JP2606016B2 - Ultrasonic probe - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置に用い
られる超音波探触子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used for an ultrasonic diagnostic apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、超音波診断装置において、一般的
に使用されている超音波探触子としては、図5(a)、
(b)に示すような構成が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic probe generally used in an ultrasonic diagnostic apparatus is shown in FIG.
A configuration as shown in FIG.
【0003】図5(a)は圧電振動子の平面図、図5
(b)は全体の縦断面図である。図5(a)、(b)に
示すように、保持体20の上に円板型圧電振動子21が
設けられ、円板型圧電振動子21の超音波放射面に第1
および第2の音響整合層22および23が順次設けら
れ、第2の音響整合層23の上に音響レンズ24が設け
られている。音響レンズ24は被検体Mよりも超音波伝
搬速度の遅い物質、例えば、シリコーンゴム等からな
り、被検体M側が凸面状となっている。FIG. 5A is a plan view of a piezoelectric vibrator, and FIG.
(B) is an overall longitudinal sectional view. As shown in FIGS. 5A and 5B, a disc-shaped piezoelectric vibrator 21 is provided on the holding body 20, and a first ultrasonic wave radiating surface of the disc-shaped piezoelectric vibrator 21 is provided on the ultrasonic radiation surface.
And second acoustic matching layers 22 and 23 are sequentially provided, and an acoustic lens 24 is provided on the second acoustic matching layer 23. The acoustic lens 24 is made of a substance having a lower ultrasonic wave propagation speed than the subject M, for example, silicone rubber, and the subject M has a convex surface.
【0004】以上の構成において、音響レンズ24の凸
面側の表面を被検体Mに接触させ、円板型圧電振動子2
1に電気信号を印加する。これに伴い、円板型圧電振動
子21の超音波放射面から放射される超音波ビームは、
音響整合層22、23および音響レンズ24を伝搬して
被検体M内に進行する。被検体M内からの反射信号は上
記とは逆の径路をたどり、円板型圧電振動子21で受信
されて電気信号に変換され、超音波診断装置本体(図示
省略)へ送られ、ここで画像処理され、超音波診断画像
が表示される。そして、上記のように超音波ビームを被
検体M内に放射する際、音響レンズ24と被検体Mとの
超音波伝搬速度の差を利用して超音波ビームの集束を行
うことができる。In the above configuration, the surface on the convex side of the acoustic lens 24 is brought into contact with the subject M, and the disc-shaped piezoelectric vibrator 2
1 to apply an electrical signal. Accordingly, the ultrasonic beam radiated from the ultrasonic radiation surface of the disc-shaped piezoelectric vibrator 21 is
The light propagates through the acoustic matching layers 22 and 23 and the acoustic lens 24 and advances into the subject M. The reflected signal from the inside of the subject M follows the path opposite to that described above, is received by the disc-shaped piezoelectric vibrator 21, converted into an electric signal, and sent to an ultrasonic diagnostic apparatus main body (not shown). Image processing is performed, and an ultrasonic diagnostic image is displayed. Then, when the ultrasonic beam is emitted into the subject M as described above, the ultrasonic beam can be focused using the difference in the ultrasonic wave propagation speed between the acoustic lens 24 and the subject M.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】一般にサイドローブレ
ベルは圧電振動子21の開口によって決まるものであ
る。そして、圧電振動子21の開口において、印加する
電圧を制御したり、放射面積を変えたりして、中心部ほ
ど音圧が高く、周辺部に至るに従って音圧を低くするこ
とにより、サイドローブレベルを低減させることができ
ることは良く知られている。しかしながら、上記のよう
な従来例の構成では、音響レンズ24はその開口の中心
部が最も厚く、周辺部に至るに従って薄くなっているた
め、音響レンズ24の超音波伝搬減衰によって開口の中
心部から周辺部に至るに従い、音圧が高くなり、サイド
ローブレベルが上昇する。また、超音波の伝搬減衰は周
波数に比例して大きくなるため、周波数帯域特性におい
て高周波成分の利得低下が生じる。このため、分解能の
低下や疑似エコーの発生など、超音波診断画像を著しく
劣化させ、誤診を招く要因になっている。Generally, the side lobe level is determined by the aperture of the piezoelectric vibrator 21. By controlling the applied voltage or changing the radiation area in the opening of the piezoelectric vibrator 21, the sound pressure is higher at the center and lower at the periphery, so that the side lobe level is reduced. It is well known that can be reduced. However, in the configuration of the related art described above, the acoustic lens 24 is thickest at the center of the opening and becomes thinner toward the peripheral portion. As the sound reaches the periphery, the sound pressure increases and the side lobe level increases. Further, since the propagation attenuation of the ultrasonic wave increases in proportion to the frequency, the gain of the high-frequency component decreases in the frequency band characteristics. For this reason, the ultrasonic diagnostic image is remarkably deteriorated, such as a decrease in resolution or generation of a pseudo echo, which is a factor of causing a misdiagnosis.
