JP4530836B2 - Ultrasonic probe - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を用いて生体情報を得るために使用される超音波探触子に関し、特に圧電素子の一方の面に音響整合層が形成された超音波探触子に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe used to obtain biological information using ultrasonic waves, and more particularly to an ultrasonic probe in which an acoustic matching layer is formed on one surface of a piezoelectric element.
超音波探触子は、生体を対象とした超音波診断装置などに用いられている。例えば超音波診断装置用の超音波探触子としては、図５に示すような構造（下記の特許文献１に記載）が知られている。この超音波探触子は超音波を送信し、受信する圧電振動子１１の前面に効率よく被検体側に超音波を送受信するために圧電振動子１１と被検体との音響インピーダンス整合を行う２種類の音響インピーダンスの異なる材料１２、１３を用い、一方の材料を厚み方向に四角錐、あるいは円錐に加工した間隙の部分に他方の材料を充填して音響インピーダンスが厚み方向に連続的に変化する音響整合層１４を設け、周波数の広帯域化を図っている。さらにその前面には診断画像の分解能を高めるために超音波ビームを絞る役目をする音響レンズ１５を設け、また、圧電振動子１１の背面には圧電振動子１１を保持したり、あるいは不要な超音波を減衰させる役目をする背面負荷材１６を設けた構成となっている。
近年、基本周波数に対して２次、あるいは３次の高調波周波数成分を利用して超音波診断装置の診断画像の分解能を高める方式が用いられているために、超音波探触子の周波数の広帯域化が極めて重要である。そこで、従来例では、広帯域化の取り組みとして音響整合層１４を圧電振動子１１の音響インピーダンスから被検体である生体の音響インピーダンスまで連続的に変化させる方式が考えられている。 In recent years, a method for increasing the resolution of a diagnostic image of an ultrasonic diagnostic apparatus using a second-order or third-order harmonic frequency component with respect to a fundamental frequency has been used. Broadbanding is extremely important. Therefore, in the conventional example, a method of continuously changing the acoustic matching layer 14 from the acoustic impedance of the piezoelectric vibrator 11 to the acoustic impedance of a living body as a subject is considered as an effort to widen the bandwidth.
音響インピーダンスを連続的に変化させる方式としては、音響インピーダンスが大きいセラミックなどを用いて先細柱状体に加工してその間隙に音響インピーダンスが小さい樹脂などを充填して形成した音響整合層１４があるが、音響インピーダンスの大きいセラミックなどを用いて先細柱状体を狭い間隔でマトリックス状に加工することが極めて難しく、また狭い間隔でマトリックス状にするためには、複数個の圧電振動子１１を配列したアレイ型の超音波探触子に対してそれぞれの周波数、あるいはアレイの間隔に合わせて加工する必要があり生産性に大きな課題があるとともに、２つの材料で形成する構成では２つの材料の音速差によって、２つの材料の境界部分での超音波が反射、あるいは場合により臨海角により送信、あるいは受信の効率が著しく低下するなどの課題があった。 As a method for continuously changing the acoustic impedance, there is an acoustic matching layer 14 formed by processing into a tapered columnar body using a ceramic having a high acoustic impedance and filling a gap with a resin having a low acoustic impedance. In addition, it is extremely difficult to process the tapered columnar body into a matrix shape with a narrow interval using a ceramic having a large acoustic impedance, and an array in which a plurality of piezoelectric vibrators 11 are arranged to form a matrix shape with a narrow interval. It is necessary to process the ultrasonic probe according to the frequency or the interval of the array, and there is a big problem in productivity. In the structure formed by two materials, the difference in sound velocity between the two materials Ultrasound at the boundary between the two materials is reflected, or in some cases, transmitted or received by the critical angle Efficiency of a problem such as lowered significantly.
そこで、本発明は、音響インピーダンスが厚み方向に連続的に変化する音響整合層を容易に形成することができ、ひいては超音波探触子の周波数の広帯域化を可能にし、高分解能な診断画像を得ることができる超音波探触子を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can easily form an acoustic matching layer in which the acoustic impedance continuously changes in the thickness direction, and thus enables the frequency band of the ultrasonic probe to be widened, and provides a high-resolution diagnostic image. An object is to provide an ultrasonic probe that can be obtained.
本発明は上記目的を達成するために、超音波を送信及び受信する圧電素子を有する超音波探触子において、
複数種類の粉体材料を高分子樹脂に充填し、前記高分子樹脂内で音響インピーダンスが厚さ方向に連続的に変化する音響整合層を前記圧電素子の一方の面に形成した構成とした。
In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic probe having a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves.
A plurality of types of powder materials are filled in a polymer resin, and an acoustic matching layer in which acoustic impedance continuously changes in the thickness direction in the polymer resin is formed on one surface of the piezoelectric element.
また、本発明は上記目的を達成するために、超音波を送信及び受信する圧電素子を有する超音波探触子において、
複数種類の粉体材料を高分子樹脂に充填し、前記高分子樹脂内で音響インピーダンスが厚さ方向に連続的に変化する第１の音響整合層を前記圧電素子の一方の面に形成するとともに、
１種類以上の粉体材料を高分子樹脂に充填し、前記高分子樹脂内で音響インピーダンスが厚さ方向に前記第１の音響整合層の音響インピーダンスから被検体の音響インピーダンスまで連続的に変化する第２の音響整合層を前記第１の音響整合層の表面に形成した構成とした。
In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic probe having a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves.
A plurality of types of powder materials are filled in a polymer resin, and a first acoustic matching layer whose acoustic impedance continuously changes in the thickness direction in the polymer resin is formed on one surface of the piezoelectric element. ,
One or more kinds of powder materials are filled in a polymer resin, and the acoustic impedance continuously changes in the thickness direction from the acoustic impedance of the first acoustic matching layer to the acoustic impedance of the subject in the polymer resin. The second acoustic matching layer was formed on the surface of the first acoustic matching layer.
前記複数種類の粉体材料は、それぞれ密度の違う材料であることを特徴とする。
また、前記複数種類の粉体材料は、前記高分子樹脂の密度より大きい材料であることを特徴とする。
また、前記複数種類の粉体材料は、前記高分子樹脂の密度より大きい粉体材料と小さい粉体材料を含むものであることを特徴とする。
また、前記複数種類の粉体材料は、平均粒径が異なる同じ材料若しくは異なる材料であることを特徴とする。
また、前記複数種類の粉体材料は、金属、酸化物、炭化物、高分子及び中空体の材料のいずれか１種以上であることを特徴とする。
また、前記第２の音響整合層の材料の前記１種以上の粉体材料は、前記高分子樹脂の密度より小さい粉体材料であることを特徴とする。
The plurality of types of powder materials are materials having different densities.
Further, the plurality of types of powder materials are materials larger than the density of the polymer resin.
Further, the plurality of types of powder materials include a powder material larger than a density of the polymer resin and a powder material smaller than the density.
