JP2019187868A - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の減衰及び不要な多重反射を小さくし、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現することである。【解決手段】超音波探触子１０は、超音波を被検体へ送受信する振動子１と、振動子１の被検体側に設けられた超音波伝搬部としての音響レンズ４と、を備える。音響レンズ４は、被検体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ被検体側の表面及び振動子１側の表面の少なくとも一方に凹凸部４ａを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波診断装置に関する。

従来、超音波探触子により超音波を被検体内部に照射し、その反射された超音波を受信して、所定の信号データ処理を行うことにより被検体の内部構造の超音波画像を生成する超音波診断装置が知られている。このような超音波診断装置は、医療目的の検査、治療や建築構造物内部の検査といった種々の用途に広く用いられている。

図１０は、従来の超音波探触子４０の斜視図である。図１０において、超音波探触子４０は、振動子４１と、音響マッチング層４２と、バッキング部４３と、音響レンズ４４と、を備える。振動子４１は、被検体（図示略）との間で超音波を送受信するべく、配列された複数個の振動子である。音響マッチング層４２は、振動子４１の被検体側の前面（＋Ｚ方向）に設けられる１層以上からなる層である。ここでは、音響マッチング層４２は、音響マッチング層４２ａ，４２ｂ，４２ｃからなるものとする。バッキング部４３は、振動子４１に対して音響マッチング層４２の反対側となる背面に設けられる。音響レンズ４４は、音響マッチング層４２の被検体側（＋Ｚ方向側）表面に設けられている。

振動子４１の前面と背面には、それぞれ図示しない電極が配置され、当該電極に電圧を印加して振動子４１を振動させて超音波の送信及び受信をおこない、それを電気信号で送受信する。

振動子４１は、電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、あるいは被検体内で反射したエコーを電気信号に変換して受信する。図１０では、Ｘ方向に複数の振動子４１が配列されている。このような振動子４１の複数個の配列は、電子的に超音波を走査する電子走査型といわれるタイプであり、位相制御により超音波ビームを偏向あるいは集束することができ、さらに電子的に複数の振動子４１を順次切換えて走査して実時間で超音波断層を画像化する。また、このほかに単一の振動子を機械的に走査させて、超音波断層を画像化する方法もある。

これらに用いる超音波探触子４０は、超音波画像の高分解能化を実現するために、配列された複数個の振動子４１と直交するＹ方向に超音波ビームを絞るために、音響レンズ４４が設けられている。特に生体を対象とする超音波診断装置用の超音波探触子４０に用いられる音響レンズ４４は、被検体との音速が異なることが必要であり、また被検体（生体）との密着性をよくすることを考慮すると、被検体に向けて凹面形状より凸面形状にすることが望ましい。そのため音響レンズ４４の音速は生体の音速（約１５４０［ｍ／ｓ］）より遅くする必要があり、さらに音響レンズと被検体との間での超音波の反射を最小にして多重反射をなくすため、被検体に近い音響インピーダンス（約１．５４［ＭＲａｙｌ］）にする必要がある。

従来、音響レンズの材料としては、シリコーンゴムを主剤として、酸化亜鉛、白金、白金酸化物、酸化イッテルビウム、酸化チタン、酸化ケイ素の粉末を充填したものが使用された超音波探触子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、超音波を送受信する単体の振動子を有する超音波送受波部を機械的に回転、揺動又はスライドさせるメカニカルスキャン機構を備えた内視鏡用としての超音波探触子、あるいは振動子を複数個アレイ状に配列し電子的に走査できる超音波送受波部を機械的に回転又は揺動して３次元の超音波画像を得る超音波探触子が知られている。

これらの超音波探触子は、いずれも超音波送受波部が機械的に動作するため、被検体に接する部分は超音波の音響窓材又は膜を設けて、その中に液体の超音波伝搬媒体を封入している構成となっている。超音波送受波部から超音波伝搬媒体、音響窓材を通して被検体に超音波を送信及び受信して超音波画像を表示する。しかし、ここで問題になるのが、超音波送受波部、超音波伝搬媒体、音響窓材、被検体間でそれぞれ音響インピーダンスが異なると、それぞれの境界から超音波が反射して多重反射となり、超音波画像に虚像（アーティファクト）として表示される。この問題を回避するために、それぞれの部材は、音響インピーダンスが被検体に近い材料を選択するようにしており、超音波伝搬媒体として多価アルコールのエチレングリコール、１．３−ブタンジオールなどが使用され、音響窓材としては、ポリエチレン、ポリメチルペンテンなどが使用された超音波探触子が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−７２６０５号公報 特開２００６−１９８１６２号公報

超音波診断装置は、高分解能で診断領域を拡大させるという要望が高い。これに対して超音波診断装置本体に接続する超音波は感度を向上させるということが重要である。超音波探触子の感度を向上させるための疎外要因の一つとして、被検体に接触する音響レンズ材料の減衰が大きいことがある。

通常使用されている音響レンズは、被検体の音響インピーダンスに近い値を有し、かつ超音波を集束させて分解能を向上させる目的で設けている。一般的には、シリコーンゴムの材料が用いられている。しかし、シリコーンゴム単体では、被検体の音響インピーダンス（１．５〜１．６［ＭＲａｙｌ］）より小さい（１．０〜１．２［ＭＲａｙｌ］）ため、このままの特性で音響レンズとして使用すると、被検体と音響レンズ間での反射波が多重に発生してアーティファクトになり、画像診断の誤診につながる。そのため、シリコーンゴムに種々の微細な粒径の酸化物などを充填して、音響インピーダンスを上げて被検体の音響インピーダンスに近い値にしている。一方、超音波の減衰は、充填物により大きくなり、特に周波数が高くなると周波数依存減衰があり、これと共に超音波の減衰も大きくなっている。

したがって、ある程度の減衰は犠牲にして、音響インピーダンスを被検体に近い値に調整しているのが現状である。このことによって、超音波探触子のセンサー部の感度は向上させても、音響レンズの減衰が大きいため、感度を向上させることが難しいという課題がある。

一方、従来の超音波送受波部、超音波伝搬媒体及び音響窓材を設けた超音波探触子では、超音波送受波部に設けた音響レンズと超音波伝搬媒体と音響窓材として、音響インピーダンスが被検体に近い値のものを選択しているが、同じ値を有する材料の組合せることが難しい。そのため、多重反射は少なからず残るため、それを材料の減衰で低減させている。したがって、多重反射も残るとともに減衰により感度も犠牲にしているという課題がある。

本発明の課題は、超音波の減衰及び不要な多重反射を小さくし、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の超音波探触子は、
超音波を被検体へ送受信する振動子と、
前記振動子の前記被検体側に設けられた超音波伝搬部と、を備え、
前記超音波伝搬部は、前記被検体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ前記被検体側の表面及び前記振動子側の表面の少なくとも一方に凹凸部を備える。

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、
前記超音波伝搬部は、超音波の減衰が小さい。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超音波探触子において、
前記超音波伝搬部は、前記被検体と異なる音響インピーダンスを有し、前記凹凸部を備える超音波伝搬部本体と、
前記超音波伝搬部本体の前記被検体側の表面上に設けられ、当該被検体と同じ又は近い音響インピーダンスを有する層部と、を備える。

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、
前記超音波伝搬部本体は、前記層部より超音波の減衰が小さい。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の超音波探触子において、
前記超音波伝搬部本体及び前記層部は、互いに異なる色を有する。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記超音波伝搬部は、凸面形状を有し、前記被検体よりも遅い音速の値を有する、又は凹面形状を有し、前記被検体よりも速い音速の値を有する。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記超音波伝搬部の少なくとも前記被検体側に配置された超音波伝搬媒体と、
前記振動子、前記超音波伝搬部及び前記超音波伝搬媒体を内包する音響窓材部と、を備える。

