(57)【要約】      （修正有）【課題】より感度のよい超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供する。【解決手段】超音波探触子２は、超音波を送受信する圧電材２２と、圧電材２２から発信される超音波を被検体に収束させるよう設けられた音響レンズ２５と、圧電材２２と音響レンズ２５との間に位置するよう設けられた音響整合層２３と、圧電材２２に対して音響整合層２３の反対側に設けられた背面層２１と、を備え、圧電材２２と音響整合層２３との界面よりも背面層側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材である背面反射材２１ｂの積層方向の何れかの位置を始点とするとともに、音響レンズ２５と音響整合層２３との界面の位置を終点として、始点における音響インピーダンスから終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように音響整合層２３の音響インピーダンスが設定されている。【選択図】図６
2014180362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する圧電材と、
前記圧電材から発信される超音波を当該超音波の発信対象に収束させるように設けられた音響レンズと、
前記圧電材と前記音響レンズとの間に位置するよう設けられた音響整合層と、
前記圧電材に対して前記音響整合層の反対側に設けられた背面層と、を備え、
前記圧電材と前記音響整合層との界面よりも前記背面層側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材の積層方向の何れかの位置を始点とするとともに、前記音響レンズと前記音響整合層との界面の位置を終点として、前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように前記音響整合層の音響インピーダンスが設定されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記始点は、音響インピーダンスが最も大きい部材の、前記反対側の面の位置にあることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記背面層は、前記圧電材よりも高い音響インピーダンスを有する背面反射材を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記始点から前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが指数関数的に減少することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、
前記複数の層の各々の厚みは、各層が有する音速及び前記超音波の中心周波数に応じた波長単位で１／４波長未満であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、
前記複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項７】
駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する超音波探触子と、
前記超音波探触子を駆動する前記駆動信号を生成する送信部と、
前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像を表示するための超音波画像データを生成する画像生成部と、
を備えた超音波画像診断装置において、
前記超音波探触子は、請求項１から６の何れか一項に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波画像診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子及び超音波画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊検査のための装置として、超音波により被検査物の内部を示す画像を得る超音波画像診断装置が知られている。超音波画像診断装置は、超音波を送受信する超音波探触子を被検査物に当接させて画像を得る。超音波探触子は、駆動信号の入力に応じて超音波を生じる圧電材や、超音波を被検査物に収束させる音響レンズ、圧電材から音響レンズに至る音響インピーダンスを調整するための音響整合層等を有する（例えば、特許文献１）。特許文献１の音響整合層は、超音波の周波数の広帯域化のために圧電材と音響整合層との間の音響インピーダンスのギャップをなくす目的で、圧電材と当接する部分の音響整合層の音響インピーダンスを圧電材の音響インピーダンスと同一としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２９５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような従来の超音波探触子は、音響整合層内における圧電材から音響レンズに向かう音響インピーダンスの減少の変化が急激となり、超音波の減衰による感度の低下を生じる問題点を有していた。また、圧電材から送受信される超音波は、少なからず圧電材内を透過することとなるが、従来の音響整合層の音響インピーダンスは、圧電材等、音響整合層より圧電材側に存する超音波の透過経路を考慮したものではなかったため、当該透過経路における超音波の減衰による感度の低下を生じる問題点を有していた。
【０００５】
