【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置にて用いる超音波探蝕子に係り、超音波ビームの指向特性を改善して画像の診断能向上を計ることができる超音波探蝕子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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像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、放射線を用いた画像診断装置のような放射線被曝を被検体に与えないことから安全性も高いとされ、さらに、小型で安価なことも加わり、広く医療の分野で利用されている。

【０００３】超音波診断装置では被検体内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、超音波探蝕子を用いる。 この超音波探蝕子には、細長い棒状の振動子を多数配列した物と、単一の円盤状の振動子の物との代表的な物がある。 前者は所謂、電子走査型の超音波探蝕子で多く用いられ、後者は機械走査型の超音波探蝕子で用いられる場合が多い。

【０００４】電子走査型の装置では、前記細長い棒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へそれぞれ所定の遅延時間を与えて駆動する。 これにより、探蝕子から被検体内の所定深度及び所定方向へ集束する超音波ビームを送信する。 また、受信時にも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。

【０００５】前記走査により良好な超音波画像を得るには、超音波ビームの走査範囲全体にわたり、超音波ビームの指向特性が優れ、かつ細い超音波ビームが形成される必要がある。 このためには、配列振動子の隣接振動子間での音響的結合が少ないことが重要である。

【０００６】超音波探蝕子の基本構成は一般に、吸音材，圧電振動子，音響整合層及び音響レンズを順に積層して形成されている。 そして、前記隣接振動子間での音響的結合を低減するために、すなわち、隣接振動子間のアイソレーションを良くするために、振動子同志は音響整合層も含めて切断分離されているとともに、吸音材についてもわずか０．１ミリメートル程度ではあるが切込み溝を設けている。 しかしながら、従来の超音波探蝕子では振動子と吸音材との間、及び振動子と音響性合層との間にて、振動子の振動が隣の振動子へ伝播する音響的結合が比較的大きなものであった。

【０００７】従来の超音波探蝕子は、吸音材としてバリウムフェライトの粉末をゴムに混入したものが用いられている。 このため、前記振動子形成のための吸音材にまで切り込む溝を深くすると吸音材が柔軟なため、振動子に外力が加わると隣接する振動子同志が接触したり、振動子が傾いたりするので、切込み溝は深くすることはできなかった。 したがって、吸音材に対する切込み溝は非常に浅くせざるを得なかった。 そこで、この切込みを深くするために、変形のしにくい吸音材用材料として、タングステン粉末を塩化ビニールに混合し固化したものが提案されており、実用化されている。

【０００８】一方、音響整合層と音響レンズとの接着は、従来、溶液性の熱硬化性樹脂が用いられている。 しかし、溶液性の熱硬化性樹脂の接着剤は、音響整合層の切込み溝に侵入して、配列振動子が音響整合層野部分で接合され音響的結合を招く原因となるものであった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、隣接する振動子同志の音響的結合は、振動子とともに切込みを入れられる吸音材部分からと、音響整合層と音響レンズの接着部から生ずると考えられる。 そして、前者による音響的結合を小さくするために、タングステン粉末を塩化ビニールにて混合固化したものが提案されているが、
この材料は導電性を有すため、隣接する振動子素子の電極同志を絶縁することに難点がある。 すなわち、振動子の表面側の電極は被検体に対する安全のために接地され、吸音材側の電極に振動子を駆動する電圧を印加する方法を用いる点に鑑みても、この材料は吸音材として適しているものと言えなかった。

【００１０】また、音響整合層と音響レンズとの接着に、溶液性の熱硬化性樹脂の接着材を用いると、接着材の塗布量の管理が難しく、塗布量が少なければ接着不良となり、塗布量が多ければ余分な接着剤が音響整合層の切込み溝に入り込み、振動子同志の音響的結合を招くと言う問題を抱えていた。

【００１１】本発明は、上記問題に鑑みて成されたもので、電子走査型の超音波探蝕子において、隣接する超音波振動子同志の音響的結合を小さくし、すなわち、振動子間のクロストークを減少し、診断能の高い超音波画像の得られる超音波診断装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述の課題のうち、吸音材部分での隣接超音波振動子同志の音響的結合を低減するために本発明は、幅の狭い短冊状の振動子素子を金属粉末と有機可塑材から成る吸音材の上に多数配列するとともに、前記振動子素子群の上に順次音響整合層と音響レンズとを設けて成る超音波探蝕子において、前記吸音材と前記振動子素子との間に、音響伝播速度から決まる波長の１／４の厚みを有し、かつポアソン比が前記吸音材と略同一で絶縁性を有した材料を挿入固着するとともに、前記振動子素子間の空隙溝を前記音響整合層から前記吸音材に至るまで貫いて形成したものであり、そして、前記吸音材の材料としてタングステン粉末を塩化ビニールに混合して固体化したものを用いるとともに、絶縁性材料としてサイクロオレフィンポリマー樹脂を用いたことを特徴としている。

