JP2024019547A - 超音波探触子用音響レンズ、超音波探触子、超音波プローブおよび超音波診断装置 - Google Patents

超音波探触子用音響レンズ、超音波探触子、超音波プローブおよび超音波診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる超音波探触子用音響レンズを提供する。
【解決手段】
超音波探触子用音響レンズ（７）は、超音波探触子（１）の前端部に配置される音響レンズであって、凹状の前面（Ｃ１）を有し、複数の微粒子（Ｇ）が分散された母材（Ｂ）から形成され、エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど微粒子（Ｇ）の分散度が高いことによりエレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど音速が低くなり、エレベーション方向の中央部から両端部にかけて単位体積あたりの微粒子（Ｇ）の数が同一である。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波探触子用音響レンズ、その超音波探触子用音響レンズを有する超音波探触子、その超音波探触子を有する超音波プローブ、および、その超音波プローブを有する超音波診断装置に関する。
従来から、被検体の内部の画像を得るものとして、超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、一般的に、複数の圧電振動子が配列された振動子アレイが備えられた超音波プローブを備えている。この超音波プローブを被検体の体表に接触させた状態において、振動子アレイから被検体内に向けて超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを振動子アレイで受信して超音波エコーに対応する電気信号が取得される。さらに、超音波診断装置は、得られた電気信号を電気的に処理して、被検体の当該部位に対する超音波画像を生成する。
近年では、被検体の体表から５ｍｍ～２０ｍｍ程度の深さにある筋構造、神経束等の組織を超音波画像に高精細に描出し、より詳細な観察を行うために、例えば１２ＭＨｚ～１５ＭＨｚ程度の高周波数の超音波を被検体に送信する要望が高くなってきている。このような浅い領域において、エレベーション方向に狭い幅を有する超音波ビームを形成する方法として、例えば、特許文献１に開示されるように、エレベーション方向において複数の曲率半径を有する音響レンズを用いることが知られている。
実開平０３－０４４３９４号公報
しかしながら、特許文献１の音響レンズは、エレベーション方向に複数の曲率半径を有しているため、音響レンズが被検体に接触して変形した場合に、音響レンズの焦点距離が変化しやすく、超音波ビームが所望の深度で収束できないことがあった。また、特許文献１の音響レンズは、複数の曲率半径を有するために局所的に急激に厚くなっており、音響レンズ中を伝搬する超音波が局所的に減衰しやすく、また、音響レンズが被検体に接触しにくい箇所が生じることがあった。
そのため、特許文献１の音響レンズを使用して超音波画像を撮影した場合に、超音波画像の画質が低下してしまうことがあるという問題があった。
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる超音波探触子用音響レンズ、その超音波探触子用音響レンズを有する超音波探触子、その超音波探触子を有する超音波プローブ、および、その超音波プローブを有する超音波診断装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の超音波探触子用音響レンズは、超音波探触子の前端部に配置される音響レンズであって、凹状の前面を有し、複数の微粒子が分散された母材から形成され、エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど微粒子の分散度が高いことによりエレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど音速が低くなり、エレベーション方向の中央部から両端部にかけて単位体積あたりの微粒子の数が同一であることを特徴とする。
第１の超音波探触子用音響レンズは、エレベーション方向の中央部に配置された高音速領域用レンズ部とエレベーション方向の両端部に配置された低音速領域用レンズ部とを有することができる。
本発明に係る第２の超音波探触子用音響レンズは、超音波探触子の前端部に配置される音響レンズであって、凸状の前面を有し、複数の微粒子が分散された母材から形成され、エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど微粒子の分散度が低いことによりエレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど音速が高くなり、エレベーション方向の中央部から両端部にかけて単位体積あたりの微粒子の数が同一であることを特徴とする。
第２の超音波探触子用音響レンズは、エレベーション方向の中央部に配置された低音速領域用レンズ部とエレベーション方向の両端部に配置された高音速領域用レンズ部とを有することができる。
第１の超音波探触子用音響レンズと第２の超音波探触子用音響レンズの前面は、エレベーション方向の中央部から両端部にかけて同一の曲率半径を有することが好ましい。
また、微粒子は、０．０１μｍ以上１００．００μｍ以下の直径を有することが好ましく、１．００μｍ以上１０．００μｍ以下の直径を有することがより好ましい。
また、微粒子は、鉄、タングステン、アルミナ、ジルコニアまたはシリカからなることが好ましい。
本発明に係る超音波探触子は、バッキング材と、バッキング材の表面上に配列形成された複数の圧電振動子と、複数の圧電振動子の上に配置された音響整合層と、音響整合層の上に配置された本発明の第１の超音波探触子用音響レンズまたは第２の超音波探触子用音響レンズとを備えることを特徴とする。
音響整合層は、エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど超音波の送受信周波数が低くなる第１整合層を含むことができる。
複数の圧電振動子は、それぞれ、エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど厚くなることによりエレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど超音波の送受信周波数が低くなることができる。
本発明の超音波プローブは、本発明の超音波探触子を有することを特徴とする。
本発明の超音波診断装置は、本発明の超音波プローブを有することを特徴とする。
本発明によれば、超音波探触子用音響レンズが、凹状の前面を有し、複数の微粒子が分散された母材から形成され、エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど微粒子の分散度が高いことによりエレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど音速が低くなり、エレベーション方向の中央部から両端部にかけて単位体積あたりの微粒子の数が同一であるため、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズを有する超音波探触子の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズを有する超音波探触子の断面図である。 本発明の実施の形態１における超音波探触子を有する超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における送受信回路の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における画像生成部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る超音波探触子用音響レンズを有する超音波探触子の断面図である。 本発明の実施の形態３における超音波探触子の断面図である。 本発明の実施の形態３の変形例における超音波探触子の断面図である。 本発明の実施の形態４における超音波探触子の断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例における超音波探触子の断面図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「同一」、「同じ」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。
