(57)【要約】  複数の振動子素子を伴う音響層と、音響層に結合された不整合層とを含む、超音波振動子および超音波撮像システム。不整合層が、音響層よりも高い音響インピーダンスを有し、超音波プローブの帯域幅を変更するために変化する厚さを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）であって、
複数の振動子素子（１０４）を含む音響層（２０２、８０２）と、
前記音響層（２０２、８０２）に結合された不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）であって、前記音響層（２０２、８０２）の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有し、前記超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）の帯域幅を変更するために変化する厚さを有する、不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）と、
を備える超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項２】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、長さ方向（２２４、８０３）および幅方向（２１４、８０１）を伴う形状を備え、幅方向（２１４、８０１）よりも長さ方向（２２４、８０３）で長く、厚さが前記幅方向（２１４、８０１）に沿って変化する、請求項１に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項３】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記厚さが、前記幅方向（２１４、８０１）で縁よりも中心が薄い、請求項２に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項４】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記厚さが、前記幅方向（２１４、８０１）に沿って階段関数に従って変化する、請求項３に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項５】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、前記音響層（２０２、８０２）に隣接する前面（２２０、５０８、６０８）と、前記音響層（２０２、８０２）とは反対側の後面（２２２、５１０、６１０、８１４）とを含み、前記前面（２２０、５０８、６０８）が、前記音響層（２０２、８０２）から一様な距離にある表面を規定する、請求項３に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項６】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記後面（２２２、５１０、６１０、８１４）が、凹面を規定する、請求項３に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項７】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記後面（２２２、５１０、６１０、８１４）が、前記幅方向（２１４、８０１）で一定の曲率半径を伴う凹面を規定する、請求項６に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項８】
前記一定の曲率半径が、１０ｃｍから５０ｃｍの間である、請求項７に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項９】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、長さ方向（２２４、８０３）および幅方向（２１４、８０１）を伴う形状を備え、前記長さ方向（２２４、８０３）と前記幅方向（２１４、８０１）の寸法が共通である、請求項１に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項１０】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記後面（２２２、５１０、６１０、８１４）が、前記幅方向（２１４、８０１）で一定の第１の曲率半径および前記長さ方向（２２４、８０３）で一定の第２の曲率半径を伴う凹面を規定する、請求項９に記載の超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）。
【請求項１１】