請求項８に記載の発明の超音波探触子は、
超音波を被検体へ送受信する振動子と、
前記振動子の少なくとも前記被検体側に配置された超音波伝搬媒体と、
前記振動子及び前記超音波伝搬媒体を内包する音響窓材部と、を備え、
前記音響窓材部は、前記被検体及び前記超音波伝搬媒体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ前記被検体側の表面及び前記振動子側の表面の少なくとも一方に凹凸部を備える。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の超音波探触子において、
前記音響窓材部及び前記超音波伝搬媒体は、超音波の減衰が小さい。

請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の超音波探触子において、
前記音響窓材部は、前記被検体と異なる音響インピーダンスを有し、前記凹凸部を備える音響窓材部本体と、
前記音響窓材部本体の前記被検体側の表面上に設けられ、当該被検体と同じ又は近い音響インピーダンスを有する層部と、を備える。

請求項１１に記載の発明は、請求項８から１０のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記振動子の前記被検体側に設けられた超音波伝搬部を備える。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の超音波探触子において、
前記超音波伝搬部は、前記超音波伝搬媒体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ前記超音波伝搬媒体側の表面及び前記振動子側の表面の少なくとも一方に凹凸部を備える。

請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記凹凸部は、所定の単一の深さの複数の凹部を有する。

請求項１４に記載の発明は、請求項１から１２のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記凹凸部は、互いに異なる複数の深さの凹部を有する。

請求項１５に記載の発明は、請求項１から１４のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記凹凸部は、使用周波数に対応する０．１５波長から１．３波長の範囲の深さの凹部を有する。

請求項１６に記載の発明の超音波診断装置は、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子に駆動信号を出力する送信部と、
前記超音波探触子から受信信号が入力される受信部と、
前記入力された受信信号に応じて、超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える。

本発明によれば、超音波の減衰及び不要な多重反射を小さくでき、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現できる。

本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の概略外観図である。 第１の実施の形態の超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。 （ａ）は、第１の実施の形態の超音波探触子を示す概略断面図である。（ｂ）は、第１の実施の形態の音響レンズの被検体側の表面の拡大断面図である。 （ａ）は、第１の比較例の音響レンズを用いた超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。（ｂ）は、第１の実施例の音響レンズを用いた超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。 （ａ）は、第２の実施例の音響レンズを用いた超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。（ｂ）は、第３の実施例の音響レンズを用いた超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。（ｃ）は、第２の比較例の音響レンズを用いた超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。 第２の実施の形態の音響レンズの被検体側の表面の拡大断面図である。 第４の実施例の音響レンズを用いた超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。 （ａ）は、第３の実施の形態の第１の音響レンズの被検体側の表面の拡大断面図である。（ｂ）は、第３の実施の形態の第２の音響レンズの被検体側の表面の拡大断面図である。 （ａ）は、第４の実施の形態の超音波探触子の一部概略断面図である。（ｂ）は、第４の実施の形態の音響窓材部の拡大断面図である。 従来の超音波探触子の斜視図である。

添付図面を参照して、本発明に係る第１〜第４の実施の形態を順に詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１〜図５を参照して、本発明に係る第１の実施の形態を説明する。まず、図１〜図２を参照して、本実施の形態の超音波診断装置１００の全体の装置構成を説明する。図１は、本実施の形態の超音波診断装置１００の概略外観図である。図２は、超音波診断装置１００の機能構成を示すブロック図である。

本実施の形態の超音波診断装置１００は、病院などの医療機関で、医師、技師などの操作者に使用される超音波診断を行うための装置である。図１及び図２に示すように、超音波診断装置１００は、超音波探触子１０と、超音波診断装置本体１１０と、を備える。超音波探触子１０は、図示しない患者の生体などの被検体に対して超音波（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：エコー）を受信する。超音波診断装置本体１１０は、超音波探触子１０とケーブル１０ｂを介して接続され、超音波探触子１０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１０に被検体に対して送信超音波を送信させるとともに、超音波探触子１０にて受信された被検体内からの反射超音波に応じて超音波探触子１０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１０は、振動子１を備える。この振動子１は、例えば、方位方向（走査方向（ラテラル方向）あるいは上下方向（エレベーション方向））に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、ｎ個（例えば、１９２個）の振動子１を備えた超音波探触子１０を用いている。なお、振動子１は、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子１の個数は、任意に設計することができる。また、本実施の形態では、超音波探触子１０について、リニア電子スキャンプローブを採用するが、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。

図２に示すように、超音波診断装置本体１１０は、例えば、操作入力部１１１と、送信部１１２と、受信部１１３と、画像生成部１１４と、メモリー部１１５と、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）１１６と、表示部１１７と、制御部１１８と、を備える。

操作入力部１１１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など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１１８に出力する。

送信部１１２は、制御部１１８の制御に従って、超音波探触子１０にケーブル１０ｂ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１０に送信超音波を発生させる回路である。また、送信部１１２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、駆動信号の送信タイミングを振動子１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。

受信部１１３は、制御部１１８の制御に従って、超音波探触子１０からケーブル１０ｂを介して電気信号である受信信号を受信する回路である。受信部１１３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１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１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１１４は、制御部１１８の制御に従って、受信部１１３からの音線データに対して包絡線検波処理、対数増幅及びゲイン調整を実施し、音線データの示す受信信号の強さを輝度値に変換してＢモード画像データを生成する。このようにして生成されたＢモード画像データは、メモリー部１１５に送信される。なお、画像生成部１１４は、Ｂモード以外のカラードプラモードなどの他の画像モードの超音波画像データを生成する構成としてもよい。

メモリー部１１５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１１４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、フレーム画像データとして記憶することができる。そして、記憶されたフレーム画像データは、制御部１１８の制御に従って、ＤＳＣ１１６に送信される。

ＤＳＣ１１６は、制御部１１８の制御に従って、メモリー部１１５より受信したフレーム画像データに座標変換などを施して画像信号に変換し、表示部１１７に出力する。

表示部１１７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ティスプレイ及びプラズマディスプレイなどの表示装置が適用可能である。表示部１１７は、ＤＳＣ１１６から出力された画像信号に従って表示画面上に画像の表示を行う。

制御部１１８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など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診断装置１００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などにより構成され、超音波診断装置１００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、ガンマテーブルなどの各種データを記憶する。これらのプログラムは、コンピュータ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。

ついで、図３（ａ）、図３（ｂ）を参照して、超音波探触子１０の構成を説明する。図３（ａ）は、超音波探触子１０を示す概略断面図である。図３（ｂ）は、音響レンズ４の被検体側の表面の拡大断面図である。

超音波探触子１０は、超音波診断装置１００を構成する際に、超音波診断装置本体１１０とケーブル１０ｂを介して電気的に接続されて使用され得るものである。超音波探触子１０は、超音波を被検体内に送信し、被検体内から反射し受信した超音波を電気信号に変換して超音波診断装置本体１１０に送信する機能を有している。

超音波探触子１０は、図３（ａ）中に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸のうち、Ｘ方向に振動子１が複数個配列された、所謂電子走査型超音波探触子の構成を有する。超音波探触子１０は、＋Ｚ方向に、バッキング部３と、信号用電気端子７と、信号電極６と、振動子１と、接地電極５と、音響マッチング層２と、超音波伝搬部としての音響レンズ４とを順に備える。振動子１は、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate；チタン酸ジルコン酸鉛）系などの圧電セラミック、ＰＭＮ−ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate；マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛）などの圧電単結晶、また前記材料と高分子を複合した複合圧電体、あるいはＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride；ポリフッ化ビニリデン）などに代表される高分子の圧電体などによって構成されている。なお、振動子１は、超音波を発生させて送受信できる手段であれば、前述の圧電体に限定するものではなく、たとえばシリコンウエハ上に微小なセルを多数形成し，電気的にセルを振動させることで超音波の送受信を行う容量性の超音波送受信素子ＣＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）あるいは、圧電薄膜と半導体微細加工技術とを利用したＰＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducers）の構成でも使用可能である。