【0006】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、超音波ビームを所定の位置に集束させ
ると共に、サイドローブを低レベルに抑圧し、また、広
い周波数帯域特性を有し、したがって、分解能を向上さ
せることができると共に、疑似エコーの発生を防止する
ことができて良好な超音波診断画像を得ることができ、
また、周波数帯域特性を変えることなく、被検体との接
触性を向上させることができるようにした超音波探触子
を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, focuses an ultrasonic beam at a predetermined position, suppresses side lobes to a low level, and has a wide frequency band characteristic. Therefore, the resolution can be improved, and the occurrence of a pseudo echo can be prevented, so that a good ultrasonic diagnostic image can be obtained.
It is another object of the present invention to provide an ultrasonic probe capable of improving the contact with the subject without changing the frequency band characteristics.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、超音波放射方向に凹面形状に形成された
円板型圧電振動子と、この円板型圧電振動子の超音波放
射面に設けられ、上記圧電振動子側の面が凸面形状であ
り、反対側の面が平面形状である音響整合層と、この音
響整合層の平面側に設けられ、音響整合層とは反対側の
面が凹面形状であり、所定の超音波減衰を持つ第1の超
音波伝搬材料と、この第1の超音波伝搬材料の凹面側に
設けられ、第1の超音波伝搬材料側の面が凸面形状であ
り、超音波減衰がほぼ0に近い第2の超音波伝搬材料と
を備えたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a disk-shaped piezoelectric vibrator formed in a concave shape in the ultrasonic radiation direction, and an ultrasonic wave generated by the disk-shaped piezoelectric vibrator. An acoustic matching layer provided on the radiation surface, the surface on the piezoelectric vibrator side having a convex shape, and the opposite surface having a planar shape; and an acoustic matching layer provided on the plane side of the acoustic matching layer, opposite to the acoustic matching layer. A first ultrasonic wave propagation material having a concave surface and a predetermined ultrasonic attenuation, and a surface provided on the concave side of the first ultrasonic wave propagation material and facing the first ultrasonic wave propagation material Has a convex shape, and a second ultrasonic wave propagation material whose ultrasonic attenuation is almost zero.
【0008】そして、上記音響整合層が、圧電振動子側
の面が凸面形状の第1の音響整合層と、この第1の音響
整合層と第1の超音波伝搬材料との間に設けられた平板
状の第2の音響整合層からなり、上記第1の音響整合層
の音響インピーダンスZ1と上記第2の音響整合層の音
響インピーダンスZ2が、圧電振動子の音響インピーダ
ンスZ0と被検体の音響インピーダンスZ3との中間の値
を有し、 Z0>Z1>Z2>Z3 の関係が成り立つように設定するのが好ましい。また、
上記第1の超音波伝搬材料および第2の超音波伝搬材料
の音響インピーダンスを被検体の音響インピーダンスと
ほぼ等しく設定し、また、上記第1の超音波伝搬材料
を、Triangular関数、Hanning関数、Hamming関数、Blac
kman関数、Gauss関数、Sine関数の何れか1つの関数で
規定される凹面形状に形成するのが好ましい。The acoustic matching layer is provided on the piezoelectric vibrator side.
A first acoustic matching layer having a convex surface, and the first acoustic matching layer
A second acoustic matching layer having a plate shape provided between the matching layer and the first ultrasonic wave propagation material. The acoustic impedance Z1 of the first acoustic matching layer and the acoustic impedance Z1 of the second acoustic matching layer. acoustic impedance Z 2, an intermediate value between the acoustic impedance Z 0 of the piezoelectric vibrator and the acoustic impedance Z 3 of the object, set Z 0> Z 1> Z 2 > so that the relationship Z 3 is established Is preferred. Also,
The acoustic impedance of the first ultrasonic wave propagation material and the acoustic impedance of the second ultrasonic wave propagation material are set substantially equal to the acoustic impedance of the subject, and the first ultrasonic wave propagation material is set to a triangular function, a Hanning function, a Hamming Function, Blac
It is preferable to form a concave surface defined by any one of the kman function, Gauss function, and Sine function .