本発明は、より感度のよい超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明による超音波探触子は、超音波を送受信する圧電材と、前記圧電材から発信される超音波を当該超音波の発信対象に収束させるように設けられた音響レンズと、前記圧電材と前記音響レンズとの間に位置するよう設けられた音響整合層と、前記圧電材に対して前記音響整合層の反対側に設けられた背面層と、を備え、前記圧電材と前記音響整合層との界面よりも前記背面層側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材の積層方向の何れかの位置を始点とするとともに、前記音響レンズと前記音響整合層との界面の位置を終点として、前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように前記音響整合層の音響インピーダンスが設定されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探触子であって、前記始点は、音響インピーダンスが最も大きい部材の、前記反対側の面の位置にあることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波探触子であって、前記背面層は、前記圧電材よりも高い音響インピーダンスを有する背面反射材を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の超音波探触子であって、前記始点から前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが指数関数的に減少することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の超音波探触子であって、前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、前記複数の層の各々の厚みは、各層が有する音速及び前記超音波の中心周波数に応じた波長単位で１／４波長未満であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか一項に記載の超音波探触子であって、前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、前記複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明による超音波画像診断装置は、駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する超音波探触子と、前記超音波探触子を駆動する前記駆動信号を生成する送信部と、前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像を表示するための超音波画像データを生成する画像生成部と、を備えた超音波画像診断装置において、前記超音波探触子は、請求項１から６の何れか一項に記載の超音波探触子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、より感度のよい超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】超音波画像診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】超音波画像診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】送信部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】パルス信号の駆動波形について説明する図である。
【図５】送信するパルス信号の波形について説明する図である。
【図６】超音波探触子の概略構成を示す断面図である。
【図７】ダイシングの一例を示す断面図である。
【図８】実施例における音響インピーダンスの減少曲線を示す概略図である。
【図９】第１比較例における音響インピーダンスの減少曲線を示す概略図である。
【図１０】実施例及び第１比較例の感度の測定結果を示すグラフである。
【図１１】変形例における超音波探触子の概略構成を示す断面図である。
【図１２】変形例における音響インピーダンスの減少曲線を示す概略図である。
【図１３】変形例及び第２比較例の感度の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１６】
本実施の形態に係る超音波画像診断装置Ｓは、図１及び図２に示すように、超音波画像診断装置本体１と超音波探触子２とを備えている。超音波探触子２は、超音波画像診断装置Ｓにとっての披検査物としての図示しない生体等の被検体に対して超音波（送信超音波）を送信するとともに、この被検体で反射した超音波の反射波（反射超音波：エコー）を受信する。超音波画像診断装置本体１は、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２に電気信号の駆動信号を送信することによって超音波探触子２に被検体に対して送信超音波を送信させるとともに、超音波探触子２にて受信した被検体内からの反射超音波に応じて超音波探触子２で生成された電気信号である受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
【００１７】
超音波探触子２は、圧電素子からなる振動子２ａを備えており、この振動子２ａは、例えば、方位方向に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、例えば、１９２個の振動子２ａを備えた超音波探触子２を用いている。なお、振動子２ａは、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子２ａの個数は、任意に設定することができる。また、本実施の形態では、超音波探触子２について、リニア走査方式の電子スキャンプローブを採用したが、電子走査方式あるいは機械走査方式の何れを採用してもよく、また、リニア走査方式、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式の何れの方式を採用することもできる。超音波探触子２における帯域幅は任意に設定することができる。
【００１８】
超音波画像診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像生成部１４と、メモリー部１５と、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）１６と、表示部１７と、制御部１８とを備えて構成されている。
【００１９】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力等を行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部１８に出力する。
【００２０】
送信部１２は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２にケーブル３を介して電気信号である駆動信号を供給して超音波探触子２に送信超音波を発生させる回路である。より具体的には、送信部１２は、図３に示すように、例えば、クロック発生回路１２１、パルス発生回路１２２、パルス幅設定部１２３及び遅延回路１２４を備えている。