接地電極５は、金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀の焼き付けなどにより、振動子１の＋Ｚ側の面に設けられている接地された電極である。信号電極６は、接地電極５と同じように、金や銀を蒸着、スパッタリングなどにより、振動子１の−Ｚ側の面に設けている信号線側の電極である。信号用電気端子７は、信号電極６に駆動信号を入力し受信信号を取り出す。バッキング部３は、必要に応じて、振動子１を物理的に保持し、かつ振動子１から出力された不要な超音波信号を減衰させる機能を有する。

音響マッチング層２は、振動子１の接地電極５上に設けられ、振動子１と音響レンズ４との音響インピーダンスのマッチングをとる層である。本実施の形態では、音響マッチング層２は、２層（音響マッチング層２ａ，２ｂ）を設ける構成とするが、この層数に限定されるものではない。音響レンズ４は、音響マッチング層２上に配置され、音響マッチング層２を伝搬した超音波を集束する機能を有する。

超音波探触子１０は、超音波診断装置本体１１０から電気信号を接地電極５と信号電極６に電圧を印加することにより、振動子１が機械振動して発生する超音波が音響マッチング層２、音響レンズ４を伝搬して被検体に送信し、被検体からの反射波を受信するものである。生体を被検体とする超音波探触子１０は、生体である被検体に直接的に接触又は超音波伝搬媒体（接触媒質）を介して間接的に接触して、被検体に超音波を送信し被検体から反射してきた反射波を再び受信して、その受信信号が超音波診断装置本体１１０で処理されて表示部１１７上に超音波画像として表示されて診断するものに用いられる、所謂センサーである。

ここで望まれる超音波探触子１０の性能としては、高感度で広帯域の周波数特性を有していることである。したがって、音響レンズ４に望まれる特性としては、第１に、超音波を集束させるためには、従来から知られているように、被検体である水や生体と音速が違う値を有することである。特に音響レンズ４を被検体側（図３（ａ）の＋Ｚ方向側）に凸面形状にするには、音響レンズ４に被検体（生体を想定）の音速（約１．５４［ｋｍ/sec］）より遅い値を有する材料を用いることが必要である。これとは逆に音響レンズ４の音速が速い場合には、表面形状は凹面形状になる。生体を対象とする被検体には、接触性が良く、操作性が良好な凸面形状が有効である。そのため、音響レンズ４に、音速が被検体より遅いシリコーンゴムを用いられているのが一般的である。

第２に、音響レンズ４と被検体間で音響インピーダンスの差による反射を少なくすることであり、被検体に近い音響インピーダンスの値（約１．５〜１．６［ＭＲａｙｌ］）が必要である。第３に、音響レンズ４の減衰によって超音波の送受信感度の低下と周波数特性の劣化をなくすために、減衰が可能な限り小さいことが必要となる。

以上のように、上記第１〜第３の３つの特性が望まれる訳であるが、本実施の形態の特徴は、音響レンズ４には、従来の音響レンズと異なる音響インピーダンスが被検体と異なる値の材料を用いることと、音響レンズ４の被検体側に位置する表面に凹凸を設け、その凹凸の表面粗さの範囲を限定し、音響レンズ４と被検体との音響インピーダンスの差による反射を問題ないレベルまで低減していることとである。この２つのことにより、音響レンズ４は、音響インピーダンスを被検体に近づける必要がなくなり、音響インピーダンスの値の制限がなくなる。したがって、音響レンズ４の材料として、従来の音響レンズの材料より減衰が小さい材料を選択できるため、感度を向上させることが可能となる。しかも、図３（ｂ）に示すように、音響レンズ４は、被検体側の表面に凹凸部４ａを設けた構成としており、被検体との音響インピーダンスが異なっていても、その境界からの反射を小さくできる。つまり、音響レンズ４は、多重反射を小さくできるという長所を有している。

凹凸部４ａは、凹部としての同じ深さｄの楔状の溝が形成されている。

ついで、図４（ａ）〜図５（ｃ）を参照して、音響レンズ４の具体的な実施例及びその特性を説明する。図４（ａ）は、比較例１の音響レンズを用いた超音波探触子のパルス応答特性を示す図である。図４（ｂ）は、実施例１の音響レンズ４を用いた超音波探触子１０のパルス応答特性を示す図である。図５（ａ）は、実施例２の音響レンズ４を用いた超音波探触子１０のパルス応答特性を示す図である。図５（ｂ）は、実施例３の音響レンズ４を用いた超音波探触子１０のパルス応答特性を示す図である。図５（ｃ）は、比較例２の音響レンズ４を用いた超音波探触子１０のパルス応答特性を示す図である。

ここでは、本実施の形態の実施例１〜３の音響レンズ４を有する超音波探触子１０と、実施例１〜３との比較のための比較例１、２の音響レンズを有する超音波探触子とを試作して、それらの特性を評価した。実施例１〜３の超音波探触子１０は、使用周波数１０［ＭＨｚ］で音響マッチング層２が、音響マッチング層２ａ，２ｂの２層からなる構成とした。また、比較例１、３の超音波探触子も、音響レンズを除き、実施例１〜３の超音波探触子１０と同様の構成のものを用いた。

比較例１の音響レンズは、従来の音響レンズであり、被検体の音響インピーダンスに近づけた従来のシリコーンゴムにシリカの粉体を充填した材料（音響インピーダンスが１．４２［ＭＲａｙｌ］、音速が９９０［ｍ／sec］、使用周波数１０［ＭＨｚ］での減衰が７．８［ｄＢ／ｍｍ］、平均厚みが０．５［ｍｍ］）で形成した。また、比較例１の音響レンズは、表面に凹凸部が形成されていない。

実施例１の音響レンズ４は、例えば、信越化学社製のＫＥ１０８のシリコーンゴム（音響インピーダンスが１．０［ＭＲａｙｌ］、音速が１０００［ｍ／sec］、使用周波数１０［ＭＨｚ］での減衰が０．７［ｄＢ／ｍｍ］、平均厚みが０．５［ｍｍ］）の材料で形成した。実施例１の音響レンズ４は、楔状（溝の角度は約６０度）の凹凸部４ａが設けられている。実施例１の凹凸部４ａの深さｄは、０．１５波長（０．１５λ）（使用周波数１０［ＭＨｚ］での深さｄが０．０１５［ｍｍ］、凹凸部４ａの溝の間隔が約０．０１７ｍｍ）とした。超音波の波長λは、音速を使用周波数１０［ＭＨｚ］で除算した値である。

実施例２の音響レンズ４は、実施例１と同じ材料で形成した。実施例２の音響レンズ４の凹凸部４ａの深さｄは、０．６５波長（使用周波数１０［ＭＨｚ］での深さｄが０．０６５［ｍｍ］、凹凸部４ａの間隔が約０．０７５［ｍｍ］）とした。

実施例３の音響レンズ４は、実施例１と同じ材料で形成した。実施例３の音響レンズ４の凹凸部４ａの深さｄは、１．３波長（使用周波数１０［ＭＨｚ］での深さｄが０．１３［ｍｍ］、凹凸部４ａの間隔が約０．１５［ｍｍ］）とした。

比較例２の音響レンズは、実施例１と同じ材料で形成した。ただし、比較例２の音響レンズは、表面に凹凸部が形成されていない。

なお、実施例１〜３及び比較例１，２の音響レンズは、曲率半径が８．５ｍｍの凸面形状を有する。実施例１〜３の音響レンズ４は、送受信する超音波の伝搬経路をカバーする領域に凹凸部４ａを設けている。実施例１〜３の超音波探触子１０、比較例１，２の超音波探触子のそれぞれを用いて、水中下で送信した超音波を１５［ｍｍ］の距離のステンレス板から反射した受信のパルス応答波形を同じ条件で測定した。