Further, the plurality of types of powder materials are the same material or different materials having different average particle diameters.
The plurality of types of powder materials may be any one or more of metal, oxide, carbide, polymer, and hollow material.
Further, the one or more powder materials of the second acoustic matching layer material is a powder material having a density lower than that of the polymer resin.
この構成により、音響インピーダンスが厚み方向に連続的に変化する音響整合層を容易に形成することができ、ひいては超音波探触子の周波数の広帯域化を可能にし、高分解能な診断画像を得ることができる。 With this configuration, it is possible to easily form an acoustic matching layer in which acoustic impedance continuously changes in the thickness direction, which in turn enables a wider bandwidth of the ultrasonic probe and obtains a high-resolution diagnostic image. Can do.
本発明によれば、複数種類の粉体材料を高分子樹脂に充填し、高分子樹脂内で音響インピーダンスが厚さ方向に連続的に変化する音響整合層を圧電素子の一方の面に形成したので、音響インピーダンスが厚み方向に連続的に変化する音響整合層を容易に形成することができ、ひいては超音波探触子の周波数の広帯域化を可能にし、高分解能な診断画像を得ることができる。 According to the present invention, a plurality of types of powder materials are filled in a polymer resin, and an acoustic matching layer in which the acoustic impedance continuously changes in the thickness direction in the polymer resin is formed on one surface of the piezoelectric element. Therefore, it is possible to easily form an acoustic matching layer in which acoustic impedance continuously changes in the thickness direction, and thus, it is possible to broaden the frequency of the ultrasonic probe and obtain a high-resolution diagnostic image. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す概略断面図である。超音波探触子は、超音波診断装置を構成する際に、超音波診断装置本体とケーブルを介して電気的に接続されて使用され得るものであり、超音波を送受信し、その受信波を電気信号に変換して超音波診断装置本体に送信する機能を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an ultrasonic probe according to the first embodiment of the present invention. The ultrasonic probe can be used by being electrically connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via a cable when configuring the ultrasonic diagnostic apparatus. The ultrasonic probe transmits and receives ultrasonic waves, and receives the received waves. It has a function of converting it into an electric signal and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus body.
図１に示す超音波探触子は、ＰＺＴ系などの圧電セラミック、単結晶、あるいは前記材料と高分子を複合した複合圧電体などが用いられて超音波を送受信する圧電素子１と、金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀を焼き付けしたりするなどで圧電素子１の前面に設けられた接地電極２と、接地電極２と同じように金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀を焼き付けしたりするなどで圧電素子１の背面に設けられた信号用電極３と、信号用電極３から超音波信号を取り出すための信号用電気端子（図示せず）、圧電素子１を背面から機械的に保持し、かつ必要に応じて不要な超音波信号を減衰させる機能を有する背面負荷材４と、圧電素子１の接地電極２上に設けられた音響整合層５と、さらに、音響整合層５上に被検体と直接、若しくは間接的に接触し超音波ビームを絞る音響レンズ６などが設けられた構成である。 The ultrasonic probe shown in FIG. 1 includes a piezoelectric element 1 that transmits and receives ultrasonic waves using a piezoelectric ceramic such as a PZT system, a single crystal, or a composite piezoelectric material that combines the above materials and a polymer, The ground electrode 2 provided on the front surface of the piezoelectric element 1 is deposited, sputtered, or baked with silver, and gold or silver is deposited, sputtered, or silver is baked in the same manner as the ground electrode 2. For example, the signal electrode 3 provided on the back surface of the piezoelectric element 1, the signal electrical terminal (not shown) for extracting an ultrasonic signal from the signal electrode 3, and the piezoelectric element 1 are mechanically held from the back surface. And a back load material 4 having a function of attenuating unnecessary ultrasonic signals as needed, an acoustic matching layer 5 provided on the ground electrode 2 of the piezoelectric element 1, and further on the acoustic matching layer 5 Directly with the subject Ku has a configuration like the acoustic lens 6 to narrow the indirect contact with the ultrasonic beam is provided.
音響整合層５は厚み方向（圧電素子１から音響レンズ６の方向）に対して音響インピーダンスが連続的に変化する特性となっており、圧電素子１の接地電極２側に位置する音響整合層５は、音響インピーダンスが圧電素子１に近い値で大きく、そして被検体側、つまり音響レンズ６側に位置する部分の音響整合層５の音響インピーダンスは、被検体若しくは音響レンズ６の値に近い小さい値となっている。 The acoustic matching layer 5 has a characteristic that the acoustic impedance continuously changes in the thickness direction (the direction from the piezoelectric element 1 to the acoustic lens 6), and the acoustic matching layer 5 located on the ground electrode 2 side of the piezoelectric element 1. The acoustic impedance is large at a value close to the piezoelectric element 1, and the acoustic impedance of the acoustic matching layer 5 located on the subject side, that is, the acoustic lens 6 side, is a small value close to the value of the subject or the acoustic lens 6. It has become.
この超音波探触子は、超音波診断装置などの本体から電気信号を接地電極２と信号用電極３に印加することにより、圧電素子１が機械振動して超音波を音響整合層５及び音響レンズ６を伝播して被検体に発信及び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診断装置用超音波探触子は、生体に直接接触又は超音波伝播媒体を介して間接的に接触して生体に超音波を送信し、生体から反射してきた反射波を再び超音波探触子で受信してその信号を本体で処理してモニタ上に診断画像を表示して診断するものに用いられるいわゆるセンサである。 In this ultrasonic probe, an electrical signal is applied to a ground electrode 2 and a signal electrode 3 from a main body such as an ultrasonic diagnostic apparatus, so that the piezoelectric element 1 is mechanically vibrated so that the ultrasonic wave is transmitted to the acoustic matching layer 5 and the acoustic wave. It propagates through the lens 6 to transmit to the subject and receive a reflected wave from the subject. An ultrasound probe for an ultrasonic diagnostic apparatus that uses a living body as a subject transmits a ultrasonic wave to the living body by directly contacting the living body or indirectly through an ultrasonic wave propagation medium, and reflecting from the living body. This is a so-called sensor used for diagnosing by receiving a wave again with an ultrasonic probe, processing the signal with the main body, and displaying a diagnostic image on a monitor.
