JP2920776B2 - 超音波プローブ - Google Patents

超音波プローブ

Info

Publication number
JP2920776B2
JP2920776B2 JP2098448A JP9844890A JP2920776B2 JP 2920776 B2 JP2920776 B2 JP 2920776B2 JP 2098448 A JP2098448 A JP 2098448A JP 9844890 A JP9844890 A JP 9844890A JP 2920776 B2 JP2920776 B2 JP 2920776B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alumina powder
acoustic matching
ultrasonic probe
diameter
matching layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2098448A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03295547A (ja
Inventor
安弘 坂本
幸夫 佐藤
雄三 木本
勝裕 若林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Ceramics Co Ltd filed Critical Toshiba Ceramics Co Ltd
Priority to JP2098448A priority Critical patent/JP2920776B2/ja
Publication of JPH03295547A publication Critical patent/JPH03295547A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2920776B2 publication Critical patent/JP2920776B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波診断装置に使用する超音波プローブ
に関する。
〔従来の技術〕 超音波診断装置は、人体の病巣などを画像化できるこ
とを特長として診断に広く利用されており、超音波プロ
ーブはこのような超音波診断装置に接続され、被検体の
情報を得るために用いられている。被検体の情報は、超
音波プローブのビームを走査し、病巣からの反射パルス
エコーの感度と時間差で得られる。また近接する病巣を
区別するには分解能が高いことが望ましく、エコーとし
ては感度が高く、ダンピングが速いものが良いとされて
いる。関連して、周波数スペクトラム特性としては比帯
域が大きいものが望ましい。
上述の性能を達成するため構成要素に工夫をこらして
いる従来の超音波プローブを第1図によって説明する
と、1は中心周波数2.5MHzを目標とする厚さで直径18mm
の圧電振動子で、リング状内ケース2の開口段部2aにエ
ポキシ接着剤3を介して嵌着固定されている。この圧電
振動子1の表面は被検体との音響的整合をとり感度向上
及びダンピングの高速化を図るために凹面にしてあり、
その凹面に設けた電極4に圧電振動子1側より第1音響
整合層5、第2音響整合層6を形成してある。また圧電
振動子1及び第1・第2音響整合層5,6は対象部位(人
体の病巣)の深度に応じた曲率の凹形状としてある。前
記2層の音響インピーダンスは、第1音響整合層5が7.
5〜8.5×106kg/m2・s、第2音響整合層6が3×106kg/
m2・sとし、各々1/4波長の厚さにしてある。ここで第
1音響整合層5は、エポキシ樹脂にフィラーとしてアル
ミナ粉を用い、エポキシ樹脂で混合した懸濁状の混合
物、第2音響整合層6はエポキシ樹脂を使用していた。
前記圧電振動子1の裏面(凸面)に設けた電極4′には
電気的信号を取り出すため同軸ケーブル7を半田付け
し、且つリング状内ケース2内にて反射パルスエコーの
ダンピングを図るため及び裏面超音波・径方向振動を抑
制するため、合成樹脂:タングステン粉=25:75wt%の
混合物で、音響インピーダンスが5〜8×106kg/m2
s、減衰率が約10dB/mmのバッキング層8を形成してい
る。リング状内ケース2は機械的支持、保護のためのア
ルミニウム製外ケース9に収納し、エポキシ接着剤10に
て固定している。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上記従来の超音波プローブは、第1音響整
合層5のフィラーであるアルミナ粉は、粒径が細かく、
ばらつきも大きく、形状もまちまちのため、エポキシ樹
脂との混合の際、粘性が高く、脱泡が不足し、注型の際
に気泡が閉じ込められる。従って、第1音響整合層5は
比重が低く、超音波伝達速度も低いため、比重と超音波
伝達速度の積で求められる音響インピーダンスは7.5〜
8.5×106kg/m2・s程度で、安定した超音波プローブ特
性が得られなかった。
また、第1音響整合層5の材料としては、エポキシ樹
脂とアルミナ粉のほかに、石英ガラス或いは水晶ガラス
であり、これらによる音響整合層の音響インピーダンス
は各々14×106kg/m2・s、14.5×106kg/m2・sであっ
た。
しかしながら、ガラス製の音響整合層の場合、プロー
ブヘッドとして周波数スペクトラム形状が、第2図に示
すようにリップル(両肩が張っている)を有する形状と
なる。
一般には帯域が広い周波数スペクトラムの方が良いと
されているが、帯域が広いとリップルが発生しやすい。
