JP2019217082A - 超音波探触子および超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高画質化できる超音波探触子および当該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供すること。【解決手段】超音波を送受信するための圧電素子と、前記圧電素子の被検体側に配置された１層または複数層の音響整合層と、前記圧電素子に電圧を印加するための導体層と、が積層された積層体を有する超音波探触子であって、前記導体層は、前記圧電素子と前記音響整合層との間、または複数層の前記音響整合層の間に配置され、かつ、前記導体層の音響インピーダンスの大きさは、前記導体層の上面側に配置された層の音響インピーダンスの大きさと、前記導体層の背面側に配置された層の音響インピーダンスの大きさの間の大きさであり、前記導体層のビッカース硬度（Ｈｖ）は、５０以上６００以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波探触子および当該超音波探触子を有する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、当該超音波診断装置に接続され、または超音波診断装置と通信可能に構成された超音波探触子を、ヒトやその他の動物などを含む被検体の体表に当てるかまたは体内へ挿入することで、組織の形状および動きなどを超音波診断画像として得ることを可能とする。超音波診断装置は、安全性が高いため繰り返して検査を行うことができるという利点を有する。

超音波探触子は、超音波を送受信する圧電素子などを内蔵する。圧電素子は、超音波診断装置からの電気信号（送信信号）を受信し、受信した送信信号を超音波信号に変換して送波し、生体内で反射された超音波を受信して電気信号（受信信号）に変換し、電気信号に変換された受信信号を超音波診断装置に送信する。

また、超音波探触子は、通常、圧電素子の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンスとの間の大きさの音響インピーダンスを有する音響整合層を、圧電素子の生体側に有する。音響整合層は、圧電素子と被検体（生体）との間で音響インピーダンスを整合させる役割を果たし、得られる超音波診断画像をより高解像度化させることができる。

特許文献１には、圧電素子に電圧を印加するための導体層を、圧電素子と音響整合層との間に配置した超音波探触子が記載されている。特許文献１によれば、圧電素子と音響整合層との間に導体層を配置することで、音響整合層として使用できる材料の選択の幅を広げ、より高解像度化された超音波診断画像が得られるような音響インピーダンスを有する音響整合層を作製することができるとされている。また、特許文献１には、上記導体層は、銅、ニッケル、アルミニウム、金、銀などの電気抵抗の小さい材料であればよいと記載されている。

特開２００１−２８５９９５号公報

特許文献１に記載のように、圧電素子と音響整合層との間に導体層を配置して、音響整合層の材料を適宜選択すれば、解像度がより高い超音波診断画像が得られると期待される。しかし、超音波診断画像の解像度をより高めることへの要求は依然として存在するため、より高画質化された超音波診断画像を得られるような超音波探触子の開発が求められている。

本発明の目的は、診断画像をより高画質化することができる超音波探触子および当該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することである。

本発明の一実施形態に係る超音波探触子は、超音波を送受信するための圧電素子と、前記圧電素子の被検体側に配置された１層または複数層の音響整合層と、前記圧電素子に電圧を印加するための導体層と、を有する超音波探触子であって、前記導体層は、前記圧電素子と前記音響整合層との間、または複数層の前記音響整合層の間に配置され、かつ、前記導体層の音響インピーダンスの大きさは、前記導体層の上面側に配置された層の音響インピーダンスの大きさと、前記導体層の背面側に配置された層の音響インピーダンスの大きさの間の大きさであり、前記導体層のビッカース硬度（Ｈｖ）は、５０以上６００以下である。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置は、上記超音波探触子を有する。

本発明によれば、より高画質化できる超音波探触子および当該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の全体構造の一例を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る超音波探触子の全体構造の一例を示す断面図である。 図３は、図１のように圧電素子−第１の音響整合層間に導体層を設けた時の導体層の厚みと周波数の比帯域の関係を示すグラフである。 図４は、図２のように第１の音響整合層−第２の音響整合層間に導体層を設けた時の導体層の厚みと感度（ｄＢ）の関係を示すグラフである。 図５は、本発明の実施形態に係る超音波探触子を備える超音波診断装置の一例を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

［実施の形態１］
（超音波探触子の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に関する超音波探触子１００の全体構造の一例を示す断面図である。