実施の形態１
図１に示すように、本発明の実施の形態１における超音波探触子１は、バッキング材２を備えており、バッキング材２の表面上においてアジマス方向に配列ピッチＰで配列された複数の圧電振動子３が配置され、複数の圧電振動子３の表面上にそれぞれ音響整合層４が配置され、複数の音響整合層４の表面上、すなわち、超音波探触子１の前端部に、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７が配置されている。また、複数の音響整合層４は、それぞれ、圧電振動子３の表面上に配置されている第１整合層５と、第１整合層５の表面上に配置されている第２整合層６を有している。また、隣り合う圧電振動子３間および隣り合う音響整合層４間に、エポキシ樹脂等が充填された分離部８が形成されている。
なお、複数の圧電振動子３に、図示しない引出し電極がそれぞれ接続され、バッキング材２の側面に、複数の引出し電極に接続された図示しないフレキシブルプリント基板が配置されるが、説明のために省略されている。また、以下では、説明のために、複数の圧電振動子３および複数の音響整合層４が配列するアジマス方向をＸ方向、バッキング材２、圧電振動子３、音響整合層４、超音波探触子用音響レンズ７の積層方向をＺ方向、Ｘ方向およびＺ方向に対して直交するエレベーション方向をＹ方向と呼ぶ。
圧電振動子３は、超音波探触子１に接続された図示しないパルサ等から供給される駆動信号に従って超音波を発生すると共に、超音波エコーを受信して、超音波エコーに基づく信号を出力するものである。圧電振動子３は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ－ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。
バッキング材２は、複数の圧電振動子３を支持すると共に、複数の圧電振動子３から発せられて後方に伝搬した超音波を吸収するものである。バッキング材２は、例えば、フェライトゴム等のゴム材料により形成される。
音響整合層４は、超音波探触子１が接触する被検体と圧電振動子３との間の音響インピーダンスを整合して、被検体内に超音波を入射させやすくするためのものである。一般的に、圧電振動子３の音響インピーダンスは、超音波探触子用音響レンズ７および被検体内の音響インピーダンスよりも高いことが多いため、音響整合層４は、圧電振動子３の音響インピーダンスよりも低く且つ音響レンズおよび被検体内の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有する材料により形成されることができる。また、音響整合層４に含まれる第１整合層５は、圧電振動子３から発せられ且つ第１整合層５中を伝搬する超音波を共振させて超音波の強度を増強するために、第１整合層５中を伝搬する超音波の波長の４分の１程度の厚さを有することが望ましい。また、第２整合層６についても、同様にして、第２整合層６中を伝搬する超音波の波長の４分の１程度の厚さを有することが望ましい。
音響整合層４の第１整合層５は、圧電振動子３の表面上に形成され、圧電振動子３よりも低い音響インピーダンスを有する。第１整合層５の材料として、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂等の樹脂材料を使用することができる。
第２整合層６は、第１整合層５の表面上に形成され、第１整合層５よりも低く且つ超音波探触子用音響レンズ７よりも高い音響インピーダンスを有する。第２整合層６の材料として、第１整合層５と同様に、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂等の樹脂材料を使用することができる。
本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７は、屈折を利用して超音波ビームを絞り、Ｙ方向の分解能を向上させるものである。超音波探触子用音響レンズ７には、図１に示すように、一定の曲率半径を有する凹状の前面Ｃ１が形成されており、超音波探触子用音響レンズ７は、前面Ｃ１が音響整合層４とは反対側に向くように配置されている。また、超音波探触子用音響レンズ７は、凹状の前面Ｃ１を有することにより、被検体中に超音波ビームを収束させるために、被検体よりも小さい屈折率を有する材料から形成されている。ここで、図２に示すように、超音波探触子用音響レンズ７は、複数の微粒子Ｇが分散された母材Ｂから形成されている。
母材Ｂは、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびポリメチルペンテン樹脂等の樹脂材料およびシリコンゴム等のゴム材料等から形成される。また、微粒子Ｇは、金属またはセラミックスから形成され、その材料として、例えば、鉄、タングステン、アルミナまたはジルコニア等が用いられる。微粒子Ｇは、超音波探触子用音響レンズ７中の超音波の減衰を低減するために、０．０１μｍ以上１００．００μｍ以下の直径を有することが好ましく、１．００μｍ以上１０．００μｍ以下の直径を有することがより好ましい。
また、超音波探触子用音響レンズ７において、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど微粒子Ｇの分散度が高くなっており、Ｙ方向の中央部から両端部にかけて超音波探触子用音響レンズ７における単位体積あたりの微粒子Ｇの数が同一である。ここで、微粒子Ｇの分散度とは、母材Ｂ中において互いに隣接する微粒子Ｇ間の距離のバラつきを表す指標であり、母材Ｂ中の微粒子Ｇの配置位置が均一に分布しているほど分散度が高く、微粒子Ｇ同士が局所的に近接し、母材Ｂ中の微粒子Ｇの配置位置が不均一に分布しているほど分散度が低い。図２に示す例では、Ｙ方向の中央部において、互いに接触または近接している微粒子Ｇが多い、すなわち、微粒子Ｇの分散度が低い高音速領域用レンズ部Ａ１が形成され、Ｙ方向の両端部において、互いに離れている微粒子Ｇが多く且つ母材Ｂ中の微粒子Ｇの配置位置の分布がより均一である、すなわち、微粒子Ｇの分散度が高い低音速領域用レンズ部Ａ２が形成されている。ここで、超音波探触子用音響レンズ７のＹ方向の中央部から両端部にかけて、単位体積あたりの微粒子Ｇの数が同一であるため、高音速領域用レンズ部Ａ１の音響インピーダンスと低音速領域用レンズ部Ａ２の音響インピーダンスは、互いにほぼ同一である。
ところで、互いに異なる音響インピーダンスを有する２つの材料が互いに接触しており、その境界面を音波が透過する場合に、音波の位相が影響を受けることにより、２つの材料の境界面において音波の進行方向の群速度が低くなる現象が知られている。図２に示すように、高音速領域用レンズ部Ａ１では、互いに接触または近接している微粒子Ｇが多いため、超音波探触子用音響レンズ７中をＺ方向に進行する超音波の伝搬経路上における、母材Ｂと微粒子Ｇとの実効的な境界面の総量が比較的少なく、低音速領域用レンズ部Ａ２では、複数の微粒子Ｇがより均一に分布しているため、超音波探触子用音響レンズ７中をＺ方向に進行する超音波の伝搬経路上における、母材Ｂと微粒子Ｇとの実効的な境界面の総量が比較的多い。
そのため、例えば、超音波探触子用音響レンズ７中を伝搬する超音波のＺ方向の群速度は、高音速領域用レンズ部Ａ１において比較的高くなり、低音速領域用レンズ部Ａ２において比較的低くなる。これにより、高音速領域用レンズ部Ａ１の実効的な屈折率は比較的小さくなり、低音速領域用レンズ部Ａ２の実効的な屈折率は比較的大きくなる。さらに、超音波探触子用音響レンズ７は、凹状の前面Ｃ１を有しており、超音波探触子用音響レンズ７の屈折率は、被検体の屈折率よりも小さいため、超音波が超音波探触子用音響レンズ７から前面Ｃ１を通って被検体へと進行する際に、高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波は、低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波よりも、超音波探触子用音響レンズ７のＹ方向における中央部側に向かって大きく屈折することになる。そのため、高音速領域用レンズ部Ａ１の焦点距離は、低音速領域用レンズ部Ａ２の焦点距離よりも短くなる。ここで、焦点距離とは超音波探触子用音響レンズ７の前面Ｃ１のＹ方向の中央部から、超音波ビームの幅がＹ方向に最も狭くなる位置までの距離のことを表すものとする。
ここで、一般的に、音響レンズの焦点距離Ｆは、音響レンズの前面の曲率半径をＲ、音響レンズ中を伝搬する超音波の群速度をＶ１、被検体中を伝搬する超音波の群速度をＶ２として、Ｒ＝Ｆ×｜（Ｖ２／Ｖ１）－１｜という関係により決定されることが知られている。この関係を用いることにより、高音速領域用レンズ部Ａ１の焦点距離Ｆが低音速領域用レンズ部Ａ２の焦点距離Ｆよりも短いことを具体的に確認することができる。
超音波探触子用音響レンズ７には、一定の曲率半径Ｒを有する凹状の前面Ｃ１が形成され、超音波探触子用音響レンズ７の屈折率は被検体の屈折率よりも小さいため、超音波探触子用音響レンズ７中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１は、被検体中を伝搬する超音波の群速度Ｖ２よりも高い。そのため、超音波探触子用音響レンズ７中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１に対する被検体中を伝搬する超音波の群速度Ｖ２の速度比（Ｖ２／Ｖ１）は、０．０よりも大きく１．０よりも小さくなる。さらに、高音速領域用レンズ部Ａ１中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１は、低音速領域用レンズ部Ａ２中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１よりも高いため、高音速領域用レンズ部Ａ１に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）は、低音速領域用レンズ部Ａ２に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）よりも小さくなる。
ここで、具体例として、高音速領域用レンズ部Ａ１に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）を０．８とし、低音速領域用レンズ部Ａ２に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）を０．９とすると、高音速領域用レンズ部Ａ１については、Ｒ＝０．２×Ｆという関係が得られ、低音速領域用レンズ部Ａ２については、Ｒ＝０．１×Ｆという関係が得られる。そのため、高音速領域用レンズ部Ａ１の焦点距離Ｆは、５×Ｒとなり、低音速領域用レンズ部Ａ２の焦点距離Ｆは、１０×Ｒとなる。このように、高音速領域用レンズ部Ａ１の焦点距離Ｆが、低音速領域用レンズ部Ａ２の焦点距離Ｆよりも短くなることが確認できる。
このように、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７によれば、高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波により形成された超音波ビームは、被検体の浅部に収束することができ、低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波により形成された超音波ビームは、被検体の深部に収束することができる。そのため、超音波探触子用音響レンズ７の前面Ｃ１がＹ方向に一定の曲率半径Ｒを有しながらも、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
また、例えば、複数の圧電振動子３として、高周波数の超音波を発する圧電振動子が使用された場合には、特に、被検体内の浅部を高精細に描出した超音波画像を得ることができる。
また、従来から、浅部において収束し且つＹ方向に狭い幅を有する超音波ビームを形成する方法として、Ｙ方向において複数の曲率半径Ｒを有する前面が形成された音響レンズを用いることが知られている。しかしながら、この方法では、音響レンズの前面がＹ方向に複数の曲率半径Ｒを有しているため、音響レンズが被検体に接触して変形した場合に、音響レンズの焦点距離Ｆが変化しやすく、超音波ビームが所望の深度で収束できないことがあった。また、音響レンズの前面が複数の曲率半径Ｒを有するため、音響レンズが局所的に急激に厚くなり、音響レンズ中を伝搬する超音波が減衰しやすく、また、音響レンズが被検体に接触しにくい箇所が生じることがあった。これらの問題は、超音波画像の画質が低下してしまう要因となる。
本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７によれば、超音波探触子用音響レンズ７に、一定の曲率半径Ｒを有する前面Ｃ１が形成されているため、超音波探触子用音響レンズ７が被検体に接触して変形したとしても、変形の影響が少なく、安定して所望の焦点距離Ｆに従って超音波ビームを収束させることができる。また、超音波探触子用音響レンズ７に、一定の曲率半径Ｒを有する前面Ｃ１が形成されているため、超音波探触子用音響レンズ７が局所的に急激に厚くなることなく、超音波探触子用音響レンズ７中を伝搬する超音波の減衰を低減しながらも、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる。さらに、超音波探触子用音響レンズ７が局所的に急激に厚くなることがないため、超音波探触子用音響レンズ７の前面Ｃ１のＹ方向における全体を被検体に容易に接触させることもできる。
また、超音波探触子用音響レンズ７の前面Ｃ１が凹状であり、超音波探触子用音響レンズ７の中央部において比較的薄い高音速領域用レンズ部Ａ１が配置されているため、複数の圧電振動子３から高周波数の超音波が発せられた場合でも、高音速領域用レンズ部Ａ１を伝搬する高周波数の超音波の減衰を、より低減することができ、高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
次に、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７の製造方法について説明する。
まず、鉄、タングステン、アルミナまたはジルコニア等から形成される微粒子Ｇに対して表面処理がなされる。
微粒子Ｇに対する表面処理としては、例えば、炭化水素油、エステル油、ラノリン等による油剤処理、ジメチルポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン等によるシリコーン処理、パーフルオロアルキル基含有エステル、パーフルオロアルキルシラン、パーフルオロポリエーテルおよびパーフルオロアルキル基を有する重合体等によるフッ素化合物処理、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等によるシランカップリング剤処理、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルピロホスフェート)チタネート等によるチタンカップリング剤処理、金属石鹸処理、アシルグルタミン酸等によるアミノ酸処理、水添卵黄レシチン等によるレシチン処理、コラーゲン処理、ポリエチレン処理、保湿性処理、無機化合物処理、メカノケミカル処理、リン酸、亜リン酸、リン酸塩、亜リン酸塩等によるリン酸化合物処理等の処理方法が用いられる。中でも、微粒子Ｇの分散度を制御する観点から、リン酸化合物処理が行われることが好ましい。
この際に、表面処理の度合いが大きい高音速領域用の微粒子Ｇと、表面処理の度合いが小さい低音速領域用の微粒子Ｇが得られる。例えば、同一の表面処理剤を用いる場合でも、表面処理の際に表面処理剤の量を多くするほど、母材Ｂに対する分散度が高い微粒子Ｇを得ることができ、表面処理剤の量を少なくするほど、母材Ｂに対する分散度が低い微粒子Ｇを得ることができる。また、例えば、表面処理の回数を多くするほど、母材Ｂに対する分散度が高い微粒子Ｇを得ることができ、表面処理の回数を少なくするほど、母材Ｂに対する分散度が低い微粒子Ｇを得ることができる。
