JPH11113908A

JPH11113908A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH11113908A
Application number: JP9290551A
Authority: JP
Inventors: Takaya Osawa; 孝也大澤; Yozo Kobayashi; 洋三小林; Hidezo Sano; 秀造佐野; Mikio Izumi; 美喜雄泉; Yukio Ito; 由喜男伊藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】伝播ロスの低減による高感度化、かつ作製容
易、工数低減などによる低コスト化が可能な音響整合層
を有する超音波探触子を提供する。【解決手段】振動子１の前面に設けられる第一音響整
合層２と第二音響整合層３とした、例えば、タングステ
ン粉末を混入したエポキシ樹脂で、その厚さが第一と第
二音響整合層の厚さの合計になるように調整し、タング
ステン粉末を沈殿あるいは遠心分離により二層分離さ
せ、タングステン沈殿部を第一音響整合層２，および沈
殿後の上澄み部を第二音響整合層３としたものを用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いて被
検体内を画像として描出する超音波装置の分野で用いら
れる超音波探触子に係わり、特に音響整合層の形成技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】医療画像診断に用いられる超音波診断装
置は、超音波パルス反射法を用いて、生体の軟部組織の
断層像や生体内を流れる血流等をほぼリアルタイムでモ
ニタに表示して観察でき、また、放射線被爆のようなも
のもなく安全性が高いとされ、さらに、小型で安価なこ
ともあって、広く医療の分野で利用されている。かかる
超音波診断装置では、被検体への超音波の送信と被検体
内からのエコー信号の受信のために超音波探触子を用い
る。

【０００３】超音波探触子の基本構成は、一般に圧電振
動子の背面に吸音材、超音波の放射面に音響整合層を設
けたものから形成されている。機械走査型超音波装置で
は、単板の振動子が用いられ、音響レンズで超音波ビー
ムを収束させ、それを機械的に走査することにより超音
波画像を得ている。一方、電子走査型の超音波装置に用
いられる探触子は、通常細長い短冊状の振動子が多数配
列されたものからなっている。この細長い短冊状の振動
子の複数個を一群として、その一群の中の各振動子をそ
れぞれ所定の遅延時間を与えて振動する。これにより、
探触子から被検体内の所定深度および所定方向へ、収束
する超音波ビームを送信する。また、受信時に、各振動
子へ時間とともに変化する遅延時間を与えて所定方向か
ら超音波ビームを受信する。そして、前記送受信の超音
波ビームを振動子の配列方向に移動して、被検体内を走
査することにより、超音波画像データを得る。

【０００４】前記した音響整合層は、振動子から放射さ
れた超音波ビームを効率良く被検体内に伝えるととも
に、被検体内の軟部組織表面で反射し戻ってきた超音波
ビームを効率良く振動子へ伝える役割を持つ。超音波ビ
ーム伝播の効率は、音響整合層の厚みと、音響整合層の
持つ音速と密度より算出される音響インピーダンスによ
って決まる。音響整合層の厚みは一般に波長／４とした
ものが良いとされている。音響整合層の音響インピーダ
ンスは一般に、振動子の音響インピーダンスと生体の音
響インピーダンスの中間の値を示したものを用い、ＫＬ
Ｍモデル法などの算出法により求められる。特に、音響
整合層が多層構造となっている場合は、生体側の層から
振動子側の層にかけて、順次音響インピータンスの高い
材料を用いた構成となっている。このように、音響整合
層を製作するためには、音響インピーダンスを所定の値
に調整する技術が必要であり、その手法の一つとして、
樹脂に金属粉を均等に配合させることが行われている。
つまり、樹脂と金属粉の配合比を調整することによっ
て、音響インピーダンスを調整することができる。多層
構造の音響整合層は、前記の如く製作された各々の材料
それぞれを接着もしくは層状に流し込んで硬化させる方
法により製作される。

