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JP3644876B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探触子及び超音波診断装置に関し、特に音響レンズの改良に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】
一般に、超音波探触子はアレイ振動子、整合層、音響レンズなどを有する。音響レンズはアレイ振動子から放射される超音波や生体から反射してきた超音波を集束する作用を有するものであり、具体的には、アレイ振動子のアレイ方向と直交するエレベーション方向のビーム集束作用を有するものである。ちなみに、アレイ方向のビーム集束作用は電子セクタ制御などの電子的な制御によって達成される。
【0003】
近距離計測から遠距離計測までの範囲で精度良く計測を行うため、遠距離計測の場合にアレイ方向における送受波開口の幅を広げ、一方、近距離計測では送受波開口を小さくして分解能を高める開口制御が実行される。
【0004】
従来において、音響レンズはエレベーション方向のビーム集束性を良好にするためアレイ方向のいずれの箇所でも同一の曲率を有するものが使用されている。すなわち、従来において、開口制御に対応した音響レンズは提供されていない。
【0005】
なお、特開平6−245931号公報には、エレベーション方向に音響レンズの曲率を変化させた構成が開示されているが、アレイ方向における曲率変化、特に開口可変に伴う集束作用の可変については何ら開示されていない。
【0006】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、アレイ方向における送受波開口の可変制御などに対応して、エレベーション方向のビーム集束性を改善できるようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明は、複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記アレイ振動子の前面側に設けられ、アレイ方向と直交するエレベーション方向について超音波の集束作用を発揮する音響レンズと、を含み、前記音響レンズはアレイ方向に沿って集束作用が変化する特性を有することを特徴とする。
【0008】
上記構成によれば、アレイ方向に沿って、超音波の集束作用が変化付けされているので、例えば、開口制御にともなって適切な集束作用を得ることができ、結果として超音波画像の画質を向上できる。
【0009】
望ましくは、前記音響レンズはアレイ方向の中央から両端部にかけて集束作用が弱められた特性を有し、特に望ましくは、前記音響レンスはアレイ方向の中央から両端部にかけて曲率が連続的に小さくなるような形態を有し、あるいは、前記音響レンズはアレイ方向の中央から両端部にかけて集束作用が徐々に弱められた材料で構成される。収集作用の可変に際して、形状可変によれば製造容易であり、材料可変によれば従来同様にアレイ方向に均一な曲率を設定して生体への密着性を良好にできる。
【0010】
(2)また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の超音波探触子が接続される超音波診断装置であって、送受波開口可変制御及び電子セクタ走査制御を実行する走査制御手段を有することを特徴とする。
【0011】
周知のように、電子セクタ走査時においては、一般に、超音波ビームの理論上の起点はアレイ振動子のアレイ方向の中央となり、また送受信開口の可変制御もアレイ振動子のアレイ方向の中央を中心として対称に行われる。よって、それに対応して、音響レンズのアレイ方向における中央から両端部にかけて曲率を小さくすれば(曲率半径を大きくすれば)、フォーカス深さ及び開口制御に適合したレンズ効果を期待できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【0013】
図3には、本発明に係る超音波診断装置の全体構成が概念的に示されている。この超音波診断装置は生体に対して超音波の送受波を行って超音波画像を表示する装置である。
【0014】
超音波診断装置は、大別して、装置本体20と超音波探触子8とで構成される。超音波探触子8は生体表面上に当接して用いられるものである。もちろん、体腔内に挿入されるものであってもよい。超音波探触子8と装置本体20とはケーブル21によって接続されている。
【0015】
装置本体20内には電子走査制御部22が設けられている。この電子走査制御部22は超音波の送受信制御を行う手段であり、具体的には電子セクタ走査を実行するための制御部として機能する。この電子走査制御部22は、開口制御部24を有しており、この開口制御部24によって送受信開口すなわち後述するアレイ振動子におけるアレイ方向の送受波範囲が可変制御される。
【0016】
超音波探触子8において、プローブ本体10内にはアレイ振動子16が設けられている。このアレイ振動子16は複数の振動素子を配列してなるものであって、図においてはそのアレイ方向の断面が示されている。アレイ振動子16の前面側すなわち超音波透過側には整合層14を介して音響レンズ12が設けられている。この音響レンズ12はアレイ方向と直交する方向すなわちエレベーション方向における超音波の集束作用を行うものであり、本実施形態においては、後に詳述するようにアレイ方向における中央から両端部にかけて曲率が変化した形態を有している。これは開口制御部24による送受信開口の制御を前提として、各フォーカス深さごとに適切な超音波の集束作用を達成するためである。なお、図3においてアレイ振動子16の背面側には不要超音波を吸収するバッキング層18が設けられている。