ここで、圧電振動子３から発せられ且つ超音波探触子用音響レンズ７中を伝搬する超音波の減衰を低減するために、０．０１μｍ以上１００．００μｍ以下の直径を有することが好ましく、１．００μｍ以上１０．００μｍ以下の直径を有することがより好ましいが、微粒子Ｇの直径は、次のように計測されることができる。まず、十分に表面処理がなされた微粒子Ｇを０．５質量％となるようにメタノールに添加し、１０分間超音波にかけることにより、メタノール中に微粒子Ｇを分散させる。このようにしてメタノール中に分散した微粒子Ｇの粒度分布を、レーザ解析散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所製、商品名：ＬＡ９５０Ｖ２）により測定し、測定された粒度分布に基づいて体積基準メジアン径を算出することにより、微粒子Ｇの直径を得ることができる。この際の体積基準メジアン径とは、粒度分布を累積分布として表した場合の累積５０％に相当する粒子径である。
次に、母材Ｂとして、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等の加熱により硬化する樹脂材料またはシリコンゴム等の加熱により硬化するゴム材料等を用意し、硬化前の樹脂材料またはゴム材料に高音速領域用の微粒子Ｇを添加して、樹脂材料またはゴム材料と高音速領域用の微粒子Ｇをいわゆる遊星式のミキサ等により混合することにより、高音速領域用の混合物を得る。また、硬化前の樹脂材料またはゴム材料に低音速領域用の微粒子Ｇを添加して、樹脂材料またはゴム材料と低音速領域用の微粒子Ｇを遊星式のミキサ等により混合することにより、低音速領域用の混合物を得る。
このようにして得られた硬化前の高音速領域用の混合物と、硬化前の低音速領域用の混合物を、それぞれ成形用の型に入れて加熱することにより硬化させて、高音速領域用のレンズ部材と低音速領域用のレンズ部材を得る。このようにして得られた高音速領域用のレンズ部材と低音速領域用のレンズ部材は、それぞれ同一の曲率半径Ｒを有するように湾曲した前面を有している。高音速領域用のレンズ部材は、超音波探触子用音響レンズ７の高音速領域用レンズ部Ａ１に対応する部材であり、低音速領域用のレンズ部材は、低音速領域用レンズ部Ａ２に対応する部材である。
最後に、エポキシ接着剤等の接着剤を用いて、高音速領域用のレンズ部材の両端に、それぞれ、低音速領域用のレンズ部材を接着することにより、図１および図２に示すような超音波探触子用音響レンズ７が得られる。
ところで、Ｙ方向に狭い幅を有する超音波ビームを形成するための音響レンズとして、Ｙ方向に複数の曲率半径Ｒを有する前面が形成された音響レンズが知られている。一般的に、１２ＭＨｚ～１５ＭＨｚ等の高周波数の超音波を発する超音波探触子は、小さいサイズを有していることが多く、このような小さいサイズを有する超音波探触子に合わせて、Ｙ方向に複数の曲率半径Ｒを有する前面が形成された音響レンズを製造することは困難であった。
本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７は、一定の曲率半径Ｒを有する前面Ｃ１が形成されているため、例えば、超音波探触子１が高周波数の超音波の発振に対応する小さいサイズを有している場合であっても、超音波探触子１のサイズに合わせて容易に製造されることができる。
次に、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子１を有する超音波診断装置について説明する。図３に示すように、超音波診断装置１１において、超音波探触子１に、送受信回路１２、画像生成部１３、表示制御部１４およびモニタ１５が順次接続されている。また、送受信回路１２、画像生成部１３および表示制御部１４に、装置制御部１６が接続されている。また、装置制御部１６に、入力装置１７が接続されている。また、装置制御部１６に、図示しないメモリが接続されている。
また、超音波診断装置１１は、超音波探触子１および送受信回路１２を含む超音波プローブ２１を備えている。また、画像生成部１３、表示制御部１４および装置制御部１６により超音波診断装置１１用のプロセッサ２２が構成されている。
送受信回路１２は、装置制御部１６による制御の下で、超音波探触子１から超音波を送信し且つ超音波探触子１により取得された受信信号に基づいて音線信号を生成する。送受信回路１２は、図４に示すように、超音波探触子１に接続されるパルサ２３と、超音波探触子１から順次直列に接続される増幅部２４、ＡＤ（Analog Digital：アナログデジタル）変換部２５、ビームフォーマ２６を有している。
パルサ２３は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、装置制御部１６からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、超音波探触子１の複数の圧電振動子３から送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号を、遅延量を調節して複数の圧電振動子３に供給する。このように、圧電振動子３の電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電振動子３が伸縮し、それぞれの圧電振動子３からパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。
送信された超音波ビームは、例えば、被検体内の組織等において反射され、超音波プローブ２１の超音波探触子１に向かって伝搬する。超音波探触子１のそれぞれの圧電振動子３は、このようにして超音波探触子１に向かって伝搬する超音波エコーを受信することにより伸縮して、電気信号である受信信号を発生させ、これらの受信信号を増幅部２４に出力する。
増幅部２４は、超音波探触子１のそれぞれの圧電振動子３から入力された信号を増幅し、増幅した信号をＡＤ変換部２５に送信する。ＡＤ変換部２５は、増幅部２４から送信された信号をデジタルの受信データに変換し、これらの受信データをビームフォーマ２６に送信する。ビームフォーマ２６は、装置制御部１６からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速または音速の分布に従い、ＡＤ変換部２５により変換された各受信データに対してそれぞれの遅延を与えて加算することにより、いわゆる受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、ＡＤ変換部２５で変換された各受信データが整相加算され且つ超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が取得される。
画像生成部１３は、図５に示されるように、信号処理部２７、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）２８および画像処理部２９が順次直列に接続された構成を有している。
信号処理部２７は、送受信回路１２のビームフォーマ２６により生成された音線信号に対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
ＤＳＣ２８は、信号処理部２７で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。
画像処理部２９は、ＤＳＣ２８から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部１４に出力する。本発明では、画像処理部２９により画像処理が施されたＢモード画像信号を、単に、超音波画像と呼ぶ。
表示制御部１４は、装置制御部１６の制御の下、画像生成部１３により生成された超音波画像に所定の処理を施して、超音波画像をモニタ１５に表示する。
モニタ１５は、表示制御部１４による制御の下、画像生成部１３により生成された超音波画像を表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display）等のディスプレイ装置を含む。
装置制御部１６は、予め記憶している制御プログラム等に基づいて、超音波診断装置１１の各部の制御を行う。
入力装置１７は、ユーザが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。
図示しないが、装置制御部１６に接続されるメモリは、超音波診断装置１１の制御プログラム等を記憶するものであり、メモリとしては、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive：ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（Solid State Drive：ソリッドステートドライブ）、ＦＤ（Flexible Disc：フレキシブルディスク）、ＭＯディスク（Magneto-Optical disc：光磁気ディスク）、ＭＴ（Magnetic Tape：磁気テープ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）、ＣＤ（Compact Disc：コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc：デジタルバーサタイルディスク）、ＳＤカード（Secure Digital card：セキュアデジタルカード）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory：ユニバーサルシリアルバスメモリ）等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
なお、画像生成部１３、表示制御部１４および装置制御部１６を有するプロセッサ２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：フィードプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：アプリケーションスペシフィックインテグレイテッドサーキット）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit：グラフィックスプロセッシングユニット）、その他のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。
また、プロセッサ２２の画像生成部１３、表示制御部１４および装置制御部１６は、部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵ等に統合させて構成されることもできる。
本発明の実施の形態１における超音波診断装置１１は、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７を有する超音波探触子１を備えているため、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる。特に、超音波探触子１から比較的高周波数の超音波が発せられる場合には、浅部の領域が高精細に描出された超音波画像を得ることができる。
なお、超音波探触子用音響レンズ７における母材Ｂに対する微粒子Ｇの分散度は、微粒子Ｇに表面処理を施すことにより調整されているが、微粒子Ｇの分散度を調整する方法は、表面処理に限定されない。例えば、微粒子Ｇを母材Ｂ中に機械的に混合する方法を変えることにより、母材Ｂ中における微粒子Ｇの分散度を変化させることができる。例えば、いわゆるプロペラ式のミキサを使用して母材Ｂ中に微粒子Ｇを混合することにより、遊星式のミキサを使用して微粒子Ｇを混合する場合よりも、微粒子Ｇの分散度を低くすることができる。そのため、高音速領域用の混合物を作製する場合には、プロペラ式のミキサを使用して母材Ｂ中に微粒子Ｇを混合し、低音速領域用の混合物を作製する場合には、遊星式のミキサを使用して母材Ｂ中に微粒子Ｇを混合することができる。
また、例えば、母材Ｂ中に微粒子Ｇを混合する時間を変化させることによっても、微粒子Ｇの分散度を変化させることができる。
また、例えば、母材Ｂの硬化に要する時間を変えることによっても、微粒子Ｇの分散度を変化させることができる。例えば、母材Ｂと微粒子Ｇの混合物を加熱する温度を低くして母材Ｂの硬化に要する時間を長くすると、微粒子Ｇの分散度を低くすることができ、母材Ｂと微粒子Ｇの混合物を加熱する温度を高くして母材Ｂの硬化に要する時間を短くすると、微粒子Ｇの分散度を高くすることができる。
また、超音波探触子用音響レンズ７が、高音速領域用レンズ部Ａ１と低音速領域用レンズ部Ａ２の２種類の領域により構成される例が示されているが、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど母材Ｂ中の微粒子Ｇの分散度が高くなっていれば、微粒子Ｇの分散度が異なる３種類以上の領域により超音波探触子用音響レンズ７を構成することもできる。また、超音波探触子用音響レンズ７のＹ方向の中央部から両端部に向かうほど母材Ｂ中の微粒子Ｇの分散度が連続的に高くなるように、超音波探触子用音響レンズ７を構成することもできる。これにより、より均一な画質を有する超音波画像を得ることができる。
また、高音速領域用レンズ部Ａ１における単位体積あたりの微粒子Ｇの数と、低音速領域用レンズ部Ａ２における単位体積あたりの微粒子Ｇの数は、互いに同一であることが説明されているが、高音速領域用レンズ部Ａ１と低音速領域用レンズ部Ａ２の音響インピーダンスを整えるために、微調整されることもできる。
実施の形態２
本発明の実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７は、凹状の前面Ｃ１を有しているが、凸状の前面を有することもできる。
図６に示すように、本発明の実施の形態２における超音波探触子１Ａは、図１および図２に示す実施の形態１における超音波探触子１において、超音波探触子用音響レンズ７の代わりに、超音波探触子用音響レンズ７Ａを備えている。
本発明の実施の形態２に係る超音波探触子用音響レンズ７Ａは、実施の形態１の超音波探触子用音響レンズ７と同様にして、複数の微粒子Ｇが分散された母材Ｂから形成されているが、一定の曲率半径Ｒを有する凸状の前面Ｃ２を有しており、超音波探触子用音響レンズ７ＡのＹ方向の中央部において、微粒子Ｇの分散度が高い低音速領域用レンズ部Ａ２を有し、超音波探触子用音響レンズ７ＡのＹ方向の両端部において、微粒子Ｇの分散度が低い高音速領域用レンズ部Ａ１を有している。このように、超音波探触子用音響レンズ７Ａにおいて、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど微粒子Ｇの分散度が低くなっている。また、超音波探触子用音響レンズ７Ａにおける単位体積あたりの微粒子Ｇの数は、Ｙ方向の中央部から両端部にかけて同一である。そのため、低音速領域用レンズ部Ａ２の音響インピーダンスと高音速領域用レンズ部Ａ１の音響インピーダンスは、互いにほぼ同一である。
また、超音波探触子用音響レンズ７Ａは、被検体中に超音波ビームを収束させるために、被検体よりも大きい屈折率を有する材料により形成されている。
ここで、超音波探触子用音響レンズ７Ａを伝搬する超音波のＺ方向の群速度Ｖ１は、Ｙ方向の中央部に配置された低音速領域用レンズ部Ａ２において比較的低くなり、Ｙ方向の両端部に配置された高音速領域用レンズ部Ａ１において比較的高くなるため、低音速領域用レンズ部Ａ２の実効的な屈折率は比較的大きくなり、高音速領域用レンズ部Ａ１の実効的な屈折率は比較的小さくなる。さらに、超音波探触子用音響レンズ７Ａは、凸状の前面Ｃ２を有しており、超音波探触子用音響レンズ７Ａの屈折率は、被検体の屈折率よりも大きいため、超音波が超音波探触子用音響レンズ７Ａから前面Ｃ２を通って被検体へと進行する際に、低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波は、高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波よりも、超音波探触子用音響レンズ７ＡのＹ方向における中央部側に向かって大きく屈折することになる。そのため、低音速領域用レンズ部Ａ２の焦点距離Ｆは、高音速領域用レンズ部Ａ１の焦点距離Ｆよりも短くなる。
また、超音波探触子用音響レンズ７Ａには、一定の曲率半径Ｒを有する凸状の前面Ｃ２が形成され、超音波探触子用音響レンズ７Ａの屈折率は被検体の屈折率よりも大きいため、超音波探触子用音響レンズ７Ａ中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１は、被検体中を伝搬する超音波の群速度Ｖ２よりも低い。そのため、超音波探触子用音響レンズ７Ａ中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１に対する被検体中を伝搬する超音波の群速度Ｖ２の速度比（Ｖ２／Ｖ１）は、１．０よりも大きくなる。さらに、低音速領域用レンズ部Ａ２中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１は、高音速領域用レンズ部Ａ１中を伝搬する超音波の群速度Ｖ１よりも低いため、低音速領域用レンズ部Ａ２に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）は、高音速領域用レンズ部Ａ１に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）よりも大きくなる。
