JPH1075953A - Ultrasonic probe - Google Patents
Ultrasonic probeInfo
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- JPH1075953A JPH1075953A JP23408796A JP23408796A JPH1075953A JP H1075953 A JPH1075953 A JP H1075953A JP 23408796 A JP23408796 A JP 23408796A JP 23408796 A JP23408796 A JP 23408796A JP H1075953 A JPH1075953 A JP H1075953A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、医用超音波診断装置に
用いる超音波探触子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic probe used for a medical ultrasonic diagnostic apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超音波探触子は、圧電振動子の電気音響
変換作用を利用して、電気信号を超音波信号に、あるい
はその逆に超音波信号を電気信号に変換する装置であ
る。2. Description of the Related Art An ultrasonic probe is a device for converting an electric signal into an ultrasonic signal or vice versa by utilizing an electroacoustic conversion action of a piezoelectric vibrator.
【０００３】この変換において、信号のエネルギーの一
部は超音波探触子内で熱エネルギーに変わるので、探触
子を稼働させた場合必然的に発熱を生じる。探触子内で
の発熱箇所としては、圧電振動子、背面材、音響レン
ズ、送受波のための内蔵電気回路等がある。圧電振動子
では誘電損と機械Ｑが低いことによる損失によって発熱
が生じ、背面材や音響レンズでは超音波吸収による損失
によって発熱を生じる。また、内蔵電気回路では、回路
を構成する各素子における損失等によって発熱を生じ
る。[0003] In this conversion, a part of the energy of the signal is converted into heat energy in the ultrasonic probe, and when the probe is operated, heat is inevitably generated. Examples of the heat generating portion in the probe include a piezoelectric vibrator, a backing material, an acoustic lens, and a built-in electric circuit for transmitting and receiving waves. The piezoelectric vibrator generates heat due to the dielectric loss and the loss due to the low mechanical Q, and the back material and the acoustic lens generate heat due to the loss due to the ultrasonic absorption. Further, in the built-in electric circuit, heat is generated due to a loss in each element constituting the circuit.
【０００４】一方、超音波探触子は生体の体表に当接し
て使用するため、ＪＩＳ等の安全規格により超音波探触
子の体表接触面の温度上昇には厳しい制限が課されてお
り、従来より超音波探触子にはそのような規格を満たす
ための工夫がなされている。On the other hand, since the ultrasonic probe is used in contact with the body surface of a living body, strict restrictions are imposed on the temperature rise of the surface contact surface of the ultrasonic probe according to safety standards such as JIS. Conventionally, an ultrasonic probe has been devised to satisfy such a standard.
【０００５】図９，図１０及び図１１は、それぞれ従来
の超音波探触子の内部構造を示している。図９〜図１１
の各超音波探触子は、超音波ビームにフォーカス効果を
与えるためにそれぞれ異なる方式を採用している。FIGS. 9, 10 and 11 show the internal structure of a conventional ultrasonic probe, respectively. 9 to 11
Each ultrasonic probe employs a different method to give a focus effect to the ultrasonic beam.
【０００６】まず、図９の超音波探触子では、音響レン
ズ１６を設けることにより超音波ビームにフォーカス効
果を与えている。図９において、圧電振動子１０は、探
触子ケース２０内において背面支持材１２上に固定され
ている。圧電振動子１０の背面支持材１２と反対側、す
なわち体表接触面側は、生体との音響インピーダンスの
整合をはかるための音響整合層１４で覆われている。音
響整合層１４の材料としては、音響インピーダンスの値
が圧電振動子と生体との中間的な値となるエポキシ樹脂
等が用いられる。なお、この例では、圧電振動子１０か
ら生体までの音響インピーダンスを段階的に少しずつ変
えるために、音響整合層１４は、音響インピーダンスが
互いに異なる材料からなる２つの層１４ａ及び１４ｂに
よって構成されている。First, in the ultrasonic probe shown in FIG. 9, a focusing effect is given to the ultrasonic beam by providing the acoustic lens 16. In FIG. 9, the piezoelectric vibrator 10 is fixed on the back support 12 in the probe case 20. The opposite side of the piezoelectric vibrator 10 from the back support 12, that is, the body surface contact surface side is covered with an acoustic matching layer 14 for matching acoustic impedance with a living body. As a material of the acoustic matching layer 14, an epoxy resin or the like having an acoustic impedance value intermediate between the piezoelectric vibrator and the living body is used. In this example, in order to gradually change the acoustic impedance from the piezoelectric vibrator 10 to the living body gradually, the acoustic matching layer 14 is constituted by two layers 14a and 14b made of materials having different acoustic impedances. I have.
【０００７】音響整合層１４の体表接触面側には、超音
波ビームをフォーカスさせるための音響レンズ１６が設
けられている。そして、背面支持材１２の圧電振動子１
０と反対側には、圧電振動子１０と電気的に接続され送
受信制御等を行う内蔵電子回路１８が設けられている。
この内蔵電子回路１８は、ケーブル２４によって超音波
診断装置本体に接続されている。An acoustic lens 16 for focusing an ultrasonic beam is provided on the body matching surface side of the acoustic matching layer 14. And the piezoelectric vibrator 1 of the back support 12
On the side opposite to 0, a built-in electronic circuit 18 that is electrically connected to the piezoelectric vibrator 10 and controls transmission and reception is provided.