図１に示されるように、実施の形態１に係る超音波探触子１００は、圧電素子１１０と、圧電素子１１０に電圧を印加するための導体層１２０および信号電極１３０ａ、１３０ｂと、音響整合層１４０と、音響レンズ１５０と、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１６０と、背面負荷材１７０と、を有する。超音波探触子１００は、圧電素子１１０から被検体に向けて、導体層１２０、音響整合層１４０および音響レンズ１５０がこの順に積層され、圧電素子１１０から被検体とは反対側に向けて、信号電極１３０ａ、１３０ｂ、ＦＰＣ１６０および背面負荷材１７０がこの順に積層された構成を有する。

なお、本明細書において、超音波探触子１００を構成する各部材に対して、診断される被検体により近づく方向を「上面側」といい、診断される被検体からより遠ざかる方向を「背面側」ともいう。

また、実施の形態１に係る超音波探触子１００は、圧電素子１１０、導体層１２０、音響整合層１４０、音響レンズ１５０、被検体（生体）の順に、音響インピーダンスの大きさが、段階的に変化する。このようにすることで、各部材間での超音波の反射が起きにくくなり、診断画像の解像度を向上させることができる。各部材の音響インピーダンスについては後述する。

（圧電素子）
圧電素子１１０は、電圧の印加により超音波を送波する複数個の圧電体（不図示）が図１中Ｘ方向に１次元に配列されて形成される。圧電素子１１０の厚さは、例えば、０.０５ｍｍ以上０.４ｍｍ以下とすることができる。それぞれの圧電体は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系などの圧電セラミック、マグネシウム酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体（ＰＭＮ−ＰＴ）および亜鉛酸ニオブ酸鉛・チタン酸鉛固溶体（ＰＺＮ−ＰＴ）などの圧電単結晶、ならびにこれらの材料と高分子材料を複合した複合圧電体、などにより形成される。

圧電素子１１０の音響インピーダンスの大きさは、通常、１０〜３０ＭＲａｙｌｓである。

（導体層）
導体層１２０は、圧電素子１１０の上面側（図１のＺ方向であり、被検体側）に配置されて、信号電極１３０ｂとともに圧電素子１１０に電圧を印加するための電極である。圧電素子１１０の信号電極１３０ｂの表面上には導体層１２０が電気的に接続するように接着されている。例えば、エポキシ樹脂などの接着剤を極めて薄くして接着することにより導体層１２０と電気的に接続したり、導電性接着剤で接着することにより導体層１２０と電気的に接続したりする方法があるが、何れの方法でも電気的に接続できればよい。実施の形態１において、導体層１２０の横幅（Ｙ方向）は、圧電素子１１０の横幅（Ｙ方向であり、圧電素子の配列方向）よりも大きくなるように形成されて、アース接続される。導体層１２０については、別途詳細に説明する。

（信号電極）
信号電極１３０ａ、１３０ｂは、圧電素子１１０の上面側および背面側（導体層が設けられている面とは反対側の面）に配置されて、導体層１２０とともに圧電素子１１０に電圧を印加するための電極である。信号電極１３０ａ、１３０ｂは、金および銀などを、蒸着、スパッタリングおよび銀の焼き付けなどの方法で形成したり、銅などの導体を絶縁性の基板に貼り付けてパターニングしたりして、形成することができる。

（音響整合層）
音響整合層１４０は、圧電素子１１０と音響レンズ１５０との間の音響特性を整合させるための層であり、一般に、圧電素子１１０と音響レンズ１５０との概ね中間の音響インピーダンスを有する材料により構成される。音響整合層１４０は、一般に、複数層から構成される。

