【手続補正書】
【提出日】平成15年12月22日(2003.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】超音波探触子
【特許請求の範囲】
【請求項１】超音波を送信すると共にその反射波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズと、前記音響レンズの前面に取り付けられ、前記音響レンズにより決定された焦点位置を生体内の観察部位に合致させる超音波探触子用カプラーとを備えた超音波探触子において、前記カプラー部材の短軸断面が、前記超音波振動子により打ち出される超音波の進行方向に所定寸法で延びる突出部の先端面を弧状に形成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】超音波を送信すると共にその反射波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズと、前記音響レンズの前面に取り付けられ、前記音響レンズにより決定された焦点位置を生体内の観察部位に合致させる超音波探触子用カプラーとを備えた超音波探触子において、前記カプラー部材の短軸断面の突出部の側面部が、凹凸形状であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】超音波を送信すると共にその反射波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズと、前記音響レンズの前面に取り付けられ、前記音響レンズにより決定された焦点位置を生体内の観察部位に合致させる超音波探触子用カプラーとを備えた超音波探触子において、前記カプラー部材の長軸断面の側端面部が、凹凸形状であることを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置等において超音波を打ち出すと共にその反射波を受信する超音波探触子の前面に装着する超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子に関し、特にアーチファクトを低減し、Ｓ／Ｎを向上することができる超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子は、図８及び図９に示すように、超音波１を打ち出すと共にその反射波２を受信する超音波振動子３と、この超音波振動子３から打ち出された超音波１を収束させるための音響レンズ４とを備えた超音波探触子５の上記音響レンズ４の前面にカプラー部材６が取り付けられたものであり、該カプラー部材６によって、上記音響レンズ４によって予め決定された焦点位置を生体８内の観察部位に合致させるものである。従来の超音波探触子用カプラー７は、短軸方向の断面が図８に示され、長軸方向の断面が図９に示される形状の略直方体状のカプラー部材６より構成されている。上記カプラー部材６の先端面の形状は図で示されるように生体８との接触面が平坦となっていた。
【０００３】
この超音波探触子５の超音波振動子３から打ち出された超音波１は、音響レンズ４により収束されるが、短軸方向に対する超音波１の焦点は固定されているため、方位分解能が最も高い深度がその焦点の位置によって決定されている。従って、観察部位が浅部にある場合には、該観察部位と超音波探触子５の短軸方向に対する超音波１の焦点位置とを合致させて、理想的な観察をする必要がある。
【０００４】
このような理想的な観察を行なうために、超音波探触子５にいわゆる下駄をはかせるものとして上記カプラー部材６が超音波探触子５の前面に取り付けられている。即ちこのカプラー部材６は、超音波探触子５の短軸方向に対する超音波１の焦点位置が観察部位よりも深い場合つまり観察部位が浅い場合、この焦点位置と観察部位の深度との差分だけ上記超音波探触子５を生体８に対して離間させることにより、観察部位と超音波探触子５の短軸方向に対する超音波１の焦点位置とを合致させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波探触子用カプラー７を備えた超音波探触子におけるカプラー部材６は、前述のとおりその先端面、即ち生体８との接触面が平坦となっていたので、以下のような問題があった。
【０００６】
生体８の表面に曲面が存在する場合、生体８と上記カプラー部材６の先端面とが接触できない隙間９が生じて両者の間に空気が介在してしまう。このため、隙間９では、上記超音波振動子３から打ち出された超音波１は、音響インピーダンスが著しく異なる空気との隣接箇所でほぼ１００％近く上記カプラー部材６内に反射されてしまう。
【０００７】
上記の隙間９に存在する空気による全反射は、以下の理由による。上記カプラー部材６の音響インピーダンスは生体８や音響レンズ４のそれに近く約１．５〜１．７（×１０ 6 ｋｇ／ｍ 2 ｓｅｃ）位であるのに対し、空気の音響インピーダンスはほとんど０である。このことにより、Ｚ 1 をカプラー部材６の音響インピーダンス、Ｚ 2 を空気の音響インピーダンスとして両者間の反射率を以下の反射率の演算式により計算すると、
（Ｚ 2 −Ｚ 1 ）／（Ｚ 1 ＋Ｚ 2 ）≒−Ｚ 1 ／Ｚ 1 ＝−１