超音波信号を送受信するための超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）を備え、前記超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）が、複数の振動子素子（１０４）を含む音響層（２０２、８０２）と、
前記音響層（２０２、８０２）に結合された不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）であって、前記音響層（２０２、８０２）の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有し、前記超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）の帯域幅を変更するために変化する厚さを有する、不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）と、
を備える超音波撮像システム（１００）。
【請求項１２】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、長さ方向（２２４、８０３）および幅方向（２１４、８０１）を伴う形状を備え、前記幅方向（２１４、８０１）よりも前記長さ方向（２２４、８０３）で長く、前記厚さが前記幅方向（２１４、８０１）に沿って変化する、請求項１１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１３】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記厚さが、前記幅方向（２１４、８０１）で縁よりも中心が薄い、請求項１２に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１４】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、前記音響層（２０２、８０２）に垂直な前記幅方向（２１４、８０１）の一様な断面を備える、請求項１２に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１５】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、前記音響層（２０２、８０２）に隣接する前面（２２０、５０８、６０８）と、前記音響層（２０２、８０２）とは反対側の後面（２２２、５１０、６１０、８１４）とを備え、前記前面（２２０、５０８、６０８）が、前記音響層（２０２、８０２）から一様な距離にある表面を規定する、請求項１４に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１６】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、前記長さ方向（２２４、８０３）に配向された凹溝を規定するように形成される、請求項１５に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１７】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記厚さが、前記幅方向（２１４、８０１）で直線的に変化する、請求項１６に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１８】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記厚さが、前記幅方向（２１４、８０１）で曲線に従って変化する、請求項１６に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項１９】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）の前記厚さが、第１の厚さを伴う領域と、前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さを伴う第２の領域とを備える、請求項１７に記載の超音波撮像システム（１００）。
【請求項２０】
前記不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）が、一様な厚さの不整合層（１０７、２１０、５０４、６０４、８１０）と比べて少なくとも１０％だけ前記超音波振動子（１０６、５０２、６０２、８００）の前記帯域幅を増加させる、請求項１６に記載の超音波撮像システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、複数の振動子素子を含む音響層を含む、超音波振動子および超音波撮像システムに関する。振動子および超音波撮像システムは、超音波振動子の帯域幅を変更するために変化する厚さを有する不整合層を含む。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波振動子は、１つ以上の振動子素子を含む音響層の後面に不整合層を含むことが知られている。不整合層は、典型的に、音響層よりも高い音響インピーダンスを伴う材料を含む。不整合層の使用は、より厚い音響層を使用して実現されるのと同じ共振周波数を達成するために、超音波振動子がより薄い音響層を使用することを可能にする。より薄い音響層の使用は、音響層が撮像システムとの電気インピーダンスのより良好な整合を有することを可能にし、所与の周波数の振動子に必要とされる感度を向上させることを助ける。
