超音波プローブ及び超音波診断装置
【課題】背面材によって反射される超音波の影響を低減することが可能な超音波プローブを提供する。
【解決手段】この実施形態に係る超音波プローブは、超音波を送信し受信する超音波振動子と、超音波振動子よりも音響インピーダンスが大きい中間層と、超音波振動子を支持する背面材と、緩衝層と、を有する。超音波振動子、中間層、及び背面材は、超音波振動子、中間層、及び背面材の順番で配置されている。中間層及び背面材よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層が、中間層と背面材との間には配置されている。
【解決手段】この実施形態に係る超音波プローブは、超音波を送信し受信する超音波振動子と、超音波振動子よりも音響インピーダンスが大きい中間層と、超音波振動子を支持する背面材と、緩衝層と、を有する。超音波振動子、中間層、及び背面材は、超音波振動子、中間層、及び背面材の順番で配置されている。中間層及び背面材よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層が、中間層と背面材との間には配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブによって被検体内に超音波を送信し、被検体内での音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波プローブによって受信する。超音波診断装置は、超音波プローブによって受信された反射波に基づいて、被検体の内部を表す超音波画像を生成する。
【０００３】
超音波プローブは、例えば、背面材と複数の圧電振動子と音響整合層と音響レンズとを有する。背面材は、構造的な保持材として機能し、また、余分な超音波振動成分を減衰して吸収する。複数の圧電振動子は、背面材の上において走査方向に配列されている。圧電振動子は、送信信号に基づいて振動することにより超音波を発生させ、反射波を受けて受信信号を生成する。圧電振動子の一方の面を「放射面」と称し、放射面の反対側の面を「裏面」と称することとする。背面材は、圧電振動子の裏面に設けられている。音響整合層は、圧電振動子の放射面の上に設けられている。音響整合層は、圧電振動子と生体との間の音響インピーダンスの不整合を緩和する。音響レンズは音響整合層の上に設けられている。音響レンズは超音波を収束する。圧電振動子によって発生させられた超音波は、音響整合層と音響レンズとを介して放射される。
【０００４】
また特許文献１には、圧電振動子と背面材との間に中間層を有する超音波プローブが開示されている。中間層の音響インピーダンスは、圧電振動子の音響インピーダンスよりも高い。中間層の厚さは、使用される超音波の波長のほぼ１／４である。中間層としては、金、鉛、タングステン、水銀、又はサファイヤが用いられている。圧電振動子によって裏面側に放射された超音波は、中間層によって放射面側に反射されて、音響整合層と音響レンズとを介して放射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−２５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電振動子と背面材との間に中間層を設けた場合、裏面側に放射された超音波は、中間層によって放射面側に反射されることが好ましい。しかしながら、裏面側に放射された超音波が、中間層を通り抜けて背面材に達する場合がある。背面材の音響インピーダンスが高い場合、中間層を通り抜けた超音波は、背面材の背面（圧電振動子に対向する面とは反対側の面）で反射して放射面側まで伝播し、放射される超音波に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
一方、背面材の音響インピーダンスを低くした場合には、背面材には高分子材料や樹脂が用いられることが多い。この場合、背面材の剛性が低くなるため、保持材としての機能が低下するおそれがある。また、背面材の熱伝導率が低くなるため、超音波プローブの駆動時に発生する熱を効率良く放散させることが困難となる。そのことにより、超音波プローブの温度が上昇して、超音波プローブの性能が低下するおそれがある。
【０００８】
この実施形態は、背面材によって反射される超音波の影響を低減することが可能な超音波プローブ、及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この実施形態に係る超音波プローブは、超音波を送信し受信する超音波振動子と、超音波振動子よりも音響インピーダンスが大きい中間層と、超音波振動子を支持する背面材と、緩衝層と、を有する。超音波振動子、中間層、及び背面材は、超音波振動子、中間層、及び背面材の順番で配置されている。中間層及び背面材よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層が、中間層と背面材との間には配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る超音波プローブの斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る超音波プローブの断面図である。
【図３】第２実施形態に係る超音波プローブの断面図である。
【図４】シミュレーションのモデルを模式的に示す図である。
【図５】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図６】この実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る超音波プローブについて説明する。超音波プローブ１は、ヘッドとケーブルとを有する。図１には、超音波プローブ１のヘッドが示されている。図２は、超音波プローブ１をＹ−Ｚ面で切断した断面図である。なお、図中において、Ｘ方向は走査方向であり、Ｙ方向はスライス方向であり、Ｚ方向は超音波の送受信方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、互いに直交している。
【００１２】
第１実施形態に係る超音波プローブ１は、背面材２と、複数の超音波振動子３と、複数の音響整合層４と、音響レンズ５と、中間層６と、緩衝層７と、フレキシブル基板８とを有する。背面材２、緩衝層７、フレキシブル基板８、中間層６、超音波振動子３、音響整合層４、及び音響レンズ５の順番で、各部が配置されている。すなわち、背面材２の上には、緩衝層７が設けられている。緩衝層７の上には、フレキシブル基板８が設けられている。フレキシブル基板８の上には、中間層６が設けられている。中間層６の上には、走査方向（図中のＸ方向）に配列された複数の超音波振動子３が設けられている。超音波振動子３の上には、走査方向に配列された複数の音響整合層４が設けられている。音響整合層４の上には、音響レンズ５が設けられている。音響整合層４は、超音波振動子３の上に設けられた第１の音響整合層４１と、第１の音響整合層４１の上に設けられた第２の音響整合層４２とを有する。音響整合層４は、１つの層だけを有していてもよいし、複数の層を有していてもよい。なお、ケーブルの説明は省略する。中間層６の音響インピーダンスは、超音波振動子３の音響インピーダンスよりも大きい。また、緩衝層７の音響インピーダンスは、背面材２及び中間層６の音響インピーダンスよりも小さい。以下、超音波プローブ１の各部について説明する。
【００１３】
背面材２は、超音波振動子３を支持する。背面材２の音響インピーダンスは、例えば５［Ｍｒａｙｌ］以上であることが好ましい。背面材２は、例えばアルミニウム、銅、チタン、亜鉛、錫、金、若しくは銀などの金属、それらの金属を主成分とする合金、金属炭化物、又は金属酸化物で構成されていることが好ましい。これらの材料を背面材２に用いることにより、背面材２の剛性を高め、また、背面材２の熱伝導率を高めることが可能となる。熱伝導率が高い背面材２を用いることにより、超音波振動子３で発生した熱を、背面材２を介して効率良く放散させることが可能となる。このように超音波プローブ１の放熱性を高めることができるため、より高いエネルギーの超音波を送信することが可能となり、その結果、超音波プローブ１の感度が向上する。なお、背面材２は、ポリブタジエンやクロロプレンなどを材料とするゴム材で構成されていてもよい。
【００１４】
超音波振動子３は、例えばチタン酸ジリコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）などのセラミックで構成されている。超音波振動子３の上下の面には、それぞれ図示しない電極が設けられている。超音波振動子３の音響インピーダンスは、例えば３０［Ｍｒａｙｌ］程度である。超音波振動子３の音響整合層４に対向する面を「放射面」と称し、放射面の反対側の面（中間層６に対向する面）を「裏面」と称することとする。
【００１５】
音響整合層４を複数の層構造にすることにより、音響レンズ５とあいまって被検体の体表との音響インピーダンスの差分による信号ロスの発生を抑えることが可能となる。
【００１６】
音響レンズ５は、被検体の体表面に接触して超音波の送受信の仲介を行う。この音響レンズ５によって、体表から所定の深さにおいてスライス方向（図中のＹ方向）の音響的な焦点が結ばれる。また、走査方向に配置された複数の超音波振動子３による超音波の送信及び受信のタイミングを切り替えることにより、走査方向（Ｘ方向）の音響的な焦点が結ばれる。
【００１７】
複数の超音波振動子３が走査方向（Ｘ方向）に１列に配置されているため、この実施形態に係る超音波プローブ１は１次元アレイプローブである。なお、この実施形態に係る超音波プローブは、複数の超音波振動子３が２次元的に配置された２次元アレイプローブであってもよい。
【００１８】
中間層６は、超音波振動子３よりも大きい音響インピーダンスを有する。中間層６の音響インピーダンスは、例えば５０〜１００［Ｍｒａｙｌ］である。中間層６は、例えば導電性の材料で構成されている。一例として、中間層６は、金、鉛、タングステン、又は水銀などの金属や、サファイヤで構成されている。中間層６は、樹脂などの非導電性の材料で構成されていてもよい。中間層６に非導電性の材料を用いた場合、めっきなどによって中間層６の表面に金属を形成することにより、中間層６に導電性を持たせればよい。中間層６の厚さは、使用される超音波の波長のほぼ１／４であることが好ましい。そのことにより、中間層６で反射して超音波振動子３の放射面側に戻る超音波と、超音波振動子３から放射面側に放射される超音波とで、位相を合わせることが可能となる。
【００１９】
フレキシブル基板８は、導電部と導電部を保持する基板部とを有する。フレキシブル基板８は、中間層６の背面材２に対向する面に接続されている。中間層６は導電性を有するため、フレキシブル基板８は中間層６を介して超音波振動子３に電圧を印加する。フレキシブル基板８の音響インピーダンスは、例えば５〜１０［Ｍｒａｙｌ］である。また、超音波振動子３と音響整合層４との間に、アース引き出し用の図示しないフレキシブル基板が設けられている。なお、音響整合層４に導電性を持たせて、音響整合層４と音響レンズ５との間に、アース引き出し用のフレキシブル基板を設けてもよい。
【００２０】
緩衝層７は、背面材２と中間層６との間に配置されている。第１実施形態においては、背面材２と中間層６との間にフレキシブル基板８が配置されており、緩衝層７は、背面材２とフレキシブル基板８との間に配置されている。緩衝層７の音響インピーダンスは、背面材２及び中間層６の音響インピーダンスよりも小さい。緩衝層７の音響インピーダンスは、例えば１〜５［Ｍｒａｙｌ］である。緩衝層７は、例えばポリウレタン系、ポリエチレン系、又はポリイミド系の高分子材料や、シリコーン樹脂や、エポキシ系樹脂などで構成されている。緩衝層７は、高分子材料やシリコーン樹脂やエポキシ系樹脂などで構成される層が複数に積層された構造物であってもよい。緩衝層７の厚さは、使用される超音波の波長（λ）の１／１６以上であることが好ましい。
【００２１】
（超音波プローブ１の製造方法）
次に、超音波プローブ１の製造方法について説明する。まず、中間層６と板状の超音波振動子と音響整合層とを積層する。具体的には、中間層６の一方の面に板状の超音波振動子を接合し、超音波振動子の中間層６に対向する面とは反対側の面に、音響整合層を接合する。中間層６の超音波振動子に対向する面とは反対側の面に、フレキシブル基板８を接合する。次に、フレキシブル基板８の中間層６に対向する面とは反対側の面に、緩衝層７を接合する。緩衝層７のフレキシブル基板８に対向する面とは反対側の面に、背面材２を接合する。各接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いればよい。なお、フレキシブル基板８と背面材２とに緩衝層７を予め接合しておいてもよい。以上により、音響整合層、板状の超音波振動子、中間層６、フレキシブル基板８、緩衝層７、及び背面材２の順番で、各部が積層された構造体が作製される。そして、板状の超音波振動子と音響整合層とを、スライス方向（Ｙ方向）と送受信方向（Ｚ方向）とを含む面で走査方向（Ｘ方向）に沿って複数に切断することにより、複数の超音波振動子３と複数の音響整合層４とが得られる。音響整合層４の上に音響レンズ５を配置することにより、超音波プローブ１が作製される。
【００２２】
以上の構成を有する超音波プローブ１によると、背面材２と中間層６との間に、背面材２及び中間層６よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層７が配置されているため、超音波振動子３から背面材２への超音波の伝播を抑制することが可能となる。すなわち、超音波振動子３から裏面側（中間層６側）に放射された超音波は、超音波振動子３よりも音響インピーダンスが高い中間層６によって超音波振動子３の放射面側に反射される。一方、裏面側に放射された超音波の一部が、中間層６を通り抜けて背面材２側に向かうことがある。第１実施形態では、背面材２と中間層６との間に、背面材２及び中間層６よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層７が配置されているため、中間層６を通り抜けた超音波は、緩衝層７によって反射される。そのことにより、超音波振動子３から背面材２への超音波の伝播を抑制することが可能となる。その結果、背面材２による超音波の反射が抑制されるため、背面材２から超音波振動子３の放射面側への超音波の伝播を抑制することが可能となる。このように背面材２によって反射される超音波の影響を低減することができるため、超音波プローブ１の音響特性を劣化させずに、アーチファクトの少ない超音波画像が得られる。
【００２３】
また、背面材２と中間層６との間に緩衝層７が配置されているため、背面材２は、超音波を減衰する機能を必ずしも有していなくてもよい。すなわち、背面材２は、超音波振動子３を支持する機能を有していればよい。このように、背面材２に用いられる材料に対する制約が少なくなるため、熱伝導率が高い材料を背面材２に用いることが可能となる。従って、上述したように、金属、金属炭化物、又は金属酸化物を背面材２の材料に用いて、背面材２の熱伝導率を高めることが可能となる。そのことにより、超音波振動子３で発生した熱を、背面材２を介して効率良く放散させることができるため、より高いエネルギーの超音波を送信することが可能となる。
【００２４】
また、緩衝層７を用いることにより、超音波振動子３又は中間層６の機械的な振動を減衰させることが可能となる。超音波振動子３は、超音波の発生時に機械的に振動する。この振動が、中間層６やフレキシブル基板８や背面材２に伝播して、クロストークが発生する場合がある。上述したように、緩衝層７には音響インピーダンスの低い材料が用いられるため、緩衝層７のポアソン比が大きい。ポアソン比が比較的大きい緩衝層７が配置されていることにより、超音波振動子３又は中間層６の振動を緩衝し減衰させることが可能となる。その結果、クロストークの発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
