JP2014180401A - 超音波探触子及び超音波画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動子の走査方向に伝播するラム波の発生を抑制し、走査方向の分解能が乱れるのを防止すること。
【解決手段】走査方向（Ｘ方向）に配列された複数の振動子１００を備えた超音波探触子２において、複数の振動子１００は、超音波を送受信する圧電体を所定の間隔毎に第１の分割溝（メインダイス溝）３１により分割することで互いに分離され、複数の振動子１００の各々は、第１の分割溝と平行な第２の分割溝（サブダイス溝）３２により更に分割されて形成された複数の分割素子（サブダイス素子）１０１を備え、複数の分割素子は、走査方向の寸法の異なる少なくとも２種類の分割素子（サブダイス素子）１０１ａ、１０１ｂからなる
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波画像診断装置に関する。

従来、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの反射超音波から生成した受信信号に基づいて、当該被検体内の内部状態を画像化する超音波画像診断装置がある。
この超音波画像診断装置では、被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子が用いられている。
超音波探触子は、例えば、超音波を発生すると共に被検体内部において生じる反射超音波を受けて受信信号を生成する複数の振動子（圧電素子）と、振動子から出力される超音波を集束させる音響レンズと、振動子と音響レンズとの間に配置され、振動子と被検体との音響インピーダンスを整合させる音響整合層と、振動子の背面側において、振動子から後方へ放射される超音波を反射、減衰及び吸収するためのバッキング層と、等を備えて構成されている。
このうち複数の振動子は、１枚の圧電体にダイシングにより所定ピッチ毎に切込みを入れることにより短冊状に分割され、走査方向に配列された構成となっている。

こうした超音波探触子においては、その振動効率を高めるため、各振動子に更に所定ピッチ毎に切込みを入れて所謂サブダイス素子と称される微小な素子（分割素子）を形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、グレーティングローブを抑制するため、全ての振動子の走査方向の寸法（幅）を同一とせずに、幅の異なる振動子を備えた超音波探触子とする技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許４１５７１８８号公報 米国特許出願公開第１３５９７１号明細書

しかしながら、上記特許文献１の技術では、各振動子に幅が同一の複数の分割素子が設けられた構成であるため、その分割素子の周期的な構造から走査方向に伝播するＬａｍｂ波（ラム波）が励起されやすく、超音波探触子の音響特性に影響が生じて超音波画像が乱れる恐れがあった。
また、上記特許文献２の技術では、振動子の幅が均一でないため、走査方向の分解能がイメージの視野ごとに異なり、一定の画質の超音波画像が得られないという問題があった。更に、かかる特許文献２の技術では、各振動子に対してその大きさに見合った電圧制御が必要となって駆動シーケンスが複雑となり、また、振動子間の音線の管理も複雑となる等の問題もあった。

本発明の課題は、振動子の走査方向に伝播するラム波の発生を抑制しつつ、走査方向の分解能を一定に維持でき、良好な超音波画像を得ることのできる超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、
駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力するための走査方向に配列された複数の振動子を備えた超音波探触子において、
前記複数の振動子は、超音波を送受信する圧電体を所定の間隔毎に第１の分割溝により分割することで互いに分離され、
前記複数の振動子の各々は、前記第１の分割溝と平行な第２の分割溝により更に分割されて形成された複数の分割素子を備え、
前記複数の分割素子は、走査方向の寸法の異なる少なくとも２種類の分割素子からなることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探触子において、
前記複数の振動子の各々は、３つ以上の前記分割素子を備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波探触子において、
３つ以上の前記分割素子は、前記振動子の走査方向の寸法を二等分する仮想中央線に対して対称となるよう配置されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超音波探触子において、
前記複数の振動子の各々は、３つの前記分割素子を備え、
３つの前記分割素子は、
前記仮想中央線と重なるように配される第１分割素子と、
前記第１分割素子より走査方向の寸法が狭く、当該第１分割素子を挟むように配される２つの第２分割素子と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の超音波探触子において、
前記複数の振動子の各々は、３つの前記分割素子を備え、
３つの前記分割素子は、
前記仮想中央線と重なるように配される第１分割素子と、
前記第１分割素子より走査方向の寸法が広く、当該第１分割素子を挟むように配される２つの第２分割素子と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の超音波探触子において、
３つ以上の前記分割素子は、
前記振動子の走査方向の一端部側に配される第１分割素子と、
前記第１分割素子より走査方向の寸法が狭い少なくとも２つの第２分割素子と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、超音波画像診断装置において、
駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、振動子の走査方向に伝播するラム波の発生を抑制しつつ、走査方向の分解能を一定に維持でき、良好な超音波画像を得ることができる。