比較例１の超音波探触子、実施例１〜３の超音波探触子１０、比較例２の超音波探触子を用いたパルス応答波形の測定結果を順に図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示した。図４（ａ）〜図５（ｃ）において、横軸は時間［sec］、縦軸は電圧値［Ｖ］を示す。なお、凹凸部４ａは、２次元に設けた形状にしている。

図４（ａ）〜図５（ｃ）において、最初のパルス応答波形Ｐ１は、音響レンズから出射された超音波が反射板から反射して音響レンズ、音響マッチング層２を通過し振動子１に入力された反射波形を示す。パルス応答波形Ｐ２は、音響レンズから出射された超音波が反射板から反射して音響レンズに入射された後、音響マッチング層２（２ｂ）で反射され、音響レンズの被検体側の表面で再び反射されて音響マッチング層２を通過し振動子１に入力された反射波形を示す。

ここで感度が高いかどうかを評価するのは、パルス応答波形Ｐ１の反射波形の大きさであり、大きいほど感度が高いという評価になる。パルス応答波形Ｐ１のＶｐｐ（peak to peak）を電圧値Ｖ１とする。一方、パルス応答波形Ｐ２は可能な限り小さいことが望ましく、大きくなると多重反射となり、超音波画像上では虚像として表示される。この虚像が誤診になる可能性があるため回避することが必要であり、パルス応答波形Ｐ２の電圧レベルは小さくしないといけない。

パルス応答波形Ｐ２のＶｐｐを電圧値Ｖ２とする。電圧値Ｖ１に対する電圧値Ｖ２の比（Ｖ２／Ｖ１）を、電圧値Ｖ１の電圧レベルを０［ｄＢ］とした場合の電圧値Ｖ２の電圧レベルのｄＢ量で表す。電圧値Ｖ１に対する電圧値Ｖ２の比［ｄＢ］は、−３５ｄＢ以下であれば、超音波画像において虚像として認識され難いことから、このレベル以下が望ましい。

比較例１、実施例１〜３、比較例２の超音波探触子におけるパルス応答波形の電圧値Ｖ１［Ｖ］と、電圧値Ｖ１に対する電圧値Ｖ２の比（Ｖ２／Ｖ１）［ｄＢ］と、を次表１に表す。

比較例１の超音波探触子におけるパルス応答波形の結果では、Ｖ２／Ｖ１は、−３９［ｄＢ］であり問題ないレベルである。比較例２の超音波探触子におけるパルス応答波形の結果では、Ｖ２／Ｖ１は、−２５．４［ｄＢ］であり、かなり大きい値であり、超音波画像上では明らかに虚像として表示され問題である。

一方、実施例１〜３の超音波探触子１０におけるパルス応答波形の結果では、Ｖ２／Ｖ１は、−３６．３〜−３７．１［ｄＢ］であり、比較例２よりも１０［ｄＢ］以上改善されており、許容レベルの−３５ｄＢ以下をクリアしており、多重反射を低減させることに効果があることは確認できた。さらに、実施例１〜３の超音波探触子１０における感度を表す電圧値Ｖ１のパルス応答波形を、比較例１の超音波探触子における電圧値Ｖ１のパルス応答波形と比較するため、第１例（例えば、比較例１）の電圧値Ｖ１に対する第２例（例えば、実施例１〜３）の電圧値Ｖ１の比を、次式（１）を用いて算出した。
２０ｌｏｇ｛（第２例のＶ１）／（第１例のＶ１）｝ …（１）

比較例１の電圧値Ｖ１に対する実施例１〜３の電圧値Ｖ１の比は、約８［ｄＢ］となった。つまり、実施例１〜３の感度が、比較例１の感度に比べて、約８［ｄＢ］ほど向上していることが確認できる。この結果は、ほぼ音響レンズの超音波減衰の差に相当していることがわかる。

音響レンズ４の凹凸部４ａの深さｄの範囲は、０．１５波長から１．３波長の範囲で、多重反射の低減に効果を確認しているが、０．１５波長以下では、凹凸部４ａを設けない表面に近づくため多重反射の電圧値Ｖ２が徐々に大きくなる傾向があり望ましくない。また、１．３波長を超える凹凸部４ａの形状では、凹凸の部分により音響レンズ４と被検体との音速差により屈折が発生して、所望の超音波ビームを形成することが難しくなるので望ましくない。以上のことから、音響レンズ４の凹凸部４ａは、０．１５波長から１．３波長の範囲が望ましい。凹凸部４ａの深さｄは、波長で正規化しているため、周波数が変わると当然のことであるが、凹凸部４ａの深さｄも変わってくる。

以上のようなパルス応答波形の結果から、音響レンズ４に、音響インピーダンスが被検体と異なる値の材料を用いることと、音響レンズ４の被検体側に位置する表面に凹凸部４ａを設けることにより、超音波減衰の小さい材料を使用でき、しかも、表面に凹凸部４ａを設けることにより、音響レンズ４と被検体の音響インピーダンスの差による多重反射を小さくすることができるため、高感度で高分解能の超音波画像を得ることができる。

また、音響レンズ４は、所望の型又は金型を使用して成形して作成する。凹凸部４ａの形成は、型又は金型に、サンドブラスト、放電加工又はレーザー加工などの種々の方法で凹凸部４ａに対応する溝を設けることで可能である。

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子１０は、超音波を被検体へ送受信する振動子１と、振動子１の被検体側に設けられた音響レンズ４と、を備える。音響レンズ４は、被検体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ被検体側の表面に凹凸部４ａを備える。

このため、音響レンズ４に超音波の減衰が小さい材料を適用して、超音波の減衰を小さくすることができ、凹凸部４ａにより不要な多重反射を小さくすることができ、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現できる。

また、音響レンズ４は、超音波の減衰が小さい。このため、超音波の減衰を小さくすることにより、超音波画像の高感度化を実現できる。

また、音響レンズ４は、凸面形状を有し、被検体よりも遅い音速の値を有する、又は凹面形状を有し、被検体よりも早い音速の値を有する。このため、音響レンズ４を凸面形状にすることにより、被検体への音響レンズ４の接触性を良くすることができ、超音波探触子１０の操作性を良好にすることができ、音響レンズ４を凹面形状にすることもできる。

また、凹凸部４ａは、所定の単一の深さの複数の溝を有する。このため、音響レンズ４と被検体との間の多重反射をより小さくすることができ、超音波画像のさらなる高感度化及び高分解能化を実現できるとともに、凹凸部を容易に形成できる。

また、凹凸部４ａは、使用周波数に対応する０．１５波長から１．３波長の範囲の深さの溝を有する。このため、音響レンズ４と被検体との間の多重反射を小さくすることができ、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現できる。

また、超音波診断装置１００は、超音波探触子１０と、超音波探触子１０に駆動信号を出力する送信部１１２と、超音波探触子１０から受信信号が入力される受信部１１３と、入力された受信信号に応じて、超音波画像データを生成する画像生成部１１４と、を備える。このため、高感度及び高分解能の超音波画像データを生成できる。

