JP2007124220A - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic device - Google Patents

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JP2007124220A JP2005312878A JP2005312878A JP2007124220A JP 2007124220 A JP2007124220 A JP 2007124220A JP 2005312878 A JP2005312878 A JP 2005312878A JP 2005312878 A JP2005312878 A JP 2005312878A JP 2007124220 A JP2007124220 A JP 2007124220A
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Hideki Okazaki
英樹 岡崎
Hitoshi Taketomo
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To give sound pressure weighting in a short axis direction of a piezo-electric layer, and to adjust sound pressure distribution of the short axis direction which is input into a specimen to be desired sound pressure weighting. <P>SOLUTION: The sound pressure distribution of the short axis direction which is input into the specimen is adjusted to be desired sound pressure distribution; by forming a vibrator 2 which transceives an ultrasonic wave with the specimen comprising a piezo-electric layer 5 which transceives the ultrasonic wave, an acoustic matching layer 6 arranged in an ultrasonic radiation side of the piezo-electric layer, and a backing layer 7 arranged in a back face side of the piezo-electric layer; giving the sound pressure weighting in the short axis direction of the piezo-electric layer; and forming sound impedance of the acoustic matching layer 6 and the backing layer 7 with the distribution along the short axis direction. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検体との間で超音波を送受する振動子が複数配列された超音波探触子及び超音波診断装置に係り、特に、短軸方向に音圧重み付けした振動子を有する超音波探触子に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus in which a plurality of transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a subject are arranged, and in particular, an ultrasonic transducer having transducers weighted with sound pressure in the minor axis direction. It relates to an acoustic probe.

超音波探触子は、駆動信号を超音波に変換して被検体に入射するとともに、被検体から発生した反射エコーを受波して受信信号に変換する振動子を複数配列して形成されている。   The ultrasonic probe is formed by arranging a plurality of transducers that convert drive signals into ultrasonic waves and enter the subject, and receive reflected echoes generated from the subject and convert them into received signals. Yes.

このような超音波探触子として、振動子の短軸方向に音圧を重み付けしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。これによれば、超音波を送受する振動子の圧電層を複数の圧電体に分割して形成し、それらの圧電体間に充填材を配設し、超音波放射面の圧電体の面積分布を、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて小さくなるように形成している。これにより、圧電体の面積分布に応じて、被検体に入射される超音波の音圧に重み付けすることができ、サイドローブを抑制して、品質の高い画像を得ることができるとしている。   As such an ultrasonic probe, one in which sound pressure is weighted in the minor axis direction of a transducer is known (for example, see Patent Document 1). According to this, the piezoelectric layer of the vibrator for transmitting and receiving ultrasonic waves is divided into a plurality of piezoelectric bodies, a filler is disposed between the piezoelectric bodies, and the piezoelectric body area distribution on the ultrasonic radiation surface Are formed so as to become smaller from the center in the minor axis direction toward both ends. Thereby, according to the area distribution of the piezoelectric body, the sound pressure of the ultrasonic wave incident on the subject can be weighted, and the side lobe can be suppressed to obtain a high quality image.

特表2005−502437号公報JP 2005-502437 A

しかしながら、上記の従来技術のように圧電層の短軸方向に音圧分布をもたせると、これに応じて、圧電層の音響インピーダンスが短軸方向に沿って異なってしまう。その結果、被検体に入射される超音波の音圧分布が所望の音圧重み付けに対応したものとはならず、サイドローブを十分に抑制できないという問題がある。   However, when the sound pressure distribution is provided in the minor axis direction of the piezoelectric layer as in the above-described conventional technique, the acoustic impedance of the piezoelectric layer varies along the minor axis direction accordingly. As a result, the sound pressure distribution of the ultrasonic wave incident on the subject does not correspond to a desired sound pressure weighting, and there is a problem that side lobes cannot be sufficiently suppressed.

本発明は、圧電層の短軸方向に音圧重み付けをもたせ、かつ、被検体に入射される短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide sound pressure weighting in the minor axis direction of a piezoelectric layer and adjust the sound pressure distribution in the minor axis direction incident on the subject to a desired sound pressure weighting.

上記課題を解決するため、本発明の超音波探触子は、被検体との間で超音波を送受する振動子を複数配列してなり、振動子は、超音波を送受する圧電層と、圧電層の超音波放射側に配設された音響整合層とを有し、音響整合層は、短軸方向に沿って音響インピーダンスが異ならせて形成することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the ultrasonic probe of the present invention includes a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from a subject, and the transducer includes a piezoelectric layer that transmits and receives ultrasonic waves; And an acoustic matching layer disposed on the ultrasonic radiation side of the piezoelectric layer, and the acoustic matching layer is formed with different acoustic impedances along the minor axis direction.

すなわち、圧電層の音響インピーダンスは被検体の音響インピーダンスと比べて高いことから、圧電層で放射した超音波を効率良く被検体へ入射するために音響整合層が設けられる。そこで、圧電層の短軸方向の音圧分布に重み付けをもたせたことにより、圧電層の音響インピーダンスが短軸方向に沿って異なった場合、音響整合層の短軸方向の音響インピーダンスを調整することにより、被検体に入射される短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することができる。   That is, since the acoustic impedance of the piezoelectric layer is higher than the acoustic impedance of the subject, an acoustic matching layer is provided in order to make the ultrasonic wave radiated from the piezoelectric layer efficiently enter the subject. Therefore, if the acoustic impedance of the piezoelectric layer varies along the minor axis direction by weighting the sound pressure distribution in the minor axis direction of the piezoelectric layer, the acoustic impedance of the acoustic matching layer in the minor axis direction is adjusted. Thus, the sound pressure distribution in the minor axis direction incident on the subject can be adjusted to a desired sound pressure weighting.

この場合において、音響整合層は、圧電層側の第1の整合層と、第1の整合層の被検体側の第2の整合層で構成し、それぞれの整合層の音響インピーダンスを短軸方向に沿って異ならせることが望ましい。これによれば、一層効率良く被検体に超音波を入射し、所望の音圧重み付けに調整できる。   In this case, the acoustic matching layer is composed of a first matching layer on the piezoelectric layer side and a second matching layer on the subject side of the first matching layer, and the acoustic impedance of each matching layer in the minor axis direction. It is desirable to vary along. According to this, the ultrasonic wave can be incident on the subject more efficiently and adjusted to the desired sound pressure weighting.

また、被検体との間で超音波を送受する振動子を複数配列してなり、振動子は、超音波を送受する圧電層と、圧電層の背面側に配設されたバッキング層とを有し、バッキング層の音響インピーダンスを短軸方向に沿って異ならせることでも、上記課題を解決することができる。つまり、圧電層で発生した超音波は背面側にも放射され、背面側に放射された超音波の反射率は、バッキング層の音響インピーダンスに依存する。例えば、バッキング層の音響インピーダンスを小さくすれば超音波の反射率は大きくなり、圧電層の感度は高くなる。言い換えれば、圧電層から放射される超音波の音圧は大きくなる。したがって、バッキング層の短軸方向の音響インピーダンスを調整することにより、被検体に入射される短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することが可能となる。   In addition, a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from the subject are arranged, and the transducers have a piezoelectric layer that transmits and receives ultrasonic waves and a backing layer disposed on the back side of the piezoelectric layer. And the said subject can be solved also by making the acoustic impedance of a backing layer differ along a short-axis direction. That is, the ultrasonic wave generated in the piezoelectric layer is also radiated to the back side, and the reflectance of the ultrasonic wave radiated to the back side depends on the acoustic impedance of the backing layer. For example, if the acoustic impedance of the backing layer is reduced, the reflectance of the ultrasonic wave is increased, and the sensitivity of the piezoelectric layer is increased. In other words, the sound pressure of the ultrasonic wave radiated from the piezoelectric layer increases. Therefore, by adjusting the acoustic impedance in the short axis direction of the backing layer, it is possible to adjust the sound pressure distribution in the short axis direction incident on the subject to a desired sound pressure weighting.

さらに、音響整合層において短軸方向に音響インピーダンスを異ならせるとともに、バッキング層において短軸方向に音響インピーダンスを異ならせることを組み合わせることが好ましい。   Further, it is preferable to combine the acoustic impedance in the minor axis direction in the acoustic matching layer and the acoustic impedance in the minor axis direction in the backing layer.

本発明によれば、圧電層の短軸方向に音圧重み付けをもたせ、かつ、被検体に入射される短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することができる。   According to the present invention, sound pressure weighting can be provided in the minor axis direction of the piezoelectric layer, and the sound pressure distribution in the minor axis direction incident on the subject can be adjusted to a desired sound pressure weighting.

以下、本発明を適用した超音波探触子の実施例について図面に基づいて説明する。 Embodiments of an ultrasonic probe to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1の超音波探触子の構成を示す斜視図である。ここで、以下の実施例では、振動子の配列方向を長軸方向と称し、長軸方向に直交する方向を短軸方向と称する。また、振動子から被検体に向けて超音波が放射される方向を超音波放射方向と称し、振動子の背面側の方向を背面方向と称する。   FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the ultrasonic probe according to the first embodiment of the present invention. Here, in the following embodiments, the arrangement direction of the vibrators is referred to as a major axis direction, and a direction orthogonal to the major axis direction is referred to as a minor axis direction. In addition, the direction in which ultrasonic waves are radiated from the vibrator toward the subject is referred to as an ultrasonic radiation direction, and the direction on the back side of the vibrator is referred to as a back direction.

超音波探触子1は、被検体との間で超音波を送受する振動子2を複数配列してなり、各振動子2は超音波のクロストークを抑制する分離材3によって実質的に分離されている。振動子2と分離材3の被検体側には共通の音響レンズ4が配設されている。振動子2は、超音波を送受する圧電層5と、圧電層5の超音波放射側に配設される音響整合層6と、圧電層5の背面側に配設されるバッキング層7とで構成される。また、バッキング層7は、各振動子2に対応させて分離材3によって分離された部分と、全振動子2に共通に設けられたベース部とを有している。   The ultrasonic probe 1 includes a plurality of transducers 2 that transmit and receive ultrasonic waves to and from the subject, and each transducer 2 is substantially separated by a separating material 3 that suppresses ultrasonic crosstalk. Has been. A common acoustic lens 4 is disposed on the subject side of the vibrator 2 and the separating material 3. The vibrator 2 includes a piezoelectric layer 5 that transmits and receives ultrasonic waves, an acoustic matching layer 6 that is disposed on the ultrasonic radiation side of the piezoelectric layer 5, and a backing layer 7 that is disposed on the back side of the piezoelectric layer 5. Composed. The backing layer 7 has a portion separated by the separating material 3 so as to correspond to each vibrator 2 and a base portion provided in common to all the vibrators 2.

