大きく広がっ
てしまい、したがってコントラストレゾルーションが低
下してしまうことになる。また図７に示すように、被検
体内の深さ方向について超音波ビームが絞られている領
域が短く、したがって焦点深度が浅い。ただし、図６に
示すように−１０ｄＢビーム幅は比較的狭く、したがっ
てディテイルレゾルーションは比較的良好である。

【０００９】図８は、超音波探触子の概略構造と、放射
音圧分布の他の例を示した図、図９は、図８に示す放射
音圧分布の場合における超音波ビームの断面方向の強度
分布を示した図、図１０はその場合の被検体内の深さ方
向のビーム径を表わした図である。図８に示すように、
放射音圧を、圧電振動子１の中央部で大きく端部にいく
に従って小さくした超音波を送波する手法が知られてお
り、こうすることにより、図９に示すようにサイドロー
ブを小さく押さえることができ、したがって図１０に示
すようにビーム径を全体に細く絞ることができる。

【００１０】図８に示すような放射音圧分布を実現する
振幅重み付け手法は種々提案されており、例えば分極強
度を各圧電振動子１の中央部で大きく短軸方向の端にい
くに従って小さくすることにより振幅重み付けを行う手
法（特公平１−２４４７９号公報参照）、短軸方向につ
いて各電圧振動子１の形状を工夫し圧電振動子の面積を
中央で広く、両端部にいくに従って狭くすることによっ
て振幅重み付けを行う手法（特公平１−２４４８０号公
報）、音響インピーダンスが位置の関数として変化した
バッキングを用いる手法等が提案されている。

【００１１】この振幅重み付けにより、サイドローブレ
ベルは図９に示すように大きく抑圧され、これにより−
２０ｄＢ以下のビーム幅が狭まりコントラストレゾルー
ションが向上する。また図１０に示すようにビームが絞
られる領域も長くなりしたがって焦点深度も深くなる。
しかし、この振幅重みづけを行った場合（図９参照）、
−１０ｄＢビーム幅は、振幅重み付けを行わなかった場
合（図６参照）に比べて広くなり、ディテイルレゾルー
ションはかえって劣化してしまうことになる。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑み、用途に応じデ
ィテイルレゾルーションの良好な画像とコントラストレ
ゾルーションの良好な画像との双方を得ることのできる
機能をもった超音波探触子を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の超音波探触子は、矩形の超音波放射開口を有
する圧電振動子が複数配列されたアレイ型超音波探触子
において、これら複数の圧電振動子の超音波放射開口
が、中央部側に配列された圧電振動子よりも端部側に配
列された圧電振動子ほど順次狭い開口を有する形状に形
成された第１の開口と、該第１の開口の残余の部分から
なる第２の開口とに分割されており、かつこれら複数の
圧電振動子それぞれの第１の開口のみを用いる第１のモ
ードと、これら複数の圧電振動子それぞれの、第１の開
口と第２の開口との双方からなる矩形の超音波放射開口
を用いる第２のモードとを切換える切換手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１４】ここで上記第１の開口の、前記複数の圧電
振動子に跨る全体の形状は、例えば菱形に形成される。
また上記目的を達成する本発明の第２の超音波探触子
は、矩形の超音波放射開口を有する圧電振動子が複数配
列されたアレイ型超音波探触子において、これら複数の
圧電振動子それぞれの超音波放射開口が、各圧電振動子
の中央部側よりも端部側ほど狭い開口を有する形状に形
成された第１の開口と、該第１の開口の残余の部分から
なる第２の開口とに分割されており、かつこれら複数の
圧電振動子それぞれの第１の開口のみを用いる第１のモ
ードと、これら複数の圧電振動子それぞれの、第１の開
口と第２の開口との双方からなる矩形の超音波放射開口
を用いる第２のモードとを切換える切換手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１５】この第２の超音波探触子において上記複数
の圧電振動子それぞれの第１の開口は例えば菱形に形成
される。また上記第１の超音波探触子および第２の超音
波探触子における切換手段としては、例えばアナログス
イッチが用いられる。