【0017】
図3において、超音波ビーム102を電子セクタ走査することによって走査面100が形成される。超音波ビーム102の形成に当たっては、その受信時においてダイナミックフォーカスあるいは多段階フォーカスが実行され、それに伴って開口制御部24が送受信開口を段階的又は連続的に切り替える。また、送信時においてもフォーカス深さに応じて開口制御部24が適切な送信時の開口設定を行っている。
【0018】
図1にはプローブ本体10の斜視図が示されている。図においてX方向はアレイ方向であり、Y方向はエレベーション方向であり、Z方向はプローブ本体10の軸方向である。
【0019】
図示されるように、音響レンズ12におけるアレイ方向の中央12Aから両端部12Bにかけて音響レンズ12の曲率が徐々に小さく設定されている。換言すれば、中央12Aから両端部12Bにかけて曲率半径が徐々に大きく設定され、すなわち超音波集束作用が両端にかけて弱められている。
【0020】
図2には、音響レンズのアレイ方向における曲率半径の変化が示されている。図示されるようにアレイ方向の中央から両端部にかけて曲率半径が徐々に大きく設定されている。図2において符号100〜104はそれぞれ送受信開口を示しており、近距離診断の場合、開口100が利用され、中距離診断の場合、開口102が利用され、遠距離診断の場合、開口104が利用される。よって、例えば近距離診断の場合にはアレイ振動子における中央付近の振動素子のみに利用され、それにより形成される超音波ビームは音響レンズにおける曲率の大きい部分でより強く集束されることになり、超音波画像の画質向上を図ることが可能である。また、遠距離診断の場合には、大きな開口104が利用され、その場合において音響レンズの両端の曲率半径が大きく設定されているためより深い部分に超音波のパワーを集中させることが可能となる。よって開口可変制御を前提として、近距離から遠距離にわたって適切な超音波ビームのフォーカシングを実現できる。
【0021】
上記実施形態においては、音響レンズ12の形態を可変することによって集束作用に変化をもたせていたが、音響レンズ12の曲率をアレイ方向にわたって均一とし、音響レンズ12を構成する材料を連続的に変化させることにより、図2に示す曲率半径の変化と等価な超音波ビームの集束作用を得るようにしてもよい。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アレイ方向における送受信開口の可変制御などに対応してエレベーション方向のビーム集束性を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る音響レンズの一例を示す図である。
【図2】 音響レンズの曲率半径の変化を示す図である。
【図3】 本発明に係る超音波診断装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
10 プローブ本体、12 音響レンズ、20 装置本体、22 電子走査制御部、24 開口制御部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to improvement of an acoustic lens.
[0002]
[Prior art and problems]
In general, an ultrasonic probe includes an array transducer, a matching layer, an acoustic lens, and the like. The acoustic lens has a function of focusing the ultrasonic wave radiated from the array transducer and the ultrasonic wave reflected from the living body. Specifically, the beam is focused in the elevation direction orthogonal to the array direction of the array transducer. It has an action. Incidentally, the beam focusing action in the array direction is achieved by electronic control such as electronic sector control.
[0003]
In order to perform accurate measurement in the range from short-range measurement to long-range measurement, the width of the transmission / reception aperture in the array direction is widened in the case of long-distance measurement, while in short-range measurement, the transmission / reception aperture is reduced to improve resolution. Increased aperture control is performed.
