JPH0226189B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子走査型超音波探触子、特に超音波
診断に用いられる電子走査型超音波探触子の電極
配置の改良に関する。

被検体中に超音波パルスビームを放射し、生体
組織の境界から音響インピーダンスの差に基づい
て反射される反射エコーを受波してブラウン管等
の表示器上に表示し、所望断層像の表示画像から
被検体内の生体組織を観察する超音波診断装置が
周知であり、非観血的に診断を行えることから広
範囲に利用されている。

超音波パルスビームの送受波を行うために、電
気音響変換素子を含む超音波探触子が用いられ、
所望の周波数の超音波励振信号を電気音響変換素
子に供給することにより励振された素子から超音
波ビームの放射が行われ、また反射エコーが電気
音響変換素子により電気信号に変換される。電気
音響変換素子としてはジルコンチタン酸鉛あるい
はチタン酸バリウム等の圧電素子が好適である。

単一ビーム型超音波探触子を用いた超音波診断
装置では、被検体内の所望断層像を得るために探
触子を所望走査方向に沿つて機械的に動かさなけ
ればならず、正しい走査方向が得られずまた走査
時間が長く、リアルタイムの診断が行いにくいと
いう欠点があつた。このために、最近は電子走査
型超音波探触子が広く利用されるようになつてい
る。電子走査型超音波探触子は複数の振動素子を
電子走査方向に配列し、トリガ信号に同期して任
意に選択された１または複数の振動素子を順次切
替励振することにより高速電子走査が得られてい
る。従つて、この電子走査型超音波探触子によれ
ば、探触子を被検体に押し当てると、ほとんど瞬
間的に電子走査面に沿つた断層像をリアルタイム
で観察することが可能である。

第１図には従来の電子走査型超音波探触子の一
例が示されている。ジルコンチタン酸鉛等から成
る電気音響変換素子１０は電子走査方向（Ｘ方
向）に長手方向を有する矩形状から成り、その一
方の面には電子走査方向に沿つて複数の分割電極
を配列して成る走査電極１２−１〜１２−Ｎが貼
着され、また他方の面には接地電極１４が貼着さ
れている。従来の超音波探触子は以上の構成から
成り、一体構造から成る電気音響変換素子１０は
走査電極１２−１〜１２−Ｎにより電子走査方向
に沿つた複数の振動素子に分割され、接地電極１
４と任意に選択された走査電極１２との間に供給
される超音波励振信号により選択された電極１２
に対応する振動素子が励振され、電子走査方向の
任意の位置から超音波パルスビームが放射され、
また反射エコーは受信器に選択的に接続された振
動素子からのみ受波されることとなる。従つて、
超音波励振信号を制御するトリガパルスの供給毎
に振動素子を順次電子走査方向に切替制御すれ
ば、探触子を固定させた状態で超音波ビームの走
査作用を得ることができ、被検体中の超音波断層
像等をリアルタイムで瞬間的に画像表示すること
ができる。なお振動素子の背面には通常の場合図
示しない音波吸収材が貼着され、実施例において
走査電極１２側に吸収材を貼着することにより超
音波振動の過長持続を防止することができる。

第１図の従来装置によれば、電気音響変換素子
１０が複数の分割電極を配列して成る走査電極１
２により複数の振動素子に分割されているので、
前述した電子走査制御を行うことができる。すな
わち、電子走査型超音波探触子によれば、１回の
送受波毎に隣接する複数の振動素子を１群として
用いることができ、例えば４個の振動素子を１群
とする場合、第１のトリガパルスでは振動素子１
〜４が、第２のトリガ時には振動素子２〜５が使
用され、順次トリガパルスの印加毎に使用する振
動素子を１つずつ電子走査方向にシフトすること
により、４個の振動素子から合成された超音波パ
ルスビームが電子走査されることとなる。

