JPS63166400A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は超音波診断装置等に使用される超音波の送受信
のための超音波探触子に係り、特に２次元配列振動子を
備えた超音波探触子に関する。

（従来の技術） 超音波診断装置は超音波によって被検体内を走査し、゛
その反射波を検出して断層像を得るものであり、リアル
タイム性と、無侵襲に診断ができるという特長から、急
速に普及している。走査は超音波探触子を機械的に動か
すことにより行なう機械走査と、配列振動子を用いて電
子的な切換えおよび遅延時間の制御により行なう電子走
査とがあるが、走査の高速化と分解能向」二のために電
子走査が主流となっている。電子走査の方式としては、
大きくわけてリニア電子走査とセクタ電子走査とがある
。

電子走査において走査方向（方位方向）の高分解能化を
図る技術としては、受イｄ時に被検体内の深さに対応し
た時間に応じて超音波ビームの集束点を順次切換える受
信ダイナミックフォーカス法や、集束点を変えて送受信
を繰返し行ない、集束点付近の画像をつなぎ合せる多段
フォーカス法等がある。また、深さ方向についても超音
波振動子のマツチング層を多層化することにより広帯域
化が図られ、分解能の向上が達成されている。

しかしながら、走査面と垂直の方向、すなわちスライス
方向については、音響レンズによって一点に集束する方
法がとられており、集束点の前後では超音波ビームの幅
が広くなってしまうという問題がある。スライス方向に
は超音波ビームの幅で積分された形で画像が得られるた
め、音響レンズの集束点近傍では良好な画像が得られる
が、超音波ビームの幅が広くなる集束点の前後では像か
ぼけてしまい、細い血管等の微小構造が鮮明に描出され
ないという結果となる。

このような欠点を改答するために、２次元配列振動子を
用い、走査方向に加えてスライス方向にも受信ダイナミ
ックフォーカスや多段フォーカスを適用することにより
、走査方向と同様に分解能を向上させる試みがなされて
いる。

ところが、このような２次元配列振動子を構成するに当
たって、単純に正方形の振動子を組合わせた形にすると
、振動子の総数が非常に多くなり、探触子の製造が困難
となって歩留りを低ドさせるばかりでなく、振動子と電
−ｒ回路とを接続する引出し線の接続作業にも大きな労
力を要する。従って、探触子が高価なものとなってしま
うという問題かある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来２次元配列振動子を有する超音波探触子
では、振動−ｒの総数が非常に多くなり、実現性に乏し
いという問題があった。

本発明はこのような問題を解決し、振動子数を極力少な
くした２次元配列振動子を備えながら、走査方向は勿論
、スライス方向についても高い分解能が得られる超音波
探触子を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明は複数の振動子を直交する第１および第２の方向
に沿って配列してなる２次元配列振動子を備えた超音波
探触子において、２次元配列振動ｒの第１の方向の配列
ピッチおよび第２の方向の配列ピッチのうちの少なくと
も一方を配列方向外側ほど小さくなる不等ピッチとした
ことを特徴とする。

（作用） 配列振動子を使用する場合、遅延時間の制御により電子
的に超音波ビームを集束させる方法がとられるが、その
際に振動子に与えられる遅延時間ｔｄは第２図に示すよ
うに振動子の配列ピッチで量子化され、ある一点Ｆｏに
超音波ビームを集束させるための理想的な遅延時間２に
対して、量子化された遅延時間３は配列方向において階
段状の分布を示す。この場合、配列振動子１の隣接する
振動子間の遅延時間差は、この遅延時間差に起因する集
束点Ｆ、付近におけるサイドローブレベルが許容値に収
まる範囲内にあればよく、図のように配列振動子１の配
列ピッチが等ピッチの場合は、両端の遅延時間差Δｔが
許容範囲内にあればよいが、このようにすると配列方向
両端以外の振動子間の遅延時間差は必要以上に小さいこ
とになる。

配列振動子の配列ピッチを配列方向外側ほど小さくなる
ような不等ピッチとすると、遅延時間差は均等化される
が、この遅延時間差が許容範囲内にある限り問題はなく
、等ピッチの場合とほぼ同、等の超音波ビーム集束性お
よびサイドローブ抑圧性能が得られる。従って、例えば
本発明をリニア電子走査用の超音波探触子に適用した場
合を例にとると、２次元配列振動子の第１の方向の配列
ピンチをＡピッチとし、第２の方向の配列ピッチを不ぢ
ピッチとして、第１の方向を走査方向に選ぶことにより
リニア電子走査′：９の電子走査を支障なく行なえると
ともに、第２の方向（スライス方向）について振動子数
が減少することにより、振動その総数か大きく減少する
。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る超音波探触子の概略構
成を示す分解斜視図である。同図において、２次元配列
振動子１１は段数の振動子が直交する第１の方向（走査
）ｊ向）Ｘと、第２の方向（スライスｈ“向）ｙに沿っ
て配列されたもので、その配列ピッチは走査ノＪ“向Ｘ
においては等ピッチ、スライス方向ｙにおいては配列方
向外側ほど小さくなる不等ピッチとなっている。２次元
配列振動子１１は圧電体板と、その一方の面に全曲的に
形成された共通電極および他方の而に形成された各振動
子対応の個別電極により（１４成される。この場合、各
振動子間においては個別電極のみか分割されていてしよ
いし、圧電体板もカッティングにより分割されていても
よい。圧電体をカッティングする場合、坤さ方向全体を
カッティングせず、適当な深さまでカッティングするよ
うにしてもよい。