This built-in electronic circuit 18 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body by a cable 24.
【０００８】そして、この超音波探触子においては、圧
電振動子１０や内蔵電子回路１８等の発熱体の近傍に熱
伝導性の良い伝熱部材２２を配置することにより、発生
した熱を伝熱部材２２を介して探触子外部に素早く排熱
し、体表接触面側に伝わる熱をできるだけ少なくしてい
る。In this ultrasonic probe, the generated heat is transferred by arranging a heat transfer member 22 having good heat conductivity near a heating element such as the piezoelectric vibrator 10 or the built-in electronic circuit 18. The heat is quickly exhausted to the outside of the probe via the heat member 22 to minimize the heat transmitted to the body surface contact surface side.
【０００９】また、図１０の超音波探触子は、圧電振動
子１０等の形状を凹面状にすることにより、超音波ビー
ムをフォーカスさせている。すなわち、図１０の構成で
は、音響レンズを用いず、圧電振動子１０及び音響整合
層１４を凹面形状とすることによりフォーカス効果を得
ている。図１０の他の構成は図９の構成と同様である。
図９のように音響レンズを設けた場合、使用する超音波
の周波数が高くなると音響レンズによる減衰が無視でき
ないものとなり、感度不足になる可能性も出てくる。こ
のため、高周波の超音波を用いる超音波探触子には、図
１０のような音響レンズのない構成が採用されることが
ある。The ultrasonic probe shown in FIG. 10 focuses the ultrasonic beam by making the shape of the piezoelectric vibrator 10 and the like concave. That is, in the configuration of FIG. 10, the focusing effect is obtained by forming the piezoelectric vibrator 10 and the acoustic matching layer 14 into concave shapes without using an acoustic lens. The other configuration in FIG. 10 is the same as the configuration in FIG.
When an acoustic lens is provided as shown in FIG. 9, if the frequency of the ultrasonic wave used increases, the attenuation by the acoustic lens cannot be ignored and the sensitivity may be insufficient. For this reason, a configuration without an acoustic lens as shown in FIG. 10 may be adopted for an ultrasonic probe using high-frequency ultrasonic waves.
【００１０】また、図１１の超音波探触子では、圧電振
動子１０が分離壁２６により複数の振動素子に分割され
ている。図１１の構成は、送受信時における各振動素子
の電気信号の位相を制御することにより超音波ビームを
フォーカスさせる。なお、この構成では、音響整合層１
４も圧電振動子１０に合わせて複数に分割されている。
図１１の構成では、制御機構は複雑になるもののフォー
カスを可変にできるため、体表に近いところから遠いと
ころまで良好な分解能が得られる。In the ultrasonic probe shown in FIG. 11, the piezoelectric vibrator 10 is divided into a plurality of vibrating elements by separation walls 26. The configuration in FIG. 11 focuses the ultrasonic beam by controlling the phase of the electric signal of each transducer during transmission and reception. In this configuration, the acoustic matching layer 1
4 is also divided into a plurality according to the piezoelectric vibrator 10.
In the configuration shown in FIG. 11, since the control mechanism is complicated, the focus can be varied, so that good resolution can be obtained from a position close to the body surface to a position far from the body surface.
【００１１】図１０及び図１１の構成でも、探触子内で
発生した熱が体表に伝わるのを防止する手段としては、
伝熱部材２２によって探触子外部に排熱する方法が採ら
れていた。In the configuration of FIGS. 10 and 11, as means for preventing the heat generated in the probe from being transmitted to the body surface,
A method of discharging heat to the outside of the probe by the heat transfer member 22 has been adopted.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の超音波探触子の排熱機構は必ずしも十分な
ものとは言えなかった。このため、従来は、規格を満た
すために超音波探触子内部の発熱量を低減すべく、圧電
振動子１０への印加電圧や、圧電振動子１０の材質、内
蔵電子回路１８の増幅度や回路規模等に様々な制約を課
していた。これらの制約は、従来の超音波診断装置にお
いて、高Ｓ／Ｎ比、高品質の画像を得る際の障害となっ
ていた。However, the above-described heat removal mechanism of the conventional ultrasonic probe is not always sufficient. For this reason, conventionally, the voltage applied to the piezoelectric vibrator 10, the material of the piezoelectric vibrator 10, the amplification degree of the built-in electronic circuit 18, Various restrictions were imposed on the circuit scale and the like. These restrictions have been obstacles to obtaining a high S / N ratio and high quality image in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus.
【００１３】特に、図１０や図１１のような構造の超音
波探触子では、音響レンズがない分圧電振動子１０と体
表面との距離が接近しているため、この圧電振動子１０
の発熱は体表面に伝わりやすく、重大な問題となってい
た。In particular, in an ultrasonic probe having a structure as shown in FIGS. 10 and 11, the distance between the piezoelectric vibrator 10 and the body surface is short because the acoustic lens is not provided.
The fever easily transmitted to the body surface, which was a serious problem.