[0004]
Conventionally, an acoustic lens having the same curvature at any location in the array direction is used in order to improve the beam focusing property in the elevation direction. That is, conventionally, an acoustic lens corresponding to aperture control has not been provided.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-245931 discloses a configuration in which the curvature of the acoustic lens is changed in the elevation direction. However, there is no change in the curvature in the array direction, in particular, the variable focusing effect associated with variable aperture. Not disclosed.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to improve beam focusing in the elevation direction in response to variable control of the transmission / reception aperture in the array direction. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides an array transducer comprising a plurality of transducer elements, and focusing of ultrasonic waves in an elevation direction that is provided on the front side of the array transducer and is orthogonal to the array direction. And an acoustic lens exhibiting an action, wherein the acoustic lens has a characteristic that a focusing action changes along an array direction.
[0008]
According to the above configuration, since the focusing action of the ultrasonic wave is changed along the array direction, for example, an appropriate focusing action can be obtained along with the aperture control, and as a result, the image quality of the ultrasonic image is improved. It can be improved.
[0009]
Preferably, the acoustic lens has a characteristic in which the focusing action is weakened from the center in the array direction to both ends, and particularly preferably, the acoustic lens has a continuously decreasing curvature from the center in the array direction to both ends. Alternatively, the acoustic lens is made of a material whose focusing action is gradually weakened from the center in the array direction to both ends. When changing the collecting action, manufacturing is easy if the shape is variable, and if the material is variable, a uniform curvature can be set in the array direction as in the conventional case to improve the adhesion to the living body.
[0010]
(2) In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic diagnostic apparatus to which the above-described ultrasonic probe is connected, and performs scanning for performing transmission / reception aperture variable control and electronic sector scanning control. It has a control means.
[0011]
As is well known, during electronic sector scanning, the theoretical origin of an ultrasonic beam is generally the center in the array direction of the array transducer, and the variable control of the transmission / reception aperture is also centered in the array direction in the array transducer. As symmetric. Therefore, correspondingly, if the curvature is reduced from the center to both ends in the array direction of the acoustic lens (if the radius of curvature is increased), a lens effect suitable for focus depth and aperture control can be expected.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 3 conceptually shows the overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. This ultrasonic diagnostic apparatus is an apparatus that displays ultrasonic images by transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a living body.
[0014]
The ultrasonic diagnostic apparatus is roughly divided into an apparatus main body 20 and an ultrasonic probe 8. The ultrasonic probe 8 is used in contact with the surface of a living body. Of course, it may be inserted into a body cavity. The ultrasonic probe 8 and the apparatus main body 20 are connected by a cable 21.
[0015]
An electronic scanning control unit 22 is provided in the apparatus main body 20. This electronic scanning control unit 22 is means for performing transmission / reception control of ultrasonic waves, and specifically functions as a control unit for executing electronic sector scanning. The electronic scanning control unit 22 includes an aperture control unit 24, and the aperture control unit 24 variably controls a transmission / reception aperture, that is, a transmission / reception range in the array direction in an array transducer described later.
[0016]
In the ultrasonic probe 8, an array transducer 16 is provided in the probe main body 10. The array vibrator 16 is formed by arranging a plurality of vibration elements, and a cross section in the array direction is shown in the figure. The acoustic lens 12 is provided on the front side of the array transducer 16, that is, on the ultrasonic wave transmission side, with a matching layer 14 interposed. The acoustic lens 12 performs an ultrasonic focusing function in a direction orthogonal to the array direction, that is, in the elevation direction. In this embodiment, the curvature changes from the center to both ends in the array direction as will be described in detail later. Has the form. This is to achieve an appropriate ultrasonic focusing effect for each focus depth, assuming that the transmission / reception aperture is controlled by the aperture controller 24. In FIG. 3, a backing layer 18 for absorbing unnecessary ultrasonic waves is provided on the back side of the array transducer 16.
[0017]
In FIG. 3, a scanning plane 100 is formed by scanning an ultrasonic beam 102 with an electronic sector. In forming the ultrasonic beam 102, dynamic focus or multi-stage focus is executed at the time of reception, and the aperture controller 24 switches the transmission / reception aperture stepwise or continuously. Also, at the time of transmission, the aperture control unit 24 performs appropriate aperture setting at the time of transmission according to the focus depth.
