JP3592448B2 - Ultrasonic probe - Google Patents
Ultrasonic probe Download PDFInfo
- Publication number
- JP3592448B2 JP3592448B2 JP21012396A JP21012396A JP3592448B2 JP 3592448 B2 JP3592448 B2 JP 3592448B2 JP 21012396 A JP21012396 A JP 21012396A JP 21012396 A JP21012396 A JP 21012396A JP 3592448 B2 JP3592448 B2 JP 3592448B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite
- acoustic
- materials
- ultrasonic probe
- ultrasonic
- 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 - Lifetime
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に超音波を送波し、被検体から反射されてくる超音波を受波する超音波プローブに関し、特に、所望の仕様を有する音響材料を得ることのできる超音波プローブに関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波診断装置では、超音波プローブにより超音波を被検体に送受信することによって被検体の軟部組織の断層像を得ている。
【0003】
この種の超音波プローブは、圧電セラミックスや高分子圧電体の圧電効果を利用して、加えられた電気信号に対応した超音波を被検体に送波し、また、被検体からの超音波に対応する電気信号を発生する。
【0004】
この種の超音波プローブ本体の側面図を図9に示す。超音波プローブ本体(振動子)は、バッキング材11、圧電体13、2層の音響整合層101a,101b、音響レンズ17を備えて構成される。
【0005】
バッキング材11は、短い超音波パルスを発生するさせるために不要振動を吸収する。圧電体13は、圧電セラミックスなどからなる圧電振動子であり、バッキング材11の上面に積層され、電気パルスを超音波に変換すると共に超音波パルスを電気信号に変換する。
【0006】
2層の音響整合層101a,101bは、被検体の音響インピーダンスと圧電体13の音響インピータンスダンスとの整合を行なうものである。音響整合層101aは圧電体13の上面に積層され、音響整合層101bは音響整合層101aの上面に積層される。音響レンズ17は、シリコンゴムなどからなり、音響整合層101bに積層され、音場をよくする。
【0007】
なお、前記圧電体13の下部には電極19a,19bが設けられ、この電極19a,19bに電圧が印加され、圧電体13が機械振動するようになっている。圧電体13は、所定間隔で切断され、図示しないが、複数の振動子片が形成されている。
【0008】
また、超音波プローブは、図10に示すように、振動子を含む超音波プローブ本体1と、この超音波プローブ本体1に電気的に接続されるケーブル3、このケーブル3に電気的に接続されるコネクタ5を備えて構成される。このコネクタ5には図示しないパルサーや、レシーバー回路が接続される。
【0009】
このような超音波プローブは電極19a,19bに印加された電圧により超音波を発生すると共に、反射した超音波を受信して電気信号に変換して、超音波診断装置本体(図示せず)に供給する。そして、超音波診断装置本体では、超音波プローブから供給された電気信号に基づいて断層像を得る。
【0010】
このような超音波プローブの伝達特性は、画像の信号/雑音比(S/N比)、分解能等に関わる1要素である。この伝達特性は、プローブと送信/受信回路であるパルサー/レシーバー回路相互間のインピーダンスマッチング特性とプローブ自体の電気エネルギー/音響エネルギー相互間の交換特性に依存して定まるものである。
【0011】
従来、この伝達特性を最適化するために、予め机上での計算によって、所望の特性(例えば、音響インピーダンス、減衰係数)が確保できる最適な圧電体、音響整合層、バッキング材の仕様を把握し、これらの素材を調達していた。そして、調達された素材から圧電体、音響整合層、バッキング材を試作して製造性、特性、信頼性等の確認を行っていた。
【0012】
特に、前記振動子の伝達特性を最適化するために、所望の材料の調達方法としては、単体で調達する場合と複数の素材を調達して混合する場合とがある。しかし、単体で調達する場合、現実に入手できる素材には限界があるため、所望の仕様を満足できる素材を入手し難いという問題があった。
【0013】
一方、複数の素材を混合して所望の仕様を実現することも考えられるが、個々の素材の性質、これら素材の差及び成形条件の差等によって複数の素材の混合が難しいため、最適な音響材料が実現されにくい。
【0014】
これに対して、2種類の素材を混合する場合、一方の素材を溶解しておき、他方の素材を粉砕した上で、一方の素材に他方の素材を混合するという方法もあった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その素材を超音波の波長オーダーに対して十分に小さく且つ均一な粒度に粉砕することが困難であった。また、素材の粉砕の度合いに応じて、素材の表面積が増加するため、複数の素材の混合比率に限界が生じていた。
【0016】
さらには、溶解させた素材の硬化速度と2つの素材間の比重差との関係によっては、混合比率が不均一になる可能性がある等、種々の問題を伴うことが多かった。
【0017】
本発明の目的は、複数種類の素材を混合してなる音響材料に対して、従来の手法に比較して容易に所望の仕様を有する音響材料を得ることのできる超音波プローブを提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために以下の手段を採用した。請求項1の発明は、基材に積層され、電気信号を超音波に変換すると共に被検体から反射されてくる超音波を電気信号に変換する圧電体と、この圧電体に積層され、被検体の音響インピーダンスと圧電体の音響インピーダンスとの整合を行なう音響整合層とを備えた超音波プローブにおいて、前記音響整合層と前記基材との少なくとも一方の部材は、音響インピーダンスの異なる複数種類の素材が複合された複合体から形成されることを要旨とする。
【0019】