【0009】[0009]
【作用】したがって、本発明によれば、円板型圧電振動
子を超音波放射方向に所定の曲率で凹面形状に形成する
ことにより、超音波ビームを所定の深さに集束させるこ
とができ、また、第1の音響整合層の厚みを中心部から
周辺部に至るに従って薄くすることにより、広範囲な周
波数領域での音響的整合をとることができ、周波数帯域
特性の広帯域化を図ることができるので、第1の超音波
伝搬材料の減衰による高周波成分の低下による画質への
影響を最小限に抑えることができる。また、所定の超音
波減衰を持つ第1の超音波伝搬材料の厚みを中心部から
周辺部に至るに従って厚くなるように形成しているの
で、中心部から周辺部に至るに従って第1の超音波伝搬
材料による減衰が大きくなり、中心部に至るに従って音
圧が高く、周辺部に至るに従って音圧が低くなり、これ
により超音波診断画像の分解能の劣化や疑似エコーの要
因であるサイドローブを低く抑えることができる。ま
た、第1の超音波伝搬材料と被検体との間に超音波減衰
がほぼ0に近い第2の超音波伝搬材料を設けて第1の超
音波伝搬材料の凹部を埋めているので、周波数帯域特性
を変えることなく、被検体に適合させることができる。Therefore, according to the present invention, an ultrasonic beam can be focused to a predetermined depth by forming a disc-shaped piezoelectric vibrator in a concave shape with a predetermined curvature in the ultrasonic radiation direction, In addition, by reducing the thickness of the first acoustic matching layer from the center to the periphery, acoustic matching can be achieved in a wide frequency range, and the frequency band characteristics can be broadened. Therefore, it is possible to minimize the influence on the image quality due to the reduction of the high frequency component due to the attenuation of the first ultrasonic wave propagation material. Further, since the thickness of the first ultrasonic wave propagation material having a predetermined ultrasonic attenuation is formed so as to increase from the central portion to the peripheral portion, the first ultrasonic wave propagating material extends from the central portion to the peripheral portion. The attenuation due to the propagation material increases, and the sound pressure increases toward the center, and decreases as the area reaches the periphery, thereby lowering the side lobe, which is a cause of deterioration in the resolution of ultrasonic diagnostic images and pseudo echo. Can be suppressed. In addition, since the second ultrasonic wave propagation material whose ultrasonic attenuation is nearly zero is provided between the first ultrasonic wave propagation material and the subject to fill the concave portion of the first ultrasonic wave propagation material, the frequency is reduced. It can be adapted to the subject without changing the band characteristics.
【0010】[0010]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0011】図1(a)、(b)は本発明の一実施例に
おける超音波探触子を示し、(a)は圧電振動子の平面
図、(b)は全体の縦断面図である。FIGS. 1A and 1B show an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of a piezoelectric vibrator, and FIG. .
【0012】図1(a)、(b)に示すように、保持体
10の上に電気音響変換を司る円板型の圧電振動子11
が設けられ、この圧電振動子11は超音波放射方向に所
定の曲率半径で全体が曲げられて凹面形状に形成されて
いる。圧電振動子11の超音波放射面に、圧電振動子1
1側の面が凸面形状であり、反対側の被検体M側の面が
平面形状である第1の音響整合層12が設けられ、必要
に応じて、第1の音響整合層12の超音波放射面に平板
状の第2の音響整合層13が設けられている。第2の音
響整合層13の上には被検体M側で、第2の音響整合層
13とは反対側の被検体M側が凹面形状であり、所定の
超音波減衰を持つ第1の超音波伝搬材料14が設けら
れ、この第1の超音波伝搬材料14の凹面側の被検体M
側に、第1の超音波伝搬材料14側の面が凸面形状であ
り、反対側が平面形状であり、超音波減衰がほぼ0に近
い第2の超音波伝搬材料15が設けられている。As shown in FIGS. 1A and 1B, a disk-shaped piezoelectric vibrator 11 for performing electro-acoustic conversion is provided on a holding body 10.
The piezoelectric vibrator 11 is entirely bent at a predetermined radius of curvature in the ultrasonic wave radiation direction to be formed in a concave shape. The piezoelectric vibrator 1 is placed on the ultrasonic wave emitting surface of the piezoelectric vibrator 11.
A first acoustic matching layer 12 having a convex surface on one side and a planar surface on the opposite side of the subject M is provided, and the ultrasonic wave of the first acoustic matching layer 12 is provided as necessary. A flat second acoustic matching layer 13 is provided on the radiation surface. On the second acoustic matching layer 13, the first ultrasonic wave having a concave shape on the subject M side and the concave side on the subject M side opposite to the second acoustic matching layer 13, and having a predetermined ultrasonic attenuation. A propagation material 14 is provided, and the subject M on the concave side of the first ultrasonic wave propagation material 14 is provided.
