JP2009101213A - 超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電層2が、一方の面が超音波射出面となる圧電層2−3(第1圧電層)と、第1圧電層の超音波射出面の反対面に積層された圧電層2−4(第2圧電層)と、第1圧電層と第2圧電層の積層境界面に設けられ、超音波信号が供給される共通電極8と、第1圧電層の超音波射出面に設けられた第1の接地電極7−1と、第2圧電層の積層境界面の反対側の背面に設けられた第2の接地電極7−2を備えた超音波診断装置において、第1圧電層と第2圧電層がそれぞれ一定の厚みに形成され、第2圧電層に接する電極の背面に、圧電層を構成する圧電材に近い音響インピーダンスを有する材料からなる調整層9を設け、調整層は超音波振動子の配列方向に直交する短軸方向の厚みが中心部から端部に向かうにつれて徐々に厚く形成されてなる。
【選択図】図7
Description
(1)第1圧電層は前記短軸方向の端部の厚みが中心部の厚みよりも薄く形成され、第2圧電層は前記端部の厚みが前記中心部よりも厚く形成されてなるもの、
(2)第1圧電層と第2圧電層の前記一対の電極に接する面がそれぞれ平面に形成され、第1圧電層と第2圧電層との境界面が第2圧電層側に凹ませた曲面に形成されてなるもの、
(3)第1圧電層と第2圧電層の前記一対の電極に接する面がそれぞれ平面に形成され、第1圧電層と第2圧電層との境界面は、前記短軸方向の中心部に稜線を有する山形に形成されてなるもの、
(4)第1圧電層と第2圧電層の前記一対の電極に接する面がそれぞれ平面に形成され、第1圧電層と第2圧電層との境界面は、前記短軸方向の中心部において第2圧電層側に突出させた平坦部と、両端部において第1圧電層側に突出させて形成された平坦部とを有してなるもの、
(5)第1圧電層の超音波の射出側の面が凹面に形成され、第2圧電層の超音波の反射出側の面が凸面に形成され、第1圧電層と第2圧電層との境界面が第1圧電層の超音波の射出側の面の曲率よりも大きな曲率で第2圧電層側に凹ませて形成されてなるもの、
(6)第1圧電層の超音波の射出側の面が凹面に形成され、第2圧電層の超音波の反射出側の面が凸面に形成され、第1圧電層と第2圧電層との境界面は、前記短軸方向の中心部に稜線を有する山形に形成されてなるもの、
(7)第1圧電層と第2圧電層がそれぞれ一定の厚みに形成され、第1圧電層は前記短軸方向の中心部から端部に向かうにつれて該圧電層を構成する圧電材の密度が小さくなるように形成され、第2圧電層は前記短軸方向の中心部から端部に向かうにつれて該圧電層を構成する圧電材の密度が大きくなるように形成されてなるもの、
(8)上記の(1)乃至(7)の構成に加えて、第2圧電層の超音波の反射出側に、前記圧電層を構成する圧電材に近い音響インピーダンスを有する調整層が設けられ、該調整層は前記短軸方向の厚みが中心部から端部に向かうにつれて徐々に厚く形成されてなるもの。
本発明の一実施形態を図1〜図3を用いて説明する。図1は本発明の一実施形態に係る超音波探触子の主要部の斜視図、図2は本発明の一実施形態の超音波診断装置の全体構成図、図3は本実施形態の圧電層に係る部分の断面図である。
図7に、本発明に係る超音波探触子の第2実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、圧電層2の2層構造の構成と、圧電層2の背面に調整層9を設けたことにある。まず、圧電層2を、同一に形成された2つの平板状の圧電層2−3、2−4を積層して形成している。この圧電層2−4の背面に配設される調整層9は、音響インピーダンスが圧電層2に近い材料であって、セラミックスやアルミや銅などの金属などの材料を用いて形成する。なお、バッキング層4は、調整層9よりも非常に小さい音響インピーダンスを持ち、かつ減衰率の大きい材料を用いる。例えば、ゴムや樹脂と金属粒子(例えばタングステン粒子)などとの混合物、又はゴムや樹脂などにガスを含むビーズやマイクロバルーンなどを混合した材料を用いる。