近年、基本周波数に対して非線型現象を利用して２次、あるいは３次の高調波周波数成分を利用して超音波診断装置の診断画像の分解能を高めることが行われてきている。前記方法で高分解能化を実現するためには、超音波探触子の周波数の広帯域化が極めて重要であり、このための取り組みとして、圧電セラミックと高分子材料からなる複合圧電体を用いたり、あるいは電気機械結合係数が高い単結晶などの圧電素子を用いた構成の超音波探触子があるが、いずれも製法的に難しいために信頼性と、コスト的な課題が残されている。また、他の方法として音響インピーダンスを圧電セラミックのような大きい値から被検体の音響インピーダンスの小さい値まで連続的に変化させた音響整合層を設ける構成がある。この音響整合層の音響インピーダンスを連続的に変化させた従来の構成としては、図５に示したように音響インピーダンスの大きいセラミックスなどの材料を厚み方向に円錐あるいは四角錐に加工してその間隙に音響インピーダンスの小さい高分子材料を充填して形成していたが、本実施の形態では、前記のような形状に依存せず、また厚み方向に円錐あるいは四角錐に加工する必要がないために容易に形成することができ、また任意に音響インピーダンスを連続的に変化させることができるという特徴を有するものである。 In recent years, the resolution of a diagnostic image of an ultrasonic diagnostic apparatus has been increased using a second-order or third-order harmonic frequency component using a nonlinear phenomenon with respect to a fundamental frequency. In order to achieve high resolution by the above method, it is extremely important to widen the frequency of the ultrasonic probe, and as an effort for this, a composite piezoelectric body made of a piezoelectric ceramic and a polymer material is used, Alternatively, there is an ultrasonic probe having a configuration using a piezoelectric element such as a single crystal having a high electromechanical coupling coefficient. However, since all of them are difficult to manufacture, reliability and cost problems remain. As another method, there is a configuration in which an acoustic matching layer in which the acoustic impedance is continuously changed from a large value such as a piezoelectric ceramic to a small value of the acoustic impedance of the subject is provided. As a conventional configuration in which the acoustic impedance of the acoustic matching layer is continuously changed, as shown in FIG. 5, a material such as ceramics having a large acoustic impedance is processed into a cone or a quadrangular pyramid in the thickness direction, and the gap is formed. Although it is formed by filling a polymer material having a low acoustic impedance, in this embodiment, it does not depend on the shape as described above, and it is not necessary to process into a cone or a quadrangular pyramid in the thickness direction. In addition, the acoustic impedance can be arbitrarily changed continuously.
音響整合層５の音響インピーダンスを連続的に大きい値から小さい値に変化させて形成する方法について以下に記述する。高分子の樹脂、例えば主剤と硬化剤からなる２液の熱硬化性のエポキシ樹脂に密度の大きい粉体材料、例えばタングステンなどの金属粉あるいは酸化タングステンなどの酸化物から徐々に密度が小さくなるような粉体材料、例えば酸化セリウム、酸化鉄、酸化亜鉛などの酸化物、とさらに、前記酸化物より密度が小さい粉体、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、そして高分子の粉体、例えばシリコーンゴム、プラスチックなどの粉体あるいはガラス、プラスチックなどの中空体などのように複数の粉体材料を任意に選択して充填し、攪拌、混合、泡抜きする。 A method for continuously changing the acoustic impedance of the acoustic matching layer 5 from a large value to a small value will be described below. The density gradually decreases from a high-density resin material such as a two-component thermosetting epoxy resin consisting of a base resin and a curing agent to a high-density powder material such as a metal powder such as tungsten or an oxide such as tungsten oxide. Powder materials such as oxides such as cerium oxide, iron oxide and zinc oxide, and powders having a lower density than the oxides such as silicon oxide, aluminum oxide, and polymer powders such as silicone rubber, A plurality of powder materials such as powders such as plastics or hollow bodies such as glass and plastics are arbitrarily selected and filled, stirred, mixed, and defoamed.
このとき、ある程度エポキシ樹脂単体のときの粘度よりは高くなっているので、密度の大きい粉体は下の方に、そして密度が小さくなっていく粉体は上部の方に位置するように各粉体は移動していく。しかし、これら各粉体材料は各粉体を充填したエポキシ樹脂の粘度はある程度高くなっているので完全に分離して積層されるわけではない。それぞれの粉体は密度の大きい順に下部から位置していくものの各粉体の境界部分では交じり合った状態になって硬化していく。このようにある程度、混合物の粘度を高めていくことによって粉体は相互に交じり合う領域ができて、音響インピーダンスは超音波を送受信する上下方向（厚み方向）に連続して変化した状態を形成することができる。 At this time, since the viscosity is somewhat higher than that of the epoxy resin alone, each powder is placed so that the powder with higher density is located at the bottom and the powder with decreasing density is located at the top. The body moves. However, these powder materials are not completely separated and laminated because the viscosity of the epoxy resin filled with each powder is somewhat high. Although each powder is positioned from the lower part in descending order of density, it is mixed and hardened at the boundary part of each powder. In this way, by increasing the viscosity of the mixture to some extent, the powder has an area where the powders are intermingled with each other, and the acoustic impedance forms a state that continuously changes in the vertical direction (thickness direction) for transmitting and receiving ultrasonic waves. be able to.
ここに、エポキシ樹脂（日本ペルノックス社ME106）に、密度が１９．１ｋｇ／ｍ3と大きい値を有するタングステン金属粉体（エポキシ樹脂に対して重量比で２９％）と、前記タングステンより小さい密度が１５．１ｋｇ／ｍ3のタングステンカーバイト粉（エポキシ樹脂に対して重量比で５３％）、そして密度が０．０３〜０．０７ｋｇ／ｍ3のプラスチック中空体（エポキシ樹脂に対して重量比 で０．４６％）を充填して混合、攪拌、泡抜き、硬化させて形成したときの音響インピーダンスを厚み方向に対して測定した結果、上部は１．４９Ｍrayl（＝密度０．８６４ｋｇ／ｍ3×音速１．７３ｋｍ／ｓ）であり、その下部に位置するところは２．８５Ｍrayl（＝密度１．２８ｋｇ／ｍ3×音速２．２３ｋｍ／ｓ）、更に下にいくと３．８Ｍrayl（＝密度１．６９ｋｇ／ｍ3×音速２．２６ｋｍ／ｓ）となり、徐々に下部に行くに従って指数関数的に音響インピーダンスは大きくなり、最も下の部分の音響インピーダンスは１３．８Ｍrayl（＝密度７．９７ｋｇ／ｍ3×音速１．７３ｋｍ／ｓ）となり、段階的な音響インピーダンスの変化ではなく連続的に変化していることがわかった。 Here, an epoxy resin (Nippon Pernox Corporation ME106) has a density of tungsten metal powder (29% by weight with respect to the epoxy resin) having a large density of 19.1 kg / m 3 and a density smaller than that of the tungsten. 15.1 kg / m 3 tungsten carbide powder (53% by weight with respect to epoxy resin) and hollow plastic body with a density of 0.03 to 0.07 kg / m 3 (by weight with respect to epoxy resin) As a result of measuring the acoustic impedance with respect to the thickness direction when formed by mixing, stirring, defoaming and curing by filling 0.46%), the upper part is 1.49 Mrayl (= density 0.864 kg / m 3 × The sound velocity is 1.73 km / s), and the lower part is 2.85 Mrayl (= density 1.28 kg / m 3 × sonic velocity 2.23 km / s), and further below it is 3.8 Mrayl. (= Density 1.69 kg / m 3 × sound velocity 2.26 km / s), the acoustic impedance increases exponentially as it goes gradually down, and the acoustic impedance in the lowermost part is 13.8 Mrayl (= density 7 .97 kg / m 3 × sonic velocity 1.73 km / s), and it was found that the acoustic impedance was not continuously changed but changed continuously.