【００２１】
クロック発生回路１２１は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。
パルス発生回路１２２は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。パルス発生回路１２２は、例えば、図４に示すように、３値の電圧を切り替えて出力することにより、矩形波によるパルス信号を発生させることができる。このとき、パルス信号の振幅については、正極性及び負極性で同一となるようにしたが、これに限定されない。なお、２値あるいは４値以上の電圧を切り替えてパルス信号を発生させる構成であってもよい。
パルス幅設定部１２３は、パルス発生回路１２２から出力されるパルス信号のパルス幅を設定する。即ち、パルス発生回路１２２は、パルス幅設定部１２３によって設定されたパルス幅に従ったパルス波形によるパルス信号を出力する。パルス幅は、例えば、操作入力部１１による入力操作により可変することができる。また、超音波画像診断装置本体１に接続された超音波探触子２を識別することにより、識別した超音波探触子２に対応するパルス幅が設定されるように構成してもよい。
なお、駆動信号の形状に特に制限はなく、サイン波、コサイン波、矩形波等から適宜選択することができる。また、これらの複数の信号を合成した信号を用いるようにしてもよい。簡易かつ小型の回路で構成できるという観点からは、駆動信号を複数のパルスを有する矩形波とするのが好ましい。この際、複数のパルスのうちの少なくとも１つのパルスは、他のパルスとパルス幅（デューティー）が異なるように構成するのが好ましい。これにより、駆動信号の周波数帯域幅が大きくなるので、送信される超音波の周波数帯域幅をより大きくすることができ、時間分解能、即ち、深さ方向の距離分解能をさらに向上させることができる。このような駆動信号の形状の例を図５に示す。図５に示される駆動信号は、第１のパルス信号と、この第１のパルス信号とは極性の異なる第２のパルス信号と、第１のパルス信号と極性の等しい第３のパルス信号とを備えた矩形波である。第１のパルス信号のパルス幅（Ｔ１）、第２のパルス信号のパルス幅（Ｔ２）及び第３のパルス信号のパルス幅（Ｔ３）は、それぞれ１６ｎｓ、５６ｎｓ、１０４ｎｓに設定されている。なお、各パルス信号のパルス幅は上述したものに限らず、任意に設定することができる。例えば、本実施の形態では、パルス幅が徐々に大きくなるように設定されているが、パルス幅が徐々に小さくなるように設定されていてもよい。このように、第１〜第３のパルスのパルス幅を全て異ならせることによって駆動信号の周波数帯域幅をより大きくすることができる。なお、複数のパルス信号のうちの全てのパルス信号のパルス幅について同一に設定されていてもよい。
【００２２】
遅延回路１２４は、駆動信号の送信タイミングを振動子毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させて送信超音波によって構成される送信ビームの集束を行うための回路である。
【００２３】
以上のように構成された送信部１２は、制御部１８の制御に従って、駆動信号を供給する複数の振動子２ａを、超音波の送受信毎に所定数ずらしながら順次切り替え、出力の選択された複数の振動子２ａに対して駆動信号を供給することにより走査を行う。
【００２４】
図２に示すように、受信部１３は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路である。受信部１３は、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、整相加算回路を備えている。増幅器は、受信信号を、振動子２ａ毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅させるための回路である。Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された受信信号をアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するための回路である。整相加算回路は、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、振動子２ａ毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算（整相加算）して音線データを生成するための回路である。
【００２５】
画像生成部１４は、受信部１３からの音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅等を実施し、ゲインの調整等を行って輝度変換することにより、Ｂモード画像データを生成する。即ち、Ｂモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。画像生成部１４にて生成されたＢモード画像データは、メモリー部１５に送信される。
【００２６】
メモリー部１５は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリーによって構成されており、画像生成部１４から送信されたＢモード画像データをフレーム単位で記憶する。即ち、メモリー部１５は、フレーム単位により構成された超音波診断画像データとして記憶することができる。メモリー部１５に記憶された超音波診断画像データは、制御部１８の制御に従って読み出され、ＤＳＣ１６に送信される。
【００２７】
ＤＳＣ１６は、メモリー部１５より受信した超音波診断画像データをテレビジョン信号の走査方式による画像信号に変換し、表示部１７に出力する。
【００２８】
表示部１７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ
及びプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部１７は、ＤＳＣ１６から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波診断画像の表示を行う。なお、表示装置に代えてプリンター等の印刷装置等を適用してもよい。
【００２９】