【００１４】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、圧電振動子や内部回路での発熱
が問題になる場合において、探触子内部の発熱体から体
表に伝わる熱の量を低減す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。The present invention has been made to solve such a problem, and when heat generation in a piezoelectric vibrator or an internal circuit becomes a problem, the heat is transmitted from the heating element inside the probe to the body surface. An object of the present invention is to provide an ultrasonic probe capable of reducing the amount of heat.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明に係る超音波探触子は、圧電振動子と、こ
の圧電振動子を覆う単層又は複数層の音響整合層とを含
む超音波探触子において、前記音響整合層の少なくとも
１つの層の一方を低熱伝導性音響整合層としたことを特
徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, an ultrasonic probe according to the present invention comprises a piezoelectric vibrator and a single or a plurality of acoustic matching layers covering the piezoelectric vibrator. Wherein at least one of the acoustic matching layers is a low thermal conductivity acoustic matching layer.
【００１６】この構成では、圧電振動子よりも体表接触
面側に設けられる音響整合層を熱伝導性の低い低熱伝導
性音響整合層としたことにより、圧電振動子やその他の
回路からの熱は体表接触面まで伝わりにくくなる。従っ
て、この構成によれば、超音波探触子の体表接触面の温
度上昇を抑制することができる。In this configuration, the acoustic matching layer provided on the body surface contact surface side with respect to the piezoelectric vibrator is a low thermal conductive acoustic matching layer having low thermal conductivity, so that heat from the piezoelectric vibrator and other circuits is reduced. Becomes difficult to be transmitted to the body surface contact surface. Therefore, according to this configuration, it is possible to suppress a rise in temperature of the body surface contact surface of the ultrasonic probe.
【００１７】また、本発明は、前記低熱伝導性音響整合
層が、基材とこの基材に分散された低熱伝導性材質の充
填材とを含むこと特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the low thermal conductive acoustic matching layer includes a base material and a filler of a low thermal conductive material dispersed in the base material.
【００１８】この構成では、低熱伝導性音響整合層を、
基材に低熱伝導性の充填材を分散させることにより形成
する。充填材の形態としては、微粒子、微細繊維、薄板
等を採用することができる。充填材を中空の微粒子とす
れば、当該微粒子の断熱性により低熱伝導性を達成する
ことができる。In this configuration, the low thermal conductive acoustic matching layer is
It is formed by dispersing a filler having low thermal conductivity in a base material. As the form of the filler, fine particles, fine fibers, thin plates and the like can be employed. If the filler is hollow fine particles, low heat conductivity can be achieved by the heat insulating properties of the fine particles.
【００１９】また、本発明は、前記低熱伝導性音響整合
層が、多数の微小孔が形成された基材を含むことを特徴
とする。この構成では、微小孔の断熱効果を利用して、
音響整合層の低熱伝導性化を達成する。Further, the present invention is characterized in that the low thermal conductive acoustic matching layer includes a substrate on which a large number of micropores are formed. In this configuration, utilizing the heat insulating effect of micropores,
Achieve low thermal conductivity of the acoustic matching layer.
【００２０】また、本発明は、前記低熱伝導性音響整合
層が、発泡性材料からなることを特徴とする。この構成
では、発泡性材料からなる基材の内部の気泡の断熱性に
より、音響整合層の低熱伝導性化を達成する。Further, the present invention is characterized in that the low thermal conductive acoustic matching layer is made of a foamable material. With this configuration, the thermal matching property of the acoustic matching layer is reduced due to the heat insulating properties of the bubbles inside the base material made of the foamable material.
【００２１】また、本発明は、前記充填材又は前記微小
孔又は前記発泡性材料中の気泡の超音波の放射方向につ
いての寸法を、散乱による減衰の影響を無視できる程度
に小さくしたことを特徴とする。この構成によれば、基
材と充填材との複合化による超音波減衰の増加を大幅に
抑えることができる。Further, the present invention is characterized in that the size of the filler or the micropores or the bubbles in the foamable material in the radiation direction of the ultrasonic waves is reduced to such an extent that the influence of attenuation due to scattering can be ignored. And According to this configuration, an increase in ultrasonic attenuation due to the composite of the base material and the filler can be significantly suppressed.
【００２２】また、本発明は前記低熱伝導性音響整合層
において、前記圧電振動子側ほど前記充填材又は前記微
小孔又は前記発泡性材料中の気泡の分布密度を小さくし
たことを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that, in the low thermal conductivity acoustic matching layer, the distribution density of bubbles in the filler, the micropores, or the foamable material is reduced toward the piezoelectric vibrator.
【００２３】この構成によれば、前記充填材又は微小孔
又は前記発泡性材料中の気泡の密度が圧電振動子に近い
側ほど小さく遠い側ほど大きくなるように構成したこと
によって、音響整合層の音響インピーダンスは体表接触
面側に近づくほど小さくなる。このような構成によれ
ば、超音波探触子の体表接触面への熱の伝搬が抑制され
るとともに、圧電振動子と生体との間の音響インピーダ
ンスの整合作用が向上する。According to this configuration, the density of the filler or the micropores or the bubbles in the foamable material is configured to be smaller on the side closer to the piezoelectric vibrator and larger on the side farther from the piezoelectric vibrator. The acoustic impedance decreases as it approaches the body surface contact surface side. According to such a configuration, the propagation of heat to the body surface contact surface of the ultrasonic probe is suppressed, and the action of matching the acoustic impedance between the piezoelectric vibrator and the living body is improved.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波探触子
の実施形態を図面に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an ultrasonic probe according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２５】図１は、本発明に係る超音波探触子の好適
な実施形態の構成を示す断面図である。図１において、
図１０に示した従来の構成と同一もしくはそれに相当す
る構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略す
る。FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a preferred embodiment of an ultrasonic probe according to the present invention. In FIG.
