超声波探头与超声波诊断设备制造技术

公开了一种超声波探头与超声波诊断设备，所述探头具有多个具有压电层２和把压电层２夹在中间的一对电极７－１和７－２的超声换能器的阵列。压电层２具有被设置在超声波发射侧的第一压电层２－１、被设置在第一压电层２－１另一侧的第二压电层２－２、以及被设置在第一压电层２－１和第二压电层２－２之间的公共电极８。每个超声换能器都具有在垂直于超声换能器排列方向的短轴方向上的均匀低频响应分布，以及短轴方向上中心部分的高高频响应分布。通过第二压电层来补充第一压电层的短轴方向频率和声压特性，借此获得相对短轴方向上低频的均匀频率特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在它自己与病人之间发射和接收超声波的超声波探头，以及包括该超声波探头的超声波诊断设备。更具体地说，本专利技术涉及一种能够改变短轴方向的孔径(aperture)的超声波探头。
技术介绍
一般，超声换能器包括一对电极，它们中间夹有包括压电材料的层(以下称为压电层)，并且超声波探头包括多个超声换能器，其中例如超声换能器一维地排列。进一步，在长轴方向上排列的换能器中的预定数量换能器被确定为孔径(aperture)，属于该孔径的多个换能器被驱动，并且超声波束会聚到病人体中要测量的部位，使得该部位被超声波束照射。进一步，属于该孔径的多个换能器接收发自病人的超声反射回波等，并且超声反射回波被转换成电信号。另一方面，关于垂直于上述长轴方向的短轴方向，通过改变超声波频率来更改孔径宽度，以致超声波束束宽减小、并且分辨率提高(专利文献1JP7-107595A)。在根据专利文献1的超声波探头中，在短轴方向上中心处的压电层厚度小，并且向其末端逐渐增大。因此，在短轴方向上中心的高频响应高，并且短轴方向上末端的低频响应高，从而获得宽带频率特性。结果，超声波探头短轴方向上的孔径宽度与频率相反地变化，借此在从较浅的深度到较深的深度变化的范围内获得了较细的束宽。然而，根据专利文献1中公开的超声波探头，短轴方向上两端的低频响应变得比中心部分的低频响应高，并且每一端的声压都高于中心部分的声压，借此获得了非均匀的声压分布。随后，超声波探头的分辨率降低了。
技术实现思路
为使超声波探头对短轴方向频率的频率响应变得均匀，而提出了本专利技术。本专利技术通过以下手段来解决上述问题。根据本专利技术，在包括每一个都具有压电层和把压电层夹在中间的一对电极的多个超声换能器阵列的超声波探头中，压电层具有被设置在超声波发射侧的第一压电层、被设置在第一压电层另一侧的第二压电层、以及被设置在第一和第二压电层之间的公共电极。该超声波探头具有在垂直于超声换能器排列方向的短轴方向上相对整个孔径的均匀低频响应分布，以及短轴方向上中心部分的高高频响应分布。可以通过(1)至(9)中显示的以下手段来实现上述频率响应分布。(1)第一压电层末端在短轴方向上的厚度小于第一压电层中心部分的厚度，并且第二压电层末端的厚度大于第二压电层中心部分的厚度，(2)第一和第二压电层与一对电极接触的面的每一面都是平的，并且第一压电层和第二压电层之间的界面被形成为凹陷到第二压电层那一侧的曲面，(3)第一和第二压电层与一对电极接触的面的每一面都是平的，并且第一压电层和第二压电层之间的界面被形成为脊线(ridge line)与短轴方向中心部分相对应的峰(crest)，(4)第一和第二压电层与一对电极接触的面的每一面都是平的，并且第一压电层和第二压电层之间的界面具有被设置在短轴方向中心部分上并且向第二压电层那一侧凸出的平面部分，以及被设置在两端的每一端并且向第一压电层那一侧凸出的平面部分，(5)第一压电层的超声波发射侧那一面是凹的，第二压电层的超声波非发射侧那一面是凸的，并且第一压电层和第二压电层之间的界面凹陷到第二压电层那一侧、并且该界面的曲率大于第一压电层的超声波发射侧那一面的曲率， (6)第一压电层的超声波发射侧那一面是凹的，第二压电层的超声波非发射侧那一面是凸的，并且第一压电层和第二压电层之间的界面被形成为脊线与短轴方向中心部分相对应的峰，(7)第一和第二压电层中每一压电层都具有预定厚度，其中用于第一压电层的压电材料的密度在短轴方向上从中心部分向末端减小，并且用于第二压电层的压电材料的密度在短轴方向上从中心部分向末端增大，(8)除(1)至(7)中所示配置以外，包括具有与用于压电层的压电材料声阻抗近似相等的声阻抗的材料的调节层被设置在第二压电层的超声波非发射侧，其中短轴方向上调节层的厚度从中心部分向末端逐渐增大。根据上述(1)至(7)，压电层包括两层，并且第一压电层和第二压电层的短轴方向频率特性及声压特性相互补充。随后，短轴方向上的低频响应变得均匀。即，第二压电层的厚度在垂直于超声换能器排列方向的方向(以下称为短轴方向)上、从中心部分向两端逐渐增大。因此，中心部分的高频响应变高。另一方面，第一压电层的厚度在短轴方向上从中心部分向两端减小，使得中心部分的低频响应变高。因为第一压电层的频率响应特性被加到第二压电层的频率响应特性上，因此低频的短轴方向响应特性变得均匀。随后，根据本专利技术的超声波探头，有可能在换能器短轴方向上中心部分获得高的高频响应、以及相对每个整个孔径的均匀低频响应，借此有可能在从小深度到大深度的范围内获得小超声波束宽，从而实现高分辨率。进一步，因为根据配置(8)的调节层的声阻抗与压电材料的声阻抗近似相等，因此调节层的声阻抗与被设置在调节层的反压电层(anti-piezoelectric-layer)那一侧的背衬层的声阻抗之间的差较大。随后，超声波被调节层有效地反射，并且反射超声波的频率特性取决于厚度。结果，换能器短轴方向的低频响应特性变得比过去更加均匀。进一步，从换能器向背面那一侧发射的超声波高频分量被中心部分薄的调节层反射，并被发回到超声波发射侧。随后，短轴方向上从超声波探头中心向病人发射的高频声压增大了，借此在短轴方向上换能器中心处获得了高频响应。在此，背衬层包括声阻抗大大小于压电层声阻抗的材料。进一步，该材料的衰减率高于压电层衰减率。随后，有可能改变短轴方向的频率特性，以及实现根据频率来改变孔径的功能。进一步，短轴方向上调节层的厚度分布被确定为用于获得预定高频响应分布的频率特性。提供配置(9)来代替上述配置(1)至(8)，其中第一和第二压电层中每一压电层都具有预定厚度，包括具有与用于压电层的压电材料声阻抗近似相等的声阻抗的材料的调节层被设置在与第二压电层接触的电极的背面上，并且在短轴方向上调节层的厚度从超声换能器中心部分向末端逐渐增大。因为提供了上述调节层，因此换能器短轴方向的低频响应特性变得均匀，并且可以在短轴方向换能器中心处获得高的高频响应，如上所述。进一步，本专利技术的超声波诊断设备使用本专利技术的超声波探头。用于发射用来驱动超声波探头换能器的超声波信号的发射装置具有，根据供给超声波探头的控制指令来发射某一频率的超声波信号的功能。用于对超声波探头收到的反射回波信号执行接收处理的接收处理装置具有，根据控制指令来选择某一频率的反射回波信号、并执行接收处理的功能。随后，可以在短轴方向换能器中心处获得高频响应。进一步，因为短轴方向上的低频响应特性变得均匀，因此有可能在从小深度到大深度的范围内获得小超声波束宽、并实现高分辨率。附图说明图1是根据本专利技术实施例的超声波探头的主要部分的透视图。图2显示了根据本专利技术实施例的的超声波诊断设备的整体配置。图3是与根据图1所示实施例的压电层有关的部分的断面图。图4显示了图1所示实施例的频率特性曲线图。图5显示了图1所示实施例的频率与聚焦深度之间的关系图。图6显示了图1实施例的频率与相对声压之间的关系图。图7是与根据本专利技术第二实施例的压电层有关的部分的断面图。图8是与根据本专利技术第三实施例的压电层有关的部分的断面图。图9是与根据本专利技术第四实施例的压电层有关的部分的断面图。图10是与根据本专利技术第五实施例的压电层有关的部分的断面图。图11是与根据本专利技术第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波诊断设备，包括：具有多个换能器的超声波探头；发射装置，用于发射用来驱动超声波探头换能器的超声波信号；接收处理装置，用于对超声波探头收到的反射回波信号执行接收处理；图像处理装置，用于基于被接收处理装置 处理的反射回波信号来重构超声波图像；以及图像显示装置，用于显示图像处理装置重构的超声波图像，其中，超声波探头包括多个超声换能器的阵列，多个超声换能器具有压电层和把压电层夹在中间的一对电极，其中压电层包括被设置在超声波 发射侧的第一压电层、被设置在第一压电层另一侧的第二压电层、以及被设置在第一和第二压电层之间的公共电极，以及其中，第一和第二压电层被配置成，垂直于超声换能器排列方向的短轴方向的中心部分的相对声压变得比每一端的相对声压高。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈崎英树，泉美喜雄，
申请(专利权)人：株式会社日立医药，
类型：发明
国别省市：JP[日本]