On the side, a second ultrasonic wave propagation material 15 having a convex surface on the side of the first ultrasonic wave propagation material 14 and a planar shape on the opposite side is provided, and the ultrasonic attenuation is almost zero.
【0013】以上の構成において、第2の超音波伝搬材
料15の平面側の表面を被検体Mに接触させ、円板型圧
電振動子11に電気信号を印加する。これに伴い、円板
型圧電振動子11の超音波放射面から放射される超音波
ビームは、第1、第2の音響整合層12、13および第
1、第2の超音波伝搬材料14、15を伝搬して被検体
M内に進行する。被検体M内からの反射信号は上記とは
逆の経路をたどり、円板型圧電振動子11で受信されて
電気信号に変換され、超音波診断装置本体(図示省略)
へ送られ、ここで画像処理され、超音波診断画像が表示
される。In the above configuration, the flat surface of the second ultrasonic wave propagation material 15 is brought into contact with the subject M, and an electric signal is applied to the disc-shaped piezoelectric vibrator 11. Accordingly, the ultrasonic beam radiated from the ultrasonic radiation surface of the disc-shaped piezoelectric vibrator 11 is divided into the first and second acoustic matching layers 12 and 13 and the first and second ultrasonic propagation materials 14, 15 and travels into the subject M. The reflected signal from inside the subject M follows the reverse path, is received by the disc-shaped piezoelectric vibrator 11, is converted into an electric signal, and is an ultrasonic diagnostic apparatus main body (not shown).
The image processing is performed here, and an ultrasonic diagnostic image is displayed.
【0014】そして、円板型の圧電振動子11には、一
成分系の圧電セラミックスPbTiO3、二成分系の圧
電セラミックスPbZrO3−PbTiO3、三成分系の
圧電セラミックスPb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbZ
rO3−PbTiO3等を用い、超音波放射方向に所定の
曲率半径で凹面形状に形成する。これらの圧電セラミッ
クスの音響インピーダンスは概ね30〜35MRay1
である。この圧電振動子11は圧電セラミックスを焼成
した後、研磨して形成し、若しくは焼成時に所定の曲率
を持つように成形することができる。このように、圧電
セラミックスを凹面形状に形成することにより、その曲
率半径に対応した距離に超音波ビームを集束することが
できる。The disc-shaped piezoelectric vibrator 11 includes a one-component piezoelectric ceramic PbTiO 3 , a two-component piezoelectric ceramic PbZrO 3 -PbTiO 3 , and a three-component piezoelectric ceramic Pb (Mg 1/3 Nb). 2/3 ) O 3 -PbZ
Using rO 3 —PbTiO 3 or the like, a concave shape is formed with a predetermined radius of curvature in the ultrasonic radiation direction. The acoustic impedance of these piezoelectric ceramics is approximately 30 to 35 MRay1.
It is. The piezoelectric vibrator 11 can be formed by firing and then polishing the piezoelectric ceramics, or can be formed to have a predetermined curvature during firing. As described above, by forming the piezoelectric ceramic in a concave shape, the ultrasonic beam can be focused at a distance corresponding to the radius of curvature.
【0015】第1の音響整合層12には、エポキシ樹脂
や塩化ビニルなどの高分子材料にタングステンなどの金
属粉末を所定の比率で混合した材料を用い、この材料を
圧電振動子11の超音波放射面に密着させ、圧電振動子
11側を凸面形状に、反対側の被検体M側を平面形状に
形成する。この第1の音響整合層12の音響インピーダ
ンスは、図2(a)、(b)に示すように、エポシキ樹
脂、塩化ビニルなどの高分子材料と金属粉末との混合比
によって変化させることができるので、圧電振動子11
と第2の音響整合層13の音響インピーダンスの中間の
値を持つように金属粉末の混合比を調整して決める。ま
た、この材料は流動性であるので、比較的容易にさまざ
まな形状に成形することができる。The first acoustic matching layer 12 is made of a material obtained by mixing a metal powder such as tungsten with a polymer material such as epoxy resin or vinyl chloride at a predetermined ratio. The piezoelectric vibrator 11 is formed in a convex shape, and the object M on the opposite side is formed in a planar shape. As shown in FIGS. 2A and 2B, the acoustic impedance of the first acoustic matching layer 12 can be changed by a mixing ratio between a polymer material such as epoxy resin and vinyl chloride and metal powder. Therefore, the piezoelectric vibrator 11
The mixing ratio of the metal powder is adjusted so as to have an intermediate value between the acoustic impedance of the second acoustic matching layer 13 and the acoustic impedance of the second acoustic matching layer 13. Further, since this material is fluid, it can be relatively easily formed into various shapes.
