(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体との間で超音波を送受信するべく一列に配列された複数個の圧電素子と、
前記圧電素子の前面及び背面に設けられた一対の電極と、
前記圧電素子の被検体側面に設けられた媒体と、
前記媒体の音響インピーダンスが前記被検体と同じまたは近い値を有し、且つ音速が前記被検体と違う値を有する超音波探触子において、
前記媒体が、前記複数個の圧電素子の配列方向に沿って、前記複数個の圧電素子各々に対応して形成された曲面形状を有し、
前記複数個の圧電素子各々に対応して形成された曲面形状それぞれの曲率半径が、前記配列方向と直交する幅方向において、前記圧電素子の中心部に対応する位置で相対的に小さく、前記中心部から両端部に進むにしたがって曲率半径を相対的に徐々に大きくしたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記複数個の圧電素子各々に対応して設けられた媒体は、前記圧電素子ごとに個別に分割して設けられた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】
前記媒体が、前記幅方向に沿って曲面形状をもたせたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記幅方向において、前記中心部に対応する位置で相対的に周波数を高く、前記中心部から両端部に進むにしたがって相対的に徐々に周波数を低くしたことを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか１項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記配列方向および前記幅方向に直交する厚さ方向における前記圧電素子の厚みが、前記幅方向において、前記中心部に対応する位置で相対的に薄く、前記中心部から両端部に進むにしたがって相対的に徐々に厚くすることで、前記幅方向における前記中心部に対応する位置で相対的に周波数を高く、前記中心部から両端部に進むにしたがって相対的に徐々に周波数を低くしたことを特徴とする請求項４に記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記媒体の音速をＣｍ、被検体の音速をＣｂとしたとき、Ｃｍ＜Ｃｂの場合は前記被検体に対する前記配列方向に沿って形成された前記媒体の曲面形状が凹形状、Ｃｍ＞Ｃｂの場合は前記配列方向に沿って形成された前記媒体の曲面形状が凸形状であることを特徴とする請求項１から５のうちの何れか１項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、生体等の被検体に当てて超音波を発信することにより、被検体の診断情報を得るために使用される超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波をヒトや動物等の生体の被検体内に照射し、生体内で反射されるエコー信号を検出して生体内組織の断層像等をモニタに表示し、被検体の診断に必要な情報を提供する。この際、超音波診断装置は、被検体内への超音波の送信と、被検体内からのエコー信号を受信するために超音波探触子を利用している。
【０００３】
図８は、このような超音波探触子の一例を示している。図８において、超音波探触子２０は、被検体（図示せず）との間で超音波を送受信するべく、一定方向に一列に配列された複数個の圧電素子１１と、圧電素子１１の被検体側の前面（図８の上方）に設けられる２層からなる音響整合層１２（１２ａ、１２ｂ）と、音響整合層１２の被検体側表面に設けられた音響レンズ１３と、圧電素子１１に対して音響整合層１２の反対側となる背面に設けられる背面負荷材１４とから構成されている。
【０００４】
圧電素子１１の前面と背面には、それぞれ図示しない電極が配置され、圧電素子１１との間で電気信号の送受信を行う。
【０００５】
圧電素子１１は、ＰＺＴ系等の圧電セラミック、単結晶、あるいは前記材料と高分子を複合した複合圧電体等によって形成され、電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、あるいは被検体内で反射したエコーを電気信号に変換して受信する。図示の例では、Ｘ方向に複数の圧電素子１１が配列されている。このような圧電素子１１の複数個の配列は、電子的に超音波を走査して偏向あるいは集束することができ、いわゆる電子走査を可能とする。
【０００６】
