Ультразвуковой зонд
Иллюстрации
Показать всеИзобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым зондам для диагностики живого тела. Ультразвуковой зонд, в первом варианте выполнения, содержит множество пьезоэлектрических элементов и акустический согласующий слой, на одной поверхности множества пьезоэлектрических элементов, который формируется из эластичного каучукового материала. Скорость звука в акустическом согласующем слое меньше или равна 1650 м/с, а акустический импеданс эластичного каучукового материала меньше, чем акустический импеданс пьезоэлектрических элементов, но больше, чем акустический импеданс объекта. Во втором варианте - дополнительно, акустический согласующий слой включает в себя, по меньшей мере, три акустических согласующих слоя, каждый из которых расположен с одной стороны поверхности множества пьезоэлектрических элементов. Третий акустический согласующий слой имеет акустический импеданс в пределах от 1,8 до 2,2 Мрейл и скорость звука, равную 1650 м/с или меньше, а первый и второй акустические согласующие слои расположены между третьим акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов. В третьем варианте - второй и третий акустические согласующие слои расположены на одной поверхности множества пьезоэлектрических элементов и также имеют скорость звука в слое, равную 1650 м/с или меньше. Первый акустический согласующий слой расположен между вторым и третьим акустическими согласующими слоями и множеством пьезоэлектрических элементов. В четвертом варианте выполнения четвертый акустический согласующий слой расположен со стороны одной поверхности множества пьезоэлектрических элементов и имеет скорость звука, равную или меньше 1650 м/с, а первый, второй и третий акустические согласующие слои расположены между четвертым акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов. В пятом варианте - зонд имеет силовой элемент в виде подложки, а множество пьезоэлектрических элементов скомпонованы на верхней поверхности силового элемента в виде подложки. Кроме того, первая полимерная пленка имеется между силовым элементом и множеством пьезоэлектрических элементов и снабжена электрическими выводами, согласующимися с соответствующими пьезоэлектрическими элементами. Причем первый акустический согласующий слой скомпонован таким образом, чтобы согласовываться с соответствующими пьезоэлектрическими элементами. Кроме того, на верхней поверхности первого акустического согласующего слоя имеется вторая полимерная пленка и второй акустический согласующий слой, на ее верхней поверхности. Третий акустический согласующий слой выполнен на верхней поверхности второго акустического согласующего слоя и сформирован из эластичного каучукового материала, со скоростью звука в нем, меньше или равной 1650 м/с. В шестом варианте исполнения дополнительно, по меньшей мере, пьезоэлектрические элементы, первый акустический слой и вторая полимерная пленка многократно разделены. Использование изобретения позволяет получать ультразвуковые изображения с высоким разрешением. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.
Реферат
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к ультразвуковому зонду, используемому для передачи ультразвуковых волн к объекту, такому как живое тело, и приема их от него.
Уровень техники
Ультразвуковое диагностическое устройство излучает ультразвуковые волны внутрь объекта, в частности, живого тела, например, человека или животного, для детектирования сигнала эха, отраженного изнутри живого тела, а затем отображает томографические изображения тканей внутри живого тела, тем самым поставляя информацию, необходимую для диагностики объекта. В таком случае, ультразвуковое диагностическое устройство использует ультразвуковой зонд для передачи ультразвуковых волн внутрь объекта и для приема сигнала эха изнутри объекта.
Фиг.12 иллюстрирует пример такого ультразвукового зонда. На фиг.12 ультразвуковой зонд 20 выполнен с обеспечением возможности содержать множество пьезоэлектрических элементов 11, расположенных в заданном направлении, чтобы передавать ультразвуковые волны к объекту и принимать их от него (не показано), один или несколько (иллюстрируются три слоя) акустических согласующих слоев 12 (12a, 12b и 12c), создаваемых на фронтальной поверхности (верхняя поверхность на фиг.12), на стороне объекта, у пьезоэлектрических элементов 11, акустическую линзу 13, создаваемую на поверхности, на стороне объекта, у акустического согласующего слоя 12, и силовой элемент 14 в виде подложки, создаваемый на задней поверхности пьезоэлектрических элементов 11, на стороне, противоположной акустическому согласующему слою 12.