プローブに組立て、超音波診断に用い人体の病巣の画像
を見た場合、リップルを有する周波数スペクトラム形状
の方が不鮮明であった。
そこで本発明は、リップルを有しない広帯域且つ中心
周波数の両側にほぼ対称的な周波数スペクトラム形状が
得られ、超音波プローブ特性を向上できる超音波プロー
ブを提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するための本発明の超音波プローブ
は、表面に第1及び第2音響整合層、裏面にバッキング
層を有する同軸ケーブル付圧電振動子をリング状内ケー
ス内に保持固定し、このリング状内ケースを金属製外ケ
ースに収納しエポキシ接着剤にて固定して成る超音波プ
ローブにおいて、前記第1音響整合層が合成樹脂と球状
アルミナ粉から成り、球状アルミナ粉の最小外接円の直
径が15〜35μmの範囲で且つ最大内接円と最小外接円の
直径の差が5μm以下のものが全アルミナ粉中の75wt%
以上であることを特徴とするものである。
本発明の超音波プローブにおいて、球状アルミナ粉の
最小外接円の直径を15〜35μmとした理由は、15μm未
満では球状アルミナ粉の沈降性が悪く、つまり合成樹脂
とアルミナ粉の混合液としての粘性が高くなり、混合,
脱泡が十分に行われなくなり、35μmを超えるとアルミ
ナ粉の充填密度が低くなり、低比重となって、所望の音
響インピーダンスが得られなくなるからである。
また球状のアルミナ粉の最大内接円と最小外接円の直
径の差を5μm以下とした理由は、5μmを超えるとア
ルミナ粉の分散性が悪く、単位体積当りの均一性が不十
分となり、その結果アルミナ粉の不均一な構造の第1音
響整合層となり、圧電振動子による超音波が不均一なも
のとなるからである。
さらに球状のアルミナ粉の最大内接円と最小外接円の
直径の差が5μm以下のものを全アルミナ粉の75wt%以
上とした理由は、75wt%未満ではアルミナ粉の分散性が
悪く、単位体積当りの均一性が不十分となり、その結果
アルミナ粉の不均一な構造の第1音響整合層となり、圧
電振動子による超音波が不均一なものとなるからであ
る。
〔作 用〕
上記の如く本発明の超音波プローブは、第1音響整合
層のフィラーを球状アルミナ粉の最小外接円の直径が15
〜35μmの範囲で且つ最大内接円と最小外接円の直径の
差が5μm以下のものを全アルミナ粉中の75%以上含む
球状アルミナ粉で構成しているので、第1音響整合層内
の材質をほぼ均一に形成でき、合成樹脂との混合の際、
粘性が低く、脱泡が十分に行われ、注型の際に気泡が閉
じ込められることがなく、注型後球状アルミナ粉が沈降
しながら硬化する。従って、比重が高く、超音波伝達速
度も高い第1音響整合層が得られ、比重と超音波伝達速
度の積で求められる音響インピーダンスは11〜13×106k
g/m2・sとなり、リップルを有しない広帯域で中心周波
数の両側にほぼ対称的な周波数スペクトラム形状が得ら
れ、安定した超音波プローブ特性を実現できる。
また前記の如く合成樹脂と球状アルミナ粉との混合物
は、粘性が低い為に混合が容易で、脱泡が積極的に行わ
れ、注型時脱泡操作をする必要がないので、作業性が向
上する。
尚、合成樹脂と球状アルミナ粉の混合比は25〜15wt
%:75〜85wt%とするのが好ましい。その理由は球状ア
ルミナ粉が75wt%未満では比重が低く所望のインピーダ
ンスが得られず、また合成樹脂が25wt%を超えると、材
料作製時に粘性が上がり、混合が不均一となり且つ脱泡
ができなくなるからである。さらに球状アルミナ粉が85
wt%を超え、合成樹脂が15wt%未満では硬化後の強度が
不十分となるからである。
前記合成樹脂としては、エポキシ樹脂、ABC樹脂、ポ
リカーボネート及びガラス等のフィラーを含む合成樹脂
等が用いられるが、好適のものとしてはエポキシ樹脂で
ある。
〔実施例〕
本発明の超音波プローブの一実施例を説明する。超音
波プローブの第1音響整合層を除く構成要素及び構造
は、第1図に示す従来の超音波プローブと同一であるの
で、その説明は省略する。第1音響整合層5の製作につ
いて説明すると、先ず第3図に示すような粒度分布(16
μm〜32μm)を有する公称粒径20μmで、最大内接円
と最小外接円の直径の差が3μmである形状アルミナ粉
をフィラーとし、エポキシ樹脂:球状アルミナ粉=20:8
0wt%の混合比で混合し、脱泡して、第1音響整合材を
作製した。この第1音響整合材の作製において、球状ア
ルミナ粉はエポキシ樹脂との混合比が80wt%と高いが、
従来より粒径が16μm〜32μmと大きく且つばらつきが
小さくなっている点、形状が最大内接円と最小外接円の
直径の差が3μmで、ほぼ球状である点から、粘性が低
く、混合,脱泡が良好に行われ、注型の際脱泡操作する
必要がないので、作業性が向上する。次に第4図に示す
ように凹面状の圧電振動子1をその外径に合致させたシ
リコンゴム型11に嵌合させて固定し、圧電振動子1の凹
面に前記第1音響整合材12を注型した。注型後、60℃の
恒温槽で12〜16時間放置し、球状アルミナ粉を沈降させ
ながら硬化した。硬化した状態で球状アルミナ粉は殆ん
ど沈澱していた。
第1音響整合材12が硬化したことを確認してから、圧
電振動子1をシリコンゴム型11から離型し、圧電振動子
1と同様の凹面曲率で1/4波長に相当する厚さに調整す
る。こうして得ら第1音響整合槽の音響インピーダンス
は、11〜13×106kg/m2・sであり、またその断面組織は
第5図a,bの走査型電子顕微鏡写真に見られるように層
の上部と株における球状アルミナ粉の分布が殆んど差が
