音響レンズ、超音波探触子、および超音波診断装置
【課題】高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波を第２のレンズ面の入射する位置に応じて異なる媒質の中を進行させるレンズ体と、全面が同じ媒質からなる第１のレンズ面の媒質と、第２のレンズ面で接合するレンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成された第１音響整合体と、全面が同じ媒質の媒質からなる第４のレンズ面の媒質と、第３のレンズ面で接合するレンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成された第２音響整合体と、を有することを特徴とする音響レンズ。
【解決手段】超音波を第２のレンズ面の入射する位置に応じて異なる媒質の中を進行させるレンズ体と、全面が同じ媒質からなる第１のレンズ面の媒質と、第２のレンズ面で接合するレンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成された第１音響整合体と、全面が同じ媒質の媒質からなる第４のレンズ面の媒質と、第３のレンズ面で接合するレンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成された第２音響整合体と、を有することを特徴とする音響レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響レンズ、超音波探触子、およ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パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、及び産婦人科系などで広く利用されている。
【０００３】
このような医療用超音波診断装置に使用される超音波探触子は、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、ジルコン酸チタン酸鉛を材料とした圧電素子が一般的に使用される。この場合、送信用圧電素子の振動モードとしては、単一型探触子であるシングル型または複数の探触子を２次元配置したアレイ型探触子がよく使用される。アレイ型は精細な画像を得ることができるので、診断検査のための医療用画像として広く普及している。
【０００４】
一方、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから標準的な診断方法となりつつある。
【０００５】
ハーモニックイメージングを行うために十分な超音波信号を得るためには基本波よりも周波数が高く減衰しやすい高調波をいかに効率的に受信できる設計とするかが重要となる。
【０００６】
また、従来から超音波探触子には、超音波のビームを収束させて分解能を向上させるため音響レンズが用いられている。音響レンズは被検体（生体）と密着させるので、被検体と密着させやすく、診断に使用する周波数において減衰率の小さい材料が求められている。
【０００７】
従来からこのような材料としてシリコーンゴムが主に用いられている。シリコーンゴムは、被検体（生体）より音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が遅いので、断面形状の中央部を凸状に形成し、超音波が中央の厚みの厚い部分を通過する時間を、厚みの薄い部分より長くして超音波を収束させるようにしていた。
【０００８】
しかしながら、シリコーンゴムは超音波の伝播損失が大きいため、超音波探触子の受信感度を向上させることは難しい。特に、高周波の伝播損失が大きいため、高調波信号を用いたハーモニックイメージングには不向きな材料であると言える。
【０００９】
一方、伝播損失の少ない材料としては、例えば樹脂材料であるポリメチルペンテンが知られているが、ポリメチルペンテンは被検体（生体）より音速が速いので、断面形状の中央部を凹状に形成し、超音波を収束させるようにする必要がある。
【００１０】
しかしながら、凹状では被検体（生体）の表面との接触性が悪く、鮮明な画像が得られない。
【００１１】
そのため、ポリメチルペンテンを用いた凹状の音響レンズの平坦な側を生体接触側、凹側を圧電素子側とし、シリコーンゴムで形成した音響媒体によって凹状の部分を埋めて空気層を介在しないようにする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
また、従来の超音波探触子では、圧電素子と音響素子の間に音響インピーダンスの異なる層を積層した整合層が設けられているが、整合層の各層の境界で音響インピーダンスが大きく異なるため、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になっていた。
【００１３】
そのため、圧電素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を添加し、圧電素子と音響レンズとの間の音響インピーダンスを徐々に変化させるようにして超音波の送受信感度を向上させた音響整合レンズを備えた超音波プローブが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平６−２５４１００号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、音響レンズの凹状の部分を埋める音響媒体を設けると、音響レンズと音響媒体との境界で音響インピーダンスが大きく異なるため、超音波の反射が発生し、超音波の送受信感度が低下する問題がある。
【００１６】
特に、音響媒体としてシリコーンゴムを用いると、シリコーンゴムによる超音波の伝播損失が大きく高次高調波を利用する場合は受信感度が不十分になってしまうという問題があった。
【００１７】
特許文献２に開示されている音響整合レンズは、シリコーンゴムに添加物を添加した３つの整合層の一つに凸曲面を設け超音波を収束させている。しかし、高周波の伝播損失の少ない材料は一般に被検体より音速が速いため、凸曲面では超音波を収束できないのでこのような構成は高調波信号を用いる場合には適用できない。
【００１８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する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】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【００２０】
１．第１のレンズ面から入射した超音波を、第２のレンズ面と第３のレンズ面を通って、第４のレンズ面から放射し所定の距離に収束させる音響レンズであって、
前記第２のレンズ面と前記第３のレンズ面とを備え、前記超音波を前記第２のレンズ面の入射する位置に応じて異なる媒質の中を進行させ、前記第２のレンズ面から前記第３のレンズ面まで進行する間の時間が変わるように構成して前記超音波を所定の距離に収束させるレンズ体と、
前記第１のレンズ面を備え、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第１音響整合体と、
前記第４のレンズ面を備え、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第２音響整合体と、
を有することを特徴とする音響レンズ。
【００２１】
２．前記第１音響整合体は、
前記第１のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成され、
前記第２音響整合体は、
前記第４のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成されていることを特徴とする前記１に記載の音響レンズ。
【００２２】
３．前記音響レンズの減衰特性は、
周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする前記１または２に記載の音響レンズ。
【００２３】
４．前記音響レンズの形状は、直方体であることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２４】
５．前記超音波が前記第１のレンズ面に入射する位置が、前記第１のレンズ面の中央から離間するにつれて、前記超音波が前記第１のレンズ面から前記第４のレンズ面まで進行する間の時間が短くなるように構成されていることを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２５】
６．前記レンズ体、前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加物を添加した樹脂材料を用いて形成したことを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２６】
７．前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加した添加物の含有割合の異なる複数の層からなることを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２７】
８．前記レンズ体は、
直方体の中央部と、
前記超音波の進行する方向と平行な前記中央部の対向する２面に、同形状の面がそれぞれ接するように配設された直方体の２つの周辺部と、
を有し、
前記周辺部は、
前記中央部の対向する２面と平行に形成された少なくとも１つのレンズ層から成り、前記中央部からの距離が遠い前記レンズ層ほど超音波の伝播速度が速い材料から形成されていることを特徴とする前記１から７の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２８】
９．前記第１音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第１中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と両端がそれぞれ接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも一つの第１音響整合層を有することを特徴とする前記８に記載の音響レンズ。
【００２９】
１０．前記第２音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第２中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と一端が接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも二つの第２音響整合層を有することを特徴とする前記８または９に記載の音響レンズ。
【００３０】
１１．被検体に向けての超音波の送信、または被検体からの超音波の反射波の受信の少なくとも一方を行う超音波探触子において、
前記１から１０の何れか１項に記載の音響レンズを有し、
前記音響レンズを介して超音波を送信および受信、または送信もしくは受信をすることを特徴とする超音波探触子。
【００３１】
１２．超音波を被検体に向けて送信し、該被検体から受信した該超音波の反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
前記１１に記載の超音波探触子を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の音響レンズは、レンズ体と第１音響整合体と第２音響整合体とを有し、第１のレンズ面から第１音響整合体に入射した超音波を、レンズ体の第２のレンズ面と第３のレンズ面を通って、第２音響整合体の第４のレンズ面から放射し所定の距離に収束させる。
【００３３】
第１音響整合体は、第１のレンズ面を備え、第２のレンズ面で接合するレンズ体との界面で反射が生じないように構成されている。
【００３４】
第２音響整合体は、第４のレンズ面を備え、第３のレンズ面で接合するレンズ体との界面で反射が生じないように構成されている。
【００３５】
このようにすると、それぞれのレンズ面の間の超音波の反射が少なく、低損失で高い周波数の超音波を収束させることができる。
【００３６】
したがって、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態の音響レンズ７の斜視図である。
【図２】音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図である。
【図３】超音波の進行する方向を示す音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図である。
【図４】Ｚ軸方向の距離と音響インピーダンスの関係を示すグラフである。
【図５】Ｚ軸方向の距離と音速の関係を示すグラフである。
【図６】実施形態の第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を形成する製造方法の積層工程までを説明する説明図である。
【図７】切断、研磨工程によって得られた第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を説明する説明図である。
【図８】実施形態のレンズ体７０を製造する製造方法の一例を説明する説明図である。
【図９】実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【図１０】実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図１１】実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図１２】他の実施形態に係る音響レンズ７の断面図である。
【図１３】他の実施形態に係る音響レンズ７の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００３９】
図１は、実施形態の音響レンズ７の斜視図、図２は、音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図である。
【００４０】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ軸方向は音響レンズ７を接合する超音波探触子１（図１には図示せず）のエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｙ軸方向は音響レンズ７の長手方向、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。
【００４１】
本実施形態の音響レンズ７の外観は図１のように直方体であることが好ましい。通常レンズの中央部が膨らんでいる湾曲形状やその他形状であっても良いが、切削切り出しによる量産は直方体が好ましい。バラツキが小さく安定して高性能が得られるレンズとなる。第１音響整合体７２のＺ軸と直交するＺ軸負方向側の第１のレンズ面８１は、平面であり図示せぬ圧電素子と接合する面である。また、第２音響整合体７０のＺ軸と直交するＺ軸正方向側の第４のレンズ面８４は、平面であり図示せぬ被検体と接触する面である。
【００４２】