【0016】第2の音響整合層13はエポキシ樹脂を用
いて平板状に成形する。エポキシ樹脂の音響インピーダ
ンスは、約3MRaylである。The second acoustic matching layer 13 is formed into a flat plate using an epoxy resin. The acoustic impedance of the epoxy resin is about 3 MRayl.
【0017】これらの第1および第2の音響整合層12
および13は、超音波を効率よく被検体Mに放射すると
共に、被検体Mからの反射エコーを効率よく受信する役
割を持つ。The first and second acoustic matching layers 12
And 13 have a role of efficiently radiating ultrasonic waves to the subject M and efficiently receiving reflected echoes from the subject M.
【0018】一般に、音響整合層の厚みtnは、λ/4
に設定することが望ましいとされている。ここで、λは
音響整合層における超音波の波長であり、超音波の周波
数fと音響整合層の音速Vnから、(数1)で求められ
る。Generally, the thickness t n of the acoustic matching layer is λ / 4
It is desirable to set it to. Here, lambda is the wavelength of ultrasonic wave in the acoustic matching layer, the acoustic velocity V n of the ultrasonic frequency f and the acoustic matching layer, obtained by the equation (1).
【0019】[0019]
【数1】 (Equation 1)
【0020】音響整合層の厚みtnと超音波の周波数と
の関係は(数2)で表わされ、音響整合層の厚みと通過
する超音波の周波数が関係していることを示している。The relationship between the thickness t n of the acoustic matching layer and the frequency of the ultrasonic wave is represented by (Equation 2), and indicates that the thickness of the acoustic matching layer and the frequency of the ultrasonic wave passing therethrough are related. .
【0021】[0021]
【数2】 (Equation 2)
【0022】したがって、上記のように一方が凸面形
状、他方が平面形状を持つ第1の音響整合層12の厚み
tn(x)は、図3に示すように、x方向に対し、(数3)
で表わされる。Therefore, as shown in FIG. 3, the thickness t n (x) of the first acoustic matching layer 12 having a convex shape on one side and a planar shape on the other side, as shown in FIG. 3)
Is represented by
【0023】[0023]
【数3】 (Equation 3)
【0024】ここで、Rは曲率半径、aは円板型圧電振
動子11の開口径、t0は第1の音響整合層12の最小
厚み、xは曲率中心線からの距離である。(数3)で表
わされるように、第1の音響整合層12の厚みが変化す
るため、それぞれの厚みに対して通過する超音波の周波
数が変化し、広範囲な周波数帯域を持つ超音波探触子を
実現することができる。Here, R is the radius of curvature, a is the opening diameter of the disc-shaped piezoelectric vibrator 11, t 0 is the minimum thickness of the first acoustic matching layer 12, and x is the distance from the center line of curvature. As represented by (Equation 3), since the thickness of the first acoustic matching layer 12 changes, the frequency of the ultrasonic wave that passes for each thickness changes, and the ultrasonic probe having a wide frequency band A child can be realized.
【0025】第1の超音波伝搬材料14には、シリコー
ンゴムのように音響インピーダンスが被検体Mとほぼ等
しく所定の超音波減衰を持つ材料を用いる。第2の超音
波伝搬材料15には、ブタジエンゴムや天然ゴムのよう
に音響インピーダンスが被検体Mとほぼ等しく、超音波
減衰がほぼ0に近い材料を用いる。すなわち、第1およ
び第2の超音波伝搬材料14および15の音響インピー
ダンスを被検体Mとほぼ等しくして音響整合条件を維持
し、第1の音響伝搬材料14の超音波減衰を利用して、
超音波探触子から放射される超音波の重みづけを行う構
成となっている。As the first ultrasonic wave propagation material 14, a material having an acoustic impedance substantially equal to that of the subject M and having a predetermined ultrasonic attenuation, such as silicone rubber, is used. As the second ultrasonic wave propagation material 15, a material such as butadiene rubber or natural rubber, whose acoustic impedance is almost equal to the subject M and whose ultrasonic attenuation is almost zero, is used. That is, the acoustic impedance of the first and second ultrasonic propagation materials 14 and 15 is made substantially equal to that of the subject M to maintain the acoustic matching condition, and the ultrasonic attenuation of the first acoustic propagation material 14 is utilized.
The weighting of the ultrasonic waves radiated from the ultrasonic probe is performed.
