JP2004023781A

JP2004023781A - Ultrasonic probe

Info

Publication number: JP2004023781A
Application number: JP2002215893A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Katou; 加藤　千比呂; Naoko Hara; 原　直子
Original assignee: Tomey Corp
Current assignee: Tomey Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP4017934B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-dimensional array probe for solving a problem that a sensitivity is lowered when an ultrasonic beam is considerably deflected. <P>SOLUTION: In a two-dimensional array probe 1, an acoustic lens 5 is provided for scattering the ultrasonic beam for each vibrator element 30. Further, in order to improve close contact with an examinee body, respective acoustic lens gaps are filled, and a protecting layer is formed to cover an entire vibrator element group. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超音波ビームの指向性を改善し、超音波ビームを大きく偏向した場合でも、十分な感度を得ることができる超音波診断装置用二次元アレイ探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の二次元アレイ探触子１は、図４に示すように超音波を送信すると共にその反射エコーを受信する複数の圧電体２を平面状あるいは曲面状に配置し、各圧電体２の両面に電極３を設け、超音波放射面側の電極の上に音響整合層４を形成した構造となっている。また該電極背面にバッキング材６が設けられている。さらに超音波放射面側に全振動子エレメントを覆うように、ある曲率を持った音響レンズ５を設けることにより焦点形成を行う場合もある。
【０００３】
一方、前記振動子エレメントが円形である場合、１エレメントから放射される超音波の強度分布Ｒは、振動子の半径をａ、放射される超音波の波長をλ、メインローブの中心からの方位角をθ、Ｊ_１（ｘ）を一次ベッセル関数とすると、下記の式（１）および（２）によって表される。
【０００４】