【０００３】
可能な限り広い全帯域幅を有するように超音波振動子を設計することが一般に望ましい。より広い帯域幅を達成するための既知の一方法は、複数の厚さを有するように音響層を機械加工することを伴う。圧電材料がより厚い領域は、より低い周波数応答を有し、圧電材料がより薄い領域は、より高い周波数応答を有する。異なる周波数応答を有するように圧電材料を機械加工することは、より広い全帯域幅を伴う超音波振動子をもたらす。しかし、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料を、超音波振動子に要求される許容誤差で複数の異なる厚さを伴って製造することは困難であり、高価である。
【０００４】
したがって、これらおよび他の理由によって、帯域幅の向上を伴う改良された超音波振動子および超音波撮像システムに対するニーズがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／２５７２２４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本技術の実施形態は、概して、超音波振動子および超音波振動子を製作する方法に関する。
【０００７】
ある実施形態において、超音波振動子は、複数の振動子素子を含む音響層と、音響層に結合された不整合層と、を含む。不整合層は、音響層の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有する。不整合層は、超音波振動子の帯域幅を変更するために変化する厚さを有する。
【０００８】
ある実施形態において、超音波撮像システムは、超音波信号を送受信するための超音波振動子を含み、超音波振動子は、複数の振動子素子を含む音響層を含む。超音波撮像システムは、音響層に結合された不整合層を含む。不整合層は、音響層の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有する。不整合層は、超音波振動子の帯域幅を変更するために変化する厚さを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ある実施形態による超音波撮像システムの概略図である。
【図２】ある実施形態による超音波振動子の断面図の概略表示である。
【図３】ある実施形態による不整合層の斜視図の概略表示である。
【図４】異なる不整合層を伴う２つの振動子の実験結果を示すチャートである。
【図５】ある実施形態による超音波振動子の断面図の概略表示である。
【図６】ある実施形態による超音波振動子の断面図の概略表示である。
【図７】ある実施形態による不整合層の概略表示である。
【図８】ある実施形態による超音波振動子の斜視図の概略表示である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、添付の図面には、実践され得る特定の実施形態が例示として示されている。これらの実施形態は、当業者が実施形態を実践可能であるように十分詳細に記述されており、他の実施形態が利用されてもよいこと、ならびに、実施形態の範囲から逸脱せずに論理的な変更、機械的な変更、電気的な変更および他の変更が行われてもよいことを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、本発明の範囲を限定していると捉えられるべきではない。
【００１１】
本技術の実施形態は、概して、帯域幅の向上を伴う超音波振動子および超音波撮像システムに関する。図面において、同様の要素は、同様の識別子により特定される。
【００１２】
図１は、ある実施形態による超音波撮像システム１００の概略図である。超音波撮像システム１００は、超音波パルス信号を身体（示されていない）内に放出するように振動子素子１０４を振動子１０６内で駆動する、送信ビームフォーマ１０１および送信器１０２を含む。振動子素子は、超音波信号を送信するとともに受信するように構成される。振動子１０６は、１Ｄ振動子、１．２５Ｄ振動子、１．５Ｄ振動子、１．７５Ｄ振動子、Ｅ４Ｄ振動子、または任意の他のタイプの超音波振動子であり得る。加えて、振動子１０６は、実施形態に応じて直線変換器または湾曲変換器であり得る。振動子１０６は、厚さが変化する不整合層１０７を含む。不整合層１０７については、以下でより詳細に記述される。超音波パルス信号は、血球または筋肉組織のような身体内の構造により後方散乱されて、素子１０４に戻るエコーを生成する。