音響整合層１２は、超音波を効率よく被検体内に送受信するために設けられ、より具体的には、圧電素子１１の音響インピーダンスを段階的に被検体の音響インピーダンスに近づける役割を果たす。図示の例では、２層の音響整合層１２ａ、１２ｂが設けられているが、これは１層であっても３層以上であってもよい。また図示の例では、音響整合層１２が複数の圧電素子１１の上に一体に形成されているが、各圧電素子１１にそれぞれ対応して分割して配置し、超音波の指向性を広くする構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
音響レンズ１３は、診断画像の分解能を高めるために超音波ビームを絞る役割を果たす。図示の例では、音響レンズ１３は図のＹ方向（圧電素子１１の配列方向Ｘに直交する方向）に沿って延びると共に、Ｚ方向に凸状となるかまぼこ型に形成され、超音波ビームをＹ方向に絞ることができる。音響レンズ１３はオプション要素であり、必要に応じて設けられる。
【０００８】
背面負荷材１４は、圧電素子１１に結合されてこれを保持し、さらに不要な超音波を減衰させる役割を果たす。なお、本明細書では、図のＸ方向を「（圧電素子の）配列方向」、Ｙ方向を「（圧電素子の）幅方向」、Ｚ方向を「（圧電素子の）厚さ方向」とも呼ぶものとする。
【０００９】
上述した複数層で構成される音響整合層１２に対し、従来技術ではさらに、音響整合層１２ｂの縁部分を傾斜させた構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。縁部分を傾斜させて指向性を広くすることができるとしている。
【００１０】
一方、超音波の指向性を広くするほかの構成として、音響整合層の上に指向性広げるための音響レンズを２次元アレイに設けた構成が開示されている。（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平９―２３８３９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５７２４号公報
【特許文献３】特開２００４−２３７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電子走査型の超音波診断装置は、圧電素子を任意の群にして個々の圧電素子に一定の遅延時間与えて駆動し、圧電素子から被検体内に超音波の送信と受信を行う。このような遅延時間を与えることで超音波ビームが収束あるいは拡散され、広い視野幅あるいは高分解能の超音波画像を得ることができる。
【００１２】
この構成は、一般的なシステムとして既に知られている。超音波探触子として、係る高分解能の超音波画像を得るために重要なことは、電子的に走査する複数個の所定の方向に配列された個々の圧電素子から音響整合層、更には必要に応じて音響レンズを介して被検体に放射される超音波ビームの指向性が優れていることであり、即ち指向性が広いことである。
【００１３】
指向性を広くするための１つの方策として、特許文献１に示すような複数個の一定の方向に配列された圧電素子に対応して音響整合層を分割し、隣接する圧電素子相互間での音響的な結合を小さくした構成とすることが挙げられる。
【００１４】
しかしながら、この構成においては、配列された圧電素子の間隔あるいは圧電素子の幅と駆動周波数とによって指向性が定まるため、それ以上に指向性を広くすることが困難であった。昨今では超音波探触子の使用周波数がより広帯域化される傾向にあり、複数の周波数で使用する場合が多くなってきていることから、高分解能の超音波画像を得るために、広帯域化と共に超音波探触子の指向性を広くすることがますます重要になってきている。
【００１５】
一方、複数個の圧電素子の配列方向と直交する方向において、周波数を可変とし、かつ指向性に変化をもたせる方策として、圧電素子の幅を変える方法も提案されている。
【００１６】
以上より、本発明は、圧電素子の被検体側面に超音波を拡散させる媒体が設けられ、前記媒体が、一方向に配列された複数個の圧電素子の配列方向に曲面形状に形成され、前記曲面形状を変化させて指向性を任意に設定できるよう構成し、これによって、高分解能の診断画像を得ることができる超音波探触子を提供することを目的としている。
【００１７】
また、圧電素子の被検体側面に超音波を偏向させる媒体が設けられ、前記媒体が前記複数個の配列された圧電素子の配列方向に曲面形状に形成され、前記媒体が前記複数個に配列された圧電素子と直交する方向に前記曲面を変化させて指向性を可変させ、かつ前記媒体が前記複数個に配列された圧電素子と直交する方向に曲面をもたせて超音波を収束させるよう構成し、これによって高分解能の診断画像を得ることができる超音波探触子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】
【００１８】
本発明は、複数個の配列された圧電素子の配列方向に、前記媒体が曲面形状に形成され、前記媒体が前記複数個の配列された圧電素子と直行する方向に曲面を変化させた形状の構成にすることにより、指向性を可変させることを特徴とする超音波探触子に関する。
【００１９】