なお、本実施の形態の音響レンズ４の凹凸部４ａが、角度が６０度で楔形の溝からなる構成を説明したが、この角度及び形状に限定されるものでない。音響レンズの凹凸部の角度及び形状は、どのような角度、深さｄにおいても、音響レンズの表面から反射を少なくできる形状であればよく、音響レンズ４及び超音波探触子１０と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態の音響レンズ４には、被検体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ減衰の小さいシリコーンゴムを用いた構成について説明したが、これに限定されるものではない。音響レンズの材料としては、この他、被検体と異なる音速と音響インピーダンスを有し、かつ減衰の小さい材料、例えば、合成ゴム、高分子樹脂のポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、及びエラストマーを用いても、同様の効果が得られる。なお、音響レンズに被検体より音速が速い値を有する材料を用いる場合には、音響レンズの曲率は凹面形状になる。凹面形状になると被検体との接触性に課題があるが、当該凹面部に新たに音響インピーダンスが被検体に近い超音波伝搬媒体（接触媒質）を設けても有効である。さらに、当該凹面部に設けた超音波伝搬媒体に被検体と異なる音響インピーダンスのものを使用し、被検体側に位置する表面に凹凸部４ａを設けて境界での反射を低減するという構成としても、音響レンズ４及び超音波探触子１０と同様の効果が得られる。
さらに、振動子１そのものを凹面の形状にして、超音波ビームを集束するという構成もあり、この場合には、振動子１の凹面部に、超音波伝搬部として、被検体と異なる音響インピーダンスの固体の材料の超音波伝搬媒体を設け、当該超音波伝搬媒体の振動子１側及び被検体側に位置する表面もしくは、どちらかの面に凹凸部４ａと同様の凹凸部を設けて境界での反射を低減するという構成としても、音響レンズ４及び超音波探触子１０と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、音響レンズ４に凸面形状の曲率を設け、送受信する超音波の伝搬経路をカバーする領域に凹凸部４ａを設けた構成について説明したが、これに限定されるものではない。このほか、音響レンズの多重反射の寄与度が大きい超音波伝搬経路の中心領域の一部に凹凸部を設ける構成としても、音響レンズ４及び超音波探触子１０と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、音響レンズ４の被検体側に位置する表面に凹凸部４ａを設けた構成について説明したが、これに限定されるものではない。図３（ａ）に示す音響マッチング層２と音響レンズ４との音響インピーダンスの差による超音波の反射もあるため、この境界に位置する音響レンズ４の振動子１側（図３（ａ）の−Ｚ方向側）の表面にも凹凸部４ａと同様に、凹凸部を設けることにより超音波の反射を低減できる。例えば、被検体側の表面に凹凸部４ａを有し、かつ振動子１側の表面に凹凸部を有する音響レンズを成形などにより生成し、当該音響レンズを接着剤により音響マッチング層２に接着する。したがって、音響レンズの４の超音波を送受信する領域の両面（被検体側及び振動子１側の表面）に凹凸部を設けることにより、多重反射を小さくでき、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現できる。なお、音響レンズの振動子１側の表面のみに凹凸部を設ける構成としてもよい。

また、本実施の形態では、超音波探触子１０の形態について、振動子１を複数個配列したアレイタイプについて説明したが、これに限定されるものではない。このほか、単一の振動子又は２次元に配列したアレイタイプの複数の振動子を備える超音波探触子について、本実施形態の音響レンズ４を適用しても、超音波探触子１０と同様の効果が得られる。

（第２の実施の形態）
図６及び図７を参照して、本発明に係る第２の実施の形態を説明する。図６は、音響レンズ４Ａの被検体側の表面の拡大断面図である。図７は、実施例４の音響レンズ４Ａを用いた超音波探触子１０のパルス応答特性を示す図である。

本実施の形態では、第１の実施の形態の超音波診断装置１００に代えて、超音波探触子１０の音響レンズ４を、後述する音響レンズ４Ａに代えた超音波診断装置１００を用いる。このため、超音波診断装置１００と同様の部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

図６に示すように、音響レンズ４Ａは、被検体側の表面に設けられた凹凸部４ｂを有する。音響レンズ４Ａは、凹凸部４ｂの表面粗さを、不規則に設けた構成である点で、規則的な表面粗さの凹凸部４ａを有する音響レンズ４と異なる。

ついで、図７を参照して、音響レンズ４Ａの具体的な実施例及びその特性を説明する。ここでは、本実施の形態の実施例４の音響レンズ４Ａを有する超音波探触子１０を試作して、その特性を評価した。実施例４の超音波探触子１０は、使用周波数１０［ＭＨｚ］で音響マッチング層２が、音響マッチング層２ａ，２ｂの２層からなる構成とした。

実施例４の音響レンズ４Ａの凹凸部４ｂの深さｄ１は、０．２８波長（使用周波数１０［ＭＨｚ］での深さｄ１が０．０２８［ｍｍ］）とした。実施例４の音響レンズ４Ａの凹凸部４ｂの深さｄ２は、０．５２波長（使用周波数１０［ＭＨｚ］での深さｄ２が０．０５２［ｍｍ］）とした。実施例４の音響レンズ４Ａの凹凸部４ｂの深さｄ３は、０．７６波長（使用周波数１０［ＭＨｚ］での深さｄ３が０．０７６［ｍｍ］）とした。実施例４の音響レンズ４Ａの凹凸部４ｂの深さｄ４は、１．３波長（使用周波数１０［ＭＨｚ］での深さｄ４が０．１３［ｍｍ］）とした。

実施例４の音響レンズ４として、例えば、信越化学社製のＫＥ１３００のシリコーンゴム（音響インピーダンスが１．１［ＭＲａｙｌ］、音速が１００５［ｍ／sec］、使用周波数１０［ＭＨｚ］での減衰が３．７［ｄＢ／ｍｍ］、平均厚み０．５［ｍｍ］）を材料とし、深さｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４の図６に示すような楔状の溝（溝の角度は６０度）の凹凸部４ｂを設けた。実施例４の音響レンズ４Ａを有する超音波探触子１０にして、超音波の送信受信のパルス応答波形を測定した結果を、図７に示す。なお、凹凸部４ｂは、２次元に設けた形状にしている。

図７に示すように、実施例４の超音波探触子１０において、最初のパルス応答波形Ｐ１の電圧値Ｖ１に対する、パルス応答波形Ｐ１が再び音響レンズ４Ａの表面から反射してきたパルス応答波形Ｐ２の電圧値Ｖ２の比［ｄＢ］は、−３９．１［ｄＢ］であった。実施例４の電圧値Ｖ１に対する電圧値Ｖ２の比は、第１の実施の形態の比較例１の電圧値Ｖ１に対する電圧値Ｖ２の比の−３９ｄＢとほぼ同等レベルとなっており、多重反射はほとんど問題ないレベルを実現している。このように、凹凸部４ｂにおいて、深さが０．２８波長から１．３波長の範囲で複数個の溝を設ける、又は不規則に複数個の溝を設けることにより、多重反射はさらに小さくすることができる。なお、実施例４の凹凸部４ｂの深さｄ１〜ｄ４は、０．２８波長から１．３波長の範囲としたが、第１の実施の形態でも示した０．２８波長以下の０．１５波長から１．３波長の範囲にしても、音響レンズ４Ａ及び超音波探触子１０と同様の効果が得られる。

近年、超音波診断装置の高分解能化に伴って、使用される超音波探触子の周波数の広帯域化が進められている状況においては、いろいろな周波数に対して、音響レンズ４Ａの被検体側の表面からの反射を低減するには、凹凸部４ｂの形状は複数の深さｄあるいは間隔を有した形状にすることは有用である。

一方、実施例４の超音波探触子１０における感度を表す電圧値Ｖ１のパルス応答波形を、第１の実施の形態の比較例１の超音波探触子における電圧値Ｖ１のパルス応答波形と比較するため、比較例１の電圧値Ｖ１に対する実施例４の電圧値Ｖ１の比を、式（１）を用いて算出した。

比較例１の電圧値Ｖ１に対する実施例４の電圧値Ｖ１の比は、約５．６［ｄＢ］となった。つまり、実施例４の感度が、比較例１の感度に比べて、約５．６［ｄＢ］ほど向上していることが確認できる。

また、音響レンズ４Ａの生成方法は、第１の実施の形態の音響レンズ４の生成方法と同様である。

以上のような結果から、音響レンズ４Ａに、音響インピーダンスが被検体と異なる値の材料を用いることと、音響レンズ４の被検体側に位置する表面に凹凸部４ｂを深さｄが違う形状のものを複数個設ける形状、又は不規則に複数個設ける形状にすることにより、音響レンズ４Ａに超音波減衰の小さい材料を使用できる。しかも、表面に凹凸部４ｂを設けた表面粗さにすることにより、音響レンズ４Ａと被検体との音響インピーダンスの差による多重反射を小さくすることができるため、高感度で高分解能の超音波画像を得ることができる。