図１に示されるように、実施の形態１において、音響整合層１４０は、第１の音響整合層１４０ａ、第２の音響整合層１４０ｂおよび第３の音響整合層１４０ｃから構成される。圧電素子１１０、第１の音響整合層１４０ａ、第２の音響整合層１４０ｂおよび第３の音響整合層１４０ｃの各音響インピーダンスの大きさは、この順に、小さくなることが好ましく、最も圧電素子１１０の音響インピーダンスの大きさに近い第１の音響整合層１４０ａから、順に、被検体（生体）の音響インピーダンスに近づくように小さくすることが好ましい。ここで、第１の音響整合層１４０ａの音響インピーダンスの大きさは、８〜２０ＭＲａｙｌｓであることが好ましく、１０〜１５ＭＲａｙｌｓであることがより好ましい。上記音響インピーダンスを満たす第１の音響整合層１４０ａの材料の例には、シリコン、水晶、快削性セラミックス、金属粉を充填したグラファイト、および金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂などが含まれる。

第２の音響整合層１４０ｂは、第１の音響整合層１４０ａの上面側に積層されている。第２の音響整合層１４０ｂの音響インピーダンスの大きさは、３〜１２ＭＲａｙｌｓであることが好ましい。上記音響インピーダンスを満たす第２の音響整合層１４０ｂの材料の例には、シリコン、水晶、快削性セラミックス、金属粉を充填したグラファイト、および金属または酸化物などのフィラーを充填したエポキシ樹脂が含まれる。

第３の音響整合層１４０ｃは、第２の音響整合層１４０ｂの上面側に積層されている。第３の音響整合層１４０ｂの音響インピーダンスの大きさは、１．９〜８ＭＲａｙｌｓであることが好ましい。上記音響インピーダンスを満たす第３の音響整合層１４０ｃは、ゴム材料を混合したプラスチック材、およびシリコーンゴム粉を充填した樹脂などから形成される。

音響整合層１４０の各層は、エポキシ系接着剤などの、当該技術分野で通常使用される接着剤で接着されてもよい。

（音響レンズ）
音響レンズ１５０は、被検体（生体）と音響レンズ１５０との音速差による屈折を利用して圧電素子１１０から送波された超音波を集束して、分解能を向上させる。図１に示されるように、実施の形態１では、音響レンズ１５０は、図中Ｙ方向に沿って延び、Ｚ方向に凸状となる、シリンドリカル型の音響レンズであり、上記超音波をＹ方向に集束させて超音波探触子１００の外部に出射する。また、音響レンズ１５０は、生体とは異なる音速を有する、例えば、軟質の高分子材料などにより構成されている。

上記軟質の高分子材料の例には、シリコーンゴムが含まれる。

（フレキシブルプリント基板）
フレキシブルプリント基板１６０は、信号電極１３０ａの背面側に接して配置され、信号電極１３０ａと外部の電源などとを接続する。

（背面負荷材）
背面負荷材１７０は、圧電素子１１０を保持し、かつ、圧電素子１１０から背面側に送波された超音波を減衰させる層である。背面負荷材１７０は、通常、音響インピーダンスを調整するための材料を充填した合成ゴム、天然ゴム、エポキシ樹脂および熱可塑性樹脂などから形成される。背面負荷材１７０の形状は、送波された超音波を減衰することができれば、特に限定されない。

また、圧電素子１１０から背面側に送波された超音波の減衰効率を高める観点からは、背面負荷材１７０が圧電素子１１０に接する面の面積は、圧電素子１１０よりも大きいことが好ましい。

（導体層について）
図１に示されるように、実施の形態１において、導体層１２０は、圧電素子１１０と第１の音響整合層１４０ａとの間に配置されている。また、導体層１２０の音響インピーダンスの大きさは、第１の音響整合層１４０ａの音響インピーダンスの大きさと、圧電素子１１０の音響インピーダンスとの大きさの間の大きさである。そのため、導体層１２０の材料は、音響インピーダンスの大きさが、１０〜３０ＭＲａｙｌｓである材料から選択されることが好ましく、１５〜３０ＭＲａｙｌｓである材料から選択されることがより好ましい。

導体層１２０と圧電素子１１０との間、または第１の音響整合層１４０ａと導体層１２０との間の音響インピーダンスの差を０に近づけることにより、これらの界面で超音波の反射を起きにくくして、診断画像の解像度をより向上させることができる。