本発明の超音波探触子は、被検体との間で超音波を送受信するべく一列に配列された複数個の圧電素子と、前記圧電素子の前面及び背面に設けられた一対の電極と、前記圧電素子の被検体側面に設けられた媒体と、前記媒体の音響インピーダンスが前記被検体と同じまたは近い値を有し、且つ音速が前記被検体と違う値を有する超音波探触子において、前記媒体が、前記複数個の圧電素子の配列方向に沿って、前記複数個の圧電素子各々に対応して形成された曲面形状を有し、前記複数個の圧電素子各々に対応して形成された曲面形状それぞれの曲率半径が、前記配列方向と直交する幅方向において、前記圧電素子の中心部に対応する位置で相対的に小さく、前記中心部から両端部に進むにしたがって曲率半径を相対的に徐々に大きくしたことを特徴とする。
【００２０】
本発明では、上記の構成により、超音波の指向性を可変させ、また広くすることができ、多くの圧電素子の配列を使用して自由に位相制御できることになり、超音波ビームを細く絞る事ができ、また、超音波ビームを偏向する事ができるため、分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。
【００２１】
また、本発明は、被検体との間で超音波を送受信するべく一列に配列された複数個の圧電素子と、前記圧電素子の前面及び背面に設けられる一対の電極とを有する超音波探触子において、前記圧電素子の被検体側面に超音波を拡散させる媒体が設けられ、前記複数個の圧電素子の方向に前記媒体が曲面形状に形成され、前記媒体が、前記曲面形状を前記複数個の圧電素子と直行する方向に変化させることにより指向性を可変とする手段と、前記媒体が、前記複数個の圧電素子と直行する方向に曲面形状をもたせて超音波を収束させる手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記複数個の圧電素子各々に対応して設けられた媒体は、前記圧電素子ごとに個別に分割して設けられたことを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明は、前記媒体が、前記幅方向に沿って曲面形状をもたせたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記幅方向において、前記中心部に対応する位置で相対的に周波数を高く、前記中心部から両端部に進むにしたがって相対的に徐々に周波数を低くしたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、前記配列方向および前記幅方向に直交する厚さ方向における前記圧電素子の厚みが、前記幅方向において、前記中心部に対応する位置で相対的に薄く、前記中心部から両端部に進むにしたがって相対的に徐々に厚くすることで、前記幅方向における前記中心部に対応する位置で相対的に周波数を高く、前記中心部から両端部に進むにしたがって相対的に徐々に周波数を低くしたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、前記配列方向に沿って形成された前記媒体の曲面形状が、複数の曲率半径を有する曲面の組合せから構成され、当該複数の曲率半径が前記配列方向に連続的に変化していることを特徴と。
【００２７】
そして、本発明は、前記媒体の音速をＣｍ、被検体の音速をＣｂとしたとき、Ｃｍ＜Ｃｂの場合は前記被検体に対する前記曲面が凹形状、Ｃｍ＞Ｃｂの場合は前記曲面が凸形状であることを特徴とする。
【００２８】
本発明では、上記の構成により、超音波の指向性を可変させ、また広くすることができ、多くの圧電素子の配列を使用して自由に位相制御できることになり、超音波ビームを細く絞る事ができ、且つ、もう一方の方向においてもレンズ効果でも超音波ビームを細く絞る事ができ、また、超音波ビームを偏向する事ができるため、分解能の高い超音波画像を提供する超音波探触子を得ることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、超音波探触子の圧電素子の配列方向における指向性を任意に可変することができ、また、配列する方向と直行する方向で指向性を可変することができ、また周波数の広帯域化も可能となり、高分解能な診断画像が得られる超音波探触子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態の超音波探触子について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る超音波探触子１０の一部概略斜視図を示している。
【００３６】
この超音波探触子１０は、一列に配列された複数の圧電素子１と、各圧電素子１に対応して被検体側（図の上方）となる厚さ方向前面に配置された媒体２と、必要に応じて圧電素子１に対して媒体２の反対側となる厚さ方向背面（図の下方）に配置された背面負荷材３とから構成されている。これら各構成要素のそれぞれの機能は、従来技術で説明したものと同様である。