となり、ほぼ完全反射となる。
【０００８】
上記カプラー部材６の先端が平坦であることにより、超音波探触子５から打ち出された超音波１は、上記隙間９に存在する空気によって反射される際、打ち出された方向と同一の方向に反射される。従って、空気による反射波２は、観察部位からの反射波による正規の信号として画像に描出される信号と受波の時間的タイミングが合致しているため画像に描出され易く、アーチファクトが発生し、これによりＳ／Ｎが劣化していた。
【０００９】
また図９に示すように、超音波探触子用カプラー７の長軸方向については、超音波１０の空気による全反射のほかに比較的強度の強いサイドローブ１１の空気による反射が発生する。このサイドローブ１１の反射波１２によって、アーチファクトが発生し、これによりＳ／Ｎが劣化していた。
【００１０】そこで、本発明は、このような問題点に対処し、アーチファクトを低減し、Ｓ／Ｎを向上することができる超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子は、超音波を送信すると共にその反射波を受信する超音波振動子と、前記超音波振動子から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズと、前記音響レンズの前面に取り付けられ、前記音響レンズにより決定された焦点位置を生体内の観察部位に合致させる超音波探触子用カプラーとを備えた超音波探触子において、前記カプラー部材の短軸断面が、前記超音波振動子により打ち出される超音波の進行方向に所定寸法で延びる突出部の先端面を弧状に形成させた。
【００１２】
更に、上記カプラー部材の短軸断面の突出部の側面部が凹凸形状でもよい。
【００１３】
また、上記カプラー部材の長軸断面の側端面部が凹凸形状でもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明による超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子の実施の形態を示す短軸方向の断面図である。この超音波探触子用カプラーは、図１に示すように、超音波を打ち出すと共にその反射波を受信する超音波振動子３と、この超音波振動子３から打ち出された超音波を収束させるための音響レンズ４とを備えた超音波探触子５の該音響レンズ４の前面にカプラー部材６を取り付けて構成されている。
【００１５】
上記超音波振動子３は、超音波を打ち出すと共にその反射波を受信するもので、電気エネルギーと超音波エネルギーとを変換する圧電材料で構成されている。この圧電材料としては、例えばジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックス又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ 3 ）系の圧電セラミックスなどがある。
【００１６】
上記超音波振動子３の前面には、音響レンズ４が設けられている。この音響レンズ４は、上記超音波振動子３から打ち出された超音波ビームを収束させるために設けられたもので、該音響レンズ４中の音速が生体の音速よりも遅い場合には、レンズ形状を超音波探触子１８の前面に向かって突出した凸形状にすると超音波ビームが収束される。逆に、音響レンズ４中の音速が生体の音速よりも速い場合には、レンズ形状を超音波探触子５の背面に向かって突出した凹形状にすると超音波ビームが収束される。また、図１では省略しているが、上記超音波振動子３と上記音響レンズ４との間に、超音波振動子３の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスとの整合性をとるための音響整合層を設けてもよい。更に、この音響整合層は２層に設けてもよい。
【００１７】
上記音響レンズ４の前面には、カプラー部材６が設けられている。このカプラー部材６は、上記音響レンズ４より所定寸法だけ突出して形成されている。このカプラー部材６の所定寸法は、超音波探触子５の短軸方向に対する超音波の焦点位置と観察部位の深度との差分である。このような寸法とすることにより、上記超音波探触子５を生体に対して離間させることができ、観察部位と超音波探触子５の短軸方向に対する超音波の焦点位置とを合致させることが可能である。
【００１８】
ここで、本発明においては、上記カプラー部材６の短軸断面は、上記超音波振動子３により打ち出される超音波１の進行方向（図中下向き）に所定寸法で延びる突出部の先端面が弧状に形成されている。この形状により、図２に示すように、上記超音波振動子３により打ち出された超音波の進行方向と、上記カプラー部材６の反射面で反射された反射波の進行方向とを異ならせることができる。従って反射波２は、カプラー部材６内で数回反射を経た後、音響レンズ４に戻ることとなる。この数回の反射を経ることによって反射波２は、観察部位からの反射波による正規の信号として画像に描出される信号に対して受波のタイミングが遅れているため、画像に描出され難くなっている。
【００１９】
