JP2014180362A - Ultrasonic probe and ultrasonic image diagnostic apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe, and an ultrasonic image diagnostic apparatus, of better sensitivity.SOLUTION: An ultrasonic probe 2 includes: a piezoelectric material 22 for transmitting/receiving ultrasonic waves; an acoustic lens 25 provided to converge ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric material 22 onto an analyte; an acoustic matching layer 23 provided to be positioned between the piezoelectric material 22 and the acoustic lens 25; and a rear surface layer 21 provided on the opposite side of the acoustic matching layer 23 relative to the piezoelectric material 22. Assuming any position in a stacking direction of a rear surface reflection material 21b which is a member having a largest acoustic impedance present on a rear surface layer side beyond an interface between the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23 as a start point, and a position of an interface between the acoustic lens 25 and the acoustic matching layer 23 as an end point, the acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 is set so that the acoustic impedance gradually decreases from the acoustic impedance at the start point to the acoustic impedance at the end point.

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波画像診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic imaging apparatus.

非破壊検査のための装置として、超音波により被検査物の内部を示す画像を得る超音波画像診断装置が知られている。超音波画像診断装置は、超音波を送受信する超音波探触子を被検査物に当接させて画像を得る。超音波探触子は、駆動信号の入力に応じて超音波を生じる圧電材や、超音波を被検査物に収束させる音響レンズ、圧電材から音響レンズに至る音響インピーダンスを調整するための音響整合層等を有する(例えば、特許文献1)。特許文献1の音響整合層は、超音波の周波数の広帯域化のために圧電材と音響整合層との間の音響インピーダンスのギャップをなくす目的で、圧電材と当接する部分の音響整合層の音響インピーダンスを圧電材の音響インピーダンスと同一としている。   As an apparatus for nondestructive inspection, there is known an ultrasonic diagnostic imaging apparatus that obtains an image showing the inside of an object to be inspected by ultrasonic waves. The ultrasonic diagnostic imaging apparatus obtains an image by bringing an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves into contact with an object to be inspected. The ultrasonic probe is a piezoelectric material that generates ultrasonic waves in response to input of drive signals, an acoustic lens that converges ultrasonic waves on the object to be inspected, and an acoustic matching to adjust the acoustic impedance from the piezoelectric material to the acoustic lens. It has a layer etc. (for example, patent documents 1). The acoustic matching layer of Patent Document 1 is designed to eliminate the acoustic impedance gap between the piezoelectric material and the acoustic matching layer in order to widen the frequency of the ultrasonic wave, so that the acoustic matching layer at the portion in contact with the piezoelectric material has an acoustic property. The impedance is the same as the acoustic impedance of the piezoelectric material.

特開2007−129554号公報JP 2007-129554 A

しかしながら、特許文献1のような従来の超音波探触子は、音響整合層内における圧電材から音響レンズに向かう音響インピーダンスの減少の変化が急激となり、超音波の減衰による感度の低下を生じる問題点を有していた。また、圧電材から送受信される超音波は、少なからず圧電材内を透過することとなるが、従来の音響整合層の音響インピーダンスは、圧電材等、音響整合層より圧電材側に存する超音波の透過経路を考慮したものではなかったため、当該透過経路における超音波の減衰による感度の低下を生じる問題点を有していた。   However, the conventional ultrasonic probe as disclosed in Patent Document 1 has a problem that the change in decrease of the acoustic impedance from the piezoelectric material to the acoustic lens in the acoustic matching layer becomes abrupt and the sensitivity decreases due to attenuation of the ultrasonic wave. Had a point. In addition, ultrasonic waves transmitted and received from the piezoelectric material are transmitted through the piezoelectric material, but the acoustic impedance of the conventional acoustic matching layer is the ultrasonic wave existing on the piezoelectric material side of the acoustic matching layer, such as a piezoelectric material. Therefore, there is a problem in that the sensitivity is lowered due to attenuation of ultrasonic waves in the transmission path.

本発明は、より感度のよい超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a more sensitive ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic imaging apparatus.

請求項1に記載の発明による超音波探触子は、超音波を送受信する圧電材と、前記圧電材から発信される超音波を当該超音波の発信対象に収束させるように設けられた音響レンズと、前記圧電材と前記音響レンズとの間に位置するよう設けられた音響整合層と、前記圧電材に対して前記音響整合層の反対側に設けられた背面層と、を備え、前記圧電材と前記音響整合層との界面よりも前記背面層側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材の積層方向の何れかの位置を始点とするとともに、前記音響レンズと前記音響整合層との界面の位置を終点として、前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように前記音響整合層の音響インピーダンスが設定されていることを特徴とする。   The ultrasonic probe according to the first aspect of the present invention includes a piezoelectric material that transmits and receives ultrasonic waves, and an acoustic lens that is provided so as to converge ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric materials to a transmission target of the ultrasonic waves. And an acoustic matching layer provided between the piezoelectric material and the acoustic lens, and a back layer provided on the opposite side of the acoustic matching layer with respect to the piezoelectric material. The position of the interface between the acoustic lens and the acoustic matching layer starts from any position in the stacking direction of the member having the largest acoustic impedance existing on the back layer side relative to the interface between the material and the acoustic matching layer. The acoustic impedance of the acoustic matching layer is set so that the acoustic impedance gradually decreases from the acoustic impedance at the start point to the acoustic impedance at the end point. It is characterized in.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超音波探触子であって、前記始点は、音響インピーダンスが最も大きい部材の、前記反対側の面の位置にあることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the ultrasonic probe according to claim 1, wherein the starting point is located at a position of the opposite surface of the member having the largest acoustic impedance. .

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の超音波探触子であって、前記背面層は、前記圧電材よりも高い音響インピーダンスを有する背面反射材を具備することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the ultrasonic probe according to claim 1 or 2, wherein the back layer includes a back reflector having an acoustic impedance higher than that of the piezoelectric material. And

請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の超音波探触子であって、前記始点から前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが指数関数的に減少することを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3, wherein the acoustic impedance is from the start point to the start point to the end point. It is characterized by decreasing exponentially.

請求項5に記載の発明は、請求項1から4の何れか一項に記載の超音波探触子であって、前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、前記複数の層の各々の厚みは、各層が有する音速及び前記超音波の中心周波数に応じた波長単位で1/4波長未満であることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 4, wherein the acoustic matching layer includes a plurality of layers having different acoustic impedances, and the plurality The thickness of each layer is less than a quarter wavelength in wavelength units corresponding to the sound velocity of each layer and the center frequency of the ultrasonic wave.

請求項6に記載の発明は、請求項1から5の何れか一項に記載の超音波探触子であって、前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、前記複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されることを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the ultrasonic probe according to any one of the first to fifth aspects, wherein the acoustic matching layer is composed of a plurality of layers having different acoustic impedances. Each of these layers is laminated by applying a material constituting each layer.

請求項7に記載の発明による超音波画像診断装置は、駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する超音波探触子と、前記超音波探触子を駆動する前記駆動信号を生成する送信部と、前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像を表示するための超音波画像データを生成する画像生成部と、を備えた超音波画像診断装置において、前記超音波探触子は、請求項1から6の何れか一項に記載の超音波探触子であることを特徴とする。   The ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to the seventh aspect of the invention outputs ultrasonic waves that are transmitted toward the subject by a drive signal and outputs a reception signal by receiving reflected ultrasonic waves from the subject. An ultrasonic wave for displaying an ultrasonic image based on the probe, a transmitter for generating the drive signal for driving the ultrasonic probe, and the received signal output by the ultrasonic probe; An ultrasonic diagnostic imaging apparatus including an image generation unit that generates image data, wherein the ultrasonic probe is the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6. Features.

本発明によれば、より感度のよい超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a more sensitive ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic imaging apparatus.

超音波画像診断装置の外観構成を示す図である。It is a figure which shows the external appearance structure of an ultrasonic image diagnostic apparatus. 超音波画像診断装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of an ultrasonic image diagnostic apparatus. 送信部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a transmission part. パルス信号の駆動波形について説明する図である。It is a figure explaining the drive waveform of a pulse signal. 送信するパルス信号の波形について説明する図である。It is a figure explaining the waveform of the pulse signal to transmit. 超音波探触子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of an ultrasound probe. ダイシングの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of dicing. 実施例における音響インピーダンスの減少曲線を示す概略図である。It is the schematic which shows the decreasing curve of the acoustic impedance in an Example. 第1比較例における音響インピーダンスの減少曲線を示す概略図である。It is the schematic which shows the decreasing curve of the acoustic impedance in a 1st comparative example. 実施例及び第1比較例の感度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the sensitivity of an Example and a 1st comparative example. 変形例における超音波探触子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the ultrasound probe in a modification. 変形例における音響インピーダンスの減少曲線を示す概略図である。It is the schematic which shows the decreasing curve of the acoustic impedance in a modification. 変形例及び第2比較例の感度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the sensitivity of a modification and a 2nd comparative example.

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

本実施の形態に係る超音波画像診断装置Sは、図1及び図2に示すように、超音波画像診断装置本体1と超音波探触子2とを備えている。超音波探触子2は、超音波画像診断装置Sにとっての披検査物としての図示しない生体等の被検体に対して超音波(送信超音波)を送信するとともに、この被検体で反射した超音波の反射波(反射超音波:エコー)を受信する。超音波画像診断装置本体1は、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2に電気信号の駆動信号を送信することによって超音波探触子2に被検体に対して送信超音波を送信させるとともに、超音波探触子2にて受信した被検体内からの反射超音波に応じて超音波探触子2で生成された電気信号である受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。   The ultrasonic diagnostic imaging apparatus S according to the present embodiment includes an ultrasonic diagnostic imaging apparatus main body 1 and an ultrasonic probe 2 as shown in FIGS. 1 and 2. The ultrasonic probe 2 transmits an ultrasonic wave (transmission ultrasonic wave) to a subject such as a living body (not shown) as an inspection object for the ultrasonic diagnostic imaging apparatus S, and an ultrasonic wave reflected by the subject. A reflected wave of a sound wave (reflected ultrasonic wave: echo) is received. The ultrasonic diagnostic imaging apparatus main body 1 is connected to the ultrasonic probe 2 via a cable 3, and transmits an electric signal drive signal to the ultrasonic probe 2, thereby providing an object to the ultrasonic probe 2. Based on a received signal that is an electrical signal generated by the ultrasonic probe 2 in response to the reflected ultrasonic wave from within the subject received by the ultrasonic probe 2. The internal state in the subject is imaged as an ultrasonic image.

