JPH02264643A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、多重エコーを低減した超音波プローブに関す
る。

（従来の技術） 超音波プローブは、圧電素子により超音波を発生し、そ
の反射波により対象物内部の状態を検査するものであり
、人体内部の診断、金属溶接内部の探傷等の各種の用途
に用いられているが、以下、人体を対象として説明する
。

従来の超音波プローブの断面構造を第４図（ａ）に示す
。

超音波プローブ１０は、圧電素子１の被検体６側には音
響整合層３を配置し、前記圧電素子１の背面側にはこの
圧電素子１の裏面側から放射される超音波を吸収するバ
ッキング材４を配置し、前記音響整合層３の被検体６側
には音波を収束する音響レンズ５を配置した構造を有し
ている。

第４図（ｂ）に示すように圧電素子１から被検体６側を
見た場合、圧電素子１の音響インピーダンスＺｐ、音響
レンズ５の音響インピーダンスＺｆ、音響整合層３の音
響インピーダンスＺｍ［との関係は、音響整合層３の厚
さをり９発生超音波の波長をλとすると次の式（１）で
与えられる。

ここでＬ＝λ／４に設定しているので、式（１）は、（
Ｚｍｆ）　２＝Ｚｐ　　−Ｚｆ　　　　　　　　−（２
）の関係となる。

次に、被検体６側からプローブ１０を見た場合の音響イ
ンピーダンスス工。は、 Ｚ　１ｏ＝　（Ｚｍｆ）　　２／　Ｚｂ＝（Ｚｐ／ＺＪ
　・Ｚ　Ｉ　−（３）となる。通常圧電素子１の音響イ
ンピーダンスＺｐは２５乃至３５Ｘ１０６ｋｇ／ｍ２ｓ
　、バッキング材４の音響インピーダンスｚｂは４乃至
８×１０６ｋｇ／ｍ”　ｓであるため、Ｚｐ＞Ｚｂの関
係となり、このインピーダンスＺ１０は被検体の音響イ
ンピーダンスＺｅと大きく異なるためプローブ表面で大
きな反射が起こる。

第５図は多重エコーの様子を模擬的に示したものである
。

被検体６の表面６ａに当接した超音波プローブ１０から
の超音波ビームには、検査対象臓器８に到達する前に何
度も反射をしてしまうビームがある。例えば、被検体６
内の筋肉層７の裏側７ｂと筋肉層７の表側７ａとで起こ
る多重エコーＥｌ。

被検体６の超音波プローブ側反射面１０ａと筋肉層７の
表側７ａとで起こる多重エコーＥ２．　またこれらの組
み合わせの多重エコーＥ３．Ｅ４等がある。そして、第
４図に示すように、圧電素子１゜音響整合層３．バッキ
ング材４等の部材の境界面では、この超音波プローブ側
反射面１０ａとして超音波ビームが反射される。

そして、この超音波プローブ側反射面１０ａが反射体と
して被検体６内にあたかもあるように画像表示される。

この虚像の原因には、上述のように超音波ビームが何度
も反射する多重エコーカ（主に考えられる。このように
、画像に虚像があると誤診につながるため虚像はできる
だけ除去する必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 画像における虚像は、これら多重エコーＥ１乃至Ｅ４の
超音波プローブ側反射面１０ａでの反射を防ぐことによ
って低減できる。

そこで、本発明の目的は、多重エコーを低減し虚像の発
生を低減した超音波プローブを提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、圧電素子の被検体側に音響整合層を有し、こ
の圧電素子の背面側に７（・ソキング材を有して被検体
に超音波を送受する超音波プローブにおいて、前記圧電
素子と前記バッキング材との間に反射波防止用音響整合
層を設けて、被検体側から超音波プローブ側を見た音響
インピーダンスを被検体の音響インピーダンスとほぼ等
しくなるように構成したことを特徴としている。