【００１３】また、音響整合層と音響レンズとの接着部で生ずる隣接超音波振動子同志の音響的結合を低減するために、幅の狭い短冊状の振動子素子を吸音材の上に多数配列するとともに、前記振動子素子群の上に順次音響整合層と音響レンズとを接着して成り、前記振動子素子と音響整合層とが所定の空隙溝で前記短冊状に形成された超音波探蝕子において、前記音響整合層と音響レンズとを熱溶融性接着フィルムを介在させて接着したものである。 そして、前記熱溶融性接着フィルムとしてポリウレタン系樹脂又はナイロン系樹脂又はオレフィン系樹脂を用いたことを特徴としている。 そして更に、音響レンズと熱溶融性フィルムとの間にポリイミドフィルム又はポリエチレンテレフタレートフィルム等の樹脂フィルムを介在させたことを特徴としたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 図１は、超音波探蝕子のケースと接続コードを取り外した状態の内部構造を、構成要素の一部を切断して示したものである。 図１において、１は吸音材で、タングステン粉末を塩化ビニール樹脂に混合して固め、ポアソン比が約３．５としたもの、２は、絶縁性を有した樹脂フィルムでポアソン比が吸音材１のそれとほぼ等しいもの、例えばサイクロオレフィンポリマーである。 そして、サイクロオレフィンポリマーを、その音響伝播速度から決まる音の波長の１／４の厚みに成形して用いている。 吸音材１と絶縁フィルム２は接着剤で張り付けるが、サイクロオレフィンポリマー樹脂の成形表面は非常に滑らかであるので、接着には不向きである。 そこで、サイクロオレフィンポリマー樹脂の表面を粗面にすると接着も容易に行える。

【００１５】３は、超音波振動子となるＺＰＴ圧電材料であり、紙面の上方向、下方向の２面と両側面に電極となる導電体が焼き付け又はプリント技術により設けられている。 ４は第１音響整合層、５は第２音響整合層で、
第１音響整合層にはタングステン粉末充填エポキシ樹脂を、第２音整合層５にはポリウレタン系樹脂を用いる。
そして、各々の音響整合層は公知のようにそれぞれの材質の音響伝播速度から決まる音の波長の１／４の厚みに形成されている。 なお、圧電振動子材料３と第１音響整合層４、及び第１音響整合層４と第２音響整合層５とは接着剤にて接着される。

【００１６】以上のように構成されたサブアッセンブリー体が先ず作成され、次に、このサブアッセンブリー体に対しダイシングソーで振動子素子を加工する。 すなわち、図２に示すようにダイシングソーで第２音響整合層５、第１音響整合層４、圧電材料３、絶縁フィルム２及び吸音材１に対し溝切り加工を行う。 切込み溝の一例を挙げると、高さが０．４４ｍｍの圧電材料を用いた場合、溝６の幅は３０μｍで、そのピッチは０．２２ｍ
ｍ、その深さは吸音材１の絶縁フィルムとの接着面より０．４〜０．６ｍｍに至るまで切込む。 これにより、短冊状の超音波振動子７が多数形成される。

【００１７】ダイシング加工が終了した後、第２音響整合層５の上にホットメルト接着フィルム８を熱圧着する。 ホットメルト接着フィルムとしては、ポリウレタン系ホットメルトフィルムで、厚さが３０ミクロンのものが挙げられる。 このホットメルトフィルムを、温度８０
℃，圧力０．０５・・・／−で接着する。 その後、ホットメルト接着フィルム８の上にシリコンゴム製の音響レンズ９をシリコン系接着剤を用いて接着する。 そして、
最後に吸音材１の側面に超音波振動子の電極へ接続する接続端子板１０を設けると、図１に示す超音波探蝕子のアッセンブリーが出来上がる。

【００１８】次に、上記実施の形態の作用と効果を説明する。 上記実施の形態での吸音材１は前述の様に、タングステン粉末を塩化ビニール樹脂へ混合し固着したものであるから導電性を有すが、サイクロオレフィンポリマー樹脂は絶縁性材料であるので、隣接する超音波振動子素子の電極間で振動子の駆動電圧がもれることはなくなる。 また、吸音材はポアソン比が約０．３５と従来のバリウムフェライトの粉末をゴムに混入したものよりも固く、その上、サイクロオレフィンポリマー樹脂はポアソン比が０．３５〜０．３８と吸音材のそれに近く、硬度もロックウエル硬度が１２２で、容易に変形しないため、超音波振動子の切断溝を吸音材の面から０．４〜
０．６ｍｍまで深く切断できるので、隣接素子間でのクロストークが小さくでき、更に、振動子素子に外力が作用した場合に、振動子素子が正面方向から外れた方を向いて固定されたり、隣接素子同志が接触したりすることが防止できる。