【００１６】

【作用】本発明の第１の超音波探触子は、第１の開口の
みと、第１の開口および第２の開口の双方とが切換られ
て使用され、かつ中央部側に配列された圧電振動子の第
１の開口よりも端部側に配列された圧電振動子の第１の
開口の方が順次狭く形成されているため、第１の開口の
みを用いることにより短軸方向および走査方向の双方に
ついてビームを絞ることができ、これによりコントラス
トレゾルーションの良好な超音波画像を得ることができ
る。尚、走査方向については、従来と同様の、各圧電振
動子に印加するパルス信号の送信タイミングの調整およ
び遅延加算の手法を併用することもできる。また、第１
の開口と第２の開口との双方からなる矩形の超音波放射
開口を用いた場合は短軸方向について一様な音圧分布を
有する超音波ビームが送受信され、これによりディテイ
ルレゾルーションの良好な超音波画像を得ることができ
る。この場合、圧電振動子が配列された走査方向につい
ては、各圧電振動子に印加するパルス信号の送受信タイ
ミングの調整および遅延加算（図４参照）により所定幅
の超音波ビームが形成される。

【００１７】また本発明の第２の超音波探触子は、配列
された複数の圧電振動子それぞれの超音波放射開口が各
圧電振動子の中央部側よりも短部側ほど狭い開口を有す
る形状に形成された第１の開口と、この第１の開口の残
余の部分からなる第２の開口とに分割されているため、
第１の開口のみを用いるか、第１の開口と第２の開口と
の双方からなる矩形の超音波放射開口を用いるかによ
り、それぞれ短軸方向についてコントラストレゾルーシ
ョンの良好な画像、ディテイルレゾルーションの良好な
画像を得ることができる。走査方向については従来と同
様にパルス信号の送信タイミングの調整および遅延加算
（図４参照）によりビーム径が調整される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の第１の超音波探触子の一実施例を表わし
た模式図である。この超音波探触子は、矩形の超音波放
射開口を有する圧電振動子１が走査方向に複数配列され
たアレイ型超音波探触子であり、各圧電振動子１の超音
波開口は図示のように第１の開口１１と第２の開口１２
に分割されている。第１の開口１１は、中央部側に配列
された圧電振動子よりも走査方向端部側に配列された圧
電振動子の方が順次狭い開口を有する形状に形成されて
おり、この実施例ではこの第１の開口１１は全体として
菱形に形成されている。

【００１９】第２の開口１２は、矩形の超音波放射開口
をもった各圧電振動子１の第１の開口１１の残余の部分
で形成されている。各圧電振動子１には電極リード２が
取り付けられており、この電極リード２は、アナログス
イッチ９により、第１の開口１１のみ又は第１の開口１
１と第２の開口１２との双方に接続されるように切り換
えられる。

【００２０】この実施例の場合、電極リード２を第１の
開口１１のみに接続した場合、振幅重み付けは短軸方向
だけでなく走査方向に対しても行われる。走査方向につ
いてのビーム径の調整は、第１の開口１１の形状に起因
する分のほか、電極リード２に印加するパルス信号の送
信タイミングの調整及び被検体内で反射され圧電振動子
１で受信された超音波の遅延加算によっても行われる。

【００２１】この実施例において第１の開口１１のみを
用いることにより短軸方向について図１（Ｂ）に示すよ
うな放射音圧を得ることができ、これにより図９に示す
ようなサイドロープが抑えられた超音波ビームを得るこ
とができ、したがってコントラストレゾルーションの良
好な画像を得ることができる。また第１の開口１１と第
２の開口１２との双方、即ち矩形の超音波放射開口を用
いることにより、図６に示すような−１０ｄＢのビーム
幅の狭い超音波ビームを得ることができ、この場合ディ
テイルレゾルーションの良好な画像を得ることができ
る。走査方向についてのビーム径の調整は、従来と同様
電極リード２に印加するパルス信号の送信タイミングの
調整及び被検体内で反射され圧電振動子１で受信された
超音波の遅延加算によって行われる。

【００２２】図２は、本発明の第２の超音波探触子の一
実施例を表わした模式図である。この超音波探触子
は、、図１に示す実施例と同様に、矩形の超音波放射開
口を有する圧電振動子１が走査方向に複数配列されたア
レイ型超音波探触子である。各圧電振動子１の超音波放
射開口は図示のように第１の開口１１と第２の開口１２
に分割されているが、この実施例では、各圧電振動子１
について第１の開口１１は全て同一形状を有しており、
各圧電振動子１の第１の開口１１は、各第１の圧電振動
子１の中央部側よりも短軸方向端部側ほど狭い開口を有
し、それぞれが菱形に形成されている。第２の開口１２
は各圧電振動子１の超音波放射開口のうち第１の開口１
１の残余の部分で形成されている。