エコーは、素子１０４により電気信号または超音波データに変換され、電気信号は、受信器１０８により受信される。受信エコーを表す電気信号は、超音波データを出力する受信ビームフォーマ１１０を通じて送られる。幾つかの実施形態によれば、振動子１０６は、送信および／または受信ビームフォーミングの全てまたは一部を行うための電子回路を含み得る。例えば、送信ビームフォーマ１０１、送信器１０２、受信器１０８および受信ビームフォーマ１１０の全てまたは一部は、ある実施形態による振動子１０６内に置かれてもよい。用語「スキャンする（ｓｃａｎ）」または「スキャンする（ｓｃａｎｎｉｎｇ）」は、本開示において、超音波信号の送受信処理によりデータを取得することを指すために使用され得る。用語「データ」または「超音波データ」は、本開示において、超音波撮像システムを用いて取得される１つのデータ組か２つ以上のデータ組のいずれかを指すために使用され得る。ユーザインターフェイス１１５は、患者データの入力および／またはパラメータのスキャンまたは表示の選択を含む、超音波撮像システム１００の動作を制御するために使用され得る。
【００１３】
超音波撮像システム１００は、送信ビームフォーマ１０１、送信器１０２、受信器１０８、および受信ビームフォーマ１１０を制御するための、プロセッサ１１６も含む。プロセッサは、送信ビームフォーマ１０１、送信器１０２、受信器１０８、および受信ビームフォーマ１１０と電子通信している。プロセッサ１１６は、振動子１０６とも電子通信している。プロセッサ１１６は、データを取得するために、振動子１０６を制御し得る。プロセッサ１１６は、どの素子１０４をアクティブにするかを制御し、振動子１０６から放出されるビームの形状を制御する。プロセッサ１１６は、表示デバイス１１８とも電子通信しており、プロセッサ１１６は、データを表示デバイス１１８上での表示用の画像に処理し得る。本開示の目的では、用語「電子通信する」は、有線通信と無線通信の両方を含むように規定され得る。プロセッサ１１６は、ある実施形態によれば中央処理装置（ＣＰＵ）を含んでもよい。他の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはグラフィックボードなど、処理機能を実行可能な他の電子構成要素を含んでもよい。他の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、処理機能を実行可能な複数の電子構成要素を含んでもよい。例えば、プロセッサ１１６は、中央処理装置、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、およびグラフィックボードを含む、電子構成要素のリストから選択される２つ以上の電子構成要素を含んでもよい。別の実施形態によれば、プロセッサ１１６は、ＲＦデータを復調し生データを生成する複合復調器（示されていない）を含んでもよい。別の実施形態において、復調は、処理チェーンのより初期に実行されてもよい。プロセッサ１１６は、複数の選択可能な超音波モダリティによりデータについての１つ以上の処理動作を実施するように適応されてもよい。データは、エコー信号が受信されるスキャンセッション中にリアルタイムで処理されてもよい。本開示の目的では、用語「リアルタイム」は、故意の遅延を伴わずに実施される手順を含むように規定される。例えば、ある実施形態は、データを７〜２０フレーム／秒のリアルタイムフレームレートで取得し表示してもよい。本開示の目的では、用語「フレームレート」は、超音波データの２Ｄフレームまたは３Ｄフレームのいずれかに適用され得る。加えて、用語「ボリュームレート」は、４Ｄ超音波データに適用されるときのフレームレートを指すために使用され得る。リアルタイムフレームレートが、各ボリュームデータの取得にかかる時間長に依存し得ることが理解されるべきである。ボリューム取得のために、フレームレートは、各ボリュームデータを取得するために要求される時間長に依存する。これにより、比較的大きなボリュームデータを取得するときに、リアルタイムボリュームレートはより遅くなり得る。よって、幾つかの実施形態は、２０ボリューム／秒よりも相当に速いリアルタイムボリュームレートを有してもよい一方で、他の実施形態は、７ボリューム／秒よりも遅いリアルタイムボリュームレートを有してもよい。データは、スキャンセッション中にバッファ（示されていない）に一時的に記憶されてもよく、ライブまたはオフライン動作中にリアルタイムよりも少なく処理されてもよい。本発明の幾つかの実施形態は、処理タスクを処理するための複数のプロセッサ（示されていない）を含んでもよい。例えば、ＲＦ信号を復調し間引くために第１のプロセッサが利用されてもよい一方で、画像を表示する前にデータを更に処理するために第２のプロセッサが使用されてもよい。他の実施形態が異なるプロセッサ構成を使用してもよいことが理解されるべきである。
【００１４】