制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えて構成され、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って超音波画像診断装置Ｓの各部の動作を集中制御する。
ＲＯＭは、半導体等の不揮発メモリー等により構成され、超音波画像診断装置Ｓに対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る超音波探触子２について、図６を参照しながら説明する。
【００３１】
超音波探触子２は、図６に示すように、例えば、図上正面視下方から、背面層２１と、背面層２１上に積層された圧電材２２と、圧電材２２上に積層された音響整合層２３と、音響整合層２３上に積層された音響レンズ２５とを備えて構成されている。
【００３２】
背面層２１は、例えば、バッキング材２１ａと、バッキング材２１ａ上に積層された背面反射材２１ｂとを備えて構成されている。圧電材２２は、背面反射材２１ｂ上に積層されている。即ち、背面層２１は、超音波探触子を構成する各部材の積層方向について、圧電材２２に対して音響整合層２３が設けられた側と反対側（以下、単に「反対側」と記載する）に設けられている。また、反対側からみて、バッキング材２１ａ、背面反射材２１ｂの順に設けられている。
【００３３】
バッキング材２１ａは、音響インピーダンスが圧電材２２よりも低い材料により形成されており、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。即ち、バッキング材２１ａは、圧電材２２の反対側から発生する超音波を吸収する。
【００３４】
バッキング材２１ａを構成するバッキング材２１ａとしては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂や、これらの材料に酸化タングステンや酸化チタン、フェライト等の粉末を入れてプレス成形したゴム系複合材やエポキシ樹脂複合材、塩化ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体等の熱可塑性樹脂等が適用できる。
【００３５】
好ましいバッキング材２１ａとしては、ゴム系複合材料、及び／又は、エポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は背面反射材２１ｂや圧電材２２、これらを含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。
【００３６】
背面反射材２１ｂは、音響インピーダンスが圧電材２２よりも高い材料により形成されており、圧電材２２の反対側に出力される超音波を反射する。このように、背面反射材２１ｂを備えることにより、圧電材２２から発生する超音波をより効率よく被検体側に送信することができることから、圧電材２２における超音波の送受波に対する感度をより向上させることができる。
【００３７】
背面反射材２１ｂを構成する素材としては、炭化タングステン（ＷＣ、タングステン・カーバイド）や、これに結合剤（バインダ）であるコバルト（ＣＯ）を混合して焼結した超硬合金、さらにこれに炭化チタン（ＴｉＣ）や炭化タンタル（ＴａＣ）等の添加剤を添加したもの等が適用できる。
【００３８】
好ましい背面反射材２１ｂとしては、タングステンカーバイドからなるものであり、その形状は圧電材２２やこれを含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。
【００３９】
背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａの間や背面反射材２１ｂと圧電材２２の間は、接着層を介して積層されていることが好ましい態様である。接着層を形成するための接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。なお、接着層はより薄いほうがより好ましく、また、各部材間の電気的接続が必要な場合に当該電気的接続のための接触を妨げないよう設けられる。
【００４０】
圧電材２２は、電極及び圧電材料を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子（圧電素子）である。
【００４１】
圧電材料は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電体を含有する材料である。圧電体としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛等の圧電セラミックス、ニオブ酸リチウム、亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛等の固溶系単結晶からなる圧電単結晶、水晶、ロッシェル塩、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、あるいはＶＤＦと、例えば、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）の共重合体であるポリフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））のようなＰＶＤＦ共重合体、シアン化ビニリデン（ＶＤＣＮ）の重合体であるポリシアン化ビニリデン（ＰＶＤＣＮ）、あるいはシアン化ビニリデン系共重合体あるいはナイロン９、ナイロン１１等の奇数ナイロンや、芳香族ナイロン、脂環族ナイロン、あるいはポリ乳酸や、ポリヒドロキシブチレート等のポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体、ポリウレア等の有機高分子圧電材料等を用いることができる。
【００４２】
圧電材料の厚さとしては、例えば、１００〜５００μｍの範囲で用いられる。圧電材料は、その両面に電極が付された状態で、振動子２ａとして用いられる。
【００４３】
圧電材料に付される電極に用いられる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）等が挙げられる。
【００４４】
圧電材料に電極を付す方法としては、例えば、チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の下地金属をスパッタ法により０．０２〜１．０μｍの厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属及びそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で１〜１０μｍの厚さに形成する方法が挙げられる。