【００１９】本実施の形態でのクロストークの低減効果は、図３を用いて説明することができる。 図３は、図２
に示す振動子の切断溝の幅を３０μｍ，振動子の配列ピッチを０．２２ｍｍ（振動子の厚み０．１９ｍｍ）とし、紙面に直交する方向の振動子の長さ（探蝕子の短軸方向の長さ）を所定値とし、ある単一の振動子を駆動したとき、駆動された振動子の変位に対する隣の振動子の変位（これをクロストークという。）と切断溝の深さとの関係を、発明者等が有限要素法を用いて計算により求めたものである。 図３において、各折れ線グラフは吸音材のポアソン比がパラメータとなっている。 図３から明らかな様に、振動子の切断溝は深ければ深いほど、クロストークは低減され、また、吸音材のポアソン比が小さいほど、クロストークは小さくなる。 しかし理論的には判明していても、実際の物としてはその適用範囲が限定されることは枚挙にいとまがない。 発明者等は、吸音材のポアソン比が約０．３５の材料を用いるときには、切断溝の深さは約０．４〜０．６ｍｍ程度が良いと考えている。 なお、この値は振動子の配列方向の幅と溝の幅とによって変わることは言うまでもない。

【００２０】また、第２音響整合層と音響レンズとの間に挿入したホットメルト接着フィルムは上記の如き、加熱温度８０℃，圧力０．０５ｋｇ／ｃｍ ²では切断溝内に侵入することはなく、従来の溶融性の熱硬化型樹脂を用いた場合の問題点、すなわち、切断溝へ接着剤が侵入して隣接振動子同志の音響的結合が生ずる問題は解決される。 その効果を評価するために、発明者等は水中ハイドロフォンを用いて、振動子素子の送波感度の角度依存性を測定した。 図４にその結果を示す。 本発明を適用した単一素子から送波された超音波ビームの４５°方向における感度を０°の値に対する相対値で表わすと、それは−３．９ｄＢであった。 従来の方法で製作した物はこの値が−９．５ｄＢであった。 この比較から、本発明を適用すると振動子素子の指向特性が著しく改善されることが解る。 なお、このほかに、音響レンズと第２音響整合層との間にホットメルト接着フィルムを挿入すると、
従来から問題となっている、水分や薬品等が音響レンズを透過して振動子に到達して振動子を破損したり、振動子の動作不良を招くことがなくなる。

【００２１】次に、第２音響整合層５と音響レンズ９との接着の第２の実施の形態を説明する。 図５は配列振動子を図２と同様に振動子の配列方向に断面した図である。 この例では、第２音響整合層５の上に厚さ３０μｍ
のポリウレタン系ホットメルト接着フィルムを配置し、
更にその上に厚さ１２．５μｍのポイミドフィルム１１
を重畳し、加熱温度１００℃，圧力０．１ｋｇ／ｃｍ ²
で加熱圧着したものである。 このようにして製作した超音波探蝕子の上記指向特性を測定したところ、図６に示すように、単一素子の４５°方向の相対感度は−５．０
ｄＢの値が得られ、従来の物よりも指向性の改善が成されることが判明した。 本実施の形態は、更に変形が可能で、ポリイミドフィルム１１をポリエチレンテレフタレートフィルムに置換しても良い。 この場合、ポリエチレンテレフタレートフィルムの厚みは２５μｍ程度が良い。 この変形例での単一素子の４５°方向の相対感度は−５．２ｄＢでこの値も従来の物に比較して小さく、指向性の向上が計れる。 なお、上記説明において、第２音響整合層と音響レンズとの間に挿入するホットメルト接着フィルムはポリウレタン系を使用した例について記したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ナイロン系、オレフィン系など良好な接着性を有す物ならば使用することができる。

【００２２】以上本発明の実施の形態を説明したが、超音波振動子と吸音材との接着部の実施の形態と、音響整合層と音響レンズとの接着部の実施の形態との双方を同時に実施しなければならないものではなく、それらの一方だけ実施しても従来の物より良好な画像が得られることは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電子走査型の超音波探蝕子において、隣接する超音波振動子同志の音響的結合が小さくできるので、超音波ビームの指向性が改善できるため、診断能の高い良好な超音波像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波探蝕子の内部構造を一部断面にして示した図

【図２】本発明の配列振動子を配列方向に沿って切断した図

【図３】振動子の切断溝とクロストークの関係を吸音材のポアソン比をパラメータとして計算して表わした図

【図４】本発明の単一振動子素子から送波される超音波の指向特性を示す図

【図５】音響整合層と音響レンズとの接合部の第１の変形例を示す図

【図６】図５に示す実施例における超音波の指向特性を示す図

【符号の説明】 １ 吸音材 ２ 絶縁フィルム ３ 圧電材料 ４ 第１音響整合層 ５ 第２音響整合層 ６ 切断溝 ７ 圧電振動子 ８ ホットメルト接着フィルム ９ 音響レンズ １０ 接続端子板 １１ ポリイミドフィルム