音響インピーダンスが１０〜３０ＭＲａｙｌｓである材料の一例を表１に示す。

音響インピーダンスは、以下の式（１）で算出することができる。
式（１）：音響インピーダンス（ＭＲａｙｌｓ）＝密度（ｋｇ／ｍ^３）×音速（ｍ／ｓｅｃ）

これらの材料の中で、入手のしやすさ、価格などの観点から、アルミニウム、インジウム、チタン、チタン合金が好ましく、チタン、チタン合金がより好ましい。なお、チタン合金の例には、α＋β型チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ−２Ｓｎ等）、β型チタン合金（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ等）、α型チタン合金（Ｔｉ−５Ａｌ−１ Ｍｏ＋１Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ等）、ｎｅａｒ α型合金（Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ等）、ｎｅａｒ β型合金（Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ等）などが含まれる。

また、実施の形態１において、導体層１２０の材料は、圧電素子１１０と第１の音響整合層１４０ａの間に積層する前に上記材料の表面処理などを行う際の、しわなどの発生を抑制するため、ある程度高い硬度を有する材料とする。また、導体層１２０の材料は、導体層１２０を接地電極として作用させるときに折り曲げても破損しにくくするため、さほど高すぎない硬度を有する材料とする。上記観点から、導体層１２０として用いる材料は、ビッカース硬度（Ｈｖ）は５０以上６００以下である材料であり、ビッカース硬度（Ｈｖ）が１００以上４００以下の材料であることが好ましい。導体層１２０のビッカース硬度（Ｈｖ）を５０以上６００以下とすることで、しわの発生を抑制し、高画質を得ることができ、耐久性を向上させることができる。

ここで、ビッカース硬度（Ｈｖ）とは、日本工業規格で規定されている、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して算出されるものである。

ビッカース硬度（Ｈｖ）が５０以上６００以下である材料の一例を表２および表３に示す。

これらの材料の中で、表面処理などの加工のしやすさ、入手のしやすさおよび価格などの観点から、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、チタン合金が好ましく、チタン、チタン合金がより好ましい。

実施の形態１において、導体層１２０は、接地電極として作用してもよい。このとき、導体層１２０は、アース接続することができる大きさとするため、圧電素子１１０の横幅（Ｙ方向）よりも大きく形成される。

また、このとき、導体層１２０の材料は、電気抵抗が小さい材料であることが好ましい。具体的には、導体層１２０に用いる材料は、固有電気抵抗は２００×１０^−６（Ω・ｃｍ）以下の材料であることが好ましく、１７０×１０^−６（Ω・ｃｍ）以下の材料であることがより好ましい。ここで、電気抵抗の測定方法としては、例えば、４端子測定法を用いることができる。なお、電気抵抗については、導体層の表面を金メッキ等で処理することで、電気抵抗を下げることもできる。

固有電気抵抗が２００×１０^−６（Ω・ｃｍ）以下である材料の一例を表４に示す。

これらの材料の中で、入手のしやすさ、価格などから、アルミニウム、銅、金、モリブデン、ニッケル、銀、タングステン、チタン、チタン合金が好ましく、チタン、チタン合金がより好ましい。

導体層１２０の材料は、上述した音響インピーダンス、ビッカース硬度（Ｈｖ）および固有電気抵抗の条件をすべて満たすことから、チタンおよびチタン合金であることが好ましい。

（導体層の洗浄方法）
超音波探触子１００は、繰り返し検査などで使用されることから耐久性が要求される。また、超音波探触子１００は異なる複数の材料から構成されるため、それぞれの材料が製造時の加工に耐えられる程度に接着力を有することが求められる。ここで、耐久性および接着力を高めるため導体層１２０の表面を洗浄することが好ましい。洗浄方法の例には、洗浄液として、炭化水素系（ノルマルパラフィン系，イソパラフィン系，ナフテン系，芳香族系等）、溶剤系（アセトン、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、ベンゼン、ジクロロメタン、ヘキサン等）、水系（無機・有機ビルダー、界面活性剤、キレート剤、防錆剤から構成される、酸性洗浄剤や中性洗浄剤やアルカリ洗浄剤等）、塩素系（トリクロロエチレン、ジクロロメタン、パークロールエチレン等）、フッ素系（パーフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、環状のフッ素系溶剤、ハイドロフルオロエーテル等）、臭素系（１−ブロモプロパン等）などを用いて、真空洗浄、脱気洗浄、ふき取り洗浄、超音波洗浄、浸漬洗浄、ジェット洗浄、スプレー洗浄、シャワー洗浄などが含まれる。その他、プラズマ洗浄（Ｏ_２、アルゴン等）等を行ってもよい。また、洗浄後には、熱風乾燥、輻射加熱乾燥、回転（スピン）乾燥、エアブロー乾燥、減圧乾燥（真空乾燥）、自然乾燥、ふき取り乾燥等を行う。

（導体層の表面処理）
また、導体層１２０は、接着性を向上させるために、プライマー処理等を行ってもよい。また、導体層１２０は、接着性を向上させるだけでなく、電気伝導性を向上させるために、導体層１２０の上面側および／または背面側の積層面が表面処理されていることが好ましい。表面処理の例には、金および銀などを、蒸着、スパッタリングおよび銀の焼き付けなどの方法で形成する方法が含まれる。

（導体層の厚みと周波数の比帯域の関係について）
以下の説明では、導体層１２０中の音速をｖ、送信周波数（中心周波数）をｆ、λ＝ｖ／ｆとして説明する。なお、送信周波数（中心周波数）は、送信超音波の強度ピークから−６ｄＢである帯域幅の中心周波数である。

導体層１２０は、音響整合層としての機能を持たせてもよい。音響整合層としての機能を持たせる場合には、音響整合層の厚さは、λ／４とすることが好ましい。ただし、要望される特性により、λ／４から多少のずれがあってもよい。

図３は、図１の構成にて、導体層１２０を圧電素子１１０−第１の音響整合層１４０ａ間に配置し、中心周波数７ＭＨｚとして、時間領域有限要素法を用いて計算を行い、導体層１２０の厚みと最大感度に対して−６ｄＢとなる周波数の比帯域との関係を示すグラフである。ここで、図３の縦軸は、最大感度に対して−６ｄＢとなる周波数の比帯域（％）を示し、横軸は導体層１２０の厚み（μｍ）を示す。

図３には、導体層１２０として銅箔（音響インピーダンスが４１．８ＭＲａｙｌｓである）とチタン箔（音響インピーダンスが２７．６ＭＲａｙｌｓである）を選択し、それぞれの厚みを５、１０、１５、２０、３０、４０、５０μｍにした場合の−６ｄＢとなる周波数の比帯域（％）を示している。

図３に示されるように、導体層１２０として使用する材料がチタン箔の場合には、厚みがλ／３０（約２９μｍ）であっても、厚みがλ／９０（約９．６μｍ) での−６ｄＢとなる周波数の比帯域の値と大きな差は生じていない。それに対して、銅箔の場合、厚みがλ／２２（約３０μｍ）以上になると、−６ｄＢとなる周波数の比帯域の値が急激に下がり始めている。つまり、チタン箔では、導体層１２０の厚みを厚くした場合であっても、超音波探触子１００の周波数帯域を広帯域化することができる。これにより、導体層１２０としてチタン箔を使用する場合には、導体層１２０の厚みの選択幅が広くなることがわかる。

一方で、銅箔は、λ／９０（約７．５μｍ）〜λ／２２（約３０μｍ）の比帯域の値は、図３に示されるように、銅箔の厚みが増すにつれて下がっている。したがって、銅箔の場合には、薄い導体層１２０を作製する必要がある。しかしながら、銅箔は、硬度が小さく、しわが生じやすいこともあり、λ／９０（約７．５μｍ）以下の厚さの導体層１２０の作製には不向きである。それに対して、チタン箔においては、厚みがλ／９０（約９．６μｍ）〜λ／３０（約２９μｍ）の比帯域の値が大きく変化せず、導体層１２０の厚みの選択幅が広いことから、銅箔よりも薄いまたは厚い導体層１２０を容易に作製することもできる。

ここで、超音波探触子１００を構成する全部材の総厚さは薄いことが好ましい。したがって、チタン箔を使用する場合、導体層１２０は、λ／３００〜λ／３０であることが好ましく、λ／３００〜λ／４０であることがより好ましい。これにより、しわの発生や比帯域の大きな変化を伴うことを抑制しつつ、超音波探触子の性能を向上させることができる。