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子１０の音響レンズ４Ａの凹凸部４ｂは、互いに異なる複数の深さの溝を有する。このため、音響レンズ４Ａに超音波の減衰が小さい材料を適用でき、超音波の減衰を小さくすることができ、凹凸部４ｂにより不要な多重反射をより小さくすることができ、超音波画像のさらなる高感度化及び高分解能化を実現できる。

なお、本実施の形態では、音響レンズ４Ａの被検体側に位置する表面に凹凸部４ａを設け、凹凸部４ａの深さｄの異なる４種類の形状の場合について説明したが、これに限定されるものではない。音響レンズが、４種類以外の種類数、例えば２種類の凹凸部を有する形状にしても、音響レンズの表面から超音波の反射を少なくできる形状であればよく、音響レンズ４Ａと同様の効果が得られる。

（第３の実施の形態）
図８（ａ）、図８（ｂ）を参照して、本発明に係る第３の実施の形態を説明する。図８（ａ）は、音響レンズ４Ｂの被検体側の表面の拡大断面図である。図８（ｂ）は、音響レンズ４Ｃの被検体側の表面の拡大断面図である。

本実施の形態では、第１の実施の形態の超音波診断装置１００に代えて、超音波探触子１０の音響レンズ４を、後述する音響レンズ４Ｂ又は４Ｃに代えた超音波診断装置１００を用いる。このため、超音波診断装置１００と同様の部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

図８（ａ）に示すように、音響レンズ４Ｂは、超音波伝搬部本体としての音響レンズ本体４Ｂ１と、層部８と、を備える。音響レンズ本体４Ｂ１は、第１の実施の形態の音響レンズ４と同様の形状の音響レンズであり、被写体側の表面に深さｄが単一の溝からなる凹凸部４ａを有する。音響レンズ４Ｂの層部８は、音響レンズ本体４Ｂ１の凹凸部４ａの溝を埋める層である。

図８（ｂ）に示すように、音響レンズ４Ｃは、音響レンズ本体４Ｃ１と、層部８と、を備える。音響レンズ本体４Ｃ１は、第２の実施の形態の音響レンズ４Ａと同様の形状の音響レンズであり、被写体側の表面に異なる複数の深さの溝からなる凹凸部４ｂを有する。音響レンズ４Ｃの層部８は、音響レンズ本体４Ｃ１の凹凸部４ｂの溝を埋める層である。

通常、効率よく被検体に超音波を伝搬させるように、音響レンズにゲル状の超音波接触媒体（接触媒質）を塗布して被検体に直接接触させて使用する。しかし、第１、第２の実施の形態の音響レンズ４，４Ａでは、凹凸部４ａ，４ｂを有するため、超音波接触媒体が溝に完全に入らないとき、そこは空気が介在する場合がある。低い頻度であるが、その場合には被検体に超音波が送信し難いあるいは受信しにくいことが発生する。また、音響レンズ４，４Ａは使用していくうちに摩耗して、凹凸部４ａ，４ｂの溝の形状が変化してくる場合がある。音響レンズ４，４Ａは、溝の形状が変化することにより、多重反射が増えてくるおそれがある。本実施の形態の音響レンズ４Ｂ，４Ｃは、この課題を解消することを目的としている。

層部８は、被検体間との反射を小さくする必要があるため、必要な音響インピーダンスは、被検体の音響インピーダンス（約１．５〜１．６［ＭＲａｙｌ］）に近い特性のものが望ましい。なお、層部８は、被検体と同じ音響インピーダンスを有する構成としてもよい。また、層部８の音速は、特に限定する必要はない。音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１には、超音波の集束させる機能を持たせている。しかし、層部８は、超音波を集束させる機能をほとんど持たせないので、音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１の一部としての機能は有していない。

すなわち、層部８は、音響レンズ４Ｂ，４Ｃの厚みに対して極めて薄くともよく、音響レンズ４Ｂ，４Ｃの凹凸部４ａ，４ｂの溝を埋めるだけでよい。このため、層部８の厚みは、第１及び第２の実施の形態で示した凹凸部４ａ，４ｂの溝の深さの０．１５波長〜１．３波長の範囲でよく、さらに厚みを０．０５〜０．１［ｍｍ］追加した厚みでもよく、音響レンズ４の材料より多少減衰が大きい材料であっても感度の影響は小さいので問題ない。

層部８の材料としては、被検体に近い音響インピーダンスの値を有する材料であれば有用であり、例えばシリコーンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴムなどのゴム系の材料、エラストマー材料、ポリエチレン、ポリメチルペンテンなどの樹脂材料、あるいはこれらを複合した材料などがある。

また、層部８は、音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１と違う配色にして、層部８が摩耗して音響レンズ４の色が見え始めたら、超音波探触子の寿命であるということが確認できるようにしてもよい。

音響レンズ４Ｂ，４Ｃの音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１の凹凸部４ａ，４ｂを設けた表面に、凹凸部４ａ，４ｂの溝を埋めるような層部８を設けることによって、被検体への接触性の向上と、音響レンズの凹凸部の表面の摩耗を防止することができ、音響レンズ４と層部８と被検体との音響インピーダンスの差による多重反射を小さくすることができるため、高感度で高分解能の超音波画像を得ることができる。

音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１は、所望の型又は金型を使用して成形して作成する。さらに、層部８の材料を音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１に流し込み、又は層部８を成形して音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１に密着させて形成する。あるいは、層部８を音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１の凹凸部４ａ，４ｂに合せた形状に成形した後、層部８の凹凸部に音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１を成形しても形成できる。音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１の凹凸部４ａ，４ｂ又は層部８の凹凸部の形成は、型又は金型に、サンドブラスト、放電加工又はレーザー加工などの種々の方法で各凹凸部に対応する溝を設けることで可能である。

以上、本実施の形態によれば、音響レンズ４Ｂ，４Ｃは、被検体と異なる音響インピーダンスを有し、凹凸部４ａ，４ｂを備える音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１と、音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１の被検体側の表面上に設けられ、被検体と同じ又は近い音響インピーダンスを有する層部８と、を備える。このため、音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１と層部８と被検体との音響インピーダンスの差による多重反射を小さくすることができるため、超音波画像のさらなる高感度化及び高分解能化を実現できる。

また、音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１は、層部８より超音波の減衰が小さい。このため、超音波画像のさらなる高感度化及び高分解能化を実現できる。

また、音響レンズ本体４Ｂ１，４Ｃ１及び層部８は、互いに異なる色を有する。このため、層部８の色が見え始めることにより、超音波探触子１０の寿命を目視により確実に認識できる。

なお、本実施の形態では、被検体に近い音響インピーダンスを有した層部８を単層に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、層部８を複数層にしても、単層の層部８と同様の効果が得られる。

（第４の実施の形態）
図９（ａ）、図９（ｂ）を参照して、本発明に係る第４の実施の形態を説明する。図９（ａ）は、超音波探触子２０の一部概略断面図である。図９（ｂ）は、音響窓材部３０の拡大断面図である。

本実施の形態では、第１の実施の形態の超音波診断装置１００に代えて、超音波探触子１０を、後述する超音波探触子２０に代えた超音波診断装置１００を用いる。このため、超音波診断装置１００と同様の部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

図９（ａ）に示すように、本実施の形態の超音波探触子２０は、超音波送受波部２１と、駆動軸部２８と、保持部２９と、音響窓材部３０と、超音波伝搬媒体３１と、を備える。超音波送受波部２１は、ＰＺＴ系などの圧電セラミック、高分子材料あるいは単結晶などの振動子が用いられ、超音波を送受信する部品である。超音波送受波部２１は、必要によって振動子の前面に超音波を効率よく送受信するために音響整合層を１層以上有し、さらには超音波を集束させる音響レンズ２４を有する。