【０００５】
つまり、振動子エレメントから放射される超音波ビームは図２に示すような指向性を有する。また、従来の二次元アレイ探触子は、前記振動子エレメントを二次元的に配列して構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の二次元アレイ探触子において、各振動子から超音波を送受信する際に、位相差を制御することにより超音波ビームを偏向する（ステアリング、フォーカシング）ことが通常行われる。この場合、各振動子エレメントから放射される超音波ビームが図２に示すようにθが大きくなるほどメインローブ２０の強度が低下するという指向性を有するために、前記二次元アレイ探触子における超音波ビームの偏向角が大きい領域では感度が低下する。
【０００７】
このような領域で十分な感度を得る方法として、前記振動子エレメントの半径ａを小さくすることにより超音波ビームを無指向性に近づけることが考えられるが、超音波の周波数が高くなるほど微細加工が要求されるため現実的には製造上困難が伴ってくるという問題が生じる。一方、振動子エレメントを小さくするほど超音波の出力強度が低下するため反射超音波の信号対雑音比が低下するという問題も生ずる。
【０００８】
そこで、本発明は、振動子エレメントをそれほど小さくすることなく、放射超音波ビームの指向性を向上することにより、偏向角が大きい領域でも十分な感度を得ることのできる超音波診断装置用の二次元アレイ探触子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、矩形または円形或いは六角形の形状を有する上記振動子エレメントを、平面状または凸面状或いは凹面状に二次元配置し、上記振動子エレメントごとに超音波ビームを拡散する音響レンズを設けることにより、各エレメントをそれほど小さくしなくても超音波ビームの指向性を向上することが可能である。
【００１０】
前記音響レンズは、振動子エレメントごとに個別に形成され、且つ単一の曲面または複数の曲面の集合体で構成される。
【００１１】
また、前記音響レンズは、振動子エレメントごとの音響レンズを連結して一体形成された構造としてもよい。
【００１２】
前記二次元アレイ探触子は、複数の独立した圧電体によって振動子エレメントを構成するか若しくは一枚の圧電体に電極パターンを形成することによって振動子エレメントを構成してもよい。
【００１３】
前記圧電体は単一の圧電体または複合圧電体を用いる。
【００１４】
前記二次元アレイ探触子において、各音響レンズ間を埋め且つ音響レンズ群全体または音響レンズ集合体全体を覆うように保護層を設ける。
【００１５】
【作用】
上記構成を有する二次元アレイ探触子は、振動子エレメントごとに超音波ビームを拡散するための音響レンズを設けることにより、超音波ビームのメインローブの幅が広がり指向性を向上することができるため、電子スキャンにおいて偏向角を大きくした場合でも十分な感度を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明の振動子エレメント３０を上から見た図であり、それぞれ矩形、円形および六角形の形状を有している。また、図３（ｄ）および（ｅ）は本発明の振動子エレメント３０を横から見た図であり、圧電体２の上下両面に電極３を設け、前記電極の片側に超音波の背面放射を吸収するためのバッキング材６を配し、さらに超音波放射面の電極の前には音響インピーダンスマッチングのための音響整合層４を形成し、前記音響整合層の前に超音波ビームを拡散するための音響レンズ５を設けている。
【００１７】
図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は本発明の前記振動子エレメントを二次元配置する実施例を示している。図１（ａ）は図３の矩形振動子エレメントを二次元配置する実施例であり、（ｂ）および（ｃ）は円形振動子エレメントを二次元配置する実施例である。さらに図１の（ｄ）は六角形振動子エレメントを二次元配置する実施例を示している。（ａ）、（ｃ）および（ｄ）は面積効率が高い配置であり、（ａ）および（ｂ）は直交配置である。その他の配置方法も考えられるが、一般的に各エレメントの間隔が密で、エレメント数を多くしたほうが指向性を向上することができる。
【００１８】
図１（ｅ）および（ｆ）は本発明の第一の実施例であり、前記振動子エレメントを二次元配置して構成した二次元アレイ探触子を横から見た断面図を示す。振動子エレメント３０を図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）などのように二次元配列し、その超音波ビームの放射面側全体に、生体との密着性向上と保護を目的とした保護層４０を設ける。該保護層は音速および音響インピーダンスとも生体に近い材料を用いて、複数の前記音響レンズの先端が成す面にほぼ平行あるいは生体に合わせた形状となるように形成する。また端部は生体密着性を向上するために滑らかな形状とする。
【００１９】
前記音響レンズ５内の音速値が前記保護層４０内の音速値と比較して速い材料を使用する場合は、図３（ｄ）および図１（ｅ）に示すように音響レンズを凸面状に形成することにより超音波ビームを拡散することができる。逆に音速値が遅い材質を用いる場合には、図３（ｅ）および図１（ｆ）に示すように音響レンズを凹面状に形成することにより超音波ビームを拡散することが可能である。
【００２０】
図５は本発明の第二の実施例を示している。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、振動子エレメント３０は、圧電体２の上下両面に電極３を設け、超音波放射面の電極の前には音響インピーダンスマッチングのための音響整合層４を形成し、前記音響整合層の前に超音波ビームを拡散するための音響レンズ５を設けている。図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は前記振動子エレメント３０を二次元配置して成る二次元アレイ探触子の実施例を横から見た断面図を示している。図５（ｃ）では平面のバッキング材６を形成し、その上に前記振動子エレメント３０を二次元配置している。図５（ｄ）ではある曲率でバッキング材６を形成し、その凹面側に前記振動子エレメント３０を二次元配置している。さらに図５（ｅ）では凸面状にバッキング材６を形成し、その上に前記振動子エレメント３０を二次元配置している。図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）の超音波ビーム放射面側には、二次元アレイ全体を覆うように保護層４０を形成する。該保護層の表面形状は超音波ビームの放射方向と直交するように形成されるか若しくは生体の形状に合わせた形状に形成され、端部は生体との密着性を向上するために滑らかな形状とする。図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は凸状音響レンズを用いた（ａ）の振動子エレメントで構成されているが、凹状音響レンズを用いた（ｂ）の振動子エレメントで構成してもよい。また、振動子エレメントの二次元配置の方法は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。
【００２１】
図６は前記音響レンズの具体的な形状の例を示す。図６（ａ）は前記振動子エレメントごとに設けられる音響レンズ５が、単一の曲面から形成される例である。図６（ｂ）は前記振動子エレメントごとに設けられる音響レンズ５が、複数の曲面の集合体で形成される例である。
【００２２】
図６（ａ）の音響レンズ５の場合、前記振動子エレメントごとに放射される超音波ビームの進行方向は６０の方向に均等に拡散するため、各音響レンズに対して波面が球面状となる。一方、図６（ｂ）の音響レンズ５の場合は、前記振動子エレメントごとに音響レンズが複数の微小曲面で構成されており、超音波ビームは該微小曲面から均等に拡散するため、前記振動子エレメントから放射される超音波ビームの進行方向は６０’であり、前記振動子エレメントの波面は中央が平面波、周辺部は曲面状となる。第一および第二の実施例においては、図６に示す何れの形状の音響レンズを用いてもよい。
【００２３】