【００２３】各圧電振動子１には電極リード２が取り付
けられており、この電極リード２は、アナログスイッチ
９により、第１の開口１１のみ又は第１の開口１１と第
２の開口１２との双方に接続されるように切り換えられ
る。この実施例の場合、電極リード２を第１の開口１１
のみに接続した場合、振幅重み付けは短軸方向に対して
行われる。走査方向についてのビーム径の調整は、電極
リード２に印加するパルス信号の送信タイミングの調整
及び被検体内で反射され圧電振動子１で受信された超音
波の遅延加算によって行われる。

【００２４】この実施例において第１の開口１１のみを
用いることにより、図１に示す実施例の場合と同様、図
９に示すようなサイドロープが抑えられた超音波ビーム
を得ることができ、したがってコントラストレゾルーシ
ョンの良好な画像を得ることができる。また第１の開口
１１と第２の開口１２との双方、即ち矩形の超音波放射
開口を用いることにより、図６に示すような−１０ｄＢ
のビーム幅の小さい超音波ビームを得ることができ、こ
の場合ディテイルレゾルーションの良好な画像を得るこ
とができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１およ
び第２の超音波探触子は、圧電振動子の矩形の超音波放
射開口が少くとも短軸方向について中央部よりも短部側
ほど狭い面積を有する第１の開口と残余の部分からなる
第２の開口とに分割し、第１の開口のみ、もしくは第１
の開口と第２の開口とを合せた矩形の開口を切換えて使
用できるよう構成されているため、用途に応じディテイ
ルレゾルーションの良好な画像とコントラストレゾルー
ションの良好な画像の双方を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の超音波探触子の一実施例を表わ
した模式図である。

【図２】本発明の第２の超音波探触子の一実施例を表わ
した模式図である。

【図３】従来の超音波探触子の一例を模式的に表わした
斜視図である。

【図４】図３に示す超音波探触子と接続される回路を表
わしたブロック図である。

【図５】超音波探触子の概略構造と、この超音波探触子
から放射される超音波の放射音圧分布を示した図であ
る。

【図６】図５に示す放射音圧分布の場合における超音波
ビームの断面方向の強度分布を示した図である。

【図７】図５に示す放射音圧分布の場合における被検体
内の深さ方向のビーム径を表わした図である。

【図８】超音波探触子の概略構造と、放射音圧分布の他
の例を示した図である。

【図９】図８に示す放射音圧分布の場合における超音波
ビームの断面方向の強度分布を示した図である。

【図１０】図８に示す放射音圧分布の場合における被検
体内の深さ方向のビーム径を表わした図である。

【符号の説明】

１ 圧電振動子 ２ 電極リード ９ アナログスイッチ １１ 第１の開口 １２ 第２の開口

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形の超音波放射開口を有する圧電振動
   子が複数配列されたアレイ型超音波探触子において、 これら複数の圧電振動子の超音波放射開口が、中央部側
   に配列された圧電振動子よりも端部側に配列された圧電
   振動子ほど順次狭い開口を有する形状に形成された第１
   の開口と、該第１の開口の残余の部分からなる第２の開
   口とに分割されており、かつこれら複数の圧電振動子そ
   れぞれの第１の開口のみを用いる第１のモードと、これ
   ら複数の圧電振動子それぞれの、第１の開口と第２の開
   口との双方からなる矩形の超音波放射開口を用いる第２
   のモードとを切換える切換手段を備えたことを特徴とす
   る超音波探触子。
2. 【請求項２】 前記第１の開口の、前記複数の圧電振動
   子に跨る全体の形状が菱形に形成されてなることを特徴
   とする請求項１記載の超音波探触子。
3. 【請求項３】 矩形の超音波放射開口を有する圧電振動
   子が複数配列されたアレイ型超音波探触子において、 これら複数の圧電振動子それぞれの超音波放射開口が、
   各圧電振動子の中央部側よりも端部側ほど狭い開口を有
   する形状に形成された第１の開口と、該第１の開口の残
   余の部分からなる第２の開口とに分割されており、かつ
   これら複数の圧電振動子それぞれの第１の開口のみを用
   いる第１のモードと、これら複数の圧電振動子それぞれ
   の、第１の開口と第２の開口との双方からなる矩形の超
   音波放射開口を用いる第２のモードとを切換える切換手
   段を備えたことを特徴とする超音波探触子。
4. 【請求項４】 前記複数の圧電振動子それぞれの前記第
   １の開口が、菱形に形成されてなることを特徴とする請
   求項３記載の超音波探触子。
5. 【請求項５】 前記切換手段がアナログスイッチである
   ことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記
   載の超音波探触子。