【００４５】
電極形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。電極は、圧電材料上に、超音波探触子２の形状に応じて、圧電体面の全面あるいは圧電体面の一部に、設けられる。
【００４６】
また、圧電材２２は、背面反射材２１ｂを介して電極がＦＰＣ２２ａと接触されており、ＦＰＣ２２ａはケーブル３と電気的に接続されている。したがって、超音波画像診断装置本体１から出力される駆動信号がＦＰＣ２２ａを介して圧電材２２に入力され、圧電材２２で発生した受信信号が超音波画像診断装置本体１に出力される。
【００４７】
音響整合層２３は、圧電材２２と音響レンズ２５との間の音響インピーダンスを整合させ、圧電材２２、音響整合層２３及び音響レンズ２５の各々の境界面での反射を抑制する傾斜音響整合層である。音響整合層２３は、圧電材２２に対して被検体側に装着される。
【００４８】
音響整合層２３は、例えば、最下層２３ａ、中間層２３ｂ及び最上層（最前面層）２３ｃのように、複数の層が積層されて構成されている。複数の層の厚みを合わせた音響整合層２３の層厚は、圧電材２２から送信される超音波の中心周波数（例えば、１０ＭＨｚ）の波長をλとすると、１／２λ以上となるように定められる。より好ましくは、音響整合層２３の層厚は、λ以上となるように定められる。このように音響整合層２３の層厚を定めることで、圧電材２２から発生する超音波の中心周波数に対する低周波側の音響整合層２３による減衰を低減することができる。即ち、音響整合層２３が有する低周波側の透過遮断特性をより向上させることができる。
【００４９】
音響整合層２３の音響インピーダンスは、最下層２３ａから最上層２３ｃにかけて漸次減少するとともに、最下層２３ａの音響インピーダンスが圧電材２２の音響インピーダンス未満となるよう設定される。また、後述する音響レンズ２５の音響インピーダンスと整合させるため、最上層２３ｃの音響インピーダンスと音響レンズ２５の音響インピーダンスとの差をより小さくすることが好ましく、より好ましくは、最上層２３ｃと音響レンズ２５との界面における最上層２３ｃの音響インピーダンスが音響レンズ２５の音響インピーダンスとほぼ等しくなるように音響整合層２３を設けることである。
また、音響整合層２３を構成する複数の層の各々の厚みは、各層の組成により決定される音速及び圧電材２２から送信される超音波の中心周波数に応じた波長（例えば、λ）単位で１／４λ未満であることが好ましい。このように複数の層の各々の厚みを定めることで、圧電材２２から発生する超音波の中心周波数に対する低周波側の音響整合層２３による減衰を低減することができる。即ち、音響整合層２３が有する低周波側の透過遮断特性をより向上させることができる。なお、音響整合層２３の層厚をλ以上となるように定め、かつ、各層の厚みを１／４λ未満とする場合、音響整合層２３は、５以上のそれぞれ音響インピーダンスが異なる層による構造を有する。
【００５０】
音響整合層２３に用いられる材料として、具体的には、アルミ、アルミ合金（例えばＡＬ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、ＰＥ（ポリエチレン）やＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＣ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６−６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。好ましくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に、充填剤として、タングステン、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、モリブデン等を入れて成形したものが適用できる。ここで、充填材の種類や量、分布等を各層で異ならせることにより、同一の種類の樹脂であっても各層の音響インピーダンスを異なるものとすることができる。
【００５１】
音響レンズ２５は、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために配置されるものである。即ち、音響レンズ２５は、超音波探触子２の被検体と接する側に設けられ、圧電材２２にて発生した超音波を、被検体に効率よく入射させる。音響レンズ２５は、被検体と接する部分で、内部の音速に応じて凸型又は凹型のレンズ形状を有し、被検体に入射される超音波を、撮像断面と直交する厚さ方向（エレベーション方向）で収束させる。
【００５２】
音響レンズ２５の音響インピーダンスは、被検体の音響インピーダンスに対して、音響レンズ２５と被検体との間での超音波の減衰や反射がより小さくなるよう適宜設定される。ここで、被検体はヒトの肉体等であることから、一般的に、音響レンズ２５の音響インピーダンスは、圧電体のような硬質の物質に比して音響インピーダンスが極めて低く設定される。このことから、音響レンズ２５は、設定された音響インピーダンスに対応する素材（例えば、軟質の高分子材料等）により形成される。
なお、音響レンズ２５と音響整合層２３との間での超音波の減衰や反射をより低減させるため、音響整合層２３のうち、音響レンズ２５と当接する部分（最上層２３ｃ）の音響インピーダンスは、音響レンズ２５とほぼ同一であることが好ましい。
【００５３】
音響レンズ２５を構成する素材としては、従来公知のシリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等が適用可能である。これらのうち、シリコーン系ゴム及びブタジエン系ゴムを用いることが好ましい。
【００５４】
また、音響整合層２３、圧電材２２及びＦＰＣにはダイシングが施されている。例えば、図７に示すように、音響整合層２３、圧電材２２及びＦＰＣには、０．０２ｍｍの厚みを有するダイサーにて０．２０ｍｍピッチで音響整合層２３からＦＰＣまでダイシングが施されている。また、０．２０ｍｍピッチでダイシングされた各チャンネルには、さらに３等分するようにダイシングが施されている。
また、図示しないが、ダイシングにより生じたダイス溝にはシリコーン接着剤等の樹脂が充填されている。