この音響インピーダンスの変化の度合いは、指数関数的に変化していくように形成されたが、これは高分子樹脂のエポキシ樹脂に充填する粉体材料の密度と充填量、さらに、充填後のエポキシ樹脂の粘度を調整することにより任意に変化させることが可能となる。例えば、前述のように充填する３種の粉体でタングステンカーバイトの粉体に替えて密度のもっと小さい酸化タングステン（密度１２．１ｋｇ／ｍ3）、あるいは酸化セリウム（密度７．３ｋｇ／ｍ3）などの粉体を充填すると容易に音響インピーダンスの変化の度合いを変えることが可能である。また音響インピーダンスを連続的に変化させる音響整合層５の厚みは、駆動周波数の２分の１波長以上であればよい。 The degree of change in the acoustic impedance is exponentially changed. This is because the density and filling amount of the powder material to be filled in the epoxy resin of the polymer resin, and the epoxy after filling. It can be arbitrarily changed by adjusting the viscosity of the resin. For example, the three kinds of powders to be filled as described above are replaced with tungsten carbide powder, which has a lower density of tungsten oxide (density 12.1 kg / m 3 ) or cerium oxide (density 7.3 kg / m 3). ) Etc., it is possible to easily change the degree of change in acoustic impedance. In addition, the thickness of the acoustic matching layer 5 that continuously changes the acoustic impedance may be at least a half wavelength of the driving frequency.
以上のように、高分子樹脂に密度の違う複数の粉体材料を充填することにより、音響インピーダンスを容易に連続的に変化させて形成することができるために、従来のように２次元に多数の四角錐あるいは円錐に精度よく加工することも不要であり、また、前記四角錐あるいは円錐の配列ピッチを使用周波数によって変える必要もないため、極めて容易に周波数の広帯域化を可能にした超音波探触子を実現することができるという特徴がある。 As described above, by filling a polymer resin with a plurality of powder materials having different densities, the acoustic impedance can be easily and continuously changed. Therefore, it is not necessary to accurately process the quadrangular pyramid or cone, and it is not necessary to change the arrangement pitch of the quadrangular pyramid or cone depending on the operating frequency. There is a feature that a tentacle can be realized.
なお、第１の実施の形態では、粉体材料としてタングステン、タングステンカーバイト粉、及びプラスチック中空体の３種類を用いた場合について説明したが、このほかモリブデン、アルミニウムなどの金属粉、また酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化鉄、二酸化珪素、酸化チタンなどの酸化物、シリコンカーバイトなどの炭化物及び有機物の粉体、若しくはガラスあるいはカーボンなどの無機物の中空体などを用いて、密度の違う前記粉体の材料を複数用いた場合についても音響整合層の音響インピーダンスを連続的に変化させて形成することが可能であり、同様の効果が得られる。 In the first embodiment, the case where three types of powder materials, tungsten, tungsten carbide powder, and plastic hollow body are used, has been described. In addition, metal powder such as molybdenum and aluminum, and aluminum oxide Using oxides such as cerium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, iron oxide, silicon dioxide, titanium oxide, carbides such as silicon carbide and organic powders, or hollow bodies of inorganic substances such as glass or carbon, etc. Even when a plurality of powder materials having different densities are used, it is possible to continuously change the acoustic impedance of the acoustic matching layer, and the same effect can be obtained.
また、第１の実施の形態では、高分子の樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合について説明したが、このほか、ウレタン樹脂、シリコーンゴムなどを用いた場合についても同様の効果が得られる。また、第１の実施の形態では、２種類あるいは３種類の粉体を樹脂に充填して音響インピーダンスを連続的に変化させて音響整合層５を形成する場合について説明したが、このほか３種類以上の密度の違う粉体を樹脂に充填しても同様の効果が得られる。さらに、第１の実施の形態では、単一型の超音波探触子の構成の場合について説明したが、このほか、圧電素子１及び音響整合層５が複数個に配列された、いわゆる１次元あるいは２次元アレイ型超音波探触子の構成に用いても同様の効果が得られる。 In the first embodiment, the case where an epoxy resin is used as the polymer resin has been described. However, the same effect can be obtained when a urethane resin, silicone rubber, or the like is used. In the first embodiment, the case where the acoustic matching layer 5 is formed by filling the resin with two or three kinds of powder and continuously changing the acoustic impedance has been described. The same effect can be obtained by filling the resin with powders having different densities. Furthermore, in the first embodiment, the case of the configuration of a single-type ultrasonic probe has been described, but in addition, a so-called one-dimensional structure in which a plurality of piezoelectric elements 1 and acoustic matching layers 5 are arranged. Alternatively, the same effect can be obtained even when used in the construction of a two-dimensional array type ultrasonic probe.
上記超音波探触子によれば、高分子樹脂に複数の粉体を充填して、音響インピーダンスを容易に連続的に変化させて音響整合層５を形成することができ、しかも周波数の広帯域化を実現できるため、低コストでしかも広帯域化が可能にできる。したがって、高分解能な診断画像を得ることができる。 According to the ultrasonic probe, the acoustic matching layer 5 can be formed by filling a polymer resin with a plurality of powders and changing the acoustic impedance easily and continuously, and further widening the frequency band. Therefore, it is possible to achieve a wide band at a low cost. Therefore, a high-resolution diagnostic image can be obtained.
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態の超音波探触子の概略断面図は図１に示す構成と同じである。図１に示す音響整合層５を形成するときに高分子樹脂に充填する粉体材料の平均粒径を変えた点が本実施の形態の特徴である。つまり、音響インピーダンスが厚み方向に連続的に変化する音響整合層５を形成するために、高分子の樹脂に充填する粉体材料が同じ物質のものでも平均粒径の大きさを変えた複数の粉体材料を用いて形成するという点である。
<Second Embodiment>
The schematic cross-sectional view of the ultrasonic probe according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. The feature of this embodiment is that the average particle diameter of the powder material filled in the polymer resin is changed when the acoustic matching layer 5 shown in FIG. 1 is formed. That is, in order to form the acoustic matching layer 5 in which the acoustic impedance continuously changes in the thickness direction, a plurality of powder materials filled in the polymer resin are the same substance but the average particle size is changed. It is a point of forming using a powder material.
例えばエポキシ樹脂（日本ペルノックス社ME106）に充填する粉体をタングステンとして、前記タングステンの粉体の平均粒径をそれぞれ１．２マイクロメータ、５．６マイクロメータ、１３．４マイクロメータの３種類を充填（それぞれエポキシ樹脂に対して重量比で５３％）した場合、平均粒径の大きい方から下に層が形成されて平均粒径が小さいものが上部に形成される。この場合、各平均粒径の違うものがそれぞれほぼ単独で積層されないように、粉体を充填したエポキシ樹脂の混合物は粘度をある程度高くする。このことにより、基本的には平均粒径の大きい粉体は下部に形成され、小さいものは上部に積層されるがそれぞれの領域に平均粒径の違うものが残存していく。 For example, the powder filled in the epoxy resin (Nippon Pernox Corporation ME106) is tungsten, and the average particle size of the tungsten powder is three types of 1.2 micrometers, 5.6 micrometers, and 13.4 micrometers, respectively. When filled (53% by weight with respect to the epoxy resin, respectively), a layer is formed below from the larger average particle diameter, and the one with the smaller average particle diameter is formed at the top. In this case, the mixture of the epoxy resin filled with the powder is increased in viscosity to some extent so that those having different average particle diameters are not almost laminated independently. As a result, basically, powder having a large average particle diameter is formed in the lower part, and small powders are laminated in the upper part, but those having different average particle diameters remain in the respective regions.
この結果を図２に示す。横軸は音響整合層５の厚み方向で左側の０が上部に位置し、右側の１は下部に位置する部分であり、縦軸はその音響インピーダンスを示す。図２の結果から各粉体材料ごとに分離して積層されず、音響インピーダンスが連続的に変化し、ここでは３．１３Ｍraylから１２Ｍraylまで変化している。この音響インピーダンスの連続的な変化は、図２から指数関数的に変化していくような傾向になったが、これは高分子樹脂のエポキシ樹脂に充填する粉体材料であるタングステンの平均粒径の種類、数あるいはこれらの充填量、さらにはこれら粉体材料を充填した後のエポキシ樹脂の粘度を調整することにより任意に変化させることが可能となる。 The result is shown in FIG. The horizontal axis is the thickness direction of the acoustic matching layer 5, the left 0 is located at the top, the right 1 is the bottom, and the vertical axis represents the acoustic impedance. From the results of FIG. 2, the powder materials are not separated and laminated, and the acoustic impedance continuously changes, and here, from 3.13 Mrayl to 12 Mrayl. The continuous change of the acoustic impedance tended to change exponentially from FIG. 2, which is the average particle diameter of tungsten, which is a powder material filled in the epoxy resin of the polymer resin. It is possible to change it arbitrarily by adjusting the type, number, or the amount of these, and the viscosity of the epoxy resin after the powder material is filled.
このタングステンの平均粒径が大きくなると音響インピーダンスも大きくなる理由は、平均粒径が大きくなると粒径の表面積が小さくなり、その表面の部分にエポキシ樹脂が介在するために、タングステンの占める割合が高くなった結果として音響インピーダンス（＝音速×密度）が大きくなる。逆に平均粒径が小さくなるにしたがって粉体の表面積が大きくなるため、その分エポキシ樹脂の介在する率が大きくなってエポキシ樹脂の音響インピーダンスに近づき、小さくなるためである。これはタングステンの粉体だけではなく、他の粉体でも同じことが言えることから、高分子の樹脂に充填する粉体材料を違うものでなく同じ材料で粒径を変えることでも音響インピーダンスを任意に変えることができる。 The reason why the acoustic impedance increases as the average particle size of tungsten increases is that the surface area of the particle size decreases as the average particle size increases, and the proportion of tungsten is high because the epoxy resin is interposed in the surface portion. As a result, the acoustic impedance (= sound speed × density) increases. Conversely, since the surface area of the powder increases as the average particle size decreases, the proportion of the epoxy resin intervening increases accordingly, approaches the acoustic impedance of the epoxy resin, and decreases. This is true not only for tungsten powder, but also for other powders. Therefore, the acoustic impedance can be set arbitrarily by changing the particle size of the same material instead of using a different powder material. Can be changed to
また、図２において音響インピーダンスが最も小さい値の３．１３Ｍraylは、ほぼエポキシ樹脂単体の音響インピーダンスの値であるのでこれ以下の値にすることは前述の充填する粉体ではできない。これ以下の値にするには、高分子樹脂のエポキシ樹脂より小さい密度あるいは音響インピーダンスの値を有する材料の粉体を追加して充填すれば可能である。高分子樹脂のエポキシ樹脂より小さい密度としては、シリコーンゴムの粉体、あるいはガラス、カーボンなどの無機物の中空体、あるいはプラスチックの有機物の中空体などの粉体がある。例えばエポキシ樹脂（日本ペルノックス社ME106）に密度が０．０３〜０．０７ｋｇ／ｍ3のプラスチック中空体を充填（エポキシ樹脂に対して重量比で０．４６％）して混合、攪拌、泡抜き、硬化させて形成したときは上部にプラスチックの中空体が主に位置し、下部に行くにしたがって徐々にエポキシ樹脂が占める割合が多くなり、最下部ではほとんどがエポキシ樹脂単体の音響インピーダンスとなる。これもやはり中空体の層とエポキシ樹脂の層というように分離することはなく連続的に変化している。この結果を図３に示す。図３から音響インピーダンスは１．４３Ｍraylから３．１Ｍraylまで連続的に変化していることが確認できる。 In FIG. 2, 3.13 Mrayl, which has the smallest acoustic impedance, is almost the value of the acoustic impedance of the epoxy resin alone. In order to make the value lower than this, it is possible to additionally fill with powder of a material having a density smaller than that of the epoxy resin of the polymer resin or a value of acoustic impedance. Examples of the density smaller than that of the epoxy resin of the polymer resin include powders of silicone rubber powder, inorganic hollow bodies such as glass and carbon, and plastic organic hollow bodies. For example, epoxy resin (Nihon Pernox ME106) is filled with a plastic hollow body with a density of 0.03 to 0.07 kg / m 3 (0.46% by weight with respect to the epoxy resin), mixed, stirred, and defoamed When formed by curing, the plastic hollow body is mainly located at the upper part, and the proportion of the epoxy resin gradually increases toward the lower part, and most of the lower part becomes the acoustic impedance of the epoxy resin alone. This also changes continuously without being separated like a hollow body layer and an epoxy resin layer. The result is shown in FIG. It can be confirmed from FIG. 3 that the acoustic impedance continuously changes from 1.43 Mrayl to 3.1 Mrayl.
したがって、タングステンの平均粒形の違う複数の種類と、さらに、高分子樹脂のエポキシ樹脂より小さい密度のプラスチックの中空体などを高分子樹脂であるエポキシ樹脂に充填して形成することにより、音響インピーダンスが約１．５Ｍraylの値から約１５Ｍraylの値の範囲まで連続的に変化する音響整合層５を容易に作成することができる。 Therefore, acoustic impedance is achieved by filling several types of tungsten with different average particle shapes, and also filling a hollow polymer plastic with a density smaller than that of the polymer resin epoxy resin into the polymer resin epoxy resin. It is possible to easily create an acoustic matching layer 5 whose value continuously changes from a value of about 1.5 Mrayl to a value of about 15 Mrayl.