【0026】第1の超音波伝搬材料14の減衰係数をα
とすると、第1の超音波伝搬材料14における超音波減
衰量Aは、次の(数4)で表わされる。The attenuation coefficient of the first ultrasonic wave propagation material 14 is α
Then, the ultrasonic attenuation A in the first ultrasonic wave propagation material 14 is expressed by the following (Equation 4).
【0027】[0027]
【数4】 (Equation 4)
【0028】ここで、fは超音波の周波数、tは第1の
超音波伝搬材料14の厚みである。(数4)から明らか
なように特定の周波数に対する超音波の減衰量は、第1
の超音波伝搬材料14の厚みに比例している。したがっ
て、上記のように第1の超音波伝搬材料14における第
2の音響整合層13とは反対側の被検体M側の面を所定
の関数で凹面形状に形成することにより、中心部に至る
に従い、超音波減衰を少なくし、周辺部に至るに従い、
超音波減衰を大きくすることができるので、超音波の指
向特性においてサイドローブを抑圧することが可能とな
る。Here, f is the frequency of the ultrasonic wave, and t is the thickness of the first ultrasonic wave propagation material 14. As is evident from (Equation 4), the attenuation of the ultrasonic wave with respect to the specific frequency is the first.
Is proportional to the thickness of the ultrasonic wave propagation material 14. Therefore, as described above, the surface of the first ultrasonic wave propagation material 14 on the side opposite to the second acoustic matching layer 13 on the subject M side is formed into a concave shape by a predetermined function, thereby reaching the center. According to the following, reduce ultrasonic attenuation, and reach the periphery,
Since the ultrasonic attenuation can be increased, it is possible to suppress the side lobe in the directional characteristics of the ultrasonic waves.
【0029】図4は代表的な窓関数を示し、(表1)は
窓関数とサイドローブレベルの関係についてシミュレー
ションを行った結果を示している。FIG. 4 shows a typical window function, and (Table 1) shows the result of a simulation on the relationship between the window function and the side lobe level.
【0030】[0030]
【表1】 [Table 1]
【0031】(表1)に示す結果から、窓関数として、
Triangular関数又はHanning関数又はHamming関数又はBl
ackman関数又はGauss関数又はSine関数を用いると、第
1のサイドローブレベルは、全く重みづけをしない場合
のレベル(−28.3dB)と比較して上記各関数とも
大幅に低くなっていることがわかる。したがって、第1
の超音波伝搬材料14の形状をその厚みが、上記各関数
の何れか1つの関数となるように形成することにより、
サイドローブを大幅に抑圧することができる。From the results shown in Table 1, as a window function,
Triangular function or Hanning function or Hamming function or Bl
Using the ackman function, Gauss function, or Sine function,
When the side lobe level of 1 is not weighted at all
Compared to the level (−28.3 dB),
It can be seen that it is significantly lower. Therefore, the first
The thickness of the ultrasonic wave propagation material 14 is determined by the above function.
By forming so as to be one of the functions
Side lobes can be greatly suppressed.
【0032】第2の超音波伝搬材料15として、超音波
減衰がほぼ0に近い材料を用いることにより、第1の超
音波伝搬材料14における重みづけの効果を損なうこと
なく、被検体Mとの接触性を高めることができる。By using a material whose ultrasonic attenuation is close to 0 as the second ultrasonic wave propagation material 15, the weight of the first ultrasonic wave propagation material 14 can be maintained with the subject M without impairing the weighting effect. Contactability can be improved.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円板型圧電振動子を超音波放射方向に所定の曲率で凹面
形状に形成することにより、超音波ビームを所定の深さ
に集束させることができ、また、第1の音響整合層の厚
みを中心部から周辺部になるに従って薄くすることによ
り、広範囲な周波数領域での音響的整合をとることがで
き、周波数帯域特性の広帯域化を図ることができるの
で、第1の超音波伝搬材料の減衰による高周波成分の低
下による画質への影響を最小限に抑えることができる。
また、所定の超音波減衰を持つ第1の超音波伝搬材料の
厚みを中心部から周辺部に至るに従って厚くなるように
形成しているので、中心部から周辺部に至るに従って第
1の超音波伝搬材料による減衰が大きくなり、中心部に
至るに従って音圧が高く、周辺部に至るに従って音圧が
低くなる。これにより超音波診断画像の分解能の劣化や
疑似エコーの要因であるサイドローブを低く抑えること
ができる。したがって、良好な超音波診断画像を得るこ
とができる。また、第1の超音波伝搬材料と被検体との
間に超音波減衰がほぼ0に近い第2の超音波伝搬材料を
設けて第1の超音波伝搬材料の凹部を埋めているので、
周波数帯域特性を変えることなく、被検体に適合させ、
被検体との接触性を向上させることができる。As described above, according to the present invention,
By forming the disc-shaped piezoelectric vibrator in a concave shape with a predetermined curvature in the ultrasonic radiation direction, the ultrasonic beam can be focused to a predetermined depth, and the thickness of the first acoustic matching layer can be reduced. By reducing the thickness from the center to the periphery, acoustic matching can be achieved in a wide frequency range, and the frequency band characteristics can be broadened. Therefore, the influence on the image quality due to the reduction of the high-frequency component can be minimized.
