(57)【要約】      （修正有）【課題】高画質な超音波画像が得られる超音波探触子を提供する。【解決手段】音響反射層２３の層厚をｔｄ、圧電素子２４の層厚をｔｐ、及び圧電素子２４側から数えて１層目〜ｎ層目の音響整合層２５の層厚をそれぞれｔｍ（１）、ｔｍ（２）、・・・、ｔｍ（ｎ）とし、音響反射層２３内を伝播する、当該超音波探触子２の送受信帯域の中心周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｄ、圧電素子２４内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｐ、及び圧電素子２４側から数えて１層目〜ｎ層目の音響整合層２５内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をそれぞれλｃｍ（１）、λｃｍ（２）、・・・、λｃｍ（ｎ）としたとき、下記式（１）を満たす。2015012943.tif 000011【選択図】図３
2015012943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する圧電素子と、前記圧電素子の前面に設けられるｎ層（ｎは２以上の整数）の音響整合層と、前記音響整合層の前面に設けられる音響レンズと、前記圧電素子の後面に設けられる音響反射層と、を備えた超音波探触子であって、
前記音響反射層の層厚をｔｄ、前記圧電素子の層厚をｔｐ、及び前記圧電素子側から数えて１層目〜ｎ層目の前記音響整合層の層厚をそれぞれｔｍ（１）、ｔｍ（２）、・・・、ｔｍ（ｎ）とし、前記音響反射層内を伝播する、当該超音波探触子の送受信帯域の中心周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｄ、前記圧電素子内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｐ、及び前記圧電素子側から数えて１層目〜ｎ層目の前記音響整合層内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をそれぞれλｃｍ（１）、λｃｍ（２）、・・・、λｃｍ（ｎ）としたとき、下記式（１）を満たすことを特徴とする超音波探触子。
【数１】
2015012943.tif 000010
【請求項２】
前記音響整合層における層数が３層以上で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】
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請求項１又は２に記載の超音波探触子と、
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】
超音波は、非破壊且つ無害で被検体内部を調べることが可能であることから、内部欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その応用分野の一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射超音波から生成した受信信号に基づいて、当該被検体内の内部状態を画像化する超音波画像診断装置がある。
【０００３】
この超音波画像診断装置には、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子が設けられている。この超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、駆動信号に基づいて機械振動して超音波を発生し、被検体内部において音響インピーダンスの差によって生じる反射超音波を受けて受信信号を生成する複数の圧電素子を備えている。
超音波探触子は、圧電素子から出力される超音波をスライス方向に集束させる音響レンズと、圧電素子と音響レンズとの間に配置され、圧電素子と被検体との音響インピーダンスを整合させる音響整合層と、を備え、さらに、圧電素子の背面側には、超音波振動子から後方へ放射される超音波を反射、減衰及び吸収するためのバッキング層が設けられている。なお、音響整合層は、３層以上設けられることで、超音波探触子の感度及び応答性を改良できることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような超音波探触子において、圧電素子とバッキング層との間に、音響反射層を設け、圧電素子の背面から出力される超音波を前面側へ反射させることで、前面側に出力される超音波のエネルギーを増大させる技術が提供されており（例えば、特許文献２参照）、超音波探触子には距離方向の感度及び分解能を向上させるために広帯域でかつ低損失、低リップルであることが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１８５４９９号公報
【特許文献２】米国特許第６６８５６４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、音響整合層が複数層設けられ、全体の層厚が増大した超音波探触子に、音響反射層を更に設けると、超音波探触子内で超音波が反射し、超音波探触子から出力される超音波の送受信帯域内に不要な共振が含まれてリップルが発生してしまう場合がある。このような場合、生成される超音波画像の画質が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、高画質な超音波画像が得られる超音波探触子、及びこれを備えた超音波画像診断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
超音波を送受信する圧電素子と、前記圧電素子の前面に設けられるｎ層（ｎは２以上の整数）の音響整合層と、前記音響整合層の前面に設けられる音響レンズと、前記圧電素子の後面に設けられる音響反射層と、を備えた超音波探触子であって、