導体層１２０の厚みの換算方法は、次のとおりである。まず、銅箔（音速：４７００ｍ／ｓ）について、送受信する超音波の中心周波数を７ＭＨｚのとした場合の銅箔の超音波の波長は約６７０μｍとなる。λ／９０としたときの銅箔の厚みを算出すると約７．５μｍである。同様にして、チタン箔（音速：６０７０ｍ／ｓ）を求めると、λ／９０では約９．６μｍである。ここで、銅箔の厚みをλ／９０（約９．６μｍ）とした場合の−６ｄＢとなる周波数の比帯域を基準にすると、チタン箔ではλ／３０（約３０μｍ）まで厚くした場合であっても銅箔と同じ比帯域が得られることがわかる。

以上のように、導体層１２０の材料としてチタン箔またはチタン合金を用いることで、圧電素子１１０から被検体（生体）までの音響インピーダンスの差を段階的に小さくすることができる。また、導体層１２０の材料としてチタン箔またはチタン合金を用いることで、導体層１２０の使用できる厚みがλ／３００〜λ／３０の範囲で選択することができる。また、チタンおよびチタン合金の硬度は銅箔の硬度よりも高いため、導体層１２０の厚みを薄くした場合であっても、表面処理工程時、例えば、蒸着、スパッタリングもしくは、部材の接着時などによりしわが生じることを抑制することもできる。

［実施の形態２］
（超音波探触子の構成）
実施の形態２に係る超音波探触子２００は、導体層１２０が積層される位置が実施の形態１に係る超音波探触子１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る超音波探触子１００と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図２は、超音波探触子２００の全体構造の一例を示す断面図である。

図２に示されるように、超音波探触子２００は、導体層１２０が、第１の音響整合層１４０ａと第２の音響整合層１４０ｂとの間に配置されている点で、実施の形態１に係る超音波探触子１００と異なる。

（導体層）
図２に示されるように、実施の形態２において、導体層１２０は、第１の音響整合層１４０ａと第２の音響整合層１４０ｂとの間に積層されている。

導体層１２０の音響インピーダンスの大きさは、第１の音響整合層１４０ａの音響インピーダンスの大きさと、第２の音響整合層１４０ｂの音響インピーダンスの大きさとの間の大きさであることが好ましい。したがって、導体層１２０の音響インピーダンスの大きさは、１０〜２０ＭＲａｙｌｓであることが好ましい。表１に示すように音響インピーダンスとしては、アルミやインジウムが望ましいが、本発明の特徴の一つである、硬さは不十分であり、実用的ではない。しかし、例えば、表１、２に記載のジュラルミンは音響インピーダンス１７．６で１０〜２０ＭＲａｙｌｓの範囲内で、かつ、ビッカース硬度（Ｈｖ）も５０以上６００以下の範囲内の１１５〜１２８であり、両方の特性を満足するので好ましい。ただし、導体層として２０ＭＲａｙｌｓ以上あっても、図４に示されるように、チタン箔の厚みがλ／４０（約２０μｍ）以下であれば、感度劣化が１ｄＢ程度であり、音響特性に影響はないので問題ない。なお、本検証は、図２の構成に導体層１２０を第１の音響整合層１４０ａ−第２の音響整合層１４０ｂ間に配置し、中心周波数７ＭＨｚとして、時間領域有限要素法を用いて、計算を行った。

図４に示されるように、縦軸は最大感度（ｄＢ）を示し、横軸は導体層１２０の厚み（μｍ）を示す。また、図４には、導体層１２０として銅箔（音響インピーダンスが４１．８ＭＲａｙｌｓである）とチタン箔（音響インピーダンスが２７．６ＭＲａｙｌｓである）を選択し、それぞれの厚みを５、１０、１５、２０、３０、４０、５０μｍにした場合の最大感度（ｄＢ）を示している。なお、導体層のビッカース硬度（Ｈｖ）は、５０以上６００以下である。

なお、実施の形態２においても、導体層１２０は、接地電極として作用してもよい。このとき、導体層１２０は、アース接続することができる大きさとするため、圧電素子１１０の横幅（Ｙ方向）よりも大きく形成される。