また、ダイシングにより生じたダイス溝には、図７に示すように、保護層２４が設けられていてもよい。保護層２４は、超音波探触子２が測定前後に洗浄される際、洗浄液が音響レンズ２５を透過して音響レンズ２５内部の構成部品および構成部品間の接着層への侵入することを防止し、精度の高い測定を可能にするガスバリア性を有する素材によって構成されている。
係るダイシングやダイス溝の充填に係る実施の形態の記載はあくまで一例であって、適宜変更可能である。また、図７の例は模式的なものであって、各層の厚みを限定するものではない。
【００５５】
次に、圧電材２２、背面反射材２１ｂ及びバッキング材２１ａの各々の音響インピーダンスと各部材間での超音波の反射について説明する。
背面反射材２１ｂが設けられず、圧電材２２の反対側にバッキング材２１ａ等の圧電材２２よりも音響インピーダンスが低い部材が接着されている場合、圧電材２２から発生した超音波のうち反対側に送信された超音波が被検体側に反射される割合を示す反射率Ｒは、以下の式（１）により算出される。ここで、Ｚｐｚｔは、圧電材２２の音響インピーダンスを示す。また、Ｚは、圧電材２２の反対側に接着された部材の音響インピーダンスを示す。
Ｒ＝（Ｚ−Ｚｐｚｔ）／（Ｚｐｚｔ＋Ｚ）…（１）
【００５６】
例えば、以下の表１に示すように、音響インピーダンスが３３Ｍｒａｙｌｓである圧電材２２の反対側に音響インピーダンスが５．８Ｍｒａｙｌｓであるバッキング材２１ａが接着されている場合、圧電材２２から反対側に送信された超音波のうち、バッキング材２１ａにより反射される超音波の反射率Ｒは、式（１）に基づいて、約０．７となる。ここでは反射に伴う、反射波の極性反転は省略する。即ち、以下の表２に示すように、圧電材２２とバッキング材２１ａとの界面における圧電材２２から反対側に送信された超音波の反射率は約７０％となる。係る反射率を示すバッキング材２１ａとして、例えば、エポキシ樹脂に１０％体積分率のタングステン微粒子を分散させたものを材料としたバッキング材２１ａが挙げられるが、一例であってこれに限られるものでない。
【００５７】
【表１】
2014180362.tif 000003
【００５８】
【表２】
2014180362.tif 000004
【００５９】
これに対し、上記の超音波探触子２における背面反射材２１ｂのように、圧電材２２とバッキング材２１ａとの間に圧電材２２よりも音響インピーダンスが高い部材が設けられている場合、超音波の反射率は、背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａとの界面においてより高くなる。
【００６０】
例えば、音響インピーダンスが３３Ｍｒａｙｌｓである圧電材２２と音響インピーダンスが５．８Ｍｒａｙｌｓであるバッキング材２１ａとの間に音響インピーダンスが１０７Ｍｒａｙｌｓである背面反射材２１ｂが設けられている場合、表２に示すように、圧電材２２と背面反射材２１ｂとの界面における圧電材２２から反対側に送信された超音波の反射率は約５２％となり、背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａとの界面における背面反射材２１ｂ内を透過した超音波の反射率は約９０％となる。係る反射率を示す背面反射材２１ｂとして、ＷＣを材料とした背面反射材２１ｂが挙げられるが、一例であってこれに限られるものでない。
【００６１】
言い換えれば、圧電材２２から反対側に送信された超音波のうち４８％が背面反射材２１ｂ内を透過し、透過した超音波の９０％が背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａとの界面で反射されて再度背面反射材２１ｂを透過し、圧電材２２、音響整合層２３及び音響レンズ２５を経て被検体側に送信されることとなる。
このように、背面反射材２１ｂが設けられている場合、圧電材２２から反対側に送信された超音波は、圧電材２２と背面反射材２１ｂとの界面だけでなく、背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａとの界面でも反射される。このことから、背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることで、感度をより向上させることができる。
【００６２】
そこで、本発明では、圧電材２２と音響整合層２３との界面よりも背面層２１側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材である背面反射材２１ｂを始点Ｐ１とするとともに、音響レンズ２５と音響整合層２３との界面の位置を終点Ｐ２として、始点Ｐ１における音響インピーダンスから終点Ｐ２における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように音響整合層２３の音響インピーダンスが設定されている。これにより、背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることができることから、感度をより向上させることができる。
【００６３】
具体例として、背面層２１から音響レンズ２５に至る音響インピーダンスの減少を示すグラフを図８に示す。図８に示す例では、音響インピーダンスが最も大きい部材の反対側の面の位置、即ち、バッキング材２１ａと当接する側の背面反射材２１ｂの面の位置を始点Ｐ１としている。そして、始点Ｐ１における音響インピーダンスから終点Ｐ２における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが指数関数的に減少するように音響整合層２３の音響インピーダンスが設定されている。
【００６４】
図８では、バッキング材２１ａと当接する側の背面反射材２１ｂの面の位置を始点Ｐ１としているが、始点Ｐ１が厳密にバッキング材２１ａと当接する側の背面反射材２１ｂの面の位置に存せずとも、背面反射材２１ｂの音響インピーダンスが圧電材２２の音響インピーダンスよりも高く設けられ、音響整合層２３の初期音響インピーダンスが圧電材２２よりも低く設けられることで背面反射材２１ｂから圧電材２２、音響整合層２３を経て音響レンズ２５に至る部材の音響インピーダンスが漸次小さくなるようになっていれば、背面反射材２１ｂとバッキング材２１ａとの界面で反射された超音波の減衰をより低減することができることから、感度をより向上させることができる。具体的には、超音波探触子２の場合、音響インピーダンスの始点Ｐ１が背面反射材２１ｂ内にあれば、背面反射材２１ｂから圧電材２２、音響整合層２３を経て音響レンズ２５に至る部材の音響インピーダンスが漸次小さくなるようにすることができる。