このように、被検体と接触する面が平面になっているので、被検体の表面との接触性が良く被検体と音響レンズ７を容易に密着させることができる。
【００４３】
音響レンズ７は、第１音響整合体７２とレンズ体７１と第２音響整合体７０とから構成されている。音響レンズ７は、第１のレンズ面８１から第１音響整合体７２に入射した超音波を、レンズ体７１の第２のレンズ面８２と第３のレンズ面８３を通って、第２音響整合体７０の第４のレンズ面８４から放射し、所定の距離に収束させる。本実施形態では、第１のレンズ面８１のＸ軸方向の異なる位置から入力した超音波を収束させるように構成している。
【００４４】
図２に示すように、レンズ体７１は、直方体の中央部４と、超音波の進行する方向（Ｚ軸方向）と直交する中央部４の対向する２面に、同形状の面がそれぞれ接するように配設された直方体の２つの周辺部８を有している。
【００４５】
音響レンズ７の各部を形成する材料の音速と音響インピーダンスの例を表１に示す。なお、表１において第１音響整合体７２、レンズ体７１、第２音響整合体７０の各部は部番で示している。
【００４６】
【表１】
【００４７】
それぞれの周辺部８は、図２の例では中央部４の対向する２面と平行に形成された紙面左側の７つのレンズ層８ａ〜８ｇ、紙面右側の７つのレンズ層８ｋ〜８ｑから成り、中央部４からの距離が遠いレンズ層ほど超音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が速い材料から形成されている。例えば、８ｋより８ｌの方が、８ｌより８ｍの方がより超音波の伝播速度が速い材料から形成され、８ｑが最も超音波の伝播速度が速い材料から形成されている。また、中央部４の両側のレンズ層８ａと８ｋ、レンズ層８ｂと８ｌ、レンズ層８ｃと８ｍ、レンズ層８ｄと８ｎ、レンズ層８ｅと８ｏ、レンズ層８ｆと８ｋ〜８ｐ、レンズ層８ｇと８ｑは、同じ材料から形成され超音波の伝播速度と音響インピーダンスが同じである。
【００４８】
すなわち、レンズ体７１の第２のレンズ面８２と第３のレンズ面８３は、Ｘ軸方向の位置によって音速と音響インピーダンスが異なる材料から形成されている。表１の例では、中央部４の音響インピーダンスは２．５Ｐａ・ｓ・ｍ−１、レンズ層８ｇと８ｑの音響インピーダンスは２２．０Ｐａ・ｓ・ｍ−１であり、大きな違いがある。
【００４９】
第１音響整合体７２と第２音響整合体７０は、Ｘ軸方向の位置によって音響インピーダンスが異なる材料から形成されたレンズ体７１との境界である第２のレンズ面８２、第３のレンズ面８３で発生する超音波の反射を抑制するためにそれぞれ設けたものである。
【００５０】
第１音響整合体７２は、全体形状は直方体であり、中央部４と接する第１中央音響整合部２１と、第１中央音響整合部２１を囲むように形成された７つの第１音響整合層６ａ２、６ｂ２、６ｃ２、６ｄ２、６ｅ２、６ｆ２、６ｇ２から構成される。図２に示すように、第２のレンズ面８２に接する７つの第１音響整合層６ａ２〜６ｇ２はその両端がレンズ層８ａ〜８ｇとレンズ層８ｋ〜８ｑにそれぞれ接している。
【００５１】
例えば、第１音響整合層６ａ２の一端はレンズ層８ａと他の一端はレンズ層８ｋと接している。前述のように、レンズ層８ａとレンズ層８ｋは同じ音響インピーダンスの材料からなるので、第１音響整合層６ａ２をレンズ層８ａ、８ｋと同じ音響インピーダンスの材料から形成すると、第１音響整合層６ａ２とレンズ層８ａ、８ｋとの境界では超音波の反射がおこらない。
【００５２】
同様に、第１音響整合層６ｂ２をレンズ層８ｂと８ｌと、第１音響整合層６ｃ２をレンズ層８ｃと８ｍと、第１音響整合層６ｄ２をレンズ層８ｄと８ｎと、第１音響整合層６ｅ２をレンズ層８ｅと８ｏと、第１音響整合層６ｆ２をレンズ層８ｆと８ｋ〜８ｐと、第１音響整合層６ｇ２をレンズ層８ｇと８ｑと、をそれぞれ同じ音響インピーダンスの材料から形成する。また、中央部４と接する第１中央音響整合部２１も中央部４と同じ音響インピーダンスの材料から形成する。
【００５３】
このようにすると、第１音響整合体７２とレンズ体７１との境界である第２のレンズ面８２で超音波の反射がおこらないようにすることができる。
【００５４】
一方、圧電素子などと接合する第１のレンズ面８１は、第１音響整合層６ｇ２のみからなるので、第１のレンズ面８１のどの位置でも音響インピーダンスは同じである。
【００５５】
第１のレンズ面８１と接合する圧電素子の音響インピーダンスは、一般に２４〜３６Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接合する第１音響整合層６ｇ２を形成する材料の音響インピーダンスを、表１に示すようなこれに近い値にすると接合面で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００５６】
表１に示すように、第１音響整合層６ｇ２と第１中央音響整合部２１を構成する材料の音響インピーダンスは大きく異なっているが、その間の第１音響整合層６ｆ２〜第１音響整合層６ａ２は単調に変化するようにしている。このようにすると、第１音響整合層６ｇ２から入射した超音波は、第１中央音響整合部２１に到達するまでに第１音響整合層６ｆ２〜第１音響整合層６ａ２を通過するので、各層間の音響インピーダンスは単調に減少し、境界での差が少ないので境界面で発生する反射を抑制することができる。
【００５７】
第２音響整合体７０は、全体形状は直方体であり、中央部４と接する第２中央音響整合部２２と、第２中央音響整合部２２を囲むように形成された７つの第２音響整合層６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇと７つの第２音響整合層６ｋ、６ｌ、６ｍ、６ｎ、６ｏ、６ｐ、６ｑから構成される。図２に示すように、第２中央音響整合部２２の両側に形成された７つの第２音響整合層６ａ〜６ｇの一端がレンズ層８ａ〜８ｇと、７つの第２音響整合層６ｋ〜６ｑの一端がレンズ層８ｋ〜８ｑとそれぞれ接している。例えば、第２音響整合層６ａの一端はレンズ層８ａと接し、第２音響整合層６ｂの一端はレンズ層８ｌと接している。
【００５８】
第１音響整合体７２の場合と同様に、第２音響整合層６ｋ〜６ｑはそれぞれが接するレンズ層８ｋ〜８ｑと同じ材料から形成されている。また、第２音響整合層６ａ〜６ｇもそれぞれが接するレンズ層８ａ〜８ｇと同じ材料から形成されている。また、中央部４と接する第２中央音響整合部２２も中央部４と同じ音響インピーダンスの材料から形成する。
【００５９】
このようにすると、第２音響整合体７０とレンズ体７１との境界である第３のレンズ面８３で超音波の反射がおこらないようにすることができる。
【００６０】
一方、被検体と接する、第２音響整合体７０の第３のレンズ面８３は、第２中央音響整合部２２のみからなるので、第３のレンズ面８３のどの位置でも音響インピーダンスは同じである。
【００６１】
被検体である人体の音響インピーダンスは、１．８Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接触する第２中央音響整合部２２の音響インピーダンスを、表１に示すようなこれに近い値にすると第１のレンズ面８１と同様に接触面で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００６２】
表１に示すように、第２音響整合層６ｇ、６ｑと第２中央音響整合部２２を構成する材料の音響インピーダンスは大きく異なっているが、その間の第２音響整合層６ｆ〜第２音響整合層６ａ、および第２音響整合層６ｐ〜第２音響整合層６ｋは単調に変化するようにしている。このようにすると、第２音響整合層６ｇから入射した超音波は、第２中央音響整合部２２に到達するまでに第２音響整合層６ｆ〜第２音響整合層６ａを通過するので、各層間の音響インピーダンスは単調に減少し、境界での差が少ないので境界面で発生する反射を抑制することができる。第２音響整合層６ｑから入射した超音波も同様である。
【００６３】
レンズ体７１、第１音響整合体７２、第２音響整合体７０は、それぞれ周波数５ＭＨｚの超音波の伝播損失が１０ｄＢ／ｃｍ以下の材料から形成されている。
【００６４】
周波数５ＭＨｚの超音波の伝播損失が１０ｄＢ／ｃｍ以下の材料としては、例えばポリエチルペンテン、スチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリプロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【００６５】
例えば、中央部４、第１中央音響整合部２１、および第２中央音響整合部２２は、スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体から形成することができる。また、レンズ層８ｇ、８ｑ、第１音響整合層６ａ２、および第２音響整合層６ｇ、６ｑは、質量比５．８％のスチレンと質量比０．４％のジビニルベンゼンに親油性酸化亜鉛ナノ粒子を質量比９３．７％の割合で添加した樹脂液を熱重合させて形成することができる。
【００６６】
この例では、表１に示すように中央部４、第１中央音響整合部２１、および第２中央音響整合部２２を構成する材料の音速は２３５０ｍ／ｓ、音響インピーダンスは２．５Ｐａ・ｓ・ｍ−１である。また、レンズ層８ｇ、８ｑ、第１音響整合層６ａ２、および第２音響整合層６ｇ、６ｑを構成する材料の音速は３６００ｍ／ｓ、音響インピーダンスは２２．０Ｐａ・ｓ・ｍ−１である。
【００６７】
圧電素子の音響インピーダンスは、一般に２４〜３６Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接合する第１音響整合層６ａ２を構成する材料の音響インピーダンスを、この例のように近い値にすると接合面で発生する超音波の反射を抑制することができる。また、被検体である人体の音響インピーダンスは、１．８Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接触する第２中央音響整合部２２を構成する材料の音響インピーダンスを、この例のように近い値にすると同様に接触面で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００６８】
なお、レンズ層８の層数は７層に限られるものではなく、より多層にしても良いし、例えば１層でも良い。また、第１音響整合層、および第２音響整合層は、レンズ層８の層数に応じてレンズ層８と接するように設ければ良い。
【００６９】
また、各レンズ層８と接する第１音響整合層、または第２音響整合層の対応する層は、超音波の進行方向に対し音響インピーダンスが単調に変化するのであれば必ずしもレンズ層８と同じ材料から形成する必要はない。
【００７０】
図３、図４、図５を用いて、本発明の音響レンズ７が超音波を収束させる原理を説明する。図３は、超音波の進行する方向を示す音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図、図４は、Ｚ軸方向の距離と音響インピーダンスの関係を示すグラフ、図５は、Ｚ軸方向の距離と音速の関係を示すグラフである。
【００７１】
図３の矢印Ｓ１は、音響レンズ７のＸ軸方向の幅の断面を示し、矢印Ｓ３は、音響レンズ７のＸ軸方向の幅の周辺部の断面を、矢印Ｓ２は、矢印Ｓ３と矢印Ｓ１の中間付近の断面を示している。また、第１のレンズ面８１は圧電素子と接合し、第４のレンズ面８４は被検体に接しているものとする。
【００７２】
Ｚ１は、矢印Ｓ１で示すように進行する超音波が、第１音響整合層６ｆ２に到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離、Ｚ２は、矢印Ｓ２で示すように進行する超音波が、第１音響整合層６ｆ２に到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離である。また、Ｚ３は、矢印Ｓ３で示すように進行する超音波が、第２音響整合層６ｐに到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離、Ｚ４は、矢印Ｓ２で示すように進行する超音波が、第２中央音響整合部２２に到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離である。
【００７３】
図４にＳ１で示すように音響レンズ７の中央では、第１のレンズ面８１からＺ１までは第１音響整合層６ｇ２の音響インピーダンスＲｇであり、第１音響整合層６ｆ２から第１音響整合層６ａ２の区間では距離に応じて徐々に減少する。次に進行する第１中央音響整合部２１、中央部４、第１中央音響整合部２１、第２中央音響整合部２２の区間の音響インピーダンスはＲ１である。
【００７４】
また、図４にＳ２で示すように、第１のレンズ面８１からＺ２までは第１音響整合層６ｇ２の音響インピーダンスＲｇであり、第１音響整合層６ｆ２〜６ｃ２の区間では距離に応じて音響インピーダンスは徐々に減少し、レンズ層８ｍと第２音響整合層６ｍを進行する区間は一定の音響インピーダンスＲｃになる。次に、第２音響整合層６ｌ〜６ｋの区間では距離に応じて音響インピーダンスは徐々に減少し、Ｚ４の位置で第２中央音響整合部２２の領域に入るとＲ１になる。
【００７５】
同様に、図４にＳ３で示すように、第１のレンズ面８１からＺ３まで音響インピーダンスはＲｇであり、第２音響整合層６ｐ〜６ｋの区間では距離に応じて音響インピーダンスは徐々に減少し、第２中央音響整合部２２の領域に入るとＲ１になる。
【００７６】
なお、図４では音響インピーダンスが連続的に減少しているように図示しているが、実際には層毎に異なる音響インピーダンスになるので段階的に減少する。
【００７７】
音速は、図５にＳ１で示すように音響レンズ７の中央では、第１のレンズ面８１からＺ１までは第１音響整合層６ｇ２の音速Ｖｇであり、第１音響整合層６ｆ２〜６ｃ２の区間では距離に応じて徐々に減少する。次に進行する第１中央音響整合部２１、中央部４、第１中央音響整合部２１、第２中央音響整合部２２の区間の音速はＶ１である。
【００７８】
また、図５にＳ２で示すように、第１のレンズ面８１からＺ２までは第１音響整合層６ｇ２の音速Ｖｇであり、第１音響整合層６ｆ２〜６ｃ２の区間では距離に応じて音速は徐々に減少し、レンズ層８ｍと第２音響整合層６ｍを進行する区間は一定の音速Ｖｃになる。次に、第２音響整合層６ｌ〜６ｋの区間では距離に応じて音速は徐々に減少し、Ｚ４の位置で第２中央音響整合部２２の領域に入るとＶ１になる。
【００７９】
同様に、図５にＳ３で示すように、第１のレンズ面８１からＺ３まで音速はＶｇであり、第２音響整合層６ｐ〜６ｋの区間では距離に応じて音速は徐々に減少し、第２中央音響整合部２２の領域に入るとＶ１になる。
【００８０】
なお、図５では音速が連続的に減少しているように図示しているが、実際には層毎に異なる音速になるので段階的に減少する。
【００８１】
このように、周辺部を進行するＳ３で示す超音波は、中央を進行するＳ１で示す超音波よりも音速Ｖｇの領域を進む距離が長く、音速Ｖ１より速い音速Ｖｇの領域を進む距離が長いので同時に第１のレンズ面８１に入射したＳ１で示す超音波よりも早く第４のレンズ面８４に接する被検体に達する。
【００８２】