なく、均一になっていて、硬化時の球状アルミナ粉の沈
降に何ら問題がないことが判る。
このような第1音響整合層を備えた超音波プローブの
エコー波形を第6図に示し、その周波数スペクトラム特
性を第7図に示す。また、同様の条件で5個のサンプル
No.1〜5(超音波プローブ)を作製し、そのエコー波
形、周波数スペクトラム特性を測定し、求めた特性値を
下記の表1に示す。
第7図に示されるように、リップルを有しない、且つ
中心周波数の両側にほぼ対称的な周波数スペクトラム形
状が得られている。また、上記表1に示す各々の特性値
に関しては、エコー波形の振幅の−20dB,−40dBに減衰
するのに要する時間及び感度は従来と変らない値である
が、周波数スペクトラム特性における比帯域は2〜3%
程大きく、改善されている。またサンプル毎の各特性値
のばらつきは小さく、安定していることが判り、エポキ
シ樹脂と、最小外接円の直径が15〜35μmの範囲で最大
内接円と最小外接円の直径の差が5μm以下である真円
度の高い球状アルミナ粉を25〜15wt%:75〜85wt%の割
合で混合してなる第1音響整合層は、超音波プローブ特
性の向上、安定性にも寄与していることが明らかであ
る。
尚、前記の第1音響整合層の製作において、シリコン
ゴム型に注型後遠心分離を施してから厚さを調整する
と、音響インピーダンスが上がり、超音波プローブの特
性をより向上させることが可能である。
〔発明の効果〕
以上の通り本発明の超音波プローブは、第1音響整合
層にフィラーとして粒径、形状を揃えた球状アルミナ粉
を採用しているので、材質をほぼ均一に形成でき、また
エポキシ樹脂と混合した際粘性が低いので、混合,脱泡
が十分に行われ、注型の際に気泡が閉じ込められること
がなく注型後球状アルミナ粉が沈降しながら硬化する。
従って、比重が高く、超音波伝達速度も高い第1音響整
合層が得られ、比重と超音波伝達速度の積で求められる
音響インピーダンスは11〜13×106kg/m2・sとなり、広
帯域で中心周波数の両側にほぼ対称的なスペクトラム特
性が得られ、安定した超音波プローブ特性を実現でき
る。また前記の如くエポキシ樹脂と球状アルミナ粉との
混合物は、粘性が低いために混合が容易で脱泡が積極的
に行われ、注型時脱泡操作する必要がないので、第1音
響整合層の製作作業能率が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は超音波プローブの断面図、第2図は従来の超音
波プローブの周波数スペクトラム形状を示す図、第3図
は本発明の超音波プローブに用いる球状アルミナ粉の粒
度分布を示す図、第4図は本発明における第1音響整合
層の作成方法を示す図、第5図a,bはその第1音響整合
層の上部と下部の断面組織を示す走査型電子顕微鏡写
真、第6図はその第1音響整合層を備えた超音波プロー
ブのエコー波形を示す図、第7図はその第1音響整合層
を備えた超音波プローブの周波数スペクトラム特性を示
す図である。 1……圧電振動子、2……リング状内ケース 5……第1音響整合層、6……第2音響整合層 7……同軸ケーブル、8……バッキング層 9……金属(アルミニウム)製外ケース、10……エポキ
シ接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若林 勝裕 千葉県東金市小沼田字戌開1573―8 東 芝セラミックス株式会社東金工場内 (56)参考文献 特開 昭62−186849(JP,A) 特開 昭61−73639(JP,A) 特開 昭61−256900(JP,A) 特開 平3−143199(JP,A) 実開 平1−172800(JP,U) 実開 昭57−57454(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 8/00 - 8/15 G01N 29/00 - 29/28 H04R 17/00 - 17/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に第1及び第2音響整合層、裏面にバ
    ッキング層を有する同軸ケーブル付圧電振動子をリング
    状内ケース内に保持固定し、このリング状内ケースを金
    属製外ケースに収納しエポキシ接着剤にて固定して成る
    超音波プローブにおいて、前記第1音響整合層が合成樹
    脂と球状アルミナ粉から成り、球状アルミナ粉の最小外
    接円の直径が15〜35μmの範囲で且つ最大内接円と最小
    外接円の直径の差が5μm以下のものが全アルミナ粉中
    の75wt%以上であることを特徴とする超音波プローブ。
JP2098448A 1990-04-13 1990-04-13 超音波プローブ Expired - Fee Related JP2920776B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2098448A JP2920776B2 (ja) 1990-04-13 1990-04-13 超音波プローブ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2098448A JP2920776B2 (ja) 1990-04-13 1990-04-13 超音波プローブ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03295547A JPH03295547A (ja) 1991-12-26
JP2920776B2 true JP2920776B2 (ja) 1999-07-19