この発明によれば、音響整合層と前記基材との少なくとも一方の部材は、音響インピーダンスの異なる複数種類の素材が複合された複合体から形成されているので、複数種類の素材を混合してなる音響材料に対して、従来の手法に比較して容易に所望の仕様を有する音響材料を得ることができる。
【0020】
請求項2の発明は、前記複合体の各素材を順番にかつ繰り返し配置する場合に、各素材の繰り返し周期の長さを、複合体の平均音速に対する超音波の波長以下に設定したことを要旨とする。
【0021】
この発明によれば、複合体の各素材を順番にかつ繰り返し配置する場合に、各素材の繰り返し周期の長さを、複合体の平均音速に対する超音波の波長以下に設定したので、複合体が均一の1つの素材に近似的に見なされるので、均一化した伝達特性として取り扱われるから、所望の特性が得られやすい。
【0022】
請求項3の発明は、前記複数種類の素材の内の一つの素材に溝部を形成し、この溝部に他の一つの素材を充填して硬化させ、この充填及び硬化処理を残りの各素材毎に行ない、前記複合体を形成することを要旨とする。
【0023】
この発明によれば、複数種類の素材の内の一つの素材に溝部を形成し、この溝部に他の一つの素材を充填して硬化させ、この充填及び硬化処理を残りの各素材毎に行ない、前記複合体を形成する。
【0024】
すなわち、個々の素材を順次形成していくため、従来、複数の素材の混合の際に問題となっていた素材間の性質、成形条件の差の影響を受け難い。
【0025】
また、粉砕による複数の素材の混合に対しても、波長オーダーに対して十分に小さく、且つ、均一な粒度の実現や素材間の比重差による混合率の不均一化に関する問題も回避できる。
【0026】
その結果、実現できる音響材料の範囲を広げることができ、これによって、プローブの伝達特性を予め机上での計算によって、把握した最適な特性に漸近させることができる。
【0027】
請求項4では、前記音響整合層と前記基材との少なくとも一方の部材は、単一種類の素材からなる単一体と前記複合体とが連続して積層されることを要旨とする。
【0028】
この発明によれば、音響整合層と前記基材との少なくとも一方の部材は、単一種類の素材からなる単一体と前記複合体とが連続して積層されるので、所望の特性が得られやすいと共に単一体と複合体との間の接着層を省くことができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波プローブの実施の形態を図面を参照して説明する。本発明では、机上の検討により算出される音響材料の仕様の1つとして、音響インピーダンスに着目して説明する。
【0030】
(実施の形態1)
図1に本発明の超音波プローブの実施の形態1の斜視図を示す。実施の形態1では、複数の種類の素材を用いて音響材料を実現する場合において、予め溝部が形成された一方の素材を準備し、その上で他の素材をその溝部に充填、硬化させる、すなわち、個々の素材を順次形成することによって、所望の音響材料を実現するものである。
【0031】
ここでは、2種類の素材を組み合わせて構成される音響材料の場合に関して説明する。図2に、実施の形態1における超音波プローブの側面図を示す。
【0032】
図2に示す超音波プローブは、超音波プローブ本体(振動子)は、基材としてのバッキング材11、圧電体13、2層の音響整合層15a,15b、音響レンズ17を備えて構成される。
【0033】
バッキング材11は、短い超音波パルスを発生するさせるために不要振動を吸収するものである。圧電体13は、バッキング材11の上面に積層され、電気パルスを超音波に変換すると共に超音波パルスを電気信号に変換するもので、圧電セラミックスなどからなる圧電振動子である。
【0034】
2層の音響整合層15a,15bは、被検体の音響インピーダンスと圧電体13の音響インピータンスダンスとの整合を行なうものである。音響整合層15aは、圧電体13の上面に積層され、音響整合層15bは、音響整合層15aの上面に積層される。音響レンズ17は、音響整合層15bに積層され、音場をよくするためにシリコンゴムなどからなる。
【0035】
なお、前記圧電体13の下部には電極19a,19bが設けられ、この電極19a,19bに電圧が印加され、圧電体13が機械振動して超音波を発生するようになっている。圧電体13は、所定間隔で切断され、図示しないが、複数の振動子片が形成されている。
【0036】
前記音響整合層15bは、第1の素材であるエポキシ樹脂21と、第2の素材であるシリコン樹脂23とを(振動子配列方向(以下、アレイ方向と称する。)に交互にかつ繰り返し配置し、また、振動子アレイ方向に直交する方向(以下、スライス方向と称する。)にもエポキシ樹脂21とシリコン樹脂23とを交互にかつ繰り返し配置して構成される。
【0037】
すなわち、前記音響整合層15bは、上面からもわかるようにエポキシ樹脂21とシリコン樹脂23とを格子状に組み合わせて複合化した複合体からなる。
【0038】
また、前記音響整合層15aも、エポキシ樹脂21と、シリコン樹脂25とをアレイ方向に交互にかつ繰り返し配置し、また、スライス方向にもエポキシ樹脂21とシリコン樹脂25とを交互にかつ繰り返し配置して構成される。
【0039】
すなわち、前記音響整合層15aも、エポキシ樹脂21とシリコン樹脂25とを格子状に組み合わせて複合化した複合体からなる。
【0040】
次に、このような音響整合層15a,15bを製造する方法について図3を参照して説明する。
【0041】
まず、エポキシ樹脂21を適当な型枠を用いて硬化させ、研削と研磨によって基準面を作成する。その後、その基準面に対向する面に対して、高精度位置決めが可能な切断機を用いて溝部31を形成し(ステップS1)、次に、溝部33を形成する(ステップS3)。このとき、エポキシ樹脂21は図3に示すように柱状体となる。
【0042】
そして、溝部31と溝部33とに減圧環境下でシリコン樹脂23を充填し硬化させる(ステップS5)。最後に、研削と研磨によって所望の厚みの複合体からなる音響整合層15a,15bを形成する。
【0043】
なお、音響整合層15bのエポキシ樹脂21の音響インピーダンスは、約3[Mrayls]であり、シリコン樹脂23の音響インピーダンスは、約1[Mrayls]である。
【0044】
ここで、音響整合層15bのエポキシ樹脂21の複合体積比率はVA であり、シリコン樹脂23の複合体積比率はVB であるとすると、複合体の平均的な音響インピーダンスは、VA ×ZA +VB ×ZB によって近似される。
【0045】
従って、目標とする音響材料の音響インピーダンスが定まれば、既存の素材の中から適切な素材を選択して複合化し、所望の仕様を有する音響材料を実現することができる。