Components that are the same as or equivalent to the conventional configuration shown in FIG. 10 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
【００２６】図１の構成において特徴的なことは、圧電
振動子１０の体表接触面側に、低熱伝導性音響整合層１
４０が設けられている点である。すなわち、本実施形態
では、圧電振動子１０と生体２００表面との間に設けら
れる音響整合層のうちの一つを低熱伝導性の良い材料か
らなる低熱伝導性音響整合層１４０とすることにより、
圧電振動子１０や内蔵電子回路１８からの熱が生体２０
０へ伝わるのを防止している。低熱伝導性音響整合層１
４０の材料としては、単一材料で低熱伝導性と音響特性
との両方を満足する材料が現在のところ知られていない
ので、本実施形態では、音響整合層の材料として一般的
に用いられるエポキシ樹脂等の樹脂やセラミックス等を
基材とし、この基材よりも熱伝導性の低い材料からなる
微粒子をその基材に多数分散させて形成したものを低熱
伝導性音響整合層１４０として用いている。なお、図１
においては、超音波探触子と生体２００との間に空気層
ができないようにするために、ゲル２５が用いられてい
る。1 is characterized in that the low thermal conductivity acoustic matching layer 1 is provided on the surface of the piezoelectric vibrator 10 which is in contact with the body surface.
40 is provided. That is, in the present embodiment, by setting one of the acoustic matching layers provided between the piezoelectric vibrator 10 and the surface of the living body 200 as the low thermal conductive acoustic matching layer 140 made of a material having low thermal conductivity,
Heat from the piezoelectric vibrator 10 and the built-in electronic circuit 18
Prevents transmission to zero. Low thermal conductive acoustic matching layer 1
As the material of the material 40, a material that satisfies both low thermal conductivity and acoustic characteristics with a single material is not known at present, and therefore, in this embodiment, the epoxy material generally used as the material of the acoustic matching layer is used. A low thermal conductive acoustic matching layer 140 is formed by dispersing a large number of fine particles made of a material having a lower thermal conductivity than the substrate as a base material, such as a resin such as a resin or a ceramic material. . FIG.
In the above, the gel 25 is used to prevent an air layer from being formed between the ultrasonic probe and the living body 200.
【００２７】図５は、低熱伝導性音響整合層１４０の構
造を詳しく示した断面図であり、図５に示すように、低
熱伝導性音響整合層１４０は、エポキシ樹脂等からなる
基材１４０ａ中に、熱伝導性の低い低熱伝導性微粒子１
４２を混入・分散させて形成したものである。低熱伝導
性微粒子１４２としては、シリコーン等のゴム材からな
る微粒子を用いることが好適である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the low thermal conductive acoustic matching layer 140 in detail. As shown in FIG. 5, the low thermal conductive acoustic matching layer 140 is formed of a base material 140a made of epoxy resin or the like. Low thermal conductive fine particles 1 having low thermal conductivity
42 are mixed and dispersed. As the low thermal conductive fine particles 142, it is preferable to use fine particles made of a rubber material such as silicone.
【００２８】また、低熱伝導性音響整合層１４０として
は、空気の断熱性を利用することもできる。すなわち、
基材１４０ａの中に微小な気泡を多数分散させることに
より、断熱効果を高めることができる。このような低熱
伝導性音響整合層１４０の具体的な構成としては、例え
ば基材１４０ａ中に中空ガラス粒子や各種の発泡性樹脂
からなる微粒子等を分散させたものが挙げられる。ま
た、このほかに、基材１４０ａ自体を発泡樹脂や発泡セ
ラミック等の発泡性材料とすることによっても、このよ
うな微小気泡が多数分散された低熱伝導性音響整合層１
４０を形成することができる。また、図６に示すよう
に、樹脂やセラミックスの基材１４０ａに微小孔１４４
を多数形成したものを、低熱伝導性音響整合層１４０と
して採用することもできる。更には、これらの構成にお
いて、気泡や微小孔に低熱伝導性の良い樹脂を充填し、
構造強度や音響特性を改善することも可能である。Further, as the low thermal conductive acoustic matching layer 140, heat insulation of air can be used. That is,
By dispersing a large number of fine bubbles in the base material 140a, the heat insulating effect can be enhanced. As a specific configuration of such a low thermal conductive acoustic matching layer 140, for example, a material in which hollow glass particles or fine particles made of various foaming resins are dispersed in a base material 140a may be mentioned. In addition, the base material 140a itself may be made of a foaming material such as a foamed resin or foamed ceramic, so that the low thermal conductive acoustic matching layer 1 in which many such microbubbles are dispersed is formed.