この２次元配列振動子１１の例えば個別電極が形成され
た側の面は、バッキング材１２に接着され、反対側の而
、例えばＪ（通電棒か形成された側の面は音響マツチン
グ層Ｘ３か彼覆されている。

音響マツチング層１３は単層または多層（１Ｍ造からな
り、圧電体と被検体（生体）との音響的なインピーダン
ス整合がとれるように、その音速、厚み。

音響インピーダンス等のパラメータが、規整されている
。

第３図は２次元配列振動子１１のより詳細な構成を示す
平面図である。この例では走査方向Ｘの素子数を１７素
子、スライス方向ｙの素子数を９素子としている。リニ
ア電子走査を行なう場合は、超音波の１同の送受信毎に
駆動する振動子をＸ方向に１素子ずつずらせて、所定個
数の振動子を一？ド位として駆動する。その場合、−１
１１位として駆動される振動子に対して第２図に示した
ような遅延時間を与えれば、超音波ビームを電子的に集
束することができる。

また、２次元配列振動子１］は走査方向Ｘについては等
ピッチで配列されているため、この配列ピッチで定まる
一定のステップで正しくリニア電子走査を行なうことが
できる。すなわち、走査方向Ｘでの振動子の配列ピッチ
が均等でないと、駆動する振動子を１素子ずらせたとき
の超音波ビームの移動量が一定でなくなり、また電子集
束も正しく行なわれないが、配列ピッチが一定であれば
従来と全く変わることなく正しいリニア電子走査が可能
である。

一方、スライス方向ｙについては超音波ビームを集束す
るために、Ｘ方向の中央の振動子ｙ５を中心として対称
的に遅延時間を与えればよいので、互いに対称の位置に
あるｙｌとＶ９．Ｖ２とｙｅ。

ｙ３とＹ７．Ｙ４とｙｅの各振動子対をそれぞれ電気的
に接続し、電気的には５素子として考えることができる
。

ここで、第３図においては送受信時において電子集束の
ために与えられる遅延時間の等しい振動子に対し、共通
のハツチング、クロスハツチング等を施すことにより、
各振動子に与える遅延時間が容易に識別できるようにし
ている。また、このときの各振動子に句、えられる遅延
時間ｔｄの走査方向Ｘおよびスライス方向ｙの分布を図
においてｔ　ｄｘ、　　ｔ　ｄｙとして示す。これらの
ｔｄｘ、ｔｄｙは、いずれも理想的な遅延時間分布を振
動子の配列ピッチで温子化したものである。

ここで、走査方向Ｘについては第２図で説明したように
、最も長い遅延時間差（両端の遅延時間差）がサイドロ
ーブレベルか許容値に収まるように設定することで、−
子化誤差は実用に問題とならｔ鳳くなる。

一方、スライス方向ｙにおける遅延時間分布ｔｄｙの量
子化誤差については、スライス方向ｙにおける中心から
一方向に数えた振動子数をｎ（この場合はｎ−５）とし
、この中心から端部まての配列振動子の長さをＬとした
とき、中心から１番１」の振動子の配列方向（Ｘ方向）
における長さｙ＋を次のように設定することによって最
小にすることかできる。

Ｙｉ　＝　（ｉ　・Ｌ２／ｎ）”’ ＝（ｉ−ｙａ２１５）ｌ／ま たたし、ｙ　ａ−ｙ　１（ｉ−５）、　　ｙ　ｂ　＝　
ｙ　１（ｉ＝４）、−。

ｙ　Ｏ−ｙ　ｉ（＋−１）である。これは２次元配列振
動子１１をスライス方向ｙについてフレネル分割してい
ることに相当する。このようにすることにより、スライ
ス方向ｙについても、振動子の配列ピッチが不等ピッチ
でありながら量子化誤差が小さく、サイトローブも抑圧
された電子集束を行なうことができる。なお、このスラ
イス方向ｙにおいては、走査方向Ｘと異なり、超音波ビ
ームのリニア電子走査を行なわないため、振動子の配列
ピッチを不等ピッチとしても何ら問題がないことは言う
までもない。

次に、本発明の他の実施例を説明する。第４図に示す実
施例は、第１図の実施例に示した超音波探触子の音響マ
ツチング層１３の−Ｌに、さらに音響レンズ１４を接着
固定したものである。この音響レンズ１４は例えば図の
ようなシリンドリカル状であり、スライス方向ｙにおい
てのみ集束性をｔｊｆつ。

このような音響レンズ１４を設けると、スライス方向ｙ
における電子集束のためにＸ方向に並ぶ振動子に対して
相対的に与える最大の遅延時間（遅延時間差）は、超音
波の集束点を音響レンズ１４により決まる集束点から所
望の位置まで移動させるに必要な値であれはよい。従っ
て、音響レンズ１４を併用しない場合に比へ、Ｘ方向に
おける振動子の分割数を少なくすることが可能となり、
振動子の総数をさらに減らすことができる。

第５図は第４図ように音響レンズを使用せず、２次元配
列娠動子１１の振動子配列面をスライス方向に関して凹
面とし、凹面の曲率の中心に超音波ビームを集束させる
ようにしたものである。この場合、バッキング材１２に
ついても図のように２次元配列撮動子］１の形状に合せ
て凹面状とすることが望ましい。なお、第５図では音響
マツチング層は省略している。

次に、本発明を２次元アレイを用いた電子セクタ用超音
波探触子に適用した実施例について第６図および第７図
を参照して説明する。

第７図は従来技術によるセクタ電子走査用超音波探触子
の例を示したもので、正方形の振動子を組合イっせた２
次元アレイ振動子２１の走査方向Ｘにおいては、セクタ
走査に必要な遅延時間２３と電子集束に必要な遅延時間
２２を加えた遅延時間２４か振動子のＸ方向の間隔で量
子化され、階段状の遅延時間２５かＸ方向の配列振動子
に与えられている。この状態で超音波の送受信を行なう
と、超音波ビームはセクタ走査に必要な遅延時間２３で
決まるノボ向に偏向される。走査方向Ｘと直交するスラ
イス方向ｙについては、電子集束に必要な遅延時間２２
が振動子のｙノボ向の間隔て量子化され、階段状の遅延
時間２６がＸ方向の配列振動子に与えられる。

これに対し、第６図は本発明の実施例による２次元アレ
イ振動子２７を用いたセクタ電子走査用超音波探触子を
示したもので、Ｘ方向の理想的な遅延時間２４に対する
量子化された遅延時間２８の量子化誤差３０（斜線部分
）は、第７図に示したものよりも明らかに少なくなって
いる。これはＸ方向についても同様である。

この結果から、本発明によれば素子数が同じ場合、遅延
時間の量子化誤差を減少させることかできる。実際にセ
クタ電子走査を行なう場合、素子数はＸ方向、Ｘ方向と
も数十分割されるが、−１−記遅延時間の量子化誤差を
従来例と同等にすれば、素子数はより減少することにな
る。

［発明の効果］ 本発明によれば、２次元配列振動子の第１の方向の配列
ピッチおよび第２の方向の配列ピッチのうちの少なくと
も一ツノ゛を配列方向外側ほど小さくなる不等ピッチと
することにより、走査方向およびスライス方向のいずれ
においても超音波ビームの集束性およびサイドローブ抑
圧特性に優れ、高い分解能か得られなから、振動子の総
数が大きく減少する。従って、本発明によると超音波探
触子の製造か容易となり、歩留りも向上することによっ
て、超音波探触子の低価格化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る超音波探触子の（１１
４成を＞ｆ＜す分解斜視図、第２図は配列振動ｒを用い
た電ｒ−集束法を説明するための図、第３図は同実施例
における２次）じ配列振動子の詳細をボす図、第４図お
よび第５図は本発明の他の実施例に係る超音波探触子の
構成を示す分解斜視図、第６図は本発明の他の実施例に
係る超音波探触子の構成を示す図、第７図は従来技術に
よる２次元配列振動子を用いたセクタ電子走査用超音波
探触子の構成を示す図である。 １１・・・２次元配列振動子、１２・・・バッキング材
、１３・・・音響マツチング層、１４・・・音響レンズ
、Ｘ・・・走査方向、ｙ・・・スライス方向、２２〜２
６゜２８〜３０・・・遅延時間を示す曲線。 出願人代理人　弁理士　鈴汀武彦 （足量方旬） 第１区 ｄｌ 第２図 第４図 （Ｌ正方１句） 第５図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の振動子を直交する第１および第２の方向に
   沿って配列してなる２次元配列振動子を備えた超音波探
   触子において、前記２次元配列振動子の第１の方向の配
   列ピッチおよび第２の方向の配列ピッチのうちの少なく
   とも一方を配列方向外側ほど小さくなる不等ピッチとし
   たことを特徴とする超音波探触子。
2. （２）２次元配列振動子の第１の方向の配列ピッチをほ
   ぼ等ピッチとし、第２の方向の配列ピッチを配列方向外
   側ほど小さくなる不等ピッチとしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の超音波探触子。
3. （３）第１の方向は電子走査の走査方向であり、第２の
   方向はスライス方向であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の超音波探触子。
4. （４）第２の方向において集束性を持つ音響レンズを２
   次元配列振動子の前面に配置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の超音波探
   触子。
5. （５）２次元配列振動子の配列面を第２の方向に関して
   凹面としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第３項または第４項記載の超音波探触子。
6. （６）２次元配列振動子の第２の方向において中心から
   対象位置にある振動子対を電気的に接続したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項
   または第５項記載の超音波探触子。