專利名稱：超聲波探針和使用超聲波探針的超聲波攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在振子中使用了靜電電容型傳感器CMUT(Capacitive MicromachinedUltrasound Transducer)芯片的超聲波探針,尤其涉及多重反射的抑制技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的超聲波探針的振子的材料中使用電壓元件。近年來，采用在半導(dǎo)體元件中形成超聲波探針的振子的CMUT芯片。CMUT芯片與電壓元件相比振子的聲-電變換效率低，因此CMUT芯片具有比電壓元件容易引發(fā)多重反射的技術(shù)課題。所謂多重反射是指將被檢測(cè)體中的組織的界面等作為反射面，由于反射面重復(fù)出現(xiàn)超聲波的反射的現(xiàn)象，而在超聲波探針的測(cè)量范圍內(nèi)出現(xiàn)不存在的構(gòu)造物的偽像的現(xiàn) 象。因此，在專利文獻(xiàn)中記載了為了解決具有CMUT芯片的振子的多重反射的問題而通過滿足下面的第一條件和第二條件來降低振子的每一個(gè)信道的多重反射。首先，第一條件是在將聲透鏡的吸收系數(shù)設(shè)為a [dB/mm/MHz]、將聲透鏡的最大厚度設(shè)為d [mm]，將振子的中心頻率設(shè)為fc[MHz]時(shí)，滿足6. 5/fc < ad的條件。然后，第二條件是將振子的每一信道的阻抗值設(shè)為L[H]，將振子的每一個(gè)信道的靜電電容設(shè)為C[pF]，將振子的中心頻率設(shè)為fc[MHz]，滿足L< I/ ((3 Jifc) 2XC)的條件?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :國際公開W02009/069281號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :美國專利第6831394號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :美國專利第6714484號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題上述專利文獻(xiàn)I是由通過反射波而向被檢測(cè)體再發(fā)送的作用而引起的多重反射的對(duì)策技術(shù)，其中該反射波是由于聲透鏡和振子的聲阻抗的不匹配而在聲透鏡和振子的邊界面產(chǎn)生的反射波。因此，在專利文獻(xiàn)I中，并沒有說明由于振子和襯里(packing)層的聲阻抗的不匹配而在振子和襯里層的邊界面產(chǎn)生的反射波到達(dá)被檢測(cè)體而產(chǎn)生的多重反射。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波探針和使用該超聲波探針的超聲波診斷裝置，其能夠抑制在具有CMUT芯片的振子和襯里層的邊界面引起的多重反射的影響。用于解決課題的手段為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的超聲波探針是對(duì)聲透鏡、振子和襯里層進(jìn)行層疊的構(gòu)造的朝超聲波探針，所述振子具有CMUT芯片，所述襯里層由與所述聲透鏡的聲阻抗實(shí)質(zhì)上相同值的材料形成。首先，將從振子向聲透鏡層側(cè)(存在被檢測(cè)體一側(cè))的方向定義為第一方向，將從振子向襯里層側(cè)(存在被檢測(cè)體一側(cè)的相反側(cè))的方向定義為第二方向。襯里層由與聲透鏡實(shí)質(zhì)上相同的聲阻抗的材料形成，是指聲阻抗的變化量與第一方向和第二方向相同，因此反射波的聲能在第一方向和第二方向上被分配為相同比率。因此，反射波在振子和襯里層的邊界面，成為只有所分配的一部分反射波的聲能向第二方向傳播的構(gòu)造，能夠抑制振子和襯里層的邊界面引起的多重反射的發(fā)生。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠起到以下的效果，即提供一種超聲波探針和使用該超聲波探針的超聲波攝像裝置，能夠抑制在具有CMUT芯片的振子和襯里層的邊界面引起的多重反射 的影響。