40 can be formed. Further, as shown in FIG. 6, fine holes 144 are formed in a resin or ceramic base material 140a.
May be adopted as the low thermal conductive acoustic matching layer 140. Furthermore, in these configurations, air bubbles and micropores are filled with a resin having low thermal conductivity,
It is also possible to improve structural strength and acoustic characteristics.
【００２９】また、低熱伝導性音響整合層１４０とし
て、低熱伝導性微粒子の代わりに低熱伝導性材質からな
る微細繊維を基材１４０ａ中に分散させたものを用いる
こともできる。また、図７に示すように低熱伝導性音響
整合層１４０として、低熱伝導性微粒子の代わりに低熱
伝導性薄板１４６を基材１４０ａ中に分散して積層させ
たものを用いることもできる。As the low thermal conductive acoustic matching layer 140, a material in which fine fibers made of a low thermal conductive material are dispersed in the base material 140a instead of the low thermal conductive fine particles can be used. As shown in FIG. 7, as the low thermal conductive acoustic matching layer 140, a layer obtained by dispersing and laminating a low thermal conductive thin plate 146 in the base material 140a instead of the low thermal conductive fine particles can be used.
【００３０】このような低熱伝導性音響整合層１４０に
おいて、超音波の伝達効率等の音響特性を維持するため
には、前述の低熱伝導性微粒子１４２、微小孔１４４、
微細繊維又は低熱伝導性薄板１４６（以下、「微粒子
等」と略する）の超音波放射方向についての寸法を、散
乱による超音波減衰の影響を無視できる程度に小さくす
る必要がある。In such a low thermal conductive acoustic matching layer 140, in order to maintain acoustic characteristics such as transmission efficiency of ultrasonic waves, the above-mentioned low thermal conductive fine particles 142, fine holes 144,
It is necessary to reduce the size of the fine fibers or the low heat conductive thin plate 146 (hereinafter, abbreviated as “fine particles”) in the ultrasonic radiation direction to such an extent that the influence of ultrasonic attenuation due to scattering can be ignored.
【００３１】Ｓｔｅｎｚｅｌ（ステンツェル）によれ
ば、剛体球による反射は以下の式で表される。According to Stenzel, reflection by a hard sphere is expressed by the following equation.
【００３２】[0032]
【数１】 Ｒｐ＝（２ａ／ｘ）・｜ｚ（ｋａ）｜ …（１） ａ：剛体球の半径（２ａ：剛体球の径） ｘ：音源から剛体球までの距離 Ｒｐ：反射率（反射音圧の強さを表す） ｚ：Ｓｔｅｎｚｅｌのｚ関数（ベッセル関数を含む無限
級数） ｋ：波長定数（ｋ＝２π／λ、λは超音波の波長） 上式（１）において、ｚ（ｋａ）は、反射音圧の超音波
波長及び剛体球の径に対する依存性を表している。本実
施形態において用いる低熱伝導性微粒子等は必ずしも剛
体ではないが、剛体の場合が最も反射が強いと考えられ
るので、前記ｚ関数による評価を、前記微粒子等による
散乱（反射と散乱とは物理的に同一である）の上限の目
安として用いることができる。Rp = (2a / x) · | z (ka) | (1) a: radius of rigid sphere (2a: diameter of rigid sphere) x: distance from sound source to rigid sphere Rp: reflectance ( Z: Stensel's z function (infinite series including Bessel function) k: wavelength constant (k = 2π / λ, λ is the wavelength of ultrasonic wave) In the above equation (1), z ( ka) represents the dependence of the reflected sound pressure on the ultrasonic wavelength and the diameter of the hard sphere. Although the low thermal conductive fine particles used in the present embodiment are not necessarily rigid, it is considered that the reflection is strongest in the case of a rigid body. Is the same as the above).
【００３３】図１２に、Ｓｔｅｎｚｅｌのｚ関数のグラ
フを示す。これによると、球径が波長の１／πより十分
大きいところではｚ関数の値はほぼ一定であり、逆に球
径が波長の１／πより十分小さいところでは、ｚ関数の
値は球径と波長の比の２乗に比例して小さくなっている
ことがわかる。FIG. 12 shows a graph of the Stenzel z-function. According to this, when the sphere diameter is sufficiently larger than 1 / π of the wavelength, the value of the z function is substantially constant, and conversely, when the sphere diameter is sufficiently smaller than 1 / π of the wavelength, the value of the z function is the sphere diameter. It can be seen that it becomes smaller in proportion to the square of the ratio of the wavelength and the wavelength.
【００３４】以上によれば、超音波の伝達効率等の音響
特性を維持するためには、微粒子等の超音波放射方向に
ついての寸法は次式を満たす必要がある。As described above, in order to maintain the acoustic characteristics such as the transmission efficiency of the ultrasonic waves, the dimensions of the particles and the like in the ultrasonic radiation direction must satisfy the following equation.