更に電子走査型超音波探触子によれば、１回の
送受波に使用される振動素子の個数を制御するこ
とにより、超音波パルスビームの集束特性を制御
することができる。

第２図には一般的な単一ビームでの超音波パル
スビームの集束特性が示され、Ｄは音波放射面の
直径そしてλは媒質を伝搬する音波の波長を示
す。第２図から明らかなように、超音波パルスビ
ームはD²／4λの距離までは、ほとんどそのビーム幅 が広がることなく、音波放射面の直径Ｄを保つた
まま伝搬することができ、一方、D²／4λの距離を超 えると、角度θで超音波ビームが広がることが理
解される。この広がり角θはsinθ＝1.22λ／Ｄで定 まる。

第２図から明らかなように、超音波診断装置で
は被検体中の超音波伝搬速度Ｃはほぼ一定であ
り、この結果、放射面直径Ｄを変化させることに
より、種々の集束特性を得ることができる。すな
わち、近距離の分解能を上昇させるためには、放
射面直径Ｄを小さくしてビーム幅を小さくすれば
よいが、この場合には、ビームの広がりが比較的
近距離にて開始され、またその広がり角が大き
く、遠距離の分解能は著しく低下することとな
る。一方、遠距離の分解能を上昇させるために
は、放射面直径Ｄを大きく設定すればよく、この
場合には近距離でのビーム幅は増加するが、ビー
ムの広がり開始距離が大きくなり、またその広が
り角θが減少するので、遠距離における分解能は
著しく改善されることとなる。従来の超音波探触
子においては、前述した集束特性を用いて、励振
される振動素子の個数を変化させることにより、
所望の診断距離に最適な送受波作用が行われてい
る。すなわち、第１図において、放射面の電子走
査方向の長さＤ（ここでは放射面が矩形のため、
第２図の音波放射面のＤと厳密には異なる）は振
動素子すなわち走査電極間のピツチｄと１回の送
受信に使用する素子数をｎとすれば、各電極間ギ
ヤツプがピツチｄに比して十分小さい場合、Ｄ＝
ndとして示され、このことから、１回の送受波
に使用する振動素子数ｎを変化させることによ
り、所定の集束特性を得ることが可能となる。従
来の改良された装置においては、近距離の診断時
には振動素子数ｎを小さく設定し、診断距離が遠
ざかるに従つて振動素子数ｎを次第に増加制御す
ることにより、近距離から遠距離までの広い範囲
にわたつて狭いビーム幅の超音波ビームを得るこ
とができ、画像の分解能を著しく改善することが
可能となる。

しかしながら、従来装置においては、音波放射
面の電子走査方向Ｘと直角なＹ方向の長さが電気
音響変換素子１０の幅で定まり、Ｙ方向における
超音波ビーム集束特性が常に一定であるために、
Ｙ方向の分解能が低下するという欠点があつた。

本発明は上記の欠点を解消するためになされた
もので、その目的は電子走査方向と直角方向に対
しても所望の超音波ビーム集束特性を得ることの
できる改良された電子走査型超音波探触子を提供
することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、電気音
響変換素子と、該電気音響変換素子の一方の面上
に複数の分割電極を配列貼着して成る走査電極
と、を有し、前記走査電極を電子制御によつて励
振し、超音波ビームの前記分割電極の配列方向へ
の電子走査制御並びに集束特性の制御を行う電子
走査型超音波探触子において、前記電気音響変換
素子の前記走査電極貼着面と反対側の面上に貼着
され、前記電子走査方向とほぼ直角方向に複数の
分割電極を配列した接地電極と、該接地電極の複
数の分割電極の接続個数を超音波ビームの集束点
距離の遠・近に対応させて増・減させる切替え手
段と、を含むことを特徴とする。

以下図面により本発明の好適な実施例を説明す
る。

第３図および第４図には本発明に係る電子走査
型超音波探触子の実施例が示され、第１図の従来
装置と同一部材には同一符号を付して説明を省略
する。第３図の探触子は第１図の従来装置を裏返
しにした状態が示され、本発明の特徴である接地
電極が詳細に示されている。