Не иллюстрируемые электроды располагаются на фронтальной поверхности и на задней поверхности пьезоэлектрических элементов 11, соответственно, так что электрические сигналы могут передаваться к пьезоэлектрическим элементам 11 и приниматься от них. Пьезоэлектрические элементы 11 формируются из пьезоэлектрических керамических материалов на основе PZT или монокристаллических пьезоэлектрических материалов, пьезоэлектрического композита, изготовленного из материалов и полимеров, или пьезоэлектрических полимеров, иллюстрируемых PVDF или чем-либо подобным. Пьезоэлектрические элементы 11 конфигурируются для преобразования напряжения в ультразвуковые волны, которые должны передаваться внутрь объекта, или для преобразования сигнала эха, отраженного изнутри объекта, в электрический сигнал, который должен приниматься от него. В иллюстрируемом примере множество пьезоэлектрических элементов 11 располагаются в направлении X. Такое расположение множества пьезоэлектрических элементов 11 делает возможным электронное сканирование ультразвуковых волн, которые должны отклоняться или сходиться, тем самым делая возможным так называемое электронное сканирование.
Акустический согласующий слой 12 предусматривается для эффективной передачи ультразвуковых волн внутрь объекта и приема их от него. Более конкретно, акустический согласующий слой 12 осуществляет функцию плавного согласования акустического импеданса пьезоэлектрических элементов 11 с акустическим импедансом объекта. В иллюстрируемом примере, хотя создаются три акустических согласующих слоя 12a, 12b и 12c, акустические согласующие слои могут содержать один, два или четыре, или более слоев. Кроме того, в иллюстрируемом примере, хотя акустический согласующий слой 12 формируется целиком на множестве пьезоэлектрических элементов 11, акустический согласующий слой 12 является разделенным с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам 11. Кроме того, имеется известная структура, которая может увеличить направленность ультразвуковых волн (смотри, например, Патентные документы 1 и 2).
Акустическая линза 13 осуществляет функцию собирания ультразвукового луча для увеличения разрешения диагностического изображения. В иллюстрируемом примере акустическая линза 13 простирается в направлении Y, показанном на чертеже (направление, ортогональное к направлению расположения X пьезоэлектрических элементов 11), с полукруглой формой, которая является выпуклой в направлении Z, и способна к собиранию ультразвуковых волн в направлении Y. Акустическая линза 13 представляет собой необязательный элемент и по этой причине будет предусматриваться по необходимости.
Силовой элемент 14 в виде подложки осуществляет функцию удерживания пьезоэлектрических элементов 11, которые связаны с ним, и ослабления ненужных ультразвуковых волн. На чертежах настоящего описания направление X будет упоминаться как "направление расположения (пьезоэлектрических элементов)", направление Y будет упоминаться как "направление по ширине (пьезоэлектрических элементов)" и направление Z будет упоминаться как "направление по толщине (пьезоэлектрических элементов)".
Патентный документ 1: публикация опубликованной заявки на патент Японии № 2003-125494
Патентный документ 2: публикация опубликованной заявки на патент Японии № 2005-198261
Раскрытие изобретения
В таком ультразвуковом диагностическом устройстве типа электронного сканирования, пьезоэлектрические элементы группируются произвольным образом, и индивидуальные пьезоэлектрические элементы приводятся в действие с определенным временем задержки, так что ультразвуковые волны передаются и принимаются между пьезоэлектрическими элементами и объектом. Имея такое время задержки, ультразвуковые волны сходятся или расходятся, и таким образом становится возможным создание ультразвукового изображения, имеющего большую ширину обзора или высокое разрешение.
Такая конфигурация уже известна как обобщенная система. Чтобы ультразвуковой зонд был способным обеспечивать такое ультразвуковое изображение с высоким разрешением, является важным увеличение направленности ультразвукового луча, излучаемого к объекту через акустический согласующий слой, и кроме того, акустические линзы, если это необходимо, от отдельных элементов из множества пьезоэлектрических элементов, расположенных в заданном направлении, осуществляя электронное сканирование.
Ультразвуковой зонд типа электронного сканирования конфигурируется для введения задержки в соответствующие времена передачи и приема пьезоэлектрических элементов (например, 64 элементов), принадлежащих к произвольной группе из множества групп, для осуществления фазового контроля, так что ультразвуковой луч фокусируется в желаемом положении и сужается для повышения разрешения изображения, или ультразвуковой луч отклоняется для сканирования в веерообразной форме.
В таком случае, когда количество пьезоэлектрических элементов, используемое в каждой группе, увеличивается (например, с 64 элементов до 96 элементов), апертура ультразвукового луча увеличивается соответствующим образом, и таким образом луч может сильно собираться, то есть, сужаться гораздо сильнее, с тем результатом, что является возможным обеспечение улучшенного разрешения.
Однако если направленность индивидуальных пьезоэлектрических элементов не является широкой, неважно, насколько увеличивается апертура (увеличивается количество элементов, к которым прикладываются с задержкой электрические сигналы), могут присутствовать пьезоэлектрические элементы, не вносящие вклада, с тем результатом, что апертура сужается, и таким образом становится невозможным сужение и собирание ультразвукового луча. В этом отношении, для увеличения апертуры, является желательным увеличение направленности пьезоэлектрических элементов.
В качестве одной из мер для увеличения направленности, Патентный документ 1 описывает конфигурацию, в которой все акустические согласующие слои разделяются таким образом, чтобы соответствовать множеству пьезоэлектрических элементов, расположенных в заданном направлении, и в которой акустическая связь между соседними пьезоэлектрическими элементами и между акустическими согласующими слоями подавляется настолько, насколько возможно.
Однако, в рассмотренной выше конфигурации, является необходимым разделение и размещение пьезоэлектрических элементов в каждом из акустических согласующих слоев, и когда количество акустических согласующих слоев увеличивается для увеличения ширины полосы частот ультразвуковых волн, технология разделения становится сложной, и таким образом является сложным создание ультразвукового зонда, имеющего стабильные характеристики.
В последние годы ширина полосы частот, используемой в ультразвуковом зонде, становится большой, и часто используется множество частот. В этой связи, для получения ультразвукового изображения с высоким разрешением, становится все более важным увеличение направленности ультразвукового зонда, в то же время, обеспечивая большую ширину полосы.
Настоящее изобретение сделано ввиду проблем, встречающихся в обычных примерах, и задачей настоящего изобретения является создание ультразвукового зонда, который является простым по технологии и способным к получению изображения с высоким разрешением.
В соответствии с настоящим изобретением, предусматривается ультразвуковой зонд, содержащий множество пьезоэлектрических элементов; и акустический согласующий слой, сформированный из эластичного каучукового материала, предусматриваемый на одной из поверхностей множества пьезоэлектрических элементов.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку акустический согласующий слой создается в неразделенном состоянии, без разрывов, являются необязательными обработка и разделение акустического согласующего слоя вместе с пьезоэлектрическими элементами, и таким образом является возможным устранение сложностей при обработке и создание стабильного ультразвукового зонда. Кроме того, поскольку акустические согласующие слой формируется из эластичного каучукового материала, является возможным создание характеристик направленности, таких же или более широких, чем для конфигурации, где акустический согласующий слой является разделенным. Соответственно, фазовый контроль может осуществляться свободно посредством использования большего количества пьезоэлектрических элементов, и таким образом ультразвуковой луч может собираться в узкий. Кроме того, поскольку ультразвуковой луч может отклоняться, является возможным создание ультразвукового зонда, способного обеспечивать ультразвуковое изображение с высоким разрешением.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что акустический импеданс эластичного каучукового материала меньше, чем акустический импеданс пьезоэлектрических элементов, и больше, чем акустический импеданс объекта.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку акустический импеданс эластичного каучукового материала меньше, чем акустический импеданс пьезоэлектрических элементов, и больше, чем акустический импеданс объекта, акустический импеданс пьезоэлектрика может постепенно достигать акустического импеданса объекта, и таким образом, ультразвуковые волны могут передаваться в объект и приниматься изнутри объекта эффективным способом.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что скорость звука для акустического согласующего слоя имеет значение, равное 1650 м/сек или меньше.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку скорость звука акустического согласующего слоя имеет значение, равное 1650 м/сек или меньше, даже когда акустический согласующий слой не является разделенным, является возможным обеспечение характеристик направленностей, таких же или более широких, чем для конфигурации, где акустический согласующий слой является разделенным.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется, чтобы он дополнительно содержал акустический согласующий слой, расположенный между акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов и расположенный индивидуально, с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку только акустический согласующий слой, расположенный вблизи пьезоэлектрических элементов, разделяется способом, сходным с пьезоэлектрическими элементами, даже когда пьезоэлектрические элементы разделяются на узкие интервалы (например, 0,1 мм), обработка может осуществляться стабильным образом, и таким образом, является возможным изготовление ультразвукового зонда единообразным и точным образом. Кроме того, поскольку разделенный акустический согласующий слой создается между плоским акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов, акустический импеданс пьезоэлектрика может постепенно достигать акустического импеданса объекта, и таким образом, ультразвуковые волны могут: передаваться внутрь объекта и приниматься от него эффективным образом.
В соответствии с настоящим изобретением, предусматривается ультразвуковой зонд, содержащий множество пьезоэлектрических элементов; третий акустический согласующий слой, предусматриваемый на одной из поверхностей множества пьезоэлектрических элементов и имеющий акустический импеданс в пределах от 1,8 до 2,2 Мрейл и скорость звука, равную 1650 м/сек или меньше; и первый и второй акустические согласующие слои, предусматриваемые между третьим акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку третий акустический согласующий слой имеет акустический импеданс в пределах от 1,8 до 2,2 Мрейл и скорость звука, равную 1650 м/сек или меньше, и создаются первый и второй акустические согласующие слои, акустический импеданс пьезоэлектрика может постепенно достигать акустического импеданса объекта, и таким образом, ультразвуковые волны могут передаваться внутрь объекта и приниматься от него эффективным образом.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что третий акустический согласующий слой создается на одной из поверхностей множества пьезоэлектрических элементов, и первый и второй акустические согласующие слои индивидуально располагаются с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку первый и второй акустические согласующие слои создаются между третьим акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов и индивидуально располагаются с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам, акустический импеданс пьезоэлектрика может постепенно достигать акустического импеданса объекта, и таким образом, ультразвуковые волны могут передаваться внутрь объекта и приниматься от него эффективным образом.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что третий акустический согласующий слой формируется из эластичного каучукового материала.
В соответствии с настоящим изобретением, предусматривается ультразвуковой зонд, содержащий множество пьезоэлектрических элементов; второй и третий акустические согласующие слои, предусматриваемые на одной из поверхностей множества пьезоэлектрических элементов и имеющие скорость звука, равную 1650 м/сек или меньше; и первый акустический согласующий слой, предусматриваемый между вторым и третьим акустическими согласующими слоями и множеством пьезоэлектрических элементов.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку второй и третий акустические согласующие слои имеют скорость звука, равную 1650 м/сек или меньше, является возможным обеспечение характеристик направленности таких же или более широких, чем для конфигурации, где акустический согласующий слой является разделенным. Соответственно, фазовый контроль может осуществляться свободно посредством использования большего количества пьезоэлектрических элементов, и таким образом ультразвуковой луч может собираться в узкий. Более того, поскольку ультразвуковой луч может отклоняться, является возможным создание ультразвукового зонда, способного создавать ультразвуковое изображение с высоким разрешением.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что второй и третий акустические согласующие слои создаются на одной поверхности множества пьезоэлектрических элементов, и первый акустический согласующий слой индивидуально располагается с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку создаются второй и третий акустические согласующие слои, является возможным уменьшение количества слоев акустического согласующего слоя, который должен разделяться вместе с пьезоэлектрическими элементами, и таким образом могут быть устранены сложности при обработке и может быть получен стабильный ультразвуковой зонд.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что второй и третий акустические согласующие слои формируются из эластичного каучукового материала.
В соответствии с настоящим изобретением, предусматривается ультразвуковой зонд, содержащий множество пьезоэлектрических элементов; четвертый акустический согласующий слой, предусматриваемый на одной из поверхностей множества пьезоэлектрических элементов и имеющий скорость звука, равную 1650 м/сек или меньше; и первый, второй и третий акустические согласующие слои, предусматриваемые между четвертым акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку скорость звука четвертого акустического согласующего слоя имеет значение, равное 1650 м/сек или меньше, является возможным обеспечение характеристик направленности таких же или более широких, чем для конфигурации, где акустический согласующий слой является разделенным. Кроме того, поскольку первый, второй и третий акустические согласующие слои создаются между четвертым акустическим согласующим слоем и множеством пьезоэлектрических элементов, акустический импеданс пьезоэлектрика может постепенно достигать акустического импеданса объекта, и таким образом ультразвуковые волны могут передаваться внутрь объекта и приниматься от него эффективным образом.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что четвертый акустический согласующий слой создается на одной поверхности множества пьезоэлектрических элементов, и первый, второй и третий акустические согласующие слои индивидуально располагаются с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку создается четвертый акустический согласующий слой, является возможным уменьшение количества слоев акустического согласующего слоя, которые должны разделяться вместе с пьезоэлектрическими элементами, и таким образом, сложности при обработке могут быть устранены, и может быть получен стабильный ультразвуковой зонд.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что третий и четвертый акустические согласующие слои создаются на одной из поверхностей множества пьезоэлектрических элементов, и первый и второй акустические согласующие слои индивидуально располагаются с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку создаются третий и четвертый акустические согласующие слои, является возможным уменьшение количества слоев акустического согласующего слоя, которые должны разделяться вместе с пьезоэлектрическими элементами, и таким образом сложности при обработке могут быть устранены и может быть получен стабильный ультразвуковой зонд.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что третий акустический согласующий слой формируется из эластичного каучукового материала и имеет скорость звука, равную 1650 м/сек или меньше. Более того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что четвертый акустический согласующий слой формируется из эластичного каучукового материала.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку акустический согласующий слой формируется из эластичного каучукового материала и имеет скорость звука, равную 1650 м/сек или меньше, является возможным обеспечение характеристик направленности таких же или более широких, чем для конфигурации, где акустический согласующий слой является разделенным.
В соответствии с настоящим изобретением, предусматривается ультразвуковой зонд, имеющий силовой элемент в виде подложки и множество пьезоэлектрических элементов, расположенных на верхней поверхности силового элемента в виде подложки, ультразвуковой зонд содержит: первую полимерную пленку, предусматриваемую между силовым элементом в виде подложки и множеством пьезоэлектрических элементов и снабженную электрическими выводами, индивидуально расположенными с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам; первый акустический согласующий слой, предусматриваемый на верхней поверхности множества пьезоэлектрических элементов и индивидуально расположенный с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам; вторую полимерную пленку, предусматриваемую на верхней поверхности первого акустического согласующего слоя и снабженную электрическими выводами, индивидуально расположенными с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам; второй акустический согласующий слой, предусматриваемый на верхней поверхности второй полимерной пленки и индивидуально расположенный с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам; и третий акустический согласующий слой, предусматриваемый на верхней поверхности второго акустического согласующего слоя и формируемый из эластичного каучукового материала.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку третий акустический согласующий слой формируется из эластичного каучукового материала, является возможным обеспечение большей ширины полосы частот и увеличение направленности. Кроме того, поскольку третий акустический согласующий слой создается в неразделенном состоянии, количество слоев акустического согласующего слоя, которые должны разделяться вместе с пьезоэлектрическими элементами, может быть уменьшено, и таким образом, является возможным устранение сложности при обработке. Более того, поскольку электрические выводы создаются в полимерной пленке, электрические выводы могут формироваться простым способом. Соответственно, фазовый контроль может осуществляться свободно посредством использования большего количества пьезоэлектрических элементов, и таким образом ультразвуковой луч может собираться в узкий. Более того, поскольку ультразвуковой луч может отклоняться, является возможным обеспечение ультразвукового зонда, способного обеспечивать ультразвуковое изображение с высоким разрешением.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что скорость звука третьего акустического согласующего слоя имеет значение, равное 1650 м/сек или меньше. Более того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется так, что акустический импеданс второй полимерной пленки меньше, чем акустический импеданс второго акустического согласующего слоя, и она имеет толщину 0,07 длины волны или меньше, на используемой частоте.
В соответствии с настоящим изобретением, создается ультразвуковой зонд, имеющий силовой элемент в виде подложки и множество пьезоэлектрических элементов, расположенных на верхней поверхности силового элемента в виде подложки, ультразвуковой зонд содержит: первую полимерную пленку, предусматриваемую между силовым элементом в виде подложки и множеством пьезоэлектрических элементов и снабженную электрическими выводами; первый акустический согласующий слой, предусматриваемый на верхней поверхности множества пьезоэлектрических элементов и индивидуально расположенный с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам; вторую полимерную пленку, предусматриваемую на верхней поверхности первого акустического согласующего слоя и снабженную электрическими выводами, индивидуально расположенными с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам; второй акустический согласующий слой, предусматриваемый на верхней поверхности второй полимерной пленки и сформированный из эластичного каучукового материала; и третий акустический согласующий слой, предусматриваемый на верхней поверхности второго акустического согласующего слоя и сформированный из эластичного каучукового материала.
В соответствии с конфигурацией, описанной выше, поскольку второй и третий акустические согласующие слои формируются из эластичного каучукового материала, является возможным обеспечение большей ширины полосы частот и увеличение направленности. Кроме того, поскольку второй и третий акустические согласующие слои создаются в состоянии без разрывов, количество слоев акустического согласующего слоя, которые должны разделяться вместе с пьезоэлектрическими элементами, может быть уменьшено, и таким образом является возможным устранение сложности при обработке. Более того, поскольку электрические выводы создаются в полимерной пленке, электрические выводы могут быть сформированы простым способом. Соответственно, фазовый контроль может осуществляться свободно посредством использования большего количества пьезоэлектрических элементов, и таким образом ультразвуковой луч может собираться в узкий. Более того, поскольку ультразвуковой луч может отклоняться, является возможным создание ультразвукового зонда, способного обеспечивать ультразвуковое изображение с высоким разрешением.
Кроме того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что эластичный каучуковый материал состоит в основном из синтетического каучука, силиконового каучука, уретанового каучука или эластомера. Более того, ультразвуковой зонд в соответствии с настоящим изобретением конфигурируется таким образом, что синтетический каучук в основном состоит из каучука на основе сополимера этилена-пропилена, хлоропропенового каучука, бутадиенового каучука, изопренового каучука, каучука на основе сополимера стирола-бутадиена, или каучука на основе сополимера акрилонитрила-бутадиена.
В соответствии с настоящим изобретением, поскольку акустический согласующий слой создается на одной из поверхностей пьезоэлектрических элементов и формируется из эластичного каучукового материала, не является обязательным разделение акустического согласующего слоя, и могут быть обеспечены характеристики направленности такие же или более широкие, чем для конфигурации, где акустический согласующий слой является разделенным. По этой причине, является возможным создание ультразвукового зонда, который является простым по технологии и способным к получению диагностического изображения с высоким разрешением.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между скоростью звука и углом направленности акустического согласующего слоя.
Фиг.3 представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между акустическим импедансом, продолжительностью импульса и относительной шириной полосы частот третьего акустического согласующего слоя.
Фиг.6 представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9A представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9B представляет собой схематический вид в разрезе ультразвукового зонда в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между толщиной и относительной шириной полосы полимерной пленки.
Фиг.11 представляет собой схематический общий вид ультразвукового зонда в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 представляет собой схематический общий вид, иллюстрирующий конфигурацию ультразвукового зонда в соответствии с современным уровнем техники.
Описание ссылочных номеров
1: ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
2, 2a, 2b, 2c, 2d: АКУСТИЧЕСКИЙ СОГЛАСУЮЩИЙ СЛОЙ
3: СИЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТ В ВИДЕ ПОДЛОЖКИ
4: АКУСТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА
5: ЭЛЕКТРОД ЗАЗЕМЛЕНИЯ
6: СИГНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД
7: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЫВОД
8, 9: ПЛЕНКА
10: УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЗОНД
11: ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
12: АКУСТИЧЕСКИЙ СОГЛАСУЮЩИЙ СЛОЙ
13: АКУСТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА
14: СИЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТ В ВИДЕ ПОДЛОЖКИ
20: УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЗОНД
Осуществление изобретения
Вариант осуществления 1
Далее, ультразвуковой зонд в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения будет описываться со ссылками на чертежи. Фиг.1 представляет собой относительный схематический общий вид ультразвукового зонда 10 в соответствии с первым вариантом осуществления.
Ультразвуковой зонд 10 конфигурируется, чтобы он содержал множество пьезоэлектрических элементов 1, акустический согласующий слой 2 (первый акустический согласующий слой), предусматриваемый на фронтальной поверхности в направлении по толщине на стороне объекта (верхняя сторона на чертеже), с тем, чтобы соответствовать соответствующим пьезоэлектрическим элементам 1, силовой элемент 3 в виде подложки, предусматриваемый, если это необходимо, на задней поверхности (нижняя поверхность на чертеже) в направлении по толщине пьезоэлектрических элементов 1, на стороне, противоположной акустическому согласующему слою 2, и акустическую линзу 4, предусматриваемую, если это необходимо, на акустическом согласующем слое 2. Соответствующие функции рассмотренных выше компонентов являются такими же, как и для компонентов, описанных в литературе.
Электрод 5 заземления и сигнальный электрод 6 создаются на фронтальной поверхности и на задней поверхности в направлении по толщине Z пьезоэлектрических элементов 1, соответственно. Электроды 5 и 6 формируются на фронтальной поверхности и на задней поверхности пьезоэлектрических элементов 1, соответственно, посредством осаждения или напыления золота и серебра или печатания серебра.
Электроды 5 и 6 электрически соединяются с не иллюстрируемым ультразвуковым диагностическим устройством через кабель посредством электрического вывода 7, таким образом, что регулярное импульсное напряжение, генерируемое ультразвуковым зондом, прикладывается к пьезоэлектрическим элементам 1, и приемный сигнал эха, преобразуемый в электрический сигнал посредством пьезоэлектрических элементов 1, передается в главную часть ультразвукового диагностического устройства.
В иллюстрируемом примере, пьезоэлектрические элементы 1 разделяются на индивидуальные элементы, и материалы, такие как силиконовый каучук или уретановый каучук, способные уменьшить акустическую связь, вводятся в части, соответствующие разделительным бороздкам.
Фиг.2 представляет собой график, иллюстрирующий соотношение между углом направленности ультразвуковых волн в направлении расположения X множества пьезоэлектрических элементов 1, иллюстрируемых на фиг.1, и скоростью звука эластичного каучукового материала акустического согласующего слоя 2. В ультразвуковом зонде 10 так называемого типа электронного сканирования, имеющем множество пьезоэлектрических элементов 1, расположенных в нем, важным моментом при увеличении разрешения ультразвукового изображения является то, как можно увеличить направленность в направлении X пьезоэлектрических элементов 1.
В первом варианте осуществления, как иллюстрируется на фиг.1, пьезоэлектрические элементы 1, предусматриваемые на силовом элементе 3 в виде подложки, разделяются посредством отрезного станка или чего-либо подобного, силиконовый каучук или уретановый каучук вводят в разделительные бороздки, и после этого акустический согласующий слой 2 эластичного каучукового материала создается на поверхности разделенных пьезоэлектрических элементов 1.
Как известно, акустический согласующий слой 2 формируется с использованием материала, имеющего акустический импеданс, имеющий промежуточное значение между значениями для пьезоэлектрических элементов 1 и объекта (не показан), и имеющего толщину, в основном соответствующую 1/4 длины волны для используемой частоты. Кроме того, на поверхности акустического согласующего слоя 2 создается акустическая линза 4, формируемая из материалов, таких как силиконовый каучук, если это необходимо.
В литературе, для увеличения направленности, акустический согласующий слой 2 помещается на пьезоэлектрических элементах 1, а затем делится способом, сходным с пьезоэлектрическими элементами 1. Это делается для предотвращения ситуации, когда ультразвуковые волны распространяются в горизонтальном направлении внутри акустического согласующего слоя 2 и таким образом направленность сужается, поскольку, если акустический согласующий слой 2 не является разделенным, в отличие от пьезоэлектрических элементов 1, акустический согласующий слой 2 будет непрерывным образом соединять их друг с другом.
Однако, когда пьезоэлектрические элементы 1, акустический согласующий слой 2 и, кроме того, часть силового элемента 3 в виде подложки обрабатываются вместе, чтобы разделяться с помощью отрезного станка, и в частности, с разделительным зазором, достигающим 0,1 мм, имеется та проблема, что поскольку множество материалов обрабатывается вместе, является сложным осуществление обработки для разделения единообразным и стабильным образом.
Настоящий вариант осуществления отличается тем, что разделяются только пьезоэлектрические элементы 1 и акустический согласующий слой 2 из эластичного каучукового материала создается на поверхности разделенных пьезоэлектрических элементов 1 в однослойном состоянии, где акустический согласующий слой не является разделенным, но является сплошным, так что его легко обрабатывать, и обработка может осуществляться единообразным и стабильным образом, и что получаемая направленность является такой же или большей, чем та, которая может быть получена от конфигурации, где акустический согласующий слой 2 является разделенным.
Эластичный каучуковый материал в качестве материала акустического согласующего слоя 2 использует материал, имеющий акустический импеданс, имеющий промежуточное значение между значениями для пьезоэлектрических элементов 1 и объекта и имеющий толщину, в основном соответствующую 1/4 длины волны для используемой частоты. В результате исследований с экспери