駆動軸部２８は、超音波送受波部２１を機械的に揺動、回転又は前後（被検体側⇔保持部２９側）に動作させる部品である。保持部２９は、駆動軸部２８を保持する部品である。音響窓材部３０は、超音波送受波部２１などを内包する部品である。超音波伝搬媒体３１は、超音波送受波部２１と音響窓材部３０との間隙を満たす媒体である。

超音波探触子２０は、超音波診断装置本体１１０からケーブル、信号線（図示略）を介して駆動信号を超音波送受波部２１に印加することにより、超音波送受波部２１の振動子が機械振動して超音波を送信及び受信する。振動子から出射された超音波は、音響レンズ２４、超音波伝搬媒体３１、音響窓材部３０を順に伝搬する。音響窓材部３０は、被検体に直接接触又は超音波伝搬媒体（接触媒質）を介して間接的に接触して被検体、例えば生体に超音波を送信し、また被検体から反射してきた超音波の反射波を再び音響窓材部３０、超音波伝搬媒体３１、音響レンズ２４を通して超音波送受波部２１の振動子で受信する。

また、超音波送受波部２１は、モーターなどが接続されている駆動部（図示略）及び駆動軸部２８によって揺動、回転又は前後に動作される。超音波送受波部２１は、その動作の都度超音波の信号を送受信し、この受信信号が信号線、ケーブル（図示略）を介して超音波診断装置本体１１０で信号処理され、表示部１１７上に超音波診断画像として２次元又は３次元に表示されて診断されるものに用いられる、所謂センサーである。

超音波の送受信する経路は、超音波送受波部２１に接触している超音波伝搬媒体３１と音響窓材部３０である。超音波伝搬媒体３１と音響窓材部３０とによって、超音波画像を劣化させないで高分解能の画像を得るためには、超音波伝搬媒体３１と音響窓材部３０との音響特性、特に音響インピーダンスと超音波減衰に注意が必要であり、重要なポイントである。音響レンズ２４、超音波伝搬媒体３１及び音響窓材部３０について、音響インピーダンスは、境界での反射を小さくするために被検体である例えば生体（１．５〜１．６［ＭＲａｙｌ］）に近い値が望まれる。さらに、もう一つの特性である超音波の減衰は、超音波の送受信の感度と周波数特性とに大きく影響するため、可能な限り小さい値のものが望まれる。特に、周波数依存減衰があり、高分解能の画像を得るために高い周波数を用いた超音波送受波部２１を使用するときは、この特性が極めて重要になってくる。

このような観点から、音響窓材部３０の材料としては、超音波送受波部２１の揺動、回転又は前後にスムースに動作させるために、外圧などから防御するという点も考慮してポリエチレンやポリメチルペンテンなどのようなプラスチック材料が用いられている。しかし、ポリエチレン、ポリメチルペンテンの音響インピーダンスが、それぞれ約１．７、１．６７［ＭＲａｙｌ］であり、被検体（生体）の音響インピーダンスより大きい値であり、被検体との境界で音響インピーダンスの不整合により多重反射が発生するという課題がある。

一方、超音波伝搬媒体３１は、上記望まれる特性にさらにいくつか要望される特性がある。それらの特性の一つは、超音波探触子２０は、被検体が生体である場合、診断中に音響窓材部３０が何らかの要因で亀裂あるいは破損などが発生して超音波伝搬媒体３１が外部に流れ出て、生体に接触させる可能性があるために、超音波伝搬媒体３１が、生体に対して害がないものあるいは小さいものであることである。また、要望される特性のもう一つは、超音波送受波部２１を駆動軸部２８でスムースにかつ高速に揺動、回転又は前後に動作するためには、駆動軸部２８を駆動するモーターへの負荷（トルクなど）を可能な限り小さくしなければならないために、超音波伝搬媒体３１の粘性が小さいことである。さらに、要望される特性の別のもう一つは、音響窓材部３０内にある超音波送受波部２１、駆動軸部２８又は保持部２９などの超音波伝搬媒体３１が接触する部分が、超音波伝搬媒体３１により悪影響（腐食による錆あるいは侵食など）を与えないことである。このように、超音波伝搬媒体３１には、音響特性、安全性、粘性などのいろいろな特性を満たすようなものが望まれる。

従来、超音波伝搬媒体３１としては、多価アルコールのエチレングリコール、１．３ブタンジオール（１．３ブチレングリコール）及びオイル系などの液体が用いられていた。エチレングリコール、１．３ブタンジオールの音響インピーダンスは、それぞれ約１．８５、１．５４［ＭＲａｙｌ］である。エチレングリコールは、減衰が小さい（使用周波数１０［ＭＨｚ］で約０．１［ｄＢ／ｍｍ］）が、音響インピーダンスが大きく、音響レンズ２４、音響窓材部３０との間で音響的な不整合により多重反射が発生するという課題がある。また、１．３ブタンジオールの音響インピーダンスは良好であるが、減衰が大きい（使用周波数１０［ＭＨｚ］で約１．３［ｄＢ／ｍｍ］）ため、感度が低下するという課題がある。

本実施の形態では、図９（ｂ）に示すように、音響レンズ２４、超音波伝搬媒体３１、音響窓材部３０及び被検体の間における、音響インピーダンスが異なる境界である、音響レンズ２４の被検体側（超音波伝搬媒体３１側）の表面に凹凸部（図示略）を設け、音響窓材部３０の振動子側（超音波伝搬媒体３１側）の表面に凹凸部３０ａを設け、音響窓材部３０の被検体側の表面に凹凸部３０ｂを設け、多重反射の課題を解消するとともに、感度を向上させるところに特徴がある。もちろん、それぞれの境界で、音響インピーダンスが近く多重反射が問題ない部分には凹凸部を設ける必要はない。

たとえば、音響レンズ２４に、第１の実施の形態の音響レンズ４と同じ材料を用いて、被検体側の表面に凹凸部（図示略）を設けるものを用いる。音響レンズ２４の凹凸部の深さｄの範囲は、０．１５波長から１．３波長の範囲とする。また、超音波伝搬媒体３１には、音響レンズ２４、音響窓材部３０の音響インピーダンスとは異なる音響インピーダンスが１．８５［ＭＲａｙｌ］の値を有し、かつ超音波の減衰が使用周波数１０［ＭＨｚ］で約０．１［ｄＢ／ｍｍ］のエチレングリコールなどの減衰の小さい値のものを用いる。

また、音響窓材部３０においては、音響インピーダンスが１．７［ＭＲａｙｌ］、音速が１９５０［ｍ／sec］の低密度のポリエチレンを用い、超音波伝搬媒体３１が接する内面の表面（超音波送受波部２１の振動子側の表面）に凹凸部３０ａを設け、被検体に接する外面の表面（被検体側の表面）に凹凸部３０ｂを設ける。この凹凸部３０ａ，３０ｂは、第１、第２の実施の形態の音響レンズ４，４Ａと同じ思想で設けている。つまり、音響窓材部３０の両面に設ける凹凸部３０ａ，３０ｂの深さｄは、０．１５波長から１．３波長の範囲で設ける。また、凹凸部３０ａ，３０ｂとして、当該深さの範囲内で、互いに深さが異なる複数個の溝を設けてよい。

たとえば、使用周波数１０［ＭＨｚ］の超音波送受波部２１を用いた場合、音響窓材部３０の表面の凹凸部３０ａ，３０ｂの深さを、０．１５波長から１．３波長の範囲に設定すると、０．１６波長が約０．０３１［ｍｍ］となり、１．３波長が約０．２５４［ｍｍ］となる。これらの範囲で単一の深さにしても、複数個の深さにしても、音響窓材部３０の表面に凹凸部３０ａ，３０ｂを形成することによって、超音波伝搬媒体３１、被検体の音響インピーダンスの不整合による多重反射を防止することができる。このため、音響レンズ２４と超音波伝搬媒体３１と音響窓材部３０との音響インピーダンスが異なる材料を用いた場合でも、上記のように音響レンズ２４と音響窓材部３０との表面に凹凸部を設けることにより、多重反射の課題は解消できる。このため、音響レンズ２４、超音波伝搬媒体３１、音響窓材部３０は、音響インピーダンスに制限がなくなるために、それぞれの材料の選択の範囲が広くなる。そのため、それぞれの材料は減衰の小さい材料を選択できるため、超音波送受信の感度を向上させることが可能となり、高感度で高分解能の超音波画像を得ることができる。