図8に、本発明に係る超音波探触子の第3実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、圧電層2の背面に調整層9を設けたことにある。言い換えれば、第1と第2の実施形態の特徴部を組み合わせたものであり、本実施形態によれば第1と第2の実施形態の効果を合わせた効果が得られる。つまり、低周波で短軸方向に均等な音庄をもち、各周波数でよりビームの細い口径可変機能を実現することができる。
図9に、本発明に係る超音波探触子の第4実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、圧電層2の断面形状を図のように凹状とし、それに沿って音響整合層3の断面を凹状にしたことにある。つまり、圧電層2は、超音波の射出面と背面とが平行な凹面となるように形成し、射出側の圧電層2−1は中心部で最も厚く、両端部に向かって薄くなり、端部で最も薄い構造に形成している。一方、背面側の圧電層2−2は、中心部で最も薄く両端部に向かって厚くなり、端部で最も厚くなる構造に形成している。また、バッキング層4は圧電層2−2の背面の凹面に沿った形状にされている。また、音響レンズを取り除き、カバー材10としては、音響インピーダンスと音速が被検体である生体に近い材料、例えばポリウレタンやフラックス、ブタジエンゴム、ポリエーテルブロックアミドなどの材料を用いて形成されている。また、この形状は凸型とし、生体との接触をよくすることができる。この構造により、短軸可変フォーカス機能を備えるとともに、凹面の圧電層2によりビームをフォーカスすることができる。その結果、音響レンズを使用しなくてもビームをフォーカスできるため、超音波の減衰を減らし、高感度な画像を得ることができる。
図10に、本発明に係る超音波探触子の第5実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態が第2の実施形態と異なる点は、圧電層2の断面形状を図のように凹状とし、それに沿って音響整合層3の断面を凹状にしたことにある。つまり、圧電層2は超音波の射出面と背面とが平行な凹面となるように形成し、さらに圧電層2の背面に調整層9を配設し、調整層9の厚みを中心部で最も薄く、両端部に向かって厚くし、端部で最も厚くなる構造に形成している。これにより、厚みに依存した周波数特性が得られる。また、音響レンズに代えてカバー材10を設けた構造にしている。調整層9とカバー材10の材料は、第4実施形態と同様である。この第5実施形態によれば、短軸可変フォーカス機能を備えるとともに、凹面の圧電層2によりビームをフォーカスすることができる。その結果、音響レンズを使用しなくてもビームをフォーカスできるため、超音波の減衰を減らし、高感度な画像を得ることができる。
図11に、本発明に係る超音波探触子の第6実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態は、第4と第5の実施形態を組み合わせたもので、それら2つの実施形態の効果を合わせた効果が得られる。つまり、低周波で短軸方向に均等な音圧をもち、各周波数においてビームの一層細い可変口径機能を実現することができる。また、レンズを使用しないため減衰を減らすことができ高感度な画像が得られる。
図12に、本発明に係る超音波探触子の第7実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態は、図3の実施形態と同様に、第1圧電層2−1は、超音波の射出面が平面で、背面が凸面の平−凸型に形成されている。また、第2圧電層2−2は、超音波の射出面が凹面で、背面が平面の凹−平型に形成されている。それら第1圧電層2−1と第2圧電層2−2との境界面は、短軸方向の中心部に稜線を有する山形に形成され、この境界面に共有電極8が設けられている。
図13に、本発明に係る超音波探触子の第8実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態は、図11の実施形態の第1圧電層2−1と第2圧電層2−2の構造を、図12と同様に、それらの境界面が短軸方向の中心部に稜線を有する山形に形成されたものである。これによっても、図11の実施形態と同様に、低周波で短軸方向に均等な音圧をもち、各周波数においてビームの一層細い可変口径機能を実現することができる。また、レンズを使用しないため減衰を減らすことができ高感度な画像が得られる。
図14に、本発明に係る超音波探触子の第9実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態は、図12の実施形態の圧電層2の超音波の射出側に音響整合層3を設け、音響レンズ5の形状を凹面の音響レンズ11に代えたものである。この凹面の音響レンズ11によれば、レンズの薄い部分と厚い部分で音圧の差ができる。これにより、超音波ビームが短軸方向に一層細くなり、圧電層2の構造との結合により、低周波の超音波ビームも細くなるから、各周波数で一層細いビームの可変項形機能を実現することができる。
図15に、本発明に係る超音波探触子の第10実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態は、図3の実施形態と同様に、第1圧電層12−1は、超音波の射出面が平面で、背面が凸面の平−凸型に形成されている。また、第2圧電層12−2は、超音波の射出面が凹面で、背面が平面の凹−平型に形成されている。それら第1圧電層12−1と第2圧電層12−2との境界面は、短軸方向の中心部において第2圧電層側に突出させた平坦部と、両端部において第1圧電層側に突出させて形成された平坦部とを有して形成され、この境界面に共有電極8が設けられている。
図16に、本発明に係る超音波探触子の第11実施形態の圧電層部分の断面図を示す。本実施形態は、圧電層13を、それぞれ一定の厚みに形成された第1圧電層13−1と第2圧電層13−2とで構成し、第1圧電層13−1は短軸方向の中心部から端部に向かうにつれて圧電材の密度が小さくなるように形成され、第2圧電層は短軸方向の中心部から端部に向かうにつれて圧電材の密度が大きくなるように形成されている。これにより、第1圧電層13−1は中心から両端に向かって周波数定数が大きく、第2圧電層13−2は中心から両端に向かって周波数定数が小さくなり、短軸方向の周波数応答特性を調整することができる。圧電材の密度は、前述した圧電セラミックスなどの圧電材の気孔率を変えることにより調整できる。また、樹脂などを混入することにより、調整できる。
2 圧電層
2−3、2−4 圧電層
3 音響整合層
4 バッキング層
7−1、7−2 電極
8 共通電極
9 調整層
32 送信手段
35 受信処理手段
36 画像処理手段
37 モニタ
Claims (3)
- 複数の振動子を有してなる超音波探触子と、該超音波探触子の前記振動子を駆動する超音波信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子により受信される反射エコー信号を受信処理する受信処理手段と、該受信処理手段により処理された前記反射エコー信号に基づいて超音波画像を再構成する画像処理手段と、該画像処理手段により再構成された超音波画像を表示する画像表示手段とを備えた超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、超音波振動子を複数配列して形成され、
前記各超音波振動子の圧電層は、一方の面が超音波射出面となる第1圧電層と、該第1圧電層の前記超音波射出面の反対面に積層された第2圧電層と、前記第1圧電層と前記第2圧電層の積層境界面に設けられ、前記超音波信号が供給される共通電極と、前記第1圧電層の前記超音波射出面に設けられた第1の接地電極と、前記第2圧電層の積層境界面の反対側の背面に設けられた第2の接地電極を備えてなり、
前記第1圧電層と前記第2圧電層がそれぞれ一定の厚みに形成され、前記第2圧電層に接する電極の背面に、前記圧電層を構成する圧電材に近い音響インピーダンスを有する材料からなる調整層を設け、該調整層は前記超音波振動子の配列方向に直交する短軸方向の厚みが中心部から端部に向かうにつれて徐々に厚く形成されてなることを特徴とする超音波診断装置。 - 前記各超音波振動子は、前記短軸方向に均等な低周波応答分布を有し、前記短軸方向の中心部において高い高周波応答分布を有してなる請求項1に記載の超音波診断装置。
- 前記第1圧電層の前記接地電極側に配設された音響整合層と、前記第2圧電層の前記接地電極側に配設されたバッキング層とを備えてなる請求項1に記載の超音波診断装置。
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