【００３７】
圧電素子１の厚さ方向Ｚの前面には接地電極４が、背面には信号用電極５がそれぞれ設けられている。両電極４、５は、金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付け等により圧電素子１の前面、背面にそれぞれ形成される。
【００３８】
両電極４、５は、電気端子６を経由しケーブルを介して図示しない超音波診断装置と電気的に接続され、超音波診断装置で作られる規則正しいパルス電圧を圧電素子１に印加し、逆に圧電素子１が電気信号に変換したエコー受信波を超音波診断装置本体に送信する。
【００３９】
また、図示の例では、媒体２は、各圧電素子１に対応して個々に分割されており、これら分割された溝の部分には音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴム等のような材料が充填されている。図２は、図１に示すＡ部の部分拡大図である。
【００４０】
図３は、図１に示す複数個の圧電素子１の配列方向Ｘと直交する方向のＹ方向（幅方向）に対して、媒体２の被検体側７の表面形状を複数個の圧電素子１の方向に曲面を有する曲率半径の大きさと、それに対応した指向性の広さの変化を模擬的に表わした図である。
【００４１】
複数の圧電素子１を配列したいわゆる電子走査型の超音波探触子１０では、配列した圧電素子１の方向の指向性を如何に広くできるか、あるいは任意の指向性を持たせることができるかが超音波画像の分解能を向上させる重要なポイントである。
【００４２】
第１実施形態では、図２に示すように、媒体２の被検体側７の表面２ｓを圧電素子１の配列方向に沿って曲面に形成して、その曲面をＹ方向で可変として指向性をＹ方向に対して任意に変化させるものとしている。
【００４３】
すなわち、媒体２の表面２ｓの形状に曲面を持たせることで、圧電素子１の配列方向Ｘに超音波ビームを拡散させることを可能にしている。具体的には、媒体２の音速Ｃｍと被検体の音速Ｃｂとの差を利用し、表面形状を凹状、または凸状のいずれかの曲面に形成することで超音波を屈折して拡散させ、指向性を変化させるものとしている。
【００４４】
図３は、横軸にＹ方向、縦軸に媒体２の表面２ｓの曲率半径の大きさと、それに対応しての指向性の広さを模擬的に表わしているものである。図３では、Ｙ方向の中心部では媒体２の曲率半径を小さくして、両端部に行くにしたがって連続的に徐々に大きくした場合、指向性の広さはＹ方向の中心部が最も広く、両端部に行くにしたがって徐々に狭くなっていくことを表わしている。
【００４５】
この媒体２として要望される特性は、例えば生体等の被検体７の音響インピーダンス（１．５〜１．６５メガレール）と同じかそれに近い値を有して、被検体７の音速（約１．５３ｋｍ／秒）より早いか遅い値、つまり被検体７の音速と違う値を有することが必要である。
【００４６】
つまり媒体２と被検体７の音速差で屈折することを利用して、超音波の拡散（指向性）度合いを可変させるようにしてＹ方向で指向性の度合いを変えるように媒体２の曲面形状を変えている。
【００４７】
例えば、媒体２を構成する媒体材料として、音響インピーダンスが生体の被検体７に近く、音速が早いポリメチルペンテン（TPX：登録商標）が使用された場合、音響インピーダンス（1.67メガレール）、音速Ｃｍは約2.015ｋｍ／秒となる。
【００４８】
これに対して、被検体７が例えば生体であれば、被検体の音速Ｃｂは約1.53ｋｍ／秒となり、両者の間でＣｍ＞Ｃｂの関係が成立する。この場合、図1、２に示すように、媒体２の表面２ｓの形状を被検体に対して凸面にすれば、超音波は拡散することになるため指向性を広くすることができる。
【００４９】
この凸面の曲率半径をＹ方向に対して可変とすることにより、それぞれの曲率半径に対応した指向性を得ることが可能になる。この際の凸面は、例えば単一の曲率半径を持たせた凸面形状等とすることができる。
【００５０】
また、音響インピーダンスが生体の被検体７に近く、音速が早い、つまり1.53ｋｍ／秒以上の材料はポリメチルペンテン以外の材料、例えばポリウレタン樹脂、エチレンビニルアクリレート（EVA）、あるいはエポキシ樹脂にプラスチックもしくはガラス等の中空体を充填した材料等を用いても同様の効果が得られる。
【００５１】
また、媒体２の厚みに関しては限定することはないが、媒体２の減衰による感度低下等を最小限にするためにも薄くすることが必要である。
【００５２】
また、音速の関係が前述とは逆にＣｍ＜Ｃｂの関係の場合には、媒体２の表面２ｓの形状を凹面にすれば、超音波は拡散することになるため同様に指向性を広くすることができる。この際の凹面は、例えば単一の曲率半径を持たせた凹面形状等とすることができる。
【００５３】