圖I是表示采用本發(fā)明的超聲波攝像裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示在超聲波探針的振子中使用了多個(gè)CMUT芯片的線性的超聲波探針的構(gòu)造例的圖。圖3表示振子11-f ΙΙ-m的俯視圖。圖4是構(gòu)成圖2的振子11-1等的CMUT芯片的截面圖。圖5是一個(gè)信道的超聲波探針的截面圖。圖6是說明使用了圖5的模型的多重反射的原理的圖。圖7是表示振子11-1和襯里層12的邊界的頻率-超聲波反射率的特性曲線的圖。圖8是表示將振子11-1的厚度設(shè)為50 μ m時(shí)的頻率反射率特性曲線的圖。圖9是表示將振子11-1的厚度設(shè)為25 μ m時(shí)的頻率反射率特性曲線的圖。圖10是表示將振子11-1的厚度設(shè)為10 μ m時(shí)的頻率反射率特性曲線的圖。圖11是表示將襯里層12的聲阻抗設(shè)為I. 4MRayl時(shí)連續(xù)計(jì)算相對(duì)于頻率的反射率的結(jié)果的一例的圖。圖12是表不將振子11-1的厚度設(shè)為5 μ m時(shí),相對(duì)于將橫軸設(shè)為頻率而使襯里層12的聲阻抗值變化時(shí)的超聲波反射率的計(jì)算結(jié)果的圖。圖13是設(shè)置了粘接層131的一個(gè)信道的超聲波探針的截面圖。圖14是表示在使振子11-1和襯里層12間的粘接層131的厚度和振子11_1的超聲波的中心頻率變化的情況下，振子11-1的超聲波反射率mr的圖。圖15是表示將粘接層131做成厚度5 μ m的情況下,連續(xù)計(jì)算相對(duì)于頻率的反射率的例子的圖。
具體實(shí)施例方式使用附圖詳細(xì)說明采用了本發(fā)明的超聲波探針的超聲波診斷裝置。首先，使用

超聲波診斷裝置的概要結(jié)構(gòu)，圖I是表示采用了本發(fā)明的超聲波診斷裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖。
超聲波診斷裝置具有超聲波探針I(yè)、信號(hào)發(fā)送部2、信號(hào)接收部3、整相加法部4、圖像處理部5、圖像顯示部6、輸入部7以及控制部8。檢測(cè)者使超聲波探針I(yè)與存在被檢測(cè)體的攝像部位的表面抵接，向攝影部位發(fā)送超聲波，接收來自發(fā)送的攝影部位的反射波，變換為被稱為反射回波信號(hào)的電信號(hào)。信號(hào)發(fā)送部2針對(duì)電連接的超聲波探針1，在超聲波發(fā)送的定時(shí)向被檢測(cè)體發(fā)送與存在于攝影部位的深度對(duì)焦的超聲波。信號(hào)接收部3在超聲波接收的定時(shí)從超聲波探針I(yè)接收反射信號(hào)，進(jìn)行包含信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理。整相加法部4對(duì)通過信號(hào)接收部3進(jìn)行信號(hào)處理的反射回波信號(hào)進(jìn)行整相相加。圖像處理部5從在整相加法部4中進(jìn)行整相相加的反射回波信息向超聲波圖像變換。 圖像顯示部6在圖像處理部5中顯示變換后的超聲波圖像。輸入部7輸入檢測(cè)者為了變換超聲波圖像所需要的攝像部位或所使用的超聲波探針的信息?？刂撇?根據(jù)輸入到輸入部7的信息進(jìn)行以下的控制。(I)以預(yù)定間隔重復(fù)超聲波的發(fā)送和接收的定時(shí)的控制。(2)使信號(hào)發(fā)送部2在發(fā)送定時(shí)向被檢測(cè)體發(fā)送超聲波的控制。(3)使信號(hào)接收部3在接收定時(shí)對(duì)反射回波信息進(jìn)行信號(hào)處理的控制。(4)使整相加法部4對(duì)反射回波信號(hào)進(jìn)行整相相加的控制。(5)將圖像處理部5從整相相加后的反射回波信息變換為超聲波圖像的控制。(6)使圖像顯示部6顯示超聲波圖像的控制。然后，使用圖2 圖4說明超聲波探針I(yè)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖2是表示在超聲波探針的振子中使用了多個(gè)CMUT芯片的線性型的超聲波探針的構(gòu)造例的圖，圖3是振子11-f ΙΙ-m的俯視圖，圖4是構(gòu)成圖2的振子11_1等的CMUT芯片18的截面圖。超聲波探針I(yè)具有排列了 m個(gè)長方形的振子11-f 11-m (m :例如為64或192等的自然數(shù))的一維陣列的構(gòu)造，在振子11-fll-m的背面配置了襯里層12。此外，在振子11-f 11-m的超聲波發(fā)送側(cè)(圖2的上方)配置了聲透鏡14。振子ll_f ll_m將發(fā)送波電信號(hào)變換為超聲波后向生物體內(nèi)發(fā)送超聲波，同時(shí)接收在生物體內(nèi)反射的超聲波，變換為電信號(hào)，形成反射信號(hào)。為了吸收在振子11-fll-m的背面?zhèn)劝l(fā)送的無用的超聲波，并抑制振子11-Γ11-Π1的不必要的振動(dòng)而配置了襯里層12。聲透鏡14在與振子11-f ΙΙ-m的排列方向垂直的所謂的短軸方向聚集超聲波束。在此，振子11-f ΙΙ-m如圖3所示，分別由多個(gè)例如六邊形的微小的CMUT芯片18構(gòu)成。(此外，在圖3中考慮了圖示的情況下僅記載了振子11-3 11-5的3個(gè)元件)。各CMUT芯片18如使用圖4后述的那樣，電氣地被看做電容器，但是，對(duì)于分別構(gòu)成振子11-f 11-m的CMUT芯片18的組，上部電極18a彼此通過配線18g連接，下部電極18b成為公共電極，因此，多個(gè)并列的電容器電氣地進(jìn)行相同的動(dòng)作。使用圖4來說明一個(gè)CMUT芯片18的構(gòu)造。CMUT芯片18通過半導(dǎo)體工藝的精細(xì)加工技術(shù)來形成，具備作為硅等的半導(dǎo)體基板的基板18d、在絕緣膜18d的上部配置的半導(dǎo)體薄膜18f以及在其上面配置的上部電極18a。在半導(dǎo)體薄膜18f和下部電極18b之間，設(shè)置了通過刻蝕絕緣體膜18d而形成的真空(或者預(yù)定的氣壓)的空孔18e。由化合物半導(dǎo)體等形成的半導(dǎo)體薄膜18f通過絕緣膜18d來支承邊緣，正如樂器的鼓那樣成為在空間漂浮展開的形狀。在上部、下部電極18a、18b之間施加DC偏置電壓時(shí)，產(chǎn)生庫倫力，半導(dǎo)體薄膜18f發(fā)生適度的張力。在超聲波發(fā)送時(shí)，如果在DC偏置電壓上重疊地向上部、下部電極18a、18b之間施加驅(qū)動(dòng)交流信號(hào)，則與接連擊打樂器的鼓而發(fā)出的聲音一樣，從CMUT芯片18發(fā)生超聲波。此外，在超聲波接收時(shí)，如果向該CMUT芯片18入射超聲波，則電極18a、18b間的距離與其大小和波形成正比地變化，因此，兩電極18a、18b構(gòu)成的電容器的靜電電容與其對(duì)應(yīng)地變化。根據(jù)兩電極18a、18b的電信號(hào)檢測(cè)靜電電容的變化，由此能夠接收超聲波。如圖3所示，振子11-fll-m分別是將多個(gè)CMUT芯片18并聯(lián)配置的結(jié)構(gòu)，因此，能夠從多個(gè)CMUT芯片18同時(shí)產(chǎn)生超聲波信號(hào)并向生物體內(nèi)發(fā)送，或者由多個(gè)CMUT芯片18同時(shí)接收來形成反射信號(hào)。圖5是在m個(gè)振子11-f ΙΙ-m中，振子11_1的部分，即I個(gè)信道的超聲波探針的
截面圖。振子11-1在附圖上方形成聲透鏡14，在附圖下方形成襯里層12。撓性基板51從襯里層12的上面周邊向側(cè)面設(shè)置，施加用于驅(qū)動(dòng)CMUT芯片18的偏置電壓和驅(qū)動(dòng)電壓。金屬線52通過振子11-1的上部電極以及下部電極與撓性基板51連接。探針蓋53被設(shè)置在探針的側(cè)面，因此成為超聲波探針的檢測(cè)者的握持部。圖6是使用圖5的模型說明多重反射的原理的圖。超聲波探針與聲透鏡14抵接對(duì)被檢測(cè)體拍攝超聲波圖像。在圖6中，為了簡化而省略了被檢測(cè)體的圖示。首先，超聲波診斷裝置的控制部8使超聲波探針I(yè)向被檢測(cè)體發(fā)送超聲波。超聲波探針接收來自被檢測(cè)體的反射回波信號(hào)60。然后，反射回波信號(hào)60的一部分通過基于振子11的聲-電變換而變換為電信號(hào)，進(jìn)而電信號(hào)經(jīng)由信號(hào)處理被變換為超聲波圖像。但是，將反射回波60的一部分作為再發(fā)送波61向被檢測(cè)體再發(fā)送。再發(fā)送波61從被檢測(cè)體再次反射作為多重反射回波到達(dá)聲透鏡14的表面。然后，關(guān)于多重反射回波62說明在振子11-1和襯里層12不同的聲阻抗的邊界的現(xiàn)象。反射回波信號(hào)60的一部分成為向襯里層12側(cè)的透射波63，被襯里層12吸收。進(jìn)而，多重反射回波62的一部分由于振子11-1與襯里層12的聲阻抗的不匹配而作為反射波63被反射。反射波64與由于振子11-1的聲阻抗的不匹配而產(chǎn)生的反射波65合成,產(chǎn)生再發(fā)送波61。并且，振子11-1的CMUT芯片18具有空孔18e，因此，CMUT芯片18的空孔18e發(fā)揮從襯里層12到聲透鏡14的聲能的傳輸路的作用。因此，來自具有CMUT芯片18的振子11_1和襯里層12的邊界的反射波64與具有壓電元件的振子相比能夠產(chǎn)生大的影響，因此，在使用了 CMUT芯片18振子11-1中，對(duì)于來自振子11-1和襯里層12的邊界的反射波需要更好的對(duì)策。
然后，使用公式說明圖6的原理。多重反射回波62相對(duì)于反射回波60的振幅比可以用公式(I)表示為反射率R與聲透鏡的音響衰減率α的平方以下。反射率R是用被襯里層12吸收的信號(hào)63的成分和振子11-1與襯里層的12邊界處的反射波64的信號(hào)的成分的和除反射波64的信號(hào)的成分而得的值。[公式I]多重反射回波振幅/反射回波振幅彡Ra 2(I)此外，根據(jù)超聲波診斷裝置的經(jīng)驗(yàn)法則，一般來說，在超聲波診斷裝置中，如果反射波回波60與多重反射回波62的振幅比的分貝值為-20dB以下，則不會(huì)出現(xiàn)對(duì)超聲波圖像的影響。因此，考慮多重反射回波62的減輕，如果將公式(I)變形為對(duì)數(shù)形式，則成為公式(2)那樣。 [公式2]20Log1(l(Ra 2)彡-20(2)進(jìn)而，如果將公式(2)的對(duì)數(shù)展開，則成為公式(3)。[公式3]20Log10R+2 · 20Log10 a ^ -20(3)在此，在將變換為分貝值的聲透鏡14的衰減率設(shè)為β [dB · MHz/mm]，聲透鏡14的厚度為d[mm]，探針的中心頻率設(shè)為fc [MHz]時(shí)，如果利用音響衰減率a的分貝換算值20Log10 a表現(xiàn)為-β dfc，將公式(3)進(jìn)行變形，則成為公式(4)。[公式4]20Log10R-2 β dfc ^ -20(4)進(jìn)而，如果將公式(4)變換為指數(shù)函數(shù)則成為公式(5)。[公式5] R <10 10(5)因此，從超聲波探針的聲透鏡14的外觀上的反射率R如果滿足公式(5)那樣進(jìn)行設(shè)定，則能夠減輕多重反射偽像的影響。此外，如果將反射率R的最大值設(shè)為Rmax，則用如下的公式(6)來表示Rmax。[公式6]
嚴(yán)fc-m、
R H13X — 10(6)此外，在2 11ΜΗζ的范圍內(nèi)設(shè)定超聲波探針的中心頻率fc。聲透鏡的厚度d通常約為O. 5^1. 2mm。此外，在頻率高的用途使用的超聲波探針中，需要抑制聲透鏡衰減的影響，因此，通常將聲透鏡的厚度設(shè)為薄于O. 5^0. 8_。聲透鏡的材料主要使用硅膠等，音響衰減率 β 為 IdB · MHz/mm。在以上的數(shù)值范圍中，計(jì)算滿足公式(6)的反射率的最大值Rmax。滿足公式(6)是指不使多重反射偽像產(chǎn)生影響而將反射率抑制為反射率的最大值Rmax以下。例如，根據(jù)中心頻率[MHz]以及聲透鏡的厚度，如表I那樣計(jì)算反射率的最大值Rmax0
[表 I] 此外，將振子11-1、聲透鏡14、襯里層12的聲阻抗分別設(shè)為Zi、Z2、Z3，將振子11的傳播常數(shù)設(shè)為T1，將振子11的厚度設(shè)為Cl1，用以下的公式(7)來表示從聲透鏡側(cè)入射的超聲波的反射率mr。
[公式7]然后，說明振子11-1和襯里層12的典型模型的-超聲波反射率的特性。圖7是表示振子11-1和襯里層12的邊界的頻率-超聲波反射率的特性曲線的圖。按下面的條件來計(jì)算頻率-超聲波反射率的特性曲線。振子11-1由包含CMUT芯片18的硅形成。振子11_1的聲阻抗、厚度的代表值是19. 7MRayl、200ym。振子11_1的厚度為200 μ m或其以下的理由是為了得到生物體的超聲波圖像。為了得到超聲波圖像所需的超聲波的中心頻率為2 14Mz。此外，聲透鏡14由硅膠形成。聲透鏡的聲阻抗的代表值是1.4MRayl。并且，襯里層12由金屬和樹脂的混合物形成。考慮與振子11-1的匹配，如專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3中所述那樣，將襯里層12的聲阻抗的代表值調(diào)整為與振子11-1的聲阻抗值相同的19. 7MRayl。如圖7所示，上述頻率-超聲波反射率的特性曲線，在表I的中心頻率11MHz、中心頻率7. 5MHz時(shí)為O. 90，在中心頻率2MHz時(shí)達(dá)到O. 80。即在表I的全部中心頻率處超過了反射率的最大值Rmax，因此在全部的中心頻率處多重反射的影響大。因此，本發(fā)明的主體是能夠抑制振子11-1與襯里層12的邊界的反射率的構(gòu)造，因此，襯里層12和聲透鏡14的聲阻抗實(shí)質(zhì)上相同。此外，本發(fā)明的主題可以說成是下面的各項(xiàng)。(I) 一種對(duì)聲透鏡、振子和襯里層進(jìn)行層疊的構(gòu)造的超聲波探針，其特征在于所述振子具有CMUT芯片，所述襯里層由與所述聲透鏡的聲阻抗實(shí)質(zhì)上相同的值的材料形成。(2)作為上述(I)中所述的超聲波探針，是所述襯里層的聲阻抗成為用于抑制超聲波的多重反射的值域的超聲波探針。(3)作為上述(I)或(2)中所述的超聲波探針是在使所述振子的層疊方向的厚度薄于200 μ m的情況下，所述襯里層由與所述聲透鏡的聲阻抗近似的值的材料形成的超聲波探針。
(4)作為上述(I) (3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針為所述襯里層的聲阻抗是與所述聲透鏡抵接的被檢測(cè)體的聲阻抗的超聲波探針。(5)作為上述(I) (3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述聲透鏡的聲阻抗的代表值是I. 4MRayl的超聲波探針。(6)作為上述(I) (3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述襯里層的聲阻抗是I. Γ9. 4MRayl的超聲波探針。(7)作為上述(I) (3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述振子的厚度為50 μ m以下的超聲波探針。(8)作為上述(7)所述的超聲波探針，是所述襯里層的聲阻抗是
3.7MRayf 9. 4MRayl的超聲波探針。(9)作為(I廣(3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述振子的厚度是25 μ m，所述 襯里層的聲阻抗是3. 3MRayf 7. 9Mrayl的超聲波探針。(10)作為(I) (3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述振子的厚度是10 μ m以下，所述襯里層的聲阻抗是I. IMRayri. 8MRayl的超聲波探針。(11)作為(I廣(3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述振子的厚度是5μπι以下，所述襯里層的聲阻抗是2. OMRayf 9. 4MRayl的超聲波探針。(12)作為(I) (3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述振子的材質(zhì)是硅，所述聲透鏡的材質(zhì)是硅膠，所述襯里層的材質(zhì)是丁基橡膠的超聲波探針。(13)作為(I廣(3)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，是所述振子的厚度是5μπι以下，所述振子和襯里層間的粘接層厚度是10 μ m以下的超聲波探針。(14)作為(13)所述的超聲波探針，是所述粘接層是芯片粘接膜的超聲波探針。(15) 一種超聲波攝像裝置，其具備對(duì)被檢測(cè)體進(jìn)行收發(fā)超聲波的超聲波探針；根據(jù)通過所述超聲波探針得到的信號(hào)生成圖像的圖像生成部；顯示所述圖像的顯示部；以及根據(jù)被檢測(cè)體的測(cè)定部位的深度控制所述超聲波探針的焦點(diǎn)的控制部，所述超聲波攝像裝置的特征在于，所述超聲波探針是權(quán)利要求(I) (14)中任一項(xiàng)所述的超聲波探針。以下說明多個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例I在實(shí)施例I中，說明振子11-1的厚度為50 μ m、25 μ m、10 μ m的情況。振子11_1的厚度說是超聲波反射率低于理論上的反射率的最大值的厚度，因此將50 μ m設(shè)為振子的厚度的基準(zhǔn)值。此外，將相對(duì)于基準(zhǔn)值成為50%的值設(shè)定為25 μ m,同樣相對(duì)于基準(zhǔn)值成為20%的值設(shè)定為10 μ m的振子的厚度。圖8是表不將振子11-1的厚度設(shè)為50 μ m時(shí),相對(duì)于橫軸為頻率,使襯里層12的聲阻抗值變化時(shí)的超聲波反射率的計(jì)算結(jié)果的圖形。圖9是圖8的將振子11-1的厚度設(shè)為25 μ m時(shí)的圖形，圖10是圖8的振子11-1的厚度設(shè)為25 μ m時(shí)的圖形。振子11-1的材質(zhì)是聲阻抗為19. 7MRayl的硅，聲透鏡14的材質(zhì)是聲阻抗為
I.4Mrayl的硅膠。聲透鏡14是與被檢測(cè)體抵接的部分，因此，為與被檢測(cè)體的聲阻抗匹配，而設(shè)定聲透鏡14的聲阻抗。首先，在將襯里層12的聲阻抗設(shè)為19. 7MRayl的情況下，如圖8所示，反射率大大超過O. 84，即判定為超過了反射率的最大值Rmax。此外，關(guān)于圖9、圖10也表現(xiàn)出同樣的傾向。然后，在將襯里層12的聲阻抗設(shè)為與聲透鏡14的聲阻抗相同的I. 4MRayl的情況下，如圖8所示，判定為反射率變低。此外，在圖9、圖10中也表現(xiàn)出同樣的傾向。進(jìn)而，在公式(6)中滿足條件，例如在中心頻率IlMHz成為反射率O. 76以下，是指如圖9以及圖10所示那樣為振子11-1的厚度為25 μ m或者10 μ m的情況。在圖9中，襯里層12的聲阻抗在3. 3MRayf7. 9MRayl的范圍內(nèi)。此外，如圖8所示，振子11_1的厚度50 μ m不滿足公式(6)的條件。此外，所謂在中心頻率7. 5MHz成為反射率O. 79以下，是指在振子11_1的厚度為50 μ m的情況下，襯里層12的聲阻抗在3. 7MRayl 9. 4MRayl的范圍內(nèi)。此外，所謂在中心頻率2MHz成為反射率O. 17以下，是指在振子11_1的厚度為10 μ m的情況下，襯里層12的聲阻抗在I. IMRayri. 8MRayl的范圍內(nèi)。
此外，說明在將襯里層12的聲阻抗設(shè)為與聲透鏡14的聲阻抗實(shí)質(zhì)上相同的
1.4MRayl的情況下，連續(xù)計(jì)算反射率相對(duì)于頻率的結(jié)果。圖11是表示在將襯里層12的聲阻抗設(shè)為1.4MRayl的情況下，連續(xù)計(jì)算反射率相對(duì)于頻率的結(jié)果的一例的圖。計(jì)算的條件是將振子11-1設(shè)為硅，將振子11-1的厚度設(shè)為10 μ m，將聲透鏡14和襯里層12設(shè)為硅膠。此外，硅以及硅膠的聲阻抗為19. 7以及1.4，單位為1 &71。在此，在假設(shè)超聲波探針的聲透鏡的厚度為O. 7mm,中心頻率為IlMHz的情況下，反射率的最大值Rmax=O. 50。在計(jì)算中,判定為反射率的最大值為O. 48，滿足作為多重反射減輕的條件的公式(6)。此外，可以如公式(8)那樣定義襯里層12和聲透鏡14實(shí)質(zhì)上相同的聲阻抗。[公式8]( I (聲透鏡14的聲阻抗)-(襯里層12的聲阻抗)I ) /振子11-1的聲阻抗〈〈I(8)換言之，公式(8)表示用振子11-1的聲阻抗除聲透鏡14的聲阻抗和襯里層12的聲阻抗的差的絕對(duì)值而得的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于I。如上所述，在實(shí)施例I中，為了抑制超聲波的多重反射，通過由與聲透鏡相同的聲阻抗的材料來形成襯里層12，能夠抑制在具有CMUT芯片的振子和襯里層的邊界面引起的多重反射的影響。此外，為了降低襯里層12和振子11-1的邊界的反射率，理想的是將振子11-1的厚度設(shè)為小于50 μ m的25 μ m,進(jìn)一步設(shè)為極薄的如10 μ m那樣。實(shí)施例2在實(shí)施例2中，說明振子11-1的厚度為5μπι，襯里層12為丁基橡膠的情況。圖12是表不將振子11-1的厚度設(shè)為5μηι時(shí),使襯里層12的聲阻抗值相對(duì)于橫軸為頻率變化時(shí)的超聲波反射率的計(jì)算結(jié)果的圖。振子11-1的材質(zhì)為硅，聲透鏡14的材質(zhì)為硅膠，襯里層12的材質(zhì)為丁基橡膠。硅、硅膠以及丁基橡膠的聲阻抗分別是19. 7、I. 4、
2.0，單位為 MRayl。在聲透鏡的厚度為I. 2mm時(shí)探針的中心頻率為3MHz的情況下，反射率的最大值Rmax是O. 23。在圖12中的計(jì)算中，在3MHz時(shí)反射率為O. 19，判定為作為多重反射減輕的條件滿足公式(6)。
如上所述，在實(shí)施例2中，與實(shí)施例I 一樣，能夠抑制在具有CMUT芯片的振子和襯里層的邊界面引起的多重反射的影響。此外，在實(shí)施例2中，將振子11-1的厚度與實(shí)施例I比較則又薄了 5μπι。進(jìn)而，將襯里層12的聲阻抗設(shè)為實(shí)施例I的I. 4倍。但是，通過使振子11-1的厚度變薄，即使襯里層12的聲阻抗增加，也能夠抑制在具有CMUT芯片的振子和襯里層的邊界面引起的多重反射的影響。因此，如果使振子11-1的厚度變薄，則能夠選擇具有襯里層12的聲阻抗的容許范圍的材質(zhì)。換言之，在將振子11-1的層疊方向的厚度做的更薄的情況下，襯里層12能夠用與聲透鏡14的聲阻抗近似的值的材料來形成。實(shí)施例3在實(shí)施例3中，說明在振子11-1和襯里層12之間設(shè)置粘接層131的情況。圖13是設(shè)置了粘接層131的一個(gè)信道的超聲波探針的截面圖。粘接層131的材質(zhì)例如是芯片粘接膜(Die Attach Film)、娃粘接劑、環(huán)氧樹脂等。如果設(shè)粘接層131的傳播系數(shù)為Z12，粘結(jié)層131的厚度為dl2，則從聲透鏡14側(cè)入射的超聲波的反射率mr用下面的公式(9)來表不。[公式9]
權(quán)利要求
1.一種超聲波探針，其具有層疊有聲透鏡、振子和襯里層的構(gòu)造，該超聲波探針的特征在于， 所述振子具有CMUT芯片， 所述襯里層由與所述聲透鏡的聲阻抗實(shí)質(zhì)上相同值的材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波探針，其特征在干， 所述襯里層的聲阻抗為用于抑制超聲波的多重反射的值域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波探針，其特征在干， 使所述振子的層疊方向的厚度薄于200 ym， 所述襯里層由與所述聲透鏡的聲阻抗近似的值的材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述襯里層的聲阻抗是與所述聲透鏡抵接的被檢測(cè)體的聲阻杭。
5.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述聲透鏡的聲阻抗的代表值是I. 4MRayl。
6.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述襯里層的聲阻抗是I. IMRay廣9. 4MRayl。
7.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述振子的厚度為50 ii m以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波探針，其特征在干， 所述襯里層的聲阻抗是3. 7MRay廣9. 4MRayl。
9.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述振子的厚度是25iim以下,所述襯里層的聲阻抗是3. 3MRayl 7. 9Mrayl。
10.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述振子的厚度是IOiim以下,所述襯里層的聲阻抗是I. IMRayfl. 8MRayl。
11.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述振子的厚度是5iim以下,所述襯里層的聲阻抗是2. OMRay 1 9. 4MRayl。
12.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述振子的材質(zhì)是硅，所述聲透鏡的材質(zhì)是硅膠，所述襯里層的材質(zhì)是丁基橡膠。
13.根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針，其特征在干， 所述振子的厚度是5 以下，所述振子和村里層間的粘接層厚度是IOym以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波探針，其特征在干， 所述粘接層是芯片粘接膜。
15.一種超聲波攝像裝置，其具備 對(duì)被檢測(cè)體收發(fā)超聲波的超聲波探針； 根據(jù)通過所述超聲波探針得到的信號(hào)生成圖像的圖像生成部； 顯示所述圖像的顯示部；以及 根據(jù)被檢測(cè)體的測(cè)定部位的深度控制所述超聲波探針的焦點(diǎn)的控制部， 所述超聲波攝像裝置的特征在干， 所述超聲波探針是權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的超聲波探針。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲波探針，其能夠抑制在具有CMUT芯片的振子和襯里層的邊界面引起的多重反射的影響。本發(fā)明的超聲波探針是對(duì)聲透鏡(14)、振子(11-1~11m)和襯里層(12)進(jìn)行層疊的結(jié)構(gòu)的超聲波探針，所述振子(11-1~11m)具有CMUT芯片，所述襯里層(12)由與所述聲透鏡(14)的聲阻抗實(shí)質(zhì)上相同的值的材料形成。
文檔編號(hào)A61B8/00GK102770078SQ20118001088
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者佐光曉史, 佐藤雅洋, 田中宏樹, 石田一成 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立醫(yī)療器械