超音波撮像システム１００は、例えば１０Ｈｚ〜３０Ｈｚのボリュームレートで、データを連続的に取得してもよい。データから生成された画像が同様のレートでリフレッシュされてもよい。他の実施形態は、異なるレートでデータを取得し表示してもよい。例えば、幾つかの実施形態は、ボリュームのサイズおよび意図される用途に応じて、１０Ｈｚよりも低いレートまたは３０Ｈｚよりも高いレートでデータを取得してもよい。取得データの処理済みフレームを記憶するためにメモリ１２０が含まれる。ある例示的な実施形態において、メモリ１２０は、少なくとも数秒に相当する超音波データのフレームを記憶するのに十分な容量である。データのフレームは、取得の順序または時間によるデータの検索を容易にするような方法で記憶される。メモリ１２０は、任意の既知のデータ記憶媒体を備えてもよい。
【００１５】
任意選択的に、本発明の実施形態は、造影剤を利用して実施されてもよい。造影撮像は、微小気泡を含む超音波造影剤を使用するときに、身体内の解剖構造および血流の強調画像を生成する。造影剤を使用しながらデータを取得した後に、画像解析は、調和成分と直線成分を分離し、調和成分を強調し、強調された調和成分を利用することにより超音波画像を生成することを含む。受信信号からの調和成分の分離は、適当なフィルタを使用して実施される。超音波撮像のための造影剤の使用は、当業者にとって周知であり、したがって更に詳細には記述されない。
【００１６】
本発明の各種の実施形態において、データは、２Ｄまたは３Ｄデータを形成するために、他のまたは異なるモード関連モジュール（例えば、Ｂモード、カラードップラ、Ｍモード、カラーＭモード、スペクトルドップラ、エラストグラフィ、ＴＶＩ、歪み、歪み速度その他）によって、プロセッサ１１６により処理されてもよい。例えば、１つ以上のモジュールは、Ｂモード、カラードップラ、Ｍモード、カラーＭモード、スペクトルドップラ、エラストグラフィ、ＴＶＩ、歪み、歪み速度およびそれらの組み合わせその他を生成してもよい。画像ビームおよび／またはフレームは記憶され、メモリ内にデータが取得された時間を示すタイミング情報が記録されてもよい。モジュールは、例えば、画像フレームをビーム空間座標から表示空間座標に変換すべくスキャン変換動作を実施するためのスキャン変換モジュールを含んでもよい。患者について手順が実行される間に、画像フレームをメモリから読み出し、画像フレームをリアルタイムで表示する、ビデオプロセッサモジュールが設けられてもよい。ビデオプロセッサモジュールは、画像が読み出され表示される画像メモリに画像フレームを記憶してもよい。
【００１７】
図２は、ある実施形態による超音波振動子１０６（図１に示されている）の断面図の概略表示である。振動子１０６は、音響層２０２を含み、音響層は、複数の振動子素子を含み得る。ある実施形態によれば、振動子素子は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料であってもよい。図２に示される実施形態によれば、音響素子は、直線配列で配置されてもよい。しかし、他の実施形態によれば、振動子素子は、Ｅ４Ｄ振動子などにおける２Ｄ配列を含む、異なる構成で配置されてもよい。振動子１０６は、レンズ２０４、第１の整合層２０６、第２の整合層２０８、不整合層２１０、およびベース２１２を含む。第１の整合層２０６および第２の整合層２０８は、音響層２０２とレンズ２０４の間に配される。第１の整合層２０６は、音響層２０２および第２の整合層２０８に結合される。第２の整合層２０８は、第１の整合層２０６およびレンズ２０４に結合される。不整合層２１０は、反対側で整合層としての音響層２０２およびレンズ２０４に結合される。ある実施形態によれば、図２に示される構成要素は、エポキシまたは別の接着剤を用いて一つに結合されてもよい。よって、図２に表される層の間には、エポキシまたは別の接着剤の非常に薄い層があってもよい。
【００１８】
ある実施形態によれば、音響層は、ＰＺＴであってもよく、ＰＺＴは、３３．７ＭＲａｙｌの比較的高い音響インピーダンスを有する。しかし、組織内への音響エネルギーの伝達を最大化するために、レンズ２０４と音響層２０２の間に整合層２０６、２０８が配される。整合層２０６、２０８は、異なる音響インピーダンスを伴う振動子１０６の層の間の境界から反射して戻される音響エネルギーの量を最小化するように選択される。整合層のそれぞれは、例えば、銅、銅合金、グラファイトパターンが埋め込まれた銅、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属、充填エポキシ、ガラスセラミック、複合セラミック、および／またはｍａｃｏｒを含んでもよい。レンズ２０４は、超音波を用いて撮像される組織とは異なる音速度を伴うゴムまたは任意の他の材料であってもよい。レンズ２０４は、形成され、音響層２０２から放出された超音波ビームをフォーカスするように適応される。レンズ２０４を形成するために使用される材料は、人体の電気インピーダンスに厳密に整合するように選択されてもよい。整合層２０６、２０８は、レンズ２０４と音響層２０２の間の組み合わせ距離ｘをもたらし、距離ｘは、共振周波数で伝達される超音波の所望の波長の約１／４〜１／２である。