ここで、具体例として、低音速領域用レンズ部Ａ２に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）を１．２とし、高音速領域用レンズ部Ａ１に対応する速度比（Ｖ２／Ｖ１）を１．１とすると、Ｒ＝Ｆ×｜（Ｖ２／Ｖ１）－１｜の関係から、低音速領域用レンズ部Ａ２については、Ｒ＝０．２×Ｆという関係が得られ、高音速領域用レンズ部Ａ１については、Ｒ＝０．１×Ｆという関係が得られる。そのため、低音速領域用レンズ部Ａ２の焦点距離Ｆは、５×Ｒとなり、高音速領域用レンズ部Ａ１の焦点距離Ｆは、１０×Ｒとなる。このように、低音速領域用レンズ部Ａ２の焦点距離Ｆが、高音速領域用レンズ部Ａ１の焦点距離Ｆよりも短くなることが確認できる。
このように、本発明の実施の形態２に係る超音波探触子用音響レンズ７Ａによれば、低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波により形成された超音波ビームは、被検体の浅部に収束することができ、高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波により形成された超音波ビームは、被検体の深部に収束することができる。そのため、超音波探触子用音響レンズ７Ａの前面Ｃ２がＹ方向に一定の曲率半径Ｒを有しながらも、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
また、例えば、複数の圧電振動子３として、高周波数の超音波を発する圧電振動子が使用された場合には、特に、被検体内の浅部を高精細に描出した超音波画像を得ることができる。
また、超音波探触子用音響レンズ７Ａに、一定の曲率半径Ｒを有する前面Ｃ２が形成されているため、超音波探触子用音響レンズ７Ａが被検体に接触して変形したとしても、変形の影響が少なく、安定して所望の焦点距離Ｆに従って超音波ビームを収束させることができる。また、超音波探触子用音響レンズ７Ａに、一定の曲率半径Ｒを有する前面Ｃ２が形成されているため、超音波探触子用音響レンズ７Ａが局所的に急激に厚くなることなく、超音波探触子用音響レンズ７Ａ中を伝搬する超音波の減衰を低減しながらも、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる。さらに、超音波探触子用音響レンズ７Ａが局所的に急激に厚くなることがないため、超音波探触子用音響レンズ７Ａの前面Ｃ２のＹ方向における全体を被検体に容易に接触させることもできる。
なお、超音波探触子用音響レンズ７Ａが、低音速領域用レンズ部Ａ２と高音速領域用レンズ部Ａ１の２種類の領域により構成される例が示されているが、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど母材Ｂ中に微粒子Ｇの分散度が低くなっていれば、微粒子Ｇの分散度が異なる３種類以上の領域により超音波探触子用音響レンズ７Ａを構成することもできる。また、超音波探触子用音響レンズ７ＡのＹ方向の中央部から両端部に向かうほど母材Ｂ中の微粒子Ｇの分散度が連続的に低くなるように、超音波探触子用音響レンズ７Ａを構成することもできる。これにより、より均一な画質を有する超音波画像を得ることができる。
実施の形態３
実施の形態１に係る超音波探触子用音響レンズ７は、複数の微粒子Ｇが分散した母材Ｂから形成されているが、さらに、音響整合層４に、複数の微粒子Ｇが分散した母材Ｂから形成される層が含まれることもできる。
図７に示すように、実施の形態３における超音波探触子１Ｂは、図２に示す実施の形態１における超音波探触子１において、音響整合層４の代わりに音響整合層４Ｂを備えている。また、音響整合層４Ｂは、実施の形態１における音響整合層４において、第１整合層５の代わりに第１整合層５Ｂを有している。第１整合層５Ｂは、図７に示すように、複数の微粒子Ｇが分散された母材Ｂから形成される。
第１整合層５Ｂにおいて、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど微粒子Ｇの分散度が高くなっており、Ｙ方向の中央部から両端部にかけて第１整合層５における単位体積あたりの微粒子Ｇの数が同一である。図７に示す例では、Ｙ方向の中央部において、微粒子Ｇの分散度が低い高周波数領域用整合部Ｈ１が形成され、Ｙ方向の両端部において、微粒子Ｇの分散度が高い低周波数領域用整合部Ｈ２が形成されている。ここで、高周波数領域用整合部Ｈ１は、超音波探触子用音響レンズ７の高音速領域用レンズ部Ａ１に対応するＹ方向の位置に形成され、低周波数領域用整合部Ｈ２は、超音波探触子用音響レンズ７の低音速領域用レンズ部Ａ２に対応するＹ方向の位置に形成されている。また、第１整合層５ＢのＹ方向の中央部から両端部にかけて単位体積あたりの微粒子Ｇの数が同一であるため、高周波数領域用整合部Ｈ１の音響インピーダンスと、低周波数領域用整合部Ｈ２の音響インピーダンスは、互いにほぼ同一である。
ここで、音速の群速度をＶ、周波数をＱ、波長をＷとして、Ｖ＝Ｑ×Ｗの関係が知られている。第１整合層５Ｂの厚さに起因する共振条件により、一定の波長Ｗを有する超音波が強められるため、波長Ｗを一定とすると、第１整合層５Ｂの高周波数領域用整合部Ｈ１を伝搬する超音波の群速度Ｖは比較的速いため、その周波数Ｑは高くなり、低周波数領域用整合部Ｈ２を伝搬する超音波の群速度Ｖは比較的遅いため、その周波数は低くなることがわかる。
また、高周波数領域用整合部Ｈ１は、音響整合層４ＢのＹ方向における中央部に配置されているため、音響整合層４のＹ方向の全体の幅に比べて比較的広い開口幅を有している。一方、低周波数領域用整合部Ｈ２は、音響整合層４Ｂの両端部に配置されているため、比較的広い開口幅を有している。そのため、高周波数領域用整合部Ｈ１を透過した超音波が超音波探触子用音響レンズ７により収束された超音波ビームのＹ方向の幅は、比較的狭くなり、低周波数領域用整合部Ｈ２を透過した超音波が超音波探触子用音響レンズ７により収束された超音波ビームのＹ方向の幅は、比較的広くなる。
したがって、第１整合層５Ｂの高周波数領域用整合部Ｈ１と超音波探触子用音響レンズ７の高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波から形成される超音波ビームは、比較的高い周波数Ｑを有し且つＹ方向に比較的狭い幅を有し、さらに、短い焦点距離Ｆに従って収束する。また、第１整合層５Ｂの低周波数領域用整合部Ｈ２と超音波探触子用音響レンズ７の低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波から形成される超音波ビームは、比較的低い周波数Ｑを有し、長い焦点距離Ｆに従って収束する。
これにより、本発明の実施の形態３における超音波探触子１Ｂによれば、深度に関わらずより高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
なお、実施の形態３の態様は、実施の形態１における超音波探触子１に適用されることが示されているが、実施の形態２における超音波探触子１Ａにも同様にして適用されることができる。例えば図８に示すように、実施の形態３の変形例における超音波探触子１Ｃは、図６に示す実施の形態２における超音波探触子１Ａにおいて、第１整合層５の代わりに第１整合層５Ｂが備えられたものである。
この場合に、第１整合層５Ｂの高周波数領域用整合部Ｈ１と超音波探触子用音響レンズ７Ａの低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波から形成される超音波ビームは、比較的高い周波数Ｑを有し且つＹ方向に比較的狭い幅を有し、さらに、短い焦点距離Ｆに従って収束する。また、第１整合層５Ｂの低周波数領域用整合部Ｈ２と超音波探触子用音響レンズ７Ａの高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波から形成される超音波ビームは、比較的低い周波数Ｑを有し、長い焦点距離Ｆに従って収束する。