【００３５】[0035]
【数２】ｄ＜λ／ｎ …（２） ｄ：微粒子等の超音波放射方向についての寸法 λ：超音波の波長 ｎ：正数 本実施形態においては、上式（２）のｎを１５程度以上
にすることが好適である。図１２のグラフによれば、ｎ
＝１５とした場合の反射音圧は、寸法ｄを超音波の波長
程度（すなわちｎ＝１程度）にした場合の１／１０以下
となる。上式（２）は剛体に関する式であり、剛体は音
響インピーダンスが無限大で、超音波の反射が最も強い
場合と考えられる。これに対して、実際の微粒子等は音
響インピーダンスが剛体よりも小さいので、超音波の反
射は剛体の場合より小さい。従って、ｎが１５以上とい
うのはあくまで目安であり、実際の微粒子等ではｎを１
５より小さくしても十分な場合もある。## EQU2 ## d <λ / n (2) d: dimension in the ultrasonic radiation direction of fine particles or the like λ: wavelength of ultrasonic wave n: positive number In the present embodiment, n in the above equation (2) is 15 It is preferable to set it to at least the degree. According to the graph of FIG.
= 15, the reflected sound pressure is 1/10 or less of the case where the dimension d is about the wavelength of the ultrasonic wave (that is, about n = 1). The above equation (2) relates to a rigid body, and it is considered that the rigid body has an infinite acoustic impedance and the strongest reflection of ultrasonic waves. On the other hand, since the actual fine particles have an acoustic impedance smaller than that of the rigid body, the reflection of the ultrasonic wave is smaller than that of the rigid body. Therefore, it is only a guide that n is 15 or more, and n is 1 in actual fine particles.
In some cases, a value smaller than 5 is sufficient.
【００３６】なお、本実施形態において、低熱伝導性微
粒子１４２の形状は球に限定されるものではなく、また
微小孔１４４の断面形状も円に限定されるものではな
い。In the present embodiment, the shape of the low thermal conductive fine particles 142 is not limited to a sphere, and the cross-sectional shape of the fine holes 144 is not limited to a circle.
【００３７】このように、本実施形態によれば、所定条
件を満たす大きさの低熱伝導性の微粒子等を基材に分散
させて形成した低熱伝導性音響整合層１４０を用いたこ
とにより、音響特性の劣化を最低限に抑えつつ低熱伝導
性を増すことができるので、圧電振動子１０や内蔵電子
回路１８から発生する熱が生体２００側に伝わるのを防
ぎ、超音波探触子の体表接触面の温度上昇を抑えること
ができる。この結果、圧電振動子１０への印加電圧や内
蔵電子回路１８の規模等を多少大きくしても、温度に関
する規格を満たすことができるので、内蔵電子回路の回
路規模、圧電振動子への印加電圧や圧電振動子の材料の
選択等、超音波探触子の設計の自由度が増し、より高性
能の超音波探触子を得ることができる。As described above, according to the present embodiment, by using the low thermal conductive acoustic matching layer 140 formed by dispersing low thermal conductive fine particles or the like having a size that satisfies the predetermined condition in the base material, the acoustic matching layer 140 is used. Since the low thermal conductivity can be increased while minimizing the deterioration of the characteristics, the heat generated from the piezoelectric vibrator 10 and the built-in electronic circuit 18 is prevented from being transmitted to the living body 200 side, and the body of the ultrasonic probe is prevented. The temperature rise of the contact surface can be suppressed. As a result, even if the voltage applied to the piezoelectric vibrator 10 and the scale of the built-in electronic circuit 18 are slightly increased, the temperature standard can be satisfied. The degree of freedom in designing the ultrasonic probe, such as selection of materials for the piezoelectric vibrator and the piezoelectric vibrator, is increased, and a higher-performance ultrasonic probe can be obtained.
【００３８】また、基材に低熱伝導性の微粒子等を分散
させることは音響整合層全体としての音響インピーダン
スに変化をもたらすので、本実施形態の低熱伝導性音響
整合層によれば、エポキシ樹脂等の基材だけでは困難で
あった音響インピーダンスの微調整が可能になる。例え
ば、２層構造の音響整合層を有する超音波振動子におい
て、圧電振動子側の音響整合層としてガラス材質からな
るものを用いた場合、体表接触面側の音響整合層として
エポキシ樹脂単体からなるものを用いると音響インピー
ダンスが理想値より大きくなってロスが生じるが、この
エポキシ樹脂の層にシリコーンや中空ガラス等の微粒子
を分散させれば、音響インピーダンスを低下させて理想
値に近づけることが可能となる。Also, dispersing low thermal conductive fine particles or the like in the base material changes the acoustic impedance of the entire acoustic matching layer. Therefore, according to the low thermal conductive acoustic matching layer of the present embodiment, epoxy resin or the like is used. Fine adjustment of the acoustic impedance, which was difficult with only the base material, becomes possible. For example, in an ultrasonic vibrator having a two-layer acoustic matching layer, when a glass material is used as the acoustic matching layer on the piezoelectric vibrator side, an epoxy resin alone is used as the acoustic matching layer on the body surface contact surface side. However, if the acoustic impedance becomes larger than the ideal value, a loss will occur.However, if fine particles such as silicone or hollow glass are dispersed in this epoxy resin layer, the acoustic impedance can be reduced to approach the ideal value. It becomes possible.