図2に圧電層5の短軸方向の縦断面図を示し、図3に圧電層5を超音波放射面側から見た図を示す。それらの図に示すように、圧電層5は、超音波を送受する複数の圧電体11(11−1〜11−m)に分割して形成されている。分割された柱状の各圧電体11の間に充填材12が配設されている。また、各圧電体11は、超音波放射面の面積が、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて小さくなるように分布を持たせて形成されている。例えば、短軸方向の両端部における充填材12の幅は60μmであり、圧電体11の幅は40μmである。また、短軸方向の中心部における充填材12の幅は40μmであり、圧電体11の幅は60μmである。つまり、隣接する1対の充填材12と圧電体11の幅の合計値が100μmとなるように、短軸方向に沿って、充填材12の幅と圧電体11の幅を40μm〜60μmで設定する。圧電体11には、圧電セラミックスPZT、PZLTや、圧電単結晶PZN−PT、PMN−PT、又は有機圧電材料PVDF等の材料を用いることができる。また、充填材12には、エポキシやシリコン等を用いることができる。   FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the piezoelectric layer 5 in the short axis direction, and FIG. 3 shows a view of the piezoelectric layer 5 viewed from the ultrasonic radiation surface side. As shown in these drawings, the piezoelectric layer 5 is divided into a plurality of piezoelectric bodies 11 (11-1 to 11-m) that transmit and receive ultrasonic waves. A filler 12 is disposed between the divided columnar piezoelectric bodies 11. Each piezoelectric body 11 is formed to have a distribution such that the area of the ultrasonic radiation surface decreases from the center in the short axis direction toward both ends. For example, the width of the filler 12 at both ends in the minor axis direction is 60 μm, and the width of the piezoelectric body 11 is 40 μm. In addition, the width of the filler 12 in the central portion in the minor axis direction is 40 μm, and the width of the piezoelectric body 11 is 60 μm. That is, the width of the filler 12 and the width of the piezoelectric body 11 are set to 40 μm to 60 μm along the short axis direction so that the total value of the width of the pair of adjacent fillers 12 and the piezoelectric body 11 becomes 100 μm. To do. A material such as piezoelectric ceramics PZT, PZLT, piezoelectric single crystal PZN-PT, PMN-PT, or organic piezoelectric material PVDF can be used for the piezoelectric body 11. Further, epoxy, silicon, or the like can be used for the filler 12.

音響レンズ4は、被検体側に膨らんで形成された凸面を有し、圧電層5と被検体との間で送受される超音波をフォーカスする。この音響レンズ4は、音響インピーダンスが被検体に近く、音速が被検体よりも遅い材料(例えば、シリコンゴム)を用いて形成されている。   The acoustic lens 4 has a convex surface that bulges toward the subject side, and focuses ultrasonic waves transmitted and received between the piezoelectric layer 5 and the subject. The acoustic lens 4 is formed using a material (for example, silicon rubber) whose acoustic impedance is close to that of the subject and whose sound speed is slower than that of the subject.

次に、本実施例の特徴である音響整合層6について、図5を用いて説明する。図5は、音響整合層6と圧電層5及びバッキング層7の短軸方向の縦断面図である。前述したとおり、超音波放射面の圧電体11の面積分布は、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて小さくなるように形成されている。この面積分布に合わせて、音響整合層6は、圧電体11の超音波放射側に、各圧電体11の面積に合わせた面積を有する柱状の複数のセラミックス13を配設し、各セラミックス13の間に樹脂14を配設して形成されている。また、音響整合層6の厚さは、超音波の中心周波数の波長の1/4として、圧電層5内の反射波を減衰させて、広帯域を実現している。セラミック13には、アルミナ、シリコン、ジルコニア等、又はこれらを混合した材料を用いることができる。また、樹脂14には、ポリウレタン、エポキシ、シリコン等、又はこれらを混合した材料を用いることができる。   Next, the acoustic matching layer 6 which is a feature of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the acoustic matching layer 6, the piezoelectric layer 5, and the backing layer 7 in the minor axis direction. As described above, the area distribution of the piezoelectric body 11 on the ultrasonic radiation surface is formed so as to decrease from the central portion in the short axis direction toward both ends. In accordance with this area distribution, the acoustic matching layer 6 is provided with a plurality of columnar ceramics 13 having an area corresponding to the area of each piezoelectric body 11 on the ultrasonic radiation side of the piezoelectric body 11. A resin 14 is disposed between them. The thickness of the acoustic matching layer 6 is ¼ of the wavelength of the center frequency of the ultrasonic wave to attenuate the reflected wave in the piezoelectric layer 5 to realize a wide band. For the ceramic 13, alumina, silicon, zirconia, or the like, or a material obtained by mixing these materials can be used. The resin 14 can be made of polyurethane, epoxy, silicon, or a mixture of these.

このように構成される実施例1の動作について、次に説明する。本実施例の圧電層5によれば、柱状の各圧電体11の超音波放射面の面積が、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて小さくなる分布を有することから、電気機械結合係数の分布が短軸方向の中心から両端部にむかうにつれて小さくなる。その結果、圧電層5に加える電気エネルギを短軸方向に一定とすると、圧電層5から放射される超音波の音圧分布は、図4に示すように、短軸方向に沿って凸状の重み付けになる。この音圧分布の超音波が被検体に入射されると、サイドローブを低減して、画質を向上させることができる。   The operation of the first embodiment configured as described above will be described next. According to the piezoelectric layer 5 of the present embodiment, the area of the ultrasonic radiation surface of each columnar piezoelectric body 11 has a distribution that decreases from the center in the minor axis direction toward both ends. The distribution becomes smaller from the center in the minor axis direction toward both ends. As a result, if the electric energy applied to the piezoelectric layer 5 is constant in the minor axis direction, the sound pressure distribution of the ultrasonic wave radiated from the piezoelectric layer 5 is convex along the minor axis direction as shown in FIG. Become weighted. When ultrasonic waves having this sound pressure distribution are incident on the subject, side lobes can be reduced and image quality can be improved.

ところで、一般に、圧電層5の音響インピーダンスは、被検体の音響インピーダンスと比べて非常に高いので、音響インピーダンスの違いによって圧電層5から放射される超音波が被検体表面で反射し、効率よく被検体に入射されないことになる。そこで、音響整合層6を圧電層5と被検体の間に設けて、インピーダンス整合をとり、超音波を効率良く被検体に入射するようにしている。そこで、従来の音響整合層の音響インピーダンスは、圧電層及び被検体の音響インピーダンスとの例えば間の値に選定し、かつ、図6に示すように、短軸方向に一定の音響インピーダンスを有するように調整していた。   By the way, in general, the acoustic impedance of the piezoelectric layer 5 is very high compared to the acoustic impedance of the subject. Therefore, the ultrasonic wave radiated from the piezoelectric layer 5 is reflected on the subject surface due to the difference in acoustic impedance, and the subject is efficiently covered. It will not enter the specimen. Therefore, the acoustic matching layer 6 is provided between the piezoelectric layer 5 and the subject, impedance matching is performed, and ultrasonic waves are efficiently incident on the subject. Therefore, the acoustic impedance of the conventional acoustic matching layer is selected to be, for example, a value between the piezoelectric layer and the acoustic impedance of the subject, and has a constant acoustic impedance in the minor axis direction as shown in FIG. It was adjusted to.

しかしながら、圧電層5の短軸方向に音響インピーダンス分布があると、音響インピーダンス整合がくずれ、被検体に入射される音圧分布が圧電層5で重み付けた音圧分布と異なってしまうことになる。   However, if there is an acoustic impedance distribution in the minor axis direction of the piezoelectric layer 5, the acoustic impedance matching is lost, and the sound pressure distribution incident on the subject is different from the sound pressure distribution weighted by the piezoelectric layer 5.

そこで、本実施例では、音響整合層6を柱状の複数のセラミックス13と、各セラミックス13の間に配した樹脂14とにより構成した。特に、各セラミックス13の柱状の断面を圧電層5の各圧電体11の面積に合わせた面積を有するものとしたのである。これにより、図7に示すように、音響整合層6の短軸方向の音響インピーダンスを、圧電層5の短軸方向の音響インピーダンス分布に合わせることができる。つまり、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて、音響整合層6の音響インピーダンスが小さくなるように形成している。その結果、被検体に入射される音圧分布を圧電層5で重み付けた音圧分布に合わせることができ、被検体に入射される短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することができる。   Therefore, in this embodiment, the acoustic matching layer 6 is composed of a plurality of columnar ceramics 13 and a resin 14 disposed between the ceramics 13. In particular, the columnar cross section of each ceramic 13 has an area corresponding to the area of each piezoelectric body 11 of the piezoelectric layer 5. Thereby, as shown in FIG. 7, the acoustic impedance in the minor axis direction of the acoustic matching layer 6 can be matched with the acoustic impedance distribution in the minor axis direction of the piezoelectric layer 5. That is, the acoustic impedance of the acoustic matching layer 6 is formed so as to decrease from the center in the short axis direction toward both ends. As a result, the sound pressure distribution incident on the subject can be matched with the sound pressure distribution weighted by the piezoelectric layer 5, and the sound pressure distribution in the short axis direction incident on the subject is adjusted to a desired sound pressure weighting. be able to.

本発明の実施例2について図8を用いて説明する。図8は、音響整合層6と圧電層5及びバッキング層7の短軸方向の縦断面図である。音響整合層以外は、実施例1と同様であるので説明を省略する。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the acoustic matching layer 6, the piezoelectric layer 5, and the backing layer 7 in the minor axis direction. Except for the acoustic matching layer, the description is omitted because it is the same as that of the first embodiment.

本実施例は、実施例1の音響整合層6を、圧電層5側に配設される第1の整合層6−1と、第1の整合層の被検体側に配設される第2の整合層6−2との2層構造にするものである。第1の整合層6−1は、圧電体11の超音波放射側に、各圧電体11の面積に合わせた面積を有する柱状の複数のセラミックス13を配設し、各セラミックス13の間に樹脂14を配設して形成されている。第2の整合層6−2は、セラミックス13の被検体側に、各セラミックス13の面積に合わせた面積を有する柱状の複数のセラミックス17を配設し、各セラミックス17の間に樹脂18を配設して形成されている。   In this example, the acoustic matching layer 6 of Example 1 is arranged on the first matching layer 6-1 arranged on the piezoelectric layer 5 side and the second arranged on the subject side of the first matching layer. This is a two-layer structure with the matching layer 6-2. In the first matching layer 6-1, a plurality of columnar ceramics 13 having an area corresponding to the area of each piezoelectric body 11 is disposed on the ultrasonic radiation side of the piezoelectric body 11, and a resin is interposed between the ceramics 13. 14 is formed. In the second matching layer 6-2, a plurality of columnar ceramics 17 having an area corresponding to the area of each ceramic 13 is arranged on the subject side of the ceramic 13, and a resin 18 is arranged between the ceramics 17. It is formed.

本実施例においても、実施例1と同様に短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することが可能となる。さらに、本実施例のように音響整合層を2層構造としたことで、超音波を一層効率よく被検体に入射することが可能となる。   Also in the present embodiment, it is possible to adjust the sound pressure distribution in the minor axis direction to a desired sound pressure weighting as in the first embodiment. Furthermore, since the acoustic matching layer has a two-layer structure as in this embodiment, ultrasonic waves can be incident on the subject more efficiently.

本発明の実施例3について図9を用いて説明する。図9は、音響整合層6と圧電層5及びバッキング層7の短軸方向の縦断面図である。本実施例では、バッキング層に特徴があり、バッキング層以外は、実施例1と同様であるので説明を省略する。   A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the acoustic matching layer 6, the piezoelectric layer 5, and the backing layer 7 in the minor axis direction. In this embodiment, the backing layer has a feature. Except for the backing layer, the structure is the same as that of the embodiment 1, and the description is omitted.

前述したとおり、超音波放射面の圧電体11の面積分布は、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて小さくなるように形成されている。これに合わせて、バッキング層7は、圧電体11の背面側に、各圧電体11の面積に合わせた面積を有する柱状の複数のゴム材19を配設し、各ゴム材の間に樹脂20を配設して形成されている。   As described above, the area distribution of the piezoelectric body 11 on the ultrasonic radiation surface is formed so as to decrease from the central portion in the short axis direction toward both ends. In accordance with this, the backing layer 7 is provided with a plurality of columnar rubber members 19 having an area corresponding to the area of each piezoelectric member 11 on the back side of the piezoelectric member 11, and a resin 20 between the rubber members. Is formed.

このように構成される実施例3の動作について、次に説明する。本実施例の圧電層5は、実施例1と同様に、短軸方向に沿って凸状に音圧重み付けされ、図6に示すように、音響インピーダンスが短軸方向に沿って均一にならず、凸状の音圧重み付けに応じて短軸方向に音響インピーダンス分布が生じてしまう。
ところで、一般に、圧電層5の音響インピーダンスは、被検体の音響インピーダンスと比べて非常に高いので、音響インピーダンスの違いによって圧電層5から放射される超音波が被検体表面で反射し、効率良く被検体に入射されないことになる。反射した超音波は圧電層5の内部で振動を続けるので超音波のパルス幅は長くなり、被検体内での距離分解能は低下する。例え圧電層5と被検体との間に音響整合層6を設けて、インピーダンス整合をとり、超音波を効率よく被検体に入射したとしても距離分解能は十分とはならない。そこで、短軸方向に一定の音響インピーダンスを有するバッキング層7を圧電層5の背面側に設け、その音響インピーダンスの値を調整することによって背面方向へ放射される超音波を調整していた。
The operation of the third embodiment configured as described above will be described next. The piezoelectric layer 5 of the present embodiment is weighted in a convex manner along the minor axis direction as in the first embodiment, and the acoustic impedance is not uniform along the minor axis direction as shown in FIG. In accordance with the convex sound pressure weighting, an acoustic impedance distribution is generated in the minor axis direction.
By the way, in general, the acoustic impedance of the piezoelectric layer 5 is very high compared to the acoustic impedance of the subject. Therefore, the ultrasonic wave radiated from the piezoelectric layer 5 is reflected on the subject surface due to the difference in acoustic impedance, and the subject is efficiently covered. It will not enter the specimen. Since the reflected ultrasonic waves continue to vibrate inside the piezoelectric layer 5, the pulse width of the ultrasonic waves becomes long, and the distance resolution in the subject decreases. Even if the acoustic matching layer 6 is provided between the piezoelectric layer 5 and the subject, impedance matching is performed, and ultrasonic waves are efficiently incident on the subject, the distance resolution is not sufficient. Therefore, the backing layer 7 having a constant acoustic impedance in the minor axis direction is provided on the back side of the piezoelectric layer 5, and the ultrasonic wave radiated in the back direction is adjusted by adjusting the value of the acoustic impedance.

しかしながら、圧電層5の短軸方向に音響インピーダンス分布があると、音響インピーダンス整合がくずれ、被検体に入射される音圧分布が圧電層5で重み付けた音圧分布と異なってしまうことになる。   However, if there is an acoustic impedance distribution in the minor axis direction of the piezoelectric layer 5, the acoustic impedance matching is lost, and the sound pressure distribution incident on the subject is different from the sound pressure distribution weighted by the piezoelectric layer 5.

そこで、本実施例では、バッキング層7を柱状の複数のゴム材19と、各ゴム材19の間に配した樹脂20とにより構成した。特に、各ゴム材19の柱状の断面を圧電層5の各圧電体11の面積に合わせた面積を有するものとしたのである。これにより、バッキング層7の音響インピーダンスは、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて小さくなるので、圧電層5の短軸方向の音響インピーダンスに合わせることができる。その結果、被検体に入射される音圧分布を圧電層5で重み付けた音圧分布に合わせることができ、被検体に入射される短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することができる。   Therefore, in this embodiment, the backing layer 7 is composed of a plurality of columnar rubber materials 19 and a resin 20 disposed between the rubber materials 19. In particular, the columnar cross section of each rubber material 19 has an area corresponding to the area of each piezoelectric body 11 of the piezoelectric layer 5. Thereby, the acoustic impedance of the backing layer 7 decreases from the center in the minor axis direction toward both ends, so that it can be matched with the acoustic impedance in the minor axis direction of the piezoelectric layer 5. As a result, the sound pressure distribution incident on the subject can be matched with the sound pressure distribution weighted by the piezoelectric layer 5, and the sound pressure distribution in the short axis direction incident on the subject is adjusted to a desired sound pressure weighting. be able to.