例えば、媒体２を構成する媒体材料として、音響インピーダンスが生体の被検体７に近く、音速が遅いシリコーンゴムが使用された場合、音速Ｃｍは約１ｋｍ／秒となる。これに対して、被検体７が例えば生体であれば、被検体７の音速Ｃｂは約1.53ｋｍ／秒となり、両者の間でＣｍ＜Ｃｂの関係が成立する。
【００５４】
この場合、媒体２の表面の形状を被検体７に対して凹面にすれば、超音波は拡散することになるため指向性を広くすることができる。この凹面の曲率半径をＹ方向に対して変化させることにより、それぞれの曲率半径に対応した指向性を得ることが可能になる。
【００５５】
この際の凹面は、例えば単一の曲率半径を持たせた凹面形状等とすることができる。また、音響インピーダンスが生体の被検体７に近く、音速が遅い、つまり1.53ｋｍ／秒以下の材料、例えばフロロシリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いても同様の効果が得られる。
【００５６】
また、図１、２に示すように、第１実施形態では、圧電素子１上に媒体２を形成した構成で説明したが、このほか、圧電素子１と媒体２の間に１層以上の音響整合層を設けた構成にした場合においても、本願特有の効果を得ることができる。
【００５７】
このように、Ｙ方向の中心部を媒体２の表面２ｓの曲率半径を小さくし、両端部に行くにしたがって曲率半径をほぼ連続的に大きくしていく構成にすることにより、圧電素子１の配列方向Ｘの圧電素子１の指向性（Ｘ方向）は、Ｙ方向（幅方向）における中心部は最も指向性が広くなり、両端部にいくに従い徐々に狭くなっていくという指向特性を有することになる。
【００５８】
一方、圧電素子１の配列方向Ｘでの電子的な遅延制御による超音波ビームは、任意の距離(深さ)で絞ることができるが、圧電素子１から距離が遠い(深い)領域では、それほど指向性が広くなくとも超音波ビームを絞ることができるが、近い距離では指向性が大きく影響して超音波ビームの絞り度合いも変わってくるので、指向性が広い特性のものが要望される。
【００５９】
第１実施形態では、中心部付近が最も指向性が広くなっているので、近い距離に電子制御で超音波ビームを絞る時に寄与するのが最も大きく、両端部に行くにしたがって寄与度は小さくなる。したがって、圧電素子１のＹ方向では中心部の領域付近の小さい開口での超音波ビームの制御となるため、近距離領域は分解能の高い超音波画像を得ることができる。更には、遠距離においても、Ｙ方向の全ての幅を有効に使用することができるので分解能の高い超音波画像を得ることができる。
【００６０】
なお、媒体２の表面２ｓの曲面形状は、圧電素子１の配列方向に対して一定の曲率半径を持たせた曲面としているが、これに限らず、例えば複数の曲率半径を有する曲面、台形、または多角形の形状に変化を持たせて指向性を可変とすることができるような他の形状とすることでもよい。
【００６１】
また、媒体２の表面２ｓの曲面形状は、Ｙ方向に対して曲率半径を連続的に変化させる場合について説明したが、このほか、Ｙ方向を何分割かして段階的に曲面形状を変えても同様の効果が得られる。
【００６２】
このように、媒体２の表面２ｓの曲面形状をＹ方向に変化させる構成にすることによって、指向性の広いＹ方向中心部分では、圧電素子１を多く用いて電子的に超音波ビームを偏向あるいは収束させることが可能となる。これは、高い周波数を利用して診断深さが浅い領域で診断する際に特に有効である。
【００６３】
一方、Ｙ方向両端部の方は診断深さが深い領域が主となり、指向性もそれほど必要なくなり、両端部に至るまで有効に超音波を利用することができるようになる。媒体２の曲面形状をＹ方向（幅方向）に変化させることによって、圧電素子１のＹ方向において指向性を変化させることが可能となり、見かけ上、超音波探触子１０のＹ方向の開口幅を変化させている状態に近くなる。このため、診断深さが浅い領域から深い領域までの診断画像の分解能を向上させることができるようになる。
【００６４】
また、図１、２に示す例では、媒体２が各圧電素子１に対応して複数個に分割配列され、分割された圧電素子１の両電極面、特に信号用電極５は信号電気端子（図示せず）に接続されて、それぞれが単独で超音波の送受信を行うことができる。
【００６５】
指向性を変化させるには、このように媒体２を各圧電素子１に対応して分割した構成とすることが好ましいが、媒体２を分割せず、媒体２の被検体７側の表面形状を圧電素子１の配列間隔に合わせて、その曲面形状をＹ方向で変化させる構成とした場合においても、本願特有の効果を得ることができる。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の超音波探触子について、図面を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る超音波探触子１０の一部概略斜視図を示している。