第３図から明らかなように、本発明に係る電子
走査型超音波探触子は電気音響変換素子１０の他
方の面に貼着された接地電極が電子走査方向Ｘと
ほぼ直角方向Ｙに沿つて複数列に分割配列されて
いる。すなわち、接地電極はＭ個の電極１４−１
〜１４−Ｍに分割されており、実施例ではＭ＝４
の場合が示されている。第３図における接地電極
幅をそれぞれＷとし、また接地電極間のギヤツプ
は幅Ｗに比して十分小さいものとすれば、互いに
隣接する接地電極１４の分割電極を任意の個数ｍ
（以下、接地電極数という）接続した時の合成接
地電極１４の幅はｍＷとなり、励磁される接地電
極数を任意に変更することにより、接地側励振電
極幅を任意に変更することができ、電子走査方向
とほぼ直角方向においても、第２図における放射
面直径Ｄに相当する放射面の長さを任意に選択調
整できることとなる。

従つて、本発明によれば、電子走査方向と同様
にＹ方向においても診断距離に応じて励振される
接地電極数を選択することにより、Ｙ方向に沿つ
た超音波ビームの集束特性を任意に設定すること
ができる。すなわち、近距離の診断距離に対して
は励振される接地電極数ｍを小さくして接地電極
幅を狭くし、診断距離が増加するに従い、励振電
極数ｍを増加させて接地電極幅を広くすることに
より、近距離から遠距離まで最適なビーム幅を得
ることができ、広範囲に分解能の改善を図ること
が可能となる。前述した励振接地電極数ｍの選択
は各接地電極１４の接続を、図には示されていな
い切替え手段としてスイツチ等により切り替える
ことにより行う。すなわち、複数個に分割配列さ
れた接地電極を所定個数選択して接続することに
よつて接地電極の作動幅を変更するものであり、
近距離においては接続個数を減少させ、遠距離に
おいては接続個数を増加するように接続切替えを
行う。これによつて、各距離毎に最適な集束特性
の超音波ビームを形成することが可能である。

なお第３図の実施例においては、接地電極１４
が４個に設定されているが、その分割数は任意に
定めることができる。

更に実施例における電気音響変換素子１０は一
体構造から成るが、走査電極１２あるいは接地電
極１４の少なくとも一方に対向して電気音響変換
素子１０を切断等により分割配列することも可能
である。

また第３図の実施例においては、電気音響変換
素子の形状が矩形平板状の場合を説明したが、第
４図に示すように、素子の形状を凹面状または凸
面状にして、曲率をＹ方向またはＸ方向にもた
せ、超音波ビームの集束特性を向上させることも
可能である。

以上説明したように、本発明によれば、電子走
査方向ばかりでなく、これとほぼ直角方向に対し
ても任意の超音波ビーム集束特性を得ることがで
き、広範囲の診断距離にわたつて高分解能の画像
を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子走査型超音波探触子を示す
斜視図、第２図は一般的な超音波探触子における
超音波ビーム集束特性を示す説明図、第３図は本
発明に係る電子走査型超音波探触子の好適な実施
例を示す斜視図、第４図は本発明に係る電子走査
型超音波探触子の好適な他の実施例を示す斜視図
である。 １０……電気音響変換素子、１２−１〜１２−
Ｎ……走査電極、１４−１〜１４−Ｍ……接地電
極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気音響変換素子と、該電気音響変換素子の
   一方の面上に複数の分割電極を配列貼着して成る
   走査電極と、を有し、 前記走査電極を電子制御によつて励振し超音波
   ビームの前記分割電極の配列方向への電子走査制
   御並びに集束特性の制御を行う電子走査型超音波
   探触子において、 前記電気音響変換素子の前記走査電極貼着面と
   反対側の面上に貼着され前記電子走査方向とほぼ
   直角方向に複数の分割電極を配列した接地電極
   と、 該接地電極の複数の分割電極の接続個数を超音
   波ビームの集束点距離の遠・近に対応させて増・
   減させる切替え手段と、 を含むことを特徴とする電子走査型超音波探触
   子。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、電気
   音響変換素子は一体構造から成ることを特徴とす
   る電子走査型超音波探触子。 ３ 特許請求の範囲１記載の装置において、電気
   音響変換素子は少なくとも一方の電極に対向して
   分割配列されていることを特徴とする電子走査型
   超音波探触子。 ４ 特許請求の範囲１記載の装置において、電気
   音響変換素子は走査方向または走査方向と直角方
   向に凸面または凹面の曲率を有することを特徴と
   する電子走査型超音波探触子。