【００３９】以上では、図１のごとく圧電振動子１０を
凹面形状にした超音波探触子について説明したが、本発
明は、図２のように圧電振動子１０を複数に分割する場
合や、図３のように音響レンズ１６を設ける場合にも適
用可能である。図２及び図３において、図１の各構成要
素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明
を省略する。図２及び図３の構成においても、低熱伝導
性音響整合層１４０を設けることにより、超音波探触子
内部で発生した熱が生体側に伝わるのを防ぐことができ
る。In the above, the ultrasonic probe in which the piezoelectric vibrator 10 has a concave shape as shown in FIG. 1 has been described. However, the present invention is applicable to a case where the piezoelectric vibrator 10 is divided into a plurality of parts as shown in FIG. It is also applicable to the case where the acoustic lens 16 is provided as shown in FIG. 2 and 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. 2 and 3, the provision of the low thermal conductivity acoustic matching layer 140 can prevent the heat generated inside the ultrasonic probe from being transmitted to the living body.
【００４０】なお、以上の説明においては、２層からな
る音響整合層のうちの１層を低熱伝導性音響整合層とす
る例について説明したが、本発明はこのような構成に限
らず、音響整合層が１層しかない超音波探触子や３層以
上の音響整合層を持つ超音波探触子にも適用可能であ
る。複数層の音響整合層を持つ超音波探触子では、原理
的には複数の層のうちのどの層を低熱伝導性音響整合層
としても、本実施形態と同様の効果が得られる。また、
複数層の音響整合層をすべて低熱伝導性音響整合層とす
ることも可能である。In the above description, an example has been described in which one of the two acoustic matching layers is a low thermal conductivity acoustic matching layer. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the present invention is not limited to such a configuration. The present invention is also applicable to an ultrasonic probe having only one matching layer or an ultrasonic probe having three or more acoustic matching layers. In an ultrasonic probe having a plurality of acoustic matching layers, in principle, the same effects as those of the present embodiment can be obtained even if any of the plurality of layers is used as the low thermal conductive acoustic matching layer. Also,
All of the plurality of acoustic matching layers can be low thermal conductive acoustic matching layers.
【００４１】また、図１では内蔵電子回路１８を含む超
音波探触子について説明したが、本発明は、図４に示す
ような内蔵電子回路を含まない超音波探触子にも適用可
能である。Although the ultrasonic probe including the built-in electronic circuit 18 has been described with reference to FIG. 1, the present invention can be applied to an ultrasonic probe not including the built-in electronic circuit as shown in FIG. is there.
【００４２】次に、本実施形態の変形例について説明す
る。図８は、本実施形態の変形例に係る超音波探触子の
要部断面を示した図である。図１の構成では、低熱伝導
性音響整合層１４０内の低熱伝導性微粒子の分布は一様
であったが、この変形例では、低熱伝導性微粒子の分布
状態に変化を持たせた低熱伝導性音響整合層１５０を用
いている。この低熱伝導性音響整合層１５０は、圧電振
動子側から体表接触面側に向かって低熱伝導性微粒子の
分布密度が次第に濃くなっていくように形成されてい
る。このような構成の低熱伝導性音響整合層１５０によ
れば、音響インピーダンスが圧電振動子側から体表接触
面側に向かって連続的に小さくなっていくので、理想的
な音響インピーダンス特性を実現することができる。も
ちろん、この構成は、低熱伝導性音響整合層１５０は、
体表接触面の温度上昇を抑えるという点でも図１の低熱
伝導性音響整合層１４０と同様の効果が得られる。Next, a modification of this embodiment will be described. FIG. 8 is a view showing a cross section of a main part of an ultrasonic probe according to a modification of the present embodiment. In the configuration of FIG. 1, the distribution of the low thermal conductive fine particles in the low thermal conductive acoustic matching layer 140 is uniform, but in this modification, the distribution of the low thermal conductive fine particles is changed to change the low thermal conductive fine particles. The acoustic matching layer 150 is used. The low thermal conductive acoustic matching layer 150 is formed such that the distribution density of the low thermal conductive fine particles gradually increases from the piezoelectric vibrator side toward the body surface contact surface side. According to the low-thermal-conductivity acoustic matching layer 150 having such a configuration, the acoustic impedance continuously decreases from the piezoelectric vibrator side toward the body surface contact surface side, so that ideal acoustic impedance characteristics are realized. be able to. Of course, in this configuration, the low thermal conductive acoustic matching layer 150
The same effect as that of the low thermal conductive acoustic matching layer 140 of FIG. 1 can be obtained in that the temperature rise of the body surface contact surface is suppressed.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
音響整合層を低熱伝導性の部材としたことにより、超音
波探触子内部の発熱体から体表接触面に伝わる熱の量を
低減して体表接触面の温度上昇を抑えることが可能とな
る。このため、超音波探触子の温度に関する規格を容易
に満たすことができるので、超音波探触子の設計の自由
度が増し、より高性能の超音波探触子を得ることができ
る。As described above, according to the present invention,
By using a low thermal conductive material for the acoustic matching layer, it is possible to reduce the amount of heat transmitted from the heating element inside the ultrasonic probe to the body surface contact surface, thereby suppressing the temperature rise on the body surface contact surface. Become. For this reason, the standard regarding the temperature of the ultrasonic probe can be easily satisfied, so that the degree of freedom in designing the ultrasonic probe is increased, and a higher-performance ultrasonic probe can be obtained.