【0046】
例えば、音響インピーダンス2.5[Mrayls]の音響材料が必要である場合、第1の素材であるエポキシ樹脂21の複合体積比率を75[%]とし、第2の素材であるシリコン樹脂23の複合体積比率を25[%]とすれば、2.5[Mrayls]の音響インピーダンスを有する複合体を容易に得ることができる。
【0047】
このように実施の形態1によれば、複数の素材を混合してなる音響材料の実現が、従来の手法に比べ容易になる。すなわち、個々の素材を順次形成していくため、従来、混合の際に問題となっていた素材間の性質、成形条件の差の影響を受け難い。
【0048】
また、粉砕による複数の素材の混合に対しても、波長オーダーに対して十分に小さく、且つ、均一な粒度の実現や素材間の比重差による混合率の不均一化に関する問題も回避できる。
【0049】
その結果、実現できる音響材料の範囲を広げることができ、これによって、プローブの伝達特性を予め机上での計算によって、把握した最適な特性に漸近させることができる。
【0050】
また、第1の素材であるエポキシ樹脂21の音速は、約2700[m/sec]であり、第2の素材であるシリコン樹脂23の音速は、約1000[m/sec]である。これにより、複合体の平均的な音速は、VA ×CA +VB ×CB に近似される。
【0051】
また、複合体を構成する各素材の繰り返し周期の長さP(図2に示す部分)を、複合体の平均的な音速に対する超音波の波長以下に設定させる。このためには、超音波の周波数をfc[MHz]とした場合、前記平均的な音速に基づいて算出される波長λC (VA ×CA +VB ×CB )/fc[m]に対して、λC >P[m]を満足するように、繰り返し周期の長さPを設定する。
【0052】
例えば、超音波の周波数を7.5[MHz]とした場合、前記複合体積比率に対して、波長は0.27[mm]となる。この波長以下の繰り返し周期の長さPによって各素材を複合化すればよい。
【0053】
図4(a)に示すように、繰り返し周期の長さPを波長λC よりも小さく設定した場合には、超音波から複合体を見たとき、複合体が均一の1つの素材に近似的に見なされるので、均一化した伝達特性として取り扱われるから、所望の伝達特性が得られやすい。
【0054】
一方、図4(b)に示すように、繰り返し周期の長さPを波長λC よりも大きく設定した場合には、超音波から複合体を見たとき、複合体が複数の素材に見なされる。すなわち、複数の素材が合成されたものでは、所望の伝達特性が得られにくい。
【0055】
なお、実施の形態1では、溝部31,33を形成するときに、硬化させたエポキシ樹脂21に対して高精度位置決めが可能な切断機を用いたが、エポキシ樹脂21を硬化させる段階で、溝構造を有する型枠を用いて硬化・成形することにより、溝部31及び溝部33を形成するようにしてもよい。同様に、素材は、熱硬化性高分子、熱可塑性高分子等が使用してもよい。
【0056】
また、実施の形態1では、音響整合層15a,15bを複合体としたが、例えば、バッキング材11をエポキシ樹脂21とシリコン樹脂23とからなる複合体としてもよい。さらには、音響整合層15a,15b及びバッキング材11を前記複合体としてもよい。
【0057】
また、エポキシ樹脂21及びシリコン樹脂23の複合体積比率は実施の形態1の比率に限定されず、仕様値と組み合わせ素材の特性及び種類に応じて決定すればよい。
【0058】
(実施の形態2)
次に、本発明の超音波プローブの実施の形態2を説明する。実施の形態2の超音波プローブの斜視図を図5に示す。
【0059】
実施の形態2では、実施の形態1の構成に対して、バッキング材11aの構成が異なる。なお、図示しない音響レンズ17が音響整合層15bに積層されている。
【0060】
バッキング材11aは、厚みtの材料からなり、上部の厚みt1のエポキシ樹脂21及びシリコン樹脂23からなる複合体と、下部の厚み(t−t1)のエポキシ樹脂21からなる単一体との積層構造からなる。すなわち、エポキシ樹脂21の単一体も、音響材料として使用したものである。
【0061】
このような構成のバッキング材11aは、前記実施の形態1の最終の研削・研磨の工程において、エポキシ樹脂21を必要な厚み(t−t1)だけ残すことによって、形成される。
【0062】
このような構造で積層化を行うことによって、音響特性上、単一体と複合体との間の不要な接着層を排除することができ、プローブの伝達特性の最適化に対して有用である。
【0063】
また、バッキング材11aは、エポキシ樹脂21の代わりに、シリコンゴムを用いても良く、シリコン樹脂23の代わりに、アルミナ・アラルダイトを用いても良い。
【0064】
この場合、アルミナ・アラルダイトの音響インピーダンスは、約7.6[Mrayls]であり、シリコンゴムの音響インピーダンスは、約1[Mrayls]である。
【0065】
アルミナ・アラルダイトの複合体積比率を30[%]とし、シリコンゴムの複合体積比率を70[%]とすれば、3[Mrayls]の音響インピーダンスを有する複合体を容易に得ることができる。また、この比率を変化させて、複合体の音響インピーダンスを可変することができる。
【0066】
なお、実施の形態2では、バッキング材11aを単一体と複合体との積層構造としたが、例えば、音響整合層15a,15bのそれぞれを前記複合体と前記単一体との積層構造としてもよい。
【0067】
(実施の形態3)
次に、本発明の超音波プローブの実施の形態3を説明する。実施の形態3の超音波プローブの斜視図を図6に示す。実施の形態1及び実施の形態2では、2種類の素材を複合した複合体を説明したが、図6に示したように、音響整合層15c,15dのそれぞれが3種類の素材を複合した複合体から構成される。なお、図示しない音響レンズ17が音響整合層15dの上面に積層されている。
【0068】
音響整合層15dは、第1の素材であるエポキシ樹脂21と、第2の素材であるシリコン樹脂23とをスライス方向に交互にかつ繰り返し配置し、また、アレイ方向にエポキシ樹脂21と第3の素材26とを交互にかつ繰り返し配置して構成される。
【0069】
すなわち、前記音響整合層15bは、上面からもわかるようにエポキシ樹脂21とシリコン樹脂23と第3の素材26とを格子状に組み合わせて複合化した複合体からなる。また、前記音響整合層15cも、音響整合層15dとほぼ同様に構成される複合体からなる。
【0070】
次に、このような音響整合層15c,15dを製造する方法について図7を参照して説明する。
【0071】