【００６７】
図４において、超音波探触子１０は、図８に示す従来技術によるものと基本的に同様であり、複数の圧電素子１と、各圧電素子１に対応して被検体側（図の上方）となる厚さ方向前面に配置された媒体２と、圧電素子１に対して媒体２の反対側となる厚さ方向背面（図の下方）に配置された背面負荷材３とから構成されている。これらの各構成要素におけるそれぞれの機能は、従来技術で説明したものと同様である。
【００６８】
ここで、複数に配列する方向と直行する方向Ｙの圧電素子１の厚みは、Ｙ方向における中心付近では薄く、端部に行くにしたがって厚くなるように不均一にし、曲面形状にしている。この圧電素子１の厚みを不均一にすることにより、超音波ビームの焦点深度を長くすることができ、且つ広帯域の周波数特性が得られて分解能を向上させるという特徴がある構成である。
【００６９】
圧電素子１のＹ方向における中心付近は厚みが薄いため、高い周波数成分の超音波が送受信され、両端部にいくにしたがって厚くなるので、低い周波数成分の超音波が送受信されることになる。一方、圧電素子１の配列方向Ｘの幅は、圧電素子１の配列方向Ｘと直交する方向Ｙに対しては同じである。
【００７０】
直交する方向Ｙにおいて、圧電素子１はその中心部の厚さが薄いため周波数が高く、両端に行くに従いその暑さが厚くなることにより、周波数が低くなる構成において、圧電素子１の配列方向Ｘに対しての超音波の指向性は中心部の高い周波数の方が狭くなり、両端部の周波数が低い方は広くなっている。
【００７１】
圧電素子１の配列方向Ｘにおいては、複数個の圧電素子１を電子的に遅延をかけて位相制御し、超音波ビームを絞るあるいは偏向させるため、超音波の指向性は広いことが高分解能の超音波画像を得るために望ましい。
【００７２】
しかし、この構成では、圧電素子１の中心部は指向性が狭いため、位相制御できる範囲は狭くなり、結果として高分解能の超音波画像を得ることが難しくなるという課題がある。これに対して、本実施の形態では、媒体２の被検体側表面の形状をＹ方向に曲面形状に変化を持たせることによって解消できるものである。
【００７３】
すなわち、Ｙ方向の中心部に位置する部分は圧電素子１の厚みが薄いため、高い周波数成分を有している。両端部に行くにしたがい、圧電素子１は厚くなるため、低い周波数成分になる。この周波数の変化に対応して指向性を変化させるように、媒体２における被検体側の表面の形状を曲面にし、しかも曲面形状（曲率半径）を高い周波数成分を持つ中心部では小さくして指向性を広くし、両端部に行くにしたがいほぼ連続的に徐々に曲率半径を大きくしていくようにすることができる。
【００７４】
これによって、それぞれの位置の周波数に対応して指向性を変化させることが可能になり、従来のような高い周波数成分を有する中心部での指向性が狭くなるという問題は解消できる構成にすることができる。
【００７５】
したがって、周波数の高い中心部の指向性を、周波数成分の低い両端部の指向性と同じにすることも、また、広くすることも媒体２の表面２ｓの曲面形状を任意に選択することで可能となる。
【００７６】
なお、媒体２の被検体側における表面形状の曲面は、第１実施形態で説明したように、媒体２と被検体の音速の比で、凸面の曲面にするか凹面の曲面にするかを選択することができる。また、媒体２の材料は、第１実施形態で説明したものと同じ材料を用いることができる。
【００７７】
更に、媒体２の表面２ｓの曲面形状は、圧電素子１の配列方向Ｘに対して一定の曲率半径を持たせた曲面としているが、これに限らず、例えば複数の曲率半径を有する曲面、台形、または多角形の形状に変化を持たせて、指向性を変化させることができるような他の形状とすることもできる。
【００７８】
また、媒体２の表面の曲面形状は、Ｙ方向に対して曲率半径を連続的に変化させる場合について説明したが、このほか、Ｙ方向を何分割かして段階的に曲面形状を変えても同様の効果が得られる。
【００７９】
このように媒体２表面の曲面形状をＹ方向に変化させる構成とすることによって、指向性の広いＹ方向の中心部分では、複数の圧電素子１を多く用いて電子的に超音波ビームを偏向あるいは収束させることが可能となる。これは、高い周波数を利用して診断深さが浅い領域で診断する際に特に有効である。
【００８０】
一方、Ｙ方向の端部の方は診断深さが深い領域が主となり、指向性もそれほど必要なくなり、端部に至るまで有効に超音波を利用することができるようになる。媒体２の曲面形状を幅方向に変化させることによって、圧電素子１の幅方向において指向性を変化させることが可能となり、見かけ上、超音波探触子１０の開口幅を変化させている状態に近くなる。このため、診断深さが浅い領域から深い領域までの診断画像の分解能を向上させることができるようになる。
【００８１】