【００６５】
以下、実施例についてより具体的な条件及び測定結果により説明するが、勿論本発明はこれらの数値のものに限定されるものではない。
便宜上、圧電材２２から発生する超音波の中心周波数をｆ０、圧電材２２の板厚をｔｐｚｔ、背面反射材２１ｂの音響インピーダンスをＺｄｍｌ、背面反射材２１ｂの板厚をｔｄｍｌ、バッキング材２１ａの音響インピーダンスをＺｂｋ、音響レンズ２５の音響インピーダンスをＺａと記載する。
また、音響整合層２３の厚みをｔｓｇｍｌ、音響整合層２３内を透過する中心周波数の超音波の音速をＶｓｇｍｌと記載する。また、音響整合層２３の音響インピーダンスのうち、圧電材２２と当接する部分（例えば、最下層２３ａ）の音響インピーダンス（初期音響インピーダンス）をＺｓｌｇｍｌと記載する。
【００６６】
図８に示すように、ｆ０＝１０ＭＨｚ、Ｚｐｚｔ＝３２．７６ＭＲａｙｌｓ、ｔｐｚｔ＝１０５μｍ、Ｚｄｍｌ＝１０７ＭＲａｙｌｓ、ｔｄｍｌ＝８０μｍ、Ｚｂｋ＝２．８ＭＭＲａｙｌｓ、Ｚａ＝１．５ＭＲａｙｌｓの条件下における本発明の実施例と従来の超音波探触子に基づく第１比較例とを比較した。ここで、Ｚｄｍｌ＞Ｚｐｚｔである。即ち、背面反射材２１ｂの音響インピーダンスは、圧電材２２の音響インピーダンスよりも高い。
また、図８に示すように、実施例は、Ｚｓｌｇｍｌ＝２５ＭＲａｙｌｓ、ｔｓｇｍｌ＝０．６４μｍである。第１比較例は、Ｚｓｌｇｍｌ＝３２．７６ＭＲａｙｌｓ、ｔｓｇｍｌ＝０．７μｍである。ここで、実施例は、Ｚｐｚｔ＞Ｚｓｌｇｍｌである。即ち、実施例は、初期音響インピーダンスが圧電材２２の音響インピーダンス未満である。
一方、図９に示すように、第１比較例は、Ｚｐｚｔ＝Ｚｓｌｇｍｌであり、初期音響インピーダンスが圧電材２２の音響インピーダンスと等しい。
【００６７】
図１０は、実施例及び第１比較例の感度の測定結果を示すグラフである。図１０では、実施例に係る測定結果を実線Ｌ１で示し、第１比較例に係る測定結果を破線Ｌ２で示している。
図１０に示すように、本発明の実施例は、第１比較例に対して、０〜２０ＭＨｚの超音波の周波数帯における感度（ｄＢ）の値が描くグラフの曲線形状（帯域形状）を維持しつつ、周波数帯の全域に渡って感度を上げることができる。特に、中心周波数及び中心周波数付近の超音波における感度を約５ｄＢ上げることができる。
【００６８】
以上、本実施形態の超音波画像診断装置Ｓによれば、圧電材２２と音響整合層２３との界面よりも背面層２１側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材（例えば、背面反射材２１ｂ）の位置を始点Ｐ１とするとともに、音響レンズ２５と音響整合層２３との界面の位置を終点Ｐ２として、始点Ｐ１における音響インピーダンスから終点Ｐ２における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように音響整合層２３の音響インピーダンスが設定されているので、初期音響インピーダンスが圧電材２２の音響インピーダンス未満となり、図１０等に示すように、感度を上げることができる。即ち、本実施形態によれば、より感度のよい超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することができる。
【００６９】
また、音響インピーダンスの始点Ｐ１が圧電材２２と音響整合層２３との界面よりも背面層２１側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材（例えば、背面反射材２１ｂ）の反対側の面の位置にあるので、反射された超音波の経路における背面反射材２１ｂ、圧電材２２、音響整合層２３の音響インピーダンスを漸次小さくなるようにすることができる。即ち、バッキング材２１ａと背面反射材２１ｂとの界面にて反射された超音波の減衰をより低減することができることから、より感度を上げることができる。
【００７０】
また、音響整合層２３が、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、複数の層の各々の厚みが、各層が有する音速及び超音波の中心周波数に応じた波長単位で１／４波長未満であるので、超音波が各層を透過する距離をより短くすることで超音波の減衰をより低減することができることから、より感度を上げることができる。
【００７１】
また、圧電材２２及び音響整合層２３の音響インピーダンスが、起点から音響レンズ２５に向かって指数関数的に減少するので、圧電材２２から音響レンズ２５までの音響インピーダンスの減少に要する距離を徒に長くすることなく、超音波の減衰をより低減することが可能な音響インピーダンスの減少を実現することができることから、より感度を上げることができる。
【００７２】
（変形例）
次に、本発明の変形例について図１１〜図１３を参照して説明する。
変形例の超音波探触子２００における背面層２１は、背面反射材２１ｂを備えず、バッキング材２１ａのみを備え、圧電材２２は、バッキング材２１ａ上に積層されている。バッキング材２１ａ。超音波探触子２００は、背面層２１がバッキング材２１ａのみを備え、圧電材２２の電極とＦＰＣが直接当接する点を除いて上記の実施形態における超音波探触子２と同様の構成を備えるので、図１１にて同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７３】
上記にて式（１）を用いて説明したように、圧電材２２とバッキング材２１ａとの界面でも圧電材２２の背面側に送信された超音波は反射される。この場合、反射された超音波は、圧電材２２、音響整合層２３及び音響レンズ２５を経て被検体側に送信されることとなる。よって、圧電材２２とバッキング材２１ａとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることで、感度をより向上させることができる。
変形例においても、圧電材２２と音響整合層２３との界面よりも背面層２１側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材である圧電材２２を始点Ｐ１とするとともに、音響レンズ２５と音響整合層２３との界面の位置を終点Ｐ２として、始点Ｐ１における音響インピーダンスから終点Ｐ２における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように音響整合層２３の音響インピーダンスが設定されている。
また、図１２に示すように、変形例では、音響インピーダンスが最も大きい部材の反対側の面、即ち、圧電材２２とバッキング材２１ａとの界面を始点Ｐ１としている。これにより、圧電材２２とバッキング材２１ａとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることができることから、感度をより向上させることができる。
【００７４】
以下、変形例についてより具体的な条件及び測定結果により説明するが、勿論本発明の変形例はこれらの数値のものに限定されるものではない。
ｆ０＝１０ＭＨｚ、Ｚｐｚｔ＝３２．７６ＭＲａｙｌｓ、ｔｐｚｔ＝１０５μｍ、Ｚｂｋ＝２．８ＭＭＲａｙｌｓ、Ｚａ＝１．５ＭＲａｙｌｓの条件下における変形例と従来の超音波探触子に基づく第２比較例とを比較した。
図１２に示すように、変形例は、Ｚｓｌｇｍｌ＝２５ＭＲａｙｌｓ、ｔｓｇｍｌ＝０．６４μｍである。第２比較例は、Ｚｓｌｇｍｌ＝３２．７６ＭＲａｙｌｓ、ｔｓｇｍｌ＝０．７μｍである。ここで、変形例は、Ｚｐｚｔ＞Ｚｓｌｇｍｌである。即ち、変形例は、初期音響インピーダンスが圧電材２２の音響インピーダンス未満である。一方、第２比較例は、Ｚｐｚｔ＝Ｚｓｌｇｍｌであり、初期音響インピーダンスが圧電材２２の音響インピーダンスと等しい。
【００７５】
図１３は、変形例及び第２比較例の感度の測定結果を示すグラフである。図１３では、変形例に係る測定結果を実線Ｌ３で示し、第２比較例に係る測定結果を破線Ｌ４で示している。
図１３に示すように、本発明の変形例は、第２比較例に対して、０〜２０ＭＨｚの超音波の周波数帯における帯域形状を維持しつつ、中心周波数の超音波における感度を数ｄＢ上げることができる。
【００７６】
なお、本発明の実施の形態は、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７７】
例えば、音響整合層２３は、３層による構成に限らず、音響整合層２３を構成する複数の層の数や複数の層の形成方法を適宜変更してもよい。一例として、音響整合層２３を構成する複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されるようにしてもよい。この場合、具体的には、上記にて説明した音響整合層２３として用いられうる材料のうち、温度等の調節により流動性及び粘性を有する塗布可能な形態を取る樹脂等を材料とする。また、充填剤の種類や量の調整等により、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層の材料を用意する。そして、音響インピーダンスが相対的に低い材料が音響レンズ２５側になり、音響インピーダンスが相対的に高い材料が反対側になるように、複数の材料を順次塗り重ねるように音響整合層２３を形成する。
【００７８】
音響整合層２３を構成する複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されるようにすることで、音響整合層２３内における音響インピーダンスの減少をより理想的な減少曲線に対応させることができることから、音響整合層２３内における超音波の減衰をより小さくすることができ、より感度を上げることができる。
【００７９】
また、音響整合層２３は、複数の層からなる多層構造以外の構造により音響インピーダンスを始点Ｐ１側から終点Ｐ２まで漸次減少させるようにしてもよい。例えば、上記にて言及した音響整合層２３の材料で単一部材の音響整合層２３を形成し、さらに、当該材料で形成された単一部材における充填材の割合を始点Ｐ１側から終点Ｐ２側まで漸次変化させることにより音響整合層２３の音響インピーダンスを始点Ｐ１側から終点Ｐ２まで漸次減少させるようにしてもよい。
【００８０】
また、上記の実施例や変形例では、圧電材２２と音響整合層２３との界面の反対側から音響レンズ２５に至る音響インピーダンスの減少が指数関数的な減少曲線を示しているが、一例であってこれに限られるものでなく、適宜設定可能である。例えば、超音波画像診断装置の用途等に応じて、圧電材２２と音響整合層２３との界面の反対側から音響レンズ２５に至る音響インピーダンスの減少が直線比例的な減少を示してもよいし、他の減少曲線を示すようにしてもよい。
【００８１】
なお、本発明の実施の形態における記述は、本発明に係る超音波画像診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。超音波画像診断装置を構成する各機能部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の特徴を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８２】
Ｓ        超音波画像診断装置
２、２００    超音波探触子
２ａ      振動子
１２      送信部
１３      受信部
１４      画像生成部
１５      メモリー部
１７      表示部
２１      背面層
２１ａ    バッキング材
２１ｂ    背面反射材
２２      圧電材
２３      音響整合層
２３ａ    最下層
２３ｂ    中間層
２３ｃ    最上層
２４      保護層
２５      音響レンズ
Ｐ１      始点
Ｐ２      終点
【図１】
2014180362.tif 000005
【図２】
2014180362.tif 000006
【図３】
2014180362.tif 000007
【図４】
2014180362.tif 000008
【図５】
2014180362.tif 000009
【図６】
2014180362.tif 000010
【図７】
2014180362.tif 000011
【図８】
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【図９】
2014180362.tif 000013
【図１０】
2014180362.tif 000014
【図１１】
2014180362.tif 000015
【図１２】
2014180362.tif 000016
【図１３】
2014180362.tif 000017