まず、エポキシ樹脂21を適当な型枠を用いて硬化させ、研削と研磨によって基準面を作成する。その後、その基準面に対向する面に対して、高精度位置決めが可能な切断機を用いて溝部31を形成し(ステップS11)、この溝部31に減圧環境下でシリコン樹脂23を充填して硬化させる(ステップS13)。
【0072】
次に、溝部33を形成し(ステップS15)、この溝部33に減圧環境下で第3の素材26を充填し硬化させる(ステップS17)。最後に、研削と研磨によって所望の厚みの複合体からなる音響整合層15c,15dを形成する。
【0073】
このように、複合体が3種類の素材からなる場合には、より所望の音響インピーダンスを得やすくなる。
【0074】
なお、複合させる素材が3種類以上の場合も、以上の実施の形態3と同様の手法で複合体を製作することができる。また、実施の形態3では、音響整合層15c,15dを3種類の素材からなる複合体としたが、例えば、バッキング材11を3種類の素材からなる複合体としてもよい。
【0075】
(実施の形態4)
次に、本発明の超音波プローブの実施の形態4を説明する。実施の形態4の超音波プローブの斜視図を図8に示す。
【0076】
実施の形態4では、実施の形態3の構成に対して、バッキング材11aの構成が異なる。なお、図示しない音響レンズ17が音響整合層15dの上面に積層されている。
【0077】
バッキング材11aは、厚みtの材料からなり、上部の厚みt1のエポキシ樹脂21及びシリコン樹脂23からなる複合体と、下部の厚み(t−t1)のエポキシ樹脂21からなる単一体との積層構造からなる。すなわち、エポキシ樹脂21の単一体も、音響材料として使用したものである。
【0078】
このような構成のバッキング材11aは、前記実施の形態1の最終の研削・研磨の工程において、エポキシ樹脂21を必要な厚み(t−t1)だけ残すことによって、形成される。
【0079】
このような構造で積層化を行うことによって、音響特性上、単一体と複合体との間の不要な接着層を排除することができ、プローブの伝達特性の最適化に対して有用である。
【0080】
なお、実施の形態4では、バッキング材11aを単一体と複合体との積層構造としたが、例えば、音響整合層15c,15dのそれぞれを前記複合体と前記単一体との積層構造としてもよい。
【0081】
【発明の効果】
本発明によれば、音響整合層と基材との少なくとも一方の部材は、音響インピーダンスの異なる複数種類の素材が複合された複合体から形成されているので、複数種類の素材を混合してなる音響材料に対して、従来の手法に比較して容易に所望の仕様を有する音響材料を得ることができる。
【0082】
また、複合体の各素材を順番にかつ繰り返し配置する場合に、各素材の繰り返し周期の長さを、複合体の平均音速に対する超音波の波長以下に設定したので、複合体が均一の1つの素材に近似的に見なされるので、均一化した伝達特性として取り扱われるから、所望の特性が得られやすい。
【0083】
また、複数種類の素材の内の一つの素材に溝部を形成し、この溝部に他の一つの素材を充填して硬化させ、この充填及び硬化処理を残りの各素材毎に行ない、前記複合体を形成する。
【0084】
すなわち、個々の素材を順次形成していくため、従来、複数の素材の混合の際に問題となっていた素材間の性質、成形条件の差の影響を受け難い。また、粉砕による複数の素材の混合に対しても、波長オーダーに対して十分に小さく、且つ、均一な粒度の実現や素材間の比重差による混合率の不均一化に関する問題も回避できる。
【0085】
その結果、実現できる音響材料の範囲を広げることができ、これによって、プローブの伝達特性を予め机上での計算によって、把握した最適な特性に漸近させることができる。
【0086】
さらに、音響整合層と基材との少なくとも一方の部材は、単一種類の素材からなる単一体と前記複合体とが連続して積層されるので、所望の特性が得られやすいと共に、単一体と複合体との間の接着層を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波プローブの実施の形態1の斜視図である。
【図2】本発明の超音波プローブの側面図である。
【図3】実施の形態1の複合体の製造方法を説明するための図である。
【図4】複合体の繰り返し周期の長さと超音波の波長との関係を説明する図である。
【図5】本発明の超音波プローブの実施の形態2の斜視図である。
【図6】本発明の超音波プローブの実施の形態3の斜視図である。
【図7】実施の形態3の複合体の製造方法を説明するための図である。
【図8】本発明の超音波プローブの実施の形態4の斜視図である。
【図9】従来の超音波プローブの側面図である。
【図10】超音波プローブの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1 超音波プローブ本体
3 ケーブル
5 コネクタ
11,11a バッキング材
13 圧電体
15a〜15d 音響整合層
17 音響レンズ
19a,19b 電極
21 エポキシ樹脂
23 シリコン樹脂
26 第3の素材
31,33 溝部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves to a subject and receives ultrasonic waves reflected from the subject, and particularly relates to an ultrasonic probe that can obtain an acoustic material having desired specifications. .
[0002]
[Prior art]
In an ultrasonic diagnostic apparatus, a tomographic image of a soft tissue of a subject is obtained by transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from the subject using an ultrasound probe.
[0003]
This type of ultrasonic probe uses the piezoelectric effect of piezoelectric ceramics and polymer piezoelectrics to transmit ultrasonic waves corresponding to the applied electric signal to the subject, and to convert the ultrasonic waves from the subject into ultrasonic waves. Generate a corresponding electrical signal.