さらに、高分子の樹脂に充填する粉体材料が違うものでも２種類以上の粉体材料の平均粒径の大きさを変えたものを用いて形成してもよい。すなわち充填する粉体材料の平均粒径を任意に選択することにより音響インピーダンスが所望の値で連続的に変化する音響整合層５を形成することができる構成である。 Furthermore, the powder material filled in the polymer resin may be different, or two or more powder materials having different average particle sizes may be used. That is, the acoustic matching layer 5 in which the acoustic impedance continuously changes at a desired value can be formed by arbitrarily selecting the average particle diameter of the powder material to be filled.
なお、第２の実施の形態では、粉体材料として同じタングステン材料で平均粒径の違う材料の粉体を２種類以上、及びプラスチック中空体を用いた場合について説明したが、このほかモリブデン、アルミニウムなどの金属粉、また酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化鉄、二酸化珪素、酸化チタンなどの酸化物、シリコンカーバイトなどの炭化物及び有機物の粉体、若しくはガラスあるいはカーボンなどの無機物の中空体などを用いて、平均粒径、密度の違う前記粉体の材料を複数用いた場合についても音響整合層５の音響インピーダンスを連続的に変化させて形成することが可能であり、同様の効果が得られる。 In the second embodiment, the case where two or more kinds of powders of the same tungsten material and different average particle diameters are used as the powder material and a plastic hollow body is used has been described. Metal powder such as aluminum oxide, cerium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, iron oxide, silicon dioxide, titanium oxide, carbides such as silicon carbide and organic powders, or inorganic substances such as glass or carbon It is possible to continuously change the acoustic impedance of the acoustic matching layer 5 even when a plurality of powder materials having different average particle diameters and densities are used using a hollow body of The effect is obtained.
また、第２の実施の形態では、高分子の樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合について説明したが、このほか、ウレタン樹脂、シリコーンゴムなどを用いた場合についても同様の効果が得られる。さらに、第２の実施の形態では、２種類あるいは３種類の平均粒径の粉体を樹脂に充填して音響インピーダンスを連続的に変化させて音響整合層５を形成する場合について説明したが、このほか３種類以上の密度が違い、また平均粒径が違う粉体を樹脂に充填しても同様の効果が得られる。また、第２の実施の形態では、単一型の超音波探触子の構成の場合について説明したが、このほか、圧電素子１及び音響整合層５が複数個に配列されたいわゆる１次元あるいは２次元アレイ型超音波探触子の構成に用いても同様の効果が得られる。 In the second embodiment, the case where an epoxy resin is used as the polymer resin has been described. However, the same effect can be obtained when a urethane resin, silicone rubber, or the like is used. Furthermore, in the second embodiment, the case where the acoustic matching layer 5 is formed by filling the resin with two or three types of average particle diameters into the resin and continuously changing the acoustic impedance is described. In addition, the same effect can be obtained by filling the resin with powders having three or more different densities and different average particle diameters. In the second embodiment, the case of a single-type ultrasonic probe has been described. However, in addition to this, a so-called one-dimensional structure in which a plurality of piezoelectric elements 1 and acoustic matching layers 5 are arranged is arranged. The same effect can be obtained even when used in the construction of a two-dimensional array type ultrasonic probe.
上記超音波探触子によれば、高分子樹脂に複数の粉体を充填して、音響インピーダンスを容易に連続的に変化させて音響整合層５を形成することができ、しかも周波数の広帯域化を実現できるため、低コストでしかも広帯域化が可能になる。したがって、高分解能な診断画像を得ることができる。 According to the ultrasonic probe, the acoustic matching layer 5 can be formed by filling a polymer resin with a plurality of powders and changing the acoustic impedance easily and continuously, and further widening the frequency band. Can be realized at a low cost and with a wider bandwidth. Therefore, a high-resolution diagnostic image can be obtained.
＜第３の実施の形態＞
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子の一例を示す概略断面図である。超音波探触子は、超音波診断装置を構成する際に、超音波診断装置本体とケーブルを介して電気的に接続されて使用され得るものであり、超音波を送受信し、その受信波を電気信号に変換して超音波診断装置本体に送信する機能を有している。
<Third Embodiment>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of an ultrasonic probe according to the third embodiment of the present invention. The ultrasonic probe can be used by being electrically connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via a cable when configuring the ultrasonic diagnostic apparatus. The ultrasonic probe transmits and receives ultrasonic waves, and receives the received waves. It has a function of converting it into an electric signal and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus body.
図４に示す超音波探触子は、ＰＺＴ系などの圧電セラミック、単結晶などが用いられて超音波を送受信する圧電素子１と、金や銀を蒸着又はスパッタリングしたり、あるいは銀を焼き付けしたりするなどで圧電素子１の前面に設けられた接地電極２と、接地電極２と同じように金や銀を蒸着、スパッタリング、あるいは銀を焼き付けしたりするなどで圧電素子１の背面に設けられた信号用電極３と、信号用電極３から超音波信号を取り出すための信号用電気端子（図示せず）と、圧電素子１を機械的に保持し、かつ必要に応じて不要な超音波信号を減衰させる機能を有する背面負荷材４と、圧電素子１の接地電極２上に設けられた２層の音響整合層５（５−１、５−２）と、さらに、音響整合層５上に被検体と直接若しくは間接的に接触し超音波ビームを絞る音響レンズ６などが設けられた構成である。 The ultrasonic probe shown in FIG. 4 uses a piezoelectric element 1 such as a PZT-based piezoelectric ceramic, a single crystal, etc. to transmit and receive ultrasonic waves, and deposits or sputters gold or silver, or bakes silver. The ground electrode 2 is provided on the front surface of the piezoelectric element 1 by, for example, and gold or silver is deposited, sputtered, or silver is baked in the same manner as the ground electrode 2. The signal electrode 3, the signal electrical terminal (not shown) for taking out an ultrasonic signal from the signal electrode 3, and the piezoelectric element 1 are mechanically held, and unnecessary ultrasonic signals are necessary if necessary. On the back load material 4 having a function of attenuating the sound, two acoustic matching layers 5 (5-1, 5-2) provided on the ground electrode 2 of the piezoelectric element 1, and further on the acoustic matching layer 5 Excessive contact with the subject directly or indirectly A configuration in which such an acoustic lens 6 to narrow the wave beam is provided.