Ｓ３で示す周辺部を進行する超音波は、Ｓ１で示す中央を進行する超音波より早く被検体に入射するので、その時間差の分だけ多くの距離を進行し、第４のレンズ面８４からの距離ｆで中央部を進行するＳ１で示す超音波と収束する。また、Ｓ２はＳ３とＳ１の間に被検体に入射し、距離ｆで中央部を進行するＳ１で示す超音波と収束する。
【００８３】
音響レンズ７の焦点距離は、このように超音波が第１のレンズ面８１に入射する位置と第１のレンズ面８１から第４のレンズ面８４まで進行する時間との関係によって変わる。入射する位置と進行する時間との関係は、第１音響整合体７２、レンズ体７１、および第２音響整合体７０を構成する各部の媒質と形状を変えることにより設定することができる。
【００８４】
第１音響整合体７２は、主に第１音響整合層６ｇ２の凹面の曲率、及び第１のレンズ面８１から第２のレンズ面８２までの距離を変更することにより、入射する位置に応じた第１のレンズ面８１から第２のレンズ面８２までの通過時間を設定することができる。
【００８５】
レンズ体７１は、中央部４、各レンズ層８の音速、第２のレンズ面８２から第３のレンズ面８３までの距離、および中央部４と各レンズ層８のＸ軸方向の長さ、を変更することにより、入射する位置に応じた第２のレンズ面８２から第３のレンズ面８３までの通過時間を設定することができる。
【００８６】
第２音響整合体７０は、主に第２中央音響整合部２２の凸面の曲率、及び第３のレンズ面８３から第４のレンズ面８４までの距離を変更することにより、入射する位置に応じた第３のレンズ面８３から第４のレンズ面８４までの通過時間を設定することができる。
【００８７】
このように本実施形態の音響レンズ７は、超音波が第１のレンズ面８１に入射する位置に応じて、第１のレンズ面８１から第４のレンズ面８４まで進行する時間が異なるように構成し、第４のレンズ面８４から放射する超音波を所定の距離に収束させている。このことにより、被検体より音速が速い樹脂材料を用いても、音響レンズ７を被検体と接触する面を被検体に密着させやすい平面形状にすることができる。
【００８８】
また、本実施形態の音響レンズ７は、周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料から形成されているので、高調波信号の減衰が少なく、高調波信号を利用するアレイ型超音波探触子に好適である。
【００８９】
さらに、樹脂材料から形成されているので、被検体と接触する面が磨耗しにくい。そのため、シリコーンゴムから成る音響レンズのように、超音波探触子を使用する際に塗布するゼリー状物質を使用後にふき取る際に音響レンズ面が徐々に磨耗し、フォーカス位置が当初の設計から合わなくなるという問題がおこりにくい。
【００９０】
加えて、樹脂材料はガスや液体を透過しにくいので、音響レンズ７の被検体と接する側の面から消毒用ガス、または液体が侵入して、超音波探触子の特性が劣化することも少ない。
【００９１】
次に、実施形態の音響レンズの製造方法を説明する。
【００９２】
図６は、第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を形成する製造方法の積層工程までを説明する説明図、図７は、切断、研磨工程によって得られた第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を説明する説明図である。図８は、レンズ体７０を製造する製造方法の一例を説明する説明図である。
【００９３】
Ｓ１：第１音響整合体７２と第２音響整合体７０の製造工程
Ｓ１−１：樹脂基材の製造工程
図６（ａ）は、第１音響整合体７２の第１中央音響整合部２１と第２音響整合体７０の第２中央音響整合部２２の基になる樹脂基材２５の一例である。樹脂基材２５は、図３（ａ）に示すように一方の面が凸面になった蒲鉾状である。樹脂基材の大きさに特に限定はないが、一例としては、幅Ｗ１＝１０ｍｍ、奥行きＬ＝１００ｍｍ、高さＨ１＝３ｍｍ、凸面の曲率半径５０ｍｍである。
【００９４】
樹脂基材２５を形成する材料には、各種樹脂材料を用いることができるが、超音波の減衰特性は、周波数５ＭＨｚで２ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料が好ましい。例えば、メチルペンテン、スチレン、メチルメタクリレート、カーボネート、プロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【００９５】
樹脂基材２５は、例えば金型に樹脂材料を注型して作製する。
【００９６】
Ｓ１−２：積層工程
樹脂基材２５の凸面に、樹脂基材２５より高い音響インピーダンスと所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−１を所定の厚みになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。次に、さらに速い所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−２を所定の厚みになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。このように順次樹脂液の塗布と、加熱硬化を繰り返し、図６の層８ｆ〜８ａを順に形成する。最後に樹脂液−７を塗設厚みが所定の厚みになるまで塗布と、加熱硬化を繰り返し図６（ｂ）のように６ｇの部分を形成する。
【００９７】
母材の樹脂材料の音速を変えるため樹脂材料に添加する添加剤としては、例えば酸化亜鉛、アルミニウム、酸化アルミニウム、ジュラルミン、チタン、窒化ケイ素、炭化ボロン、モリブデン等が用いられる。これらの添加剤は、母材の樹脂材料に均一に添加し、母材と添加剤界面で音響不整合を生じないよう、波長に対して充分小さい粉末の状態で用いられることが好ましく、その粒径は１０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下であることが好ましい。
【００９８】
Ｓ１−３：切断、研磨工程
図６（ｂ）のように樹脂材料を順次積層した物を、幅Ｗ２、高さＨ３の直方体と、幅Ｗ２、高さＨ４の直方体とになるように、Ｘ軸とＹ軸を含む面で分割するとともに側面を切断し、切断面の研磨を行い、図７（ａ）に示すような第２音響整合体７０と図７（ｂ）に示すような第１音響整合体７２とを得る。
【００９９】
切断法としては、ダイシングソー、レーザーカッター、超音波カッター、高圧水カッターなどを用いることができる。
【０１００】
Ｓ２：レンズ体７１の製造工程
Ｓ２−１：樹脂基板の製造工程
図８（ａ）は、中央部４を形成する樹脂基板の一例である。樹脂基板は、図８（ａ）に示すように幅Ｌ、高さＨ１、奥行きＭの長方体である。樹脂基板の大きさに特に限定はないが、一例としては、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｍ＝１５０ｍｍ、Ｈ１＝２ｍｍである。
【０１０１】
樹脂基板を形成する材料には、各種樹脂材料を用いることができるが、超音波の減衰特性は、周波数５ＭＨｚで２ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料が好ましい。例えば、メチルペンテン、スチレン、メチルメタクリレート、カーボネート、プロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【０１０２】
図８（ａ）の樹脂基板は、例えば金型に樹脂材料を注型して作製する。
【０１０３】
Ｓ２−２：積層工程
中央部４を形成する樹脂基板の対向する両面に、中央部４より速い所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−１を所定の厚みｗになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。次に、さらに速い所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−２を所定の厚みｗになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。このように順次樹脂液の塗布と、加熱硬化を繰り返し、図８（ｂ）のように次の工程で層８ａ〜８ｇ、層８ｋ〜８ｑになる層をそれぞれ形成する。なお、層の数は図８（ｂ）の例に限定されるものではなく、音響レンズ７の仕様に応じて決定すれば良い。
【０１０４】
母材の樹脂材料の音速を変えるため樹脂材料に添加する添加剤としては、例えば酸化亜鉛、アルミニウム、酸化アルミニウム、ジュラルミン、チタン、窒化ケイ素、炭化ボロン、モリブデン等が用いられる。これらの添加剤は、母材の樹脂材料に均一に添加し、母材と添加剤界面で音響不整合を生じないよう、波長に対して充分小さい粉末の状態で用いられることが好ましく、その粒径は１０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下であることが好ましい。
【０１０５】
添加剤を母材の樹脂材料に添加する体積割合Ｐは、添加剤の音速をＶｘ、母剤の樹脂材料の音速をＶ１、所定の音速Ｖαとすると、（１）式で求められる。
【０１０６】
Ｐ＝（Ｖα−Ｖ１）／（Ｖｘ−Ｖ１）・・・・・・（１）
例えば、Ｖｘ＝６４００ｍ／ｓｅｃ、Ｖ１＝２５００ｍ／ｓｅｃ、Ｖα＝２７７１ｍ／ｓｅｃとするとＰ＝０．０６９５であり、体積比で６．９５％添加すれば良い。
【０１０７】
質量比Ｒは、添加剤の比重と母材の樹脂材料の比重の比重比Ｃとすると、（２）式で求められる。
【０１０８】
Ｒ＝Ｐ×Ｃ／（（１−Ｐ）＋Ｐ×Ｃ）・・・・・（２）
例えば、比重比Ｃ＝５．４１、Ｐ＝０．０６９５のとき質量比Ｒは０．２８８であり、質量比では２８．８％添加すれば良い。
【０１０９】
Ｓ２−３：切断、研磨工程
図８（ｂ）のように樹脂材料を順次積層した状態から、第１のレンズ面と第２のレンズ面との間隔が所定の厚みになるように、樹脂材料を積層した面に直交する面に沿って（本実施形態ではＹ軸方向の面）切断し、切断面の研磨を行い、図８（ｃ）に示すようなレンズ体７１を得る。図８（ｃ）のレンズ体７１は図１で説明したレンズ体７１と同一形状であり、Ｚ軸負方向から見た図である。
【０１１０】
切断法としては、ダイシングソー、レーザーカッター、超音波カッター、高圧水カッターなどを用いることができる。
【０１１１】
Ｓ３：レンズ体７１と第１音響整合体７２、第２音響整合体７０の接合工程
図８（ｃ）に示すレンズ体７１のＺ軸方向に対向する２つの面にそれぞれ、図７（ａ）に示す第２音響整合体７０と図７（ｂ）に示す第１音響整合体７２とを接合し、図１のような音響レンズ７を得る。
【０１１２】
音響レンズ７の製造工程は以上である。
【０１１３】
図９は、実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【０１１４】
本実施形態では、送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子に本発明を適用した例を説明するが、特に限定されるものではなく単一の圧電素子で送受信を行うシングル型超音波探触子にも適用できる。
【０１１５】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向は超音波探触子１のエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向である。
【０１１６】
図９に示す超音波探触子１は、バッキング材５の上に第４電極１５、送信素子層２、第３電極１４、中間層１３、第２電極１０、受信素子層３、第１電極９、音響レンズ７の順に積層されている。
【０１１７】
以降、積層順に各構成要素を説明する。
【０１１８】
（送受信素子層）
送信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子であり、互いに厚み方向に対向する両面にそれぞれ第３電極１４、第４電極１５を備えている。送受信素子層２の厚みは３２０μｍ程度である。
【０１１９】
第３電極１４、第４電極１５は、図示せぬコネクタにより図４には図示せぬケーブル３３と接続され、ケーブル３３を介して送信回路４２と接続する。第３電極１４、第４電極１５に電気信号を入力すると圧電素子が振動し、送受信素子層２からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【０１２０】
第３電極１４、第４電極１５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、送受信素子層２の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜する。
【０１２１】
送受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて圧電素子に第１電極９、第２電極１０の間に電気信号が発生する。第１電極９、第２電極１０の間に発生した電気信号は、ケーブル３３を介して受信回路４３で受信され、画像処理部４４で画像化される。
【０１２２】
バッキング材５の上に、これまでに説明した第３電極１４と第４電極１５とが形成された送受信素子層２、接着剤により接着して図９のように積層する。積層後、送受信素子層３から超音波放射方向と反対の方向に向かってダイシングを行い、バッキング材５と第４電極１５の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行う。ダイシングによりできた溝部に、シリコン樹脂などから成る充填剤を充填した後、最上層に音響レンズ７を接着する。これ以外にも、音響レンズまで積層した後にダイシングを行い、溝部をシリコン樹脂などで充填したのちに音響レンズ上部と同様の材料からなる表面保護層を接着する態様でも良い。
【０１２３】
音響レンズ７は、送受信素子層２から送信された超音波を所定の距離に収束させる。
【０１２４】
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図８は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図９は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【０１２５】
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、表示部４５に表示する。
【０１２６】
超音波探触子１は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子１は、図８に示すように、ケーブル３３を介して超音波診断装置本体３１と接続されており、送信回路４２、受信回路４３と電気的に接続されている。
【０１２７】
送信回路４２は、制御部４６の指令により、超音波探触子１へケーブル３３を介して電気信号を送信し、超音波探触子１から被検体に対して超音波を送信させる。
【０１２８】
受信回路４３は、制御部４６の指令により、超音波探触子１からケーブル３３を介して、被検体内からの超音波の反射波に応じた電気信号を受信する。
【０１２９】
画像処理部４４は、制御部４６の指令により、受信回路４３が受信した電気信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
【０１３０】
表示部４５は、液晶パネルなどから成り、制御部４６の指令により、画像処理部４４が画像化した超音波画像を表示する。