[0004]
FIG. 9 shows a side view of such an ultrasonic probe main body. The ultrasonic probe main body (vibrator) includes a
[0005]
The
[0006]
The two acoustic
[0007]
[0008]
As shown in FIG. 10, the ultrasonic probe includes an ultrasonic probe main body 1 including a vibrator, a
[0009]
Such an ultrasonic probe generates an ultrasonic wave according to the voltage applied to the
[0010]
The transfer characteristics of such an ultrasonic probe are one factor related to the signal / noise ratio (S / N ratio), resolution, and the like of an image. This transfer characteristic is determined depending on the impedance matching characteristic between the probe and the pulsar / receiver circuit serving as the transmission / reception circuit and the exchange characteristic between the electric energy / acoustic energy of the probe itself.
[0011]
Conventionally, in order to optimize this transfer characteristic, the specifications of the optimal piezoelectric material, acoustic matching layer, and backing material that can secure desired characteristics (for example, acoustic impedance, attenuation coefficient) are grasped in advance by calculation on a desk. Had to procure these materials. From the procured materials, a piezoelectric material, an acoustic matching layer, and a backing material were trial-produced to confirm the manufacturability, characteristics, reliability, and the like.
[0012]
In particular, in order to optimize the transfer characteristics of the vibrator, a method for procuring a desired material includes a method of procuring a single material and a method of procuring and mixing a plurality of materials. However, when procured by itself, there is a limit to the materials that can be actually obtained, and there is a problem that it is difficult to obtain a material that satisfies desired specifications.
[0013]
On the other hand, it is conceivable to achieve desired specifications by mixing multiple materials, but it is difficult to mix multiple materials due to the properties of individual materials, differences between these materials, and differences in molding conditions. Material is difficult to realize.
[0014]
On the other hand, when two types of materials are mixed, there is a method in which one material is dissolved, the other material is pulverized, and then the other material is mixed with one material.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been difficult to pulverize the material to a sufficiently small and uniform particle size with respect to the order of the wavelength of the ultrasonic wave. Further, the surface area of the material increases according to the degree of pulverization of the material, so that the mixing ratio of a plurality of materials is limited.
