JP2000271116A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波探触子の振動子の長辺方向のフォーカ
スの向上を図る。 【解決手段】 圧電振動子５２に当接するバッキング材
５４の表面に多数の溝７０を設ける。当該表面上での溝
７０の開口面積の密度は、長辺方向の中心に向かうほど
大きくなるように構成する。これにより、中心に向かう
ほど、バッキング材５４のダンピング効果が弱くなり超
音波の吸収作用も弱くなる。その結果、中心ほど、音響
パワーが被検体側へ振り向けられる。一方、端部に行く
ほどバッキング材５４への吸収が大きい。よって、超音
波ビームのサイドローブが低減しメインビームのパワー
が強まり、振動子の長辺方向のビーム幅が狭められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探触子に関
し、特にその分解能の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子走査方式を採用する超音波診断装置
においては、微小な短冊形の圧電振動子を多数配列した
アレイ型の振動子部を有した電子走査アレイ探触子が用
いられている。

【０００３】図２は、従来のリニアアレイ探触子の概略
の構造を示す模式的な斜視図である。この従来のリニア
アレイ探触子においては、複数の圧電振動子２がアレイ
方向に整列してバッキング材（背面負荷材）４上に固定
されている。

【０００４】各圧電振動子２は短冊形の平面形状を有
し、隣り合う各圧電振動子は互いの長辺を向き合わせて
平行に配列される。個々の圧電振動子２は、圧電セラミ
ックス等の材質からなる圧電体８の表面、裏面にそれぞ
れ正電極１０及び負電極１２が設けられた構造を有して
いる。これら正電極１０、負電極１２には、リード線
（図示せず。）が接続され、これらリード線を介して圧
電振動子２に電圧パルスを印加することにより、圧電体
８が振動して振動子アレイの前面に位置する被検体へ超
音波が放射される。一方、被検体で反射した超音波が振
動子アレイの前面に入射すると、その超音波に共振した
圧電体８がその振動による歪みに応じた電圧を生じ、こ
れが正電極１０と負電極１２との間の電圧信号として取
り出される。

【０００５】バッキング材４は、ゴムなどの材質で構成
され圧電振動子２の背面を支え、圧電振動子２の振動を
ダンピングして、不要な超音波を吸収し、探触子が、尾
曳きの少ない短いパルス信号を送受できるようにする働
きを有する。

【０００６】さて、圧電振動子２から発生される超音波
ビームは完全な線状に形成されるのではなく、ある幅を
もって形成される。また、メインビームだけでなく、そ
れよりも強度は弱いが所望の方向以外へ放射されるサイ
ドローブが生じる。圧電振動子２の長辺に直交する振動
子アレイの走査方向については電子フォーカスにより所
望の方向に良好にビームを絞ることができるが、圧電振
動子２の長辺方向（エレベーション方向）は、電子フォ
ーカスが行われないため、この方向の解像度が低いとい
う問題があった。

【０００７】この問題への対策として、従来、圧電振動
子２の前面には音響整合層１４を介して音響レンズ１６
が設けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】エレベーション方向の
ビーム幅の抑制は、音響レンズ１６だけでは必ずしも十
分でないという問題があった。

【０００９】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、サイドローブを抑制し振動子のエレベーシ
ョン方向のビーム幅を一層絞り、解像度の向上が図られ
る超音波探触子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波探触
子は、背面負荷材の圧電振動子との当接面に、互いに平
行であって前記圧電振動子の配列方向に延びた複数の溝
が設けられ、前記当接面上での前記溝の開口面積密度
は、前記圧電振動子の配列方向と直交する方向（長辺方
向）の中心に向かって単調に増加することを特徴とする
ものである。