超音波画像診断装置の概略構成図である。 超音波画像診断装置の制御構成を示すブロック図である。 超音波探触子の概略構成を示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 図３のＶ−Ｖ線における断面図である。 図５の断面図の変形例を示す図である。 本実施形態の超音波探触子の周波数帯域形状について説明するための図である。 振動子の変形例を説明するための図である。 図８の振動子の製造方法を説明するための図である。 図８の振動子を有する超音波探触子の周波数帯域形状について説明するための図である。 振動子の変形例を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態に係る超音波画像診断装置について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

［超音波画像診断装置］
本実施の形態に係る超音波画像診断装置Ｓは、図１及び図２に示すように、超音波画像診断装置本体１と超音波探触子２とを備えている。

超音波画像診断装置本体１は、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２に電気信号の駆動信号を送信することによって超音波探触子２に図示しない生体等の被検体に対して超音波（送信超音波）を送信させるとともに、超音波探触子２にて受信した被検体内からの反射超音波（エコー）に応じて超音波探触子２で生成された電気信号である受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。

超音波探触子２は、被検体に対して送信超音波を送信するとともに、この被検体で反射した超音波の反射波（反射超音波）を受信する。
超音波探触子２は、例えば、方位方向（走査方向）に一次元アレイ状に複数配列された、圧電素子からなる超音波振動子（以下、振動子という）１００（図３参照）を備えている。振動子１００の個数は、任意に設定することができるが、本実施の形態では、例えば、１９２個の振動子１００を備えた超音波探触子２を用いている。
また、本実施の形態では、超音波探触子２について、リニア走査方式の電子スキャンプローブを採用したが、電子走査方式あるいは機械走査方式の何れを採用してもよく、また、リニア走査方式、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式の何れの方式を採用することもできる。超音波探触子２における帯域幅は任意に設定することができる。

［超音波画像診断装置本体］
超音波画像診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像生成部１４と、メモリー部１５と、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）１６と、表示部１７と、制御部１８とを備えて構成されている。

操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力などを行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部１８に出力する。

送信部１２は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２にケーブル３を介して電気信号である駆動信号を供給して超音波探触子２に送信超音波を発生させる回路である。送信部１２は、例えば、クロック発生回路、遅延回路、パルス発生回路を備えている。
クロック発生回路は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。
遅延回路は、振動子１００毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させて送信超音波によって構成される送信ビームの集束（送信ビームフォーミング）や、送信ビームの角度の設定（ステアリング）を行うための回路である。
パルス発生回路は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。
上述のように構成された送信部１２は、制御部１８の制御に従って、例えば、超音波探触子２に配列された複数（例えば、１９２個）の振動子１００のうちの連続する一部（例えば、６４個）を駆動して送信超音波を発生させる。そして、送信部１２は、送信超音波を発生させる毎に駆動する振動子１００を方位方向にずらすことで走査（スキャン）を行う。また、送信部１２は、送信ビームの角度を変更しながら走査を行うことで、角度の異なる複数の走査領域において超音波の走査を行うことができる。

受信部１３は、制御部１８の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路である。受信部１３は、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、整相加算回路を備えている。
増幅器は、受信信号を、振動子１００毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅させるための回路である。
Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された受信信号をアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するための回路である。
整相加算回路は、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、振動子１００毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算（整相加算）して音線データを生成するための回路である。

画像生成部１４は、受信部１３からの音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅などを実施し、ゲインの調整等を行って輝度変換することにより、Ｂモード画像データを生成する。すなわち、Ｂモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。画像生成部１４にて生成されたＢモード画像データは、メモリー部１５に送信される。

メモリー部１５は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリーによって構成されており、画像生成部１４から送信されたＢモード画像データをフレーム単位で記憶する。すなわち、メモリー部１５は、フレーム単位により構成された超音波診断画像データとして記憶することができる。メモリー部１５に記憶された超音波診断画像データは、制御部１８の制御に従って読み出され、ＤＳＣ１６に送信される。