また、反射波２は数回の反射を経ることによって、その分音響レンズ４に戻ってくるまでの経路及び所要時間が長くなり、減衰によって超音波の強度が弱くなる。更に、図３に示すように、超音波１と平行に微少間隔離間して打ち出される他の超音波１３を考えると、前述したようにカプラー部材６の形状が弧状であるため、隙間９に対する入射角及び反射角がそれぞれ異なり、音響レンズ４に戻る反射波２と他の反射波１４とはその到達位置が大きくずれる。これにより、超音波の強度が薄められたものとなる。よって、たとえ反射波２が観察部位からの反射波による正規の信号として画像に描出される信号と受波のタイミングが一致しても、画像として抽出されるノイズは強度が弱く、薄められたものとなる。上記事項により、アーチファクトを低減しＳ／Ｎの向上を達成することができる。
【００２０】
図４は、本発明の第二の実施形態を示す短軸方向の断面図である。この第二の実施形態では、上記のカプラー部材６の短軸断面の突出部の側面部は、凹凸形状１５である。超音波振動子３によって打ち出された超音波１は、カプラー部材６内を通って隙間９に存在する空気と接する部位では反射される。この反射の際、カプラー部材６の先端面が、超音波探触子５の前面方向に（図中下向きに）突出した弧状に形成されているため、超音波１は、例えばカプラー部材６内の側面部に向かって反射する。しかし、この側面部は凹凸形状１５であるため、側面部での反射波２は、不規則な反射をして複雑な経路をとることとなり、また音響レンズ４に戻ってくる所要時間も増大するため、画像を描出させる受波の時間的タイミングに遅れ、描出される可能性が減少する。
【００２１】
図５は、本発明の第三の実施形態を示す長軸方向の断面図である。この第三の実施形態では、上記のカプラー部材６の長軸断面の側端面部は、凹凸形状１６である。図６の長軸断面の模式図に示すように、超音波振動子３によって打ち出された超音波のサイドブローブ１１は、生体８とカプラー部材６との間に生じた隙間９の空気の存在によって反射する。ここでサイドローブとは、目的とする方向である主極に対する副極の方向に発せられた超音波であり、一般には主極方向の超音波の強度を１とした場合、副極方向の超音波は０．１或いは０．０５といった強度のものである。
【００２２】
上記反射によってカプラー部材６の長軸断面の側端面部に向かう反射波１２は、その側端面部に形成された凹凸形状１６によって複雑に反射し、音響レンズ４に戻る経路及び所要時間が観察部位に反射して戻ってくる正規の反射波に比べて長くなる。よって、サイドローブ１１による反射波１２は画像を描出する受波タイミングからはずれ描出されにくくなり、アーチファクトを低減し、Ｓ／Ｎを向上することが可能である。
【００２３】
上述したような超音波探触子５による生体８内の観察部位の診断を行なう際には、図７に示すように、生体８の表面に超音波ゼリー１７（ゲル状で、生体８とカプラー部材６との間の空気を除去する役割をするもの）を塗布し、その上から超音波探触子用カプラー部材６を生体８に対して押圧する。この時、本発明に係るカプラー部材６の短軸断面は、いずれもその先端面が超音波探触子５の前面方向に突出した弧状を成しているため、押圧の際カプラー部材６と生体８との間に存在する空気を追い出すことが容易となっており、画像の劣化をより効率的に防止することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されたので、上記カプラー部材の短軸断面が、上記超音波振動子により打ち出される超音波の進行方向に所定寸法で延びる突出部の先端面を弧状に形成されていることにより、ノイズの原因となる反射波の画像への描出を抑制し、よってアーチファクトを低減し、Ｓ／Ｎを向上することができる。
【００２５】
更に、上記カプラー部材の短軸断面の突出部の側面部が凹凸形状であり、また上記カプラー部材の長軸断面の側端面部が凹凸形状であることによって、空気との隣接箇所に打ち出された超音波及びサイドローブの画像への描出を抑制することができ、アーチファクトを低減し、Ｓ／Ｎを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子の実施の形態を示す短軸方向の断面図である。
【図２】上記の実施の形態における超音波の動きを示す短軸方向の模式断面図である。
【図３】上記の実施の形態における二つの超音波の動きを示す短軸方向の模式断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示す短軸方向の模式断面図である。
【図５】本発明の第三の実施形態を示す長軸方向の断面図である。
【図６】上記の第三の実施形態における超音波の動きを示す長軸方向の模式断面図である。
【図７】本発明による超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子の実際の使用例を示す短軸方向の模式断面図である。
【図８】従来の超音波探触子用カプラーを備えた超音波探触子における超音波の動きを示す短軸方向の模式断面図である。
【図９】上記の従来例における超音波の動きを示す長軸方向の模式断面図である。
【符号の説明】
１，１０，１３ 超音波
２，１４ 反射波
３ 超音波振動子
４ 音響レンズ
５ 超音波探触子
６ 超音波探触子用カプラー
７ カプラー部材
８ 生体
９ 隙間
１１ 副極の超音波であるサイドローブ
１２ サイドローブの反射波
１５，１６ 凹凸形状