RADIOLOGY GLOSSARY
圧電効果（Piezoelectric Effect）
IN ONE LINE
一言でいうと
特定の材料へ機械的な応力を加えると電荷が生じる現象です。電界により変形する逆圧電効果とともに超音波の送受信に使います。
BEGINNER GUIDE
はじめて学ぶ方へ
材料を押すと電気が生まれ、逆に電気を加えると材料が変形する性質です。プローブでは戻る音を電気へ、電気を送る音へ変えます。
身近なイメージ
圧電振動子へ交流電圧を加えると超音波を送信し、戻るエコーで振動子が変形すると受信電圧を得られます。プローブには整合層や背面材も使われます。
そもそも圧電効果とは？
受信は機械的変化を電気へ変える直接効果を利用します。
送信は電気から機械的振動へ変える逆効果を利用します。
定義・しくみ
応力による分極の変化として電気応答が生じる直接圧電効果と、電界によるひずみが生じる逆圧電効果を持つ現象です。材料の構造、分極、方向、境界条件によって応答は変わり、すべての材料に同じように存在する性質ではありません。
FORMULA
圧電の応答係数は方向を持ち、単純な一つの定数では全構造を表しません。
送受信の変換効率と音響出力・受信感度は区別します。
具体例で確認
同じ圧電素子を送信時と受信時で使う、パルスエコー装置の教材用状況です。
送信では逆圧電効果、受信では直接圧電効果を使います。電気回路は強い送信パルスと弱い受信信号を切り替えて扱います。
専門的にもう一歩
圧電セラミックや複合材料は、電気と機械の結合によって変換器として働きます。感度と帯域は材料だけでなく、素子厚、整合層、背面材、配列構造に依存します。背面材による振動の減衰は短いパルスに関係します。すべての超音波変換器が圧電方式であるとは限らず、本項は圧電方式の原理を扱います。
臨床・測定での確認点
- 素子損傷や配列の欠損は装置手順で確認します。
- プローブ適合性と周波数帯域を確認します。
- 洗浄・消毒ではメーカーの材料適合手順を守ります。
覚えるポイント
- 直接効果は応力から電気
- 逆効果は電気から変形
- 送信と受信での利用
間違えやすい点
- 送信と受信の効果を逆にしない
- すべての物質に同じ圧電性があるとしない
- 帯域が材料だけで決まるとしない
一緒に確認したい用語
プローブ（振動子）超音波パルスエコー法軸方向分解能音響インピーダンス