前記音響反射層の層厚をｔｄ、前記圧電素子の層厚をｔｐ、及び前記圧電素子側から数えて１層目〜ｎ層目の前記音響整合層の層厚をそれぞれｔｍ（１）、ｔｍ（２）、・・・、ｔｍ（ｎ）とし、前記音響反射層内を伝播する、当該超音波探触子の送受信帯域の中心周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｄ、前記圧電素子内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｐ、及び前記圧電素子側から数えて１層目〜ｎ層目の前記音響整合層内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をそれぞれλｃｍ（１）、λｃｍ（２）、・・・、λｃｍ（ｎ）としたとき、下記式（１）を満たすことを特徴とする超音波探触子。
【０００９】
【数１】
2015012943.tif 000003
【００１０】
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において、
前記音響整合層における層数が３層以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、超音波画像診断装置において、
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請求項１又は２に記載の超音波探触子と、
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、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高画質な超音波画像が得られる超音波探触子及びこれを備えた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】
【００１３】
【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】超音波探触子の概略構成を示す断面図である。
【図４】多数の構成層からなる従来の超音波探触子における周波数応答を示す図である。
【図５】構成が異なる各超音波探触子において、各リップルが現れる周波数をそれぞれプロットした図である。
【図６】超音波探触子の周波数応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波画像診断装置について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
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、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。
【００１６】
超音波探触子２は、圧電素子（後述する圧電素子２４）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良い。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良く、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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など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。
【００１９】
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。また、送信部１２は、例えば、クロック発生回路、遅延回路、パルス発生回路を備えている。クロック発生回路は、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。遅延回路は、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（送信ビームフォーミング）を行うための回路である。パルス発生回路は、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。上述のように構成された送信部１２は、例えば、超音波探触子２に配列された複数（例えば、１９２個）の振動子のうちの連続する一部（例えば、６４個）を駆動して送信超音波を発生させる。そして、送信部１２は、後述するＢモードによる超音波画像を取得する場合には、送信超音波を発生させる毎に駆動する振動子を方位方向にずらすことで走査（スキャン）を行う。また、本実施の形態では、送信部１２は、パルスドプラー法による超音波画像を表示するためのパルス波による送信超音波を超音波探触子２に発生させることができる。
【００２０】
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、あらかじ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。
【００２１】
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などを実施し、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。すなわち、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。
【００２２】
メモリー部１５は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）など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。すなわち、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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良い。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る超音波探触子２について、図３を参照しながら説明する。