Further, since the thickness of the first ultrasonic wave propagation material having a predetermined ultrasonic attenuation is formed so as to increase from the central portion to the peripheral portion, the first ultrasonic wave propagating material extends from the central portion to the peripheral portion. The attenuation due to the propagation material increases, and the sound pressure becomes higher toward the center and becomes lower toward the periphery. As a result, it is possible to suppress the side lobe which is a cause of the degradation of the resolution of the ultrasonic diagnostic image and the pseudo echo, to a low level. Therefore, a favorable ultrasonic diagnostic image can be obtained. Also, since the second ultrasonic wave propagation material whose ultrasonic attenuation is almost zero is provided between the first ultrasonic wave propagation material and the subject to fill the concave portion of the first ultrasonic wave propagation material,
Adapt to the subject without changing the frequency band characteristics,
The contact property with the subject can be improved.
【0034】また、第1および第2の音響整合層を用い
ることにより、両者の音響インピーダンスを調整して超
音波を効率よく被検体に放射すると共に、被検体からの
反射エコーを効率よく受信することができる。Also, by using the first and second acoustic matching layers, the acoustic impedance of both is adjusted to efficiently radiate ultrasonic waves to the subject and efficiently receive reflected echoes from the subject. be able to.
【0035】また、第1および第2の超音波伝搬材料の
音響インピーダンスを被検体の音響インピーダンスとほ
ぼ等しくすることにより、被検体の境界面での超音波の
反射を低くし、効率よく被検体内に超音波を放射するこ
とができる。Further, by making the acoustic impedance of the first and second ultrasonic wave propagation materials substantially equal to the acoustic impedance of the object, the reflection of ultrasonic waves at the boundary surface of the object is reduced, and the object is efficiently illuminated. Ultrasonic waves can be emitted inside.
【0036】また、第1の超音波伝搬材料を所定の関数
で規定される凹面形状に形成することにより、サイドロ
ーブを大幅に抑えることができる。Further, by forming the first ultrasonic wave propagation material into a concave shape defined by a predetermined function, side lobes can be largely suppressed.
【図1】(a)本発明の一実施例における超音波探触子
に用いる圧電振動子を示す平面図 (b)同超音波探触子を示す縦断面図FIG. 1A is a plan view showing a piezoelectric vibrator used for an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a longitudinal sectional view showing the ultrasonic probe.
【図2】(a)同超音波探触子に用いる第1の音響整合
層を形成するエポキシ樹脂とタングステン粉末の混合比
と、音響インピーダンスの関係を示す図 (b)同超音波探触子に用いる第1の音響整合層を形成
する塩化ビニルとダングステン粉末の混合比と、音響イ
ンピーダンスの関係を示す図FIG. 2A is a diagram showing a relationship between a mixing ratio of an epoxy resin and a tungsten powder forming a first acoustic matching layer used in the ultrasonic probe and acoustic impedance; Showing the relationship between the mixing ratio of vinyl chloride and dangsten powder forming the first acoustic matching layer used in the present invention and the acoustic impedance
【図3】同超音波探触子に用いる第1の音響整合層の厚
みの変化を求めるための説明図FIG. 3 is an explanatory diagram for determining a change in thickness of a first acoustic matching layer used in the ultrasonic probe.
【図4】同超音波探触子に用いる第1の超音波伝搬材料
を形成するための代表的な窓関数説明図FIG. 4 is an explanatory view of a representative window function for forming a first ultrasonic wave propagation material used for the ultrasonic probe.
【図5】(a)従来の超音波探触子に用いる圧電振動子
を示す平面図 (b)同超音波探触子を示す縦断面図FIG. 5A is a plan view showing a piezoelectric vibrator used in a conventional ultrasonic probe. FIG. 5B is a longitudinal sectional view showing the ultrasonic probe.