ＤＳＣ１６は、メモリー部１５より受信した超音波診断画像データをテレビジョン信号の走査方式による画像信号に変換し、表示部１７に出力する。

表示部１７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部１７は、ＤＳＣ１６から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波診断画像の表示を行う。なお、表示装置に代えてプリンター等の印刷装置等を適用してもよい。

制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えて構成され、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って超音波画像診断装置Ｓの各部の動作を集中制御する。
ＲＯＭは、半導体等の不揮発メモリー等により構成され、超音波画像診断装置Ｓに対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。

［超音波探触子］
次に、本実施の形態に係る超音波探触子２の構成について、図３〜図５を参照しながら説明する。
図３は、超音波探触子２の概略構成を示す斜視図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ線における断面図である。
なお、図３は、積層体２０と音響レンズ２４（何れも後述）とを分解した状態を示している。
また、以下の説明において、超音波探触子２における方位方向（走査方向）をＸ方向とし、振動子１００の厚み方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。

超音波探触子２は、図３、４に示すように、例えば、バッキング層２１、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２２ａを介してバッキング層２１上に積層された圧電層２２、及び音響整合層２３の順に下方から積層された積層体２０と、音響整合層２３上に積層された音響レンズ２４と、を備えて構成されている。

バッキング層２１は、圧電層２２を支持し、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。すなわち、バッキング層２１は、圧電層２２の被検体に音波を送受信する方向と反対の板面に装着され、被検体の方向の反対側から発生する超音波を吸収する。

バッキング層２１を構成するバッキング材としては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂や、これらの材料に酸化タングステンや酸化チタン、フェライト等の粉末を入れてプレス成形したゴム系複合材やエポキシ樹脂複合材、塩化ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡＬ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＰ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体などの熱可塑性樹脂などが適用できる。
このうち好ましいバッキング材としては、ゴム系複合材料、及び／又は、エポキシ樹脂複合材からなるものが挙げられ、その形状は圧電層２２やこれを含む超音波探触子のヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。

圧電層２２は、電極及び圧電材料を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子（圧電素子）である。

圧電材料は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電体を含有する材料である。圧電体としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックス、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などの圧電セラミックス、ニオブ酸リチウム、亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛等の固溶系単結晶からなる圧電単結晶、水晶、ロッシェル塩、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、あるいはＶＤＦと、例えば、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）の共重合体であるポリフッ化ビニリデン−３フッ化エチレン（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））のようなＰＶＤＦ共重合体、シアン化ビニリデン（ＶＤＣＮ）の重合体であるポリシアン化ビニリデン（ＰＶＤＣＮ）、あるいはシアン化ビニリデン系共重合体あるいはナイロン９、ナイロン１１などの奇数ナイロンや、芳香族ナイロン、脂環族ナイロン、あるいはポリ乳酸や、ポリヒドロキシブチレートなどのポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体、ポリウレアなどの有機高分子圧電材料などを用いることができる。

圧電材料の厚さとしては、概ね１００〜５００μｍの範囲で用いられる。圧電材料は、その両面に電極が付された状態で、後述する振動子１００として用いられる。

圧電材料に付される電極に用いられる材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）などが挙げられる。

圧電材料に電極を付す方法としては、例えば、チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）などの下地金属をスパッタ法により０．０２〜１．０μｍの厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属及びそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で１〜１０μｍの厚さに形成する方法が挙げられる。

電極形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。電極は、圧電材料の上面及び下面に、超音波探触子２の形状に応じて、圧電体面の全面あるいは圧電体面の一部に、設けられる。

圧電層２２とバッキング層２１は、接着層を介して積層されていることが好ましい態様である。接着層を形成するための接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。

圧電層２２は、電極がＦＰＣ２２ａと接触されており、ＦＰＣ２２ａはケーブル３と電気的に接続されている。したがって、超音波画像診断装置本体１から出力される駆動信号がＦＰＣ２２ａを介して圧電層２２に入力され、圧電層２２で発生した受信信号が超音波画像診断装置本体１に出力される。

音響整合層２３は、圧電層２２と被検体との間の音響インピーダンスを整合させ、境界面での反射を抑制するものである。音響整合層２３は、圧電層２２の、超音波の送受信が行われる送受信方向である被検体側に装着される。

音響整合層２３は、少なくとも１層を有して構成されていれば良いが、本実施の形態においては、下層２３ａ及び上層２３ｂが積層された構成を例示する。
音響整合層２３の層厚は、超音波の波長をλとすると、λ／４となるように定めるのが好ましい。音響整合層２３の層厚が適切になされないと、本来の共振周波数とは異なる周波数ポイントに複数の不要スプリアスが出現し、基本音響特性が大きく変動してしまう場合がある。結果、残響時間の増加、反射エコーの波形歪みによる感度やＳ／Ｎの低下を引き起こす場合がある。このような音響整合層の厚さとしては、通常、概ね２０〜５００μｍの範囲のものが用いられる。

音響整合層２３は、圧電層２２と被検体との概ね中間の音響インピーダンスを有する。音響整合層２３は、下層２３ａから上層２３ｂにかけて音響インピーダンスが漸次小さくなるように設定される。このとき、後述する音響レンズ２４の音響インピーダンスと整合させるため上層２３ｂの音響インピーダンスは２．５ＭＲａｙｌｓ以下とするのが好ましい。

音響整合層２３に用いられる材料としては、アルミ、アルミ合金（例えばＡＬ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、ＰＥ（ポリエチレン）やＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＣ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６−６）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド：ガラス繊維入りも可）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。好ましくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に、充填剤として、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン等を入れて成形したものが適用できる。
本実施の形態において、特に上層２３ｂには、少なくともシリコーン樹脂粒子が含有されているのが好ましい。

上記したようなバッキング層２１、圧電層２２、及び音響整合層２３が積層された積層体２０は、図３に示すように、ダイシングにより所定の間隔毎に切込み（第１の分割溝、以下、メインダイス溝という）３１が入れられ、これにより分割されて複数（ここでは１９２個）の振動子１００が形成される。なお、振動子１００毎に、ＦＰＣ２２ａに形成された１本の信号線２２ｂが対応している。即ち、メインダイス溝３１が入れられることにより、互いに電気的に分離した振動子１００が形成されている。
具体的には、積層体２０に対し、Ｙ方向に沿うようダイシングブレードを設置し、音響整合層２３側からバッキング層２１の所定位置にかけて、Ｘ方向において所定の間隔ごとにダイシングすることで、音響整合層２３、圧電層２２、及びバッキング層２１の上部が分割され、複数チャンネルの振動子１００が１次元アレイ状に形成される。こうして形成された隣接する振動子１００間の空隙がメインダイス溝３１である。

一般に、このような振動子１００は、その幅ｗ（Ｘ方向の寸法）と高さｔ（Ｚ方向の寸法）の関係、いわゆるｗ／ｔ比が０．６近辺の時に、最も効率よく超音波を送受信することができる。
このため、本実施形態における各振動子１００は、振動の効率を高めるために更に切込み（第２の分割溝、以下、サブダイス溝という）３２が入れられた構造となっている。
具体的には、各振動子１００に対し、Ｙ方向に沿うようダイシングブレードを設置し、音響整合層２３側から圧電層２２の所定位置にかけてダイシングすることで、音響整合層２３、及び圧電層２２が分割され、複数の分割素子（以下、サブダイス素子という）１０１が形成される。こうして形成された各振動子１００を分割する空隙がサブダイス溝３２である。
サブダイス溝３２は、メインダイス溝３１と同一又はそれよりも浅く形成されるものであり、その深さは、圧電層２２を完全に分割しても良く、圧電層２２の一部が残るようにしても良い。なお、圧電層２２の一部が残るようにした場合には、圧電層２２を完全に分割した場合と比べて、接着面積を増やすことができる。本実施形態においては、図３に示すように、圧電層２２の一部が残るようにした例である。

また、本実施の形態においては、サブダイス溝３２が、１つの振動子１００に対して２本ずつ形成された構成となっている。
つまり、１つの振動子１００内に３つのサブダイス素子１０１が形成されている。
３つのサブダイス素子１０１は、その幅（Ｘ方向の寸法）の異なる２種類のサブダイス素子（第１サブダイス素子１０１ａ、及び第２サブダイス素子１０１ｂ）から構成される。
また、３つのサブダイス素子１０１は、各振動子１００においてその幅を二等分する仮想中央線Ｌに対して対称となるよう配置される。