【０００５】図３は従来の超音波探触子の断面図及びそ
の音響整合層の製法を説明する図である。図３の（ａ）
において、１はＰＺＴなどの圧電セラミックの両面に電
極層を形成してなる圧電振動子，２は圧電振動子１の超
音波放射，入射面側に形成された第一音響整合層，３は
第二音響整合層，４は超音波ビームをフォーカスさせた
めのシリコンゴムなどからなる音響レンズ，５は圧電振
動子１の背面に設けられたフェライトゴムなどのパッキ
ング材である。６は第一音響整合層２上に第二音響整合
層３を積層するための接着剤である。第一音響整合層２
と第二音響整合層３とは次のようにして作成される。す
なわち、図３の（ｂ）に示すように、第一音響整合層２
として、例えばタングステン粉末（８３ｗｔ％）を混入
したエポキシ樹脂のシートを作成し、その音響インピー
ダンスを９．１ＭＲａｙｌとし、厚みを１７０μｍ（周
波数２．５ＭＨｚ）に研磨し仕上げる。別に第二音響整
合層３として、音響インピーダンス２．８ＭＲａｙｌの
エポキシ樹脂を厚み２５０μｍ（周波数２．５ＭＨｚ）
のシートに加工する。この二つのシートをエポキシ系の
接着剤６により貼りあわせる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、二層以上の音響
整合層の製作には、各々音響インピーダンス、厚みを調
整された薄い板を接着等により積層する手法がとられて
いた。例えば、振動子の超音波放射面上にまず形成する
第一音響整合層にタングステン粉を混入したエポキシ樹
脂のシートを作成し、その上に積層する第二音響整合層
にポリウレタン樹脂等のシートを作成する。各々のシー
トを所望の厚みに研磨加工し、その後接着剤で接着加工
がなされている。このような加工法では、研磨等の時間
を要し工程が長く、コスト高になる。また接着剤を使用
するため、音響的なミスマッチ等による伝播ロスの原因
となり、超音波の送受感度の低下をまねきかねないなど
の欠点があった。

【０００７】本発明の目的は以上の問題点を解消するた
めになされたものであり、伝播ロスの低減による感度向
上、さらに工数低減、作成容易によるコスト低減などを
可能とする音響整合層を用いた超音波探触子を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波探触子の振動子の超音波放射，入
射面側に設けられた音響整合層として、低粘度の樹脂に
密度大で粒径小の金属粉またはその酸化物粉を混入さ
せ、樹脂部と金属粉含有樹脂部または樹脂部と金属酸化
物粉含有樹脂部とを分離し一体に形成させたものを用い
ることを特徴とする。その分離形成法としては、例えば
沈殿法や遠心分離法を用いる。加えて、金属粉にはタン
グステンあるいは銀、金属酸化物粉には酸化タングステ
ン等を用いる。また、樹脂には、低粘度エポキシ樹脂等
を用いる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図１および
図２に従って説明する。なお、図３と同じ部分は同一の
番号で示す。

【００１０】図１は、本発明の一実施例の超音波探触子
の断面構成図であり、音響整合層として、図３のような
接着剤６を介することなく、第一音響整合層２と第二音
響整合層３とを分離一体に形成したものを用い、これを
圧電振動子１及び音響レンズ４に接着したものである。

【００１１】次に、第一音響整合層２と第二音響整合層
３とを分離一体に形成する方法について述べる。樹脂の
例として、低粘度エポキシＳｐｕｒｒを、混入物として
の金属粉として、粒径０.５ｍｍのタングステン粉末を
使用する。

【００１２】まず、Ｓｐｕｒｒ３２０ｇとタングステン
粉末５０ｇをカップに入れて超音波振動を与えてよく混
ぜ合わせる。それを、９０ｍｍ×１８０ｍｍの面積で一
様な平行度を持つカタに流し込む。樹脂は低粘度なため
沈殿法もしくは遠心分離法により、樹脂の層とタングス
テン粉末＋樹脂の層とに分離される。その後硬化させる
と、上層に音響インピーダンスの低い層、下層に音響イ
ンピーダンスの高い層が出来上がる。出来上がったシー
トを定寸にカットし、振動子の上面に接着することによ
って、該シートは第１および２音響整合層２，３として
の役割をする。

【００１３】図２は、上記製法によって第一音響整合層
２と第二音響整合層３とが分離一体に形成される様子を
示したものである。すなわち、７はタングステン粉末を
重量比率で３４％混入したエポキシ樹脂で、その厚さが
第一音響整合層２に相当する厚さ１７０μｍと第二音響
整合層３に相当する厚さ２５０μｍの合計４２０μｍに
なるようにその量を調整してよく混合する。このタング
ステン粉末を混入したエポキシ樹脂７を放置することに
より、タングステン粉末は沈殿し、二層に完全に分離す
る。ここで、タングステン粉末が沈殿した部分は第一音
響整合層２として作用し、その音響インピータンスは
９．１ＭＲａｙｌ，厚みは１７０μｍになる。一方、沈
殿後の上澄み部はタングステン粉末のない純粋なエポキ
シ樹脂となり、第二音響整合層３として作用するように
なる。この第二音響整合層３の音響インピーダンスは
２．８ＭＲａｙｌ，厚みは２５０μｍになる。