また、音響窓材部３０は、所望の型又は金型を使用して成形して作成する。凹凸部３０ａ，３０ｂの形成方法は、型又は金型に、サンドブラスト、放電加工又はレーザー加工などの種々の方法で凹凸部４ａ，４ｂに対応する溝を設けることで可能である。音響レンズ２４の凹凸部の形成方法は、第１、第２の実施の形態の音響レンズ４，４Ａの凹凸部４ａ，４ｂの形成方法と同様である。

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子２０は、超音波送受波部２１と、超音波送受波部２１の少なくとも被検体側に配置された超音波伝搬媒体３１と、超音波送受波部２１及び超音波伝搬媒体３１を内包する音響窓材部３０と、を備える。音響窓材部３０は、被検体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ被検体側の表面及び振動子側の表面に凹凸部３０ａ，３０ｂを備える。このため、音響窓材部３０、超音波伝搬媒体３１に超音波の減衰が小さい材料を適用でき、超音波の減衰を小さくすることができ、凹凸部３０ａ，３０ｂにより不要な多重反射を小さくすることができ、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現できる。

また、音響窓材部３０及び超音波伝搬媒体３１は、超音波の減衰が小さい。このため、超音波の減衰を小さくすることにより、超音波画像の高感度化を実現できる。

また、超音波探触子２０は、超音波送受波部２１において、圧電体の被検体側に設けられた音響レンズ２４を備える。音響レンズ２４は、超音波伝搬媒体３１と異なる音響インピーダンスを有し、かつ超音波伝搬媒体３１側の表面に凹凸部を備える。このため、音響レンズ２４に超音波の減衰が小さい材料を適用でき、超音波の減衰を小さくすることができ、音響レンズ２４の凹凸部により不要な多重反射を小さくすることができ、超音波画像の高感度化及び高分解能化を実現できる。

なお、本実施の形態では、音響レンズ２４の被検体側の表面と、音響窓材部３０の被検体側の表面（外面）及び振動子側の表面（内面）とに凹凸部を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。音響窓材部３０の内面、外面、音響レンズ２４の被検体側の表面、振動子側の表面の少なくとも１つに凹凸部を設けても、本実施の形態の音響レンズ２４及び超音波探触子２０と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、超音波送受波部２１を駆動軸部２８によって揺動、回転又は前後に動作させる構成について説明したが、これに限定されるものではない。このほか、駆動軸部を設けず、超音波送受波部２１が固定された超音波探触子においても、本実施の形態の音響レンズ２４及び超音波探触子２０と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、超音波伝搬媒体３１は液体を設けた構成について説明したが、これに限定されるものではない。このほか、超音波伝搬媒体３１はゲル状若しくは、固体であっても、本実施の形態の超音波探触子２０と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、音響窓材部３０の外面に凹凸部３０ｂを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。第３の実施の形態と同様に、音響窓材部は、被検体と異なる音響インピーダンスを有し、凹凸部３０ａ，３０ｂを備える音響窓材部本体と、当該音響窓材部本体の前記被検体側の表面上に設けられ、被検体と同じ又は近い音響インピーダンスを有する層部と、を備える構成としてもよい。この構成によれば、第３の実施の形態の層部８と同様の効果が得られる。

なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る好適な超音波探触子及び超音波診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。

上記各実施の形態の少なくとも２つを適宜組み合わせる構成としてもよい。

また、以上の実施の形態における超音波診断装置１００を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００ 超音波診断装置
１０，２０，４０ 超音波探触子
１，４１ 振動子
２，２ａ，２ｂ，４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 音響マッチング層
３，４３ バッキング部
４，２４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４４ 音響レンズ
４Ｂ１，４Ｃ１ 音響レンズ本体
２１ 超音波送受波部
２８ 駆動軸部
２９ 保持部
３０ 音響窓材部
３１ 超音波伝搬媒体
４ａ，４ｂ，３０ａ，３０ｂ 凹凸部
５ 接地電極
６ 信号電極
７ 信号用電気端子
８ 層部
１０ｂ ケーブル
１１０ 超音波診断装置本体
１１１ 操作入力部
１１２ 送信部
１１３ 受信部
１１４ 画像生成部
１１５ メモリー部
１１６ ＤＳＣ
１１７ 表示部
１１８ 制御部

Claims (16)

1. 超音波を被検体へ送受信する振動子と、
   前記振動子の前記被検体側に設けられた超音波伝搬部と、を備え、
   前記超音波伝搬部は、前記被検体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ前記被検体側の表面及び前記振動子側の表面の少なくとも一方に凹凸部を備える超音波探触子。
2. 前記超音波伝搬部は、超音波の減衰が小さい請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記超音波伝搬部は、前記被検体と異なる音響インピーダンスを有し、前記凹凸部を備える超音波伝搬部本体と、
   前記超音波伝搬部本体の前記被検体側の表面上に設けられ、当該被検体と同じ又は近い音響インピーダンスを有する層部と、を備える請求項１又は２に記載の超音波探触子。
4. 前記超音波伝搬部本体は、前記層部より超音波の減衰が小さい請求項３に記載の超音波探触子。
5. 前記超音波伝搬部本体及び前記層部は、互いに異なる色を有する請求項３又は４に記載の超音波探触子。
6. 前記超音波伝搬部は、凸面形状を有し、前記被検体よりも遅い音速の値を有する、又は凹面形状を有し、前記被検体よりも速い音速の値を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波探触子。
7. 前記超音波伝搬部の少なくとも前記被検体側に配置された超音波伝搬媒体と、
   前記振動子、前記超音波伝搬部及び前記超音波伝搬媒体を内包する音響窓材部と、を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波探触子。
8. 超音波を被検体へ送受信する振動子と、
   前記振動子の少なくとも前記被検体側に配置された超音波伝搬媒体と、
   前記振動子及び前記超音波伝搬媒体を内包する音響窓材部と、を備え、
   前記音響窓材部は、前記被検体及び前記超音波伝搬媒体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ前記被検体側の表面及び前記振動子側の表面の少なくとも一方に凹凸部を備える超音波探触子。
9. 前記音響窓材部及び前記超音波伝搬媒体は、超音波の減衰が小さい請求項８に記載の超音波探触子。
10. 前記音響窓材部は、前記被検体と異なる音響インピーダンスを有し、前記凹凸部を備える音響窓材部本体と、
    前記音響窓材部本体の前記被検体側の表面上に設けられ、当該被検体と同じ又は近い音響インピーダンスを有する層部と、を備える請求項８又は９に記載の超音波探触子。
11. 前記振動子の前記被検体側に設けられた超音波伝搬部を備える請求項８から１０のいずれか一項に記載の超音波探触子。
12. 前記超音波伝搬部は、前記超音波伝搬媒体と異なる音響インピーダンスを有し、かつ前記超音波伝搬媒体側の表面及び前記振動子側の表面の少なくとも一方に凹凸部を備える請求項１１に記載の超音波探触子。
13. 前記凹凸部は、所定の単一の深さの複数の凹部を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の超音波探触子。
14. 前記凹凸部は、互いに異なる複数の深さの凹部を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の超音波探触子。
15. 前記凹凸部は、使用周波数に対応する０．１５波長から１．３波長の範囲の深さの凹部を有する請求項１から１４のいずれか一項に記載の超音波探触子。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
    前記超音波探触子に駆動信号を出力する送信部と、
    前記超音波探触子から受信信号が入力される受信部と、
    前記入力された受信信号に応じて、超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える超音波診断装置。

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