具体的に、図５に示すように、３つのサブダイス素子１０１は、仮想中央線Ｌと重なるように配される第１サブダイス素子（第１分割素子）１０１ａと、第１サブダイス素子１０１ａより幅が狭く、当該第１サブダイス素子１０１ａを挟むように配される２つの第２サブダイス素子（第２分割素子）１０１ｂ、１０１ｂと、からなる。
即ち、３つのサブダイス素子１０１は、幅が相対的に広い１つの第１サブダイス素子１０１ａを、幅が相対的に狭い２つの第２サブダイス素子１０１ｂ、１０１ｂにて挟むように配置された構成である。
なお、このとき第１サブダイス素子１０１ａの幅（ｗ_１）と第２サブダイス素子１０１ｂの幅（ｗ_２）の関係としては、例えばｗ_２／ｗ_１が０．７５となる程度に設定される。

また、図６に示すように、３つのサブダイス素子１０１は、仮想中央線Ｌと重なるように配される第１サブダイス素子１０１ａと、第１サブダイス素子１０１ａより幅が広く、当該第１サブダイス素子１０１ａを挟むように配される２つの第２サブダイス素子１０１ｂ、１０１ｂと、を備えることとしても良い。
即ち、３つのサブダイス素子１０１としては、幅が相対的に狭い１つの第１サブダイス素子１０１ａを、幅が相対的に広い２つの第２サブダイス素子１０１ｂ、１０１ｂにて挟むように配置された構成としても良い。
なお、このとき第１サブダイス素子１０１ａの幅（ｗ_１）と第２サブダイス素子１０１ｂの幅（ｗ_２）の関係としては、例えばｗ_２／ｗ_１が１．５となる程度に設定される。

このように、３つのサブダイス素子１０１が、各振動子１００の幅を二等分する仮想中央線Ｌに対して対称となるよう配置されることにより、形状の対称なビームを得ることができることとなる。

また、メインダイス溝３１及びサブダイス溝３２には、隣接する素子の振動に応じて励振し不必要な信号を生じるいわゆる音響的カップリングを生じないように、充填材（図示省略）が充填される。充填材としては、例えば、従来公知のシリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等が適用可能である。

音響レンズ２４は、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために、音響整合層２３の上方に積層するように配置されるものである。すなわち、音響レンズ２４は、超音波探触子２の被検体と接する側に設けられ、圧電層２２にて発生した超音波を、被検体に効率よく入射させる。音響レンズ２４は、被検体と接する部分で、内部の音速に応じて凸型又は凹型のレンズ形状を有し、被検体に入射される超音波を、撮像断面と直交する厚さ方向（エレベーション方向）で収束させる。

音響レンズ２４は、概ね被検体及び音響整合層２３の中間の音響インピーダンスを有する軟質の高分子材料により形成される。
音響レンズ２４を構成する素材としては、従来公知のシリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等が適用可能である。これらのうち、シリコーン系ゴム及びブタジエン系ゴムを用いることが好ましい。

次に、本実施の形態に係る超音波探触子２の作用について説明する。
まず、各振動子に幅が同一の周期的構造のサブダイス素子が設けられた構成の超音波探触子を考えると、かかる構成の場合、その周期的構造に起因してＸ方向に伝播するラム波が励起される。励起されたラム波は不要振動として、超音波探触子の音響特性に影響が生じる。
ここで、ラム波の共振周波数ｆ［Ｈｚ］は、ラム波の位相速度をＶ［ｍ／ｓ］、サブダイス素子の周期長（サブダイス素子の幅）をｄ［ｍ］とした場合、ｆ＝Ｖ／ｄの関係が成り立つ。
なお、ラム波の位相速度Ｖは、圧電材料のレイリー速度、サブダイス溝３２に充填された充填材のレイリー速度、圧電材料及び充填材の体積比率から決定される。

これに対して、本実施の形態の超音波探触子２は、振動子１００が、幅の異なる２種類のサブダイス素子１０１ａ、１０１ｂを備えた構成であり、Ｘ方向に周期的な構造でないため、Ｘ方向に伝播する不要振動（ラム波）の発生を抑制できる。よって、ラム波の影響で及ぼされる周波数応答のリップルや時間応答リンキングが抑制でき、これらに起因するノイズやコントラスト低下等の画質劣化が発生するのを防止することができる。
また、本実施の形態の超音波探触子２は、振動子１００が、何れも同一幅であるため、走査方向の分解能がイメージの視野ごとにばらつくといった問題が生じることがない。