（作　用） 反射波防止用音響整合層、バッキング材、音響整合層を
所定のものを選定し被検体側から見た音響インピーダン
スを被検体とほぼ等しくなるよ゛うに構成すると、被検
体からの反射波は圧電素子等の部材を通過するため多重
エコーを低減できる。

（実施例） 第１図（ａ）は本発明の第１実施例の超音波プローブの
断面構成図である。

２１は圧電セラミックの両面に電極層を融着して成る圧
電素子、２２はエポキシ樹脂等から成り前記圧電素子２
１の背面側にエポキシ系接着剤で接着されている反射波
防止用音響整合層、２３はエポキシ樹脂等から成り前記
圧電素子２１の被検体６側にエポキシ系接着剤で接着さ
れている音響整合層、２４は前記圧電素子２１の背面側
から放射される超音波を吸収し、前記音響整合層２２に
エポキシ系接着剤で接着されているバッキング材である
。また、音響レンズ２５は、前記音響整合層２３にエポ
キシ系接着剤で接着されている。

第１図（ｂ）は、同図（ａ）に示す装置２０の音響イン
ピーダンスを示すものである。

被検体６側からプローブ２０を見た音響インピーダンス
Ｚ２０は音響整合層２２．２３双方の厚さを１７４波長
としているので、 Ｚ　２ｏ＝　Ｚ　ｂ　　　（Ｚ　ｍｆ／　Ｚ　ｍｂ）　
２−（４）となる。ここでＺ２ＱがＺｆ　と等しくなる
ようにバッキング材２４２反射波防止用音響整合層２２
゜音響整合層２３を選定して′いる。従って、式（４）
はＺ２ｏ＝Ｚ１＝Ｚｅとなり反射を低減することができ
る。

第２図（ａ）は本発明に係る第２実施例の超音波プロー
ブ３０の構成断面図である。

３１は圧電セラミックの両面に電極層を融着して成る圧
電素子、３２はエポキシ樹脂等から成り前記圧電素子３
１の背面側にエポキシ系接着剤で接着されている反射波
防止用音響整合層、３３はエポキシ樹脂等から成り前記
圧電素子３１の被検体６側にエポキシ系接着剤で接着さ
れている前記反射波防止用音響整合層３２の音響インピ
ーダンスと等しい音響インピーダンスを有する音響整合
層、３４は前記圧電素子３１の背面側から放射される超
音波を吸収し、被検体６の音響インピーダンスとほぼ等
しい音響インピーダンスを有する例えばシリコンゴム等
から成り前記音響整合層３２にエポキシ系接着剤で接着
されているバッキング材である。また、音響レンズ３５
は、被検体６の音響インピーダンスとほぼ等しい音響イ
ンピーダンスを有する例えばシリコンゴム等から成り前
記音響整合層３３にエポキシ系接着剤で接着されている
。

第２図（ｂ）に示すように、圧電素子３１．音響整合層
（３２，３３）、バッキング材３４．音響レンズ３５．
被検体６のそれぞれの音響インピーダンスをＺｐ　、　
　Ｚｍｂ、　　Ｚｍ［、Ｚｂ　、　　Ｚ［、Ｚｅとする
。

一般に圧電素子３１の音響インピーダンスＺｐは２５乃
至３５Ｘ１０６ｋｇ／ｍ２ｓ程度で、バッキング材２４
の音響インピーダンスｚｂ及び音響レンズ３５の音響イ
ンピーダンスＺｆは被検体である人体の音響インピーダ
ンスＺｅに近い１．５×１０６ｋｇ／ｍ２ｓ程度、音響
整合層３３の音響インピーダンスＺｍｌ及び反射波防止
用音響整合層３２の音響インピーダンスＺｍｂは、２．
５乃至１４×１０６ｋｇ／ｍ２Ｓ程度としている。

圧電素子３１から被検体６側を見た場合、圧電素子３１
の音響インピーダンスＺｐ、音響レンズ３５の音響イン
ピーダンスＺ＋、音響整合層３３の音響インピーダンス
Ｚｍｆとの関係は、音響整合層３３の厚さを発生超音波
の１７４波長とすると前述したように次の式（２）で与
えられ、（Ｚｍｆ）　２＝Ｚｐ　−Ｚｆ　　　　　　　
　−（５）の関係となる。

被検体６側からプローブ３０を見た音響インピーダンス
Ｚ３０は、反射波防止用音響整合層３２の厚さを１７４
波長としているので、式（４）と同様Ｚ３ｏ＝Ｚｂ　　
　（Ｚｍｆ／Ｚｍｂ）２　　−・・（５）となる。ここ
で、Ｚｍｆ−Ｚｍｂとしており、しかもＺｂ　＝Ｚｆ　
＝Ｚｅであるのでｚ３ｏはＺｅ　と等しくなるので反射
を低減できる。また、音響整合層３２．３３双方を等し
い音響インピーダンスとすればいいので容易に製造する
ことができる。

第３図（ａ）は本発明に係る第３実施例の超音波プロー
ブ４０の構成断面図である。

４１は圧電セラミックの両面に電極層を融着して成る圧
電素子、４２はエポキシ樹脂等から成り前記圧電素子４
１の背面側に、エポキシ系接着剤で接着されている反射
波防止用音響整合層、４３はエポキシ樹脂等から成り前
記圧電素子４１の被検体６側にエポキシ系接着剤で接着
されている音響整合層、４４は前記圧電素子１の背面側
から放射される超音波を吸収し、前記音響整合層４２に
エポキシ系接着剤で接着されているゴムから成るバッキ
ング材である。また、音響レンズ４５は、被検体６の音
響インピーダンスとほぼ等しい音響インピーダンスを有
する例えばシリコンゴム等から成り前記音響整合層４３
にエポキシ系接着剤で接着されている。

第３図（ｂ）に示すように、圧電素子４１．音響整合層
（４２，４３）、バッキング材４４．音響レンズ４５．
被検体６のそれぞれの音響インピーダンスをＺｐ　、　
　Ｚｍｂ、　　Ｚｍｆ、　　Ｚｂ　、　　Ｚｆ　、　　
Ｚｅとする。

一般に圧電素子４１の音響インピーダンスＺｐは２５乃
至３５Ｘ１０６ｋｇ７ｍ２ｓ程度で、ノ＜ツキング材４
４の音響インピーダンスｚｂは４乃至８　Ｘ　１０６ｋ
ｇ／ｍ２ｓ程度、音響Ｌ／　ンス４５　（Ｄ音響インピ
ーダンスＺｆは被検体である人体の音響インピーダンス
Ｚｅに近い１．５　Ｘ　１０６ｋｇ／ｍ２ｓ程度、音響
整合層４３の音響インピーダンスＺｍｆ及び反射波防止
用音響整合層４２の音響インピーダンスＺｍｂは、２．
５乃至１４ｘｌ　Ｑ６ｋｇ／＋ｎ２ｓ程度としている。

圧電素子４１から被検体６側を見た場合、圧電素子４１
の音響インピーダンスＺｐ、音響レンズ４５の音響イン
ピーダンスＺｆ、音響整合層４３の音響インピーダンス
Ｚｍｆとの関係は、音響整合層４３の厚さを発生超音波
の１７４波長とすると前述したように次の式（２）で与
えられ、（Ｚｍｆ）　２＝Ｚｐ　−Ｚ［”（２）の関係
となる。

被検体６側からプローブ４０を見た音響インピーダンス
Ｚ４ｏは、反射波防止用音響整合層４２の厚さを１７４
波長としているので、式（４］、　（５］と同様Ｚ　４
Ｑ＝　Ｚ　ｂ　　　（Ｚ　ｍ！／　Ｚ　ｍｂ）　２−（
６）となる。ここで、反射波防止用音響整合層４２の音
響インピーダンスＺｍｂを （Ｚｍｂ）　　２　＝Ｚｐ　　−Ｚｂ　　　　　　　　
　　−・・（刀の関係としている。

