JP2006263385A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の送受信感度が良く、簡単に製造できる超音波プローブを提供すること。
【解決手段】超音波を送受信する圧電振動子と、前記圧電振動子の超音波を送受信する側に配置される音響整合レンズ３とを備え、前記音響整合レンズ３には、前記圧電振動子から離間するにつれて含有割合が変化するように添加物が添加されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被検体と圧電振動子との間の音響インピーダンスを整合して、超音波の送受信感度を向上させた超音波プローブに関する。

被検体内を超音波で走査し、被検体内における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信することで、当該被検体の内部構造を画像化する超音波診断装置が知られている。この超音波診断装置は、装置本体と超音波プローブから構成され、超音波プローブを介して被検体に対して超音波を送受信している。

超音波プローブは、超音波を送受信するための圧電振動子、圧電振動子からの超音波を収束するための音響レンズ、圧電振動子と音響レンズの間の音響インピーダンスを整合するための音響整合層、及び圧電振動子から操作者の手元側に伝播する超音波を減衰させる背面材を備えている。

ところで、音響整合層の役割である「音響インピーダンスの整合」とは、圧電振動子と音響レンズとの間の音響インピーダンスが急激に変化しないようにすることである。これは、超音波プローブ内に音響インピーダンスの大きく異なる界面が存在すると、その界面で超音波が反射してしまい、超音波の送受信感度を低下させるためである。

そのため、現在の超音波プローブでは、この送受信感度の低下を低減させるために、音響整合層を音響インピーダンスの異なる複数の整合層で構成し、これらの整合層を圧電振動子から音響レンズに亘って音響インピーダンスが滑らかに変化するように積層している。

しかしながら、音響整合層を複数の整合層で構成しても、各々の整合層は一定の音響インピーダンスであるため、整合層と整合層の境界や、整合層と音響レンズの境界では必ず超音波の反射が発生し、超音波の送受信感度を低下させる原因となる。

ところで近年、超音波の送受信感度を向上することを目的として、音響レンズにシリカ粒子を添加した超音波プローブが開示された（例えば、特許文献１）。
特開２００２−９５０８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された超音波プローブは、音響レンズ内における超音波の減衰抑制を目的としており、被検体と圧電振動子との間における音響インピーダンスの総合的な整合に関しては全く記載されていない。したがって、圧電振動子と音響レンズの間に音響整合層を配置する場合には、その音響整合層の音響インピーダンスにより、超音波の送受信感度が左右される。すなわち、音響整合層の音響インピーダンスが不適切であれば、たとえ音響レンズで超音波の減衰抑制がうまくいっても、最終的な送受信感度は低下することもある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、超音波の送受信感度が良く、簡単に製造できる超音波プローブを提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の超音波プローブは次のように構成されている。

（１）超音波を送受信する圧電振動子と、前記圧電振動子の超音波を送受信する側に配置される音響整合レンズとを備え、前記音響整合レンズには、前記圧電振動子から離間するにつれて含有割合が変化するように添加物が添加されている。

（２）超音波を送受信する圧電振動子と、前記圧電振動子の超音波を送受信する側に配置される音響整合レンズとを備え、前記音響整合レンズには、前記圧電振動子から離間するにつれて音響インピーダンスが変化するように添加物が添加されている。

（３）（１）に記載された超音波プローブにおいて、前記音響整合レンズは、前記圧電振動子に積層された、前記添加物の密度の相異なる複数のシートから構成されている。

（４）（２）に記載された超音波プローブにおいて、前記音響整合レンズは、前記圧電振動子に積層された、音響インピーダンスの相異なる複数のシートから構成されている。

本発明によれば、超音波の送受信感度を向上でき、更に製造工程を簡単化できる。

以下、図１〜図４を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
［超音波プローブの構成］
まず、図１を用いて超音波プローブの構成を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る超音波プローブの概略図である。図１において、符号１はケース、符号２は圧電振動子、符号３は音響整合レンズ、符号４は音響整合層、符号５は背面材である。

ケース１は、先端面に開口部を備え、その内側からは音響整合レンズ３が露出している。圧電振動子２は、図示しない装置本体からの駆動信号に基づき超音波を発生させ、また被検体からの反射波に基づき電気信号を発生させる。音響整合レンズ３は、圧電振動子２の超音波を送受信する側に配置され、圧電振動子２からの超音波を被検体側に伝播し、また被検体からの反射波を圧電振動子２側に伝播する。音響整合層４は、圧電振動子２と音響整合レンズ３の間に配置され、圧電振動子２と音響整合レンズ３との間の音響インピーダンスを整合させる。背面材５は、圧電振動子２の音響整合層４と反対側に配置され、圧電振動子２から伝播してくる不要な超音波を吸収する。

［音響整合レンズ３の構成］
次に、図２と図３を用いて音響整合レンズ３の構成を説明する。図２は同実施形態に係る音響整合レンズ３の構成図である。図２に示すように、この音響整合レンズ３は、圧電振動子２側から順に、第１の整合層３（１）、第２の整合層３（２）、…第ｎの整合層３（ｎ）を備えている。なお、層数は２以上とする。これら第１〜第ｎの整合層３（１）〜３（ｎ）は、いずれもシリコーンを基材としており、接合により一体化されている。なお、図２では層間の境界面が描かれているが、実際には目視できるものではない。

第１〜第ｎ−１の整合層３（１）〜（ｎ−１）は薄いシート状をしており、その内部にはＺｎＯ粒子Ｐ（添加物）が添加されている。一方、第ｎの整合層３（ｎ）は、圧電振動子２の反対側に超音波を収束するための凸曲面を備えており、その内部にはＺｎＯ粒子Ｐが添加されている。なお、ＺｎＯ粒子Ｐは、粒径が１μｍ、密度が５．６ｇ／ｃｍ３である。ここで重要なのは、圧電振動子２から遠い整合層ほどＺｎＯ粒子Ｐの添加量を低くする点である。以下、その理由を説明する。

図３は同実施形態に係るＺｎＯ粒子Ｐの添加量とシリコーンゴムの音響インピーダンスとの関係を示すグラフである。図３を見ると、ＺｎＯ粒子Ｐの添加量が増すにつれて、シリコーンゴムの音響インピーダンスが線形的に上昇していることがわかる。

したがって、前述のように圧電振動子２から遠い整合層ほどＺｎＯ粒子Ｐの添加量を低くすることで、第１〜第ｎの整合層３（１）〜３（ｎ）の音響インピーダンスを、圧電振動子２から離間するにつれて徐々に低下させることができる。

また、各整合層を薄くして整合層の数ｎを大きくすれば、音響整合レンズ３の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から、音響整合レンズ３内における超音波の反射を抑制することができる。

更に、第１の整合層３（１）の音響インピーダンスを音響整合層２に近い値にし、第ｎの整合層３（ｎ）の音響インピーダンスを被検体に近い値にすれば、音響整合レンズ３と被検体との界面や、音響整合層２と音響整合レンズ３との界面における超音波の反射を抑制することができる。

［音響整合レンズ３の製造方法］
図４を用いて音響整合レンズ３の製造方法を説明する。図４は同実施形態に係る音響整合レンズ３の製造方法を示す模式図である。まず、所定量の添加物を添加した第１〜第ｎのシリコーンゴムシート３ａ（１）〜３ａ（ｎ）を準備する。なお、第ｎのシリコーンゴムシート３ａ（ｎ）は、第ｎの整合層３（ｎ）に対応するものであり、シート状ではないが、ここではシリコーンゴムシートと呼ぶことにする。また、第１〜第ｎのシリコーンゴムシート３ａ（１）〜３ａ（ｎ）に対するＺｎＯ粒子Ｐの添加量は、それぞれ第１〜第２の整合層３（１）〜３（ｎ）に対応している。

次に、図４に示すように、金型Ｋ内に第１〜第ｎのシリコーンゴムシート３ａ（１）〜３ａ（ｎ）を、第ｎのシリコーンゴムシート３ａ（ｎ）が金型Ｋの湾曲面側となるように順に積層し、所定の温度、圧力をかけて成型する。これにより、第１〜第ｎのシリコーンゴムシート３（１）〜３ａ（ｎ）が一体化され、第１〜第ｎの整合層３（１）〜３（ｎ）からなる前記構成の音響整合レンズ３が完成する。

［本実施形態による作用］
本実施形態によれば、シリコーンを基材とした音響整合レンズ３に、前記圧電振動子２から離間するにつれて密度が高まるようにＺｎＯ粒子Ｐを添加している。これにより、音響整合レンズ３の音響インピーダンスが、圧電振動子２から離間するにつれて徐々に低下するから、音響整合レンズ３内における超音波の反射を大幅に抑制することができる。その結果、超音波の送受信感度が向上し、従来よりも鮮明な超音波画像を取得することができる。また、ＺｎＯ粒子Ｐの添加量の異なる第１〜第ｎのシリコーンゴムシート３ａ（１）〜３ａ（ｎ）を用意しておき、これらを金型で一体化するだけで済むから、製造工程が簡単であり、コストの削減を実現することができる。更に、シリコーンゴムの音響インピーダンスは、ＺｎＯ粒子Ｐの添加量に対して線形変化するため、ＺｎＯ粒子Ｐの添加量の調整が極めて簡単である。

また、従来の超音波プローブでは、音響整合層の数だけの接合工程が存在していた。すなわち、音響整合層が３層である場合、３回の接合工程が必要であった。しかしながら、本実施形態では、従来の音響レンズに相当する部品（音響整合レンズ３）に音響整合の機能を持たせたため、従来と比較して音響整合層の数を１つ減らすことができる。その結果、製造工程が簡略化され、このことによってもコストの削減を実現することができる。

なお、本実施形態では、シリコーンゴムを基材としているが、これに限定されることはなく、例えばゴムや接着剤等であっても良い。また、添加物としてＺｎＯ粒子Ｐを用いているが、これに限定されるものではなく、例えばＡｕ粒子やＰｔ粒子等であってもよい。

本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係る超音波プローブ。 同実施形態に係る音響整合レンズの構成図。 同実施形態に係るＺｎＯ粒子の添加量とシリコーンゴムの音響インピーダンスとの関係を示すグラフ。 同実施形態に係る音響整合レンズの製造方法を示す模式図。

符号の説明

２…圧電振動子、３…音響整合レンズ、Ｐ…ＺｎＯ粒子（添加物）。

Claims (4)

1. 超音波を送受信する圧電振動子と、
   前記圧電振動子の超音波を送受信する側に配置される音響整合レンズと、
   を備え、
   前記音響整合レンズには、前記圧電振動子から離間するにつれて含有割合が変化するように添加物が添加されていることを特徴とする超音波プローブ。
2. 超音波を送受信する圧電振動子と、
   前記圧電振動子の超音波を送受信する側に配置される音響整合レンズと、
   を備え、
   前記音響整合レンズには、前記圧電振動子から離間するにつれて音響インピーダンスが変化するように添加物が添加されていることを特徴とする超音波プローブ。
3. 前記音響整合レンズは、前記圧電振動子に積層された、前記添加物の密度の相異なる複数のシートから構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
4. 前記音響整合レンズは、前記圧電振動子に積層された、音響インピーダンスの相異なる複数のシートから構成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波プローブ。

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