[0018]
FIG. 1 is a perspective view of the probe main body 10. In the figure, the X direction is the array direction, the Y direction is the elevation direction, and the Z direction is the axial direction of the probe body 10.
[0019]
As shown in the figure, the curvature of the acoustic lens 12 is set gradually smaller from the center 12A in the array direction of the acoustic lens 12 to both end portions 12B. In other words, the radius of curvature is gradually increased from the center 12A to both ends 12B, that is, the ultrasonic focusing action is weakened at both ends.
[0020]
FIG. 2 shows a change in the radius of curvature in the array direction of the acoustic lens. As shown in the figure, the radius of curvature is gradually increased from the center in the array direction to both ends. In FIG. 2, reference numerals 100 to 104 denote transmission / reception apertures. The aperture 100 is used for short-distance diagnosis, the aperture 102 is used for medium-distance diagnosis, and the aperture 104 is used for long-distance diagnosis. Is done. Therefore, for example, in the case of short-distance diagnosis, it is used only for the vibration element near the center of the array transducer, and the ultrasonic beam formed thereby is more strongly focused on the portion with a large curvature in the acoustic lens, It is possible to improve the image quality of the ultrasonic image. In the case of long-distance diagnosis, a large opening 104 is used. In this case, the radius of curvature at both ends of the acoustic lens is set to be large, so that the ultrasonic power can be concentrated in a deeper portion. . Therefore, on the premise of aperture variable control, it is possible to realize appropriate ultrasound beam focusing from a short distance to a long distance.
[0021]
In the above embodiment, the focusing function is changed by changing the form of the acoustic lens 12, but the curvature of the acoustic lens 12 is made uniform in the array direction, and the material constituting the acoustic lens 12 is continuously changed. By doing so, a focusing action of the ultrasonic beam equivalent to the change in the radius of curvature shown in FIG. 2 may be obtained.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the beam focusing property in the elevation direction corresponding to the variable control of the transmission / reception aperture in the array direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an acoustic lens according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing changes in the radius of curvature of an acoustic lens.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Probe main body, 12 Acoustic lens, 20 Apparatus main body, 22 Electronic scanning control part, 24 Opening control part.

Claims (5)

複数の振動素子からなるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の前面側に設けられ、アレイ方向と直交するエレベーション方向について超音波の集束作用を発揮する音響レンズと、
を含み、
前記音響レンズはアレイ方向に沿って集束作用が変化する特性を有することを特徴とする超音波探触子。
An array vibrator comprising a plurality of vibration elements;
An acoustic lens that is provided on the front side of the array transducer and exhibits an ultrasonic focusing function in an elevation direction orthogonal to the array direction;
Including
The ultrasonic probe is characterized in that the acoustic lens has a characteristic that a focusing action changes along an array direction.
請求項1記載の超音波探触子において、
前記音響レンズはアレイ方向の中央から両端部にかけて集束作用が弱められた特性を有することを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the acoustic lens has a characteristic that the focusing action is weakened from the center to both ends in the array direction.
請求項1記載の超音波探触子において、
前記音響レンスはアレイ方向の中央から両端部にかけて曲率が連続的に小さくなるような形態を有することを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1,
The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the acoustic lens has a form in which the curvature continuously decreases from the center in the array direction to both ends.
請求項1記載の超音波探触子において、
前記音響レンズはアレイ方向の中央から両端部にかけて集束作用が徐々に弱められた材料で構成されることを特徴とする超音波探触子。
The ultrasonic probe according to claim 1,
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the acoustic lens is made of a material whose focusing action is gradually weakened from the center to both ends in the array direction.
請求項1記載の超音波探触子が接続される超音波診断装置であって、
送受波開口可変制御及び電子セクタ走査制御を実行する走査制御手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
An ultrasonic diagnostic apparatus to which the ultrasonic probe according to claim 1 is connected,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: scanning control means for executing transmission / reception aperture variable control and electronic sector scanning control.
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