超音波探触子2は、圧電素子からなる振動子2aを備えており、この振動子2aは、例えば、方位方向に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、例えば、192個の振動子2aを備えた超音波探触子2を用いている。なお、振動子2aは、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子2aの個数は、任意に設定することができる。また、本実施の形態では、超音波探触子2について、リニア走査方式の電子スキャンプローブを採用したが、電子走査方式あるいは機械走査方式の何れを採用してもよく、また、リニア走査方式、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式の何れの方式を採用することもできる。超音波探触子2における帯域幅は任意に設定することができる。   The ultrasonic probe 2 includes a transducer 2a made of a piezoelectric element, and a plurality of the transducers 2a are arranged in a one-dimensional array in the azimuth direction, for example. In the present embodiment, for example, the ultrasonic probe 2 including 192 transducers 2a is used. Note that the vibrators 2a may be arranged in a two-dimensional array. The number of vibrators 2a can be set arbitrarily. In the present embodiment, a linear scanning electronic scanning probe is used for the ultrasound probe 2, but either an electronic scanning method or a mechanical scanning method may be used, and a linear scanning method, Either the sector scanning method or the convex scanning method can be adopted. The bandwidth in the ultrasonic probe 2 can be set arbitrarily.

超音波画像診断装置本体1は、例えば、図2に示すように、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、画像生成部14と、メモリー部15と、DSC(Digital Scan Converter)16と、表示部17と、制御部18とを備えて構成されている。   For example, as shown in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic imaging apparatus main body 1 includes an operation input unit 11, a transmission unit 12, a reception unit 13, an image generation unit 14, a memory unit 15, a DSC (Digital Scan Converter). ) 16, a display unit 17, and a control unit 18.

操作入力部11は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力等を行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部18に出力する。   The operation input unit 11 includes, for example, various switches, buttons, a trackball, a mouse, a keyboard, and the like for inputting data such as a command for starting diagnosis and personal information of a subject, and the like. Output to the control unit 18.

送信部12は、制御部18の制御に従って、超音波探触子2にケーブル3を介して電気信号である駆動信号を供給して超音波探触子2に送信超音波を発生させる回路である。より具体的には、送信部12は、図3に示すように、例えば、クロック発生回路121、パルス発生回路122、パルス幅設定部123及び遅延回路124を備えている。   The transmission unit 12 is a circuit that supplies a drive signal, which is an electrical signal, to the ultrasonic probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 18 to generate transmission ultrasonic waves in the ultrasonic probe 2. . More specifically, the transmission unit 12 includes, for example, a clock generation circuit 121, a pulse generation circuit 122, a pulse width setting unit 123, and a delay circuit 124, as shown in FIG.

クロック発生回路121は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。
パルス発生回路122は、所定の周期で駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。パルス発生回路122は、例えば、図4に示すように、3値の電圧を切り替えて出力することにより、矩形波によるパルス信号を発生させることができる。このとき、パルス信号の振幅については、正極性及び負極性で同一となるようにしたが、これに限定されない。なお、2値あるいは4値以上の電圧を切り替えてパルス信号を発生させる構成であってもよい。
パルス幅設定部123は、パルス発生回路122から出力されるパルス信号のパルス幅を設定する。即ち、パルス発生回路122は、パルス幅設定部123によって設定されたパルス幅に従ったパルス波形によるパルス信号を出力する。パルス幅は、例えば、操作入力部11による入力操作により可変することができる。また、超音波画像診断装置本体1に接続された超音波探触子2を識別することにより、識別した超音波探触子2に対応するパルス幅が設定されるように構成してもよい。
なお、駆動信号の形状に特に制限はなく、サイン波、コサイン波、矩形波等から適宜選択することができる。また、これらの複数の信号を合成した信号を用いるようにしてもよい。簡易かつ小型の回路で構成できるという観点からは、駆動信号を複数のパルスを有する矩形波とするのが好ましい。この際、複数のパルスのうちの少なくとも1つのパルスは、他のパルスとパルス幅(デューティー)が異なるように構成するのが好ましい。これにより、駆動信号の周波数帯域幅が大きくなるので、送信される超音波の周波数帯域幅をより大きくすることができ、時間分解能、即ち、深さ方向の距離分解能をさらに向上させることができる。このような駆動信号の形状の例を図5に示す。図5に示される駆動信号は、第1のパルス信号と、この第1のパルス信号とは極性の異なる第2のパルス信号と、第1のパルス信号と極性の等しい第3のパルス信号とを備えた矩形波である。第1のパルス信号のパルス幅(T1)、第2のパルス信号のパルス幅(T2)及び第3のパルス信号のパルス幅(T3)は、それぞれ16ns、56ns、104nsに設定されている。なお、各パルス信号のパルス幅は上述したものに限らず、任意に設定することができる。例えば、本実施の形態では、パルス幅が徐々に大きくなるように設定されているが、パルス幅が徐々に小さくなるように設定されていてもよい。このように、第1〜第3のパルスのパルス幅を全て異ならせることによって駆動信号の周波数帯域幅をより大きくすることができる。なお、複数のパルス信号のうちの全てのパルス信号のパルス幅について同一に設定されていてもよい。
The clock generation circuit 121 is a circuit that generates a clock signal that determines the transmission timing and transmission frequency of the drive signal.
The pulse generation circuit 122 is a circuit for generating a pulse signal as a drive signal at a predetermined cycle. For example, as shown in FIG. 4, the pulse generation circuit 122 can generate a pulse signal by a rectangular wave by switching and outputting three-value voltages. At this time, the amplitude of the pulse signal is the same for the positive polarity and the negative polarity, but is not limited thereto. Note that a pulse signal may be generated by switching between two or four or more voltages.
The pulse width setting unit 123 sets the pulse width of the pulse signal output from the pulse generation circuit 122. That is, the pulse generation circuit 122 outputs a pulse signal having a pulse waveform according to the pulse width set by the pulse width setting unit 123. For example, the pulse width can be changed by an input operation by the operation input unit 11. Further, the pulse width corresponding to the identified ultrasonic probe 2 may be set by identifying the ultrasonic probe 2 connected to the ultrasonic diagnostic imaging apparatus main body 1.
The shape of the drive signal is not particularly limited, and can be appropriately selected from sine waves, cosine waves, rectangular waves, and the like. Further, a signal obtained by synthesizing these plural signals may be used. From the viewpoint of being able to be configured with a simple and small circuit, the drive signal is preferably a rectangular wave having a plurality of pulses. At this time, it is preferable that at least one of the plurality of pulses has a pulse width (duty) different from that of the other pulses. Thereby, since the frequency bandwidth of the drive signal is increased, the frequency bandwidth of the transmitted ultrasonic wave can be further increased, and the time resolution, that is, the distance resolution in the depth direction can be further improved. An example of the shape of such a drive signal is shown in FIG. The drive signal shown in FIG. 5 includes a first pulse signal, a second pulse signal having a different polarity from the first pulse signal, and a third pulse signal having the same polarity as the first pulse signal. It is a provided square wave. The pulse width (T1) of the first pulse signal, the pulse width (T2) of the second pulse signal, and the pulse width (T3) of the third pulse signal are set to 16 ns, 56 ns, and 104 ns, respectively. The pulse width of each pulse signal is not limited to that described above, and can be set arbitrarily. For example, in the present embodiment, the pulse width is set to gradually increase, but the pulse width may be set to gradually decrease. Thus, the frequency bandwidth of the drive signal can be further increased by making the pulse widths of the first to third pulses all different. Note that the pulse widths of all the pulse signals among the plurality of pulse signals may be set to be the same.

遅延回路124は、駆動信号の送信タイミングを振動子毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させて送信超音波によって構成される送信ビームの集束を行うための回路である。   The delay circuit 124 sets a delay time for each individual path corresponding to each transducer corresponding to the transmission timing of the drive signal, delays the transmission of the drive signal by the set delay time, and is a transmission beam configured by transmission ultrasonic waves. This is a circuit for performing focusing.

以上のように構成された送信部12は、制御部18の制御に従って、駆動信号を供給する複数の振動子2aを、超音波の送受信毎に所定数ずらしながら順次切り替え、出力の選択された複数の振動子2aに対して駆動信号を供給することにより走査を行う。   The transmission unit 12 configured as described above sequentially switches the plurality of transducers 2a that supply the drive signal while shifting a predetermined number for each transmission / reception of the ultrasonic wave under the control of the control unit 18, and the plurality of the output selected. Scanning is performed by supplying a drive signal to the vibrator 2a.

図2に示すように、受信部13は、制御部18の制御に従って、超音波探触子2からケーブル3を介して電気信号の受信信号を受信する回路である。受信部13は、例えば、増幅器、A/D変換回路、整相加算回路を備えている。増幅器は、受信信号を、振動子2a毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅させるための回路である。A/D変換回路は、増幅された受信信号をアナログ−デジタル変換(A/D変換)するための回路である。整相加算回路は、A/D変換された受信信号に対して、振動子2a毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算(整相加算)して音線データを生成するための回路である。   As illustrated in FIG. 2, the reception unit 13 is a circuit that receives a reception signal of an electrical signal from the ultrasonic probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 18. The receiving unit 13 includes, for example, an amplifier, an A / D conversion circuit, and a phasing addition circuit. The amplifier is a circuit for amplifying the received signal with a predetermined amplification factor set in advance for each individual path corresponding to each transducer 2a. The A / D conversion circuit is a circuit for analog-digital conversion (A / D conversion) of the amplified received signal. The phasing addition circuit adjusts the time phase by giving a delay time to each individual path corresponding to each transducer 2a with respect to the A / D converted received signal, and adds these (phasing addition) to generate a sound. It is a circuit for generating line data.

画像生成部14は、受信部13からの音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅等を実施し、ゲインの調整等を行って輝度変換することにより、Bモード画像データを生成する。即ち、Bモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。画像生成部14にて生成されたBモード画像データは、メモリー部15に送信される。   The image generation unit 14 generates B-mode image data by performing envelope detection processing, logarithmic amplification, and the like on the sound ray data from the reception unit 13 and performing luminance adjustment by performing gain adjustment and the like. In other words, the B-mode image data represents the intensity of the received signal by luminance. The B-mode image data generated by the image generation unit 14 is transmitted to the memory unit 15.

メモリー部15は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体メモリーによって構成されており、画像生成部14から送信されたBモード画像データをフレーム単位で記憶する。即ち、メモリー部15は、フレーム単位により構成された超音波診断画像データとして記憶することができる。メモリー部15に記憶された超音波診断画像データは、制御部18の制御に従って読み出され、DSC16に送信される。   The memory unit 15 is configured by a semiconductor memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), for example, and stores the B-mode image data transmitted from the image generation unit 14 in units of frames. That is, the memory unit 15 can store ultrasonic diagnostic image data configured in units of frames. The ultrasonic diagnostic image data stored in the memory unit 15 is read according to the control of the control unit 18 and transmitted to the DSC 16.

DSC16は、メモリー部15より受信した超音波診断画像データをテレビジョン信号の走査方式による画像信号に変換し、表示部17に出力する。   The DSC 16 converts the ultrasonic diagnostic image data received from the memory unit 15 into an image signal based on a television signal scanning method, and outputs the image signal to the display unit 17.

表示部17は、LCD(Liquid Crystal Display)、CRT(Cathode-Ray Tube)ディスプレイ、有機EL(Electronic Luminescence)ディスプレイ、無機ELディスプレイ
及びプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部17は、DSC16から出力された画像信号に従って表示画面上に超音波診断画像の表示を行う。なお、表示装置に代えてプリンター等の印刷装置等を適用してもよい。
As the display unit 17, a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), a CRT (Cathode-Ray Tube) display, an organic EL (Electronic Luminescence) display, an inorganic EL display, or a plasma display is applicable. The display unit 17 displays an ultrasonic diagnostic image on the display screen according to the image signal output from the DSC 16. Note that a printing device such as a printer may be applied instead of the display device.

制御部18は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を備えて構成され、ROMに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してRAMに展開し、展開したプログラムに従って超音波画像診断装置Sの各部の動作を集中制御する。
ROMは、半導体等の不揮発メモリー等により構成され、超音波画像診断装置Sに対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、CPUは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
RAMは、CPUにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。
The control unit 18 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory), and reads various processing programs such as a system program stored in the ROM to read the RAM. The operation of each part of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus S is centrally controlled according to the developed program.
The ROM is configured by a nonvolatile memory such as a semiconductor, and stores a system program corresponding to the ultrasonic image diagnostic apparatus S, various processing programs executable on the system program, various data, and the like. These programs are stored in the form of computer-readable program code, and the CPU sequentially executes operations according to the program code.
The RAM forms a work area for temporarily storing various programs executed by the CPU and data related to these programs.

次に、本実施の形態に係る超音波探触子2について、図6を参照しながら説明する。   Next, the ultrasonic probe 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

超音波探触子2は、図6に示すように、例えば、図上正面視下方から、背面層21と、背面層21上に積層された圧電材22と、圧電材22上に積層された音響整合層23と、音響整合層23上に積層された音響レンズ25とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 6, the ultrasonic probe 2 is stacked on the back surface layer 21, the piezoelectric material 22 stacked on the back surface layer 21, and the piezoelectric material 22, for example, from below in the front view. An acoustic matching layer 23 and an acoustic lens 25 laminated on the acoustic matching layer 23 are provided.

背面層21は、例えば、バッキング材21aと、バッキング材21a上に積層された背面反射材21bとを備えて構成されている。圧電材22は、背面反射材21b上に積層されている。即ち、背面層21は、超音波探触子を構成する各部材の積層方向について、圧電材22に対して音響整合層23が設けられた側と反対側(以下、単に「反対側」と記載する)に設けられている。また、反対側からみて、バッキング材21a、背面反射材21bの順に設けられている。   The back layer 21 includes, for example, a backing material 21a and a back reflecting material 21b laminated on the backing material 21a. The piezoelectric material 22 is laminated on the back reflecting material 21b. That is, the back surface layer 21 is the opposite side to the side where the acoustic matching layer 23 is provided with respect to the piezoelectric material 22 in the stacking direction of each member constituting the ultrasonic probe (hereinafter simply referred to as “the opposite side”). Is provided). Further, when viewed from the opposite side, the backing material 21a and the back reflecting material 21b are provided in this order.

バッキング材21aは、音響インピーダンスが圧電材22よりも低い材料により形成されており、不要な超音波を吸収し得る超音波吸収体である。即ち、バッキング材21aは、圧電材22の反対側から発生する超音波を吸収する。   The backing material 21a is an ultrasonic absorber that is formed of a material having an acoustic impedance lower than that of the piezoelectric material 22 and can absorb unnecessary ultrasonic waves. That is, the backing material 21 a absorbs ultrasonic waves generated from the opposite side of the piezoelectric material 22.

バッキング材21aを構成するバッキング材21aとしては、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂や、これらの材料に酸化タングステンや酸化チタン、フェライト等の粉末を入れてプレス成形したゴム系複合材やエポキシ樹脂複合材、塩化ビニル、ポリビニルブチラール(PVB)、ABS樹脂、ポリウレタン(PUR)、ポリビニルアルコール(PVAL)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアセタール(POM)、ポリエチレンテレフタレート(PETP)、フッ素樹脂(PTFE)ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体等の熱可塑性樹脂等が適用できる。   The backing material 21a constituting the backing material 21a includes natural rubber, ferrite rubber, epoxy resin, and rubber-based composite material and epoxy resin composite material that are press-molded with powders such as tungsten oxide, titanium oxide, and ferrite in these materials. Material, vinyl chloride, polyvinyl butyral (PVB), ABS resin, polyurethane (PUR), polyvinyl alcohol (PVAL), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacetal (POM), polyethylene terephthalate (PETP), fluororesin (PTFE) ) Thermoplastic resins such as polyethylene glycol and polyethylene terephthalate-polyethylene glycol copolymer are applicable.

好ましいバッキング材21aとしては、ゴム系複合材料、及び/又は、エポキシ樹脂複合材からなるものであり、その形状は背面反射材21bや圧電材22、これらを含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。   The preferable backing material 21a is made of a rubber-based composite material and / or an epoxy resin composite material, and the shape thereof is appropriately determined according to the shape of the back reflector 21b, the piezoelectric material 22, and the probe head including these. You can choose.

背面反射材21bは、音響インピーダンスが圧電材22よりも高い材料により形成されており、圧電材22の反対側に出力される超音波を反射する。このように、背面反射材21bを備えることにより、圧電材22から発生する超音波をより効率よく被検体側に送信することができることから、圧電材22における超音波の送受波に対する感度をより向上させることができる。   The back reflecting material 21 b is made of a material having an acoustic impedance higher than that of the piezoelectric material 22, and reflects the ultrasonic wave output to the opposite side of the piezoelectric material 22. As described above, since the back surface reflecting material 21b is provided, the ultrasonic wave generated from the piezoelectric material 22 can be transmitted to the subject side more efficiently. Therefore, the sensitivity of the piezoelectric material 22 to the transmission and reception of the ultrasonic wave is further improved. Can be made.

背面反射材21bを構成する素材としては、炭化タングステン(WC、タングステン・カーバイド)や、これに結合剤(バインダ)であるコバルト(CO)を混合して焼結した超硬合金、さらにこれに炭化チタン(TiC)や炭化タンタル(TaC)等の添加剤を添加したもの等が適用できる。   As the material constituting the back reflector 21b, tungsten carbide (WC, tungsten carbide), cemented carbide obtained by mixing cobalt (CO), which is a binder (binder), and sintered, and further carbonized thereto. A material to which an additive such as titanium (TiC) or tantalum carbide (TaC) is added can be used.

好ましい背面反射材21bとしては、タングステンカーバイドからなるものであり、その形状は圧電材22やこれを含むプローブヘッドの形状に応じて、適宜選択することができる。   A preferable back reflector 21b is made of tungsten carbide, and the shape thereof can be appropriately selected according to the shape of the piezoelectric material 22 and the probe head including the same.

背面反射材21bとバッキング材21aの間や背面反射材21bと圧電材22の間は、接着層を介して積層されていることが好ましい態様である。接着層を形成するための接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。なお、接着層はより薄いほうがより好ましく、また、各部材間の電気的接続が必要な場合に当該電気的接続のための接触を妨げないよう設けられる。   It is a preferable aspect that the back reflecting material 21b and the backing material 21a and the back reflecting material 21b and the piezoelectric material 22 are laminated via an adhesive layer. As an adhesive for forming the adhesive layer, an epoxy-based adhesive can be used. In addition, it is more preferable that the adhesive layer is thinner, and when an electrical connection between the members is necessary, the adhesive layer is provided so as not to prevent contact for the electrical connection.

圧電材22は、電極及び圧電材料を有し、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能で超音波の送受信が可能な素子(圧電素子)である。   The piezoelectric material 22 includes an electrode and a piezoelectric material, and is an element (piezoelectric element) capable of converting an electrical signal into mechanical vibration, converting mechanical vibration into an electrical signal, and transmitting and receiving ultrasonic waves.

圧電材料は、電気信号を機械的な振動に、また機械的な振動を電気信号に変換可能な圧電体を含有する材料である。圧電体としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系セラミックス、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛等の圧電セラミックス、ニオブ酸リチウム、亜鉛ニオブ酸鉛とチタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛とチタン酸鉛等の固溶系単結晶からなる圧電単結晶、水晶、ロッシェル塩、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、あるいはVDFと、例えば、3フッ化エチレン(TrFE)の共重合体であるポリフッ化ビニリデン−3フッ化エチレン(P(VDF−TrFE))のようなPVDF共重合体、シアン化ビニリデン(VDCN)の重合体であるポリシアン化ビニリデン(PVDCN)、あるいはシアン化ビニリデン系共重合体あるいはナイロン9、ナイロン11等の奇数ナイロンや、芳香族ナイロン、脂環族ナイロン、あるいはポリ乳酸や、ポリヒドロキシブチレート等のポリヒドロキシカルボン酸、セルロース系誘導体、ポリウレア等の有機高分子圧電材料等を用いることができる。   The piezoelectric material is a material containing a piezoelectric body capable of converting an electrical signal into mechanical vibration and converting mechanical vibration into an electrical signal. Piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT) ceramics, lead titanate, lead metaniobate, etc., lithium niobate, lead zinc niobate and lead titanate, lead magnesium niobate and lead titanate, etc. Piezoelectric single crystal, crystal, Rochelle salt, polyvinylidene fluoride (PVDF), or VDF and a copolymer of, for example, ethylene trifluoride (TrFE), made of a solid solution single crystal of PVDF copolymer such as (P (VDF-TrFE)), polyvinylidene cyanide (PVDCN) which is a polymer of vinylidene cyanide (VDCN), vinylidene cyanide copolymer, nylon 9, nylon 11, etc. Odd nylon, aromatic nylon, alicyclic nylon, polylactic acid, poly Mud carboxylate butyrate polyhydroxycarboxylic acids, can be used cellulosic derivatives, organic polymer piezoelectric materials such as polyurea or the like.

圧電材料の厚さとしては、例えば、100〜500μmの範囲で用いられる。圧電材料は、その両面に電極が付された状態で、振動子2aとして用いられる。   The thickness of the piezoelectric material is, for example, in the range of 100 to 500 μm. The piezoelectric material is used as the vibrator 2a in a state where electrodes are attached to both surfaces thereof.

圧電材料に付される電極に用いられる材料としては、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)等が挙げられる。   Materials used for electrodes applied to piezoelectric materials include gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), palladium (Pd), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), tin (Sn) etc. are mentioned.

圧電材料に電極を付す方法としては、例えば、チタン(Ti)やクロム(Cr)等の下地金属をスパッタ法により0.02〜1.0μmの厚さに形成した後、上記金属元素を主体とする金属及びそれらの合金からなる金属材料、さらには必要に応じ一部絶縁材料をスパッタ法、その他の適当な方法で1〜10μmの厚さに形成する方法が挙げられる。   As a method for attaching an electrode to a piezoelectric material, for example, a base metal such as titanium (Ti) or chromium (Cr) is formed to a thickness of 0.02 to 1.0 μm by sputtering, and then the above metal element is mainly used. Examples thereof include a method of forming a metal material made of a metal to be used and an alloy thereof, and further forming a partially insulating material to a thickness of 1 to 10 μm by a sputtering method or other appropriate methods as necessary.

電極形成はスパッタ法以外でも、微粉末の金属粉末と低融点ガラスとを混合した導電ペーストをスクリーン印刷やディッピング法、溶射法で形成することもできる。電極は、圧電材料上に、超音波探触子2の形状に応じて、圧電体面の全面あるいは圧電体面の一部に、設けられる。   Electrodes can be formed by screen printing, dipping, or thermal spraying using a conductive paste in which fine metal powder and low-melting glass are mixed, as well as sputtering. The electrodes are provided on the entire piezoelectric material surface or a part of the piezoelectric material surface on the piezoelectric material in accordance with the shape of the ultrasonic probe 2.

また、圧電材22は、背面反射材21bを介して電極がFPC22aと接触されており、FPC22aはケーブル3と電気的に接続されている。したがって、超音波画像診断装置本体1から出力される駆動信号がFPC22aを介して圧電材22に入力され、圧電材22で発生した受信信号が超音波画像診断装置本体1に出力される。   In addition, the electrode of the piezoelectric material 22 is in contact with the FPC 22a through the back reflecting material 21b, and the FPC 22a is electrically connected to the cable 3. Therefore, the drive signal output from the ultrasonic diagnostic imaging apparatus main body 1 is input to the piezoelectric material 22 via the FPC 22a, and the reception signal generated by the piezoelectric material 22 is output to the ultrasonic diagnostic imaging apparatus main body 1.

音響整合層23は、圧電材22と音響レンズ25との間の音響インピーダンスを整合させ、圧電材22、音響整合層23及び音響レンズ25の各々の境界面での反射を抑制する傾斜音響整合層である。音響整合層23は、圧電材22に対して被検体側に装着される。   The acoustic matching layer 23 matches the acoustic impedance between the piezoelectric material 22 and the acoustic lens 25, and suppresses reflection at the boundary surfaces of the piezoelectric material 22, the acoustic matching layer 23, and the acoustic lens 25. It is. The acoustic matching layer 23 is attached to the subject side with respect to the piezoelectric material 22.

音響整合層23は、例えば、最下層23a、中間層23b及び最上層(最前面層)23cのように、複数の層が積層されて構成されている。複数の層の厚みを合わせた音響整合層23の層厚は、圧電材22から送信される超音波の中心周波数(例えば、10MHz)の波長をλとすると、1/2λ以上となるように定められる。より好ましくは、音響整合層23の層厚は、λ以上となるように定められる。このように音響整合層23の層厚を定めることで、圧電材22から発生する超音波の中心周波数に対する低周波側の音響整合層23による減衰を低減することができる。即ち、音響整合層23が有する低周波側の透過遮断特性をより向上させることができる。   The acoustic matching layer 23 is configured by laminating a plurality of layers, for example, a lowermost layer 23a, an intermediate layer 23b, and an uppermost layer (frontmost layer) 23c. The layer thickness of the acoustic matching layer 23, which is the sum of the thicknesses of the plurality of layers, is determined to be ½λ or more when the wavelength of the center frequency (for example, 10 MHz) of the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric material 22 is λ. It is done. More preferably, the layer thickness of the acoustic matching layer 23 is determined to be λ or more. By determining the layer thickness of the acoustic matching layer 23 in this way, attenuation by the acoustic matching layer 23 on the low frequency side with respect to the center frequency of the ultrasonic wave generated from the piezoelectric material 22 can be reduced. That is, the transmission blocking characteristic on the low frequency side of the acoustic matching layer 23 can be further improved.

音響整合層23の音響インピーダンスは、最下層23aから最上層23cにかけて漸次減少するとともに、最下層23aの音響インピーダンスが圧電材22の音響インピーダンス未満となるよう設定される。また、後述する音響レンズ25の音響インピーダンスと整合させるため、最上層23cの音響インピーダンスと音響レンズ25の音響インピーダンスとの差をより小さくすることが好ましく、より好ましくは、最上層23cと音響レンズ25との界面における最上層23cの音響インピーダンスが音響レンズ25の音響インピーダンスとほぼ等しくなるように音響整合層23を設けることである。
また、音響整合層23を構成する複数の層の各々の厚みは、各層の組成により決定される音速及び圧電材22から送信される超音波の中心周波数に応じた波長(例えば、λ)単位で1/4λ未満であることが好ましい。このように複数の層の各々の厚みを定めることで、圧電材22から発生する超音波の中心周波数に対する低周波側の音響整合層23による減衰を低減することができる。即ち、音響整合層23が有する低周波側の透過遮断特性をより向上させることができる。なお、音響整合層23の層厚をλ以上となるように定め、かつ、各層の厚みを1/4λ未満とする場合、音響整合層23は、5以上のそれぞれ音響インピーダンスが異なる層による構造を有する。
The acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 is set so as to gradually decrease from the lowermost layer 23 a to the uppermost layer 23 c and the acoustic impedance of the lowermost layer 23 a is less than the acoustic impedance of the piezoelectric material 22. Further, in order to match the acoustic impedance of the acoustic lens 25 described later, it is preferable to reduce the difference between the acoustic impedance of the uppermost layer 23c and the acoustic impedance of the acoustic lens 25, more preferably, the uppermost layer 23c and the acoustic lens 25. The acoustic matching layer 23 is provided so that the acoustic impedance of the uppermost layer 23c at the interface with the acoustic lens 25 is substantially equal to the acoustic impedance of the acoustic lens 25.
In addition, the thickness of each of the plurality of layers constituting the acoustic matching layer 23 is a unit of wavelength (for example, λ) corresponding to the sound velocity determined by the composition of each layer and the center frequency of the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric material 22. It is preferable that it is less than 1 / 4λ. By determining the thickness of each of the plurality of layers in this way, attenuation by the acoustic matching layer 23 on the low frequency side with respect to the center frequency of the ultrasonic wave generated from the piezoelectric material 22 can be reduced. That is, the transmission blocking characteristic on the low frequency side of the acoustic matching layer 23 can be further improved. In addition, when the layer thickness of the acoustic matching layer 23 is determined to be λ or more and the thickness of each layer is less than ¼λ, the acoustic matching layer 23 has a structure of five or more layers having different acoustic impedances. Have.

音響整合層23に用いられる材料として、具体的には、アルミ、アルミ合金(例えばAL−Mg合金)、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイト、PE(ポリエチレン)やPP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、ABC樹脂、ABS樹脂、AAS樹脂、AES樹脂、ナイロン(PA6、PA6−6)、PPO(ポリフェニレンオキシド)、PPS(ポリフェニレンスルフィド:ガラス繊維入りも可)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PAI(ポリアミドイミド)、PETP(ポリエチレンテレフタレート)、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。好ましくはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に、充填剤として、タングステン、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、モリブデン等を入れて成形したものが適用できる。ここで、充填材の種類や量、分布等を各層で異ならせることにより、同一の種類の樹脂であっても各層の音響インピーダンスを異なるものとすることができる。   Specifically, the material used for the acoustic matching layer 23 is aluminum, aluminum alloy (for example, AL-Mg alloy), magnesium alloy, macor glass, glass, fused quartz, copper graphite, PE (polyethylene) or PP (polypropylene). , PC (polycarbonate), ABC resin, ABS resin, AAS resin, AES resin, nylon (PA6, PA6-6), PPO (polyphenylene oxide), PPS (polyphenylene sulfide: glass fiber can be included), PPE (polyphenylene ether) PEEK (polyetheretherketone), PAI (polyamideimide), PETP (polyethylene terephthalate), epoxy resin, urethane resin and the like. Preferably, a thermosetting resin such as an epoxy resin is molded with tungsten, zinc white, titanium oxide, silica, alumina, bengara, ferrite, tungsten oxide, yttrium oxide, barium sulfate, molybdenum, etc. as a filler. Applicable. Here, by making the type, amount, distribution, and the like of the filler different in each layer, the acoustic impedance of each layer can be different even for the same type of resin.

音響レンズ25は、屈折を利用して超音波ビームを集束し分解能を向上するために配置されるものである。即ち、音響レンズ25は、超音波探触子2の被検体と接する側に設けられ、圧電材22にて発生した超音波を、被検体に効率よく入射させる。音響レンズ25は、被検体と接する部分で、内部の音速に応じて凸型又は凹型のレンズ形状を有し、被検体に入射される超音波を、撮像断面と直交する厚さ方向(エレベーション方向)で収束させる。   The acoustic lens 25 is arranged to focus the ultrasonic beam using refraction and improve the resolution. In other words, the acoustic lens 25 is provided on the ultrasonic probe 2 on the side in contact with the subject, and efficiently causes the ultrasonic waves generated by the piezoelectric material 22 to enter the subject. The acoustic lens 25 is a portion in contact with the subject and has a convex or concave lens shape according to the internal sound velocity, and the ultrasonic wave incident on the subject is subjected to a thickness direction (elevation) perpendicular to the imaging section. Direction).

音響レンズ25の音響インピーダンスは、被検体の音響インピーダンスに対して、音響レンズ25と被検体との間での超音波の減衰や反射がより小さくなるよう適宜設定される。ここで、被検体はヒトの肉体等であることから、一般的に、音響レンズ25の音響インピーダンスは、圧電体のような硬質の物質に比して音響インピーダンスが極めて低く設定される。このことから、音響レンズ25は、設定された音響インピーダンスに対応する素材(例えば、軟質の高分子材料等)により形成される。
なお、音響レンズ25と音響整合層23との間での超音波の減衰や反射をより低減させるため、音響整合層23のうち、音響レンズ25と当接する部分(最上層23c)の音響インピーダンスは、音響レンズ25とほぼ同一であることが好ましい。
The acoustic impedance of the acoustic lens 25 is appropriately set so that the attenuation and reflection of ultrasonic waves between the acoustic lens 25 and the subject are smaller than the acoustic impedance of the subject. Here, since the subject is a human body or the like, generally, the acoustic impedance of the acoustic lens 25 is set to be extremely low compared to a hard substance such as a piezoelectric body. Accordingly, the acoustic lens 25 is formed of a material (for example, a soft polymer material) corresponding to the set acoustic impedance.
In order to further reduce the attenuation and reflection of ultrasonic waves between the acoustic lens 25 and the acoustic matching layer 23, the acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 that is in contact with the acoustic lens 25 (the uppermost layer 23c) is The acoustic lens 25 is preferably substantially the same.

音響レンズ25を構成する素材としては、従来公知のシリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のホモポリマー、エチレンとプロピレンとを共重合させてなるエチレン−プロピレン共重合体ゴム等の共重合体ゴム等が適用可能である。これらのうち、シリコーン系ゴム及びブタジエン系ゴムを用いることが好ましい。   Examples of the material constituting the acoustic lens 25 include conventionally known homopolymers such as silicone rubber, butadiene rubber, polyurethane rubber, epichlorohydrin rubber, and ethylene-propylene copolymer rubber obtained by copolymerizing ethylene and propylene. Copolymer rubber or the like is applicable. Of these, silicone rubber and butadiene rubber are preferably used.

また、音響整合層23、圧電材22及びFPCにはダイシングが施されている。例えば、図7に示すように、音響整合層23、圧電材22及びFPCには、0.02mmの厚みを有するダイサーにて0.20mmピッチで音響整合層23からFPCまでダイシングが施されている。また、0.20mmピッチでダイシングされた各チャンネルには、さらに3等分するようにダイシングが施されている。
また、図示しないが、ダイシングにより生じたダイス溝にはシリコーン接着剤等の樹脂が充填されている。
また、ダイシングにより生じたダイス溝には、図7に示すように、保護層24が設けられていてもよい。保護層24は、超音波探触子2が測定前後に洗浄される際、洗浄液が音響レンズ25を透過して音響レンズ25内部の構成部品および構成部品間の接着層への侵入することを防止し、精度の高い測定を可能にするガスバリア性を有する素材によって構成されている。
係るダイシングやダイス溝の充填に係る実施の形態の記載はあくまで一例であって、適宜変更可能である。また、図7の例は模式的なものであって、各層の厚みを限定するものではない。
The acoustic matching layer 23, the piezoelectric material 22, and the FPC are diced. For example, as shown in FIG. 7, the acoustic matching layer 23, the piezoelectric material 22 and the FPC are diced from the acoustic matching layer 23 to the FPC at a pitch of 0.20 mm with a dicer having a thickness of 0.02 mm. . Each channel diced at a pitch of 0.20 mm is further diced into three equal parts.
Although not shown, a die groove formed by dicing is filled with a resin such as a silicone adhesive.
Further, as shown in FIG. 7, a protective layer 24 may be provided in a die groove generated by dicing. The protective layer 24 prevents the cleaning liquid from passing through the acoustic lens 25 and entering the adhesive layer between the component parts inside the acoustic lens 25 when the ultrasonic probe 2 is cleaned before and after the measurement. However, it is made of a material having a gas barrier property that enables highly accurate measurement.
The description of the embodiment related to the dicing and filling of the die groove is merely an example, and can be changed as appropriate. Moreover, the example of FIG. 7 is schematic and does not limit the thickness of each layer.

次に、圧電材22、背面反射材21b及びバッキング材21aの各々の音響インピーダンスと各部材間での超音波の反射について説明する。
背面反射材21bが設けられず、圧電材22の反対側にバッキング材21a等の圧電材22よりも音響インピーダンスが低い部材が接着されている場合、圧電材22から発生した超音波のうち反対側に送信された超音波が被検体側に反射される割合を示す反射率Rは、以下の式(1)により算出される。ここで、Zpztは、圧電材22の音響インピーダンスを示す。また、Zは、圧電材22の反対側に接着された部材の音響インピーダンスを示す。
R=(Z−Zpzt)/(Zpzt+Z)…(1)
Next, the acoustic impedance of each of the piezoelectric material 22, the back reflecting material 21b, and the backing material 21a and the reflection of ultrasonic waves between the members will be described.
When the back reflector 21b is not provided and a member having a lower acoustic impedance than the piezoelectric material 22 such as the backing material 21a is bonded to the opposite side of the piezoelectric material 22, the opposite side of the ultrasonic waves generated from the piezoelectric material 22 The reflectance R indicating the rate at which the ultrasonic waves transmitted to the subject are reflected to the subject side is calculated by the following equation (1). Here, Zpzt represents the acoustic impedance of the piezoelectric material 22. Z represents the acoustic impedance of a member bonded to the opposite side of the piezoelectric material 22.
R = (Z−Zpzt) / (Zpzt + Z) (1)

例えば、以下の表1に示すように、音響インピーダンスが33Mraylsである圧電材22の反対側に音響インピーダンスが5.8Mraylsであるバッキング材21aが接着されている場合、圧電材22から反対側に送信された超音波のうち、バッキング材21aにより反射される超音波の反射率Rは、式(1)に基づいて、約0.7となる。ここでは反射に伴う、反射波の極性反転は省略する。即ち、以下の表2に示すように、圧電材22とバッキング材21aとの界面における圧電材22から反対側に送信された超音波の反射率は約70%となる。係る反射率を示すバッキング材21aとして、例えば、エポキシ樹脂に10%体積分率のタングステン微粒子を分散させたものを材料としたバッキング材21aが挙げられるが、一例であってこれに限られるものでない。   For example, as shown in Table 1 below, when a backing material 21a having an acoustic impedance of 5.8 Mrays is bonded to the opposite side of the piezoelectric material 22 having an acoustic impedance of 33 Mrays, transmission is performed from the piezoelectric material 22 to the opposite side. The reflectance R of the ultrasonic wave reflected by the backing material 21a among the ultrasonic waves thus obtained is about 0.7 based on the formula (1). Here, the polarity inversion of the reflected wave accompanying the reflection is omitted. That is, as shown in Table 2 below, the reflectance of the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric material 22 to the opposite side at the interface between the piezoelectric material 22 and the backing material 21a is about 70%. Examples of the backing material 21a exhibiting such reflectance include a backing material 21a made of a material in which tungsten fine particles having a 10% volume fraction are dispersed in an epoxy resin. However, the backing material 21a is an example and is not limited thereto. .

Figure 2014180362
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Figure 2014180362
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これに対し、上記の超音波探触子2における背面反射材21bのように、圧電材22とバッキング材21aとの間に圧電材22よりも音響インピーダンスが高い部材が設けられている場合、超音波の反射率は、背面反射材21bとバッキング材21aとの界面においてより高くなる。   On the other hand, when a member having higher acoustic impedance than the piezoelectric material 22 is provided between the piezoelectric material 22 and the backing material 21a, such as the back reflecting material 21b in the ultrasonic probe 2 described above, The reflectance of the sound wave is higher at the interface between the back reflector 21b and the backing material 21a.

例えば、音響インピーダンスが33Mraylsである圧電材22と音響インピーダンスが5.8Mraylsであるバッキング材21aとの間に音響インピーダンスが107Mraylsである背面反射材21bが設けられている場合、表2に示すように、圧電材22と背面反射材21bとの界面における圧電材22から反対側に送信された超音波の反射率は約52%となり、背面反射材21bとバッキング材21aとの界面における背面反射材21b内を透過した超音波の反射率は約90%となる。係る反射率を示す背面反射材21bとして、WCを材料とした背面反射材21bが挙げられるが、一例であってこれに限られるものでない。   For example, when a back reflector 21b having an acoustic impedance of 107 Mrays is provided between the piezoelectric material 22 having an acoustic impedance of 33 Mrays and a backing material 21a having an acoustic impedance of 5.8 Mrayls, as shown in Table 2. The reflectance of the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric material 22 to the opposite side at the interface between the piezoelectric material 22 and the back reflecting material 21b is about 52%, and the back reflecting material 21b at the interface between the back reflecting material 21b and the backing material 21a. The reflectance of the ultrasonic wave transmitted through the inside is about 90%. Examples of the back reflecting material 21b showing the reflectance include the back reflecting material 21b made of WC. However, the back reflecting material 21b is an example and is not limited thereto.

言い換えれば、圧電材22から反対側に送信された超音波のうち48%が背面反射材21b内を透過し、透過した超音波の90%が背面反射材21bとバッキング材21aとの界面で反射されて再度背面反射材21bを透過し、圧電材22、音響整合層23及び音響レンズ25を経て被検体側に送信されることとなる。
このように、背面反射材21bが設けられている場合、圧電材22から反対側に送信された超音波は、圧電材22と背面反射材21bとの界面だけでなく、背面反射材21bとバッキング材21aとの界面でも反射される。このことから、背面反射材21bとバッキング材21aとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることで、感度をより向上させることができる。
In other words, 48% of the ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric material 22 to the opposite side are transmitted through the back reflector 21b, and 90% of the transmitted ultrasonic waves are reflected at the interface between the back reflector 21b and the backing material 21a. Then, the light passes through the back reflecting material 21b again and is transmitted to the subject side through the piezoelectric material 22, the acoustic matching layer 23, and the acoustic lens 25.
In this way, when the back reflector 21b is provided, the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric material 22 to the opposite side is not only the interface between the piezoelectric material 22 and the back reflector 21b, but also the back reflector 21b and the backing. It is also reflected at the interface with the material 21a. From this, the sensitivity is further improved by further reducing the attenuation of the ultrasonic wave in the path until the ultrasonic wave reflected at the interface between the back reflector 21b and the backing material 21a is transmitted to the subject. Can do.

そこで、本発明では、圧電材22と音響整合層23との界面よりも背面層21側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材である背面反射材21bを始点P1とするとともに、音響レンズ25と音響整合層23との界面の位置を終点P2として、始点P1における音響インピーダンスから終点P2における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように音響整合層23の音響インピーダンスが設定されている。これにより、背面反射材21bとバッキング材21aとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることができることから、感度をより向上させることができる。   Therefore, in the present invention, the back reflector 21b, which is the member having the largest acoustic impedance existing on the back layer 21 side relative to the interface between the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23, is set as the starting point P1, and the acoustic lens 25 and the acoustic matching. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 is set so that the acoustic impedance gradually decreases from the acoustic impedance at the start point P1 to the acoustic impedance at the end point P2, with the position of the interface with the layer 23 as the end point P2. Thereby, since the attenuation of the ultrasonic wave in the path | route until the ultrasonic wave reflected by the interface of the back reflector 21b and the backing material 21a is transmitted to a subject can be reduced more, a sensitivity is improved more. be able to.

具体例として、背面層21から音響レンズ25に至る音響インピーダンスの減少を示すグラフを図8に示す。図8に示す例では、音響インピーダンスが最も大きい部材の反対側の面の位置、即ち、バッキング材21aと当接する側の背面反射材21bの面の位置を始点P1としている。そして、始点P1における音響インピーダンスから終点P2における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが指数関数的に減少するように音響整合層23の音響インピーダンスが設定されている。   As a specific example, a graph showing a decrease in acoustic impedance from the back layer 21 to the acoustic lens 25 is shown in FIG. In the example shown in FIG. 8, the position of the surface on the opposite side of the member having the largest acoustic impedance, that is, the position of the surface of the back reflecting material 21b on the side in contact with the backing material 21a is set as the starting point P1. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 is set so that the acoustic impedance decreases exponentially from the acoustic impedance at the start point P1 to the acoustic impedance at the end point P2.

図8では、バッキング材21aと当接する側の背面反射材21bの面の位置を始点P1としているが、始点P1が厳密にバッキング材21aと当接する側の背面反射材21bの面の位置に存せずとも、背面反射材21bの音響インピーダンスが圧電材22の音響インピーダンスよりも高く設けられ、音響整合層23の初期音響インピーダンスが圧電材22よりも低く設けられることで背面反射材21bから圧電材22、音響整合層23を経て音響レンズ25に至る部材の音響インピーダンスが漸次小さくなるようになっていれば、背面反射材21bとバッキング材21aとの界面で反射された超音波の減衰をより低減することができることから、感度をより向上させることができる。具体的には、超音波探触子2の場合、音響インピーダンスの始点P1が背面反射材21b内にあれば、背面反射材21bから圧電材22、音響整合層23を経て音響レンズ25に至る部材の音響インピーダンスが漸次小さくなるようにすることができる。   In FIG. 8, the position of the surface of the back reflecting material 21b on the side in contact with the backing material 21a is the starting point P1, but the starting point P1 is strictly at the position of the surface of the back reflecting material 21b on the side in contact with the backing material 21a. Even if not, the acoustic impedance of the back reflector 21b is higher than that of the piezoelectric material 22, and the initial acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 is lower than that of the piezoelectric material 22, so 22. If the acoustic impedance of the member that reaches the acoustic lens 25 through the acoustic matching layer 23 is gradually reduced, the attenuation of the ultrasonic wave reflected at the interface between the back reflector 21b and the backing material 21a is further reduced. Therefore, the sensitivity can be further improved. Specifically, in the case of the ultrasound probe 2, if the starting point P1 of the acoustic impedance is in the back reflector 21b, the member from the back reflector 21b to the acoustic lens 25 through the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23 The acoustic impedance can be gradually reduced.

以下、実施例についてより具体的な条件及び測定結果により説明するが、勿論本発明はこれらの数値のものに限定されるものではない。
便宜上、圧電材22から発生する超音波の中心周波数をf0、圧電材22の板厚をtpzt、背面反射材21bの音響インピーダンスをZdml、背面反射材21bの板厚をtdml、バッキング材21aの音響インピーダンスをZbk、音響レンズ25の音響インピーダンスをZaと記載する。
また、音響整合層23の厚みをtsgml、音響整合層23内を透過する中心周波数の超音波の音速をVsgmlと記載する。また、音響整合層23の音響インピーダンスのうち、圧電材22と当接する部分(例えば、最下層23a)の音響インピーダンス(初期音響インピーダンス)をZslgmlと記載する。
Hereinafter, examples will be described based on more specific conditions and measurement results. Of course, the present invention is not limited to these numerical values.
For convenience, the center frequency of the ultrasonic wave generated from the piezoelectric material 22 is f0, the plate thickness of the piezoelectric material 22 is tpzt, the acoustic impedance of the back reflector 21b is Zdml, the plate thickness of the back reflector 21b is tdml, and the acoustic of the backing material 21a. The impedance is denoted as Zbk, and the acoustic impedance of the acoustic lens 25 is denoted as Za.
Further, the thickness of the acoustic matching layer 23 is described as tsgml, and the sound velocity of the ultrasonic wave having the center frequency transmitted through the acoustic matching layer 23 is described as Vsgml. In addition, among the acoustic impedances of the acoustic matching layer 23, the acoustic impedance (initial acoustic impedance) of a portion (for example, the lowermost layer 23a) in contact with the piezoelectric material 22 is described as Zslgml.

図8に示すように、f0=10MHz、Zpzt=32.76MRayls、tpzt=105μm、Zdml=107MRayls、tdml=80μm、Zbk=2.8MMRayls、Za=1.5MRaylsの条件下における本発明の実施例と従来の超音波探触子に基づく第1比較例とを比較した。ここで、Zdml>Zpztである。即ち、背面反射材21bの音響インピーダンスは、圧電材22の音響インピーダンスよりも高い。
また、図8に示すように、実施例は、Zslgml=25MRayls、tsgml=0.64μmである。第1比較例は、Zslgml=32.76MRayls、tsgml=0.7μmである。ここで、実施例は、Zpzt>Zslgmlである。即ち、実施例は、初期音響インピーダンスが圧電材22の音響インピーダンス未満である。
一方、図9に示すように、第1比較例は、Zpzt=Zslgmlであり、初期音響インピーダンスが圧電材22の音響インピーダンスと等しい。
As shown in FIG. 8, the embodiment of the present invention under the conditions of f0 = 10 MHz, Zpzt = 32.76 MRayls, tpzt = 105 μm, Zdml = 107 MRayls, tdml = 80 μm, Zbk = 2.8 MMRayls, Za = 1.5 MRayls Comparison was made with a first comparative example based on a conventional ultrasonic probe. Here, Zdml> Zpzt. That is, the acoustic impedance of the back reflector 21 b is higher than the acoustic impedance of the piezoelectric material 22.
Further, as shown in FIG. 8, in the example, Zslgml = 25 MRayls and tsgml = 0.64 μm. In the first comparative example, Zslgml = 32.76 MRayls and tsgml = 0.7 μm. Here, an example is Zpzt> Zslgml. That is, in the embodiment, the initial acoustic impedance is less than the acoustic impedance of the piezoelectric material 22.
On the other hand, as shown in FIG. 9, in the first comparative example, Zpzt = Zslgml, and the initial acoustic impedance is equal to the acoustic impedance of the piezoelectric material 22.

図10は、実施例及び第1比較例の感度の測定結果を示すグラフである。図10では、実施例に係る測定結果を実線L1で示し、第1比較例に係る測定結果を破線L2で示している。
図10に示すように、本発明の実施例は、第1比較例に対して、0〜20MHzの超音波の周波数帯における感度(dB)の値が描くグラフの曲線形状(帯域形状)を維持しつつ、周波数帯の全域に渡って感度を上げることができる。特に、中心周波数及び中心周波数付近の超音波における感度を約5dB上げることができる。
FIG. 10 is a graph showing the measurement results of the sensitivity of the example and the first comparative example. In FIG. 10, the measurement result according to the example is indicated by a solid line L1, and the measurement result according to the first comparative example is indicated by a broken line L2.
As shown in FIG. 10, the example of the present invention maintains the curve shape (band shape) of the graph drawn by the sensitivity (dB) value in the ultrasonic frequency band of 0 to 20 MHz with respect to the first comparative example. However, the sensitivity can be increased over the entire frequency band. In particular, it is possible to increase the sensitivity of the center frequency and the ultrasonic wave near the center frequency by about 5 dB.

以上、本実施形態の超音波画像診断装置Sによれば、圧電材22と音響整合層23との界面よりも背面層21側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材(例えば、背面反射材21b)の位置を始点P1とするとともに、音響レンズ25と音響整合層23との界面の位置を終点P2として、始点P1における音響インピーダンスから終点P2における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように音響整合層23の音響インピーダンスが設定されているので、初期音響インピーダンスが圧電材22の音響インピーダンス未満となり、図10等に示すように、感度を上げることができる。即ち、本実施形態によれば、より感度のよい超音波探触子及び超音波画像診断装置を提供することができる。   As described above, according to the ultrasonic diagnostic imaging apparatus S of the present embodiment, the member (for example, the back reflector 21b) having the largest acoustic impedance existing on the back layer 21 side than the interface between the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23. The acoustic matching layer is configured such that the acoustic impedance gradually decreases from the acoustic impedance at the starting point P1 to the acoustic impedance at the ending point P2 with the position as the starting point P1 and the position of the interface between the acoustic lens 25 and the acoustic matching layer 23 as the ending point P2. Since the acoustic impedance of 23 is set, the initial acoustic impedance is less than the acoustic impedance of the piezoelectric material 22, and the sensitivity can be increased as shown in FIG. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a more sensitive ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic imaging apparatus.

また、音響インピーダンスの始点P1が圧電材22と音響整合層23との界面よりも背面層21側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材(例えば、背面反射材21b)の反対側の面の位置にあるので、反射された超音波の経路における背面反射材21b、圧電材22、音響整合層23の音響インピーダンスを漸次小さくなるようにすることができる。即ち、バッキング材21aと背面反射材21bとの界面にて反射された超音波の減衰をより低減することができることから、より感度を上げることができる。   Further, the starting point P1 of the acoustic impedance is located on the surface on the opposite side of the member (for example, the back reflector 21b) having the largest acoustic impedance existing on the back layer 21 side than the interface between the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23. Therefore, the acoustic impedances of the back reflector 21b, the piezoelectric material 22, and the acoustic matching layer 23 in the reflected ultrasonic path can be gradually reduced. That is, since the attenuation of the ultrasonic wave reflected at the interface between the backing material 21a and the back reflecting material 21b can be further reduced, the sensitivity can be further increased.

また、音響整合層23が、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、複数の層の各々の厚みが、各層が有する音速及び超音波の中心周波数に応じた波長単位で1/4波長未満であるので、超音波が各層を透過する距離をより短くすることで超音波の減衰をより低減することができることから、より感度を上げることができる。   Further, the acoustic matching layer 23 is composed of a plurality of layers having different acoustic impedances, and the thickness of each of the plurality of layers is less than ¼ wavelength in wavelength units according to the sound speed and the center frequency of the ultrasonic wave that each layer has Therefore, since the attenuation of the ultrasonic wave can be further reduced by shortening the distance that the ultrasonic wave passes through each layer, the sensitivity can be further increased.

また、圧電材22及び音響整合層23の音響インピーダンスが、起点から音響レンズ25に向かって指数関数的に減少するので、圧電材22から音響レンズ25までの音響インピーダンスの減少に要する距離を徒に長くすることなく、超音波の減衰をより低減することが可能な音響インピーダンスの減少を実現することができることから、より感度を上げることができる。   Further, since the acoustic impedance of the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23 decreases exponentially from the starting point toward the acoustic lens 25, the distance required for the reduction of the acoustic impedance from the piezoelectric material 22 to the acoustic lens 25 can be easily set. Since it is possible to realize a decrease in acoustic impedance that can further reduce the attenuation of ultrasonic waves without increasing the length, sensitivity can be further increased.

(変形例)
次に、本発明の変形例について図11〜図13を参照して説明する。
変形例の超音波探触子200における背面層21は、背面反射材21bを備えず、バッキング材21aのみを備え、圧電材22は、バッキング材21a上に積層されている。バッキング材21a。超音波探触子200は、背面層21がバッキング材21aのみを備え、圧電材22の電極とFPCが直接当接する点を除いて上記の実施形態における超音波探触子2と同様の構成を備えるので、図11にて同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Modification)
Next, a modification of the present invention will be described with reference to FIGS.
The back layer 21 in the ultrasonic probe 200 according to the modified example does not include the back reflecting material 21b, includes only the backing material 21a, and the piezoelectric material 22 is laminated on the backing material 21a. Backing material 21a. The ultrasonic probe 200 has the same configuration as the ultrasonic probe 2 in the above embodiment except that the back layer 21 includes only the backing material 21a and the electrode of the piezoelectric material 22 and the FPC directly contact each other. Therefore, the same reference numerals are given in FIG. 11 and the detailed description is omitted.

上記にて式(1)を用いて説明したように、圧電材22とバッキング材21aとの界面でも圧電材22の背面側に送信された超音波は反射される。この場合、反射された超音波は、圧電材22、音響整合層23及び音響レンズ25を経て被検体側に送信されることとなる。よって、圧電材22とバッキング材21aとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることで、感度をより向上させることができる。
変形例においても、圧電材22と音響整合層23との界面よりも背面層21側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材である圧電材22を始点P1とするとともに、音響レンズ25と音響整合層23との界面の位置を終点P2として、始点P1における音響インピーダンスから終点P2における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように音響整合層23の音響インピーダンスが設定されている。
また、図12に示すように、変形例では、音響インピーダンスが最も大きい部材の反対側の面、即ち、圧電材22とバッキング材21aとの界面を始点P1としている。これにより、圧電材22とバッキング材21aとの界面で反射された超音波が被検体に送信されるまでの経路における当該超音波の減衰をより低減させることができることから、感度をより向上させることができる。
As described above using the equation (1), the ultrasonic wave transmitted to the back side of the piezoelectric material 22 is also reflected at the interface between the piezoelectric material 22 and the backing material 21a. In this case, the reflected ultrasonic wave is transmitted to the subject side through the piezoelectric material 22, the acoustic matching layer 23, and the acoustic lens 25. Therefore, the sensitivity can be further improved by further reducing attenuation of the ultrasonic wave in the path until the ultrasonic wave reflected at the interface between the piezoelectric material 22 and the backing material 21a is transmitted to the subject.
Also in the modified example, the piezoelectric material 22, which is a member having the largest acoustic impedance existing on the back layer 21 side than the interface between the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23, is set as the starting point P 1, and the acoustic lens 25 and the acoustic matching layer 23 are also used. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 is set so that the acoustic impedance gradually decreases from the acoustic impedance at the start point P1 to the acoustic impedance at the end point P2.
Further, as shown in FIG. 12, in the modification, the opposite surface of the member having the largest acoustic impedance, that is, the interface between the piezoelectric material 22 and the backing material 21a is set as the starting point P1. Thereby, since the attenuation | damping of the said ultrasonic wave in the path | route until the ultrasonic wave reflected by the interface of the piezoelectric material 22 and the backing material 21a is transmitted to a subject can be reduced more, sensitivity is improved more. Can do.

以下、変形例についてより具体的な条件及び測定結果により説明するが、勿論本発明の変形例はこれらの数値のものに限定されるものではない。
f0=10MHz、Zpzt=32.76MRayls、tpzt=105μm、Zbk=2.8MMRayls、Za=1.5MRaylsの条件下における変形例と従来の超音波探触子に基づく第2比較例とを比較した。
図12に示すように、変形例は、Zslgml=25MRayls、tsgml=0.64μmである。第2比較例は、Zslgml=32.76MRayls、tsgml=0.7μmである。ここで、変形例は、Zpzt>Zslgmlである。即ち、変形例は、初期音響インピーダンスが圧電材22の音響インピーダンス未満である。一方、第2比較例は、Zpzt=Zslgmlであり、初期音響インピーダンスが圧電材22の音響インピーダンスと等しい。
Hereinafter, the modified examples will be described with more specific conditions and measurement results, but of course, the modified examples of the present invention are not limited to these numerical values.
A modified example under the conditions of f0 = 10 MHz, Zpzt = 32.76 MRayls, tpzt = 105 μm, Zbk = 2.8 MMRayls, Za = 1.5 MRayls and a second comparative example based on a conventional ultrasonic probe were compared.
As shown in FIG. 12, in the modification, Zslgml = 25 MRayls and tsgml = 0.64 μm. In the second comparative example, Zslgml = 32.76 MRayls and tsgml = 0.7 μm. Here, the modified example is Zpzt> Zslgml. That is, in the modification, the initial acoustic impedance is less than the acoustic impedance of the piezoelectric material 22. On the other hand, in the second comparative example, Zpzt = Zslgml, and the initial acoustic impedance is equal to the acoustic impedance of the piezoelectric material 22.