このように、本発明の実施の形態３の変形例における超音波探触子１Ｃによれば、実施の形態３における超音波探触子１Ｂと同様にして、深度に関わらずより高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
また、高周波数領域用整合部Ｈ１のＹ方向の長さを低周波数領域用整合部Ｈ２のＹ方向の長さよりも長くすることにより、高周波数領域用整合部Ｈ１を通して送受信される超音波の割合を増加させることができる。高い周波数を有する超音波ほど減衰しやすいが、高周波数領域用整合部Ｈ１をＹ方向に長くすることにより、比較的高周波数の超音波が被検体内において減衰したとしても、高周波数領域用整合部Ｈ１を通して受信される超音波エコーの量を十分に確保して、比較的浅部の超音波画像の輝度が低下することを防止することができる。これにより、より均一な画質を有する超音波画像を得ることができる。
この場合に、例えば、高周波数領域用整合部Ｈ１のＹ方向の長さは、第１整合層５ＢのＹ方向の全長に対して１／２よりも長いことが好ましい。具体的には、例えば、高周波数領域用整合部Ｈ１のＹ方向における長さは、低周波数領域用整合部Ｈ２のＹ方向における長さの２倍であってもよく、３倍であってもよい。
また、第１整合層５Ｂが、高周波数領域用整合部Ｈ１と低周波数領域用整合部Ｈ２の２種類の領域により構成される例が示されているが、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど超音波の送受信周波数が低くなるように、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど母材Ｂ中の微粒子Ｇの分散度が高くなっていれば、微粒子Ｇの分散度が異なる３種類以上の領域により第１整合層５Ｂを構成することもできる。また、第１整合層５ＢのＹ方向の中央部から両端部に向かうほど母材Ｂ中の微粒子Ｇの分散度が連続的に高くなるように、第１整合層５Ｂを構成することもできる。そのため、より均一な画質を有する超音波画像を得ることができる。
また、例えば、第１整合層５Ｂを、互いに音響インピーダンスが異なる複数の層からなる多層構造により構成することもできる。例えば、Ｚ方向において圧電振動子３側に向かうほど、音響インピーダンスの高い母材Ｂに複数の微粒子Ｇが分散された層を配置し、Ｚ方向において第２整合層６に向かうほど、音響インピーダンスの低い母材Ｂに複数の微粒子Ｇが分散された層を配置することができる。また、母材Ｂ中に分散される単位体積あたりの微粒子Ｇの数が多くなるほど音響インピーダンスを増加させることができるため、例えば、Ｚ方向において圧電振動子３側に向かうほど、母材Ｂ中に分散される単位体積あたりの微粒子Ｇの数が多い層を配置し、Ｚ方向において第２整合層６に向かうほど、母材Ｂ中に分散される単位体積あたりの微粒子Ｇの数が少ない層を配置することができる。
このように、第１整合層５Ｂが、互いに異なる音響インピーダンスを有する複数の層からなる多層構造を有することにより、超音波探触子１Ｂが接触する被検体と圧電振動子３との間の音響インピーダンスを精度良く整合させ、被検体内に超音波をより入射させやすくすることができる。
また、図示しないが、実施の形態３における超音波探触子１Ｂまたは超音波探触子１Ｃを有する超音波診断装置１１に、いわゆるローパスフィルタおよびハイパスフィルタを備え、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを用いて、例えばＡＤ変換部２５によりデジタル化された受信データに対して、深度に応じたフィルタ処理を行うことができる。より具体的には、例えば、超音波ビームの焦点深さ以上の浅部においては定められた下限値以下の低周波数成分の信号をカットし、高周波数成分の信号のみにより超音波画像を生成し、超音波ビームの焦点深さよりも深い深部においては、定められた上限値以上の高周波数成分の信号をカットし、低周波数成分の信号のみにより超音波画像を生成することができる。
また、例えば、超音波ビームの焦点深さよりも深部において、深度が深くなるほど徐々に低周波数成分の信号の割合が多くなるように、高周波数成分の信号を徐々にカットすることもできる。
このように、受信データに対して深度に応じたフィルタ処理を施すことにより、深度に関わらず、より高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
実施の形態４
実施の形態１における超音波探触子１では、複数の圧電振動子３は、Ｙ方向において一定の厚さを有しているが、その厚さがＹ方向の位置によって変化してもよい。
図９に示すように、本発明の実施の形態４における超音波探触子１Ｄは、図１および図２に示す実施の形態１における超音波探触子１において、バッキング材２の代わりにバッキング材２Ｄが備えられ、複数の圧電振動子３の代わりに複数の圧電振動子３Ｄが備えられたものである。
バッキング材２Ｄは、Ｙ方向の中央部において、一定の厚さを有している。また、Ｙ方向の両端部において、バッキング材２Ｄの厚さは、そのＹ方向の両端部に向かうほど徐々に薄くなっている。
複数の圧電振動子３Ｄは、それぞれ、Ｙ方向の中央部において、一定の厚さＴ１を有する高周波数領域用圧電部Ｋ１を含み、Ｙ方向の両端部において、それぞれの圧電振動子３Ｄの厚さが、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど厚さＴ１から一定の厚さＴ２まで徐々に厚くなる低周波数領域用圧電部Ｋ２を含んでいる。高周波数領域用圧電部Ｋ１は、Ｙ方向において、超音波探触子用音響レンズ７の高音速領域用レンズ部Ａ１に対応する位置に配置され、低周波数領域用圧電部Ｋ２は、Ｙ方向において、超音波探触子用音響レンズ７の低音速領域用レンズ部Ａ２に対応する位置に配置されている。図９に示す例において、複数の圧電振動子３Ｄの低周波数領域用圧電部Ｋ２は、それぞれ、バッキング材２Ｄに接触し且つＹ方向の中央部から両端部に向かうほど音響整合層４から遠ざかるように、一定の傾きにより傾斜する傾斜面部Ｊを有している。
ここで、圧電振動子３Ｄが厚くなるほど、圧電振動子３Ｄによる超音波の送受信周波数が低くなり、圧電振動子３Ｄが薄くなるほど、圧電振動子３Ｄによる超音波の送受信周波数が高くなるため、高周波数領域用圧電部Ｋ１は、比較的高周波数の超音波を送受信し、低周波数領域用圧電部Ｋ２は、比較的低周波数の超音波を送受信する。
そのため、複数の圧電振動子３Ｄの高周波数領域用圧電部Ｋ１から発せられた比較的高周波数の超音波は、超音波探触子用音響レンズ７の高音速領域用レンズ部Ａ１中を伝搬し、高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波から形成された超音波ビームは、Ｙ方向に狭い幅を有し且つ比較的短い焦点距離Ｆに従って収束する。また、複数の圧電振動子３Ｄの低周波数領域用圧電部Ｋ２から発せられた比較的低周波数の超音波は、超音波探触子用音響レンズ７の低音速領域用レンズ部Ａ２中を伝搬し、低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波から形成された超音波ビームは、比較的長い焦点距離Ｆに従って収束する。
このようにして、本発明の実施の形態４における超音波探触子１Ｄによれば、複数の圧電振動子３Ｄが、それぞれ、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど厚くなることにより、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほどそれぞれの圧電振動子３Ｄによる超音波の送受信周波数が低くなるため、Ｙ方向において狭い幅を有し且つ比較的高周波数の超音波ビームが浅部に収束し、減衰しにくい比較的低周波数の超音波ビームが深部に収束する。そのため、深度に関わらず高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
なお、実施の形態４の態様は、実施の形態１における超音波探触子１に適用されることが示されているが、実施の形態２における超音波探触子１Ａにも同様にして適用されることができる。例えば図１０に示すように、実施の形態４の変形例における超音波探触子１Ｅは、図６に示す超音波探触子１Ａにおいて、バッキング材２の代わりにバッキング材２Ｄが備えられ、複数の圧電振動子３の代わりに複数の圧電振動子３Ｄが備えられたものである。