音響整合層５は音響インピーダンス的に２層５−１、５−２に分かれており、圧電素子１側に設けられた音響整合層５−１（第１の音響整合層）は、厚み方向に対して圧電素子１側に位置する部分は音響インピーダンスが大きく、音響整合層５−２にいくに従って音響インピーダンスが徐々に小さくなっていくように連続的に変化する特性を有している。また圧電素子１側の面と反対の方向の音響整合層５−１面上には音響整合層５−２を設ける。音響整合層５−１面側に位置する音響整合層５−２（第２の音響整合層）の部分の音響インピーダンスは、音響インピーダンス５−１の音響整合層５−２側に位置する値と同じか、若しくは小さい値を有し、厚みの方向にいくに従って音響レンズ６側に位置する音響インピーダンスの値が連続的に変化して小さくなり、ほぼ被検体である生体の音響インピーダンスの値、若しくはそれに近い値になる構成とする。音響整合層５−１と５−２を合わせた音響整合層５の厚みは約２分の１波長以上にするとよい。 The acoustic matching layer 5 is divided into two layers 5-1 and 5-2 in terms of acoustic impedance, and the acoustic matching layer 5-1 (first acoustic matching layer) provided on the piezoelectric element 1 side is arranged in the thickness direction. On the other hand, the portion located on the piezoelectric element 1 side has a large acoustic impedance, and has a characteristic that continuously changes so that the acoustic impedance gradually decreases toward the acoustic matching layer 5-2. An acoustic matching layer 5-2 is provided on the surface of the acoustic matching layer 5-1 in the direction opposite to the surface on the piezoelectric element 1 side. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 5-2 (second acoustic matching layer) located on the surface side of the acoustic matching layer 5-1 is a value located on the acoustic matching layer 5-2 side of the acoustic impedance 5-1. The value of the acoustic impedance located on the acoustic lens 6 side is continuously changed and becomes smaller as it goes in the thickness direction. The configuration is close to that. The thickness of the acoustic matching layer 5 including the acoustic matching layers 5-1 and 5-2 is preferably about a half wavelength or more.
音響整合層５−１は、例えば第２の実施の形態で説明した図２の特性の材料を用いる。つまり高分子のエポキシ樹脂に充填する粉体をタングステンとして、タングステンの粉体の平均粒径をそれぞれ１．２マイクロメータ、５．６マイクロメータ、１３．４マイクロメータの３種類を充填した場合、平均粒径の大きい方から下に層が形成されて平均粒径が小さいものが上部に形成される。この材料は、音響インピーダンスが３．１３〜１２Ｍraylまで連続的に変化している特性を有したものである。音響インピーダンス１２Ｍraylに位置する面は圧電素子１側に設ける。 For the acoustic matching layer 5-1, for example, the material having the characteristics shown in FIG. 2 described in the second embodiment is used. That is, when the powder filled in the polymer epoxy resin is tungsten, and the average particle size of the tungsten powder is filled with 1.2 kinds, 5.6 micrometers, and 13.4 micrometers, respectively, A layer having a smaller average particle size is formed in the upper part, with a layer being formed from the larger average particle size to the lower layer. This material has the property that the acoustic impedance continuously changes from 3.13 to 12 Mrayl. The surface located at the acoustic impedance 12Mrayl is provided on the piezoelectric element 1 side.
次に音響整合層５−２は、例えば第２の実施の形態で説明した図３の特性を有した材料を用いる。つまり高分子のエポキシ樹脂に密度が０．０３〜０．０７ｋｇ／ｍ3のプラスチック中空体を充填して、混合、 攪拌、泡抜きそして硬化させて形成した材料を用いる。この材料の音響インピーダンスは１．４３〜３．１Ｍraylまで連続的に変化した特性を有する。音響整合層５−２で音響インピーダンス３．１Ｍraylに位置する面は音響整合層５−１側にして設け、音響インピーダンス１．４３Ｍraylに位置する面は被検体側の音響レンズ６側にする。このように音響整合層５−１、５−２は圧電素子１側の音響インピーダンスが１２Ｍraylになり、被検体側に位置する音響レンズ６に近づくに従って音響インピーダンスは、連続して徐々に小さく変化していき、音響レンズ６側の面では１．４３Ｍraylとなる。音響整合層５−１と５−２の境界部分は、ほぼ同じ音響インピーダンスの値を有しているので反射することはない。したがって音響整合層５−１、５−２は、音響インピーダンスは連続して傾斜して変化しているので１つの音響整合層５として扱うことができる。 Next, for the acoustic matching layer 5-2, for example, a material having the characteristics shown in FIG. 3 described in the second embodiment is used. That is, a material formed by filling a polymer epoxy resin with a hollow plastic body having a density of 0.03 to 0.07 kg / m 3 , mixing, stirring, defoaming and curing is used. The acoustic impedance of this material has the property of continuously changing from 1.43 to 3.1 Mrayl. The surface of the acoustic matching layer 5-2 located on the acoustic impedance 3.1Mrayl is provided on the acoustic matching layer 5-1 side, and the surface located on the acoustic impedance 1.43Mrayl is on the acoustic lens 6 side on the subject side. As described above, the acoustic matching layers 5-1 and 5-2 have an acoustic impedance of 12 Mrayl on the piezoelectric element 1 side, and the acoustic impedance continuously and gradually changes as the acoustic lens 6 located on the subject side is approached. The surface on the acoustic lens 6 side becomes 1.43 Mrayl. The boundary portion between the acoustic matching layers 5-1 and 5-2 has almost the same acoustic impedance value and therefore does not reflect. Accordingly, the acoustic matching layers 5-1 and 5-2 can be handled as one acoustic matching layer 5 because the acoustic impedance continuously changes in an inclined manner.
さらに、高分子の樹脂に充填する粉体材料が違うものでも２種類以上の粉体材料の平均粒径の大きさを変えたものを用いて形成してもよい。すなわち充填する粉体材料の平均粒径を任意に選択することにより音響インピーダンスを所望の値に連続的に変化させて音響整合層５−１と５−２が形成できる構成である。 Furthermore, the powder material filled in the polymer resin may be different, or two or more powder materials having different average particle sizes may be used. That is, the acoustic matching layers 5-1 and 5-2 can be formed by arbitrarily changing the acoustic impedance to a desired value by arbitrarily selecting the average particle diameter of the powder material to be filled.
なお、第３の実施の形態では、粉体材料として同じタングステン材料で平均粒径の違う材料の粉体を２種類以上、及びプラスチック中空体を用いた場合について説明したが、このほかモリブデン、アルミニウムなどの金属粉、また酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化鉄、二酸化珪素、酸化チタンなどの酸化物、シリコンカーバイトなどの炭化物及び有機物の粉体、若しくはガラスあるいはカーボンなどの無機物の中空体などを用いて、平均粒径、密度の違う前記粉体の材料を複数用いた場合についても音響整合層５の音響インピーダンスを連続的に変化させて形成することが可能であり、同様の効果が得られる。 In the third embodiment, the case where two or more kinds of powders of the same tungsten material and different average particle diameters are used as the powder material and a plastic hollow body is used is described. Metal powder such as aluminum oxide, cerium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, iron oxide, silicon dioxide, titanium oxide, carbides such as silicon carbide and organic powders, or inorganic substances such as glass or carbon It is possible to continuously change the acoustic impedance of the acoustic matching layer 5 even when a plurality of powder materials having different average particle diameters and densities are used using a hollow body of The effect is obtained.