具体的に例示するとｚｂ　＝６ｘｌＯ６ｋｇ／ｍ２ｓ　
。

Ｚｐ　＝３ｏｘｉｏ６ｋｇ／ｍ２ｓ　とすると、式（７
）よりＺｍｂ＝Ｅ丁Ｖ丁Ｕｘ　１０６ｋｇ／ｍ２ｓ＝１
３．４Ｘ１０６ｋｇ／ｍ２ｓ となり、この値は金属粉末或は金属酸化物粉末を混入さ
せたエポキシ樹脂層の音響インピーダンスの範囲（２，
５乃至１４Ｘ１０６ｋｇ／ｍ２ｓ　）に入るので容易に
製造することができ、Ｚ４ｏはＺｐ。

ｚｂの値に関わらずＺｌすなわちＺｅと等しくなるので
反射を低減できる。

以上、各実施例の超音波プローブについて説明したが、
本発明はこれに限定されることなく種々に変更実施が可
能である。

例えば、第２図の超音波プローブ３０では被検体を人体
として、バッキング材及び音響レンズを人体の音響イン
ピーダンスに合わせてシリコンゴムとしたが、他の対象
とする被検体に合わせて材料を選定してもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の超音波プローブは被検体側から
超音波プローブを見た音響インピーダンスを被検体の音
響インピーダンスと等しくなるように構成されているの
で、多重エコーを低減し虚像の発生を低減した超音波プ
ローブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の超音波プローブの
断面構成図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の音響インピ
ーダンス説明図、第２図（ａ）は本発明の第２実施例の
超音波プローブの断面構成図、第２図（ｂ）は第２図（
ａ’）の音響インピーダンス説明図、第３図（ａ）は本
発明の第３実施例の超音波プローブの断面構成図、第３
図（ｂ）は第３図（ａ）の音響インピーダンス説明図、
第４図（ａ）は従来の超音波プローブの断面構成図、第
４図（ｂ）は第４図（ａ）の音響インピーダンス説明図
、第５図は多重エコーの様子を模擬的に示した説明図で
ある。 ６・・・被検体、 ２０．３０．４０・・・超音波プローブ、２１．３１．
４１・・・圧電素子、 ２２．３２．４２・・・反射波防止用音響整合層、（ａ
） （ｂ） 第１図 （ａ） ム」 （ｂ） 第°３図 ム奎 （ｂ） 第２図 （ａ） Ｚ＋ｏ奎 （ｂ） 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子の被検体側に音響整合層を有し、この圧
   電素子の背面側にバッキング材を有して被検体に超音波
   を送受する超音波プローブにおいて、前記圧電素子と前
   記バッキング材との間に反射波防止用音響整合層を設け
   て、被検体側から超音波プローブ側を見た音響インピー
   ダンスを被検体の音響インピーダンスとほぼ等しくなる
   ように構成したことを特徴とする超音波プローブ。
2. （２）前記音響整合層双方の厚さを発生超音波の１／４
   波長とし、前記音響整合層同士の音響インピーダンスを
   等しくなるようにし、前記バッキング材の音響インピー
   ダンスを被検体の音響インピーダンスと等しくなるよう
   に構成した請求項１記載の超音波プローブ。
3. （３）前記音響整合層双方の厚さを発生超音波の１／４
   波長とし、前記音響整合層、前記反射波防止用音響整合
   層、前記圧電素子、前記バッキング材及び被検体の音響
   インピーダンスをそれぞれＺｍｅ、Ｚｍｂ、Ｚｐ、Ｚｂ
   、Ｚｅとしたときに（Ｚｍｅ）＾２＝Ｚｐ・Ｚｅ、 （Ｚｍｂ）＾２＝Ｚｐ・Ｚｂ の関係となるように構成した請求項１記載の超音波プロ
   ーブ。