【００１９】
不整合層２１０は、音響層２０２に隣接する前面２２０と、音響層２０２とは反対側の後面２２２とを含む。前面２２０は、音響層２０２から一様な距離にある表面を規定する。図２に示される実施形態によれば、前面２２０は平坦面を規定する。しかし、不整合層２１０は、後面２２２が凹面を規定するように形成される。図２は、幅方向２１４に沿う振動子１０６の断面図である。幅方向２１４については、図３に関して更に詳細に記述される。図２に示される実施形態によれば、不整合層２１０の厚さは、幅方向２１４の曲線に従って変化する。
【００２０】
図３は、ある実施形態による図２による不整合層２１０の斜視図の概略表示である。不整合層２１０は、長さ方向２２４および幅方向２１４を有する。図３に見られるように、不整合層２１０は、幅方向２１４よりも長さ方向２２４で長い。前面２２０および後面２２２も図３に表されている。前面２２０は平坦面を規定する。不整合層２１０は、後面２２２が凹面を規定するように形成される。ある実施形態によれば、不整合層２１０は、幅方向２１４で一定の断面を伴う形状である。不整合層２１０の寸法については、ある例示的な実施形態により記述される。ある実施形態によれば、不整合層２１０は、音響層が直線配列として構成される、振動子１０６（図２に示されている）の部分である。直線配列の素子は、長さ方向２２４に沿って配置される。不整合層２１０は、音響層２０２（図２に示されている）よりも高い音響インピーダンスを伴う材料から形成される。不整合層２１０は、例えば、タングステンカーバイドであってもよく、タングステンカーバイドは、約１００ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有する。不整合層２１０は、音響層２０２の音響インピーダンスよりも著しく高い音響インピーダンスを伴う任意の他の材料から作ることができる。ある例示的な実施形態によれば、不整合層２１０は、粉末から粗形状に焼結され、次いで、より正確な寸法を伴う最終形状に機械加工されてもよい。例えば、不整合層２１０は、概ね平坦な層に焼結され、次いで、後面の形状および寸法は、機械加工工程中に最終化されてもよい。ある例示的な実施形態によれば、不整合層２１０は、長さ方向２２４で２８ｍｍ、幅方向２１４で１５ｍｍであってもよい。不整合層２１０は、縁厚さ２２３により示されるように縁の厚さが０．３１ｍｍ、中心厚さ２２５により示されるように中心の厚さが０．１５ｍｍであってもよい。図３には、中心線２２６が破線により表されている。中心線２２６は、不整合層２１０の幅方向２１４で中央にある。本開示の目的では、用語「中心」は、不整合層２１０の中心線に沿う位置を含むように規定される。ある実施形態によれば、不整合層２１０は、後面２２２が凹面を規定するように形成される。図３に示される実施形態の凹面は、１７．８ｃｍの一定の曲率半径を有する。１０〜５０ｃｍの曲率半径を伴う凹面は、最も一般的な振動子の寸法にとって適当なものである。しかし、他の実施形態が、異なる曲率半径を伴う凹面を有してもよく、および／または、そうでなければ異なるように形成される凹面を有してもよいことが理解されるべきである。例えば、他の実施形態は、変化する曲率半径を伴う凹面を有する不整合層を含んでもよい。つまり、不整合層の幅方向２１４の断面は、異なる複数の曲率半径を伴う複合曲線を有する後面を含んでもよい。
【００２１】
図４は、図３に示される不整合層を伴う振動子（「形成された不整合層を伴う振動子」として記載される）を一定の厚さの制御不整合層を伴う振動子（「制御不整合層を伴う振動子」として記載される）と比較する実験結果を示すチャート４００である。図３に示される不整合層の寸法については、既に詳細に記述されてきた。制御不整合層は、長さおよび幅については同じであるが、一定の厚さを有する。より具体的に、制御不整合層は、長さ方向で２８ｍｍ、幅方向で１５ｍｍ、厚さが０．３１ｍｍである。
【００２２】
つぎに図２、図３および図４を参照すると、チャート４００は、制御不整合層を伴う振動子によるデータと、形成された不整合層を伴う振動子によるデータとを含む。形成された不整合層を伴う振動子は、図２および図３に関して記述された振動子である。これは、直線フェーズドアレイ振動子であり、図３に関して記述された寸法を伴う不整合層を含む。制御不整合層を伴う振動子は、不整合層が０．３１ｍｍの一定の厚さであることを除いて、形成された不整合層を伴う振動子と同一である直線フェーズドアレイ振動子である。
【００２３】
振動子の帯域幅は、中心周波数の割合として測定される。チャートにおいて、ＦＬ６が６ｄＢ低周波数であり、ＦＨ６が６ｄＢ高周波数であり、ＦＬ２０が２０ｄＢ低周波数であり、ＦＨ２０が２０ｄＢ高周波数であり、ＰＷ６が６ｄＢパルス幅であり、ＰＷ２０が２０ｄＢパルス幅であり、ＰＷ３０が３０ｄＢパルス幅である。
【００２４】
制御不整合層を伴う振動子は、中心周波数の９３．６％の６ｄＢ帯域幅を有する一方で、形成された不整合層を伴う振動子は、中心周波数の１１２％の６ｄＢ帯域幅を有する。したがって、厚さが変化する不整合層以外の変化なしに、１８．４％広い帯域幅を伴う振動子を製作することが可能である。制御不整合層を伴う振動子は、中心周波数の１２３％の２０ｄＢ帯域幅を有する一方で、形成された不整合層を伴う振動子は、中心周波数の１３７％である帯域幅を有する。したがって、形成された不整合層を伴う振動子は、２０ｄＢ帯域幅について１１％よりも大きな向上を示す。厚さが変化する不整合層の製造は、振動子から追加帯域幅を得るための効率的な方法である。異なる厚さを伴う音響層を作り出すことは、圧電振動子の配列を機械加工するよりも容易でコスト効率が高い。
【００２５】
図５は、ある実施形態による超音波振動子５０２の断面図の概略表示である。図２および図３に関して前述された同一の構成要素を特定するために、共通の参照数字が使用される。超音波振動子５０２は、不整合層５０４およびベース５０６を含む。不整合層５０４は、レンズ２０４に面する前面５０８と、レンズ２０４とは反対側の後面５１０とを規定するように形成される。図５に示される実施形態によれば、不整合層５０４は、前面５０８が音響層２０２から一様な距離にある表面を規定する一方で、後面５１０が凹面を規定するように形成される。前面５０８は、音響層２０２が平坦であるため、図５に示される例示的な実施形態による平坦面を規定する。カーブドアレイプローブなどにおけるように音響層が湾曲している他の実施形態によれば、前面が音響層の曲率に整合する湾曲面を規定するように、不整合層が形成されてもよい。音響層が湾曲している実施形態の場合、不整合層の厚さは、音響層に垂直な方向で測定される。不整合層５０４は、凹溝を規定するように形成される。凹溝は、不整合層５０４が縁厚さ５１２により示されるように縁で、中心厚さ５１４により示されるように中心よりも大きい厚さを有することによって規定される。中心厚さは、不整合層５０４の幅方向２１４の中央位置で得られる。縁厚さは、不整合層の幅方向２１４で中心から最も遠い位置で得られる。図２に関して記述された例のように、振動子５０２は、幅方向２１４よりも長い長さ方向を有する。長さ方向は、図５には見えていない。図５のような断面でみると、不整合層５０４は、一様な厚さである第１の部分５１６を含む。不整合層５０４は、一定角度の第１の表面を規定する第２の部分５１８と、一定角度の第２の表面を規定する第３の部分５２０とも含む。不整合層の厚さは、第２の部分５１８と第３の部分５２０との両方で幅方向２１４に沿って直線態様で変化する。図５に示される実施形態は、例示的な一実施形態にすぎない。他の実施形態によれば、表面は、互いに対して異なる角度で配されてもよく、他の実施形態は、異なる数の表面を含んでもよい。
【００２６】
図６は、ある実施形態による超音波振動子６０２の断面図の概略表示である。図２、図３および図５に関して前述された同一の構成要素を特定するために、共通の参照数字が使用される。超音波振動子６０２は、不整合層６０４およびベース６０６を含む。不整合層６０４は、レンズ２０４に面する前面６０８と、レンズ２０４とは反対側の後面６１０とを規定するように形成される。図６に示される実施形態によれば、不整合層６０４は、前面６０８が平坦面を規定し、後面６１０が複数の表面を規定するように、形成される。不整合層６０４は、異なる厚さを伴う複数の領域を規定するように形成される。不整合層６０４は、第１の領域６１１、第２の領域６１２、第３の領域６１４、第４の領域６１６、および第５の領域６１８を規定する。図６は断面図である。よって、図６に示される領域のそれぞれが、長さ方向に延びる２Ｄ表面（示されていない）を表していることが理解されるべきである。第１の領域６１１は、第１の遷移領域６２１により第２の領域６１２に接続される。第３の領域６１４は、第２の遷移領域６２０により第１の領域６１１に接続される。第４の領域６１６は、第３の遷移領域６２４により第２の領域６１２に接続される。第５の領域６１８は、第４の遷移領域６２２により第３の領域６１４に接続される。図６は、振動子６０２の断面図を表している。ある実施形態において、不整合層６０４は、幅方向２１４の断面が一定であってもよい。したがって、図６に示される領域のそれぞれは、２Ｄ表面を表してもよい。不整合層６０４は、幅方向２１４で中心が縁よりも薄くなるように形成される。中心の厚さは、中心厚さ６２６により示される一方で、縁の厚さは、縁厚さ６２８および６３０により示される。不整合層６０４は、中間厚さの２つの領域も含む。第２の領域６１２および第３の領域６１４は、厚さ６３２および６３４により示される厚さをそれぞれ有する。図６に示される実施形態によれば、不整合層６０４の厚さは、階段関数に従って変化する。つまり、不整合層６０４の厚さは、幅方向２１４にわたる遷移領域のそれぞれで突然に変化する。不整合層の厚さが他の実施形態による他の階段関数に従って変化してもよいことが理解されるべきである。例えば、他の実施形態は、一様な厚さの異なる数の離散階段状部または領域を有してもよい。