[0016]
Furthermore, depending on the relationship between the curing speed of the melted material and the difference in specific gravity between the two materials, various problems often occur, such as a possibility that the mixing ratio may be non-uniform.
[0017]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe that can easily obtain an acoustic material having desired specifications as compared with a conventional method for an acoustic material obtained by mixing a plurality of types of materials. is there.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. According to the first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric body which is laminated on a base material, converts an electric signal into ultrasonic waves, and converts ultrasonic waves reflected from a subject into electric signals, An ultrasonic probe comprising an acoustic matching layer for matching the acoustic impedance of the piezoelectric body and the acoustic impedance of the piezoelectric body, wherein at least one member of the acoustic matching layer and the base material includes a plurality of types of materials having different acoustic impedances. Is formed from the composite.
[0019]
According to this invention, at least one member of the acoustic matching layer and the base material is formed from a composite in which a plurality of types of materials having different acoustic impedances are combined, so that a plurality of types of materials are mixed. For such an acoustic material, an acoustic material having desired specifications can be easily obtained as compared with the conventional method.
[0020]
The invention according to claim 2 is characterized in that, when each material of the composite is sequentially and repeatedly arranged, the length of the repetition period of each material is set to be equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave with respect to the average sound speed of the composite. And
[0021]
According to the present invention, when the respective materials of the composite are sequentially and repeatedly arranged, the length of the repetition period of each material is set to be equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave with respect to the average sound speed of the composite. Since the material is approximately regarded as one uniform material, the material is treated as a uniform transmission characteristic, and thus a desired characteristic is easily obtained.
[0022]
According to the invention of
[0023]
According to the present invention, a groove is formed in one of a plurality of types of materials, and the groove is filled with another material and cured, and the filling and curing process is performed for each of the remaining materials. , Forming the complex.
[0024]
That is, since individual materials are sequentially formed, it is hardly affected by differences in properties and molding conditions between materials, which have conventionally been a problem when mixing a plurality of materials.
[0025]
In addition, even when a plurality of materials are mixed by pulverization, it is possible to avoid a problem of achieving a sufficiently small and uniform particle size with respect to the wavelength order and a non-uniform mixing ratio due to a difference in specific gravity between the materials.
[0026]
As a result, the range of achievable acoustic materials can be expanded, whereby the transfer characteristics of the probe can be asymptotically approximated to the optimum characteristics that were previously obtained by calculation on a desk.
[0027]
According to a fourth aspect of the invention, at least one member of the acoustic matching layer and the base material is configured such that a single body made of a single kind of material and the composite are continuously laminated.
[0028]
According to the present invention, at least one member of the acoustic matching layer and the base material is formed by continuously laminating a single body made of a single kind of material and the composite, so that desired characteristics can be obtained. And the adhesive layer between the single body and the composite can be omitted.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the ultrasonic probe of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, description will be given focusing on acoustic impedance as one of the specifications of the acoustic material calculated by the examination on the desk.
[0030]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, in the case of realizing an acoustic material using a plurality of types of materials, one material in which a groove is formed in advance is prepared, and then the other material is filled into the groove and cured. That is, a desired acoustic material is realized by sequentially forming individual materials.
[0031]
Here, a case of an acoustic material configured by combining two types of materials will be described. FIG. 2 shows a side view of the ultrasonic probe according to the first embodiment.
[0032]
The ultrasonic probe shown in FIG. 2 has an ultrasonic probe main body (vibrator) including a
[0033]
The
[0034]
The two acoustic matching layers 15a and 15b match the acoustic impedance of the subject with the acoustic impedance dance of the
[0035]
[0036]
In the
[0037]
That is, the
[0038]
In the
[0039]
That is, the
[0040]
Next, a method for manufacturing such acoustic matching layers 15a and 15b will be described with reference to FIG.
[0041]
First, the
[0042]
Then, the
[0043]
The acoustic impedance of the
[0044]
Here, the composite volume ratio of the
[0045]
Therefore, if the acoustic impedance of the target acoustic material is determined, an appropriate material can be selected from existing materials and composited, and an acoustic material having desired specifications can be realized.
[0046]
For example, when an acoustic material having an acoustic impedance of 2.5 [Mrayls] is required, the composite volume ratio of the
[0047]
As described above, according to the first embodiment, it is easier to realize an acoustic material obtained by mixing a plurality of materials than in the conventional method. That is, since the individual materials are sequentially formed, they are less susceptible to differences in properties and molding conditions between the materials, which have conventionally been a problem in mixing.
[0048]
In addition, even when a plurality of materials are mixed by pulverization, it is possible to avoid a problem of achieving a sufficiently small and uniform particle size with respect to the wavelength order and a non-uniform mixing ratio due to a difference in specific gravity between the materials.
[0049]
As a result, the range of achievable acoustic materials can be expanded, whereby the transfer characteristics of the probe can be asymptotically approximated to the optimum characteristics that were previously obtained by calculation on a desk.