図７は前記音響レンズを一体形成する場合の第三の実施例を示す。図７（ａ）は図６（ａ）の音響レンズを二次元的に連結して一体形成した音響レンズ集合体７０を用いた本発明の二次元アレイ探触子における実施例を横から見た断面図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）の音響レンズを二次元的に連結して一体形成した音響レンズ集合体７０を用いた本発明の二次元アレイ探触子における実施例を横から見た断面図である。図７の実施例では二次元配置された複数の振動子エレメント３０と同じ位置にそれぞれ音響レンズ５が配置されるように音響レンズ集合体７０が形成されているため、第一および第二の実施例のように音響レンズを振動子エレメントごとに個別に配置する場合と同一の効果が得られる。さらに本実施例では、製造工程上著しく作業が簡略化できるという利点がある。本実施例では、振動子エレメントを二次元配置する方法として図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。また、図５（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）に示すように、平面、凸面または凹面状に形成されたバッキング材の上に振動子エレメントを並べる方法を採用してもよい。
【００２４】
ここで、第一、第二および第三の実施例においては、複数の独立したアレイ状圧電体を集めて二次元アレイ探触子が形成されているが、図８に示す第四の実施例のように一枚の圧電体２の両面にアレイ状電極パターン８０を形成する方法を用いてもよい。図８（ａ）および（ｂ）において圧電体２の超音波放射面側全面に共通電極を形成し、その逆面にはアレイ状電極パターンを形成する。図８（ｃ）に示すように、前記共通電極側に整合層４を設け、その上に前記音響レンズまたは音響レンズ集合体７０を形成し、さらにその上に保護層４０を設ける。また、アレイ状電極パターン側にはバッキング材６を配置する。本実施例は、複数の独立した振動子エレメントを集めて二次元アレイ探触子を形成する第一、第二および第三の実施例と同一の作用をもたらす。さらに第一、第二および第三の実施例と比較して、製造工程上の位置決め作業が容易である。本実施例において、振動モードの厚み振動成分が大きく横振動成分が少ないポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やチタン酸鉛（ＰＴ）などの圧電体を用いることが望ましい。本実施例においては、振動子エレメントを二次元配置する方法として、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。また、二次元アレイ探触子全体の形状が図８（ｃ）に示すような平面であるのみでなく、凸面或いは凹面であってもよい。さらにアレイ状電極パターンの形状は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）またはその他の如何なる形状でもよく、その配置は図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置方法を採用してもよい。また本実施例における音響レンズの構成は第一、第二および第三の実施例で記載した如何なる構成を採用してもよい。
【００２５】
図９は複合圧電体を用いて二次元アレイ探触子を構成した本発明における第五の実施例を示す。図９（ａ）の複合圧電体９０の超音波放射面側全面に図９（ｂ）、（ｃ）に示すように共通電極８１を形成し、その逆面にはアレイ状電極パターン８０を形成する。図９（ｄ）に示すように、前記共通電極側に音響整合層４を設け、その上に前記音響レンズまたは音響レンズ集合体７０を形成し、さらにその上に保護層４０を設ける。また、アレイ状電極パターン側にはバッキング材６を配置する。本実施例において複合圧電体を用いることにより、隣接するエレメント同士の影響を低減することが可能である。本実施例においては、振動子エレメントを二次元配置する方法として、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置を採用してもよい。また、二次元アレイ探触子全体の形状が図９（ｄ）に示すような平面であるのみでなく、凸面或いは凹面であってもよい。さらにアレイ状電極パターンの形状は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）またはその他の如何なる形状でもよく、その配置は図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）またはその他の如何なる配置方法を採用してもよい。また本実施例における音響レンズの構成は第一、第二および第三の実施例で記載した如何なる構成を採用してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、超音波診断装置に用いる二次元アレイ探触子において、振動子エレメントごとに超音波ビームを拡散するための音響レンズを設けることにより、それほど各振動子エレメントを小さくしなくても放射超音波の指向性を向上することができ、これにより超音波ビームの偏向角が大きい領域で感度が低下するという問題を解決することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動子エレメントの並べ方と第一の実施例における二次元アレイ探触子を横から見た断面図
【図２】円形振動素子から放射される超音波の指向性
【図３】本発明の各振動子エレメントの形状と構造を示す図
【図４】従来の二次元アレイ探触子の例
【図５】本発明の第二の実施例における二次元アレイ探触子を横から見た断面図。
【図６】本発明における音響レンズと音響レンズを通過する超音波ビームの進行方向と波面を説明する図。
【図７】本発明の第三の実施例における二次元アレイ探触子を横から見た断面図。
【図８】本発明の第四の実施例における二次元アレイ探触子の構造を説明する図。
【図９】本発明の第五の実施例における二次元アレイ探触子の構造を説明する図。
【符号の説明】
１　二次元アレイ探触子
２　圧電体
３　電極
４　音響整合層
５　音響レンズ
６　バッキング材
２０　メインローブ
２１　サイドローブ
３０　振動子エレメント
４０　保護層
６０、６０’　超音波ビーム進行方向
６１、６１’　波面
７０　音響レンズ集合体
８０　アレイ状電極パターン
８１　共通電極
９０　複合圧電体[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a two-dimensional array probe for an ultrasonic diagnostic apparatus capable of improving the directivity of an ultrasonic beam and obtaining sufficient sensitivity even when the ultrasonic beam is largely deflected.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 4, a conventional two-dimensional array probe 1 has a plurality of piezoelectric bodies 2 that transmit ultrasonic waves and receive reflected echoes thereof arranged in a plane or on a curved surface. And an acoustic matching layer 4 formed on the electrode on the ultrasonic wave emitting surface side. A backing material 6 is provided on the back surface of the electrode. In some cases, a focal point is formed by providing an acoustic lens 5 having a certain curvature so as to cover all the transducer elements on the ultrasonic wave emitting surface side.
[0003]
On the other hand, when the vibrator element is circular, the intensity distribution R of the ultrasonic wave radiated from one element is a radius of the vibrator, a is a wavelength of the radiated ultrasonic wave, and azimuth from the center of the main lobe. When the angle is θ and J ₁ (x) is a first-order Bessel function, the angle is represented by the following equations (1) and (2).
[0004]

[0005]
That is, the ultrasonic beam radiated from the transducer element has directivity as shown in FIG. Further, a conventional two-dimensional array probe is configured by two-dimensionally arranging the transducer elements.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional two-dimensional array probe, when transmitting and receiving ultrasonic waves from each transducer, it is usual to deflect the ultrasonic beam (steering, focusing) by controlling the phase difference. In this case, since the ultrasonic beam emitted from each transducer element has directivity such that the intensity of the main lobe 20 decreases as θ increases as shown in FIG. 2, the ultrasonic beam in the two-dimensional array probe The sensitivity is reduced in a region where the deflection angle of the sound beam is large.
[0007]
As a method of obtaining sufficient sensitivity in such a region, it is conceivable to reduce the radius a of the vibrator element to make the ultrasonic beam closer to non-directionality. In reality, there is a problem that manufacturing is difficult due to the requirement. On the other hand, the smaller the transducer element, the lower the output intensity of the ultrasonic wave, so that a problem arises that the signal-to-noise ratio of the reflected ultrasonic wave decreases.
[0008]
Therefore, the present invention is directed to an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining sufficient sensitivity even in a region where the deflection angle is large by improving the directivity of the emitted ultrasonic beam without making the transducer element so small. It is an object to provide a two-dimensional array probe.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, the transducer element having a rectangular, circular, or hexagonal shape is two-dimensionally arranged in a planar, convex, or concave shape, and an ultrasonic wave is provided for each of the transducer elements. By providing the acoustic lens that diffuses the beam, it is possible to improve the directivity of the ultrasonic beam without making each element so small.
[0010]
The acoustic lens is individually formed for each transducer element, and is constituted by a single curved surface or an aggregate of a plurality of curved surfaces.
[0011]
Further, the acoustic lens may have a structure in which acoustic lenses of the respective vibrator elements are connected and integrally formed.
[0012]
In the two-dimensional array probe, a vibrator element may be formed by forming a vibrator element by a plurality of independent piezoelectric bodies or by forming an electrode pattern on one piezoelectric body.
[0013]
The piezoelectric body uses a single piezoelectric body or a composite piezoelectric body.
[0014]
In the two-dimensional array probe, a protective layer is provided so as to fill between acoustic lenses and cover the entire acoustic lens group or the entire acoustic lens assembly.
[0015]
[Action]
In the two-dimensional array probe having the above configuration, by providing an acoustic lens for diffusing the ultrasonic beam for each transducer element, the width of the main lobe of the ultrasonic beam can be increased and the directivity can be improved. Therefore, sufficient sensitivity can be obtained even when the deflection angle is increased in electronic scanning.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIGS. 3A, 3B, and 3C are views of the transducer element 30 of the present invention as viewed from above, and have rectangular, circular, and hexagonal shapes, respectively. FIGS. 3D and 3E are views of the vibrator element 30 of the present invention as viewed from the side. Electrodes 3 are provided on both upper and lower surfaces of the piezoelectric body 2, and ultrasonic back radiation is provided on one side of the electrodes. A backing material 6 for absorbing the acoustic wave, an acoustic matching layer 4 for acoustic impedance matching is formed in front of the electrode on the ultrasonic wave emitting surface, and an ultrasonic beam is diffused before the acoustic matching layer. Lens 5 is provided.
[0017]
(A), (b), (c) and (d) of FIG. 1 show an embodiment in which the vibrator elements of the present invention are two-dimensionally arranged. FIG. 1A shows an embodiment in which the rectangular transducer elements of FIG. 3 are two-dimensionally arranged, and FIGS. 1B and 1C show an embodiment in which circular transducer elements are two-dimensionally arranged. FIG. 1D shows an embodiment in which hexagonal vibrator elements are two-dimensionally arranged. (A), (c) and (d) are arrangements with high area efficiency, and (a) and (b) are orthogonal arrangements. Although other arrangement methods are conceivable, generally, the intervals between the elements are close and the directivity can be improved by increasing the number of elements.
[0018]
FIGS. 1E and 1F show a first embodiment of the present invention, and are cross-sectional views of a two-dimensional array probe in which the transducer elements are two-dimensionally arranged and viewed from the side. The transducer elements 30 are two-dimensionally arranged as shown in FIGS. 1 (a), 1 (b), 1 (c) and 1 (d), and the whole of the radiation surface side of the ultrasonic beam is improved in the adhesion to the living body and protected. The protective layer 40 for the purpose is provided. The protective layer is formed of a material having a sound velocity and an acoustic impedance close to that of a living body, so as to be substantially parallel to a surface formed by the tips of the plurality of acoustic lenses or to have a shape adapted to the living body. In addition, the end portion has a smooth shape in order to improve bioadhesiveness.
[0019]
When a material having a higher sound velocity value in the acoustic lens 5 than the sound velocity value in the protective layer 40 is used, the acoustic lens is formed into a convex shape as shown in FIGS. By forming, the ultrasonic beam can be diffused. Conversely, when a material having a low sound velocity value is used, it is possible to diffuse the ultrasonic beam by forming the acoustic lens in a concave shape as shown in FIGS. 3 (e) and 1 (f).
[0020]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 5A and 5B, the vibrator element 30 is provided with electrodes 3 on both the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 2, and has acoustic matching for acoustic impedance matching before the electrodes on the ultrasonic wave emitting surface. A layer 4 is formed, and an acoustic lens 5 for diffusing an ultrasonic beam is provided in front of the acoustic matching layer. FIGS. 5C, 5D and 5E are cross-sectional views of an embodiment of the two-dimensional array probe in which the transducer elements 30 are two-dimensionally arranged, as viewed from the side. In FIG. 5C, a planar backing material 6 is formed, and the vibrator elements 30 are two-dimensionally arranged thereon. In FIG. 5D, the backing material 6 is formed with a certain curvature, and the vibrator elements 30 are two-dimensionally arranged on the concave surface side. Further, in FIG. 5E, the backing material 6 is formed in a convex shape, and the vibrator elements 30 are two-dimensionally arranged thereon. A protective layer 40 is formed on the ultrasonic beam emitting surface side in FIGS. 5C, 5D, and 5E so as to cover the entire two-dimensional array. The surface shape of the protective layer is formed so as to be orthogonal to the radiation direction of the ultrasonic beam or to a shape conforming to the shape of the living body, and the end portion has a smooth shape to improve the adhesion to the living body. And FIGS. 5C, 5D and 5E are composed of the vibrator element of FIG. 5A using a convex acoustic lens, but are composed of the vibrator element of FIG. 5B using a concave acoustic lens. May be. The method of two-dimensionally arranging the transducer elements may employ the arrangement shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D or any other arrangement.
[0021]
FIG. 6 shows an example of a specific shape of the acoustic lens. FIG. 6A shows an example in which the acoustic lens 5 provided for each transducer element is formed from a single curved surface. FIG. 6B shows an example in which the acoustic lens 5 provided for each transducer element is formed of an aggregate of a plurality of curved surfaces.
[0022]
In the case of the acoustic lens 5 of FIG. 6A, the traveling direction of the ultrasonic beam radiated for each transducer element is evenly diffused in the direction of 60, so that the wavefront of each acoustic lens is spherical. . On the other hand, in the case of the acoustic lens 5 shown in FIG. 6B, the acoustic lens is composed of a plurality of minute curved surfaces for each of the transducer elements, and the ultrasonic beam is evenly diffused from the minute curved surface. The traveling direction of the ultrasonic beam emitted from the transducer element is 60 ', and the wavefront of the transducer element has a plane wave at the center and a curved surface at the periphery. In the first and second embodiments, an acoustic lens having any shape shown in FIG. 6 may be used.
[0023]
FIG. 7 shows a third embodiment in which the acoustic lens is integrally formed. FIG. 7A is a side view of an embodiment of the two-dimensional array probe of the present invention using an acoustic lens assembly 70 integrally formed by connecting the acoustic lenses of FIG. 6A two-dimensionally. FIG. 7B is a sectional view, and FIG. 7B is an embodiment of the two-dimensional array probe of the present invention using the acoustic lens assembly 70 integrally formed by connecting the acoustic lenses of FIG. 6B two-dimensionally. It is sectional drawing which looked at from the side. In the embodiment of FIG. 7, the acoustic lens assembly 70 is formed such that the acoustic lenses 5 are arranged at the same positions as the two-dimensionally arranged transducer elements 30, respectively. The same effect can be obtained as in the case where acoustic lenses are individually arranged for each transducer element as in the example. Further, in this embodiment, there is an advantage that the operation can be significantly simplified in the manufacturing process. In the present embodiment, FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D or any other arrangement may be employed as a method of two-dimensionally arranging the transducer elements. Alternatively, as shown in FIGS. 5C, 5D and 5E, a method of arranging transducer elements on a backing material formed in a flat, convex or concave shape may be adopted.
[0024]