10 保持体 11 円板型圧電振動子 12 第1の音響整合層 13 第2の音響整合層 14 第1の超音波伝搬材料 15 第2の超音波伝搬材料 M 被検体 Reference Signs List 10 Holder 11 Disc-shaped piezoelectric vibrator 12 First acoustic matching layer 13 Second acoustic matching layer 14 First ultrasonic wave propagation material 15 Second ultrasonic wave propagation material M Subject
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−42142(JP,A) 特開 昭63−234949(JP,A) 特開 平2−234749(JP,A) 特開 平2−246957(JP,A) 特開 平3−151952(JP,A) 実開 昭61−180006(JP,U) 実開 昭58−48213(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-5-42142 (JP, A) JP-A-63-234949 (JP, A) JP-A-2-234749 (JP, A) JP-A-2-42 246957 (JP, A) JP-A-3-151952 (JP, A) JP-A-61-180006 (JP, U) JP-A-58-48213 (JP, U)
Claims (4)
円板型圧電振動子と、この円板型圧電振動子の超音波放
射面に設けられ、上記圧電振動子側の面が凸面形状であ
り、反対側の面が平面形状である音響整合層と、この音
響整合層の平面側に設けられ、音響整合層とは反対側の
面が凹面形状であり、所定の超音波減衰を持つ第1の超
音波伝搬材料と、この第1の超音波伝搬材料の凹面側に
設けられ、第1の超音波伝搬材料側の面が凸面形状であ
り、超音波減衰がほぼ0に近い第2の超音波伝搬材料と
を備えた超音波探触子。1. A disk-shaped piezoelectric vibrator formed in a concave shape in an ultrasonic radiation direction, and provided on an ultrasonic wave radiation surface of the disk-shaped piezoelectric vibrator, wherein the surface on the piezoelectric vibrator side has a convex shape. And an acoustic matching layer whose opposite surface has a planar shape, and is provided on the planar side of the acoustic matching layer, and the surface opposite to the acoustic matching layer has a concave shape and has a predetermined ultrasonic attenuation. A first ultrasonic wave propagation material, a second ultrasonic wave propagation material provided on a concave side of the first ultrasonic wave propagation material, a surface of the first ultrasonic wave propagation material side having a convex shape, and an ultrasonic attenuation of approximately 0; An ultrasonic probe comprising the ultrasonic wave propagation material.
形状の第1の音響整合層と、この第1の音響整合層と第
1の超音波伝搬材料との間に設けられた平板状の第2の
音響整合層からなり、上記第1の音響整合層の音響イン
ピーダンスZ1と上記第2の音響整合層の音響インピー
ダンスZ2が、圧電振動子の音響インピーダンスZ0と被
検体の音響インピーダンスZ3との中間の値を有し、 Z0>Z1>Z2>Z3 の関係が成り立つ請求項1記載の超音波探触子。2. The acoustic matching layer has a convex surface on the side of the piezoelectric vibrator.
A first acoustic matching layer having a shape;
1 consists flat second acoustic matching layer provided between the ultrasonic wave propagation material, the acoustic impedance of the first acoustic matching layer acoustic impedance Z 1 and the second acoustic matching layer of Z 2 but an intermediate value between the acoustic impedance Z 0 of the piezoelectric vibrator and the acoustic impedance Z 3 of the subject, Z 0> Z 1> Z 2> ultrasound according to claim 1, wherein the relation holds for Z 3 probe Tentacles.
波伝搬材料の音響インピーダンスが被検体の音響インピ
ーダンスとほぼ等しい請求項1または請求項2記載の超
音波探触子。3. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the acoustic impedance of the first ultrasonic wave propagation material and the acoustic impedance of the second ultrasonic wave propagation material are substantially equal to the acoustic impedance of the subject.
数、Hanning関数、Hamming関数、Blackman関数、Gauss
関数、Sine関数の何れか1つの関数で規定される凹面形
状である請求項1または請求項2または請求項3記載の
超音波探触子。4. The method according to claim 1, wherein the first ultrasonic wave propagation material is a triangular related material.
Number, Hanning function, Hamming function, Blackman function, Gauss
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the probe has a concave shape defined by one of a function and a Sine function .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207840A JP2606016B2 (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3207840A JP2606016B2 (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Ultrasonic probe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0542141A JPH0542141A (en) | 1993-02-23 |
| JP2606016B2 true JP2606016B2 (en) | 1997-04-30 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3207840A Expired - Fee Related JP2606016B2 (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Ultrasonic probe |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2606016B2 (en) |
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1991
- 1991-08-20 JP JP3207840A patent/JP2606016B2/en not_active Expired - Fee Related
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