[0050]
The sound speed of the
[0051]
Further, the length P (the portion shown in FIG. 2) of the repetition period of each material constituting the composite is set to be equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave with respect to the average sound speed of the composite. For this purpose, the frequency of the ultrasonic wave when the fc [MHz], the wavelength is calculated based on an average acoustic velocity λ C (V A × C A + V B × C B) / fc [m] On the other hand, the length P of the repetition period is set so as to satisfy λ C > P [m].
[0052]
For example, when the frequency of the ultrasonic wave is 7.5 [MHz], the wavelength is 0.27 [mm] with respect to the composite volume ratio. Each material may be compounded by the length P of the repetition period equal to or less than this wavelength.
[0053]
As shown in FIG. 4A, when the length P of the repetition period is set smaller than the wavelength λ C , when the composite is viewed from the ultrasonic wave, the composite is approximately a uniform material. Therefore, since the transmission characteristics are treated as uniform transmission characteristics, desired transmission characteristics are easily obtained.
[0054]
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the length P of the repetition period is set to be longer than the wavelength λ C , when the composite is viewed from the ultrasonic wave, the composite is regarded as a plurality of materials. . That is, it is difficult to obtain a desired transmission characteristic when a plurality of materials are combined.
[0055]
In the first embodiment, when forming the groove portions 31 and 33, a cutting machine capable of high-precision positioning with respect to the cured
[0056]
In the first embodiment, the acoustic matching layers 15a and 15b are formed as a composite. However, for example, the
[0057]
Further, the composite volume ratio of the
[0058]
(Embodiment 2)
Next, an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of the ultrasonic probe according to the second embodiment.
[0059]
In the second embodiment, the configuration of the backing material 11a is different from the configuration of the first embodiment. Note that an acoustic lens 17 (not shown) is laminated on the
[0060]
The backing material 11a is made of a material having a thickness t, and has a laminated structure of a composite body composed of an
[0061]
The backing material 11a having such a configuration is formed by leaving the
[0062]
By performing lamination with such a structure, an unnecessary adhesive layer between a single body and a composite body can be eliminated in terms of acoustic characteristics, which is useful for optimizing the transfer characteristics of the probe.
[0063]
Further, as the backing material 11a, silicon rubber may be used instead of the
[0064]
In this case, the acoustic impedance of alumina araldite is about 7.6 [Mrayls], and the acoustic impedance of silicon rubber is about 1 [Mrayls].
[0065]
If the composite volume ratio of alumina / araldite is 30 [%] and the composite volume ratio of silicon rubber is 70 [%], a composite having an acoustic impedance of 3 [Mrayls] can be easily obtained. By changing this ratio, the acoustic impedance of the composite can be varied.
[0066]
In the second embodiment, the backing material 11a has a laminated structure of a single body and a composite. However, for example, each of the acoustic matching layers 15a and 15b may have a laminated structure of the composite and the single body. .
[0067]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the ultrasonic probe according to the present invention will be described. FIG. 6 is a perspective view of the ultrasonic probe according to the third embodiment. In the first and second embodiments, a composite in which two kinds of materials are combined has been described. However, as shown in FIG. 6, a composite in which each of the acoustic matching layers 15c and 15d combines three kinds of materials. Consists of the body. Note that an acoustic lens 17 (not shown) is stacked on the upper surface of the
[0068]
The
[0069]
That is, the
[0070]
Next, a method of manufacturing such acoustic matching layers 15c and 15d will be described with reference to FIG.
[0071]
First, the
[0072]
Next, a groove 33 is formed (Step S15), and the groove 33 is filled with the
[0073]
Thus, when the composite is made of three types of materials, it becomes easier to obtain a desired acoustic impedance.
[0074]
When three or more types of composite materials are used, a composite can be manufactured in the same manner as in
[0075]
(Embodiment 4)
Next, an ultrasonic probe according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a perspective view of the ultrasonic probe according to the fourth embodiment.
[0076]
In the fourth embodiment, the configuration of the backing material 11a is different from the configuration of the third embodiment. Note that an acoustic lens 17 (not shown) is stacked on the upper surface of the
[0077]
The backing material 11a is made of a material having a thickness t, and has a laminated structure of a composite body composed of an
[0078]
The backing material 11a having such a configuration is formed by leaving the
[0079]
By performing lamination with such a structure, an unnecessary adhesive layer between a single body and a composite body can be eliminated in terms of acoustic characteristics, which is useful for optimizing the transfer characteristics of the probe.
[0080]
In the fourth embodiment, the backing material 11a has a laminated structure of a single body and a composite, but for example, each of the acoustic matching layers 15c and 15d may have a laminated structure of the composite and the single body. .
[0081]
【The invention's effect】
According to the present invention, since at least one member of the acoustic matching layer and the base material is formed from a composite in which a plurality of types of materials having different acoustic impedances are combined, the plurality of types of materials are mixed. With respect to the acoustic material, an acoustic material having desired specifications can be easily obtained as compared with the conventional method.
[0082]
In addition, when each material of the composite is arranged in order and repeatedly, the length of the repetition period of each material is set to be equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave with respect to the average sound speed of the composite, so that the composite has one uniform Since the material is approximately regarded as a material, it is treated as a uniform transmission characteristic, so that desired characteristics are easily obtained.