実施の形態２において、第１の音響整合層１４０ａを非導電性材料とした場合には、第１の音響整合層１４０ａの材料の周囲に電極処理をしたり、第１の音響整合層１４０ａにスルーホールなどを設ける加工をしたりしてもよい。

また、実施の形態２において、導体層１２０は、第２の音響整合層１４０ｂと第３の音響整合層１４０ｃとの間に積層されてもよい。

（超音波診断装置）
図５は、超音波探触子１００または超音波探触子２００を備える超音波診断装置１０の一例を示す模式図である。超音波診断装置１０は、超音波探触子１００または２００、本体部１１、コネクタ部１２およびディスプレイ１３を備える。

超音波探触子１００または２００は、コネクタ部１２に接続されたケーブル１４を介して超音波診断装置１０と接続される。

超音波診断装置１０からの電気信号（送信信号）は、ケーブル１４を通じて超音波探触子１００または２００の圧電素子１１０に送信される。この送信信号は、圧電素子１１０において超音波に変換され、生体内に送波される。送波された超音波は生体内の組織などで反射され、当該反射波の一部がまた圧電素子１１０に受波され電気信号（受信信号）に変換され、超音波診断装置１０の本体部１１に送信される。受信信号は、超音波診断装置１０の本体部１１において画像データに変換されディスプレイ１３に表示される。

上記の実施の形態の超音波診断装置は、圧電材から被検体（生体）までの音響インピーダンスの差を段階的に小さくした本発明の超音波探触子を有することからより高画質化された超音波画像を生成することができる。

なお、上述の各実施形態では、背面負荷材を有する超音波探触子について説明したが、超音波探触子は、背面負荷材を有さなくてもよい。また、ＰＺＴと背面負荷材の間には、ＰＺＴ同等以上の音響インピーダンスの材料を設けて、背面側に向かう超音波を反射させ、上面側に向かう超音波とを重ね合わせるような構成にしてもよい。

本発明は、プローブ周波数帯域を広帯域化できるため感度に優れて画質のよい超音波画像を得ることを目的とする超音波装置の超音波探触子として有用である。

１０ 超音波診断装置
１１ 本体部
１２ コネクタ部
１３ ディスプレイ
１４ ケーブル
１００、２００ 超音波探触子
１１０ 圧電素子
１２０ 導体層
１３０ａ、１３０ｂ 信号電極
１４０ 音響整合層
１４０ａ 第１の音響整合層
１４０ｂ 第２の音響整合層
１４０ｃ 第３の音響整合層
１５０ 音響レンズ
１６０ フレキシブルプリント基板
１７０ 背面負荷材

Claims (9)

1. 超音波を送受信するための圧電素子と、
   前記圧電素子の被検体側に配置された１層または複数層の音響整合層と、
   前記圧電素子に電圧を印加するための導体層と、を有する超音波探触子であって、
   前記導体層は、前記圧電素子と前記音響整合層との間、または複数層の前記音響整合層の間に配置され、かつ、
   前記導体層の音響インピーダンスの大きさは、前記導体層の一方の面側に配置された層の音響インピーダンスの大きさと、前記導体層の他方の面側に配置された層の音響インピーダンスの大きさの間の大きさであり、
   前記導体層のビッカース硬度（Ｈｖ）は、５０以上６００以下である、超音波探触子。
2. 前記導体層の音響インピーダンスの大きさは、前記導体層の一方の面と接触して配置された層の音響インピーダンスの大きさと、前記導体層の他方の面と接触して配置された層の音響インピーダンスの大きさの間の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記導体層は、接地電極として作用する、請求項１または２に記載の超音波探触子。
4. 前記導体層中の音速をｖ、前記圧電素子が送信する超音波の中心周波数をｆ、λ＝ｖ／ｆとしたとき、前記導体層の厚さは、λ／３０以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波探触子。
5. 前記導体層は、音響整合層としての機能を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波探触子。
6. 前記導体層は、前記一方の面および前記他方の面の少なくとも一つの面が表面処理されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波探触子。
7. 前記導体層は、チタンまたはチタン合金を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波探触子。
8. 前記導体層は、チタン又はチタン合金からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波探触子。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波探触子を有する超音波診断装置。

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