【０１３１】
操作入力部４１は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するために設けられている。
【０１３２】
制御部４６は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、操作入力部４１の入力に基づいてプログラムされた手順により超音波診断装置１００各部の制御を行う。
【実施例】
【０１３３】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【０１３４】
［実施例］
（音響レンズの作製）
実施例では、図１と同じ構成のＸ軸方向の幅Ｗ＝７ｍｍ、Ｚ軸方向の高さＨ＝７ｍｍ、Ｙ軸方向の長さＬ＝１００ｍｍ、の直方体で、焦点距離ｆ＝２５ｍｍの音響レンズを図６〜図８で説明した手順で作製した。
【０１３５】
＜樹脂液製造工程＞
音響レンズ７の各部を形成するのに用いる樹脂液の製造工程である。
【０１３６】
【表２】
【０１３７】
実施例では、スチレンとジビニルベンゼンに添加剤の親油性酸化亜鉛ナノ微粒子と熱重合開始剤とを表２の質量比で混合した樹脂液−１〜７を作製した。表２に示す樹脂液−１〜７に含まれる添加剤の質量比は、表１の音速Ｖ１〜Ｖｇと音響インピーダンスＲ１〜Ｒｇが得られるように、添加剤を母材の樹脂材料に添加する体積割合Ｐを求め、質量比に換算して求めた。スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体と親油性酸化亜鉛ナノ微粒子との比重比Ｃ＝５．４１とした。
【０１３８】
なお、表２の酸化亜鉛は、親油性酸化亜鉛ナノ微粒子（デグサ社製ＶＰ ＡｄＮａｎｏ Ｚ８０５）であり、平均粒径は２５０ｎｍである。また、熱重合開始剤はアゾビスイソブチロニトリルを用いた。
【０１３９】
表２には、本実施例において、それぞれの樹脂液−１〜７によって形成される部材の部番を記載している。例えば、１行目の樹脂液−１からは第１音響整合体７２の第１音響整合層６ａ２と、第２音響整合体７０の第２音響整合層６ａ、６ｋと、レンズ体７１のレンズ層８ａ、８ｋが形成されることがわかる。
【０１４０】
Ｓ１：第１音響整合体７２と第２音響整合体７０の製造工程
Ｓ１−１：樹脂基材の製造工程
スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体を材料として金型に注型し、図６（ａ）に示すようなＬ＝１００ｍｍ、Ｗ１＝１０ｍｍ、Ｈ１＝３ｍｍで曲率半径５０ｍｍの蒲鉾状の樹脂基材２５を作製した。樹脂基材２５の音速Ｖ１と音響インピーダンスＲ１を測定したところそれぞれ２３５０ｍ／ｓｅｃ、２．５Ｐｓ・ｓ・ｍ−１であった。
【０１４１】
Ｓ１−２：積層工程
中央音響整合部２０の凸面に樹脂液−１をディップ塗布法を用いて厚さ３μｍになるように塗布し、直ちに強熱乾燥して架橋強化し、音響整合層６ａを形成した。同様に、樹脂液−２〜６についても同じ手順で塗布及び加熱硬化を行い、音響整合層６ｂ〜６ｆを形成した。
【０１４２】
音響整合層６ｇは、音響整合層６ｆの上に樹脂液−７の塗布及び加熱硬化を繰り返し、図６（ｂ）のような形状にした。塗設厚みは最大６ｍｍになるようにした。
【０１４３】
Ｓ１−３：切断、研磨工程
図６（ｂ）のように樹脂材料を順次積層した物を、幅Ｗ２、高さＨ３の直方体と、幅Ｗ２、高さＨ４の直方体とになるように、Ｘ軸とＹ軸を含む面で分割するとともに側面を切断し、切断面の研磨を行い、図７（ａ）に示すような第２音響整合体７０と図７（ｂ）に示すような第１音響整合体７２とを作製した。
【０１４４】
音響整合層６ａ〜６ｇ、６ｋ〜６ｑのＺ軸負方向側から見たそれぞれのＸ軸方向の幅は０．５ｍｍである。また、音響整合層６ａ２〜６ｇ２のＺ軸正方向側から見たそれぞれのＸ軸方向の幅は０．５ｍｍである。
【０１４５】
Ｓ２：レンズ体７１の製造工程
Ｓ２−１：樹脂基板の製造工程
スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体を材料として金型に注型し、図８（ａ）に示すようなＬ＝１００ｍｍ、Ｍ＝１５０ｍｍ、Ｈ１＝２ｍｍの長方形の中央部４を形成する樹脂基板を作製した。中央部４を形成する樹脂基板の音速Ｖ１を測定したところ２３５０ｍ／ｓｅｃであった。
【０１４６】
Ｓ２−２：積層工程
樹脂液−１〜７を用いて層８ａ〜８ｇ、層８ｋ〜８ｌになる層をそれぞれ形成した。
【０１４７】
中央部４を形成する樹脂基板の対向する両面に、常温で樹脂液−１を加熱硬化後に厚み０．５ｍｍになるよう塗布した後、オーブンに入れ１２０℃で５分加熱し、硬化させた。次に、常温で樹脂液−２を加熱硬化後に厚み０．５ｍｍになるよう塗布した後、同じ条件で加熱硬化を行った。その後、同じ条件で順次樹脂液の塗布と、加熱硬化とを繰り返し、樹脂液−７まで塗布と、加熱硬化を行った。
【０１４８】
Ｓ２−３：切断、研磨工程
図８（ｂ）のように積層した状態から、Ｚ軸方向の幅３ｍｍ毎に樹脂材料を積層した面に直交する面に沿ってＹ軸方向に切断した後、切断面の研磨を行ってＨ＝１．０ｍｍとし、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｗ＝７ｍｍの図８（ｃ）に示すようなレンズ体７１を作製した。
【０１４９】
Ｓ３：レンズ体７１と第１音響整合体７２、第２音響整合体７０の接合工程
レンズ体７１のＺ軸方向に対向する２つの面にそれぞれ第２音響整合体７０と第１音響整合体７２とを接合し、図１のような音響レンズ７を得た。
【０１５０】
（超音波探触子の作製）
試作した超音波探触子１は、次のように作製した。
【０１５１】
送受信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛を材料として、Ｘ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）３２０μｍのシート状にラップ仕上げで作製した。
【０１５２】
次に、送受信素子層２の両面に、金を真空蒸着して０．３μｍ厚の第３電極１４と第４電極１５とを作製した。
【０１５３】
バッキング材５の上に、第３電極１４と第４電極１５とが形成された送信素子層２、中間層１３、第１電極９と第２電極１０とが形成された受信素子層３の順に、接着剤により接着して図３のように積層する。積層後、受信素子層３からＺ軸負方向に向かってダイシングを行い、バッキング材と第４電極の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行った。
【０１５４】
最後に最上層に、音響レンズ７を接着し、実施例、実施例２の超音波探触子１を各５個作製した。
【０１５５】
［比較例］
（音響レンズの作製）
Ｘ軸方向の幅Ｗ＝６ｍｍ、Ｙ軸方向の幅Ｌ＝１００ｍｍ、Ｚ軸方向に曲率半径６ｍｍの凸面形状のレンズ面を有する焦点距離２５ｍｍの音響レンズを、シリコーンゴムを成型して作製した。Ｚ軸方向の最大幅Ｈ＝４６０μｍである。
【０１５６】
（超音波探触子の作製）
実施例と同じ手順で各層を積層し、最後に最上層に、シリコーンゴムから成る音響レンズを接着し、比較例の超音波探触子１を５個作製した。
【０１５７】
［評価方法］
実施例と比較例のそれぞれの超音波探触子の焦点距離と減衰量を測定し、平均値を求めた。焦点距離の測定は水中ハイドロフォン法で行い、減衰量の測定はシングルアラウンド法で行った。
【０１５８】
また、実施例と比較例の音響レンズ表面を不織布ワイパー（ＢＥＭＣＯＴ Ｍ−３II（商品名）、旭化成（株）製）に５０ｇの荷重をかけて５００回の摩擦試験を行った後、再度焦点距離を測定した。
【０１５９】
［結果］
【０１６０】
【表３】
【０１６１】
摩擦試験を行う前の実施例、比較例の焦点距離は表３のようにどちらも２５ｍｍであった。
【０１６２】
減衰量は表３に示すように、実施例の超音波探触子の中央では、周波数５ＭＨｚで１．２ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで８．３ｄＢ、端部では周波数５ＭＨｚで２．３ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで１２．１ｄＢであった。
【０１６３】
一方、比較例は、表３に示すように減衰量が周波数５ＭＨｚで４．１ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで２１、３ｄＢであり、周波数５ＭＨｚで約３ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで９ｄＢも実施例より減衰が多くなっている。このように、本発明では、同一の焦点距離で、伝播損失の少ない音響レンズが得られることが確認できた。
【０１６４】
摩擦試験を行った後の実施例の焦点距離は表３のように変化が無かったが、比較例の焦点距離は１２ｍｍ遠方に変化していた。このことから、本発明の音響レンズは対摩耗性に優れ、耐久性が高いことが確認できた。
【０１６５】
次に、第１音響整合体７２とレンズ体７１の接合面、および第２音響整合体７０とレンズ体７１の接合面で発生する反射を抑制する他の実施形態を説明する。
【０１６６】
図１２は、他の実施形態の音響レンズ７の断面図である。
【０１６７】
図１２の例では、第１音響整合体７２のレンズ体７１と対向する面と、第２音響整合体７０のレンズ体７１と対向する面にそれぞれ溝５１が設けられている。溝５１には音響整合材５２を充填して接合している。溝５１は超音波の反射を吸収できる程度のサイズになっている。
【０１６８】
このようにすると、第１音響整合体７２とレンズ体７１との間、また第２音響整合体７０のレンズ体７１で超音波の反射がおこらないようにすることができる。
【０１６９】
媒質層５３は、被検体と同程度の音響インピーダンスを持つ材料から形成され、媒質層５０は、接合される送受信層と同程度の音響インピーダンスを持つ材料から形成されている。
【０１７０】
図１３は、図１２の変形例であり、第１のレンズ面８１に溝５１を設けた例である。このようにすると、第１のレンズ面８１と接合する送受信層との間で発生する反射を抑制することができる。
【０１７１】
なお、超音波の反射を防止する構造はこの例に限られるものではなく、例えば特開平１１−８９８３５公報に開示されているような先細柱状体を用いても良い。
【０１７２】
また、図１２，１３の溝５１は平面（直線）形状となっているが、通常のレンズの様に中央部が膨らんでいる湾曲形状であっても良い。湾曲形状の場合、中心と外側で通常のレンズ効果を考慮して、設計することが好ましい。
【０１７３】
以上このように、本発明によれば、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１ 超音波探触子
２ 送信素子
３ 受信素子
４ 中央部
５ バッキング材
６ 音響整合層
６ａ２〜６ｇ２ 第１音響整合層
６ａ〜６ｇ 第２音響整合層
６ｋ〜６ｑ 第２音響整合層
７ 音響レンズ
８ 周辺部
９ 第１電極
１０ 第２電極
１３ 中間層
１４ 第３電極
１５ 第４電極
２０ 中央音響整合部
２１ 第１中央音響整合部
２２ 第２中央音響整合部
２５ 樹脂基材
３１ 超音波診断装置本体
３３ ケーブル
４１ 操作入力部
４２ 送信回路
４３ 受信回路
４４ 画像処理部
４５ 表示部
４６ 制御部
１００ 超音波診断装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響レンズ、超音波探触子、およ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パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、及び産婦人科系などで広く利用されている。
【０００３】
このような医療用超音波診断装置に使用される超音波探触子は、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、ジルコン酸チタン酸鉛を材料とした圧電素子が一般的に使用される。この場合、送信用圧電素子の振動モードとしては、単一型探触子であるシングル型または複数の探触子を２次元配置したアレイ型探触子がよく使用される。アレイ型は精細な画像を得ることができるので、診断検査のための医療用画像として広く普及している。
【０００４】
一方、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから標準的な診断方法となりつつある。
【０００５】
ハーモニックイメージングを行うために十分な超音波信号を得るためには基本波よりも周波数が高く減衰しやすい高調波をいかに効率的に受信できる設計とするかが重要となる。
【０００６】
また、従来から超音波探触子には、超音波のビームを収束させて分解能を向上させるため音響レンズが用いられている。音響レンズは被検体（生体）と密着させるので、被検体と密着させやすく、診断に使用する周波数において減衰率の小さい材料が求められている。
【０００７】
従来からこのような材料としてシリコーンゴムが主に用いられている。シリコーンゴムは、被検体（生体）より音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が遅いので、断面形状の中央部を凸状に形成し、超音波が中央の厚みの厚い部分を通過する時間を、厚みの薄い部分より長くして超音波を収束させるようにしていた。
【０００８】
しかしながら、シリコーンゴムは超音波の伝播損失が大きいため、超音波探触子の受信感度を向上させることは難しい。特に、高周波の伝播損失が大きいため、高調波信号を用いたハーモニックイメージングには不向きな材料であると言える。
【０００９】
一方、伝播損失の少ない材料としては、例えば樹脂材料であるポリメチルペンテンが知られているが、ポリメチルペンテンは被検体（生体）より音速が速いので、断面形状の中央部を凹状に形成し、超音波を収束させるようにする必要がある。
【００１０】
しかしながら、凹状では被検体（生体）の表面との接触性が悪く、鮮明な画像が得られない。
【００１１】
そのため、ポリメチルペンテンを用いた凹状の音響レンズの平坦な側を生体接触側、凹側を圧電素子側とし、シリコーンゴムで形成した音響媒体によって凹状の部分を埋めて空気層を介在しないようにする方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
また、従来の超音波探触子では、圧電素子と音響素子の間に音響インピーダンスの異なる層を積層した整合層が設けられているが、整合層の各層の境界で音響インピーダンスが大きく異なるため、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になっていた。
【００１３】
そのため、圧電素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を添加し、圧電素子と音響レンズとの間の音響インピーダンスを徐々に変化させるようにして超音波の送受信感度を向上させた音響整合レンズを備えた超音波プローブが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平６−２５４１００号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、音響レンズの凹状の部分を埋める音響媒体を設けると、音響レンズと音響媒体との境界で音響インピーダンスが大きく異なるため、超音波の反射が発生し、超音波の送受信感度が低下する問題がある。
【００１６】
特に、音響媒体としてシリコーンゴムを用いると、シリコーンゴムによる超音波の伝播損失が大きく高次高調波を利用する場合は受信感度が不十分になってしまうという問題があった。
【００１７】
特許文献２に開示されている音響整合レンズは、シリコーンゴムに添加物を添加した３つの整合層の一つに凸曲面を設け超音波を収束させている。しかし、高周波の伝播損失の少ない材料は一般に被検体より音速が速いため、凸曲面では超音波を収束できないのでこのような構成は高調波信号を用いる場合には適用できない。
【００１８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する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】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【００２０】
１．第１のレンズ面から入射した超音波を、第２のレンズ面と第３のレンズ面を通って、第４のレンズ面から放射し所定の距離に収束させる音響レンズであって、
前記第２のレンズ面と前記第３のレンズ面とを備え、前記超音波を前記第２のレンズ面の入射する位置に応じて異なる媒質の中を進行させ、前記第２のレンズ面から前記第３のレンズ面まで進行する間の時間が変わるように構成して前記超音波を所定の距離に収束させるレンズ体と、
前記第１のレンズ面を備え、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第１音響整合体と、
前記第４のレンズ面を備え、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第２音響整合体と、
を有することを特徴とする音響レンズ。
【００２１】
２．前記第１音響整合体は、
前記第１のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成され、
前記第２音響整合体は、
前記第４のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成されていることを特徴とする前記１に記載の音響レンズ。
【００２２】
３．前記音響レンズの減衰特性は、
周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする前記１または２に記載の音響レンズ。
【００２３】
４．前記音響レンズの形状は、直方体であることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２４】
５．前記超音波が前記第１のレンズ面に入射する位置が、前記第１のレンズ面の中央から離間するにつれて、前記超音波が前記第１のレンズ面から前記第４のレンズ面まで進行する間の時間が短くなるように構成されていることを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２５】
６．前記レンズ体、前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加物を添加した樹脂材料を用いて形成したことを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２６】
７．前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加した添加物の含有割合の異なる複数の層からなることを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２７】
８．前記レンズ体は、
直方体の中央部と、
前記超音波の進行する方向と平行な前記中央部の対向する２面に、同形状の面がそれぞれ接するように配設された直方体の２つの周辺部と、
を有し、
前記周辺部は、
前記中央部の対向する２面と平行に形成された少なくとも１つのレンズ層から成り、前記中央部からの距離が遠い前記レンズ層ほど超音波の伝播速度が速い材料から形成されていることを特徴とする前記１から７の何れか１項に記載の音響レンズ。
【００２８】
９．前記第１音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第１中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と両端がそれぞれ接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも一つの第１音響整合層を有することを特徴とする前記８に記載の音響レンズ。
【００２９】
１０．前記第２音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第２中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と一端が接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも二つの第２音響整合層を有することを特徴とする前記８または９に記載の音響レンズ。
【００３０】
１１．被検体に向けての超音波の送信、または被検体からの超音波の反射波の受信の少なくとも一方を行う超音波探触子において、
前記１から１０の何れか１項に記載の音響レンズを有し、
前記音響レンズを介して超音波を送信および受信、または送信もしくは受信をすることを特徴とする超音波探触子。
【００３１】
１２．超音波を被検体に向けて送信し、該被検体から受信した該超音波の反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
前記１１に記載の超音波探触子を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の音響レンズは、レンズ体と第１音響整合体と第２音響整合体とを有し、第１のレンズ面から第１音響整合体に入射した超音波を、レンズ体の第２のレンズ面と第３のレンズ面を通って、第２音響整合体の第４のレンズ面から放射し所定の距離に収束させる。
【００３３】
第１音響整合体は、第１のレンズ面を備え、第２のレンズ面で接合するレンズ体との界面で反射が生じないように構成されている。
【００３４】
第２音響整合体は、第４のレンズ面を備え、第３のレンズ面で接合するレンズ体との界面で反射が生じないように構成されている。
【００３５】
このようにすると、それぞれのレンズ面の間の超音波の反射が少なく、低損失で高い周波数の超音波を収束させることができる。
【００３６】
したがって、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態の音響レンズ７の斜視図である。
【図２】音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図である。
【図３】超音波の進行する方向を示す音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図である。
【図４】Ｚ軸方向の距離と音響インピーダンスの関係を示すグラフである。
【図５】Ｚ軸方向の距離と音速の関係を示すグラフである。
【図６】実施形態の第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を形成する製造方法の積層工程までを説明する説明図である。
【図７】切断、研磨工程によって得られた第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を説明する説明図である。
【図８】実施形態のレンズ体７０を製造する製造方法の一例を説明する説明図である。
【図９】実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【図１０】実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図１１】実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図１２】他の実施形態に係る音響レンズ７の断面図である。
【図１３】他の実施形態に係る音響レンズ７の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００３９】
図１は、実施形態の音響レンズ７の斜視図、図２は、音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図である。
【００４０】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ軸方向は音響レンズ７を接合する超音波探触子１（図１には図示せず）のエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｙ軸方向は音響レンズ７の長手方向、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。
【００４１】
本実施形態の音響レンズ７の外観は図１のように直方体であることが好ましい。通常レンズの中央部が膨らんでいる湾曲形状やその他形状であっても良いが、切削切り出しによる量産は直方体が好ましい。バラツキが小さく安定して高性能が得られるレンズとなる。第１音響整合体７２のＺ軸と直交するＺ軸負方向側の第１のレンズ面８１は、平面であり図示せぬ圧電素子と接合する面である。また、第２音響整合体７０のＺ軸と直交するＺ軸正方向側の第４のレンズ面８４は、平面であり図示せぬ被検体と接触する面である。
【００４２】
このように、被検体と接触する面が平面になっているので、被検体の表面との接触性が良く被検体と音響レンズ７を容易に密着させることができる。
【００４３】
音響レンズ７は、第１音響整合体７２とレンズ体７１と第２音響整合体７０とから構成されている。音響レンズ７は、第１のレンズ面８１から第１音響整合体７２に入射した超音波を、レンズ体７１の第２のレンズ面８２と第３のレンズ面８３を通って、第２音響整合体７０の第４のレンズ面８４から放射し、所定の距離に収束させる。本実施形態では、第１のレンズ面８１のＸ軸方向の異なる位置から入力した超音波を収束させるように構成している。
【００４４】
図２に示すように、レンズ体７１は、直方体の中央部４と、超音波の進行する方向（Ｚ軸方向）と直交する中央部４の対向する２面に、同形状の面がそれぞれ接するように配設された直方体の２つの周辺部８を有している。
【００４５】
音響レンズ７の各部を形成する材料の音速と音響インピーダンスの例を表１に示す。なお、表１において第１音響整合体７２、レンズ体７１、第２音響整合体７０の各部は部番で示している。
【００４６】
【表１】
【００４７】
それぞれの周辺部８は、図２の例では中央部４の対向する２面と平行に形成された紙面左側の７つのレンズ層８ａ〜８ｇ、紙面右側の７つのレンズ層８ｋ〜８ｑから成り、中央部４からの距離が遠いレンズ層ほど超音波の伝播速度（以下、音速ともいう）が速い材料から形成されている。例えば、８ｋより８ｌの方が、８ｌより８ｍの方がより超音波の伝播速度が速い材料から形成され、８ｑが最も超音波の伝播速度が速い材料から形成されている。また、中央部４の両側のレンズ層８ａと８ｋ、レンズ層８ｂと８ｌ、レンズ層８ｃと８ｍ、レンズ層８ｄと８ｎ、レンズ層８ｅと８ｏ、レンズ層８ｆと８ｋ〜８ｐ、レンズ層８ｇと８ｑは、同じ材料から形成され超音波の伝播速度と音響インピーダンスが同じである。
【００４８】
すなわち、レンズ体７１の第２のレンズ面８２と第３のレンズ面８３は、Ｘ軸方向の位置によって音速と音響インピーダンスが異なる材料から形成されている。表１の例では、中央部４の音響インピーダンスは２．５Ｐａ・ｓ・ｍ−１、レンズ層８ｇと８ｑの音響インピーダンスは２２．０Ｐａ・ｓ・ｍ−１であり、大きな違いがある。
【００４９】
第１音響整合体７２と第２音響整合体７０は、Ｘ軸方向の位置によって音響インピーダンスが異なる材料から形成されたレンズ体７１との境界である第２のレンズ面８２、第３のレンズ面８３で発生する超音波の反射を抑制するためにそれぞれ設けたものである。
【００５０】
第１音響整合体７２は、全体形状は直方体であり、中央部４と接する第１中央音響整合部２１と、第１中央音響整合部２１を囲むように形成された７つの第１音響整合層６ａ２、６ｂ２、６ｃ２、６ｄ２、６ｅ２、６ｆ２、６ｇ２から構成される。図２に示すように、第２のレンズ面８２に接する７つの第１音響整合層６ａ２〜６ｇ２はその両端がレンズ層８ａ〜８ｇとレンズ層８ｋ〜８ｑにそれぞれ接している。
【００５１】
例えば、第１音響整合層６ａ２の一端はレンズ層８ａと他の一端はレンズ層８ｋと接している。前述のように、レンズ層８ａとレンズ層８ｋは同じ音響インピーダンスの材料からなるので、第１音響整合層６ａ２をレンズ層８ａ、８ｋと同じ音響インピーダンスの材料から形成すると、第１音響整合層６ａ２とレンズ層８ａ、８ｋとの境界では超音波の反射がおこらない。
【００５２】
同様に、第１音響整合層６ｂ２をレンズ層８ｂと８ｌと、第１音響整合層６ｃ２をレンズ層８ｃと８ｍと、第１音響整合層６ｄ２をレンズ層８ｄと８ｎと、第１音響整合層６ｅ２をレンズ層８ｅと８ｏと、第１音響整合層６ｆ２をレンズ層８ｆと８ｋ〜８ｐと、第１音響整合層６ｇ２をレンズ層８ｇと８ｑと、をそれぞれ同じ音響インピーダンスの材料から形成する。また、中央部４と接する第１中央音響整合部２１も中央部４と同じ音響インピーダンスの材料から形成する。
【００５３】
このようにすると、第１音響整合体７２とレンズ体７１との境界である第２のレンズ面８２で超音波の反射がおこらないようにすることができる。
【００５４】
一方、圧電素子などと接合する第１のレンズ面８１は、第１音響整合層６ｇ２のみからなるので、第１のレンズ面８１のどの位置でも音響インピーダンスは同じである。
【００５５】
第１のレンズ面８１と接合する圧電素子の音響インピーダンスは、一般に２４〜３６Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接合する第１音響整合層６ｇ２を形成する材料の音響インピーダンスを、表１に示すようなこれに近い値にすると接合面で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００５６】
表１に示すように、第１音響整合層６ｇ２と第１中央音響整合部２１を構成する材料の音響インピーダンスは大きく異なっているが、その間の第１音響整合層６ｆ２〜第１音響整合層６ａ２は単調に変化するようにしている。このようにすると、第１音響整合層６ｇ２から入射した超音波は、第１中央音響整合部２１に到達するまでに第１音響整合層６ｆ２〜第１音響整合層６ａ２を通過するので、各層間の音響インピーダンスは単調に減少し、境界での差が少ないので境界面で発生する反射を抑制することができる。
【００５７】
第２音響整合体７０は、全体形状は直方体であり、中央部４と接する第２中央音響整合部２２と、第２中央音響整合部２２を囲むように形成された７つの第２音響整合層６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇと７つの第２音響整合層６ｋ、６ｌ、６ｍ、６ｎ、６ｏ、６ｐ、６ｑから構成される。図２に示すように、第２中央音響整合部２２の両側に形成された７つの第２音響整合層６ａ〜６ｇの一端がレンズ層８ａ〜８ｇと、７つの第２音響整合層６ｋ〜６ｑの一端がレンズ層８ｋ〜８ｑとそれぞれ接している。例えば、第２音響整合層６ａの一端はレンズ層８ａと接し、第２音響整合層６ｂの一端はレンズ層８ｌと接している。
【００５８】
第１音響整合体７２の場合と同様に、第２音響整合層６ｋ〜６ｑはそれぞれが接するレンズ層８ｋ〜８ｑと同じ材料から形成されている。また、第２音響整合層６ａ〜６ｇもそれぞれが接するレンズ層８ａ〜８ｇと同じ材料から形成されている。また、中央部４と接する第２中央音響整合部２２も中央部４と同じ音響インピーダンスの材料から形成する。
【００５９】
このようにすると、第２音響整合体７０とレンズ体７１との境界である第３のレンズ面８３で超音波の反射がおこらないようにすることができる。
【００６０】
一方、被検体と接する、第２音響整合体７０の第３のレンズ面８３は、第２中央音響整合部２２のみからなるので、第３のレンズ面８３のどの位置でも音響インピーダンスは同じである。
【００６１】
被検体である人体の音響インピーダンスは、１．８Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接触する第２中央音響整合部２２の音響インピーダンスを、表１に示すようなこれに近い値にすると第１のレンズ面８１と同様に接触面で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００６２】
表１に示すように、第２音響整合層６ｇ、６ｑと第２中央音響整合部２２を構成する材料の音響インピーダンスは大きく異なっているが、その間の第２音響整合層６ｆ〜第２音響整合層６ａ、および第２音響整合層６ｐ〜第２音響整合層６ｋは単調に変化するようにしている。このようにすると、第２音響整合層６ｇから入射した超音波は、第２中央音響整合部２２に到達するまでに第２音響整合層６ｆ〜第２音響整合層６ａを通過するので、各層間の音響インピーダンスは単調に減少し、境界での差が少ないので境界面で発生する反射を抑制することができる。第２音響整合層６ｑから入射した超音波も同様である。
【００６３】
レンズ体７１、第１音響整合体７２、第２音響整合体７０は、それぞれ周波数５ＭＨｚの超音波の伝播損失が１０ｄＢ／ｃｍ以下の材料から形成されている。
【００６４】
周波数５ＭＨｚの超音波の伝播損失が１０ｄＢ／ｃｍ以下の材料としては、例えばポリエチルペンテン、スチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリプロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【００６５】
例えば、中央部４、第１中央音響整合部２１、および第２中央音響整合部２２は、スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体から形成することができる。また、レンズ層８ｇ、８ｑ、第１音響整合層６ａ２、および第２音響整合層６ｇ、６ｑは、質量比５．８％のスチレンと質量比０．４％のジビニルベンゼンに親油性酸化亜鉛ナノ粒子を質量比９３．７％の割合で添加した樹脂液を熱重合させて形成することができる。
【００６６】
この例では、表１に示すように中央部４、第１中央音響整合部２１、および第２中央音響整合部２２を構成する材料の音速は２３５０ｍ／ｓ、音響インピーダンスは２．５Ｐａ・ｓ・ｍ−１である。また、レンズ層８ｇ、８ｑ、第１音響整合層６ａ２、および第２音響整合層６ｇ、６ｑを構成する材料の音速は３６００ｍ／ｓ、音響インピーダンスは２２．０Ｐａ・ｓ・ｍ−１である。
【００６７】
圧電素子の音響インピーダンスは、一般に２４〜３６Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接合する第１音響整合層６ａ２を構成する材料の音響インピーダンスを、この例のように近い値にすると接合面で発生する超音波の反射を抑制することができる。また、被検体である人体の音響インピーダンスは、１．８Ｐａ・ｓ・ｍ−１程度であり、接触する第２中央音響整合部２２を構成する材料の音響インピーダンスを、この例のように近い値にすると同様に接触面で発生する超音波の反射を抑制することができる。
【００６８】
なお、レンズ層８の層数は７層に限られるものではなく、より多層にしても良いし、例えば１層でも良い。また、第１音響整合層、および第２音響整合層は、レンズ層８の層数に応じてレンズ層８と接するように設ければ良い。
【００６９】
また、各レンズ層８と接する第１音響整合層、または第２音響整合層の対応する層は、超音波の進行方向に対し音響インピーダンスが単調に変化するのであれば必ずしもレンズ層８と同じ材料から形成する必要はない。
【００７０】
図３、図４、図５を用いて、本発明の音響レンズ７が超音波を収束させる原理を説明する。図３は、超音波の進行する方向を示す音響レンズ７のＹ軸に直交する面の断面図、図４は、Ｚ軸方向の距離と音響インピーダンスの関係を示すグラフ、図５は、Ｚ軸方向の距離と音速の関係を示すグラフである。
【００７１】
図３の矢印Ｓ１は、音響レンズ７のＸ軸方向の幅の断面を示し、矢印Ｓ３は、音響レンズ７のＸ軸方向の幅の周辺部の断面を、矢印Ｓ２は、矢印Ｓ３と矢印Ｓ１の中間付近の断面を示している。また、第１のレンズ面８１は圧電素子と接合し、第４のレンズ面８４は被検体に接しているものとする。
【００７２】
Ｚ１は、矢印Ｓ１で示すように進行する超音波が、第１音響整合層６ｆ２に到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離、Ｚ２は、矢印Ｓ２で示すように進行する超音波が、第１音響整合層６ｆ２に到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離である。また、Ｚ３は、矢印Ｓ３で示すように進行する超音波が、第２音響整合層６ｐに到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離、Ｚ４は、矢印Ｓ２で示すように進行する超音波が、第２中央音響整合部２２に到達する位置の第１のレンズ面８１からの距離である。
【００７３】
図４にＳ１で示すように音響レンズ７の中央では、第１のレンズ面８１からＺ１までは第１音響整合層６ｇ２の音響インピーダンスＲｇであり、第１音響整合層６ｆ２から第１音響整合層６ａ２の区間では距離に応じて徐々に減少する。次に進行する第１中央音響整合部２１、中央部４、第１中央音響整合部２１、第２中央音響整合部２２の区間の音響インピーダンスはＲ１である。
【００７４】
また、図４にＳ２で示すように、第１のレンズ面８１からＺ２までは第１音響整合層６ｇ２の音響インピーダンスＲｇであり、第１音響整合層６ｆ２〜６ｃ２の区間では距離に応じて音響インピーダンスは徐々に減少し、レンズ層８ｍと第２音響整合層６ｍを進行する区間は一定の音響インピーダンスＲｃになる。次に、第２音響整合層６ｌ〜６ｋの区間では距離に応じて音響インピーダンスは徐々に減少し、Ｚ４の位置で第２中央音響整合部２２の領域に入るとＲ１になる。
【００７５】
同様に、図４にＳ３で示すように、第１のレンズ面８１からＺ３まで音響インピーダンスはＲｇであり、第２音響整合層６ｐ〜６ｋの区間では距離に応じて音響インピーダンスは徐々に減少し、第２中央音響整合部２２の領域に入るとＲ１になる。
【００７６】
なお、図４では音響インピーダンスが連続的に減少しているように図示しているが、実際には層毎に異なる音響インピーダンスになるので段階的に減少する。
【００７７】
音速は、図５にＳ１で示すように音響レンズ７の中央では、第１のレンズ面８１からＺ１までは第１音響整合層６ｇ２の音速Ｖｇであり、第１音響整合層６ｆ２〜６ｃ２の区間では距離に応じて徐々に減少する。次に進行する第１中央音響整合部２１、中央部４、第１中央音響整合部２１、第２中央音響整合部２２の区間の音速はＶ１である。
【００７８】
また、図５にＳ２で示すように、第１のレンズ面８１からＺ２までは第１音響整合層６ｇ２の音速Ｖｇであり、第１音響整合層６ｆ２〜６ｃ２の区間では距離に応じて音速は徐々に減少し、レンズ層８ｍと第２音響整合層６ｍを進行する区間は一定の音速Ｖｃになる。次に、第２音響整合層６ｌ〜６ｋの区間では距離に応じて音速は徐々に減少し、Ｚ４の位置で第２中央音響整合部２２の領域に入るとＶ１になる。
【００７９】
同様に、図５にＳ３で示すように、第１のレンズ面８１からＺ３まで音速はＶｇであり、第２音響整合層６ｐ〜６ｋの区間では距離に応じて音速は徐々に減少し、第２中央音響整合部２２の領域に入るとＶ１になる。
【００８０】
なお、図５では音速が連続的に減少しているように図示しているが、実際には層毎に異なる音速になるので段階的に減少する。
【００８１】
このように、周辺部を進行するＳ３で示す超音波は、中央を進行するＳ１で示す超音波よりも音速Ｖｇの領域を進む距離が長く、音速Ｖ１より速い音速Ｖｇの領域を進む距離が長いので同時に第１のレンズ面８１に入射したＳ１で示す超音波よりも早く第４のレンズ面８４に接する被検体に達する。
【００８２】
Ｓ３で示す周辺部を進行する超音波は、Ｓ１で示す中央を進行する超音波より早く被検体に入射するので、その時間差の分だけ多くの距離を進行し、第４のレンズ面８４からの距離ｆで中央部を進行するＳ１で示す超音波と収束する。また、Ｓ２はＳ３とＳ１の間に被検体に入射し、距離ｆで中央部を進行するＳ１で示す超音波と収束する。
【００８３】
音響レンズ７の焦点距離は、このように超音波が第１のレンズ面８１に入射する位置と第１のレンズ面８１から第４のレンズ面８４まで進行する時間との関係によって変わる。入射する位置と進行する時間との関係は、第１音響整合体７２、レンズ体７１、および第２音響整合体７０を構成する各部の媒質と形状を変えることにより設定することができる。
【００８４】
第１音響整合体７２は、主に第１音響整合層６ｇ２の凹面の曲率、及び第１のレンズ面８１から第２のレンズ面８２までの距離を変更することにより、入射する位置に応じた第１のレンズ面８１から第２のレンズ面８２までの通過時間を設定することができる。
【００８５】
レンズ体７１は、中央部４、各レンズ層８の音速、第２のレンズ面８２から第３のレンズ面８３までの距離、および中央部４と各レンズ層８のＸ軸方向の長さ、を変更することにより、入射する位置に応じた第２のレンズ面８２から第３のレンズ面８３までの通過時間を設定することができる。
【００８６】
第２音響整合体７０は、主に第２中央音響整合部２２の凸面の曲率、及び第３のレンズ面８３から第４のレンズ面８４までの距離を変更することにより、入射する位置に応じた第３のレンズ面８３から第４のレンズ面８４までの通過時間を設定することができる。
【００８７】
このように本実施形態の音響レンズ７は、超音波が第１のレンズ面８１に入射する位置に応じて、第１のレンズ面８１から第４のレンズ面８４まで進行する時間が異なるように構成し、第４のレンズ面８４から放射する超音波を所定の距離に収束させている。このことにより、被検体より音速が速い樹脂材料を用いても、音響レンズ７を被検体と接触する面を被検体に密着させやすい平面形状にすることができる。
【００８８】
また、本実施形態の音響レンズ７は、周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料から形成されているので、高調波信号の減衰が少なく、高調波信号を利用するアレイ型超音波探触子に好適である。
【００８９】
さらに、樹脂材料から形成されているので、被検体と接触する面が磨耗しにくい。そのため、シリコーンゴムから成る音響レンズのように、超音波探触子を使用する際に塗布するゼリー状物質を使用後にふき取る際に音響レンズ面が徐々に磨耗し、フォーカス位置が当初の設計から合わなくなるという問題がおこりにくい。
【００９０】
加えて、樹脂材料はガスや液体を透過しにくいので、音響レンズ７の被検体と接する側の面から消毒用ガス、または液体が侵入して、超音波探触子の特性が劣化することも少ない。
【００９１】
次に、実施形態の音響レンズの製造方法を説明する。
【００９２】
図６は、第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を形成する製造方法の積層工程までを説明する説明図、図７は、切断、研磨工程によって得られた第１音響整合体７２と第２音響整合体７０を説明する説明図である。図８は、レンズ体７０を製造する製造方法の一例を説明する説明図である。
【００９３】
Ｓ１：第１音響整合体７２と第２音響整合体７０の製造工程
Ｓ１−１：樹脂基材の製造工程
図６（ａ）は、第１音響整合体７２の第１中央音響整合部２１と第２音響整合体７０の第２中央音響整合部２２の基になる樹脂基材２５の一例である。樹脂基材２５は、図３（ａ）に示すように一方の面が凸面になった蒲鉾状である。樹脂基材の大きさに特に限定はないが、一例としては、幅Ｗ１＝１０ｍｍ、奥行きＬ＝１００ｍｍ、高さＨ１＝３ｍｍ、凸面の曲率半径５０ｍｍである。
【００９４】
樹脂基材２５を形成する材料には、各種樹脂材料を用いることができるが、超音波の減衰特性は、周波数５ＭＨｚで２ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料が好ましい。例えば、メチルペンテン、スチレン、メチルメタクリレート、カーボネート、プロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【００９５】
樹脂基材２５は、例えば金型に樹脂材料を注型して作製する。
【００９６】
Ｓ１−２：積層工程
樹脂基材２５の凸面に、樹脂基材２５より高い音響インピーダンスと所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−１を所定の厚みになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。次に、さらに速い所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−２を所定の厚みになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。このように順次樹脂液の塗布と、加熱硬化を繰り返し、図６の層８ｆ〜８ａを順に形成する。最後に樹脂液−７を塗設厚みが所定の厚みになるまで塗布と、加熱硬化を繰り返し図６（ｂ）のように６ｇの部分を形成する。
【００９７】
母材の樹脂材料の音速を変えるため樹脂材料に添加する添加剤としては、例えば酸化亜鉛、アルミニウム、酸化アルミニウム、ジュラルミン、チタン、窒化ケイ素、炭化ボロン、モリブデン等が用いられる。これらの添加剤は、母材の樹脂材料に均一に添加し、母材と添加剤界面で音響不整合を生じないよう、波長に対して充分小さい粉末の状態で用いられることが好ましく、その粒径は１０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下であることが好ましい。
【００９８】
Ｓ１−３：切断、研磨工程
図６（ｂ）のように樹脂材料を順次積層した物を、幅Ｗ２、高さＨ３の直方体と、幅Ｗ２、高さＨ４の直方体とになるように、Ｘ軸とＹ軸を含む面で分割するとともに側面を切断し、切断面の研磨を行い、図７（ａ）に示すような第２音響整合体７０と図７（ｂ）に示すような第１音響整合体７２とを得る。
【００９９】
切断法としては、ダイシングソー、レーザーカッター、超音波カッター、高圧水カッターなどを用いることができる。
【０１００】
Ｓ２：レンズ体７１の製造工程
Ｓ２−１：樹脂基板の製造工程
図８（ａ）は、中央部４を形成する樹脂基板の一例である。樹脂基板は、図８（ａ）に示すように幅Ｌ、高さＨ１、奥行きＭの長方体である。樹脂基板の大きさに特に限定はないが、一例としては、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｍ＝１５０ｍｍ、Ｈ１＝２ｍｍである。
【０１０１】
樹脂基板を形成する材料には、各種樹脂材料を用いることができるが、超音波の減衰特性は、周波数５ＭＨｚで２ｄＢ／ｃｍ以下の樹脂材料が好ましい。例えば、メチルペンテン、スチレン、メチルメタクリレート、カーボネート、プロピレンなどの重合体または共重合体を用いることができる。
【０１０２】
図８（ａ）の樹脂基板は、例えば金型に樹脂材料を注型して作製する。
【０１０３】
Ｓ２−２：積層工程
中央部４を形成する樹脂基板の対向する両面に、中央部４より速い所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−１を所定の厚みｗになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。次に、さらに速い所定の音速が得られる割合で添加物を添加した樹脂液−２を所定の厚みｗになるよう塗布した後、加熱硬化を行う。このように順次樹脂液の塗布と、加熱硬化を繰り返し、図８（ｂ）のように次の工程で層８ａ〜８ｇ、層８ｋ〜８ｑになる層をそれぞれ形成する。なお、層の数は図８（ｂ）の例に限定されるものではなく、音響レンズ７の仕様に応じて決定すれば良い。
【０１０４】
母材の樹脂材料の音速を変えるため樹脂材料に添加する添加剤としては、例えば酸化亜鉛、アルミニウム、酸化アルミニウム、ジュラルミン、チタン、窒化ケイ素、炭化ボロン、モリブデン等が用いられる。これらの添加剤は、母材の樹脂材料に均一に添加し、母材と添加剤界面で音響不整合を生じないよう、波長に対して充分小さい粉末の状態で用いられることが好ましく、その粒径は１０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下であることが好ましい。
【０１０５】
添加剤を母材の樹脂材料に添加する体積割合Ｐは、添加剤の音速をＶｘ、母剤の樹脂材料の音速をＶ１、所定の音速Ｖαとすると、（１）式で求められる。
【０１０６】
Ｐ＝（Ｖα−Ｖ１）／（Ｖｘ−Ｖ１）・・・・・・（１）
例えば、Ｖｘ＝６４００ｍ／ｓｅｃ、Ｖ１＝２５００ｍ／ｓｅｃ、Ｖα＝２７７１ｍ／ｓｅｃとするとＰ＝０．０６９５であり、体積比で６．９５％添加すれば良い。
【０１０７】
質量比Ｒは、添加剤の比重と母材の樹脂材料の比重の比重比Ｃとすると、（２）式で求められる。
【０１０８】
Ｒ＝Ｐ×Ｃ／（（１−Ｐ）＋Ｐ×Ｃ）・・・・・（２）
例えば、比重比Ｃ＝５．４１、Ｐ＝０．０６９５のとき質量比Ｒは０．２８８であり、質量比では２８．８％添加すれば良い。
【０１０９】
Ｓ２−３：切断、研磨工程
図８（ｂ）のように樹脂材料を順次積層した状態から、第１のレンズ面と第２のレンズ面との間隔が所定の厚みになるように、樹脂材料を積層した面に直交する面に沿って（本実施形態ではＹ軸方向の面）切断し、切断面の研磨を行い、図８（ｃ）に示すようなレンズ体７１を得る。図８（ｃ）のレンズ体７１は図１で説明したレンズ体７１と同一形状であり、Ｚ軸負方向から見た図である。
【０１１０】
切断法としては、ダイシングソー、レーザーカッター、超音波カッター、高圧水カッターなどを用いることができる。
【０１１１】
Ｓ３：レンズ体７１と第１音響整合体７２、第２音響整合体７０の接合工程
図８（ｃ）に示すレンズ体７１のＺ軸方向に対向する２つの面にそれぞれ、図７（ａ）に示す第２音響整合体７０と図７（ｂ）に示す第１音響整合体７２とを接合し、図１のような音響レンズ７を得る。
【０１１２】
音響レンズ７の製造工程は以上である。
【０１１３】
図９は、実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図である。
【０１１４】
本実施形態では、送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子に本発明を適用した例を説明するが、特に限定されるものではなく単一の圧電素子で送受信を行うシングル型超音波探触子にも適用できる。
【０１１５】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向は超音波探触子１のエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向である。
【０１１６】
図９に示す超音波探触子１は、バッキング材５の上に第４電極１５、送信素子層２、第３電極１４、中間層１３、第２電極１０、受信素子層３、第１電極９、音響レンズ７の順に積層されている。
【０１１７】
以降、積層順に各構成要素を説明する。
【０１１８】
（送受信素子層）
送信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子であり、互いに厚み方向に対向する両面にそれぞれ第３電極１４、第４電極１５を備えている。送受信素子層２の厚みは３２０μｍ程度である。
【０１１９】
第３電極１４、第４電極１５は、図示せぬコネクタにより図４には図示せぬケーブル３３と接続され、ケーブル３３を介して送信回路４２と接続する。第３電極１４、第４電極１５に電気信号を入力すると圧電素子が振動し、送受信素子層２からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【０１２０】
第３電極１４、第４電極１５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、送受信素子層２の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜する。
【０１２１】
送受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて圧電素子に第１電極９、第２電極１０の間に電気信号が発生する。第１電極９、第２電極１０の間に発生した電気信号は、ケーブル３３を介して受信回路４３で受信され、画像処理部４４で画像化される。
【０１２２】
バッキング材５の上に、これまでに説明した第３電極１４と第４電極１５とが形成された送受信素子層２、接着剤により接着して図９のように積層する。積層後、送受信素子層３から超音波放射方向と反対の方向に向かってダイシングを行い、バッキング材５と第４電極１５の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行う。ダイシングによりできた溝部に、シリコン樹脂などから成る充填剤を充填した後、最上層に音響レンズ７を接着する。これ以外にも、音響レンズまで積層した後にダイシングを行い、溝部をシリコン樹脂などで充填したのちに音響レンズ上部と同様の材料からなる表面保護層を接着する態様でも良い。
【０１２３】
音響レンズ７は、送受信素子層２から送信された超音波を所定の距離に収束させる。
【０１２４】
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図８は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図９は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【０１２５】
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、表示部４５に表示する。
【０１２６】
超音波探触子１は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子１は、図８に示すように、ケーブル３３を介して超音波診断装置本体３１と接続されており、送信回路４２、受信回路４３と電気的に接続されている。
【０１２７】
送信回路４２は、制御部４６の指令により、超音波探触子１へケーブル３３を介して電気信号を送信し、超音波探触子１から被検体に対して超音波を送信させる。
【０１２８】
受信回路４３は、制御部４６の指令により、超音波探触子１からケーブル３３を介して、被検体内からの超音波の反射波に応じた電気信号を受信する。
【０１２９】
画像処理部４４は、制御部４６の指令により、受信回路４３が受信した電気信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
【０１３０】
表示部４５は、液晶パネルなどから成り、制御部４６の指令により、画像処理部４４が画像化した超音波画像を表示する。
【０１３１】
操作入力部４１は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するために設けられている。
【０１３２】
制御部４６は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、操作入力部４１の入力に基づいてプログラムされた手順により超音波診断装置１００各部の制御を行う。
【実施例】
【０１３３】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【０１３４】
［実施例］
（音響レンズの作製）
実施例では、図１と同じ構成のＸ軸方向の幅Ｗ＝７ｍｍ、Ｚ軸方向の高さＨ＝７ｍｍ、Ｙ軸方向の長さＬ＝１００ｍｍ、の直方体で、焦点距離ｆ＝２５ｍｍの音響レンズを図６〜図８で説明した手順で作製した。
【０１３５】
＜樹脂液製造工程＞
音響レンズ７の各部を形成するのに用いる樹脂液の製造工程である。
【０１３６】
【表２】
【０１３７】
実施例では、スチレンとジビニルベンゼンに添加剤の親油性酸化亜鉛ナノ微粒子と熱重合開始剤とを表２の質量比で混合した樹脂液−１〜７を作製した。表２に示す樹脂液−１〜７に含まれる添加剤の質量比は、表１の音速Ｖ１〜Ｖｇと音響インピーダンスＲ１〜Ｒｇが得られるように、添加剤を母材の樹脂材料に添加する体積割合Ｐを求め、質量比に換算して求めた。スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体と親油性酸化亜鉛ナノ微粒子との比重比Ｃ＝５．４１とした。
【０１３８】
なお、表２の酸化亜鉛は、親油性酸化亜鉛ナノ微粒子（デグサ社製ＶＰ ＡｄＮａｎｏ Ｚ８０５）であり、平均粒径は２５０ｎｍである。また、熱重合開始剤はアゾビスイソブチロニトリルを用いた。
【０１３９】
表２には、本実施例において、それぞれの樹脂液−１〜７によって形成される部材の部番を記載している。例えば、１行目の樹脂液−１からは第１音響整合体７２の第１音響整合層６ａ２と、第２音響整合体７０の第２音響整合層６ａ、６ｋと、レンズ体７１のレンズ層８ａ、８ｋが形成されることがわかる。
【０１４０】
Ｓ１：第１音響整合体７２と第２音響整合体７０の製造工程
Ｓ１−１：樹脂基材の製造工程
スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体を材料として金型に注型し、図６（ａ）に示すようなＬ＝１００ｍｍ、Ｗ１＝１０ｍｍ、Ｈ１＝３ｍｍで曲率半径５０ｍｍの蒲鉾状の樹脂基材２５を作製した。樹脂基材２５の音速Ｖ１と音響インピーダンスＲ１を測定したところそれぞれ２３５０ｍ／ｓｅｃ、２．５Ｐｓ・ｓ・ｍ−１であった。
【０１４１】
Ｓ１−２：積層工程
中央音響整合部２０の凸面に樹脂液−１をディップ塗布法を用いて厚さ３μｍになるように塗布し、直ちに強熱乾燥して架橋強化し、音響整合層６ａを形成した。同様に、樹脂液−２〜６についても同じ手順で塗布及び加熱硬化を行い、音響整合層６ｂ〜６ｆを形成した。
【０１４２】
音響整合層６ｇは、音響整合層６ｆの上に樹脂液−７の塗布及び加熱硬化を繰り返し、図６（ｂ）のような形状にした。塗設厚みは最大６ｍｍになるようにした。
【０１４３】
Ｓ１−３：切断、研磨工程
図６（ｂ）のように樹脂材料を順次積層した物を、幅Ｗ２、高さＨ３の直方体と、幅Ｗ２、高さＨ４の直方体とになるように、Ｘ軸とＹ軸を含む面で分割するとともに側面を切断し、切断面の研磨を行い、図７（ａ）に示すような第２音響整合体７０と図７（ｂ）に示すような第１音響整合体７２とを作製した。
【０１４４】
音響整合層６ａ〜６ｇ、６ｋ〜６ｑのＺ軸負方向側から見たそれぞれのＸ軸方向の幅は０．５ｍｍである。また、音響整合層６ａ２〜６ｇ２のＺ軸正方向側から見たそれぞれのＸ軸方向の幅は０．５ｍｍである。
【０１４５】
Ｓ２：レンズ体７１の製造工程
Ｓ２−１：樹脂基板の製造工程
スチレンとジビニルベンゼンとを質量比９５：５の割合で架橋した共重合体を材料として金型に注型し、図８（ａ）に示すようなＬ＝１００ｍｍ、Ｍ＝１５０ｍｍ、Ｈ１＝２ｍｍの長方形の中央部４を形成する樹脂基板を作製した。中央部４を形成する樹脂基板の音速Ｖ１を測定したところ２３５０ｍ／ｓｅｃであった。
【０１４６】
Ｓ２−２：積層工程
樹脂液−１〜７を用いて層８ａ〜８ｇ、層８ｋ〜８ｌになる層をそれぞれ形成した。
【０１４７】
中央部４を形成する樹脂基板の対向する両面に、常温で樹脂液−１を加熱硬化後に厚み０．５ｍｍになるよう塗布した後、オーブンに入れ１２０℃で５分加熱し、硬化させた。次に、常温で樹脂液−２を加熱硬化後に厚み０．５ｍｍになるよう塗布した後、同じ条件で加熱硬化を行った。その後、同じ条件で順次樹脂液の塗布と、加熱硬化とを繰り返し、樹脂液−７まで塗布と、加熱硬化を行った。
【０１４８】
Ｓ２−３：切断、研磨工程
図８（ｂ）のように積層した状態から、Ｚ軸方向の幅３ｍｍ毎に樹脂材料を積層した面に直交する面に沿ってＹ軸方向に切断した後、切断面の研磨を行ってＨ＝１．０ｍｍとし、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｗ＝７ｍｍの図８（ｃ）に示すようなレンズ体７１を作製した。
【０１４９】
Ｓ３：レンズ体７１と第１音響整合体７２、第２音響整合体７０の接合工程
レンズ体７１のＺ軸方向に対向する２つの面にそれぞれ第２音響整合体７０と第１音響整合体７２とを接合し、図１のような音響レンズ７を得た。
【０１５０】
（超音波探触子の作製）
試作した超音波探触子１は、次のように作製した。
【０１５１】
送受信素子層２は、ジルコン酸チタン酸鉛を材料として、Ｘ方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ方向の長さ５５ｍｍ、Ｚ方向の長さ（厚み）３２０μｍのシート状にラップ仕上げで作製した。
【０１５２】
次に、送受信素子層２の両面に、金を真空蒸着して０．３μｍ厚の第３電極１４と第４電極１５とを作製した。
【０１５３】
バッキング材５の上に、第３電極１４と第４電極１５とが形成された送信素子層２、中間層１３、第１電極９と第２電極１０とが形成された受信素子層３の順に、接着剤により接着して図３のように積層する。積層後、受信素子層３からＺ軸負方向に向かってダイシングを行い、バッキング材と第４電極の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行った。
【０１５４】
最後に最上層に、音響レンズ７を接着し、実施例、実施例２の超音波探触子１を各５個作製した。
【０１５５】
［比較例］
（音響レンズの作製）
Ｘ軸方向の幅Ｗ＝６ｍｍ、Ｙ軸方向の幅Ｌ＝１００ｍｍ、Ｚ軸方向に曲率半径６ｍｍの凸面形状のレンズ面を有する焦点距離２５ｍｍの音響レンズを、シリコーンゴムを成型して作製した。Ｚ軸方向の最大幅Ｈ＝４６０μｍである。
【０１５６】
（超音波探触子の作製）
実施例と同じ手順で各層を積層し、最後に最上層に、シリコーンゴムから成る音響レンズを接着し、比較例の超音波探触子１を５個作製した。
【０１５７】
［評価方法］
実施例と比較例のそれぞれの超音波探触子の焦点距離と減衰量を測定し、平均値を求めた。焦点距離の測定は水中ハイドロフォン法で行い、減衰量の測定はシングルアラウンド法で行った。
【０１５８】
また、実施例と比較例の音響レンズ表面を不織布ワイパー（ＢＥＭＣＯＴ Ｍ−３II（商品名）、旭化成（株）製）に５０ｇの荷重をかけて５００回の摩擦試験を行った後、再度焦点距離を測定した。
【０１５９】
［結果］
【０１６０】
【表３】
【０１６１】
摩擦試験を行う前の実施例、比較例の焦点距離は表３のようにどちらも２５ｍｍであった。
【０１６２】
減衰量は表３に示すように、実施例の超音波探触子の中央では、周波数５ＭＨｚで１．２ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで８．３ｄＢ、端部では周波数５ＭＨｚで２．３ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで１２．１ｄＢであった。
【０１６３】
一方、比較例は、表３に示すように減衰量が周波数５ＭＨｚで４．１ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで２１、３ｄＢであり、周波数５ＭＨｚで約３ｄＢ、周波数１５ＭＨｚで９ｄＢも実施例より減衰が多くなっている。このように、本発明では、同一の焦点距離で、伝播損失の少ない音響レンズが得られることが確認できた。
【０１６４】
摩擦試験を行った後の実施例の焦点距離は表３のように変化が無かったが、比較例の焦点距離は１２ｍｍ遠方に変化していた。このことから、本発明の音響レンズは対摩耗性に優れ、耐久性が高いことが確認できた。
【０１６５】
次に、第１音響整合体７２とレンズ体７１の接合面、および第２音響整合体７０とレンズ体７１の接合面で発生する反射を抑制する他の実施形態を説明する。
【０１６６】
図１２は、他の実施形態の音響レンズ７の断面図である。
【０１６７】
図１２の例では、第１音響整合体７２のレンズ体７１と対向する面と、第２音響整合体７０のレンズ体７１と対向する面にそれぞれ溝５１が設けられている。溝５１には音響整合材５２を充填して接合している。溝５１は超音波の反射を吸収できる程度のサイズになっている。
【０１６８】
このようにすると、第１音響整合体７２とレンズ体７１との間、また第２音響整合体７０のレンズ体７１で超音波の反射がおこらないようにすることができる。
【０１６９】
媒質層５３は、被検体と同程度の音響インピーダンスを持つ材料から形成され、媒質層５０は、接合される送受信層と同程度の音響インピーダンスを持つ材料から形成されている。
【０１７０】
図１３は、図１２の変形例であり、第１のレンズ面８１に溝５１を設けた例である。このようにすると、第１のレンズ面８１と接合する送受信層との間で発生する反射を抑制することができる。
【０１７１】
なお、超音波の反射を防止する構造はこの例に限られるものではなく、例えば特開平１１−８９８３５公報に開示されているような先細柱状体を用いても良い。
【０１７２】
また、図１２，１３の溝５１は平面（直線）形状となっているが、通常のレンズの様に中央部が膨らんでいる湾曲形状であっても良い。湾曲形状の場合、中心と外側で通常のレンズ効果を考慮して、設計することが好ましい。
【０１７３】
以上このように、本発明によれば、高い周波数の超音波を低損失で収束させることができる音響レンズ、該音響レンズを有する超音波探触子、および該超音波探触子を有する超音波診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１ 超音波探触子
２ 送信素子
３ 受信素子
４ 中央部
５ バッキング材
６ 音響整合層
６ａ２〜６ｇ２ 第１音響整合層
６ａ〜６ｇ 第２音響整合層
６ｋ〜６ｑ 第２音響整合層
７ 音響レンズ
８ 周辺部
９ 第１電極
１０ 第２電極
１３ 中間層
１４ 第３電極
１５ 第４電極
２０ 中央音響整合部
２１ 第１中央音響整合部
２２ 第２中央音響整合部
２５ 樹脂基材
３１ 超音波診断装置本体
３３ ケーブル
４１ 操作入力部
４２ 送信回路
４３ 受信回路
４４ 画像処理部
４５ 表示部
４６ 制御部
１００ 超音波診断装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレンズ面から入射した超音波を、第２のレンズ面と第３のレンズ面を通って、第４のレンズ面から放射し所定の距離に収束させる音響レンズであって、
前記第２のレンズ面と前記第３のレンズ面とを備え、前記超音波を前記第２のレンズ面の入射する位置に応じて異なる媒質の中を進行させ、前記第２のレンズ面から前記第３のレンズ面まで進行する間の時間が変わるように構成して前記超音波を所定の距離に収束させるレンズ体と、
前記第１のレンズ面を備え、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第１音響整合体と、
前記第４のレンズ面を備え、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第２音響整合体と、
を有することを特徴とする音響レンズ。
【請求項２】
前記第１音響整合体は、
前記第１のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成され、
前記第２音響整合体は、
前記第４のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響レンズ。
【請求項３】
前記音響レンズの減衰特性は、
周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の音響レンズ。
【請求項４】
前記音響レンズの形状は、直方体であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項５】
前記超音波が前記第１のレンズ面に入射する位置が、前記第１のレンズ面の中央から離間するにつれて、前記超音波が前記第１のレンズ面から前記第４のレンズ面まで進行する間の時間が短くなるように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項６】
前記レンズ体、前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加物を添加した樹脂材料を用いて形成したことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項７】
前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加した添加物の含有割合の異なる複数の層からなることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項８】
前記レンズ体は、
直方体の中央部と、
前記超音波の進行する方向と平行な前記中央部の対向する２面に、同形状の面がそれぞれ接するように配設された直方体の２つの周辺部と、
を有し、
前記周辺部は、
前記中央部の対向する２面と平行に形成された少なくとも１つのレンズ層から成り、前記中央部からの距離が遠い前記レンズ層ほど超音波の伝播速度が速い材料から形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項９】
前記第１音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第１中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と両端がそれぞれ接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも一つの第１音響整合層を有することを特徴とする請求項８に記載の音響レンズ。
【請求項１０】
前記第２音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第２中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と一端が接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも二つの第２音響整合層を有することを特徴とする請求項８または９に記載の音響レンズ。
【請求項１１】
被検体に向けての超音波の送信、または被検体からの超音波の反射波の受信の少なくとも一方を行う超音波探触子において、
請求項１から１０の何れか１項に記載の音響レンズを有し、
前記音響レンズを介して超音波を送信および受信、または送信もしくは受信をすることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１２】
超音波を被検体に向けて送信し、該被検体から受信した該超音波の反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
請求項１１に記載の超音波探触子を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
第１のレンズ面から入射した超音波を、第２のレンズ面と第３のレンズ面を通って、第４のレンズ面から放射し所定の距離に収束させる音響レンズであって、
前記第２のレンズ面と前記第３のレンズ面とを備え、前記超音波を前記第２のレンズ面の入射する位置に応じて異なる媒質の中を進行させ、前記第２のレンズ面から前記第３のレンズ面まで進行する間の時間が変わるように構成して前記超音波を所定の距離に収束させるレンズ体と、
前記第１のレンズ面を備え、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第１音響整合体と、
前記第４のレンズ面を備え、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体との界面で反射が生じないように構成された第２音響整合体と、
を有することを特徴とする音響レンズ。
【請求項２】
前記第１音響整合体は、
前記第１のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第２のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成され、
前記第２音響整合体は、
前記第４のレンズ面の全面を形成する媒質と、前記第３のレンズ面で接合する前記レンズ体の複数の媒質との間で、超音波の伝播速度と音響インピーダンスがそれぞれ単調に変化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音響レンズ。
【請求項３】
前記音響レンズの減衰特性は、
周波数５ＭＨｚで１０ｄＢ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の音響レンズ。
【請求項４】
前記音響レンズの形状は、直方体であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項５】
前記超音波が前記第１のレンズ面に入射する位置が、前記第１のレンズ面の中央から離間するにつれて、前記超音波が前記第１のレンズ面から前記第４のレンズ面まで進行する間の時間が短くなるように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項６】
前記レンズ体、前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加物を添加した樹脂材料を用いて形成したことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項７】
前記第１音響整合体、および前記第２音響整合体は、
母材樹脂に添加した添加物の含有割合の異なる複数の層からなることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項８】
前記レンズ体は、
直方体の中央部と、
前記超音波の進行する方向と平行な前記中央部の対向する２面に、同形状の面がそれぞれ接するように配設された直方体の２つの周辺部と、
を有し、
前記周辺部は、
前記中央部の対向する２面と平行に形成された少なくとも１つのレンズ層から成り、前記中央部からの距離が遠い前記レンズ層ほど超音波の伝播速度が速い材料から形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の音響レンズ。
【請求項９】
前記第１音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第１中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と両端がそれぞれ接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも一つの第１音響整合層を有することを特徴とする請求項８に記載の音響レンズ。
【請求項１０】
前記第２音響整合体は、
前記中央部と同じ音響インピーダンスの材料から形成され、前記中央部と接する第２中央音響整合部と、
２つの前記周辺部の前記レンズ層と一端が接し、接する前記レンズ層と同じ音響インピーダンスの材料から形成された少なくとも二つの第２音響整合層を有することを特徴とする請求項８または９に記載の音響レンズ。
【請求項１１】
被検体に向けての超音波の送信、または被検体からの超音波の反射波の受信の少なくとも一方を行う超音波探触子において、
請求項１から１０の何れか１項に記載の音響レンズを有し、
前記音響レンズを介して超音波を送信および受信、または送信もしくは受信をすることを特徴とする超音波探触子。
【請求項１２】
超音波を被検体に向けて送信し、該被検体から受信した該超音波の反射波に応じて画像を生成する超音波診断装置において、
請求項１１に記載の超音波探触子を有することを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１８２２２３（Ｐ２０１１−１８２２２３Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５１７７（Ｐ２０１０−４５１７７）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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