[0083]
Further, a groove is formed in one of a plurality of types of materials, and the other portion is filled and cured in the groove, and the filling and curing process is performed for each of the remaining materials. To form
[0084]
That is, since individual materials are sequentially formed, it is hardly affected by differences in properties and molding conditions between materials, which have conventionally been a problem when mixing a plurality of materials. In addition, even when a plurality of materials are mixed by pulverization, it is possible to avoid a problem of achieving a sufficiently small and uniform particle size with respect to the wavelength order and a non-uniform mixing ratio due to a difference in specific gravity between the materials.
[0085]
As a result, the range of achievable acoustic materials can be expanded, whereby the transfer characteristics of the probe can be asymptotically approximated to the optimum characteristics that were previously obtained by calculation on a desk.
[0086]
Furthermore, since at least one member of the acoustic matching layer and the base material is formed by continuously laminating a single body made of a single kind of material and the composite, desired characteristics are easily obtained, and The adhesive layer between the and the composite can be omitted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the ultrasonic probe of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing the composite according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the length of the repetition period of the complex and the wavelength of the ultrasonic wave.
FIG. 5 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a method for manufacturing a composite according to the third embodiment.
FIG. 8 is a perspective view of an ultrasonic probe according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a side view of a conventional ultrasonic probe.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic probe.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic probe
Claims (4)
前記音響整合層と前記基材との少なくとも一方の部材は、音響インピーダンスの異なる複数種類の素材が複合された複合体から形成されることを特徴とする超音波プローブ。A piezoelectric body that is laminated on the base material and converts an electric signal into an ultrasonic wave and converts ultrasonic waves reflected from the subject into an electric signal, and a piezoelectric body that is laminated on the piezoelectric body and has an acoustic impedance of the subject and a piezoelectric substance. In an ultrasonic probe having an acoustic matching layer that performs matching with acoustic impedance,
An ultrasonic probe, wherein at least one member of the acoustic matching layer and the substrate is formed of a composite in which a plurality of types of materials having different acoustic impedances are composited.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21012396A JP3592448B2 (en) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21012396A JP3592448B2 (en) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Ultrasonic probe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1056694A JPH1056694A (en) | 1998-02-24 |
JP3592448B2 true JP3592448B2 (en) | 2004-11-24 |
Family
ID=16584185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21012396A Expired - Lifetime JP3592448B2 (en) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Ultrasonic probe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3592448B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4349651B2 (en) * | 2003-02-27 | 2009-10-21 | 株式会社日立メディコ | Ultrasonic probe |
JP4709500B2 (en) * | 2004-05-12 | 2011-06-22 | 株式会社東芝 | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus |
JP5037362B2 (en) | 2006-01-31 | 2012-09-26 | パナソニック株式会社 | Ultrasonic probe |
JP4878269B2 (en) * | 2006-11-15 | 2012-02-15 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic probe |
-
1996
- 1996-08-08 JP JP21012396A patent/JP3592448B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1056694A (en) | 1998-02-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6225728B1 (en) | Composite piezoelectric transducer arrays with improved acoustical and electrical impedance | |
EP1542005B1 (en) | Ultrasonic probe with conductive acoustic matching layer | |
CN101965232B (en) | Multiple frequency band acoustic transducer arrays | |
US6868594B2 (en) | Method for making a transducer | |
JPH0257099A (en) | Complex piezoelectric vibrator | |
CN103946996B (en) | The method of ultrasonic transducer and manufacture ultrasonic transducer | |
JP3950755B2 (en) | Ultrasonic transducers that increase the resolution of imaging systems | |
Turnbull et al. | Fabrication and characterization of transducer elements in two-dimensional arrays for medical ultrasound imaging | |
US6183578B1 (en) | Method for manufacture of high frequency ultrasound transducers | |
CN103298410B (en) | Ultrasonic probe | |
US20020188200A1 (en) | Multi-purpose ultrasonic slotted array transducer | |
JP2004188203A (en) | Bucking material for ultramicro-fabrication ultrasonic transducer equipment | |
EP2474050A1 (en) | Multilayer acoustic impedance converter for ultrasonic transducers | |
CN107005768A (en) | Ultrasonic transducer and its manufacture method with the flexible printed circuit board including thick metal layers | |
KR20070056987A (en) | Ultrasonic probe and its method of manufacturing | |
JP4528606B2 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus | |
JP3592448B2 (en) | Ultrasonic probe | |
JPH03133300A (en) | Composite piezoelectric ultrasonic wave probe | |
WO2001056474A1 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic device comprising the same | |
Zipparo et al. | Imaging arrays with improved transmit power capability | |
Mills et al. | Combining multi-layers and composites to increase SNR for medical ultrasound transducers | |
JP2009072349A (en) | Ultrasonic transducer, its manufacturing method and ultrasonic probe | |
JPH1056690A (en) | Ultrasonic wave transducer | |
JP3916365B2 (en) | Ultrasonic probe | |
JPH11113908A (en) | Ultrasonic probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040816 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040824 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040825 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070903 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080903 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080903 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090903 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090903 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100903 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100903 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110903 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120903 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120903 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130903 Year of fee payment: 9 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |