(57)【要約】  【課題】  サイドローブを低減し、空間分解能に優れた超音波探触子を安価かつ容易に提供する。  【解決手段】  例えば、超音波ビーム照射面が円形に形成される円形振動子、あるいは、超音波ビームの複数の圧電素子が走査方向に配列される配列型振動子等である圧電振動子１と、圧電振動子１の背面に設けられるバッキング４とを備え、バッキング４は、密度の異なる複数の超音波吸収材４ａ〜４ｃによって構成され、複数の超音波吸収材４ａ〜４ｃは、圧電振動子１の中央部１ａから外向きに、密度が段階的に増大するように配設される。【選択図】  図１
2006314397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、
前記圧電振動子の背面に設けられるバッキングとを備え、
前記バッキングは、密度の異なる複数の超音波吸収材によって構成され、前記複数の超音波吸収材は、前記圧電振動子の中央部から外向きに、密度が段階的に増大するように配設されることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記圧電振動子は、超音波ビーム照射面が円形である円形振動子であって、
前記複数の超音波吸収材は、前記圧電振動子の中央部から外周部まで密度を段階的に増大させて配設される、請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記圧電振動子は、超音波ビーム照射面が矩形の複数の圧電素子を走査方向に配列してなる配列型振動子であって、
前記複数の超音波吸収材は、前記圧電振動子の短手方向の中央部から端部まで密度が段階的に増大するよう配設される、請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記圧電振動子の前面に音響レンズを備える、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記圧電振動子の超音波ビーム照射面が凹面形状である、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断に用いられる超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置に用いられる超音波探触子は、圧電振動子から放射する超音波ビームを集束させる目的で音響レンズが設けられる。しかし、音響レンズにより集束された超音波ビームは、焦点の位置が固定され、焦点距離から遠方に離れた位置では超音波ビームは発散し、空間分解能が劣化してしまう。このような現象に対し、アポダイズ効果によって超音波ビームのサイドローブ低減を図る取組みがなされている。アポダイズ効果とは、圧電振動子から放射される超音波の音圧を、中心部から端面に向かうにしたがって徐々に低くするよう重みづけすることにより、得られる効果である。
【０００３】
ここで、従来の超音波探触子の一例について、図９を用いて説明する。図９は、従来の超音波探触子のアレイ方向に配列された圧電振動子１００の構成を示す斜視図である。
【０００４】
圧電振動子１００の厚み方向の両面には、圧電振動子１００に対し電圧を印加するための電極１０１、１０２が形成される。電極１０１、１０２には、スライス方向端部においてリード線（図示せず）が接続され、上面において複数の空孔１０３が形成される。空孔１０３は、スライス方向において電極１０１上における中央部（１０１ａ）より、端部（１０１ｂ）の方に多く形成される。
【０００５】
電極１０１の中央部１０１ａは、電極１０１に占める空孔１０３の面積比率が小さいため、中央部１０１ａから照射される超音波ビームは送信音圧が大きい。さらに、反射エコー受信時に生じる受信電圧も中央部１０１ａに近いほど大きい。これにより、スライス方向に音圧の重みづけ（アポダイジング）を行うことで、不要となるサイドローブレベルを低減して空間分解能の向上を図っていた（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−９３６９７号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の超音波探触子には、製造上の問題が存在する。電極１０１の中央部１０１ａから、それぞれの端部１０１ｂに至るにしたがって、電極１０１に占める空孔１０３の面積比率を大きくするように電極１０１を形成することは困難である。圧電振動子１００および電極１０１の寸法が極めて小さいからである。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、サイドローブを低減させ、空間分解能の優れた超音波探触子を安価かつ容易に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる超音波探触子は、圧電振動子と、前記圧電振動子の背面に設けられるバッキングとを備え、前記バッキングは、密度の異なる複数の超音波吸収材によって構成され、前記複数の超音波吸収材は、前記圧電振動子の中央部から外向きに、密度が段階的に増大するように配設されることを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる超音波探触子によれば、圧電振動子の背面に設けられたバッキングが、密度の異なる複数の超音波吸収材によって構成されている。当該複数の超音波吸収材は、圧電振動子の中央部から外向きに、密度が段階的に増大するように配設される。これにより、圧電振動子からの音圧強度を、圧電振動子の中央部から外向きに、段階的に小さくする重みづけ（アポダイジング）が行われ、サイドローブが低減されて、空間分解能が向上する。
【００１０】
本発明にかかる超音波探触子において、前記圧電振動子は、超音波ビーム照射面が円形である円形振動子であって、前記複数の超音波吸収材は、前記圧電振動子の中央部から外周部まで密度を段階的に増大させて配設されることが好ましい。
【００１１】
本発明にかかる超音波探触子において、前記圧電振動子は、超音波ビーム照射面が矩形の複数の圧電素子を走査方向に配列してなる配列型振動子であって、前記複数の超音波吸収材は、前記圧電振動子の短手方向の中央部から端部まで密度が段階的に増大するよう配設されることが好ましい。
【００１２】
本発明にかかる超音波探触子において、前記圧電振動子の前面に音響レンズを備えることが好ましい。
【００１３】
本発明にかかる超音波探触子において、前記圧電振動子の超音波ビーム照射面が凹面形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる超音波探触子によれば、寸法の小さな圧電振動子においても、サイドローブを低減させ、空間分解能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
以下に、第１の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる超音波探触子には、圧電振動子の一例として、円形振動子を用いる。
【００１６】
まず、本実施の形態にかかる超音波探触子の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。図２は、第１の実施の形態にかかる超音波探触子を示す斜視図である。なお、図２において、説明のため一部を透過して示している。また、図１は、図２中の断面線Ａ−Ａ´における断面図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、圧電振動子１、第一整合層２、第二整合層３、バッキング４、および音響レンズ５を備えている。
【００１８】
圧電振動子１の前面（超音波ビーム放射面）には、第一整合層２が積層され、第一整合層２の前面には、さらに、第二整合層３が積層されている。第二整合層３の前面には、さらに、音響レンズ５が設けられている。また、圧電振動子１には、リード線（図示せず）が接続されている。一方、圧電振動子１の背面には、バッキング４が設けられている。バッキング４は、超音波吸収材４ａ、４ｂ、４ｃによって構成されている。超音波吸収材４ｂが超音波吸収材４ａを内包し、超音波吸収材４ｃが超音波吸収材４ｂをさらに内包している。
【００１９】
図３は、バッキング４の密度の分布の一例を示すグラフである。図３において、縦軸はバッキング４の密度を示し、横軸は圧電振動子１の直径方向における超音波吸収材４ａ〜４ｃの配置を示す。図３に示すように、バッキング４において、超音波吸収材４ａが、最も密度が小さく、超音波吸収材４ｃが、最も密度が高い。このように、バッキング４の超音波吸収材４ａ〜４ｃは、圧電振動子１の背面において、密度を段階的に異ならせて配設される。なお、バッキング４を構成する超音波吸収材は３種類（３段階）に限らず、２種類（２段階）または４種類以上（４段階以上）でもよい。
【００２０】
次に、本実施の形態にかかる超音波探触子を構成する各部について詳細に説明する。
【００２１】
圧電振動子１は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等によって構成される。
【００２２】
第一整合層２には、圧電振動子１と第二整合層３との間の音響的な整合性のため、圧電振動子１と第二整合層３との間の音響インピーダンスを有する物質が用いられる。第二整合層３には、第一整合層２と生体との間の音響的な整合性のため、第一整合層２と生体との間の音響インピーダンスを有する物質が用いられる。
【００２３】
バッキング４を構成する超音波吸収材４ａ〜４ｃは、圧電振動子１の余分な振動を抑えることによって、不要な超音波を吸収する。超音波吸収材４ａは、一例として、タングステンおよびマイクロバルーンを含むエポキシ樹脂等である。また、超音波吸収材４ｂは、一例として、フェライトを含むゴム等である。さらに、超音波吸収材４ｃは、一例として、タングステンを含むゴム等である。
【００２４】
なお、好適な条件として、圧電振動子１の寸法は、直径８．０ｍｍ程度、厚さ３．０ｍｍ程度であることが好ましく、この場合における超音波吸収剤４ａ、４ｂ、４ｃの密度の比は、１：２：３．５程度であることが好ましい。
【００２５】
以上のように構成された超音波探触子において、圧電振動子１に電圧が加えられると、圧電振動子１が歪み振動し、超音波ビームが発生する。圧電振動子１の中央部の背面には、相対的に密度の小さい超音波吸収材４ａが配設されている。このため、超音波吸収材４ａによる歪み振動の抑制力が小さいので、圧電振動子１の中央部から発せられる超音波ビームの音圧が強くなる。
【００２６】
一方、圧電振動子１の外周部の背面には、密度の大きい超音波吸収材４ｃが配設されている。超音波吸収材４ｃによる歪み振動の抑制力は、超音波吸収材４ａ、４ｂと比べて大きい。そのため、圧電振動子１の外周部近傍から発せられる超音波ビームの音圧が弱くなる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、バッキング４の密度が、圧電振動子１の中央部において最小密度であり、圧電振動子１の外周部において最大となるよう構成されている。これにより、寸法の小さな圧電振動子においても、圧電振動子から放射される超音波の音圧に容易に重みづけを行うことができ、サイドローブを低減させて、空間分解能を向上させることができる。そのため、例えば、体腔内等、狭い場所で使用されるような、寸法の小さな圧電振動子を必要とする特殊プローブ等において、特に有用である。
【００２８】
以下に、超音波吸収材４ａ〜４ｃの具体例を用いて、本実施の形態にかかる超音波探触子について、さらに詳細に説明する。
（実施例）
本実施例における超音波吸収材４ａには、直径が４．０ｍｍ、厚みが３．０ｍｍ、密度が２．２ｇ／ｃｍ3であるタングステンおよびマイクロバルーンを含むエポキシ樹脂を用いる。超音波吸収材４ｂには、幅が１．０ｍｍ、厚みが３．０ｍｍ、密度が３．５ｇ／ｃｍ3であるフェライトを含むゴムを用いる。超音波吸収材４ｃには、幅が１．０ｍｍ、厚みが３．０ｍｍ、密度が４．５ｇ／ｃｍ3であるタングステンを含むゴムを用いる。
【００２９】
以上の超音波吸収材４ａ〜４ｃを用いた結果、圧電振動子１の中央部から発せられる超音波ビームの音圧が強く、圧電振動子１の外周部から発せられる超音波ビームの音圧が弱くなった。そのため、サイドローブによる画像を低減させ、メインローブによる画像を際立たせることができ、空間分解能の良い画像を得ることができた。
（第２の実施の形態）
以下に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる超音波探触子では、圧電振動子として、配列型振動子を用いる。
【００３０】
図４は、本実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。図５は、本実施の形態にかかる超音波探触子を示す斜視図である。なお、図４は、図５中の断面線Ｂ−Ｂ´における断面図である。
【００３１】
図４および図５に示すように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、配列型振動子１０、第一整合層１２、第二整合層１３、およびバッキング１４を備えている。
【００３２】
配列型振動子１０は、複数の圧電素子１１ａ〜１１ｈ・・・が、走査方向（図５のＸ方向）に配列されてなる。第一整合層１２は、配列型振動子１０の前面（超音波ビーム放射面）に載置され、さらに、第二整合層１３が、第一整合層１２の前面に積層される。
【００３３】
配列型振動子１０の背面には、バッキング１４が設けられる。バッキング１４は、互いに密度が異なる超音波吸収材１４ａ、１４ｂ、１４ｃによって構成されている。
【００３４】
ここで、バッキング１４について、詳しく説明する。超音波吸収材１４ａ〜１４ｃにおいて、超音波吸収材１４ａの密度は最小であり、超音波吸収材１４ｃの密度は最大である。超音波吸収材１４ａが、配列型振動子１０の短手方向（図５のＹ方向）において中央部に配置される。超音波吸収材１４ｃは、配列型振動子１０の短手方向において端部に配置される。超音波吸収材１４ｂは、超音波吸収材１４ａと超音波吸収材１４ｃとの間に配置される。なお、バッキング１４を構成する超音波吸収材は、この例のように３種類（３段階）に限らず、２種類（２段階）または４種類以上（４段階以上）でもよい。
【００３５】
以上のように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、サイドローブを低減し、空間分解能を向上させることができるため、例えば、体腔内等、狭い場所で使用されるような、寸法の小さな圧電振動子を必要とする特殊プローブ等において、特に有用である。
【００３６】
なお、本実施の形態にかかる超音波探触子は、超音波ビーム照射面に音響レンズを備えてもよい。
（第３の実施の形態）
以下に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる超音波探触子では、圧電振動子として、超音波ビーム照射面が凹面の円形振動子を用いる。
【００３７】
図６は、本実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。
【００３８】
図６に示すように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、圧電振動子２１、第一整合層２２、第二整合層２３、およびバッキング２４を備えている。すなわち、本実施の形態にかかる超音波探触子は、各部の形状が異なるだけで、第１の実施の形態にかかる超音波探触子と同様の構成である。そのため、本実施の形態において、構成についての詳しい説明を省略する。
【００３９】
圧電振動子２１は、超音波ビーム照射面が凹面形状に形成されており、これに伴って、背面が凸面形状に形成されている。
【００４０】
第一整合層２２は、背面が圧電振動子２１の前面に沿うよう凸面形状に形成され、これに伴い、前面が凹面形状に形成され、圧電振動子２１の前面に積層される。第二整合層２３は、背面が第一整合層２２の前面に沿うよう凸面形状に形成され、これに伴い、前面が凹面形状に形成され、第一整合層２２の前面に積層される。
【００４１】
バッキング２４は、超音波吸収材２４ａ、２４ｂ、２４ｃを備え、前面が圧電振動子２１の背面に沿うよう凹面形状に形成され、圧電振動子２１の背面に配設される。
【００４２】
以上のように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、サイドローブを低減し、空間分解能を向上させることができるため、例えば、体腔内等、狭い場所で使用されるような、寸法の小さな圧電振動子を必要とする特殊プローブ等において、特に有用である。
【００４３】
さらに、本実施の形態にかかる超音波探触子は、超音波ビーム照射面が凹面状の圧電振動子を備えたことにより、音響レンズを用いなくても、超音波ビームを集束させることができる。
（第４の実施の形態）
以下に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる超音波探触子では、圧電振動子として、超音波ビーム照射面が凹面の配列型振動子を用いる。
【００４４】
図７は、本実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。図８は、本実施の形態にかかる超音波探触子を示す斜視図である。なお、図７は、図８中の断面線Ｃ−Ｃ´における断面図である。
【００４５】
図７および図８に示すように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、配列型振動子３０、第一整合層３２、第二整合層３３、およびバッキング３４を備えている。すなわち、本実施の形態にかかる超音波探触子は、各部の形状が異なるだけで、第２の実施の形態にかかる超音波探触子と同様の構成である。そのため、本実施の形態において、構成についての詳しい説明を省略する。
【００４６】
配列型振動子３０は、複数の圧電素子３１ａ〜３１ｈ・・・によって構成されている。圧電素子３１ａ〜３１ｈ・・・の超音波ビーム照射面は凹面形状に形成され、これに伴い、背面は凸面形状に形成される。第一整合層３２の背面は、圧電素子３１ａ〜３１ｈ・・・の前面と沿うように形成される。第二整合層３３の背面は、第一整合層３２の前面と沿うように形成される。バッキング３４は、超音波吸収材３４ａ、３４ｂ、３４ｃを備え、前面が配列型振動子３０の背面に沿うよう凹面形状に形成される。
【００４７】
以上のように、本実施の形態にかかる超音波探触子は、サイドローブを低減し、空間分解能を向上させることができるため、例えば、体腔内等、狭い場所で使用されるような、寸法の小さな圧電振動子を必要とする特殊プローブ等において、特に有用である。
【００４８】
さらに、本実施の形態にかかる超音波探触子は、超音波ビーム照射面が凹面状の配列型振動子を備えたことにより、音響レンズを用いなくても、超音波ビームを集束させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、サイドローブを低減し、空間分解能を向上させることができる超音波探触子として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１の実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる超音波探触子を示す斜視図である。
【図３】バッキングの密度の分布の一例を示すグラフである。
【図４】第２の実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる超音波探触子を示す斜視図である。
【図６】第３の実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。
【図７】第４の実施の形態にかかる超音波探触子を示す断面図である。
【図８】第４の実施の形態にかかる超音波探触子を示す斜視図である。
【図９】従来の超音波探触子のアレイ方向に配列された圧電振動子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、２１      圧電振動子
２、１２、２２、３２      第１の音響整合層
３、１３、２３、３３      第２の音響整合層
４、１４、２４、２５      バッキング
５      音響レンズ
１０、３０      配列型振動子
１１、３１      圧電素子
【図１】
2006314397.tif 000003
【図２】
2006314397.tif 000004
【図３】
2006314397.tif 000005
【図４】
2006314397.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006314397.tif 000008
【図７】
2006314397.tif 000009
【図８】
2006314397.tif 000010
【図９】
2006314397.tif 000011