Here, in the first, second and third embodiments, a two-dimensional array probe is formed by collecting a plurality of independent array-shaped piezoelectric bodies, but the fourth embodiment shown in FIG. The method of forming the array electrode patterns 80 on both surfaces of one piezoelectric body 2 as described above may be used. 8A and 8B, a common electrode is formed on the entire surface of the piezoelectric body 2 on the ultrasonic emission surface side, and an array electrode pattern is formed on the opposite surface. As shown in FIG. 8C, a matching layer 4 is provided on the common electrode side, the acoustic lens or acoustic lens assembly 70 is formed thereon, and a protective layer 40 is further provided thereon. The backing material 6 is arranged on the array electrode pattern side. This embodiment has the same operation as the first, second and third embodiments in which a plurality of independent transducer elements are collected to form a two-dimensional array probe. Further, as compared with the first, second and third embodiments, the positioning operation in the manufacturing process is easier. In this embodiment, it is desirable to use a piezoelectric material such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or lead titanate (PT) having a large thickness vibration component and a small transverse vibration component in the vibration mode. In this embodiment, as a method of two-dimensionally arranging the transducer elements, the arrangement shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D or any other arrangement may be employed. Further, the entire shape of the two-dimensional array probe may be not only a flat surface as shown in FIG. 8C but also a convex surface or a concave surface. Further, the shape of the array-shaped electrode pattern may be any of FIGS. 3 (a), (b), (c) or any other shape, and the arrangement thereof is shown in FIGS. Alternatively, any other arrangement method may be adopted. Further, the configuration of the acoustic lens in this embodiment may employ any of the configurations described in the first, second, and third embodiments.
[0025]
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention in which a two-dimensional array probe is formed by using a composite piezoelectric body. As shown in FIGS. 9B and 9C, a common electrode 81 is formed on the entire surface of the composite piezoelectric body 90 shown in FIG. 9A on the ultrasonic wave emitting surface side, and an array electrode pattern 80 is formed on the opposite surface. I do. As shown in FIG. 9D, an acoustic matching layer 4 is provided on the common electrode side, the acoustic lens or acoustic lens assembly 70 is formed thereon, and a protective layer 40 is further provided thereon. The backing material 6 is arranged on the array electrode pattern side. By using a composite piezoelectric body in this embodiment, it is possible to reduce the influence between adjacent elements. In this embodiment, as a method of two-dimensionally arranging the transducer elements, the arrangement shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D or any other arrangement may be employed. Further, the entire shape of the two-dimensional array probe may be not only a flat surface as shown in FIG. 9D but also a convex surface or a concave surface. Further, the shape of the array-shaped electrode pattern may be any of FIGS. 3 (a), (b), (c) or any other shape, and the arrangement thereof is shown in FIGS. Alternatively, any other arrangement method may be adopted. Further, the configuration of the acoustic lens in this embodiment may employ any of the configurations described in the first, second, and third embodiments.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the two-dimensional array probe used in the ultrasonic diagnostic apparatus, by providing the acoustic lens for diffusing the ultrasonic beam for each transducer element, it is not necessary to make each transducer element so small. It is possible to improve the directivity of the radiated ultrasonic wave, thereby solving the problem that the sensitivity is reduced in a region where the deflection angle of the ultrasonic beam is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a two-dimensional array probe in a first embodiment viewed from the side, showing how to arrange transducer elements according to the present invention. FIG. 2 is a view showing directivity of ultrasonic waves emitted from a circular transducer. 3 shows the shape and structure of each transducer element of the present invention. FIG. 4 shows an example of a conventional two-dimensional array probe. FIG. 5 shows a two-dimensional array probe according to a second embodiment of the present invention. Sectional view seen from the side.
FIG. 6 is a diagram illustrating an acoustic lens and a traveling direction and a wavefront of an ultrasonic beam passing through the acoustic lens in the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a two-dimensional array probe according to a third embodiment of the present invention as viewed from the side.
FIG. 8 is a diagram illustrating a structure of a two-dimensional array probe according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a structure of a two-dimensional array probe according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Two-dimensional array probe 2 Piezoelectric body 3 Electrode 4 Acoustic matching layer 5 Acoustic lens 6 Backing material 20 Main lobe 21 Side lobe 30 Transducer element 40 Protective layer 60, 60 'Ultrasonic beam traveling direction 61, 61' Wavefront 70 Acoustic lens assembly 80 Array electrode pattern 81 Common electrode 90 Composite piezoelectric body