【００２７】
超音波探触子２は、図３に示すように、例えば、バッキング層２１と、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ；Flexible printed circuits）２２を介してバッキング層２１の前面に積層された音響反射層２３と、音響反射層２３の前面に積層された圧電素子２４と、圧電素子２４の前面に積層された音響整合層２５と、音響整合層２５の前面に積層された音響レンズ２６と、を備えて構成されている。なお、バッキング層２１、ＦＰＣ２２、音響反射層２３、圧電素子２４及び音響整合層２５の積層体には、複数の切り込み溝２７が形成されており、当該切り込み溝２７には充填材２８が充填されている。
【００２８】
バッキング層２１は、音響反射層２３、圧電素子２４及び音響整合層２５を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。すなわち、バッキング層２１は、圧電素子２４の被検体に超音波を送受信する面と反対側の面に装着され、被検体と反対側の方向へ発生する超音波を吸収する。
【００２９】
バッキング層２１を構成するバッキング材としては、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などの熱可塑性樹脂などが適用できる。
【００３０】
好ましいバッキング材としては、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、その形状は圧電素子２４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。
【００３１】
音響反射層２３は、圧電素子２４で発生した超音波を反射する層であり、圧電素子２４とＦＰＣ２２との間に接着して設けられている。音響反射層２３は、後側方向に照射される超音波を、前側（被検体側）へ反射させて、被検体に入射する超音波のパワーを増大させる。音響反射層は、超音波を反射させるものであるため、圧電素子２４よりも音響インピーダンスの大きいものが材料として用いられることが好ましく、例えばタングステン等が用いられる。また、音響反射層２３は同時に高い導電性を有する物質でもあり、ＦＰＣ２２と圧電素子２４とを電気的に接続している。
【００３２】
圧電素子２４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あり、超音波の送受信が可能な素子である。
【００３３】
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れば良く、圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、リラクサ系、ニオブ酸鉛系及びチタン酸鉛系の圧電セラミックスや、チタン酸亜鉛酸ニオブ酸鉛（ＰＺＮＴ）、マグネシウム酸ニオブ酸チタン酸（ＰＭＮＴ）等の単結晶が好適に用いられる。
また、圧電材料としては、上記した材料を加工し、充填材を加えた複合圧電体を使用するものとしても良い。この充填材としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂等の有機合成高分子材料を用いることができる。
【００３４】
圧電材料の前面及び後面には、図示しない一対の電極がそれぞれ設けられている。一方の電極は、ＦＰＣ２２からの電源電圧を圧電素子２４に対して印加する。他方の電極は、図示しないグランド引き出しＦＰＣを通じてアース接続されている。
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）などが挙げられる。
【００３５】
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）など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０．０２〜１０μｍの厚さに形成する方法が挙げられる。
【００３６】
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。
【００３７】
上記したように、圧電素子２４は、電極がＦＰＣ２２と接触されており、ＦＰＣ２２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ＦＰＣを介して圧電素子２４に入力され、圧電素子２４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。
【００３８】
音響整合層２５は、圧電素子２４と被検体との間の音響インピーダンスを整合させ、境界面での反射を抑制するものである。音響整合層２５は、圧電素子２４の、超音波の送受信が行われる送受信方向である被検体側に装着される。
【００３９】
音響整合層２５はそれぞれ、圧電素子２４の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの中間程度の音響インピーダンスを有する。音響整合層２５は、少なくとも２層以上設けられ、好ましくは３層以上設けられている。それらの各音響整合層２５は、後側から前側にかけて音響インピーダンスが漸次低くなるように設定される。
【００４０】
音響整合層２５に用いられる材料としては、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、ウレタン樹脂等を用いることができる。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、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、タングステン、モリブデン等を入れて均一になるように混練、成型したものが適用できる。また、音響整合層２５には、シリコン樹脂粒子が含有されているものとしても良い。
【００４１】
なお、バッキング層２１、ＦＰＣ２２、音響反射層２３、圧電素子２４及び音響整合層２５の積層体は、ダイシングブレードによりダイシングされ、所定のピッチで複数の切り込み溝２７が形成されている。これにより、複数の振動子２ａが形成されている。