なお、図４に示す例では、媒体２が各圧電素子１に対応して複数個に分割配列され、分割された圧電素子１の両電極面、特に信号用電極５は信号電気端子６に接続されてそれぞれが単独で超音波の送受信を行うことができる。
【００８２】
指向性を変化させるには、このように媒体２を各圧電素子１に対応して分割した構成とすることが好ましいが、媒体２を分割せず、但し、媒体２の被検体側の表面形状における曲面形状を、圧電素子１の配列間隔に合わせてＹ方向で変化する構成とすることによって、本願特有の効果を得ることができる。
【００８３】
また、第２実施形態では、圧電素子１上に媒体２を形成した構成で説明したが、このほか、圧電素子１と媒体２の間に１層以上の音響整合層を設けた構成にした場合も、本願特有の効果を得ることができる。
【００８４】
第３実施形態
次に、本発明に係る第３実施形態の超音波探触子について図面を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係る超音波探触子を示している。
【００８５】
図５において、超音波探触子１０は、図のＸ方向に配列された複数個の圧電素子１と、各圧電素子１に対して被検体側となるＺ方向前面（図の上方）に配置された媒体２と、圧電素子１に対して媒体２の反対側となる厚さ方向背面に配置された背面負荷材３とから構成されている。
【００８６】
これらの各構成要素におけるそれぞれの機能は、基本的に従来技術で説明したものと同様である。図５からも明らかなように、本実施の形態に係る超音波探触子１０では、従来技術にあった音響レンズ（図８の符号１３）が除かれている。
【００８７】
圧電素子１の厚さ方向の前面には接地電極４が、背面には信号用電極５がそれぞれ設けられている。両電極４、５は、金や銀の蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付け等により圧電素子１の前面、背面にそれぞれ形成される。
【００８８】
各圧電素子１の信号用電極５は、個別に信号用電気端子６に接続され、接地電極４と共にケーブルを介して図示しない超音波診断装置と電気的に接続される。両電極４、５を利用し、超音波診断装置で作られる規則正しいパルス電圧が圧電素子１に印加され、逆に圧電素子１が電気信号に変換したエコー受信波が超音波診断装置本体に送信される。
【００８９】
また、図示の例では、媒体２は、各圧電素子１に対応して個々に分割されており、これら分割された溝の部分には音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴム等のような材料が充填されている。図６は、図５に示すＡ部の部分拡大図である。
【００９０】
第３実施形態は、図５、６に示すように各圧電素子１に対応する媒体２の被検体側の表面を、圧電素子１の幅方向（Ｙ方向）および配列方向（Ｘ方向）の双方に沿って曲面状に形成している。すなわち、媒体２の表面２ｓ形状に曲面を持たせることで、圧電素子１の配列方向Ｘに超音波ビームを拡散させることを可能にしている。これによって、音響レンズを使用することなく、超音波ビームをそれぞれ収束、拡散させる機能を持たせるものとしている。
【００９１】
第１実施形態で説明した図３と同じように、一定方向に配列した圧電素子１の方向に曲面を形成し、Ｙ方向の中心部では媒体２の曲面の曲率半径を小さくして、両端部に行くにしたがって連続的に徐々に大きくした場合、指向性の広さはＹ方向の中心部が最も広く、両端部に行くにしたがって徐々に狭くなっていくように形成し超音波ビームを拡散させ指向性に変化をもたせる機能と、もう一方の方向に対して媒体２に曲面を持たせるように形成し超音波ビームを収束させる機能を持たせる媒体２の表面を曲面形状にする。
【００９２】
図５に示す例では、幅方向Ｙには凸状、配列方向Ｘには凹状の曲面を形成している。この状況につき、図６、図７を参照してより詳細に説明する。
【００９３】
図７は、図５に示す超音波探触子１０のＹ軸に平行な幅方向断面を示している。例えば、媒体２を構成する媒体材料としてシリコーンゴムが使用された場合、音速Ｃｍは約1.0ｋｍ／秒となる。これに対して被検体７が生体であれば、音速Ｃｂは約1.53ｋｍ／秒となるため、両者の間にはＣｍ＜Ｃｂの関係が成立する。
【００９４】
この場合、媒体２の表面２ｓの形状を図７に示すように被検体７に対して凸面にすれば、音速の差を利用して超音波を屈折させて被検体７内の任意の位置に焦点を定めて収束させることができる。この結果、媒体２が音響レンズと同様の機能を果たし、分解能を高める効果が得られる。
【００９５】
この際の凸面は、例えば単一の曲率半径を持たせた凸面形状等とすることができる。なお、媒体２の被検体側の表面形状の曲面は、第１実施形態で説明したように、媒体２と被検体の音速の比で凸面の曲面にするか凹面の曲面にするかを選択することができる。なお、媒体２の材料は、第１実施形態で説明したものと同じ材料を用いる。
【００９６】