また、第３の実施の形態では、音響整合層５を２層（音響整合層５−１、５−２）に分けた場合について説明したが、この他３層以上に分けて、音響インピーダンスを連続的に変化させて構成した場合についても同様の効果が得られる。さらに、第３の実施の形態では、高分子の樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合について説明したが、このほか、ウレタン樹脂、シリコーンゴムなどを用いた場合についても同様の効果が得られる。また、第３の実施の形態では、圧電素子にＰＺＴ系の圧電セラミックを用いた場合について説明したが、この他、圧電性を有する単結晶、複合圧電体若しくはＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）などの高分子圧電体を用いても、圧電素子１に近い音響インピーダンスから被検体に近い音響インピーダンスに連続的に変化させた音響整合層を用いた場合についても同様の効果が得られる。 In the third embodiment, the case where the acoustic matching layer 5 is divided into two layers (acoustic matching layers 5-1 and 5-2) has been described. However, the acoustic impedance is divided into three or more layers. The same effect can be obtained even when it is configured to be continuously changed. Furthermore, in the third embodiment, the case where an epoxy resin is used as the polymer resin has been described. However, the same effect can be obtained when a urethane resin, silicone rubber, or the like is used. In the third embodiment, the case where a PZT-based piezoelectric ceramic is used for the piezoelectric element has been described. In addition, a single crystal having piezoelectricity, a composite piezoelectric body, PVDF (polyvinylidene fluoride), or the like is used. Even when the polymer piezoelectric material is used, the same effect can be obtained when an acoustic matching layer in which acoustic impedance close to the piezoelectric element 1 is continuously changed from acoustic impedance close to the subject is used.
また、第３の実施の形態では、２種類あるいは３種類の平均粒径の粉体を樹脂に充填して音響インピーダンスを連続的に変化させて形成する音響整合層５に構成した場合について説明したが、このほか３種類以上の密度が違い、また平均粒径が違う粉体を樹脂に充填しても同様の効果が得られる。また、第３の実施の形態では、単一型の超音波探触子の構成の場合について説明したが、この他、圧電素子１及び音響整合層５が複数個に配列されたいわゆる１次元あるいは２次元アレイ型超音波探触子の構成に用いても同様の効果が得られる。 In the third embodiment, the case where the acoustic matching layer 5 is formed by filling the resin with two or three types of average particle diameters into the resin and continuously changing the acoustic impedance has been described. However, the same effect can be obtained by filling the resin with powders having three or more different densities and different average particle sizes. Further, in the third embodiment, the case of the configuration of a single type ultrasonic probe has been described. However, in addition to this, a so-called one-dimensional structure in which a plurality of piezoelectric elements 1 and acoustic matching layers 5 are arranged is arranged. The same effect can be obtained even when used in the construction of a two-dimensional array type ultrasonic probe.
上記超音波探触子によれば、高分子樹脂に複数の粉体を充填して、音響インピーダンスを容易に連続的に変化させて音響整合層５を形成することができ、しかも周波数の広帯域化を実現できるため、低コストでしかも広帯域化が可能にできる。したがって、高分解能な診断画像を得ることができる。 According to the ultrasonic probe, the acoustic matching layer 5 can be formed by filling a polymer resin with a plurality of powders and changing the acoustic impedance easily and continuously, and further widening the frequency band. Therefore, it is possible to achieve a wide band at a low cost. Therefore, a high-resolution diagnostic image can be obtained.
本発明の超音波探触子によれば、音響インピーダンスが厚み方向に連続的に変化する音響整合層を容易に形成することができ、ひいては超音波探触子の周波数の広帯域化を可能にし、高分解能な診断画像を得ることができるので、正確な診断が可能となり、超音波診断装置などの各種医療分野の装置に有用である。 According to the ultrasonic probe of the present invention, it is possible to easily form an acoustic matching layer in which the acoustic impedance continuously changes in the thickness direction, and thus, it is possible to broaden the frequency of the ultrasonic probe, Since a high-resolution diagnostic image can be obtained, accurate diagnosis is possible, which is useful for devices in various medical fields such as ultrasonic diagnostic devices.
１ 圧電素子
２ 接地電極
３ 信号用電極
４ 背面負荷材
５、５−１、５−２ 音響整合層
６ 音響レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element 2 Ground electrode 3 Signal electrode 4 Back surface load material 5, 5-1, 5-2 Acoustic matching layer 6 Acoustic lens
Claims (8)
複数種類の粉体材料を高分子樹脂に充填し、前記高分子樹脂内で音響インピーダンスが厚さ方向に連続的に変化する音響整合層を前記圧電素子の一方の面に形成したことを特徴とする超音波探触子。 In an ultrasonic probe having a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves,
A plurality of types of powder materials are filled in a polymer resin, and an acoustic matching layer in which acoustic impedance continuously changes in the thickness direction in the polymer resin is formed on one surface of the piezoelectric element. An ultrasonic probe.
複数種類の粉体材料を高分子樹脂に充填し、前記高分子樹脂内で音響インピーダンスが厚さ方向に連続的に変化する第１の音響整合層を前記圧電素子の一方の面に形成するとともに、
１種類以上の粉体材料を高分子樹脂に充填し、前記高分子樹脂内で音響インピーダンスが厚さ方向に前記第１の音響整合層の音響インピーダンスから被検体の音響インピーダンスまで連続的に変化する第２の音響整合層を前記第１の音響整合層の表面に形成したことを特徴とする超音波探触子。 In an ultrasonic probe having a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves,
A plurality of types of powder materials are filled in a polymer resin, and a first acoustic matching layer whose acoustic impedance continuously changes in the thickness direction in the polymer resin is formed on one surface of the piezoelectric element. ,
One or more kinds of powder materials are filled in a polymer resin, and the acoustic impedance continuously changes in the thickness direction from the acoustic impedance of the first acoustic matching layer to the acoustic impedance of the subject in the polymer resin. An ultrasonic probe, wherein a second acoustic matching layer is formed on a surface of the first acoustic matching layer.
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| JP6701506B1 (en) * | 2018-11-27 | 2020-05-27 | 日清紡ホールディングス株式会社 | Resin composition for acoustic matching layer |
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| CN114273193A (en) * | 2021-12-27 | 2022-04-05 | 上海材料研究所 | Matching layer with acoustic impedance changing in uniform gradient and ultrasonic transducer |
| CN114354743B (en) * | 2021-12-31 | 2023-10-24 | 临沂大学 | Array ultrasonic sensor with variable matching layer |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002125296A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Acoustic matching member and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61210795A (en) * | 1985-03-15 | 1986-09-18 | Hitachi Medical Corp | Ultrasonic probe and its manufacture |
-
2004
- 2004-12-22 JP JP2004370687A patent/JP4530836B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002125296A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Acoustic matching member and method for manufacturing the same |
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