【００４２】
また、切り込み溝２７には、充填材２８が充填されている。これにより、上記積層体の前面が平坦状になっている。
充填材２８として用いられる材料は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などの汎用樹脂が挙げられる。これらの材料には、物性調整のためにフィラーなどの他の添加物が加えられていても良い。
【００４３】
音響レンズ２６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。すなわち、音響レンズ２６は、超音波探触子２の被検体と接する側に設けられ、圧電素子２４にて発生した超音波を、被検体に効率良く入射させる。音響レンズ２６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。
【００４４】
音響レンズ２６は、被検体と略同程度の音響インピーダンスを有する軟質の高分子材料により形成される。
【００４５】
音響レンズ２６を構成する素材としては、従来公知のシリコン系ゴム、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。
【００４６】
本実施の形態で使用されるシリコン系ゴムとしては、シリコンゴム、フッ素シリコンゴム等が挙げられる。特に、レンズ材の特性上、シリコンゴムを使用することが好ましい。シリコンゴムとは、Ｓｉ−Ｏ結合からなる分子骨格を有し、そのＳｉ原子に複数の有機基が主結合したオルガノポリシロキサンをいい、通常は、その主成分はメチルポリシロキサンで、全体の有機基のうち９０％以上はメチル基である。メチル基に代えて水素原子、フェニル基、ビニル基、アリル基等を導入したものも使用することができる。当該シリコンゴムは、例えば、高重合度のオルガノポリシロキサンに過酸化ベンゾイルなどの硬化剤（加硫剤）を混練し、加熱加硫し硬化させることにより得ることができる。必要に応じてシリカ、ナイロン粉末等の有機又は無機充填剤、硫黄、酸化亜鉛等の加硫助剤等を添加しても良い。
【００４７】
本実施の形態で使用されるブタジエン系ゴムとしては、ブタジエン単独又はブタジエンを主体としこれに少量のスチロール又はアクリロニトリルが共重合した共重合ゴム等が挙げられる。特に、レンズ材の特性上、ブタジエンゴムを使用することが好ましい。ブタジエンゴムとは、共役二重結合を有するブタジエンの重合により得られる合成ゴムをいう。ブタジエンゴムは、共役二重結合を有するブタジエン単独が１．４又は１．２重合することにより得ることができる。ブタジエンゴムは、硫黄等により加硫させたものが使用できる。
【００４８】
本実施の形態に係る音響レンズ２６においては、シリコン系ゴムとブタジエン系ゴムとを混合し加硫硬化させることにより得ることができる。例えば、シリコンゴムとブタジエンゴムとを適宜割合で、混練ロールにより、混合し、過酸化ベンゾイルなどの加硫剤を添加し、加熱加硫し架橋（硬化）させることにより得ることができる。その際に、加硫助剤として、酸化亜鉛を添加することが好ましい。酸化亜鉛は、レンズ特性を落とさずに、加硫促進を促し、加硫時間を短縮できる。他に、着色剤や音響レンズの特性を損なわない範囲内で他の添加剤を添加しても良い。シリコン系ゴムとブタジエン系ゴムとの混合割合は、その音響インピーダンスが人体に近似しているとともに、その音速が人体より小さく、減衰が少ないものを得るには、通常、１：１が好ましいが、当該混合割合は適宜変更可能である。
【００４９】
シリコンゴムは、市販品として入手することができ、例えば信越化学社製、ＫＥ７４２Ｕ、ＫＥ７５２Ｕ、ＫＥ９３１Ｕ、ＫＥ９４１Ｕ、ＫＥ９５１Ｕ、ＫＥ９６１Ｕ、ＫＥ８５０Ｕ、ＫＥ５５５Ｕ、ＫＥ５７５Ｕ等や、モメンティブパフォーマンスマテリアル社製のＴＳＥ２２１−３Ｕ、ＴＥ２２１−４Ｕ、ＴＳＥ２２３３Ｕ、ＸＥ２０−５２３−４Ｕ、ＴＳＥ２７−４Ｕ、ＴＳＥ２６０−３Ｕ、ＴＳＥ−２６０−４Ｕやダウコーニング東レ社製のＳＨ３５Ｕ、ＳＨ５５ＵＡ、ＳＨ８３１Ｕ、ＳＥ６７４９Ｕ、ＳＥ１１２０ＵＳＥ４７０４Ｕなどを用いることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、上記シリコン系ゴム等のゴム素材をベース（主成分）として、音速調整、密度調整等の目的に応じ、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの無機充填剤や、ナイロンなどの有機樹脂等を配合することもできる。
【００５１】
超音波探触子２を構成する各層は、図示しない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。当該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。
【００５２】
ここで、本実施形態における超音波探触子２は、音響反射層２３の層厚をｔｄ、圧電素子２４の層厚をｔｐ、及び圧電素子２４側から数えて１層目〜ｎ層目の音響整合層２５の層厚をそれぞれｔｍ（１）、ｔｍ（２）、・・・、ｔｍ（ｎ）とし、音響反射層内２３を伝播する、超音波探触子２の送受信帯域の中心周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｄ、圧電素子２４内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をλｃｐ、及び圧電素子２４側から数えて１層目〜ｎ層目の音響整合層２５内を伝播する周波数ｆｃの超音波の波長をそれぞれλｃｍ（１）、λｃｍ（２）、・・・、λｃｍ（ｎ）としたとき、下記式（１）を満たすように設定されている。
【００５３】
【数２】
2015012943.tif 000004
【００５４】
上記式（１）を変形すると、以下のようになる。
【００５５】
【数３】
2015012943.tif 000005
【００５６】
上記各式において、ｆｃは超音波探触子の送受信帯域の中心周波数を表す。送受信帯域とは、超音波探触子で超音波を反射板に送信し、反射して帰ってきた超音波を超音波探触子で受信した際の周波数応答である。途中の媒質の影響は考慮にいれない。実際に測定を行う場合は、探触子と反射板の間の媒質には、例えば脱気した水を使用することで減衰等の影響が小さい状態で測定を行うことができる。超音波探触子の送受信帯域の中心周波数とは、送受信帯域の最大感度から−６ｄＢの帯域における中心周波数をいう。また、ｖｄは音響反射層２３における超音波の音速を、ｖｐは圧電素子２４における超音波の音速を、ｖｍ(１)、ｖｍ（２）、・・・、ｖｍ（ｎ）は、圧電素子２４側から数えて１層目〜ｎ層目の音響整合層２５における超音波の音速を、それぞれ表す。
【００５７】
ここで、多数の構成層からなる従来の超音波探触子の周波数応答の一例を図４に示す。このような周波数応答において、低周波数側から数えて１番目のリップル（リップル１）、２番目のリップル（リップル２）、３番目のリップル（リップル３）、４番目のリップル（リップル４）のうち、リップル３の共振条件は、下記式で表される。
【００５８】
【数４】
2015012943.tif 000006
【００５９】
上記式（３）を変形すると、以下のようになる。
【００６０】
【数５】
2015012943.tif 000007
【００６１】
上記各式において、ｆｘは共振周波数を表す。また、λｘｄは音響反射層２３内を伝播する周波数ｆｘの超音波の波長を、λｘｐは圧電素子２４内を伝播する周波数ｆｘの超音波の波長を、λｘｍ（１）、λｘｍ（２）、・・・、λｘｍ（ｎ）は、圧電素子２４側から数えて１層目〜ｎ層目の音響整合層２５内を伝播する周波数ｆｘの超音波の波長をそれぞれ表す。
【００６２】
上記式（２）と式（４）から、下記式が得られる。
【００６３】
【数６】
2015012943.tif 000008
【００６４】
したがって、周波数応答において、リップル３は、中心周波数ｆｃの５／３倍よりも高い周波数で現れる。これにより、超音波探触子２の各構成層の層厚を式（１）を満たすように設定することで、低周波数側から数えて３番目のリップルを、周波数応答において最大感度から−６ｄＢの範囲で規定される送受信帯域の外側に配置させることができる。
したがって、超音波探触子２の各構成層の層厚が上記式（１）を満たすように構成されていることにより、送受信帯域内に現れるリップルを低減させることができ、結果として、生成される超音波画像の画質を向上させることができる。なお、上記式（１）において各構成層のｔ／λｃの合計値の下限値は特に規定しておらず、音響反射層、圧電素子及び音響整合層の各層がその機能を失わない程度の層厚を有していれば良い。
【００６５】
例えば、各構成層の層厚が下記表１に示すように設定された超音波探触子２Ａ〜２Ｇを例にとって具体的に説明する。超音波探触子２Ａ〜２Ｇでは、各構成層の材料が同一であり、各構成層の層厚のみが異なっている。また、表１では、中心周波数を１０ＭＨｚとしたときの各構成層における波長λｃを併せて示している。
【００６６】
【表１】
2015012943.tif 000009
【００６７】
上記のように構成される超音波探触子２Ａ〜２Ｇの周波数応答において、リップル１〜４が現れる周波数を縦軸とし、超音波探触子２Ａ〜２Ｇにおける各構成層のｔ／λｃの合計値（式（１）の左辺に相当）を横軸としたグラフを図５に示す。また、図５には、各超音波探触子２Ａ〜２Ｇの周波数応答において、送受信帯域の周波数の上限値（最大感度−６ｄＢにおける周波数）を併せて示す。
【００６８】
図５に示されているように、各構成層のｔ／λｃの合計値が０．７５のとき、リップル３が現れる周波数が、送受信帯域の上限値に重なっている。また、各構成層のｔ／λｃの合計値が０．７５よりも小さいとき、リップル３が現れる周波数は、送受信帯域の上限値よりも大きい。したがって、各構成層のｔ／λｃの合計値を０．７５以下とすることにより、リップル３を送受信帯域の外側に配置させることができる。
【００６９】
また、図６に、超音波探触子２Ｄ、２Ｅ、２Ｆの周波数応答を示す。
上記したように、各構成層のｔ／λｃの合計値が０．７５である超音波探触子２Ｅにおいては、３番目のリップルＲｅが現れる周波数は、送受信帯域の上限値（最大感度−６ｄＢにおける周波数）とほぼ同程度である。また、各構成層のｔ／λｃの合計値が０．７３である超音波探触子２Ｆにおいては、３番目のリップルＲｆが現れる周波数は、送受信帯域の上限値（最大感度−６ｄＢにおける周波数）よりも大きく、リップルＲｆは送受信帯域の外側に配置しているといえる。一方、各構成層のｔ／λｃの合計値が０．８０である超音波探触子２Ｄにおいては、３番目のリップルＲｄが現れる周波数が送受信帯域の上限値（最大感度−６ｄＢにおける周波数）よりも小さく、リップルＲｆは送受信帯域内に配置しているものである。
【００７０】
なお、本実施形態における超音波探触子２は、各音響整合層２５のｔ／λｃの合計値が０．４９以下となるように設定しても良い。
【００７１】
以上、本実施形態によれば、音響反射層２３の層厚、圧電素子２４の層厚、及び後側から数えて１層目〜ｎ層目の音響整合層２５の各層厚がそれぞれ上記式（１）を満たすので、超音波探触子２から出力される超音波の送受信帯域内に含まれるリップルを低減することができる。これにより、高画質な超音波画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１    超音波画像診断装置本体
２，２Ａ，２Ｂ  超音波探触子
２ａ  振動子
３    ケーブル
１１  操作入力部
１２  送信部
１３  受信部
１４  画像生成部
１５  メモリー部
１７  表示部
１８  制御部
２１  バッキング層
２２  ＦＰＣ
２３  音響反射層
２４  圧電素子
２５  音響整合層
２６  音響レンズ
２７  切り込み溝
２８  充填材
Ｓ    超音波画像診断装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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