(57)【要約】【課題】高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供する。【解決手段】中央部の厚みが周辺部の厚みより薄く、一方の面が凹面である第１レンズ体と、超音波の伝播速度が前記第１レンズ体より遅い材料から形成され、中央部の厚みが周辺部の厚みより厚く、一方の面が凸面である第２レンズ体と、対向する凹面と凸面の間に配置され、第１レンズ体の凹面と第２レンズ体の凸面が、超音波の反射を抑制する構造に接合されて配置されることを特徴とする音響レンズ。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部の厚みが周辺部の厚みより薄く、一方の面が凹面である第１レンズ体と、
超音波の伝播速度が前記第１レンズ体より遅い材料から形成され、中央部の厚みが周辺部の厚みより厚く、一方の面が凸面である第２レンズ体を有し、
前記第１レンズ体の凹面と前記第２レンズ体の凸面が、超音波の反射を抑制する構造に接合されて配置されることを特徴とする音響レンズ。
【請求項２】
前記超音波の反射を抑制する構造は、伝播速度が徐々に変化する薄膜層を前記第１レンズ体と前記第２レンズ体の間に積層させる音響整合層からなる構造であることを特徴とする請求項１に記載の音響レンズ。
【請求項３】
前記第１レンズ体および前記音響整合層は、
前記第２レンズ体を形成する母材樹脂に添加物を添加した樹脂材料を用いて形成したことを特徴とする請求項２に記載の音響レンズ。
【請求項４】
前記音響整合層は、
母材樹脂に添加した添加物の含有割合の異なる複数の層からなることを特徴とする請求項２または３に記載の音響レンズ。
【請求項５】
前記超音波の反射を抑制する構造は、前記第１レンズ体と前記第２レンズ体の接合面の少なくとも１方は表面形状が音軸方向に沿って幅が異なる溝を複数形成している構造であることを特徴とする請求項１に記載の音響レンズ。
【請求項６】
前記音響レンズの減衰特性は、
周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項７】
前記音響レンズの形状は、直方体であり、前記第１レンズ体の凹面の反対側の面と前記第２レンズ体の凸面の反対側の面は何れも平面であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項８】
前記第１レンズ体の凹面と第２レンズ体の凸面は、前記直方体の対向する２面に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の音響レンズ。
【請求項９】
被検体に向けての超音波の送信、または被検体からの超音波の反射波の受信の少なくとも一方を行う超音波探触子において、
請求項１から８の何れか１項に記載の音響レンズを有し、
前記音響レンズを介して超音波を送信および受信、または送信もしくは受信をすることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１０】
超音波を被検体に向けて送信し、該被検体から受信した該超音波の反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
請求項９に記載の超音波探触子を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響レンズ、超音波探触子、および超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、及び産婦人科系などで広く利用されている。
【０００３】
このような医療用超音波診断装置に使用される超音波探触子は、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、ジルコン酸チタン酸鉛を材料とした圧電素子が一般的に使用される。この場合、送信用圧電素子の振動モードとしては、単一型探触子であるシングル型または複数の探触子を２次元配置したアレイ型探触子がよく使用される。アレイ型は精細な画像を得ることができるので、診断検査のための医療用画像として広く普及している。
【０００４】
一方、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから標準的な診断方法となりつつある。
【０００５】
ハーモニックイメージングを行うために十分な超音波信号を得るためには、基本波よりも周波数が高く減衰しやすい高調波をいかに効率的に受信できる設計とするか、が重要となる。
【０００６】
一方、超音波探触子には、超音波のビームを収束させて分解能を向上させるため音響レンズが用いられている。音響レンズは被検体（生体）と密着させるので、被検体と密着させやすく、診断に使用する周波数において減衰率の小さい材料が求められている。
【０００７】
従来からこのような材料としてシリコーンゴムが主に用いられている。シリコーンゴムは、被検体（生体）より音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が遅いので、断面形状の中央部を凸状に形成し、超音波が中央の厚みの厚い部分を通過する時間を、厚みの薄い部分より長くして超音波を収束させるようにしていた。
【０００８】
しかしながら、シリコーンゴムは超音波の伝播損失が大きいため、超音波探触子の受信感度を向上させることは難しい。特に、高周波の伝播損失が大きいため、高調波信号を用いたハーモニックイメージングには不向きな材料であると言える。
【０００９】
一方、伝播損失の少ない材料としては、例えば樹脂材料であるポリメチルペンテンが知られているが、ポリメチルペンテンは被検体（生体）より音速が速いので、断面形状の中央部を凹状に形成し、超音波を収束させるようにする必要がある。
【００１０】
しかしながら、凹状では被検体（生体）の表面との接触性が悪く、鮮明な画像が得られない。
【００１１】
そのため、ポリメチルペンテンを用いた凹状の音響レンズの平坦な側を生体接触側、凹側を圧電素子側とし、シリコーンゴムで形成した音響媒体によって凹状の部分を埋めて空気層を介在しないようにする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
また、従来の超音波探触子では、圧電素子と音響素子の間に音響インピーダンスの異なる層を積層した整合層が設けられているが、整合層の各層の境界で音響インピーダンスが大きく異なるため、超音波の反射が発生し、超音波の送受信感度を低下させる原因になっていた。
【００１３】
そのため、圧電素子から離間するにつれて含有割合が変化するように添加物を添加し、圧電素子と音響レンズとの間の音響インピーダンスを徐々に変化させるようにして超音波の送受信感度を向上させた音響整合レンズを備えた超音波プローブが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平６−２５４１００号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、音響レンズの凹状の部分を埋める音響媒体を設けると、音響レンズと音響媒体との境界で音響インピーダンスが大きく異なるため、超音波の反射が発生し、超音波の送受信感度が低下する問題がある。
【００１６】
特に、音響媒体としてシリコーンゴムを用いると、シリコーンゴムによる超音波の伝播損失が大きく高次高調波を利用する場合は受信感度が不十分になってしまうという問題があった。
【００１７】
一方、特許文献２に開示されている音響整合レンズは、シリコーンゴムに添加物を添加した３つの整合層の一つに凸曲面を設け超音波を収束させている。しかし、高周波の伝播損失の少ない材料は一般に被検体より音速が速いため、凸曲面では超音波を収束できないのでこのような構成は高い周波数の信号を用いる場合には適用できない。
【００１８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波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】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【００２０】
１．中央部の厚みが周辺部の厚みより薄く、一方の面が凹面である第１レンズ体と、
超音波の伝播速度が前記第１レンズ体より遅い材料から形成され、中央部の厚みが周辺部の厚みより厚く、一方の面が凸面である第２レンズ体を有し、
前記第１レンズ体の凹面と前記第２レンズ体の凸面が、超音波の反射を抑制する構造に接合されて配置されることを特徴とする音響レンズ。
【００２１】
２．前記超音波の反射を抑制する構造は、伝播速度が徐々に変化する薄膜層を前記第１レンズ体と前記第２レンズ体の間に積層させる音響整合層からなる構造であることを特徴とする前記１に記載の音響レンズ。
【００２２】
３．前記第１レンズ体および前記音響整合層は、
前記第２レンズ体を形成する母材樹脂に添加物を添加した樹脂材料を用いて形成したことを特徴とする前記２に記載の音響レンズ。
【００２３】
４．前記音響整合層は、
母材樹脂に添加した添加物の含有割合の異なる複数の層からなることを特徴とする前記２または３に記載の音響レンズ。
【００２４】
５．前記超音波の反射を抑制する構造は、前記第１レンズ体と前記第２レンズ体の接合面の少なくとも１方は表面形状が音軸方向に沿って幅が異なる溝を複数形成している構造であることを特徴とする前記１に記載の音響レンズ。
【００２５】
６．前記音響レンズの減衰特性は、
周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２６】
７．前記音響レンズの形状は、直方体であり、前記第１レンズ体の凹面の反対側の面と前記第２レンズ体の凸面の反対側の面は何れも平面であることを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２７】
８．前記第１レンズ体の凹面と第２レンズ体の凸面は、前記直方体の対向する２面に設けられていることを特徴とする前記７に記載の音響レンズ。
【００２８】
９．被検体に向けての超音波の送信、または被検体からの超音波の反射波の受信の少なくとも一方を行う超音波探触子において、
前記１から８の何れか１項に記載の音響レンズを有し、