【００１１】本発明によれば、背面負荷材が圧電振動子
に当接する面積が圧電振動子の長辺方向の端部から中心
に向かうに従い小さくなるのに応じて、背面負荷の効果
も小さくなる。つまり、中心寄りほど背面負荷材の超音
波の吸収作用が弱まり、その反対に端部寄りほど吸収作
用が強くなる。この背面負荷材による吸収作用の空間的
変調に応じて、中央部の前面への音響パワーの集中度合
いが高まる。すなわち、本発明による超音波ビームの分
布においては、サイドローブが抑制され、一方、圧電振
動子の法線方向へのメインビーム成分が強まる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る超音波探触子
の好適な実施形態について図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明に係るリニアアレイ探触子
の概略の構造を示す図であり、アレイ方向から見た模式
的な正面図である。このリニアアレイ探触子において
は、圧電振動子５２で構成される振動子部がバッキング
材５４上に設けられる。

【００１４】振動子部は、図２に示す従来の探触子と同
様、多数の圧電振動子５２が一次元的（図１における紙
面垂直方向）に配列されたアレイ構造である。圧電振動
子５２は互いに独立に駆動し得るように構成される。こ
の圧電振動子５２の相互の分離は、例えば、従来同様、
当初一体の圧電体５８、正電極６０及び負電極６２の積
層体をバッキング材５４の上に形成したのち、当該積層
体をアレイ方向と直交する方向にスライスすることによ
り実現することができ、矩形形状の各圧電振動子５２は
隣接する圧電振動子５２と長辺を向き合わせて互いに平
行に配置される。

【００１５】圧電体５８は、例えばＰＺＴといった圧電
セラミックス板を用いて構成される。また、正電極６
０、負電極６２は、例えば圧電体５８の両面にそれぞれ
スパッタ法で数千オングストロームの厚さの金属膜を付
着することにより形成される。

【００１６】これら正電極６０、負電極６２には、リー
ド線（図示せず。）が接続され、これらリード線を介し
て圧電振動子５２に電圧パルスを印加することにより、
圧電体５８が振動して振動子アレイの前面に位置する被
検体へ超音波が放射される。一方、被検体で反射した超
音波が振動子アレイの前面に入射すると、その超音波に
共振した圧電体５８ではその振動による歪みに応じた電
圧が生じ、これが正電極６０と負電極６２との間の電圧
信号として取り出される。

【００１７】振動子部の前面には従来同様、被検体とな
る生体との音響インピーダンスの整合を図るための音響
整合層６４を介して、超音波ビームの収束を図るための
音響レンズ６６が設けられ、被検体である生体との音響
的な結合の向上と、エレベーション方向のビームフォー
カスが図られている。

【００１８】本探触子の特徴は、バッキング材５４の圧
電振動子５２に当接される側の表面に多数の溝７０が設
けられている点にある。この溝７０は互いに平行であっ
てそれぞれアレイ方向に延びるように設けられる。各溝
７０は同一の幅を有するが、隣接する溝７０の間隔は、
圧電振動子５２の長辺方向の中心に向かって小さくな
る。これにより、バッキング材５４の表面における溝７
０の開口面積の密度は、エレベーション方向の中心に向
かって単調に増加する。なお、ここではその開口面積の
密度関数が基本的に圧電振動子５２のエレベーション方
向の中心に関し対称となるように、溝７０が配置され
る。これにより、圧電振動子５２のエレベーション方向
の中心ほど、バッキング材５４が圧電振動子５２に当接
する面積が減少し、圧電振動子５２に対するダンピング
の効果が弱まる。

【００１９】具体的に述べれば、圧電体５８は上述した
ように圧電セラミックス等の材質で構成され、比較的大
きな音響インピーダンスＺ0を有する。一方、バッキン
グ材５４は、従来同様、ゴムなどの材質で構成され、圧
電体５８より小さな音響インピーダンスＺBを有してい
るが、本探触子では内部に空気（一般的なＺBに比し空
気の音響インピーダンスは小さい。）を有した溝７０が
設けられることにより、圧電振動子５２から見える実効
的な音響インピーダンスＺeffは、ＺBより小さくなる。
その低減の程度はエレベーション方向に関する中心から
の距離ｘに依存し、よって、Ｚeffはｘの関数である。
具体的には、Ｚeffは中心に向かって単調に減少し、｜
ｘ1｜＜｜ｘ2｜なる任意の２つの距離ｘ1、ｘ2に対し、
Ｚeff(ｘ1)＜Ｚeff(ｘ2)≦ＺB＜Ｚ0という関係が成り立
つ。