【００２７】
図７は、図６に示される不整合層６０４の図の概略表示である。図７は、底面図であり、第１の領域６１１、第２の領域６１２、第３の領域６１４、第４の領域６１６、および第５の領域６１８がそれぞれ２Ｄの領域または表面であることを示している。遷移領域は、図７には見られない。
【００２８】
図８は、ある実施形態による超音波振動子８００の斜視図の概略表示である。超音波振動子８００は音響層８０２を含む。音響層８０２は、２Ｄ配列に配置された複数の振動子素子を含む。振動子８００は、幅方向８０１と長さ方向８０３の両方で完全なビーム誘導を伴うＥ４Ｄ振動子である。ある実施形態によれば、音響層８０２は、幅方向８０１と長さ方向８０３の両方の寸法が共通であってもよい。振動子８００は音響レンズ８０４を含む。振動子８００は、音響層８０２に取り付けられた第１の整合層８０６と、第１の整合層８０６およびレンズ８０４に取り付けられた第２の整合層８０８とを含む。振動子８００は、音響層８０２に取り付けられた不整合層８１０を含む。振動子８００は、不整合層８１０に接続されたベース８１２も含む。
【００２９】
不整合層８１０は、幅方向８０１と長さ方向８０３の両方で厚さが変化する。言い換えれば、不整合層８１０は、幅方向８０１に沿って一定の断面を有していない。不整合層８１０は、後面８１４が凹面を規定するように形成されてもよい。ある実施形態によれば、凹面は、全ての方向で一定の曲率半径を伴うボウル形状の凹み領域を含んでもよい。他の実施形態によれば、凹面の曲率半径は、方向に基づいて変化してもよい。例えば、不整合層８１０は、幅方向８０１の第１の曲率半径および長さ方向８０３の第２の異なる曲率半径を規定するように形成されてもよい。不整合層は、他の実施形態による他の方法で厚さが変化してもよい。例えば、不整合層の厚さは、１つ以上の方向で曲線に従って変化してもよく、厚さは、１つ以上の方向で階段関数に従って変化してもよい。不整合層は、変化する曲率半径を含む複合曲線を規定するように形成されてもよく、不整合層は、互いに対して異なる角度で配された複数の表面を含む後面を規定するように形成されてもよい。これらの表面の数および向きは、実施形態に応じて変化してもよい。しかし、殆どの実施形態において、中心位置の厚さが縁位置のうちの１つ以上の厚さよりも薄いことが想起される。加えて、振動子素子が２Ｄ配列に配置される実施形態の場合、幅方向８０１と長さ方向８０３の両方で同じように不整合層の厚さが変化することが望ましい場合がある。
【００３０】
この明細書は、ベストモードを含めて、本発明を開示するために、ならびに、任意の装置もしくはシステムの製作および使用、組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本発明を実践することも可能にするために例示を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により規定されており、当業者が思い付く他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言とは相違しない構成要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図される。
【符号の説明】
【００３１】
１００  超音波撮像システム
１０１  送信ビームフォーマ
１０２  送信器
１０４  振動子素子
１０６、５０２、６０２、８００  超音波振動子
１０７、２１０、５０４、６０４、８１０  不整合層
１０８  受信器
１１０  受信ビームフォーマ
１１５  ユーザインターフェイス
１１６  プロセッサ
１１８  表示デバイス
１２０  メモリ
２０２、８０２  音響層
２０４、８０４  音響レンズ
２０６、８０６  第１の整合層
２０８、８０８  第２の整合層
２１２、５０６、６０６、８１２  ベース
２１４、８０１  幅方向
２２０、５０８、６０８  前面
２２２、５１０、６１０、８１４  後面
２２３、５１２、６２８、６３０  縁厚さ
２２４、８０３  長さ方向
２２５、５１４、６２６  中心厚さ
２２６  中心線
４００  チャート
５１６  第１の部分
５１８  第２の部分
５２０  第３の部分
６１１  第１の領域
６１２  第２の領域
６１４  第３の領域
６１６  第４の領域
６１８  第５の領域
６２１  第１の遷移領域
６２０  第２の遷移領域
６２４  第３の遷移領域
６２２  第４の遷移領域
６３２、６３４  中間厚さ
【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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【国際調査報告】
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