【図１】 本発明に係る超音波探触子の実施形態を示す
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an ultrasonic probe according to the present invention.
【図２】 本発明に係る超音波探触子の別の例を示す断
面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the ultrasonic probe according to the present invention.
【図３】 本発明に係る超音波探触子の別の例を示す断
面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the ultrasonic probe according to the present invention.
【図４】 内蔵電子回路のない超音波探触子に低熱伝導
性音響整合層を適用した例の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of an example in which a low thermal conductivity acoustic matching layer is applied to an ultrasonic probe without a built-in electronic circuit.
【図５】 基材に低熱伝導性微粒子を分散させた低熱伝
導性音響整合層の一例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a low thermal conductive acoustic matching layer in which low thermal conductive fine particles are dispersed in a base material.
【図６】 基材に多数の微小孔を設けた低熱伝導性音響
整合層の例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an example of a low thermal conductive acoustic matching layer in which a number of micro holes are provided in a base material.
【図７】 基材に低熱伝導性材質からなる薄板を分散積
層した低熱伝導性音響整合層の例を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of a low thermal conductive acoustic matching layer in which thin plates made of a low thermal conductive material are dispersed and laminated on a base material.
【図８】 実施形態の変形例を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the embodiment.
【図９】 従来の超音波探触子を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional ultrasonic probe.
【図１０】 従来の超音波探触子の別の例を示す断面図
である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of a conventional ultrasonic probe.
【図１１】 従来の超音波探触子の別の例を示す断面図
である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of a conventional ultrasonic probe.
【図１２】 Ｓｔｅｎｚｅｌのｚ関数のグラフを示す図
である。FIG. 12 is a diagram illustrating a graph of a Stenzel z-function.
１０ 圧電振動子、１２ 背面支持材、１４ 音響整合
層、１６ 音響レンズ、１８ 内蔵電子回路、２０ 探
触子ケース、２２ 伝熱部材、２４ ケーブル、２５
ゲル、２６ 分離壁、１４０，１５０ 低熱伝導性音響
整合層、１４２低熱伝導性微粒子、１４４ 微小孔、１
４６ 低熱伝導性薄板。Reference Signs List 10 piezoelectric vibrator, 12 back support, 14 acoustic matching layer, 16 acoustic lens, 18 built-in electronic circuit, 20 probe case, 22 heat transfer member, 24 cable, 25
Gel, 26 separation wall, 140, 150 low thermal conductive acoustic matching layer, 142 low thermal conductive fine particles, 144 micropore, 1
46 Low thermal conductive sheet.
Claims (10)
層又は複数層の音響整合層と、を含む超音波探触子にお
いて、 前記音響整合層の少なくとも１つの層の一方を低熱伝導
性音響整合層としたことを特徴とする超音波探触子。1. An ultrasonic probe including a piezoelectric vibrator and a single layer or a plurality of acoustic matching layers covering the piezoelectric vibrator, wherein at least one of the acoustic matching layers has low thermal conductivity. An ultrasonic probe characterized by having an acoustic matching layer.
れた低熱伝導性材質の充填材とを含むこと特徴とする超
音波探触子。2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the low thermal conductive acoustic matching layer includes a base material and a filler made of a low thermal conductive material dispersed in the base material. Ultrasonic probe.
とを特徴とする超音波探触子。3. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the filler is fine particles made of a material having low thermal conductivity.
波探触子。4. The ultrasonic probe according to claim 3, wherein the fine particles are hollow fine particles.
ことを特徴とする超音波探触子。5. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the filler is a fine fiber made of a material having low thermal conductivity.
を特徴とする超音波探触子。6. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein the filler is a thin plate made of a material having low thermal conductivity.
微小孔を形成して成ること特徴とする超音波探触子。7. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the low thermal conductive acoustic matching layer is formed by forming a large number of small holes in a base material of a predetermined material. .
て、 前記低熱伝導性音響整合層は、発泡性の基材からなるこ
とを特徴とする超音波探触子。8. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the low thermal conductive acoustic matching layer is made of a foamable base material.
超音波探触子において、 前記充填材又は前記微小孔又は前記発泡性基材の気泡の
超音波の放射方向についての寸法を、散乱による減衰の
影響を無視できる程度に小さくしたことを特徴とする超
音波探触子。9. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein a dimension of the filler or the micropores or the bubbles of the foamable base material in the ultrasonic radiation direction is determined. An ultrasonic probe characterized in that the effect of attenuation due to scattering is reduced to a negligible level.
の超音波探触子において、 前記低熱伝導性音響整合層において、前記圧電振動子側
ほど前記充填材又は前記微小孔又は前記発泡性基材の気
泡の分布密度を小さくしたことを特徴とする超音波探触
子。10. The ultrasonic probe according to claim 2, wherein, in the low thermal conductive acoustic matching layer, the filler, the micropores, or the foam is closer to the piezoelectric vibrator. An ultrasonic probe characterized in that the distribution density of air bubbles in a porous substrate is reduced.
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