【００２０】このように、開口面積の密度がエレベーシ
ョン方向の中心に向かって大きくなるように溝７０を設
けることにより、バッキング材５４の実効的な音響イン
ピーダンスＺeffが中心に近づくほど低くなる。これに
より、端部においては超音波は背面のバッキング材５４
へ吸収されやすいが、中央部に向かうほど背面へ吸収さ
れにくくなるため、超音波ビームの分布においては、サ
イドローブが抑制され、一方、圧電振動子の中心からそ
の法線方向へ向かうメインビーム成分の相対強度が強ま
る。このようにして、本探触子では、エレベーション方
向の中心に垂直な方向への指向性が強化され、エレベー
ション方向のフォーカスが改善される。

【００２１】なお、上述のようにＺeffが中心に向かっ
て低減する関係が得られる限り、溝７０は空気の代わり
に他の物質で充填されていても構わない。例えば、その
ような充填物質は、ＺBより小さい音響インピーダンス
を有する物質である。

【００２２】溝７０は、バッキング材５４に圧電振動子
５２を固着する前に、ダイシングソウ等によって、バッ
キング材５４の表面に形成される。

【００２３】上述の例は、各溝７０の幅は同一とし、そ
の間隔を端部で大きく、中心部で小さくしたものである
が、開口面積密度が中心に向かって増加する他の形態も
可能である。例えば、溝の幅を中心に近いものほど大き
くすれば溝の間隔が一定である場合でも、同様の効果が
得られる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の超音波探触子によれば、圧電振
動子に当接されるバッキング材の表面に設ける溝によっ
て、圧電振動子からバッキング材を見たときの実効的な
音響インピーダンスをエレベーション方向の中心ほど低
くすることにより、中央部に向かうほど超音波は背面へ
吸収されにくく中央部領域で音響パワーの前方への振り
向けがより多く行われ、超音波ビームのエレベーション
方向の指向性を高めることができるという効果が得られ
る。バッキング材への溝の形成は機械的に行うことがで
き、溝の幅や間隔を調整することによって実効的な音響
インピーダンスを容易に可変できる。したがって、バッ
キング材に溝を形成することによるエレベーション方向
のフォーカス改善の実現はバッキング材の材質を変える
ことによる場合に比べて容易であるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態であるリニアアレイ探触子
の概略の構造を示す模式的な正面図である。

【図２】 従来のリニアアレイ探触子の概略の構造を示
す模式的な斜視図である。

【符号の説明】 ５２ 圧電振動子、５４ バッキング材、６４ 音響整
合層、５８ 圧電体、６０ 正電極、６２ 負電極、６
６ 音響レンズ、７０ 溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 麻生 剛己 東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号 アロカ 株式会社内 Ｆターム(参考） 4C301 EE01 EE07 EE20 GB04 GB20 GB22 GB27 HH23

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ短冊形であり互いの長辺を向き
   合わせて平行に配列される複数の圧電振動子と、前記圧
   電振動子の被検体に接する側と反対側の面に当接した背
   面負荷材とを有する超音波探触子において、 前記背面負荷材の前記圧電振動子との当接面には、互い
   に平行であって前記圧電振動子の配列方向に延びた複数
   の溝が設けられ、 前記当接面上での前記溝の開口面積密度は、前記圧電振
   動子の配列方向と直交する方向の中心に向かって単調に
   増加すること、 を特徴とする超音波探触子。