また、本実施の形態の超音波探触子２においては、各振動子１００は３つのサブダイス素子１０１を有し、３つのサブダイス素子１０１は、振動子１００の幅を二等分する仮想中央線Ｌに対して対称となるよう配置されている。このため、振動子１００が放射音場に形成する音響ビームプロファイルが、放射音軸（仮想中央線Ｌ）に対してＸ方向に対称となる。

ここで、本実施の形態における超音波探触子２の周波数特性を図７に示す。
図７において、縦軸は音圧強度、横軸は規格化周波数である。
また、図７において、実線は、上記図５の振動子１００を有する超音波探触子２の周波数帯域形状を示し、破線は、上記図６の振動子１００を有する超音波探触子２の周波数帯域形状を示し、一点鎖線は、同一幅のサブダイス素子が形成された振動子を有する超音波探触子の周波数帯域形状を示している。
図７から、本実施の形態の超音波探触子（実線及び破線）は、従来の同一幅のサブダイス素子が形成された振動子を有する超音波探触子（一点鎖線）と比較して、特性を損なうことはないことがわかる。

以上のように、本実施の形態の超音波探触子２によれば、複数の振動子１００は、超音波を送受信する圧電体を所定の間隔毎にメインダイス溝３１により分割することで互いに分離され、複数の振動子１００の各々は、メインダイス溝３１と平行なサブダイス溝３２により更に分割されて形成された３つのサブダイス素子１０１を備え、３つのサブダイス素子１０１は、幅の異なる２種類のサブダイス素子１０１ａ、１０１ｂからなる。
このため、２種類のサブダイス素子１０１ａ、１０１ｂを含む構成であることから、サブダイス素子に起因するＸ方向に伝播するラム波の発生を抑制でき、且つ各振動子１００は同一幅であることからＸ方向の分解能を一定に維持できるので、良好な超音波画像を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、３つのサブダイス素子１０１は、振動子１００の幅を二等分する仮想中央線Ｌに対して対称となるよう配置されている。
具体的には、３つのサブダイス素子１０１は、仮想中央線Ｌと重なるように配される第１サブダイス素子１０１ａと、第１サブダイス素子１０１ａよりＸ方向の寸法が狭く、当該第１サブダイス素子１０１ａを挟むように配される２つの第２サブダイス素子１０１ｂ、１０１ｂと、を備える。
或いは、３つのサブダイス素子１０１は、仮想中央線Ｌと重なるように配される第１サブダイス素子１０１ａと、第１サブダイス素子１０１ａより幅が広く、当該第１サブダイス素子１０１ａを挟むように配される２つの第２サブダイス素子１０１ｂ、１０１ｂと、を備える。
このため、このため、振動子１００が放射音場に形成する音響ビームプロファイルを、放射音軸（仮想中央線Ｌ）に対してＸ方向に対称とすることができる。

＜変形例＞
次に、上記実施の形態の変形例について説明する。
上記実施の形態では、サブダイス素子１０１が、仮想中央線Ｌに対して対称となる構成を例示して説明したが、１つの振動子１００内に幅の異なる少なくとも２種類のサブダイス素子が設けられた構成であれば、仮想中央線Ｌに対して非対称な構成とすることもできる。
例えば、図８に示すように、振動子１００のＸ方向の一端部側に配される第１サブダイス素子（第１分割素子）１０１Ａと、第１サブダイス素子１０１Ａより幅が狭い２つの第２サブダイス素子（第２分割素子）１０１Ｂ、１０１Ｂと、を備えることとしても良い。
このように構成した場合、図９に示すように、圧電層２２のＸ方向の一端側からダイシングを行って、サブダイス溝３２より深いメインダイス溝３１を形成しようとする場合、メインダイス溝３１を形成するのに幅を大きくとることができるため、ダイシングによりサブダイス素子が潰れる等の問題が発生しづらく、素子分割時（ダイシング時）の製造の歩留まりを良好にすることができる。このため、サブダイス素子の形成を容易にすることができる。

ここで、上記変形例における超音波探触子の周波数特性を、図１０に示す。
図１０において、縦軸は音圧強度、横軸は規格化周波数である。
また、図１０において、実線は、上記図８の振動子１００を有する超音波探触子の周波数帯域形状を示し、破線は、同一幅のサブダイス素子が形成された振動子を有する超音波探触子の周波数帯域形状を示している。
図１０から、変形例の超音波探触子（実線）であっても、従来の同一幅のサブダイス素子が形成された振動子を有する超音波探触子（破線）と比較して、特性を損なうことはないことがわかる。

なお、上記実施の形態及び変形例では、何れも、振動子１００が３つのサブダイス素子１０１を備える構成を例示して説明したが、サブダイス素子１０１の数はこれに限定されない。
例えば、図１１（ａ）に示すように、各振動子１００に２つずつサブダイス素子１０１を形成し、この２つのサブダイス素子１０１を、幅の異なるサブダイス素子１０１ａ、１０１ｂとすることとしても良い。
また、図示は省略するが、各振動子１００に、４つ以上のサブダイス素子１０１を形成することとしても良い。

また、上記実施の形態及び変形例では、何れも、サブダイス素子１０１が幅の異なる２種類のサブダイス素子１０１ａ、１０１ｂを有する構成を例示して説明したが、サブダイス素子１０１の幅としては３種類以上であっても良い。
例えば、図１１（ｂ）に示すように、振動子１００が３つのサブダイス素子１０１（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）を備え、これらの幅が全て異なることとしても良い。

また、上記実施の形態では、振動子１００は、Ｘ方向に一次元アレイ状に複数配列された構成を例示して説明したが、２次元アレイ状に形成することもできる。

また、上記実施の形態では、図３に示すように、音響整合層２３及び圧電層２２が積層された状態でダイシングが実行された構成を例示しているが、圧電層２２にのみダイシングが行われる構成とすることもできる。

また、圧電層２２とバッキング層２１との間にヘビーバッキング層（図示省略）を設けるようにしてもよい。ヘビーバッキング層は、音響インピーダンスが圧電層２２よりも大きい材料により形成されており、圧電層２２に対し被検体の方向とは反対側に出力される超音波を反射する。このように、ヘビーバッキング層を備えることにより、圧電層２２における超音波の送受波に対する感度をさらに向上させることができる。なお、ヘビーバッキング層を追加することにより狭帯域化するが、音響整合層２３を３層以上とすることで広帯域にすることができる。

Ｓ 超音波画像診断装置
１ 超音波画像診断装置本体
２ 超音波探触子
２０ 積層体
２１ バッキング層
２２ 圧電層
２２ａ フレキシブルプリント基板
２２ｂ 信号線
２３ 音響整合層
２４ 音響レンズ
３１ メインダイス溝（第１の分割溝）
３２ サブダイス溝（第２の分割溝）
１００ 振動子
１０１ サブダイス素子（分割素子）
１０１ａ 第１サブダイス素子（第１分割素子）
１０１ｂ 第２サブダイス素子（第２分割素子）
１０１Ａ 第１サブダイス素子（第１分割素子）
１０１Ｂ 第２サブダイス素子（第２分割素子）
Ｌ 仮想中央線

Claims (7)

1. 駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力するための走査方向に配列された複数の振動子を備えた超音波探触子において、
   前記複数の振動子は、超音波を送受信する圧電体を所定の間隔毎に第１の分割溝により分割することで互いに分離され、
   前記複数の振動子の各々は、前記第１の分割溝と平行な第２の分割溝により更に分割されて形成された複数の分割素子を備え、
   前記複数の分割素子は、走査方向の寸法の異なる少なくとも２種類の分割素子からなることを特徴とする超音波探触子。
2. 前記複数の振動子の各々は、３つ以上の前記分割素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. ３つ以上の前記分割素子は、前記振動子の走査方向の寸法を二等分する仮想中央線に対して対称となるよう配置されることを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
4. 前記複数の振動子の各々は、３つの前記分割素子を備え、
   ３つの前記分割素子は、
   前記仮想中央線と重なるように配される第１分割素子と、
   前記第１分割素子より走査方向の寸法が狭く、当該第１分割素子を挟むように配される２つの第２分割素子と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波探触子。
5. 前記複数の振動子の各々は、３つの前記分割素子を備え、
   ３つの前記分割素子は、
   前記仮想中央線と重なるように配される第１分割素子と、
   前記第１分割素子より走査方向の寸法が広く、当該第１分割素子を挟むように配される２つの第２分割素子と、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波探触子。
6. ３つ以上の前記分割素子は、
   前記振動子の走査方向の一端部側に配される第１分割素子と、
   前記第１分割素子より走査方向の寸法が狭い少なくとも２つの第２分割素子と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
7. 駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波探触子と、
   前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、
   を備えたことを特徴とする超音波画像診断装置。

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