図13は、変形例及び第2比較例の感度の測定結果を示すグラフである。図13では、変形例に係る測定結果を実線L3で示し、第2比較例に係る測定結果を破線L4で示している。
図13に示すように、本発明の変形例は、第2比較例に対して、0〜20MHzの超音波の周波数帯における帯域形状を維持しつつ、中心周波数の超音波における感度を数dB上げることができる。
FIG. 13 is a graph showing the measurement results of the sensitivity of the modified example and the second comparative example. In FIG. 13, the measurement result according to the modification is indicated by a solid line L3, and the measurement result according to the second comparative example is indicated by a broken line L4.
As shown in FIG. 13, the modified example of the present invention increases the sensitivity in the ultrasonic of the center frequency by several dB while maintaining the band shape in the ultrasonic frequency band of 0 to 20 MHz compared to the second comparative example. be able to.

なお、本発明の実施の形態は、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment of the present invention should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

例えば、音響整合層23は、3層による構成に限らず、音響整合層23を構成する複数の層の数や複数の層の形成方法を適宜変更してもよい。一例として、音響整合層23を構成する複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されるようにしてもよい。この場合、具体的には、上記にて説明した音響整合層23として用いられうる材料のうち、温度等の調節により流動性及び粘性を有する塗布可能な形態を取る樹脂等を材料とする。また、充填剤の種類や量の調整等により、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層の材料を用意する。そして、音響インピーダンスが相対的に低い材料が音響レンズ25側になり、音響インピーダンスが相対的に高い材料が反対側になるように、複数の材料を順次塗り重ねるように音響整合層23を形成する。   For example, the acoustic matching layer 23 is not limited to the configuration of three layers, and the number of layers constituting the acoustic matching layer 23 and the method of forming the plurality of layers may be changed as appropriate. As an example, each of the plurality of layers constituting the acoustic matching layer 23 may be laminated by applying a material constituting each layer. In this case, specifically, among the materials that can be used as the acoustic matching layer 23 described above, a resin or the like that can be applied and has fluidity and viscosity by adjusting the temperature or the like is used as the material. In addition, a plurality of layers of materials having different acoustic impedances are prepared by adjusting the type and amount of the filler. Then, the acoustic matching layer 23 is formed so as to sequentially coat a plurality of materials such that a material having a relatively low acoustic impedance is on the acoustic lens 25 side and a material having a relatively high acoustic impedance is on the opposite side. .

音響整合層23を構成する複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されるようにすることで、音響整合層23内における音響インピーダンスの減少をより理想的な減少曲線に対応させることができることから、音響整合層23内における超音波の減衰をより小さくすることができ、より感度を上げることができる。   Each of the plurality of layers constituting the acoustic matching layer 23 is laminated by applying the material constituting each layer, so that the reduction of the acoustic impedance in the acoustic matching layer 23 corresponds to a more ideal reduction curve. Therefore, attenuation of ultrasonic waves in the acoustic matching layer 23 can be further reduced, and sensitivity can be further increased.

また、音響整合層23は、複数の層からなる多層構造以外の構造により音響インピーダンスを始点P1側から終点P2まで漸次減少させるようにしてもよい。例えば、上記にて言及した音響整合層23の材料で単一部材の音響整合層23を形成し、さらに、当該材料で形成された単一部材における充填材の割合を始点P1側から終点P2側まで漸次変化させることにより音響整合層23の音響インピーダンスを始点P1側から終点P2まで漸次減少させるようにしてもよい。   Further, the acoustic matching layer 23 may be configured to gradually reduce the acoustic impedance from the start point P1 side to the end point P2 by a structure other than a multilayer structure including a plurality of layers. For example, the acoustic matching layer 23 of the single member is formed of the material of the acoustic matching layer 23 mentioned above, and the ratio of the filler in the single member formed of the material is changed from the start point P1 side to the end point P2 side. The acoustic impedance of the acoustic matching layer 23 may be gradually decreased from the start point P1 side to the end point P2 by gradually changing to the end point P2.

また、上記の実施例や変形例では、圧電材22と音響整合層23との界面の反対側から音響レンズ25に至る音響インピーダンスの減少が指数関数的な減少曲線を示しているが、一例であってこれに限られるものでなく、適宜設定可能である。例えば、超音波画像診断装置の用途等に応じて、圧電材22と音響整合層23との界面の反対側から音響レンズ25に至る音響インピーダンスの減少が直線比例的な減少を示してもよいし、他の減少曲線を示すようにしてもよい。   In the above-described embodiments and modifications, the decrease in acoustic impedance from the opposite side of the interface between the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23 to the acoustic lens 25 shows an exponential decrease curve. Thus, the present invention is not limited to this, and can be set as appropriate. For example, the reduction in acoustic impedance from the opposite side of the interface between the piezoelectric material 22 and the acoustic matching layer 23 to the acoustic lens 25 may indicate a linear proportional reduction depending on the application of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus. Other reduction curves may be shown.

なお、本発明の実施の形態における記述は、本発明に係る超音波画像診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。超音波画像診断装置を構成する各機能部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の特徴を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。   The description in the embodiment of the present invention is an example of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of each functional unit constituting the ultrasonic diagnostic imaging apparatus can be appropriately changed without departing from the characteristics of the present invention.

S 超音波画像診断装置
2、200 超音波探触子
2a 振動子
12 送信部
13 受信部
14 画像生成部
15 メモリー部
17 表示部
21 背面層
21a バッキング材
21b 背面反射材
22 圧電材
23 音響整合層
23a 最下層
23b 中間層
23c 最上層
24 保護層
25 音響レンズ
P1 始点
P2 終点
S Ultrasonic diagnostic imaging apparatus 2, 200 Ultrasonic probe 2a Transducer 12 Transmitter 13 Receiving unit 14 Image generating unit 15 Memory unit 17 Display unit 21 Back layer 21a Backing material 21b Back reflecting material 22 Piezoelectric material 23 Acoustic matching layer 23a Bottom layer 23b Middle layer 23c Top layer 24 Protective layer 25 Acoustic lens P1 Start point P2 End point

Claims (7)

超音波を送受信する圧電材と、
前記圧電材から発信される超音波を当該超音波の発信対象に収束させるように設けられた音響レンズと、
前記圧電材と前記音響レンズとの間に位置するよう設けられた音響整合層と、
前記圧電材に対して前記音響整合層の反対側に設けられた背面層と、を備え、
前記圧電材と前記音響整合層との界面よりも前記背面層側に存する音響インピーダンスが最も大きい部材の積層方向の何れかの位置を始点とするとともに、前記音響レンズと前記音響整合層との界面の位置を終点として、前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが漸次減少するように前記音響整合層の音響インピーダンスが設定されていることを特徴とする超音波探触子。
A piezoelectric material that transmits and receives ultrasonic waves;
An acoustic lens provided to converge the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric material to the transmission target of the ultrasonic wave;
An acoustic matching layer provided to be positioned between the piezoelectric material and the acoustic lens;
A back layer provided on the opposite side of the acoustic matching layer with respect to the piezoelectric material,
Starting from any position in the stacking direction of the member having the largest acoustic impedance existing on the back layer side than the interface between the piezoelectric material and the acoustic matching layer, and the interface between the acoustic lens and the acoustic matching layer The ultrasonic probe is characterized in that the acoustic impedance of the acoustic matching layer is set so that the acoustic impedance gradually decreases from the acoustic impedance at the start point to the acoustic impedance at the end point, with the position of.
前記始点は、音響インピーダンスが最も大きい部材の、前記反対側の面の位置にあることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the start point is located on the opposite surface of a member having the largest acoustic impedance. 前記背面層は、前記圧電材よりも高い音響インピーダンスを有する背面反射材を具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波探触子。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the back layer includes a back reflecting material having higher acoustic impedance than the piezoelectric material. 前記始点から前記始点における音響インピーダンスから前記終点における音響インピーダンスまで、音響インピーダンスが指数関数的に減少することを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の超音波探触子。   4. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein an acoustic impedance decreases exponentially from an acoustic impedance at the start point to an acoustic impedance at the end point. 5. 前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、
前記複数の層の各々の厚みは、各層が有する音速及び前記超音波の中心周波数に応じた波長単位で1/4波長未満であることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の超音波探触子。
The acoustic matching layer is composed of a plurality of layers each having different acoustic impedances,
5. The thickness of each of the plurality of layers is less than ¼ wavelength in a wavelength unit corresponding to the sound speed of each layer and the center frequency of the ultrasonic wave. The described ultrasonic probe.
前記音響整合層は、それぞれ音響インピーダンスが異なる複数の層からなり、
前記複数の層の各々は各層を構成する素材の塗布により積層されることを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の超音波探触子。
The acoustic matching layer is composed of a plurality of layers each having different acoustic impedances,
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the plurality of layers is laminated by application of a material constituting each layer.
駆動信号によって被検体に向けて送信超音波を出力するとともに、被検体からの反射超音波を受信することにより受信信号を出力する超音波探触子と、
前記超音波探触子を駆動する前記駆動信号を生成する送信部と、
前記超音波探触子によって出力された前記受信信号に基づいて超音波画像を表示するための超音波画像データを生成する画像生成部と、
を備えた超音波画像診断装置において、
前記超音波探触子は、請求項1から6の何れか一項に記載の超音波探触子であることを特徴とする超音波画像診断装置。
An ultrasonic probe that outputs a transmission ultrasonic wave toward a subject by a drive signal and outputs a reception signal by receiving a reflected ultrasonic wave from the subject; and
A transmitter for generating the drive signal for driving the ultrasonic probe;
An image generation unit that generates ultrasonic image data for displaying an ultrasonic image based on the reception signal output by the ultrasonic probe;
In an ultrasonic diagnostic imaging apparatus comprising:
The ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic probe is the ultrasonic probe according to claim 1.
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