前記音響レンズを介して超音波を送信および受信、または送信もしくは受信をすることを特徴とする超音波探触子。
【００２９】
１０．超音波を被検体に向けて送信し、該被検体から受信した該超音波の反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
前記９に記載の超音波探触子を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の音響レンズは、中央部の厚みが周辺部の厚みより薄く、一方の面が凹面である第１レンズ体と、中央部の厚みが周辺部の厚みより厚く、一方の面が凸面である第２レンズ体と、を有し、対向する凹面と凸面の間が、超音波の反射を抑制する構造に接合されて配置される。
【００３１】
第２レンズ体は、超音波の伝播速度が第１レンズ体より遅い材料から形成され、音響整合層は、超音波の伝播速度と音響インピーダンスが、第１レンズ体と前記第２レンズ体との間で単調に変化するように形成されている。このようにすると、第１レンズ体と第２レンズ体との間の超音波の反射が少なく、低損失で高い周波数の超音波を収束させることができる。
【００３２】
したがって、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態の音響レンズ７の斜視図である。
【図２】音響レンズ７の音響整合層８の一部拡大図である。
【図３】音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図である。
【図４】Ｚ軸方向の距離と音響インピーダンスの関係を示すグラフである。
【図５】Ｚ軸方向の距離と音速の関係を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の音響レンズの製造方法の一例を説明する説明図である。
【図７】第１の実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【図８】実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図９】実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施形態の音響レンズ７の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００３５】
図１は、第１の実施形態の音響レンズ７の斜視図、図２は、音響レンズ７の音響整合層８の一部拡大図である。
【００３６】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向は音響レンズ７を接合する超音波探触子１（図１には図示せず）のエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｙ方向は音響レンズ７の長手方向、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。
【００３７】
本実施形態の音響レンズ７の外観は図１のように直方体である。第１レンズ体２１の凹面と反対側のＺ軸と直交するＺ軸負方向側の面は、平面であり図示せぬ圧電素子と接合する面である。また、第２レンズ体２０の凸面と反対側のＺ軸と直交するＺ軸正方向側の面は、平面であり図示せぬ被検体と接触する面である。
【００３８】
このように、被検体と接触する面が平面になっているので、被検体の表面との接触性が良く被検体と音響レンズ７を容易に密着させることができる。
【００３９】
第１の実施形態では、本発明の超音波の反射を抑制する構造として音響整合層８を用いる例を説明する。音響レンズ７は、中央部の厚みが周辺部の厚みより薄く、一方の面が凹面である第１レンズ体２１と、中央部の厚みが周辺部の厚みより厚く、一方の面が凸面である第２レンズ体２０と、図１のように対向する凹面と凸面が接合される音響整合層８とから構成される。
【００４０】
第２レンズ体２０は、超音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が第１レンズ体２１より遅い材料から形成されている。
【００４１】
また、本実施形態では、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０は、何れも周波数５ＭＨｚの超音波の伝播損失が１０ｄＢ／ｃｍ以下の材料から形成されている。
【００４２】
周波数５ＭＨｚの超音波の伝播損失が１０ｄＢ／ｃｍ以下の材料としては、例えばポリエチルペンテン、スチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリプロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【００４３】
例えば、第１レンズ体２１は、質量比５．８％のスチレンと質量比０．４％のジビニルベンゼンに親油性酸化亜鉛ナノ粒子を質量比９３．７％の割合で添加した樹脂液を熱重合させて形成することができる。また、第２レンズ体２０は、スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体から形成することができる。
【００４４】
この例では、第１レンズ体２１を構成する材料の音速は３６００ｍ／ｓ、第２レンズ体２０を構成する材料の音速は２３５０ｍ／ｓであり、第２レンズ体２０は第１レンズ体２１より音速が遅い材料から形成されている。
【００４５】
また、この例では、第１レンズ体２１を構成する材料の音響インピーダンスは２２．０Ｐａ・ｓ・ｍ−１、第２レンズ体２０を構成する材料の音響インピーダンスは２．５Ｐａ・ｓ・ｍ−１である。
【００４６】
圧電素子の音響インピーダンスは、一般に２４〜３６Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接合する第１レンズ体２１の音響インピーダンスを、この例のように近い値にすると接合面で発生する超音波の反射を抑制することができる。また、被検体である人体の音響インピーダンスは、１．８Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接触する第２レンズ体２０の音響インピーダンスを、この例のように近い値にすると同様に接触面で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００４７】
音響整合層８は、音響インピーダンスが異なる第１レンズ体２１と第２レンズ体２０との境界で発生する超音波の反射を抑制するために設けたものであり、本実施形態では図２の拡大図に示すように層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆの６層から構成されている。
【００４８】
前述のように、第１レンズ体２１と、第２レンズ体２０を構成する材料の音響インピーダンスは大きく異なっているので、このように６層を設け、超音波の伝播速度（音速）と音響インピーダンスが、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０との間で単調に変化するようにしている。
【００４９】
【表１】
2011166399.tif 000003
【００５０】
図２の例では、音響整合層８の各層は、第１レンズ体２１からの距離が遠い層ほど音響インピーダンスが低く、音速の遅い樹脂材料から形成され、第２レンズ体２０の音響インピーダンスと音速に近づくように構成されている。具体的には表１のように、音響インピーダンスは、第１レンズ体２１の２２．０Ｐａ・ｓ・ｍ−１、層８ａの１８．９Ｐａ・ｓ・ｍ−１、・・・層８ｆの４．２Ｐａ・ｓ・ｍ−１、第２レンズ体２０の２．５Ｐａ・ｓ・ｍ−１、というように単調に減少している。
【００５１】
また、音速も、第１レンズ体２１の３６００ｍ／ｓ、層８ａの３３４０ｍ／ｓ、・・・・層８ｆの２４１０ｍ／ｓ、第２レンズ体２０の２３５０ｍ／ｓというように単調に減少している。
【００５２】
このようにすると、各層間で音速と音響インピーダンスの変化が少なくなり、境界で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００５３】
層８ａ〜８ｆは、後に詳しく説明するように、スチレンとジビニルベンゼンに親油性酸化亜鉛ナノ粒子を添加する割合を各層毎に変えた樹脂液を熱重合させて形成することができる。各層の厚みは数μｍ程度である。
【００５４】
なお、音響整合層８の層数は６層に限られるものではなく、より多層にしても良いし、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０の音響インピーダンスの差が小さければ１層でも良い。
【００５５】
図３、図４、図５を用いて、本発明の音響レンズ７が超音波を収束させる原理を説明する。図３は、音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図、図４は、Ｚ軸方向の距離と音響インピーダンスの関係を示すグラフ、図５は、Ｚ軸方向の距離と音速の関係を示すグラフである。
【００５６】
図３の矢印Ｓ１は、音響レンズ７のＸ軸方向の幅の中央を進行する超音波を示し、矢印Ｓ２は、音響レンズ７のＸ軸方向の幅の周辺部を進行する超音波を示している。また、面２０ａは被検体に接しているものとする。
【００５７】
図３の２１ａは圧電素子と接合する面、２０ａは被検体と接触する面である。Ｚ１は、矢印Ｓ１で示すように進行する超音波が、音響整合層８に到達する位置の面２１ａからの距離、Ｚ２は、矢印Ｓ２で示すように進行する超音波が、音響整合層８に到達する位置の面２１ａからの距離である。
【００５８】
図４にＳ１で示す音響レンズ７の中央では、面２１ａからＺ１までは第１レンズ体２１の音響インピーダンスＲ１であり、音響整合層８に相当する区間では距離に応じて徐々に減少し、第２レンズ体２０の音響インピーダンスＲ２になる。また、Ｓ２で示す周辺部では、面２１ａからＺ２までは第１レンズ体２１の音響インピーダンスＲ１であり、音響整合層８に相当する区間では距離に応じて徐々に減少し、第２レンズ体２０の音響インピーダンスＲ２になる。なお、図４では音響インピーダンスが連続的に減少しているように図示しているが、実際には層毎に異なる音響インピーダンスになる。
【００５９】
同様に、図５にＳ１で示す音響レンズ７の中央では、面２１ａからＺ１までは第１レンズ体２１の音速Ｖ１であり、音響整合層８に相当する区間では距離に応じて徐々に減少し、第２レンズ体２０の音速Ｖ２になる。また、Ｓ２で示す周辺部では、面２１ａからＺ２までは第１レンズ体２１の音速Ｖ１であり、音響整合層８に相当する区間では距離に応じて徐々に減少し、第２レンズ体２０の音速Ｖ２になる。なお、図５では音速が連続的に減少しているように図示しているが、実際には層毎に異なる音速になる。
【００６０】
このように、周辺部を進行するＳ２で示す超音波は、中央を進行するＳ１で示す超音波よりも音速Ｖ２の領域を進む距離が短く、音速Ｖ２より速い音速Ｖ１の領域を進む距離が長いので同時に面２１ａに入射したＳ１で示す超音波よりも早く面２０ａに接する被検体に達する。
【００６１】
Ｓ２で示す周辺部を進行する超音波は、中央を進行する超音波より早く被検体に入射しているので、その時間差の分だけ多くの距離を進行し、距離ｆで中央部を進行するＳ１で示す超音波と収束する。
【００６２】
焦点距離は、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０の音速差、および凹面と凸面の曲率を変更することにより所望の値に設定することができる。
【００６３】
このように本実施形態の音響レンズ７は、超音波が面２１ａに入射する位置に応じて、面２１ａから面２０ａまで進行する時間が異なるように構成し、面２０ａから放射する超音波を所定の距離に収束させている。このことにより、被検体より音速が速い樹脂材料を用いても、被検体と接触する面を被検体に密着させやすい平面形状にすることができる。
【００６４】
また、本実施形態の音響レンズ７は、周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料から形成されているので、高調波信号の減衰が少なく、高調波信号を利用するアレイ型超音波探触子に好適である。
【００６５】
さらに、樹脂材料から形成されているので、被検体と接触する面が磨耗しにくい。そのため、シリコーンゴムから成る音響レンズのように、超音波探触子を使用する際に塗布するゼリー状物質を使用後にふき取る際に音響レンズ面が徐々に磨耗し、フォーカス位置が当初の設計から合わなくなるという問題がおこりにくい。
【００６６】
加えて、樹脂材料はガスや液体を透過しにくいので、音響レンズ７の被検体と接する側の面から消毒用ガス、または液体が侵入して、超音波探触子の特性が劣化することも少ない。
【００６７】
なお、本実施形態では、面２０ａを圧電素子と接合する面、面２１ａを被検体と接触する面として説明したが、面２１ａを圧電素子と接合する面、面２０ａを被検体と接触する面として用いても超音波を収束させることができる。
【００６８】
次に、第１の実施形態の音響レンズの製造方法を説明する。
【００６９】
図６は、第１の実施形態の音響レンズの製造方法の一例を説明する説明図である。
【００７０】
＜樹脂基材の製造工程＞
図６（ａ）は、第２レンズ体２０を形成する樹脂基材２５の一例である。樹脂基材２５は、図３（ａ）に示すように一方の面が凸面になった蒲鉾状である。樹脂基材の大きさに特に限定はないが、一例としては、幅Ｗ１＝１０ｍｍ、奥行きＬ＝１００ｍｍ、高さＨ１＝５ｍｍ、凸面の曲率半径１０ｍｍである。
【００７１】
樹脂基材２５を形成する材料には、各種樹脂材料を用いることができるが、超音波の減衰特性は、周波数５ＭＨｚで２ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料が好ましい。例えば、メチルペンテン、スチレン、メチルメタクリレート、カーボネート、プロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【００７２】
樹脂基材２５は、例えば金型に樹脂材料を注型して作製する。
【００７３】
＜積層工程＞
樹脂基材２５の凸面に、樹脂基材２５より高い音響インピーダンスと所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−１を所定の厚みｗになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。次に、さらに速い所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−２を所定の厚みｗになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。このように順次樹脂液の塗布と、加熱硬化を繰り返し、音響整合層８を構成する層８ｆ〜８ａを順に形成する。最後に樹脂液−７を塗設厚みが所定の厚みになるまで塗布と、加熱硬化を繰り返し図６（ｂ）のように第１レンズ体２１になる部分を形成する。
【００７４】
母材の樹脂材料の音速を変えるため樹脂材料に添加する添加剤としては、例えば酸化亜鉛、アルミニウム、酸化アルミニウム、ジュラルミン、チタン、窒化ケイ素、炭化ボロン、モリブデン等が用いられる。これらの添加剤は、母材の樹脂材料に均一に添加し、母材と添加剤界面で音響不整合を生じないよう、波長に対して充分小さい粉末の状態で用いられることが好ましく、その粒径は１０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下であることが好ましい。
【００７５】
＜切断、研磨工程＞
図６（ｂ）のように樹脂材料を順次積層した物を、幅Ｗ２、高さＨ３の直方体になるように、第１レンズ体２１の面と側面を切断し、切断面の研磨を行い、図６（ｃ）に示すような音響レンズ７を得る。
【００７６】
切断法としては、ダイシングソー、レーザーカッター、超音波カッター、高圧水カッターなどを用いることができる。
【００７７】
図７は、第１の実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【００７８】
本実施形態では、単一の圧電素子で送受信を行うシングル型超音波探触子に本発明を適用した例を説明するが、特に限定されるものではなく送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子にも適用できる。
【００７９】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向は超音波探触子１のエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向である。
【００８０】
図７に示す超音波探触子１は、バッキング材５の上に第１電極１５、送受信素子層２、第２電極１４、音響レンズ７の順に積層されている。
【００８１】
以降、積層順に各構成要素を説明する。
【００８２】
（送受信素子層）
送受信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子であり、互いに厚み方向に対向する両面にそれぞれ第２電極１４、第１電極１５を備えている。送受信素子層２の厚みは３２０μｍ程度である。
【００８３】
第２電極１４、第１電極１５は、図示せぬコネクタにより図４には図示せぬケーブル３３と接続され、ケーブル３３を介して送信回路４２と接続する。第２電極１４、第１電極１５に電気信号を入力すると圧電素子が振動し、送受信素子層２からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【００８４】
第２電極１４、第１電極１５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、送受信素子層２の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜する。
【００８５】
また、第２電極１４、第１電極１５は、図４には図示せぬケーブル３３を介して受信回路４３とも接続する。
【００８６】
送受信素子層２が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて第２電極１４、第１電極１５の間に電気信号が発生する。第２電極１４、第１電極１５の間に発生した電気信号は、ケーブル３３を介して受信回路４３で受信され、画像処理部４４で画像化される。
【００８７】
バッキング材５の上に、第２電極１４と第１電極１５とが形成された送受信素子層２を接着剤により接着して図７のように積層する。また、必要に応じて送受信素子層２と音響レンズ７の間に、その中間の音響インピーダンスを有する中間層を設けてもよい。
【００８８】
積層後、送受信素子層２から超音波放射方向と反対の方向に向かってダイシングを行い、バッキング材５と第１電極１５の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行う。ダイシングによりできた溝部に、シリコン樹脂などから成る充填剤を充填した後、最上層に音響レンズ７を接着する。
【００８９】
これ以外にも、音響レンズ７まで積層した後にダイシングを行い、溝部をシリコン樹脂などで充填したのちに音響レンズ７の上部と同様の材料からなる表面保護層を接着する態様でも良い。
【００９０】
音響レンズ７は、送受信素子層２から送信された超音波を所定の距離に収束させる。
【００９１】
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図８は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図９は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【００９２】
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、表示部４５に表示する。
【００９３】
超音波探触子１は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子１は、図８に示すように、ケーブル３３を介して超音波診断装置本体３１と接続されており、送信回路４２、受信回路４３と電気的に接続されている。
【００９４】
送信回路４２は、制御部４６の指令により、超音波探触子１へケーブル３３を介して電気信号を送信し、超音波探触子１から被検体に対して超音波を送信させる。
【００９５】
受信回路４３は、制御部４６の指令により、超音波探触子１からケーブル３３を介して、被検体内からの超音波の反射波に応じた電気信号を受信する。
【００９６】
画像処理部４４は、制御部４６の指令により、受信回路４３が受信した電気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。
【００９７】
表示部４５は、液晶パネルなどから成り、制御部４６の指令により、画像処理部４４が画像化した超音波画像を表示する。
【００９８】
操作入力部４１は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが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を入力するために設けられている。
【００９９】
制御部４６は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、操作入力部４１の入力に基づいてプログラムされた手順により超音波診断装置１００各部の制御を行う。
【実施例】
【０１００】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【０１０１】
［実施例］
（音響レンズの作製）
実施例では、図１と同じ構成のＸ軸方向の幅Ｗ＝７ｍｍ、Ｚ軸方向の高さＨ＝７ｍｍ、Ｙ軸方向の長さＬ＝１００ｍｍ、の直方体で、焦点距離ｆ＝４０ｍｍの音響レンズを図６で説明した手順で作製した。また、層８ａ〜８ｆの厚みはそれぞれ３μｍとした。
【０１０２】
＜樹脂基材の製造工程＞
スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体を材料として金型に注型し、図６（ａ）に示すようなＬ＝１００ｍｍ、Ｗ１＝１０ｍｍ、Ｈ１＝５ｍｍの蒲鉾状の樹脂基材２５を作製した。樹脂基材２５の音速Ｖ１と音響インピーダンスＲ１を測定したところそれぞれ３６００ｍ／ｓｅｃ、２２．０Ｐｓ・ｓ・ｍ−１であった。
【０１０３】
＜樹脂液製造工程＞
スチレンとジビニルベンゼンに添加剤の親油性酸化亜鉛ナノ微粒子と熱重合開始剤とを表２の質量比で混合した樹脂液−１〜７を作製した。
【０１０４】
【表２】
2011166399.tif 000004
【０１０５】
表２に示す樹脂液−１〜７に含まれる添加剤の質量比は、表１の音響インピーダンスＲａ〜Ｒ２が得られるように、添加剤を母材の樹脂材料に添加する体積割合Ｐを求め、質量比に換算して求めた。
【０１０６】
なお、表２の酸化亜鉛は、親油性酸化亜鉛ナノ微粒子（デグサ社製ＶＰ  ＡｄＮａｎｏ  Ｚ８０５）であり、平均粒径は２５０ｎｍである。また、熱重合開始剤はアゾビスイソブチロニトリルを用いた。
【０１０７】
＜積層工程＞
樹脂基材２５の凸面に樹脂液−１をディップ塗布法を用いて厚さ３μｍになるように塗布し、直ちに強熱乾燥して架橋強化し、層８ａを形成した。同様に、樹脂液−２〜６についても同じ手順で塗布及び加熱硬化を行い、層８ｂ〜８ｆを形成した。
【０１０８】
第２レンズ体２０は、層８ｆの上に樹脂液−７の塗布及び加熱硬化を繰り返し、図６（ｂ）のような形状にした。塗設厚みは最大６ｍｍになるようにした。
【０１０９】
＜切断、研磨工程＞
積層工程で得られた積層物を、幅Ｗ２＝７ｍｍ、高さＨ３＝７ｍｍの直方体になるように、第１レンズ体２１の面と側面を切断し、切断面の研磨を行い、図６（ｃ）に示すような音響レンズ７を得た。
【０１１０】
（超音波探触子の作製）
試作した超音波探触子１は、次のように作製した。
【０１１１】
送受信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛を材料として、Ｘ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）３２０μｍのシート状にラップ仕上げで作製した。
【０１１２】
次に、送受信素子層２の両面に、金を真空蒸着して０．３μｍ厚の第２電極１４と第１電極１５とを作製した。
【０１１３】
バッキング材５の上に、第２電極１４と第１電極１５とが形成された送受信素子層２を接着剤により接着して図７のように積層する。積層後、送受信素子層２からＺ軸負方向に向かってダイシングを行い、バッキング材と第４電極の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行った。
【０１１４】
最後に最上層に、音響レンズ７を接着し、実施例、実施例２の超音波探触子１を各５個作製した。
【０１１５】
［比較例］
（音響レンズの作製）
Ｘ軸方向の幅Ｗ＝６ｍｍ、Ｙ軸方向の幅Ｌ＝１００ｍｍ、Ｚ軸方向に曲率半径１０ｍｍの凸面形状のレンズ面を有する焦点距離４０ｍｍの音響レンズを、シリコーンゴムを成型して作製した。Ｚ軸方向の最大幅Ｈ＝４６０μｍである。
【０１１６】
（超音波探触子の作製）
実施例と同じ手順で各層を積層し、最後に最上層に、シリコーンゴムから成る音響レンズを接着し、比較例の超音波探触子１を５個作製した。
【０１１７】
［評価方法］
実施例と比較例のそれぞれの超音波探触子の焦点距離と減衰量を測定し、平均値を求めた。焦点距離の測定は水中ハイドロフォン法で行い、減衰量の測定はシングアラウンド法で行った。
【０１１８】
また、実施例と比較例の音響レンズ表面を不織布ワイパー（ＢＥＭＣＯＴ  Ｍ−３II（商品名）、旭化成（株）製）に５０ｇの荷重をかけて５００回の摩擦試験を行った後、再度焦点距離を測定した。
【０１１９】
［結果］
【０１２０】
【表３】
2011166399.tif 000005
【０１２１】
摩擦試験を行う前の実施例、比較例の焦点距離は表３のようにどちらも４０ｍｍであった。
【０１２２】
減衰量は表３に示すように、実施例の超音波探触子の中央では、周波数５ＭＨｚで１．２ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで８．３ｄＢ、端部では周波数５ＭＨｚで２．３ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで１２．１ｄＢであった。
【０１２３】
一方、比較例は、表３に示すように減衰量が周波数５ＭＨｚで４．１ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで２１、３ｄＢであり、周波数５ＭＨｚで約３ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで９ｄＢも実施例より減衰が多くなっている。このように、本発明では、周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下の減衰特性が得られることが確認できた。また、同一の焦点距離で、伝播損失の少ない音響レンズが得られることが確認できた。
【０１２４】
摩擦試験を行った後の実施例の焦点距離は表３のように変化が無かったが、比較例の焦点距離は１２ｍｍ遠方に変化していた。このことから、本発明の音響レンズは対摩耗性に優れ、耐久性が高いことが確認できた。
【０１２５】
次に、本発明の超音波の反射を抑制する構造として、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０の接合面の少なくとも１方に表面形状が音軸方向に沿って幅が異なる溝を複数形成する例を説明する。
【０１２６】
図１０は、第２の実施形態の音響レンズ７の断面図である。
【０１２７】
図１０（ａ）の例では、対向する第１レンズ体２１の凹面と第２レンズ体２０の凸面にそれぞれ溝７１、７２が設けられ、互いの溝７１、７２が接合している。
【０１２８】
このようにすると、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０の間の音響インピーダンスを、第１レンズ体２１から第２レンズ体２０に向けてＺ軸方向に連続的に変化するようにできる。
【０１２９】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の変形例であり、対向する第１レンズ体２１の凹面と第２レンズ体２０の凸面にそれぞれ溝７１、７２を設け、互いの溝７１、７２の間に音響整合材７３を充填して接合した例である。
【０１３０】
図１０（ｃ）の例では、対向する第２レンズ体２０の凸面にだけ溝７１を設け、第１レンズ体２１の凹面には溝を設けていない。第１レンズ体２１の凹面と溝７１の間に音響整合材７３を充填して接合した例である。
【０１３１】
音響整合材７３は、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０の中間の音響インピーダンスを持つ材料から形成する。例えば、表２で説明したような添加物の割合を変えた樹脂液を用いれば良い。
【０１３２】
図１０（ｂ）、（ｃ）の例でも同様に、第１レンズ体２１と第２レンズ体２０の間の音響インピーダンスを、第１レンズ体２１から第２レンズ体２０に向けてＺ軸方向に連続的に変化するようにできる。
【０１３３】
以上このように、本発明によれば、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１  超音波探触子
２  送受信素子
５  バッキング材
７  音響レンズ
８  音響整合層
１４  第２電極
１５  第１電極
２０  第２レンズ体
２１  第１レンズ体
２５  樹脂基材
３１  超音波診断装置本体
３３  ケーブル
４１  操作入力部
４２  送信回路
４３  受信回路
４４  画像処理部
４５  表示部
４６  制御部
１００  超音波診断装置
【図１】
2011166399.tif 000006
【図２】
2011166399.tif 000007
【図３】
2011166399.tif 000008
【図４】
2011166399.tif 000009
【図５】
2011166399.tif 000010
【図６】
2011166399.tif 000011
【図７】
2011166399.tif 000012
【図８】
2011166399.tif 000013
【図９】
2011166399.tif 000014
【図１０】
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