Claims

In a two-dimensional array probe used for an ultrasonic diagnostic apparatus, each transducer element has a rectangular, circular, or hexagonal shape, and each transducer element is two-dimensionally arranged in a planar, convex, or concave shape. A two-dimensional array probe comprising: an acoustic lens that is disposed and that diffuses an ultrasonic beam for each transducer element.

2. The two-dimensional array probe according to claim 1, wherein the acoustic lens is individually formed for each transducer element, and is configured by a single curved surface or an aggregate of a plurality of curved surfaces.

The two-dimensional array probe according to claim 2, wherein the acoustic lens is integrally formed by connecting acoustic lenses for each transducer element.

The two-dimensional array probe according to claim 2, wherein the transducer element is constituted by a plurality of independent piezoelectric bodies.

The two-dimensional array probe (for an ultrasonic diagnostic apparatus) according to claim 2 or 3, wherein the vibrator element is formed by forming an electrode pattern on one piezoelectric body.

The two-dimensional array probe according to claim 5, wherein the piezoelectric body is a single piezoelectric body or a composite piezoelectric body.

The two-dimensional array probe is provided with a protective layer formed on the front surface of a two-dimensionally arranged transducer element group so as to fill between acoustic lenses and cover the entire acoustic lens group. The two-dimensional array probe according to claim 1, claim 2, claim 3, claim 3, claim 4, claim 5, or claim 6.