【００１４】上記実施例では、樹脂としてエポキシ樹脂
を、また、金属粉としてタングステン粉末を用いたが、
エポキシ樹脂の代りとしてポリウレタン樹脂を、また、
タングステン粉末の代りとして酸化タングステンＷ
Ｏ₃、または銀Ａｇを用いてもよい。その理由は、以下
の通りである。

【００１５】音響整合層を製作するにあたって考慮しな
ければならないパラメータに、音響インピータンスが挙
げられる。音響インピーダンスは、その材料の持つ音速
と密度によって決定される。一般的にエポキシおよびポ
リウレタンの音響インピーダンスは２〜３［ＭＲａｙ
ｌ］である。生体の音響インピーダンスは１．５［ＭＲ
ａｙｌ］であることから、２層構成の音響整合層の上面
には、エポキシ，またはポリウレタンを用いるのが最適
である。音響整合層の下層には、振動子と音響整合層上
層の中間の音響インピーダンスを持つ材料を用いる必要
がある。そこで、エポキシまたはポリウレタンの樹脂の
中に比較的密度の大きい物質の粉末を混入させ、上記し
た音響整合層下面に合う値を調整し製作する。混入させ
る粉末としては、密度が大であり、粒径が小である材料
が要求される。タングステンＷ，酸化タングステンＷＯ
₃，銀Ａｇなどは類似の物理的特性を持っているので、
混合物としての金属粉としてこれらを用いることができ
る。

【００１６】以上、本実施例では、第一および第二音響
整合層として、エポキシ樹脂にタングステン粉を混入さ
せ、樹脂部とタングステン粉含有樹脂部とを分離形成さ
せる方法に、超音波加動後、自然放置による沈殿法を用
いた例を述べた。分離形成法としては、別にこれに限る
わけでなく、遠心分離により積極的に分離してもかまわ
ない。また、金属粉については、タングステン粉末を用
いた例を示したが、その代りとして物理的特性が類似な
銀の粉末等でも本実施例と同様な方法により、第一およ
び第二音響整合層を形成し、超音波探触子を実現するこ
とができる。また、樹脂中に混入する粉末としてタング
ステンや銀などの金属粉の場合について示したが、酸化
タングステンなどの金属酸化物を用いても物理的な特性
の類似であるので同じ効果が得られる。さらに、音響整
合層に用いる樹脂として、沈殿を促進する低粘度樹脂が
要求され、本実施例では低粘度エポキシ樹脂の場合につ
いて述べたが、別にこれに限るわけでなく、低粘度のポ
リウレタン系樹脂などでもよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、超音波探触子の振動子
前面に設ける音響整合層に関して、樹脂に金属粉または
その酸化物粉を混入させ、樹脂部と金属粉含有樹脂部ま
たは樹脂部と金属酸化物粉樹脂部とを分離一体形成され
たものを用いることによって、従来におけるような第一
音響整合層と第二音響整合層間に介在する接着層をなく
すことができ、接着層による伝播ロスがなく探触子の感
度向上が実現できる。また、本発明によれば、従来の第
一と第二音響整合層を別々に作成し、接着する手間が省
けるため、超音波探触子の作製が容易となり、工数低減
により低コスト化を図ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超音波探触子の断面構成図
である。

【図２】図１の第一音響整合層および第二音響整合層の
作成法および構成を示す説明図である。

【図３】従来の超音波探触子の製法および構造を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１圧電振動子２第一音響整合層３第二音響整合層４音響レンズ５パッキング材６接着層７金属粉混入樹脂（初期状態）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者泉美喜雄東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内 (72)発明者伊藤由喜男東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送信、受信する圧電振動子に音
響整合層を積層した超音波探触子において、前記音響整
合層として、樹脂に金属粉またはその酸化物粉を混入さ
せ、樹脂部と金属粉またはその酸化物粉含有樹脂部とを
分離し一体に形成させたものを用いたことを特徴とする
超音波探触子。