媒体２の表面２ｓの曲面形状は、圧電素子１の幅方向に対して曲率半径を持たせた曲面としているが、これに限らず、例えば台形や多角形の一部等のように超音波ビームを収束できるものであれば他の形状とすることでもよい。
【００９７】
一方、図６は、図５に示す超音波探触子１０のＸ軸に平行な配列方向の断面を示している。図６はその一部で、図示の形状がＸ方向（左右方向）に一定の長さで連続して、図５に示す超音波探触子１０を構成する。
【００９８】
媒体２の音速Ｃｍと被検体の音速Ｃｂの間には、Ｃｍ＜Ｃｂの関係が成立している。この場合、複数の圧電素子１の各々に対応した媒体２の表面を、図６に示すように被検体７に対して凹面に形成し、しかもＹ方向に凹面の曲面形状を徐々に変えることにより、Ｙ方向の各位置の指向性を可変することができる。
【００９９】
これにより、超音波を圧電素子１の配列方向Ｘ（図６の左右方向）に屈折、拡散させ、かつＹ方向の位置における拡散に変化をもたせ、超音波探触子１０の指向性を広くする効果を得ることができる。
【０１００】
なお、図５、６に示す例では、媒体２が各圧電素子１に対応して配列方向Ｘに分割して配置されている。このように分割することで、隣接する圧電素子１間の音響的な結合を小さくすることができ、指向性を広くする効果が得られる。
【０１０１】
分割された溝の部分には、音響的な結合が小さいシリコーンゴムやウレタンゴム等のような材料が充填され得る。但し、このように分割をせず、媒体２を複数の圧電素子１全体の上に一体となって配置するよう構成しても同様の効果を得ることができる。この場合の媒体２表面の曲面形状は、各圧電素子１に対応して形成される。
【０１０２】
なお、図５、６に示す例では、媒体２が被検体７の音速に対して遅い場合について説明したが、このほか、媒体２が被検体７の音速に対して早い場合には、曲面を逆つまり凸面のものを凹面に、凹面のものを凸面の形状にした場合においても本願特有の効果を得ることができる。
【０１０３】
また、図５、６に示す例では、媒体２が各圧電素子１に対応して複数個に分割配列され、分割された圧電素子１の両電極面、特に信号用電極５は信号電気端子６に接続されてそれぞれが単独で超音波の送受信を行うことができるようになっている。指向性を変化させるには、このように媒体２を各圧電素子１に対応して分割した構成とすることが好ましいが、媒体２を分割せず、但し、媒体２の被検体側の表面形状を圧電素子１の配列間隔に合わせて曲面形状をＹ方向で可変する構成した場合においても、本願特有の効果を得ることができる。
【０１０４】
また、本実施の形態では、圧電素子１上に媒体２を形成した構成で説明したが、このほか、圧電素子１と媒体２の間に１層以上の音響整合層を設けた構成にした場合においても、本願特有の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る超音波探触子は、人体等の被検体の超音波診断を行う各種医療分野、さらには材料や構造物の内部探傷を目的とした工業分野において利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明に係る第１実施形態の超音波探触子を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す超音波探触子の１つの態様を示す部分拡大側面図である。
【図３】媒体表面の曲率半径と指向性の関係を示す定性的な模式図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の超音波探触子を示す概略斜視図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態の超音波探触子を示す概略斜視図である。
【図６】図５に示す超音波探触子の１つの態様を示す部分拡大側面図である。
【図７】図５に示す超音波探触子の１つの態様を示す部分拡大側面図である。
【図８】従来技術に係る超音波探触子の構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  圧電素子
２  媒体
３  背面負荷材
４  接地電極
５  信号用電極
６  電気端子
７  被検体
１０  超音波探触子
１１  圧電素子
１２  音響整合層
１３  音響レンズ
１４  背面負荷材
２０  超音波探触子
【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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【図７】
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【図８】
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