［第２実施形態］
図３を参照して、第２実施形態に係る超音波プローブについて説明する。図３は、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａを、Ｙ−Ｚ面で切断した断面図である。第１実施形態では、緩衝層７は、背面材２とフレキシブル基板８との間に配置されているが、第２実施形態では、緩衝層７の位置を変えた。第２実施形態では、緩衝層７は、中間層６とフレキシブル基板８との間に配置されている。なお、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａにおいては、緩衝層７の位置と中間層６の形状とが、第１実施形態に係る超音波プローブ１と異なり、それら以外の構成は超音波プローブ１の構成と同じである。以下、中間層６と緩衝層７とについて説明する。
【００２６】
中間層６は、背面材２に対向する面（超音波振動子３に対向する面とは反対側の面）に凹部６２を有する。例えば、中間層６は、背面材２に対向する面において超音波の有効口径に対応する箇所に凹部６２を有する。凹部６２の形状及び大きさは、緩衝層７の形状及び大きさとほぼ同じである。換言すると、第２実施形態に係る緩衝層７は、凹部６２とほぼ同じ形状及び大きさを有する。緩衝層７は、中間層６の凹部６２内に配置されている。また、中間層６は、凹部６２の周囲に凹部６２を囲む突起部６１を有する。緩衝層７は、凹部６２内に配置されることにより、突起部６１によって囲まれている。また、フレキシブル基板８は、中間層６及び緩衝層７と、背面材２との間に配置されている。突起部６１は、緩衝層７を囲んでフレキシブル基板８に向かって延びて、突起部６１の先端がフレキシブル基板８に接合されている。これにより、中間層６とフレキシブル基板８とが電気的に接続される。
【００２７】
以上の構成を有する超音波プローブ１Ａによると、緩衝層７による効果を高めつつ、中間層６を介してフレキシブル基板８から超音波振動子３に電圧を印加することが可能となる。すなわち、上述した緩衝層７の効果を高めるためには、緩衝層７は、フレキシブル基板８を間に挟まずに中間層６の直下に配置されていることが好ましい。一例として、中間層６、緩衝層７、及びフレキシブル基板８の順番で、各部が配置されていることが好ましい。しかしながら、緩衝層７に用いられる材料によっては、緩衝層７に導電性がない場合がある。中間層６とフレキシブル基板８との間に、導電性を有しない緩衝層７が配置されている場合、フレキシブル基板８と超音波振動子３との間で電気的な接続を得ることが困難となる。そこで、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａのように、中間層６に凹部６２を設けて凹部６２に緩衝層７を配置し、さらに、中間層６の突起部６１をフレキシブル基板８に接合する。そのことにより、中間層６の直下に緩衝層７を配置することができるため、緩衝層７による効果を高めることができる。また、中間層６の突起部６１とフレキシブル基板８とが接合されているため、中間層６とフレキシブル基板８とが電気的に接続し、中間層６を介してフレキシブル基板８から超音波振動子３に電圧を印加することが可能となる。
【００２８】
（シミュレーション）
第１実施形態に係る超音波プローブ１と第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａとを対象にして、有限要素解析による音響シミュレーションを行った。図４及び図５に、シミュレーションの結果を示す。超音波振動子３と中間層６とフレキシブル基板８と緩衝層７と背面材２とを有するモデルを想定し、そのモデルについてシミュレーションを行うことにより、超音波振動子３の前方における音圧の時間変化を求めた。
【００２９】
図４に各モデルを示す。モデル１００は、緩衝層７を有しない超音波プローブのモデルである。モデル１００は、背面材２と中間層６と超音波振動子３とを有し、各部がそれらの順番で配置されている。モデル１１０は、第１実施形態に係る超音波プローブ１に相当する。モデル１１０は、背面材２と緩衝層７とフレキシブル基板８と中間層６と超音波振動子３とを有し、各部がそれらの順番で配置されている。モデル１２０は、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａに相当する。モデル１２０は、背面材２とフレキシブル基板８と緩衝層７と中間層６と超音波振動子３とを有し、各部がそれらの順番で配置されている。また、各モデルにおいて、超音波振動子３の前方には水１０が配置されている。
【００３０】
シミュレーションで用いた各パラメータを以下に示す。なお、Ｚａは音響インピーダンスであり、λは超音波の波長である。
超音波の中心周波数：３［ＭＨｚ］
超音波振動子３：Ｚａ＝約３０［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約λ／４
中間層６：Ｚａ＝約８０［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約λ／４
背面材２：Ｚａ＝約２０［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約２［ｍｍ］
緩衝層７：Ｚａ＝約２［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約λ／８
フレキシブル基板８：Ｚａ＝約５［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約０．１ｍｍ
【００３１】
図５にシミュレーションの結果を示す。図５の上方に音圧分布［ｄＢ］を示し、下方に音圧値Ｖを示す。各グラフの横軸は時間である。グラフ２００は、モデル１００のシミュレーション結果である。グラフ２１０は、モデル１１０のシミュレーション結果である。グラフ２２０は、モデル１２０のシミュレーション結果である。音圧分布によると、約１．５［μｓｅｃ］以降の波形強度に差が生じた。緩衝層７を有しないモデル１００では、グラフ２００に示すように波形の収斂が良くない結果となった。この結果は、超音波診断装置においては距離分解能の低下の原因となり、超音波画像の画質の劣化につながる。これに対して、緩衝層７を有するモデル１１０とモデル１２０とによると、グラフ２１０及びグラフ２２０に示すように、モデル１００よりも波形の収斂が改善された。この結果は、中間層６と背面材２との間に音響インピーダンスが小さい緩衝層７が配置されたことにより、背面材２からの超音波の反射が低減したことに起因する。
【００３２】
なお、グラフ２１０及びグラフ２２０に示すように、緩衝層７が、フレキシブル基板８に対して背面材２側に配置されていても（モデル１１０の態様）、中間層６側に配置されていても（モデル１２０の態様）、同様の効果が得られる。
【００３３】
（超音波診断装置）
図６を参照して、この実施形態に係る超音波診断装置について説明する。この実施形態に係る超音波診断装置は、第１実施形態に係る超音波プローブ１と、送受信部２０と、信号処理部２１と、画像生成部２２と、表示制御部２３と、ユーザインターフェース（ＵＩ）２４とを有する。または、この実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１の代わりに、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａを有していてもよい。
【００３４】
（送受信部２０）
送受信部２０は、図示しない送信部と受信部とを有する。送受信部２０は超音波プローブ１に電気信号を供給して超音波を発生させ、超音波プローブ１が受信したエコー信号を受信する。
【００３５】
送信部は、超音波プローブ１に電気信号を供給して所定の焦点にビームフォームした（送信ビームフォームした）超音波を送信させる。送信部は、例えば図示しないクロック発生器と、送信遅延回路と、パルサ回路とを有する。クロック発生器は、超音波信号の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する。送信遅延回路は、超音波を所定の深さに集束させるための集束用遅延時間と、超音波を所定方向に送信するための偏向用遅延時間とに従って、超音波の送信時に遅延をかけて送信フォーカスを実施する。パルサ回路は、各超音波振動子３に対応する個別チャンネルの数分のパルサを有する。パルサ回路は、遅延がかけられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ１の各超音波振動子３に供給する。
【００３６】
受信部は、超音波プローブ１が受信したエコー信号を受信し、そのエコー信号に対して遅延処理を行うことにより、アナログの受信信号を整相された（受信ビームフォームされた）デジタルの受信データに変換する。受信部は、例えば図示しないプリアンプ回路と、Ａ／Ｄ変換器と、受信遅延回路と、加算器と有する。プリアンプ回路は、超音波プローブ１の各超音波振動子３から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号をデジタル信号に変換する。受信遅延回路は、デジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。具体的には、受信遅延回路は、所定の深さからの超音波を集束させるための集束用遅延時間と、所定方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間とを、デジタルのエコー信号に与える。加算器は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。その加算によって、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。すなわち、受信遅延回路と加算器とによって、所定方向から得られた受信信号は整相加算される。
【００３７】
（信号処理部２１）
信号処理部２１はＢモード処理部を有する。Ｂモード処理部はエコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号からＢモード超音波ラスタデータを生成する。具体的には、Ｂモード処理部は、受信信号に対してバンドパスフィルタ処理を行い、その後、出力信号の包絡線を検波し、検波されたデータに対して対数変換による圧縮処理を施す。また、信号処理部２１はＣＦＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｇ）処理部を有していてもよい。ＣＦＭ処理部は血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。血流情報には、速度、分布、又はパワーなどの情報があり、血流情報は２値化情報として得られる。また、信号処理部２１はドプラ処理部を有していてもよい。ドプラ処理部は受信信号を位相検波することによりドプラ偏移周波数成分を取り出し、ＦＦＴ処理を施すことにより血流速度を表すドプラ周波数分布を生成する。
【００３８】
（画像生成部２２）
画像生成部２２は、信号処理部２１から出力されたデータに基づいて超音波画像データを生成する。画像生成部２２は、例えばＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：デジタルスキャンコンバータ）を有する。画像生成部２２は、走査線の信号列で表される信号処理後のデータを、直交座標系で表される画像データに変換する（スキャンコンバージョン処理）。例えば画像生成部２２は、Ｂモード処理部によって信号処理が施されたＢモード超音波ラスタデータにスキャンコンバージョン処理を施すことにより、被検体の組織の形状を表すＢモード画像データを生成する。
【００３９】
（表示制御部２３）
表示制御部２３は、画像生成部２２によって生成された超音波画像データに基づく超音波画像を表示部２５に表示させる。
【００４０】
（ユーザインターフェース（ＵＩ）２４）
ユーザインターフェース（ＵＩ）２４は、表示部２５と操作部２６とを有する。表示部２５は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどのモニタであり、画面上に断層像などの超音波画像を表示する。操作部２６は、ジョイスティックやトラックボールなどのポインティングデバイス、スイッチ、各種ボタン、キーボード、又はＴＣＳ（Ｔｏｕｃｈ Ｃｏｍｍａｎｄ Ｓｃｒｅｅｎ）などで構成されている。
【００４１】
画像生成部２２と表示制御部２３とはそれぞれ、ＣＰＵ、ＧＰＵ、又はＡＳＩＣなどの図示しない処理装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、又はＨＤＤなどの図示しない記憶装置とによって構成されていてもよい。記憶装置には、画像生成部２２の機能を実行するための画像生成プログラムと、表示制御部２３の機能を実行するための表示制御プログラムとが記憶されている。ＣＰＵなどの処理装置が、記憶装置に記憶されている各プログラムを実行することにより、各部の機能が実行される。
【００４２】
以上の構成を有する超音波診断装置によると、第１実施形態に係る超音波プローブ１又は第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａを有するため、超音波プローブ１又は超音波プローブ１Ａの音響特性を劣化させずに、アーチファクトの少ない超音波画像を生成することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ａ 超音波プローブ
２ 背面材
３ 超音波振動子
４ 音響整合層
４１ 第１の音響整合層
４２ 第２の音響整合層
５ 音響レンズ
６ 中間層
６１ 突起部
６２ 凹部
７ 緩衝層
８ フレキシブル基板
２０ 送受信部
２１ 信号処理部
２２ 画像生成部
２３ 表示制御部
２４ ユーザインターフェース（ＵＩ）
２５ 表示部
２６ 操作部
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波プローブによって被検体内に超音波を送信し、被検体内での音響インピーダンスの不整合によって生じる反射波を超音波プローブによって受信する。超音波診断装置は、超音波プローブによって受信された反射波に基づいて、被検体の内部を表す超音波画像を生成する。
【０００３】
超音波プローブは、例えば、背面材と複数の圧電振動子と音響整合層と音響レンズとを有する。背面材は、構造的な保持材として機能し、また、余分な超音波振動成分を減衰して吸収する。複数の圧電振動子は、背面材の上において走査方向に配列されている。圧電振動子は、送信信号に基づいて振動することにより超音波を発生させ、反射波を受けて受信信号を生成する。圧電振動子の一方の面を「放射面」と称し、放射面の反対側の面を「裏面」と称することとする。背面材は、圧電振動子の裏面に設けられている。音響整合層は、圧電振動子の放射面の上に設けられている。音響整合層は、圧電振動子と生体との間の音響インピーダンスの不整合を緩和する。音響レンズは音響整合層の上に設けられている。音響レンズは超音波を収束する。圧電振動子によって発生させられた超音波は、音響整合層と音響レンズとを介して放射される。
【０００４】
また特許文献１には、圧電振動子と背面材との間に中間層を有する超音波プローブが開示されている。中間層の音響インピーダンスは、圧電振動子の音響インピーダンスよりも高い。中間層の厚さは、使用される超音波の波長のほぼ１／４である。中間層としては、金、鉛、タングステン、水銀、又はサファイヤが用いられている。圧電振動子によって裏面側に放射された超音波は、中間層によって放射面側に反射されて、音響整合層と音響レンズとを介して放射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−２５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電振動子と背面材との間に中間層を設けた場合、裏面側に放射された超音波は、中間層によって放射面側に反射されることが好ましい。しかしながら、裏面側に放射された超音波が、中間層を通り抜けて背面材に達する場合がある。背面材の音響インピーダンスが高い場合、中間層を通り抜けた超音波は、背面材の背面（圧電振動子に対向する面とは反対側の面）で反射して放射面側まで伝播し、放射される超音波に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
一方、背面材の音響インピーダンスを低くした場合には、背面材には高分子材料や樹脂が用いられることが多い。この場合、背面材の剛性が低くなるため、保持材としての機能が低下するおそれがある。また、背面材の熱伝導率が低くなるため、超音波プローブの駆動時に発生する熱を効率良く放散させることが困難となる。そのことにより、超音波プローブの温度が上昇して、超音波プローブの性能が低下するおそれがある。
【０００８】
この実施形態は、背面材によって反射される超音波の影響を低減することが可能な超音波プローブ、及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この実施形態に係る超音波プローブは、超音波を送信し受信する超音波振動子と、超音波振動子よりも音響インピーダンスが大きい中間層と、超音波振動子を支持する背面材と、緩衝層と、を有する。超音波振動子、中間層、及び背面材は、超音波振動子、中間層、及び背面材の順番で配置されている。中間層及び背面材よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層が、中間層と背面材との間には配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る超音波プローブの斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る超音波プローブの断面図である。
【図３】第２実施形態に係る超音波プローブの断面図である。
【図４】シミュレーションのモデルを模式的に示す図である。
【図５】シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図６】この実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る超音波プローブについて説明する。超音波プローブ１は、ヘッドとケーブルとを有する。図１には、超音波プローブ１のヘッドが示されている。図２は、超音波プローブ１をＹ−Ｚ面で切断した断面図である。なお、図中において、Ｘ方向は走査方向であり、Ｙ方向はスライス方向であり、Ｚ方向は超音波の送受信方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、互いに直交している。
【００１２】
第１実施形態に係る超音波プローブ１は、背面材２と、複数の超音波振動子３と、複数の音響整合層４と、音響レンズ５と、中間層６と、緩衝層７と、フレキシブル基板８とを有する。背面材２、緩衝層７、フレキシブル基板８、中間層６、超音波振動子３、音響整合層４、及び音響レンズ５の順番で、各部が配置されている。すなわち、背面材２の上には、緩衝層７が設けられている。緩衝層７の上には、フレキシブル基板８が設けられている。フレキシブル基板８の上には、中間層６が設けられている。中間層６の上には、走査方向（図中のＸ方向）に配列された複数の超音波振動子３が設けられている。超音波振動子３の上には、走査方向に配列された複数の音響整合層４が設けられている。音響整合層４の上には、音響レンズ５が設けられている。音響整合層４は、超音波振動子３の上に設けられた第１の音響整合層４１と、第１の音響整合層４１の上に設けられた第２の音響整合層４２とを有する。音響整合層４は、１つの層だけを有していてもよいし、複数の層を有していてもよい。なお、ケーブルの説明は省略する。中間層６の音響インピーダンスは、超音波振動子３の音響インピーダンスよりも大きい。また、緩衝層７の音響インピーダンスは、背面材２及び中間層６の音響インピーダンスよりも小さい。以下、超音波プローブ１の各部について説明する。
【００１３】
背面材２は、超音波振動子３を支持する。背面材２の音響インピーダンスは、例えば５［Ｍｒａｙｌ］以上であることが好ましい。背面材２は、例えばアルミニウム、銅、チタン、亜鉛、錫、金、若しくは銀などの金属、それらの金属を主成分とする合金、金属炭化物、又は金属酸化物で構成されていることが好ましい。これらの材料を背面材２に用いることにより、背面材２の剛性を高め、また、背面材２の熱伝導率を高めることが可能となる。熱伝導率が高い背面材２を用いることにより、超音波振動子３で発生した熱を、背面材２を介して効率良く放散させることが可能となる。このように超音波プローブ１の放熱性を高めることができるため、より高いエネルギーの超音波を送信することが可能となり、その結果、超音波プローブ１の感度が向上する。なお、背面材２は、ポリブタジエンやクロロプレンなどを材料とするゴム材で構成されていてもよい。
【００１４】
超音波振動子３は、例えばチタン酸ジリコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）などのセラミックで構成されている。超音波振動子３の上下の面には、それぞれ図示しない電極が設けられている。超音波振動子３の音響インピーダンスは、例えば３０［Ｍｒａｙｌ］程度である。超音波振動子３の音響整合層４に対向する面を「放射面」と称し、放射面の反対側の面（中間層６に対向する面）を「裏面」と称することとする。
【００１５】
音響整合層４を複数の層構造にすることにより、音響レンズ５とあいまって被検体の体表との音響インピーダンスの差分による信号ロスの発生を抑えることが可能となる。
【００１６】
音響レンズ５は、被検体の体表面に接触して超音波の送受信の仲介を行う。この音響レンズ５によって、体表から所定の深さにおいてスライス方向（図中のＹ方向）の音響的な焦点が結ばれる。また、走査方向に配置された複数の超音波振動子３による超音波の送信及び受信のタイミングを切り替えることにより、走査方向（Ｘ方向）の音響的な焦点が結ばれる。
【００１７】
複数の超音波振動子３が走査方向（Ｘ方向）に１列に配置されているため、この実施形態に係る超音波プローブ１は１次元アレイプローブである。なお、この実施形態に係る超音波プローブは、複数の超音波振動子３が２次元的に配置された２次元アレイプローブであってもよい。
【００１８】
中間層６は、超音波振動子３よりも大きい音響インピーダンスを有する。中間層６の音響インピーダンスは、例えば５０〜１００［Ｍｒａｙｌ］である。中間層６は、例えば導電性の材料で構成されている。一例として、中間層６は、金、鉛、タングステン、又は水銀などの金属や、サファイヤで構成されている。中間層６は、樹脂などの非導電性の材料で構成されていてもよい。中間層６に非導電性の材料を用いた場合、めっきなどによって中間層６の表面に金属を形成することにより、中間層６に導電性を持たせればよい。中間層６の厚さは、使用される超音波の波長のほぼ１／４であることが好ましい。そのことにより、中間層６で反射して超音波振動子３の放射面側に戻る超音波と、超音波振動子３から放射面側に放射される超音波とで、位相を合わせることが可能となる。
【００１９】
フレキシブル基板８は、導電部と導電部を保持する基板部とを有する。フレキシブル基板８は、中間層６の背面材２に対向する面に接続されている。中間層６は導電性を有するため、フレキシブル基板８は中間層６を介して超音波振動子３に電圧を印加する。フレキシブル基板８の音響インピーダンスは、例えば５〜１０［Ｍｒａｙｌ］である。また、超音波振動子３と音響整合層４との間に、アース引き出し用の図示しないフレキシブル基板が設けられている。なお、音響整合層４に導電性を持たせて、音響整合層４と音響レンズ５との間に、アース引き出し用のフレキシブル基板を設けてもよい。
【００２０】
緩衝層７は、背面材２と中間層６との間に配置されている。第１実施形態においては、背面材２と中間層６との間にフレキシブル基板８が配置されており、緩衝層７は、背面材２とフレキシブル基板８との間に配置されている。緩衝層７の音響インピーダンスは、背面材２及び中間層６の音響インピーダンスよりも小さい。緩衝層７の音響インピーダンスは、例えば１〜５［Ｍｒａｙｌ］である。緩衝層７は、例えばポリウレタン系、ポリエチレン系、又はポリイミド系の高分子材料や、シリコーン樹脂や、エポキシ系樹脂などで構成されている。緩衝層７は、高分子材料やシリコーン樹脂やエポキシ系樹脂などで構成される層が複数に積層された構造物であってもよい。緩衝層７の厚さは、使用される超音波の波長（λ）の１／１６以上であることが好ましい。
【００２１】
（超音波プローブ１の製造方法）
次に、超音波プローブ１の製造方法について説明する。まず、中間層６と板状の超音波振動子と音響整合層とを積層する。具体的には、中間層６の一方の面に板状の超音波振動子を接合し、超音波振動子の中間層６に対向する面とは反対側の面に、音響整合層を接合する。中間層６の超音波振動子に対向する面とは反対側の面に、フレキシブル基板８を接合する。次に、フレキシブル基板８の中間層６に対向する面とは反対側の面に、緩衝層７を接合する。緩衝層７のフレキシブル基板８に対向する面とは反対側の面に、背面材２を接合する。各接合には、例えばエポキシ系の接着剤を用いればよい。なお、フレキシブル基板８と背面材２とに緩衝層７を予め接合しておいてもよい。以上により、音響整合層、板状の超音波振動子、中間層６、フレキシブル基板８、緩衝層７、及び背面材２の順番で、各部が積層された構造体が作製される。そして、板状の超音波振動子と音響整合層とを、スライス方向（Ｙ方向）と送受信方向（Ｚ方向）とを含む面で走査方向（Ｘ方向）に沿って複数に切断することにより、複数の超音波振動子３と複数の音響整合層４とが得られる。音響整合層４の上に音響レンズ５を配置することにより、超音波プローブ１が作製される。
【００２２】
以上の構成を有する超音波プローブ１によると、背面材２と中間層６との間に、背面材２及び中間層６よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層７が配置されているため、超音波振動子３から背面材２への超音波の伝播を抑制することが可能となる。すなわち、超音波振動子３から裏面側（中間層６側）に放射された超音波は、超音波振動子３よりも音響インピーダンスが高い中間層６によって超音波振動子３の放射面側に反射される。一方、裏面側に放射された超音波の一部が、中間層６を通り抜けて背面材２側に向かうことがある。第１実施形態では、背面材２と中間層６との間に、背面材２及び中間層６よりも音響インピーダンスが小さい緩衝層７が配置されているため、中間層６を通り抜けた超音波は、緩衝層７によって反射される。そのことにより、超音波振動子３から背面材２への超音波の伝播を抑制することが可能となる。その結果、背面材２による超音波の反射が抑制されるため、背面材２から超音波振動子３の放射面側への超音波の伝播を抑制することが可能となる。このように背面材２によって反射される超音波の影響を低減することができるため、超音波プローブ１の音響特性を劣化させずに、アーチファクトの少ない超音波画像が得られる。
【００２３】
また、背面材２と中間層６との間に緩衝層７が配置されているため、背面材２は、超音波を減衰する機能を必ずしも有していなくてもよい。すなわち、背面材２は、超音波振動子３を支持する機能を有していればよい。このように、背面材２に用いられる材料に対する制約が少なくなるため、熱伝導率が高い材料を背面材２に用いることが可能となる。従って、上述したように、金属、金属炭化物、又は金属酸化物を背面材２の材料に用いて、背面材２の熱伝導率を高めることが可能となる。そのことにより、超音波振動子３で発生した熱を、背面材２を介して効率良く放散させることができるため、より高いエネルギーの超音波を送信することが可能となる。
【００２４】
また、緩衝層７を用いることにより、超音波振動子３又は中間層６の機械的な振動を減衰させることが可能となる。超音波振動子３は、超音波の発生時に機械的に振動する。この振動が、中間層６やフレキシブル基板８や背面材２に伝播して、クロストークが発生する場合がある。上述したように、緩衝層７には音響インピーダンスの低い材料が用いられるため、緩衝層７のポアソン比が大きい。ポアソン比が比較的大きい緩衝層７が配置されていることにより、超音波振動子３又は中間層６の振動を緩衝し減衰させることが可能となる。その結果、クロストークの発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
［第２実施形態］
図３を参照して、第２実施形態に係る超音波プローブについて説明する。図３は、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａを、Ｙ−Ｚ面で切断した断面図である。第１実施形態では、緩衝層７は、背面材２とフレキシブル基板８との間に配置されているが、第２実施形態では、緩衝層７の位置を変えた。第２実施形態では、緩衝層７は、中間層６とフレキシブル基板８との間に配置されている。なお、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａにおいては、緩衝層７の位置と中間層６の形状とが、第１実施形態に係る超音波プローブ１と異なり、それら以外の構成は超音波プローブ１の構成と同じである。以下、中間層６と緩衝層７とについて説明する。
【００２６】
中間層６は、背面材２に対向する面（超音波振動子３に対向する面とは反対側の面）に凹部６２を有する。例えば、中間層６は、背面材２に対向する面において超音波の有効口径に対応する箇所に凹部６２を有する。凹部６２の形状及び大きさは、緩衝層７の形状及び大きさとほぼ同じである。換言すると、第２実施形態に係る緩衝層７は、凹部６２とほぼ同じ形状及び大きさを有する。緩衝層７は、中間層６の凹部６２内に配置されている。また、中間層６は、凹部６２の周囲に凹部６２を囲む突起部６１を有する。緩衝層７は、凹部６２内に配置されることにより、突起部６１によって囲まれている。また、フレキシブル基板８は、中間層６及び緩衝層７と、背面材２との間に配置されている。突起部６１は、緩衝層７を囲んでフレキシブル基板８に向かって延びて、突起部６１の先端がフレキシブル基板８に接合されている。これにより、中間層６とフレキシブル基板８とが電気的に接続される。
【００２７】
以上の構成を有する超音波プローブ１Ａによると、緩衝層７による効果を高めつつ、中間層６を介してフレキシブル基板８から超音波振動子３に電圧を印加することが可能となる。すなわち、上述した緩衝層７の効果を高めるためには、緩衝層７は、フレキシブル基板８を間に挟まずに中間層６の直下に配置されていることが好ましい。一例として、中間層６、緩衝層７、及びフレキシブル基板８の順番で、各部が配置されていることが好ましい。しかしながら、緩衝層７に用いられる材料によっては、緩衝層７に導電性がない場合がある。中間層６とフレキシブル基板８との間に、導電性を有しない緩衝層７が配置されている場合、フレキシブル基板８と超音波振動子３との間で電気的な接続を得ることが困難となる。そこで、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａのように、中間層６に凹部６２を設けて凹部６２に緩衝層７を配置し、さらに、中間層６の突起部６１をフレキシブル基板８に接合する。そのことにより、中間層６の直下に緩衝層７を配置することができるため、緩衝層７による効果を高めることができる。また、中間層６の突起部６１とフレキシブル基板８とが接合されているため、中間層６とフレキシブル基板８とが電気的に接続し、中間層６を介してフレキシブル基板８から超音波振動子３に電圧を印加することが可能となる。
【００２８】
（シミュレーション）
第１実施形態に係る超音波プローブ１と第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａとを対象にして、有限要素解析による音響シミュレーションを行った。図４及び図５に、シミュレーションの結果を示す。超音波振動子３と中間層６とフレキシブル基板８と緩衝層７と背面材２とを有するモデルを想定し、そのモデルについてシミュレーションを行うことにより、超音波振動子３の前方における音圧の時間変化を求めた。
【００２９】
図４に各モデルを示す。モデル１００は、緩衝層７を有しない超音波プローブのモデルである。モデル１００は、背面材２と中間層６と超音波振動子３とを有し、各部がそれらの順番で配置されている。モデル１１０は、第１実施形態に係る超音波プローブ１に相当する。モデル１１０は、背面材２と緩衝層７とフレキシブル基板８と中間層６と超音波振動子３とを有し、各部がそれらの順番で配置されている。モデル１２０は、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａに相当する。モデル１２０は、背面材２とフレキシブル基板８と緩衝層７と中間層６と超音波振動子３とを有し、各部がそれらの順番で配置されている。また、各モデルにおいて、超音波振動子３の前方には水１０が配置されている。
【００３０】
シミュレーションで用いた各パラメータを以下に示す。なお、Ｚａは音響インピーダンスであり、λは超音波の波長である。
超音波の中心周波数：３［ＭＨｚ］
超音波振動子３：Ｚａ＝約３０［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約λ／４
中間層６：Ｚａ＝約８０［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約λ／４
背面材２：Ｚａ＝約２０［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約２［ｍｍ］
緩衝層７：Ｚａ＝約２［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約λ／８
フレキシブル基板８：Ｚａ＝約５［Ｍｒａｙｌ］、厚さ＝約０．１ｍｍ
【００３１】
図５にシミュレーションの結果を示す。図５の上方に音圧分布［ｄＢ］を示し、下方に音圧値Ｖを示す。各グラフの横軸は時間である。グラフ２００は、モデル１００のシミュレーション結果である。グラフ２１０は、モデル１１０のシミュレーション結果である。グラフ２２０は、モデル１２０のシミュレーション結果である。音圧分布によると、約１．５［μｓｅｃ］以降の波形強度に差が生じた。緩衝層７を有しないモデル１００では、グラフ２００に示すように波形の収斂が良くない結果となった。この結果は、超音波診断装置においては距離分解能の低下の原因となり、超音波画像の画質の劣化につながる。これに対して、緩衝層７を有するモデル１１０とモデル１２０とによると、グラフ２１０及びグラフ２２０に示すように、モデル１００よりも波形の収斂が改善された。この結果は、中間層６と背面材２との間に音響インピーダンスが小さい緩衝層７が配置されたことにより、背面材２からの超音波の反射が低減したことに起因する。
【００３２】
なお、グラフ２１０及びグラフ２２０に示すように、緩衝層７が、フレキシブル基板８に対して背面材２側に配置されていても（モデル１１０の態様）、中間層６側に配置されていても（モデル１２０の態様）、同様の効果が得られる。
【００３３】
（超音波診断装置）
図６を参照して、この実施形態に係る超音波診断装置について説明する。この実施形態に係る超音波診断装置は、第１実施形態に係る超音波プローブ１と、送受信部２０と、信号処理部２１と、画像生成部２２と、表示制御部２３と、ユーザインターフェース（ＵＩ）２４とを有する。または、この実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１の代わりに、第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａを有していてもよい。
【００３４】
（送受信部２０）
送受信部２０は、図示しない送信部と受信部とを有する。送受信部２０は超音波プローブ１に電気信号を供給して超音波を発生させ、超音波プローブ１が受信したエコー信号を受信する。
【００３５】
送信部は、超音波プローブ１に電気信号を供給して所定の焦点にビームフォームした（送信ビームフォームした）超音波を送信させる。送信部は、例えば図示しないクロック発生器と、送信遅延回路と、パルサ回路とを有する。クロック発生器は、超音波信号の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する。送信遅延回路は、超音波を所定の深さに集束させるための集束用遅延時間と、超音波を所定方向に送信するための偏向用遅延時間とに従って、超音波の送信時に遅延をかけて送信フォーカスを実施する。パルサ回路は、各超音波振動子３に対応する個別チャンネルの数分のパルサを有する。パルサ回路は、遅延がかけられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ１の各超音波振動子３に供給する。
【００３６】
受信部は、超音波プローブ１が受信したエコー信号を受信し、そのエコー信号に対して遅延処理を行うことにより、アナログの受信信号を整相された（受信ビームフォームされた）デジタルの受信データに変換する。受信部は、例えば図示しないプリアンプ回路と、Ａ／Ｄ変換器と、受信遅延回路と、加算器と有する。プリアンプ回路は、超音波プローブ１の各超音波振動子３から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号をデジタル信号に変換する。受信遅延回路は、デジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。具体的には、受信遅延回路は、所定の深さからの超音波を集束させるための集束用遅延時間と、所定方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間とを、デジタルのエコー信号に与える。加算器は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。その加算によって、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。すなわち、受信遅延回路と加算器とによって、所定方向から得られた受信信号は整相加算される。
【００３７】
（信号処理部２１）
信号処理部２１はＢモード処理部を有する。Ｂモード処理部はエコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号からＢモード超音波ラスタデータを生成する。具体的には、Ｂモード処理部は、受信信号に対してバンドパスフィルタ処理を行い、その後、出力信号の包絡線を検波し、検波されたデータに対して対数変換による圧縮処理を施す。また、信号処理部２１はＣＦＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｇ）処理部を有していてもよい。ＣＦＭ処理部は血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。血流情報には、速度、分布、又はパワーなどの情報があり、血流情報は２値化情報として得られる。また、信号処理部２１はドプラ処理部を有していてもよい。ドプラ処理部は受信信号を位相検波することによりドプラ偏移周波数成分を取り出し、ＦＦＴ処理を施すことにより血流速度を表すドプラ周波数分布を生成する。
【００３８】
（画像生成部２２）
画像生成部２２は、信号処理部２１から出力されたデータに基づいて超音波画像データを生成する。画像生成部２２は、例えばＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：デジタルスキャンコンバータ）を有する。画像生成部２２は、走査線の信号列で表される信号処理後のデータを、直交座標系で表される画像データに変換する（スキャンコンバージョン処理）。例えば画像生成部２２は、Ｂモード処理部によって信号処理が施されたＢモード超音波ラスタデータにスキャンコンバージョン処理を施すことにより、被検体の組織の形状を表すＢモード画像データを生成する。
【００３９】
（表示制御部２３）
表示制御部２３は、画像生成部２２によって生成された超音波画像データに基づく超音波画像を表示部２５に表示させる。
【００４０】
（ユーザインターフェース（ＵＩ）２４）
ユーザインターフェース（ＵＩ）２４は、表示部２５と操作部２６とを有する。表示部２５は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどのモニタであり、画面上に断層像などの超音波画像を表示する。操作部２６は、ジョイスティックやトラックボールなどのポインティングデバイス、スイッチ、各種ボタン、キーボード、又はＴＣＳ（Ｔｏｕｃｈ Ｃｏｍｍａｎｄ Ｓｃｒｅｅｎ）などで構成されている。
【００４１】
画像生成部２２と表示制御部２３とはそれぞれ、ＣＰＵ、ＧＰＵ、又はＡＳＩＣなどの図示しない処理装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、又はＨＤＤなどの図示しない記憶装置とによって構成されていてもよい。記憶装置には、画像生成部２２の機能を実行するための画像生成プログラムと、表示制御部２３の機能を実行するための表示制御プログラムとが記憶されている。ＣＰＵなどの処理装置が、記憶装置に記憶されている各プログラムを実行することにより、各部の機能が実行される。
【００４２】
以上の構成を有する超音波診断装置によると、第１実施形態に係る超音波プローブ１又は第２実施形態に係る超音波プローブ１Ａを有するため、超音波プローブ１又は超音波プローブ１Ａの音響特性を劣化させずに、アーチファクトの少ない超音波画像を生成することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ａ 超音波プローブ
２ 背面材
３ 超音波振動子
４ 音響整合層
４１ 第１の音響整合層
４２ 第２の音響整合層
５ 音響レンズ
６ 中間層
６１ 突起部
６２ 凹部
７ 緩衝層
８ フレキシブル基板
２０ 送受信部
２１ 信号処理部
２２ 画像生成部
２３ 表示制御部
２４ ユーザインターフェース（ＵＩ）
２５ 表示部
２６ 操作部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信し受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子よりも音響インピーダンスが大きい中間層と、
前記超音波振動子を支持する背面材と、を有し、
前記超音波振動子、前記中間層、及び前記背面材が、前記超音波振動子、前記中間層、及び前記背面材の順番で配置されており、
前記中間層及び前記背面材よりも音響インピーダンスが小さく、前記中間層と前記背面材との間に配置された緩衝層を更に有する、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記緩衝層の音響インピーダンスは１〜５［Ｍｒａｙｌ］である、
請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記中間層の前記背面材に対向する面に接続されて前記超音波振動子に電圧を印加するための基板を更に有し、
前記中間層は導電性を有し、
前記緩衝層は、前記基板と前記背面材との間に設けられている、
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記中間層と前記背面材との間に配置されて前記超音波振動子に電圧を印加するための基板を更に有し、
前記中間層は導電性を有し、更に、前記背面材に対向する面に凹部を有し、
前記緩衝層は前記中間層の前記凹部内に配置されており、
前記中間層の前記凹部の周囲と前記基板とが接続されている、
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記背面材は、金属、金属炭化物、又は金属酸化物である、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波プローブと、
前記超音波プローブが受信した信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
を有する超音波診断装置。
【請求項１】
超音波を送信し受信する超音波振動子と、
前記超音波振動子よりも音響インピーダンスが大きい中間層と、
前記超音波振動子を支持する背面材と、を有し、
前記超音波振動子、前記中間層、及び前記背面材が、前記超音波振動子、前記中間層、及び前記背面材の順番で配置されており、
前記中間層及び前記背面材よりも音響インピーダンスが小さく、前記中間層と前記背面材との間に配置された緩衝層を更に有する、
ことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記緩衝層の音響インピーダンスは１〜５［Ｍｒａｙｌ］である、
請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記中間層の前記背面材に対向する面に接続されて前記超音波振動子に電圧を印加するための基板を更に有し、
前記中間層は導電性を有し、
前記緩衝層は、前記基板と前記背面材との間に設けられている、
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記中間層と前記背面材との間に配置されて前記超音波振動子に電圧を印加するための基板を更に有し、
前記中間層は導電性を有し、更に、前記背面材に対向する面に凹部を有し、
前記緩衝層は前記中間層の前記凹部内に配置されており、
前記中間層の前記凹部の周囲と前記基板とが接続されている、
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記背面材は、金属、金属炭化物、又は金属酸化物である、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波プローブと、
前記超音波プローブが受信した信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
を有する超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１５６８０（Ｐ２０１２−１５６８０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４８５８３（Ｐ２０１０−１４８５８３）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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