この場合に、複数の圧電振動子３Ｄの高周波数領域用圧電部Ｋ１から発せられた比較的高周波数の超音波は、超音波探触子用音響レンズ７Ａの低音速領域用レンズ部Ａ２中を伝搬し、低音速領域用レンズ部Ａ２を透過した超音波から形成された超音波ビームは、Ｙ方向に狭い幅を有し且つ比較的短い焦点距離Ｆに従って収束する。また、複数の圧電振動子３Ｄの低周波数領域用圧電部Ｋ２から発せられた比較的低周波数の超音波は、超音波探触子用音響レンズ７Ａの高音速領域用レンズ部Ａ１中を伝搬し、高音速領域用レンズ部Ａ１を透過した超音波から形成された超音波ビームは、比較的長い焦点距離Ｆに従って収束する。
このように、本発明の実施の形態４の変形例における超音波探触子１Ｅによれば、実施の形態４における超音波探触子１Ｄと同様にして、深度に関わらずより高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
また、図９および図１０には、複数の圧電振動子３Ｄの低周波数領域用圧電部Ｋ２が、それぞれ、一定の傾きを有し且つＹ方向の中央部から両端部に向かうほど音響整合層４から遠ざかるように傾斜する傾斜面部Ｊを有していることが示されているが、複数の圧電振動子３Ｄが、それぞれ、Ｙ方向の中央部から両端部に向かうほど厚くなるのであれば、この態様に特に限定されない。また、例えば、低周波数領域用圧電部Ｋ２の厚さが、Ｙ方向の中央部から両端部に向かって厚さＴ１から厚さＴ２までなだらかに変化するように、Ｙ方向の中央部から両端部に向かって傾斜面部Ｊの傾きが徐々に変化していてもよい。また、例えば、低周波数領域用圧電部Ｋ２は、厚さＴ１よりも厚い一定の厚さＴ２を有するように、傾斜面部Ｊの代わりにＸ方向およびＹ方向に沿って延びる図示しない平面部を有することもできる。
また、高周波数領域用圧電部Ｋ１のＹ方向の長さを低周波数領域用圧電部Ｋ２のＹ方向の長さよりも長くすることにより、複数の圧電振動子３Ｄにより発振される、比較的高周波数の超音波の割合を増加させることができる。高い周波数を有する超音波ほど減衰しやすいが、高周波数領域用圧電部Ｋ１をＹ方向に長くすることにより、比較的高周波数の超音波が被検体内において減衰したとしても、高周波数領域用圧電部Ｋ１により受信される超音波エコーの量を十分に確保して、比較的浅部の超音波画像の輝度が低下することを防止することができる。これにより、より均一な画質を有する超音波画像を得ることができる。
この場合に、例えば、高周波数領域用圧電部Ｋ１のＹ方向の長さは、圧電振動子３ＤのＹ方向の全長に対して１／２よりも長いことが好ましい。具体的には、例えば、高周波数領域用圧電部Ｋ１のＹ方向における長さは、低周波数領域用圧電部Ｋ２のＹ方向における長さの２倍であってもよく、３倍であってもよい。
また、図示しないが、実施の形態４における超音波探触子１Ｄまたは超音波探触子１Ｅを有する超音波診断装置１１に、いわゆるローパスフィルタおよびハイパスフィルタを備え、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを用いて、例えばＡＤ変換部２５によりデジタル化された受信データに対して、深度に応じたフィルタ処理を行うことができる。より具体的には、例えば、超音波ビームの焦点深さ以上の浅部においては定められた下限値以下の低周波数成分の信号をカットし、高周波数成分の信号のみにより超音波画像を生成し、超音波ビームの焦点深さよりも深い深部においては、定められた上限値以上の高周波数成分の信号をカットし、低周波数成分の信号のみにより超音波画像を生成することができる。
また、例えば、超音波ビームの焦点深さよりも深部において、深度が深くなるほど徐々に低周波数成分の信号の割合が多くなるように、高周波数成分の信号を徐々にカットすることもできる。
このように、受信データに対して深度に応じたフィルタ処理を施すことにより、深度に関わらず、より高い画質を有する超音波画像を得ることができる。
また、実施の形態４の態様は、実施の形態１および実施の形態２と同様にして、実施の形態３に対しても適用されることができる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 超音波探触子、２，２Ｄ バッキング材、３，３Ｄ 圧電振動子、４，４Ｂ 音響整合層、５，５Ｂ 第１整合層、６ 第２整合層、７，７Ａ 超音波探触子用音響レンズ、８ 分離部、１１ 超音波診断装置、１２ 送受信回路、１３ 画像生成部、１４ 表示制御部、１５ モニタ、１６ 装置制御部、１７ 入力装置、２１ 超音波プローブ、２２ プロセッサ、２３ パルサ、２４ 増幅部、２５ ＡＤ変換部、２６ ビームフォーマ、２７ 信号処理部、２８ ＤＳＣ、２９ 画像処理部、Ａ１ 高音速領域用レンズ部、Ａ２ 低音速領域用レンズ部、Ｂ 母材、Ｃ１，Ｃ２ 前面、Ｇ 微粒子、Ｈ１ 高周波数領域用整合部、Ｈ２ 低周波数領域用整合部、Ｋ１ 高周波数領域用圧電部、Ｋ２ 低周波数領域用圧電部、Ｐ 配列ピッチ、Ｔ１，Ｔ２ 厚さ。

Claims (13)

  1. 超音波探触子の前端部に配置される音響レンズであって、
    凹状の前面を有し、
    複数の微粒子が分散された母材から形成され、
    エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど前記微粒子の分散度が高いことにより前記エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど音速が低くなり、
    前記エレベーション方向の中央部から両端部にかけて単位体積あたりの前記微粒子の数が同一である超音波探触子用音響レンズ。
  2. 前記エレベーション方向の中央部に配置された高音速領域用レンズ部と前記エレベーション方向の両端部に配置された低音速領域用レンズ部とを有する請求項１に記載の超音波探触子用音響レンズ。
  3. 超音波探触子の前端部に配置される音響レンズであって、
    凸状の前面を有し、
    複数の微粒子が分散された母材から形成され、
    エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど前記微粒子の分散度が低いことにより前記エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど音速が高くなり、
    前記エレベーション方向の中央部から両端部にかけて単位体積あたりの前記微粒子の数が同一である超音波探触子用音響レンズ。
  4. 前記エレベーション方向の中央部に配置された低音速領域用レンズ部と前記エレベーション方向の両端部に配置された高音速領域用レンズ部とを有する請求項３に記載の超音波探触子用音響レンズ。
  5. 前記前面は、前記エレベーション方向の中央部から両端部にかけて同一の曲率半径を有する請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波探触子用音響レンズ。
  6. 前記微粒子は、０．０１μｍ以上１００．００μｍ以下の直径を有する請求項１～５のいずれか一項に記載の超音波探触子用音響レンズ。
  7. 前記微粒子は、１．００μｍ以上１０．００μｍ以下の直径を有する請求項６に記載の超音波探触子用音響レンズ。
  8. 前記微粒子は、鉄、タングステン、アルミナ、ジルコニアまたはシリカからなる請求項１～７のいずれか一項に記載の超音波探触子用音響レンズ。
  9. バッキング材と、
    前記バッキング材の表面上に配列形成された複数の圧電振動子と、
    前記複数の圧電振動子の上に配置された音響整合層と、
    前記音響整合層の上に配置された請求項１～８のいずれか一項に記載の超音波探触子用音響レンズと
    を備える超音波探触子。
  10. 前記音響整合層は、前記エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど超音波の送受信周波数が低くなる第１整合層を含む請求項９に記載の超音波探触子。
  11. 前記複数の圧電振動子は、それぞれ、前記エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど厚くなることにより前記エレベーション方向の中央部から両端部に向かうほど超音波の送受信周波数が低くなる請求項９または１０に記載の超音波探触子。
  12. 請求項９～１１のいずれか一項に記載の超音波探触子を有する超音波プローブ。
  13. 請求項１２に記載の超音波プローブを有する超音波診断装置。
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