本発明の実施例4について図10を用いて説明する。図10は、音響整合層6と圧電層5及びバッキング層7の短軸方向の縦断面図である。本実施例は、実施例1の音響整合層と、実施例3のバッキング層を組み合わせた構造である。音響整合層とバッキング層以外は、実施例1と同様であるので説明を省略する。   A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the acoustic matching layer 6, the piezoelectric layer 5, and the backing layer 7 in the minor axis direction. This example has a structure in which the acoustic matching layer of Example 1 and the backing layer of Example 3 are combined. Except for the acoustic matching layer and the backing layer, the description is omitted because it is the same as that of the first embodiment.

本実施例のように、音響整合層6とバッキング層7の短軸方向の音響インピーダンスを、圧電層5の短軸方向の音響インピーダンス分布に合わせることで、一層容易に、被検体に入射される短軸方向の音圧分布を所望の音圧重み付けに調整することが可能となる。   As in this embodiment, the acoustic impedance in the minor axis direction of the acoustic matching layer 6 and the backing layer 7 is matched with the acoustic impedance distribution in the minor axis direction of the piezoelectric layer 5 so that it can be incident on the subject more easily. It is possible to adjust the sound pressure distribution in the minor axis direction to a desired sound pressure weighting.

もちろん、実施例1と実施例2は、発明の原理が同じなので、実施例2と実施例3の組み合わせでも本発明の課題を解決できる。   Of course, since the principle of the invention is the same between the first embodiment and the second embodiment, the problem of the present invention can be solved by the combination of the second embodiment and the third embodiment.

以上、本発明の実施例1〜4において圧電層5は、柱状の圧電体11を長軸方向と短軸方向に配列し、各圧電体11の間に充填材12を配設した、いわゆる1−3型複合構造を用いて説明した。しかし、これに限らず、例えば、長軸方向全幅にわたる板状の圧電体を、短軸方向に複数配列し、各圧電体の間に充填材を配設し、各圧電体を実質的に分離した、いわゆる2−2型複合構造でもよい。また、ベース材料に粉状の圧電材料を配合して圧電層を一体的に形成した、いわゆる0−3型複合構造でも本発明を適用できる。この0−3型複合構造の場合の音圧重み付けは、短軸方向に沿って圧電材料の濃度を変えることで実現できる。つまり、構造に関係なく、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて音響インピーダンスが小さくなるように圧電層が形成されていれば、本発明を適用できるということである。   As described above, in the first to fourth embodiments of the present invention, the piezoelectric layer 5 is so-called 1 in which the columnar piezoelectric bodies 11 are arranged in the major axis direction and the minor axis direction, and the filler 12 is disposed between the piezoelectric bodies 11. It demonstrated using -3 type | mold composite structure. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of plate-like piezoelectric bodies extending over the entire length in the major axis direction are arranged in the minor axis direction, and a filler is disposed between the piezoelectric bodies, so that each piezoelectric substance is substantially separated. A so-called 2-2 type composite structure may also be used. The present invention can also be applied to a so-called 0-3 type composite structure in which a piezoelectric layer is integrally formed by blending a powdery piezoelectric material with a base material. Sound pressure weighting in the case of this 0-3 type composite structure can be realized by changing the concentration of the piezoelectric material along the minor axis direction. That is, regardless of the structure, the present invention can be applied if the piezoelectric layer is formed so that the acoustic impedance becomes smaller from the central part in the minor axis direction toward both ends.

また、音響整合層6についても実施例の構造に限らない。例えば、樹脂(例えば、エポキシ)に金属紛(例えば、タングステン)を配合比率が短軸方向の両端部から中心部に向かうにつれて増えるように配合して形成してもよい。つまり、短軸方向に沿って音響インピーダンスが異なるように形成されていれば、本発明の効果を発揮できるということである。   Further, the acoustic matching layer 6 is not limited to the structure of the embodiment. For example, a metal powder (for example, tungsten) may be blended with a resin (for example, epoxy) so that the blend ratio increases from both ends in the minor axis direction toward the center. In other words, the effect of the present invention can be exhibited if the acoustic impedance is different along the minor axis direction.

また、バッキング層7の構造についても同様に、短軸方向に沿って音響インピーダンスが異なるように形成されていればよい。例えば、樹脂(例えば、エポキシ)と、マイクロバルーンと、金属紛(例えば、タングステン)を配合し、短軸方向の両端部から中心部に向かうにつれて金属粉を増やすことにより、音響インピーダンスと減衰率を調整する。   Similarly, the structure of the backing layer 7 may be formed so that the acoustic impedance varies along the minor axis direction. For example, by blending resin (for example, epoxy), microballoon, and metal powder (for example, tungsten) and increasing the metal powder from both ends in the minor axis direction toward the center, acoustic impedance and attenuation factor can be reduced. adjust.

次に、本発明を適用した超音波探触子を用いて構成される超音波診断装置の概略について図11を用いて説明する。   Next, an outline of an ultrasonic diagnostic apparatus configured using an ultrasonic probe to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.

超音波診断装置24は、超音波探触子1を駆動させるパルス信号を信号線を介して供給する送信回路25と、超音波探触子1から出力される受信信号を受信し、その受信信号から超音波画像を形成する受信回路26と、受信回路26から出力される超音波画像を表示させる画像表示器27とを備えている。   The ultrasonic diagnostic apparatus 24 receives a transmission circuit 25 that supplies a pulse signal for driving the ultrasonic probe 1 via a signal line, a reception signal output from the ultrasonic probe 1, and the reception signal. Are provided with a receiving circuit 26 for forming an ultrasonic image and an image display 27 for displaying an ultrasonic image output from the receiving circuit 26.

このように構成される超音波探触子1及び超音波診断装置24の動作について説明する。まず、被検体の体表に超音波探触子1の音響レンズ4側を接触させる。超音波探触子1を駆動するパルス信号が送信回路25から出力されると、パルス信号は、例えば圧電層5に供給される。供給されたパルス信号が、圧電層5の超音波放射側と背面側とを挟む一対の電極を介して圧電体11に入力すると、圧電体11が圧電層5の超音波放射方向と背面方向に伸縮する。これによって、超音波が発生し、被検体に向けて放射される。被検体から発生する反射エコーは、電極を介して圧電体11に受波されることによって受信信号に変換される。変換された受信信号は、信号線を介して受信回路26に出力され、受信回路26で増幅や整相加算などの超音波画像の形成処理が施される。受信回路26から出力した超音波画像は、モニタである画像表示器27に表示される。   The operations of the ultrasonic probe 1 and the ultrasonic diagnostic apparatus 24 configured as described above will be described. First, the acoustic lens 4 side of the ultrasonic probe 1 is brought into contact with the body surface of the subject. When a pulse signal for driving the ultrasound probe 1 is output from the transmission circuit 25, the pulse signal is supplied to the piezoelectric layer 5, for example. When the supplied pulse signal is input to the piezoelectric body 11 through a pair of electrodes sandwiching the ultrasonic radiation side and the back surface side of the piezoelectric layer 5, the piezoelectric body 11 moves in the ultrasonic radiation direction and the back surface direction of the piezoelectric layer 5. It expands and contracts. Thereby, an ultrasonic wave is generated and emitted toward the subject. The reflected echo generated from the subject is received by the piezoelectric body 11 through the electrode and converted into a received signal. The converted received signal is output to the receiving circuit 26 through the signal line, and the receiving circuit 26 performs an ultrasonic image forming process such as amplification and phasing addition. The ultrasonic image output from the receiving circuit 26 is displayed on an image display 27 that is a monitor.

本発明を適用した超音波探触子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ultrasonic probe to which this invention is applied. 図1の超音波探触子の圧電層の短軸方向の縦断面を示す図である。It is a figure which shows the longitudinal cross-section of the short axis direction of the piezoelectric layer of the ultrasonic probe of FIG. 図2の圧電層を超音波放射面側から見た図である。It is the figure which looked at the piezoelectric layer of FIG. 2 from the ultrasonic radiation surface side. 図2の圧電層から放射される超音波の音圧分布を示す図である。It is a figure which shows the sound pressure distribution of the ultrasonic wave radiated | emitted from the piezoelectric layer of FIG. 本発明を適用した超音波探触子の実施例1を示す図である。It is a figure which shows Example 1 of the ultrasonic probe to which this invention is applied. 本発明を適用する前の圧電層と音響整合層の音響インピーダンス分布を示す図である。It is a figure which shows the acoustic impedance distribution of the piezoelectric layer and acoustic matching layer before applying this invention. 本発明を適用した後の圧電層と音響整合層の音響インピーダンス分布を示す図である。It is a figure which shows the acoustic impedance distribution of the piezoelectric layer and acoustic matching layer after applying this invention. 本発明を適用した超音波探触子の実施例2を示す図である。It is a figure which shows Example 2 of the ultrasonic probe to which this invention is applied. 本発明を適用した超音波探触子の実施例3を示す図である。It is a figure which shows Example 3 of the ultrasonic probe to which this invention is applied. 本発明を適用した超音波探触子の実施例4を示す図である。It is a figure which shows Example 4 of the ultrasonic probe to which this invention is applied. 本発明を適用した超音波探触子及び超音波診断装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus to which this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波探触子
2 振動子
3 分離材
4 音響レンズ
5 圧電層
6 音響整合層
7 バッキング層
11−1〜11−m 圧電体
12 充填材
13、17 セラミックス
14、18、20 樹脂
19 ゴム材
24 超音波診断装置
25 送信回路
26 受信回路
27 画像表示器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic probe 2 Vibrator 3 Separation material 4 Acoustic lens 5 Piezoelectric layer 6 Acoustic matching layer 7 Backing layers 11-1 to 11-m Piezoelectric body 12 Filling material 13, 17 Ceramics 14, 18, 20 Resin 19 Rubber material 24 Ultrasonic Diagnostic Device 25 Transmission Circuit 26 Reception Circuit 27 Image Display

Claims (11)

被検体との間で超音波を送受する振動子を複数配列してなり、前記振動子は、前記超音波を送受する圧電層と、該圧電層の超音波放射側に配設された音響整合層とを有し、該音響整合層は、短軸方向に沿って音響インピーダンスが異ならせて形成されてなる超音波探触子。 A plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from the subject are arranged, and the transducer includes a piezoelectric layer that transmits and receives the ultrasonic waves and an acoustic matching disposed on the ultrasonic radiation side of the piezoelectric layer. An ultrasonic probe in which the acoustic matching layer is formed with different acoustic impedances along the minor axis direction. 前記音響整合層は、前記圧電層側の第1の整合層と、第1の整合層の被検体側の第2の整合層とを有し、第1の整合層と第2の整合層は、それぞれ短軸方向に沿って音響インピーダンスが異ならせて形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。 The acoustic matching layer includes a first matching layer on the piezoelectric layer side and a second matching layer on the subject side of the first matching layer, and the first matching layer and the second matching layer include The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic probes are formed with different acoustic impedances along the minor axis direction. 被検体との間で超音波を送受する振動子を複数配列してなり、前記振動子は、前記超音波を送受する圧電層と、該圧電層の背面側に配設されたバッキング層とを有し、該バッキング層は、短軸方向に沿って音響インピーダンスが異ならせて形成されてなる超音波探触子。 A plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from the subject are arranged, and the transducer includes a piezoelectric layer that transmits and receives the ultrasonic waves, and a backing layer disposed on the back side of the piezoelectric layer. And an ultrasonic probe in which the backing layer is formed with different acoustic impedances along the minor axis direction. 被検体との間で超音波を送受する振動子を複数配列してなり、前記振動子は、前記超音波を送受する圧電層と、該圧電層の超音波放射側に配設され、短軸方向に沿って音響インピーダンスが異ならせて形成されてなる音響整合層と、前記圧電層の背面側に配設され、短軸方向に沿って音響インピーダンスが異ならせて形成されてなるバッキング層とを有してなる超音波探触子。 A plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from a subject are arranged, and the transducers are disposed on the ultrasonic radiation side of the piezoelectric layer that transmits and receives the ultrasonic waves, and have a short axis An acoustic matching layer formed by varying the acoustic impedance along the direction, and a backing layer disposed on the back side of the piezoelectric layer and formed by varying the acoustic impedance along the minor axis direction. An ultrasonic probe. 前記圧電層は、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて音響インピーダンスが小さくなり、前記音響整合層は、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて音響インピーダンスが小さくなることを特徴とする請求項4に記載の超音波探触子。 The piezoelectric layer has an acoustic impedance that decreases from the central portion in the short axis direction toward both ends, and the acoustic matching layer has an acoustic impedance that decreases from the central portion in the short axis direction toward both ends. The ultrasonic probe according to claim 4. 前記圧電層は、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて音響インピーダンスが小さくなり、前記音響整合層は、前記圧電層側の第1の整合層と、第1の整合層の被検体側の第2の整合層とを有し、第1の整合層と第2の整合層は、それぞれ短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて音響インピーダンスが小さくなることを特徴とする請求項4に記載の超音波探触子。 The piezoelectric layer has an acoustic impedance that decreases from the center in the minor axis direction toward both ends, and the acoustic matching layer includes a first matching layer on the piezoelectric layer side and a subject side of the first matching layer. 5. The acoustic impedance of each of the first matching layer and the second matching layer decreases from the center in the minor axis direction toward both ends. The ultrasonic probe described in 1. 前記バッキング層は、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて音響インピーダンスが小さくなることを特徴とする請求項6に記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to claim 6, wherein the backing layer has an acoustic impedance that decreases from the center in the minor axis direction toward both ends. 前記圧電層は、複数の柱状の圧電体と該圧電体間に配された充填材とで形成され、超音波放射面の前記圧電体の面積分布は、短軸方向の中心部から両端部に向かうにつれて小さくなることを特徴とする請求項7に記載の超音波探触子。 The piezoelectric layer is formed of a plurality of columnar piezoelectric bodies and a filler disposed between the piezoelectric bodies, and the area distribution of the piezoelectric body on the ultrasonic radiation surface is from the center in the minor axis direction to both ends. The ultrasonic probe according to claim 7, wherein the ultrasonic probe becomes smaller as it goes. 前記第1の整合層は、前記圧電体の超音波放射側に配設された第1のセラミックスと、前記充填材の超音波放射側に配設された第1の樹脂とで形成され、前記第2の整合層は、前記第1のセラミックスの被検体側に配設された第2のセラミックスと、前記第1の樹脂の被検体側に配設された第2の樹脂とで形成されてなることを特徴とする請求項8に記載の超音波探触子。 The first matching layer is formed of a first ceramic disposed on the ultrasonic radiation side of the piezoelectric body and a first resin disposed on the ultrasonic radiation side of the filler, The second matching layer is formed of a second ceramic disposed on the subject side of the first ceramic and a second resin disposed on the subject side of the first resin. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein: 前記バッキング層は、前記圧電体の背面側に配設されたゴム材と前記充填材の背面側に配設された樹脂とで形成されてなることを特徴とする請求項9に記載の超音波探触子。 The ultrasonic wave according to claim 9, wherein the backing layer is formed of a rubber material disposed on a back surface side of the piezoelectric body and a resin disposed on a back surface side of the filler. Transducer. 請求項1乃至10のいずれか1つに記載の超音波探触子を備えてなる超音波診断装置。 An ultrasonic diagnostic apparatus comprising the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103156640A (en) * 2011-12-13 2013-06-19 三星电子株式会社 Ultrasonic probe and manufacturing method thereof

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