Family

ID=14220015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2098448A Expired - Fee Related JP2920776B2 (ja) 1990-04-13 1990-04-13 超音波プローブ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2920776B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000005180A (ja) * 1998-06-25 2000-01-11 Olympus Optical Co Ltd 音響インピーダンス測定装置
FR2800229B1 (fr) 1999-10-22 2002-04-05 Thomson Marconi Sonar Sas Transducteur acoustique sous-marin a large bande
EP1170978B1 (en) 1999-11-12 2012-03-07 Panasonic Corporation Acoustic matching material, method of manufacture thereof, and ultrasonic transmitter using acoustic matching material
DE102011076224B4 (de) * 2011-05-20 2021-09-30 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Ultraschallprüfkopf, sowie Ultraschallprüfeinrichtung
CN111295891B (zh) * 2017-11-01 2021-11-09 富士胶片株式会社 声匹配层用树脂组合物、声匹配片材、声波探头及其制造方法、声波测定装置及材料组

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03295547A (ja) 1991-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4800316A (en) Backing material for the ultrasonic transducer
US6258034B1 (en) Apodization methods and apparatus for acoustic phased array aperture for diagnostic medical ultrasound transducer
EP0119855A2 (en) Ultrasonic transducers having improved acoustic impedance matching layers
EP0128049B1 (en) Ultrasonic probe having a backing member
EP1519362A2 (en) Acoustic lens composition, and ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus having such a lens
US20160310105A1 (en) Ultrasound probe and ultrasound diagnostic device using same
JPH07121158B2 (ja) 超音波探触子
JP2920776B2 (ja) 超音波プローブ
US5971925A (en) Broadband phased array transducer with frequency controlled two dimensional aperture capability for harmonic imaging
US4756808A (en) Piezoelectric transducer and process for preparation thereof
Wang et al. Passive materials for high-frequency ultrasound transducers
EP3384849B1 (en) Ultrasound probe with acoustic amplifier
Chang et al. High Performance 60 MHz PMN-PT Single Crystal Based 1-3 Composite for Medical Ultrasound Application
JP3478857B2 (ja) 超音波変成装置
Sung et al. Intravascular ultrasound transducer by using polarization inversion technique for tissue harmonic imaging: Modeling and experiments
WO1996031871A1 (en) Impedance-matching composite material for an ultrasonic phased array and a method of making
US5976091A (en) Limited diffraction broadband phased array transducer with frequency controlled two dimensional aperture capability
JP3806349B2 (ja) 超音波探触子用バッキング及びその製造方法
JPH0237175B2 (ja)
JPS6243640B2 (ja)
CN1982375A (zh) 声透镜组份、超声探头和超声诊断设备
CN111013994A (zh) 一种接触式聚焦型医用压电超声换能器及制备方法
JPS6031429B2 (ja) 超音波探触子用ダンパ−およびそのダンパ−を使用した超音波探触子
EP4223226A1 (en) Acoustic matching layer material, acoustic matching sheet, composition for forming acoustic matching sheet, acoustic wave probe, acoustic wave measurement device, and production methods for acoustic matching layer material and acoustic wave probe
Li Micromachined piezoelectric material and dual-layer transducers for ultrasound imaging

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees