-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde.
-
Es
ist ein Ultraschall-Diagnoseapparat bekannt, der das Innere eines
Subjekts mit einer Ultraschallwelle abtastet und den inneren Zustand
des Subjekts auf der Basis eines von einer reflektierten Welle vom
Inneren des Subjekts erzeugten Signals sichtbar macht. Ein derartiger
Ultraschall-Diagnoseapparat überträgt eine
Ultraschallwelle in das Subjekt über
eine Ultraschallsonde, die piezoelektrische Oszillatoren enthält und empfängt eine
reflektierte Welle, die durch Fehlanpassung akustischer Impedanzen
im Subjekt hervorgerufen wird, wobei die Ultraschallsonde ein Empfangssignal
erzeugt.
-
In
der Ultraschallsonde sind mehrere piezoelektrische Oszillatoren,
die auf der Basis eines Übertragungssignals
oszillieren, um eine Ultraschallwelle zu erzeugen, und eine reflektierte
Welle empfangen, um ein Empfangssignal zu erzeugen, in einer Abtastrichtung
angeordnet. Zum Beispiel übertragen
derartige piezoelektrische Oszillatoren eine Ultraschallwelle mit
rechtwinkliger Schalldruckverteilung, die in einer Richtung senkrecht
zur Abtastrichtung einheitlich ist, und bilden einen Fokus bei einer
vorbestimmten Tiefe in einem Subjekt, wenn die piezoelektrischen
Oszillatoren über
eine akustische Linse eine Differenzialverzögerung erhalten.
-
Gelegentlich
ist zum Zwecke der Realisierung einer akustischen Anpassung einer
Schallimpedanz der piezoelektrischen Oszillatoren und einer Schallimpedanz
des Subjekts an den piezoelektrischen Oszillatoren eine akustische
Anpassungsschicht von mehrschichtiger Struktur vorgesehen, um Ultraschallwellen über die
akustische Anpassungsschicht senden und empfangen zu können. Eine akustische
Anpassungsschicht, die aus zwei Schichten besteht, weist eine zufriedenstellendere
akustische Anpassung auf als eine akustische Anpassungsschicht,
die aus einer Schicht besteht. Eine aus drei Schichten bestehende
akustische Anpassungsschicht weist eine noch stärker zufriedenstellende akustische
Anpassung auf. Dies ist so, weil der akustische Verlust geringer
wird, wenn Schallimpedanzen von den piezoelektrischen Oszillatoren
zum Subjekt in drei Stufen anstatt in einer Stufe wechseln.
-
Die
akustische Anpassung zwischen den piezoelektrischen Oszillatoren
und dem Subjekt erfolgt so auf zufriedenstellende Weise. Dies ist
so, da, wenn ein Unterschied zwischen der Schallimpedanz der piezoelektrischen
Oszillatoren und der Schallimpedanz des Subjekts groß ist, ein
Reflexionsverlust einer Ultraschallwelle im Subjekt zunimmt, wenn
die Ultraschallwelle von den pie zoelektrischen Oszillatoren zum
Subjekt gesendet wird. Folglich kann das Senden der Ultraschallwelle
zum Subjekt nicht effektiv erfolgen und es kann kein hochqualitatives
Bild erzielt werden.
-
9 zeigt
einen Aufbau einer Ultraschallsonde, die eine akustische Anpassungsschicht
von mehrschichtiger Struktur enthält. 9 ist eine
Frontansicht der Ultraschallsonde. Die Ultraschallsonde umfasst
ein Grundmaterial 32, eine piezoelektrische Oszillatorschicht 33,
die in mehrere Schichten aufgeteilt ist, die in einer Abtastrichtung
auf dem Grundmaterial 32 anzuordnen sind, eine akustische
Anpassungsschicht 34, die in mehrere Schichten aufgeteilt ist,
die in der Abtastrichtung auf der piezoelektrischen Oszillatorschicht 33 anzuordnen
sind, und eine akustische Linse 35, die auf der akustischen
Anpassungsschicht 34 vorgesehen ist. Die akustische Anpassungsschicht 34 umfasst
eine erste akustische Anpassungsschicht 34a, eine zweite
akustische Anpassungsschicht 34b, die auf der ersten akustischen
Anpassungsschicht 34a angeordnet ist, und eine dritte akustische
Anpassungsschicht 34c, die auf der zweiten akustischen
Anpassungsschicht 34b angeordnet ist. In einer derartigen
Ultraschallsonde führt
die piezoelektrische Oszillatorschicht 33 das Senden und das
Empfangen von Ultraschallwellen über
die akustische Anpassungsschicht 34 durch.
-
Im
allgemeinen beträgt
eine Schallimpedanz der piezoelektrischen Oszillatorschicht 33 ca.
318 kgm–2s–1 (30
MRayl), und eine Schallimpedanz eines Subjekts beträgt ca. 15,9
kgm–2s–1 (1,5
MRayl). Für eine
akustische Anpassung zwischen der piezoelektrischen Oszillatorschicht 33 und
dem Subjekt ist es erforderlich, die akustische Anpassungsschicht 4 mehrschichtig
auszubilden und Schallimpedanzen von der piezoelektrischen Oszillatorschicht 33 zum Subjekt
schrittweise zu reduzieren. Bei der in 9 dargestellten
Ultraschallsonde ist es erforderlich, die Schallimpedanzen von der
ersten akustischen Anpassungsschicht 34a zur dritten akustischen
Anpassungsschicht 34c schrittweise zu reduzieren, um eine
Schallimpedanz einer akustischen Anpassungsschicht auf der Subjektseite
(der dritten akustischen Anpassungsschicht 34c) der akustischen
Anpassungsschicht 34 auf 15,9 bis 37,1 kgm–2s–1 (1,5
bis 3,5 MRayl) einzustellen. Darüber
hinaus ist es bei einer Ultraschallsonde, die eine aus zwei Schichten
bestehende akustische Anpassungsschicht aufweist, erforderlich,
eine Schallimpedanz der zweiten akustischen Anpassungsschicht auf
15,9 bis 37,1 kgm–2s–1 (1,5
bis 3,5 MRayl) einzustellen.
-
Gewöhnlich wird
eine Schallimpedanz klein eingestellt, indem eine Weichharzschicht
aus Polyurethan oder Polyethylen in der akustischen Anpassungsschicht 34 verwendet
wird. Da die Harz schicht jedoch aufgrund ihrer Flexibilität eine schlechte
maschinelle Verarbeitbarkeit aufweist, ist es nicht möglich, die
akustische Anpassungsschicht 34 maschinell mittels Dice-Cutting
(Array-Bearbeitung) zu bearbeiten, um die akustische Anpassungsschicht 34 in mehrere,
in Abtastrichtung anzuordnende Schichten aufzuteilen. In anderen
Worten: nachdem die piezoelektrische Oszillatorschicht 33 und
die akustische Anpassungsschicht 34 auf das Grundmaterial 2 gestapelt
worden sind, ist es nicht möglich,
die akustische Anpassungsschicht 34 dem Dice-Cutting in
einem gewünschten
Abstand zu unterziehen. Daher besteht das Problem, dass ein Übersprechen
(Crosstalk) zwischen der piezoelektrischen Oszillatorschicht 33 und der
akustischen Anpassungsschicht 34 stark ist. Darüber hinaus
ist es aufgrund der geringen maschinellen Verarbeitbarkeit nicht
möglich,
die Ultraschallsonde einfach herzustellen.
-
Darüber hinaus
ist es nicht möglich,
da Polyurethan und Polyethylen keine elektrische Leitfähigkeit
aufweisen, eine Masseelektrode von der Seite der akustischen Anpassungsschicht 34 herauszuziehen.
Hier kann selbst dann, wenn leitende Teilchen wie ein Metallfüllmaterial
in das Polyurethan oder Polyethylen gemischt sind, um der akustischen
Anpassungsschicht 34 eine elektrische Leitfähigkeit
zu geben, einer gewünschten
Schallimpedanz nicht entsprochen werden, da die Dichte der akustischen
Anpassungsschicht 34 zunimmt.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschallsonde zu schaffen,
die maschinell leicht bearbeitet werden kann.
-
Die
EP-A-0346891 und die US-Patente 4348904, 5884627, 5423220 und 6225729
offenbaren eine Sonde mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch
1.
-
Die
Erfindung schafft eine Sonde wie sie in den Ansprüchen 1 und
4 definiert ist.
-
Die
Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen
mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines schematischen Aufbaus einer Ultraschallsonde
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist;
-
2A eine
Schnittansicht einer dritten akustischen Anpassungsschicht von 1 ist;
-
2B eine
Schnittansicht eines Feinpartikels von 2A ist;
-
3 eine
X-Z-Schnittansicht der Ultraschallsonde von 1 ist;
-
4 eine
Y-Z-Schnittansicht der Ultraschallsonde von 1 ist;
-
5 eine
graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer gemischten
Menge aus einem hohlen Kohlenstofffüllmaterial und einer Dichte einer
akustischen Anpassungsschicht der Ausführungsform ist;
-
6 eine
graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer gemischten
Menge aus einem hohlen Kohlenstofffüllmaterial und einer Schallimpedanz
der akustischen Anpassungsschicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist;
-
7 eine
graphische Darstellung eine Beziehung zwischen einer gemischten
Menge aus einem hohlen Kohlenstofffüllmaterial und einem Volumenwiderstand
der akustischen Anpassungsschicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist;
-
8 ein
Blockdiagramm ist, das einen schematischen Aufbau eines Ultraschall-Diagnoseapparates
zeigt, der die erfindungsgemäße Ultraschallsonde
umfasst; und
-
9 eine
Schnittansicht einer herkömmlichen
akustischen Anpassungsschicht ist.
-
Eine
Ultraschallsonde gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines schematischen Aufbaus der Ultraschallsonde
gemäß der Ausführungsform.
Die Ultraschallsonde besteht aus einer Kopfseite und einer Kabelseite. 1 zeigt die
Kopfseite der Ultraschallsonde.
-
Wie
in 1 dargestellt, umfasst eine Ultraschallsonde 1 gemäß dieser
Ausführungsform
ein Grundmaterial 2, eine piezoelektrische Oszillatorschicht 3 auf
dem Grundmaterial 2, eine akustische Anpassungsschicht 4,
die in mehreren Schichten entlang einer Übertragungsrichtung Z auf der
piezoelektrischen Oszillatorschicht 3 angeordnet ist, und
eine akustische Linse 5 zum Fokussieren oder Zerstreuen von
Ultraschallwellen, die auf der akustischen Anpassungsschicht 4 vorhanden
sind. Wie in 3 dargestellt, weist die piezoelektrische
Oszillatorschicht 3 mehrere piezoelektrische Oszillatoren 30 auf,
die entlang einer Abtastrichtung X angeordnet sind.
-
Die
akustische Anpassungsschicht 4 umfasst eine erste akustische
Anpassungsschicht 4a, eine zweite akustische Anpassungsschicht 4b,
die auf der ersten akustischen Anpassungsschicht 4a angeordnet
ist, und eine dritte akustische Anpassungsschicht 4c, die
auf der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4b angeordnet
ist. Die erste bis dritte akustische Anpassungsschicht 4a, 4b und 4c sind auf
der piezoelektrischen Oszillatorschicht 3 gestapelt. Alle
diese ersten bis dritten akustischen Anpassungsschichten 4a, 4b und 4c weisen
eine elektrische Leitfähigkeit
auf. Folglich ist es möglich,
eine Masseelektrode 32 durch die erste bis dritte akustische
Anpassungsschicht 4a, 4b und 4c herauszuziehen.
In anderen Worten: es ist möglich,
die Masseelektrode 32 aus einem Teil zwischen der akustischen Anpassungsschicht 4 und
der akustischen Linse 5 herauszuziehen.
-
Die
erste akustische Anpassungsschicht 4a weist eine Schallimpedanz
auf, die kleiner ist als die der piezoelektrischen Oszillatorschicht 3 und
die größer ist
als die der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4b. Die
zweite akustische Anpassungsschicht 4b weist eine Schallimpedanz
auf, die kleiner ist als die der ersten akustischen Anpassungsschicht 4a und
die größer ist
als die der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c. Die
dritte akustische Anpassungsschicht 4c weist eine Schallimpedanz
auf, die kleiner ist als die der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4b und
die größer ist
als die des Subjekts.
-
Die
piezoelektrische Oszillatorschicht 3 ist entlang der Abtastrichtung
X geteilt. Gleichermaßen sind
die erste, die zweite und die dritte akustische Anpassungsschicht 4a, 4b und 4c jeweils
entlang der Abtastrichtung X geteilt. In anderen Worten: die erste akustische
Anpassungsschicht 4a weist mehrere erste akustische Anpassungselemente 40a auf,
die entlang der Abtastrichtung X angeordnet sind. Die mehreren ersten
akustischen Anpassungselemente 40a entsprechen jeweils
den mehreren piezoelektrischen Oszillatoren 30. Die zweite
akustische Anpassungsschicht 4b weist mehrere zweite akustische
Anpassungselemente 40b auf, die entlang der Abtastrichtung
X angeordnet sind. Die mehreren zweiten akustischen Anpassungselemente 40b entsprechen
jeweils den mehreren ersten akustischen Anpassungselementen 40a.
Die dritte akustische Anpassungsschicht 4c weist mehrere
dritte akustische Anpassungselemente 40c auf, die entlang
der Abtastrichtung X angeordnet sind. Die mehreren dritten akustischen
Anpassungselemente 40c entsprechen jeweils den mehreren
zweiten akustischen Anpassungselementen 40b.
-
Die
jeweiligen piezoelektrischen Oszillatoren 30 sind von den
benachbarten piezoelektrischen Oszillatoren 30 physisch
und akustisch getrennt. Die jeweiligen ersten akustischen Anpassungselemente 40a sind
ebenfalls von den benachbarten ersten akustischen Anpassungselementen 40a physisch und
akustisch getrennt. Die jeweiligen zweiten akustischen Anpassungselemente 40b sind
ebenfalls von den benachbarten zweiten akustischen Anpassungselementen 40b physisch
und akustisch getrennt. Die jeweiligen dritten akustischen Anpassungselemente 40c sind
eben falls von den benachbarten dritten akustischen Anpassungselementen 40c physisch und
akustisch getrennt. Gewöhnlich
tritt, da die dritte akustische Anpassungsschicht nicht geteilt
ist, eine Interferenz zwischen den benachbarten piezoelektrischen
Oszillatoren 30 über
die dritte akustische Anpassungsschicht auf. Bei der Erfindung tritt,
da die jeweiligen dritten akustischen Anpassungselemente 40c ebenfalls
von den benachbarten dritten akustischen Anpassungselementen 40c physisch
und akustisch getrennt sind, im wesentlichen keine Interferenz zwischen
den benachbarten piezoelektrischen Oszillatoren 30 auf.
-
Das
Grundmaterial 2 dämpft
und absorbiert Ultraschall-Oszillatorkomponenten, die für die Bildgewinnung
des Ultraschall-Diagnoseapparates nicht erforderlich sind, bei einer
Ultraschalloszillation, die durch die piezoelektrische Oszillatorschicht 3 erzeugt worden
ist, oder einer Ultraschalloszillation zum Zeitpunkt des Empfangs.
-
Der
piezoelektrische Oszillator 30 besteht beispielsweise aus
einem keramischen Material wie Bleizirkonattitanat Pb (Zr,Ti)03,
Lithiumniobat (LiNb03), Bariumtitanat (BaTi03) oder Bleititanat (PbTi03).
Darüber
hinaus sind eine Elektrode 31 und eine Elektrode 32 sowohl
an der oberen als auch an der unteren Schicht der piezoelektrischen
Oszillatorschicht 3 ausgebildet. Gewöhnlich ist die Elektrode 31 eine
Signalelektrode und die Elektrode 32 ist eine gewöhnliche
Elektrode (Masseelektrode).
-
Darüber hinaus
wird durch die Mehrschichtigkeit der akustischen Anpassungsschicht 4 das
Auftreten eines Signalverlustes aufgrund eines Schallimpedanzunterschiedes
zwischen der akustischen Anpassungsschicht 4 und einer
Körperfläche des
Subjekts zusammen mit der akustischen Linse 5 gesteuert.
Ein Aufbau dieser akustischen Anpassungsschicht 4 wird
zu einem späteren
Zeitpunkt genauer beschrieben.
-
Die
akustische Linse 5 berührt
die Körperoberfläche des
Subjekts und bildet ein Bindeglied zwischen Senden und Empfangen
von Ultraschallwellen. Ein akustischer Fokus in einer Trennrichtung wird
in einer vorbestimmten Tiefe von der Körperoberfläche durch die akustische Linse 5 gebildet.
Darüber
hinaus wird ein akustischer Fokus in einer Abtastrichtung gebildet,
indem die Sende- und Empfangtakte der mehreren piezoelektrischen
Oszillatoren 30 gesteuert werden, die in einer Streifenform
in der Abtastrichtung angeordnet sind.
-
Wie
in 4 dargestellt, ist ein flexibles Substrat 6a zum
Herausziehen einer Signalelektrode, deren gesamte Oberfläche eine
Cu-Folie aufweist, zwischen das Grundmaterial 2 und die
piezoelektrische Oszillatorschicht 3 über die Elektrode 31 eingebracht (gebondet).
Ferner ist ein flexibles Substrat 6b zum Herausziehen einer
Masseelektrode zwischen der akustischen Anpassungsschicht 4 und
der akustischen Linse 5 vorgesehen. Genauer gesagt: das
flexible Substrat 6b ist zwischen der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c und
der akustischen Linse 5 vorgesehen. Zu beachten ist, dass
das flexible Substrat 6a als Zuleitungsdraht fungiert.
-
Im
Folgenden wird die akustische Anpassungsschicht 4 der Ultraschallsonde 1 gemäß dieser Ausführungsform
näher beschrieben.
Bei der Ultraschallsonde gemäß dieser
Ausführungsform
ist es erforderlich, da die dritte akustische Anpassungsschicht 4c das
Subjekt über
die akustische Linse 5 berührt, dass diese dritte akustische
Anpassungsschicht 4c eine Schallimpedanz von ca. 21,2 kgm–2s–1 (2MRayl)
aufweist. Zunächst
wird ein Aufbau der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c mit
Bezug auf die 2A und 2B beschrieben. 2A ist
eine Schnittansicht der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c.
-
Die
dritte akustische Anpassungsschicht 4c umfasst eine Harzbasis 4e und
feine Hohlpartikel 4d, die in die Harzbasis 4e gemischt
sind. Ein Partikeldurchmesser der feinen Partikel 4d beträgt 40 nm. Die
feinen Partikel 4d haben eine Porosität von 60%. Gewöhnlich ist
ein Hülsenmaterial
der feinen Partikel 4d aus leitfähigem Kohlenstoff oder Gold
gebildet. Die Harzbasis 4e ist zum Beispiel aus Epoxydharz oder
Urethanharz mit einer Schallimpedanz von ca. 31,8 kgm–2s–1 (3MRayl)
gebildet. Die Schallimpedanz kann durch Mischen der feinen Partikel 4d verkleinert werden.
Dadurch wird es möglich,
die Harzbasis 4e aus Epoxyd oder Urethan, die eine relativ
große Schallimpedanz,
jedoch eine relativ hohe Härte
aufweist, in die dritte akustische Anpassungsschicht 4c aufzunehmen.
Folglich ist es möglich,
die dritte akustische Anpassungsschicht 4c auf gleiche
Weise wie die piezoelektrische Oszillatorschicht 3, die
erste akustische Anpassungsschicht 4a und die zweite akustische
Anpassungsschicht 4b zu schneiden. Als Material für die herkömmliche
dritte akustische Anpassungsschicht wird zwangsläufig extrem weiches Harz gewählt, um
eine kleine Schallimpedanz zu erreichen.
-
Wie
in 2B gezeigt, ist das feine Partikel 4d durch
Einkapselung eines Gases 41 gebildet typischerweise die
Luft in einer Hülse 40 aus
beispielsweise Kohlenstoff, mit elektrischer Leitfähigkeit.
Die Hülse 40 weist
eine Schallimpedanz auf, die größer als
die der Harzbasis 4e ist. Eine Innenseite 41 der Hülse 40 weist
eine Schallimpedanz auf, die kleiner ist als die der Harz basis 4e.
Anstatt das Gas 41 in der Hülse 40 einzukapseln,
kann die Hülse 40 mit
einem Feststoff überzogen
sein, der die Eigenschaft aufweist, dass eine Schallimpedanz davon
kleiner ist als die der Harzbasis 4e.
-
Ein
Partikeldurchmesser des feinen Partikels 4d bezieht sich
auf eine Wellenlänge
einer zu sendenden und zu empfangenden Ultraschallwelle. Wenn der
Partikeldurchmesser des feinen Partikels 4d zu groß ist, wird
die Ultraschallwelle durch das feine Partikel 4d reflektiert
und streut. Wenn zum Beispiel die Größe des Partikeldurchmessers
des feinen Partikels 4d auf eine Größe 1/5 bis 1/10 oder weniger so
klein sind wie eine Wellenlänge
einer Ultraschallwelle reduziert wird, ist die auftretende Reflexion
und die Streuung der Ultraschallwelle unerheblich. Hier beträgt eine
Schallgeschwindigkeit im Epoxydharz 2500 m/s. Bei dieser Ausführungsform
wird eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz von 5 MHz verwendet,
es wird angenommen, dass eine Wellenlänge ca. 500 μs beträgt, und
Reflexion und Streuung der Ultraschallwelle sind nicht beobachtet
worden. Reflexion und Streuung der Ultraschallwelle sind weniger
wahrscheinlich, wenn der Partikeldurchmesser des feinen Partikels 4d kleiner
ist.
-
Mit
Bezug auf die 5 und 6 werden Änderungen
einer Dichte und einer Schallimpedanz der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c anhand
des Falles erläutert,
bei dem ein hohler Kohlenstofffüllstoff
in die dritte akustische Anpassungsschicht 4c gemischt
ist. 5 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung
zwischen einer gemischten Menge aus einem hohlen Kohlenstofffüllstoff
und einer Dichte der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c. 6 ist
eine graphische Darstellung einer gemischten Menge aus einem hohlen
Kohlenstofffüllstoff
und einer Schallimpedanz der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c.
Wie in 5 gezeigt, nimmt die Dichte der dritten akustischen
Anpassungsschicht 4c ab, wenn die gemischte Menge aus hohlem
Kohlenstofffüllstoff
erhöht
wird. Wie ferner in 6 gezeigt, nimmt die Schallimpedanz
der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c ab, wenn die
gemischte Menge aus hohlem Kohlenstofffüllstoff erhöht wird. Auf diese Weise wird
zwischen einer Dichte und einer Schallimpedanz einer akustischen Anpassungsschicht
ein Proportionalverhältnis
gebildet und es ist möglich,
die Schallimpedanz der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c zu
verkleinern, indem der hohle Kohlenstofffüllstoff in die dritte akustische
Anpassungsschicht 4c gemischt wird, um die Dichte der dritten
akustischen Anpassungsschicht 4c zu reduzieren. Es ist
zum Beispiel möglich,
die Schallimpedanz der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c auf
21,2 kgm–2s–1 (2MRayl)
zu verkleinern, indem die gemischte Menge aus hohlem Kohlenstofffüllstoff
auf ca. 20 Gew.-% reduziert wird.
-
Wenn
ein Kohlenstofffüllstoff
mit einer Porosität
von über
60% verwendet wird, ist es möglich, eine
Schallimpedanz von ca. 21,2 kgm–2s–1 (2MRayl) mit
einer gemischten Menge des Kohlenstofffüllstoffes von unter ca. 20
Gew.-% zu erhalten. Dies ist so, weil die Dichte der dritten akustischen
Anpassungsschicht 4c selbst dann abnimmt, wenn die gemischte Menge
durch Erhöhen
der Porosität
die gleiche ist. Wenn andererseits ein Kohlenstofffüllstoff
mit einer Porosität
von weniger als 60% verwendet wird, ist es möglich, eine Schallimpedanz
von ca. 21,2 kgm–2s–1 (2MRayl)
zu erhalten, wobei die gemischte Menge des Kohlenstofffüllstoffes über ca.
20 Gew.-% liegt. Auf diese Weise ist es möglich, selbst in dem Fall,
bei dem die Porosität
der feinen Partikel 4d (Kohlenstofffüllstoff) geändert ist, eine gewünschte Schallimpedanz
zu erhalten, indem eine gemischte Menge aus den feinen Partikeln 4d angepasst
wird.
-
Eine Änderung
des Volumenwiderstands der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c in
dem Fall, bei dem ein hohler Kohlenstofffüllstoff in die dritte akustische
Anpassungsschicht 4c gemischt ist, wird mit Bezug auf 7 erläutert. 7 ist
eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer gemischten
Menge aus dem hohlen Kohlenstofffüllstoff und dem Volumenwiderstand
der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c.
-
Da
der Kohlenstofffüllstoff
(feine Partikel 4d), wie in 7 dargestellt,
eine elektrische Leitfähigkeit aufweist,
wenn die gemischte Menge (Volumenverhältnis) bezüglich der Basis 4e erhöht ist,
nimmt der Volumenwiderstand der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c ab.
Folglich ist es möglich,
die dritte akustische Anpassungsschicht 4c mit elektrischer Leitfähigkeit
zu versehen. Wie in der Figur gezeigt, fällt der Volumenwiderstand auf
ca. 2 Ω cm
oder weniger, wenn die gemischte Menge aus hohlem Kohlenstofffüllstoff
um ca. 20 Gew.-% oder mehr erhöht wird.
Es ist daher möglich,
die dritte akustische Anpassungsschicht 4c mit ausreichender
elektrischer Leitfähigkeit
zu versehen.
-
Zu
beachten ist, dass dann, wenn die gemischte Menge aus dem hohlen
Kohlenstofffüllstoff erhöht wird,
um elektrische Leitfähigkeit
zu erhalten, es wahrscheinlich ist, dass die Dichte der dritten akustischen
Anpassungsschicht 4c zu gering wird und eine gewünschte Schallimpedanz
(eine Schallimpedanz von ca. 21,2 kgm–2s–1 (2MRayl)
nicht erzielt werden kann. In einem derartigen Fall kann ein massiver
Kohlenstofffüllstoff
in die dritte akustische Anpassungsschicht 4c zusammen
mit dem hohlen Kohlenstofffüllstoff
gemischt werden, um die Dichte der dritten a kustischen Anpassungsschicht 4c so
anzupassen, dass die gewünschte
Schallimpedanz erreicht wird.
-
Darüber hinaus
wird für
die erste akustische Anpassungsschicht 4a und die zweite
akustische Anpassungsschicht 4b ein leitfähiges Material,
zum Beispiel Kohlenstoffgraphit, verwendet.
-
Auch
wenn die dritte akustische Anpassungsschicht 4c aus Harz
gebildet ist, werden auf diese Weise leitfähige feine Partikel in die
dritte akustische Anpassungsschicht 4c gemischt, um ihr
eine elektrische Leitfähigkeit
zu geben. Folglich ist es möglich,
das flexible Substrat 6b um eine Masseelektrode herauszuziehen
und den piezoelektrischen Oszillator 30 leitend zu verbinden.
-
Bei
dieser Ausführungsform
ist die dritte akustische Anpassungsschicht 4c, die eine
akustische Anpassungsschicht von den drei akustischen Anpassungsschichten
ist, aus Harz gebildet, und es sind feine Hohlpartikel in der dritten
akustischen Anpassungsschicht 4c fixiert, um einen Schallwiderstand
davon zu verkleinern. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt.
Es ist ebenfalls möglich,
dass zwei oder drei akustische Anpassungsschichten von den drei
akustischen Anpassungsschichten aus Epoxydharz oder Urethanharz
gebildet sind und die feinen Hohlpartikel 4e in die akustischen
Anpassungsschichten gemischt sind. In anderen Worten: es ist auch
möglich,
dass nicht nur die dritte akustische Anpassungsschicht 4c,
sondern auch die zweite akustische Anpassungsschicht 4b und
die erste akustische Anpassungsschicht 4a aus Harz gebildet
sind und die feinen Hohlpartikel in die zweite akustische Anpassungsschicht 4b und
die erste akustische Anpassungsschicht 4a gemischt sind.
-
Wenn
zum Beispiel zwei akustische Anpassungsschichten von drei akustischen
Anpassungsschichten aus Harz gebildet sind, sind die dritte akustische
Anpassungsschicht 4c und die zweite akustische Anpassungsschicht 4b aus
Harz gebildet und die feinen Hohlpartikel sind in die dritte akustische Anpassungsschicht 4c und
die zweite akustische Anpassungsschicht 4b gemischt, um
deren Schallimpedanzen zu verkleinern. Hier ist eine gemischte Menge
der feinen Hohlpartikel, die in die dritte akustische Anpassungsschicht 4c gemischt
ist, größer eingestellt
als eine gemischte Menge der feinen Partikel, die in die zweite
akustische Anpassungsschicht 4b gemischt ist, um eine Schallimpedanz
der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c, verglichen
mit einer Schallimpedanz der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4b,
klein einzustellen. Folglich ist es möglich, die Schallimpedanz der
akustischen Anpassungsschichten von der piezoelektrischen Oszillatorschicht 3 zum
Subjekt schrittweise zu verkleinern und eine akustische Anpassung
zwi schen der piezoelektrischen Oszillatorschicht 3 und
dem Subjekt in zufriedenstellender Weise durchzuführen.
-
Gleiches
gilt für
den Fall, bei dem alle drei akustischen Anpassungsschichten aus
Harz gebildet sind. Eine gemischte Menge aus den feinen Partikeln,
die in die zweite akustische Anpassungsschicht 4b gemischt
ist, ist größer eingestellt
als eine gemischte Menge aus den feinen Partikeln, die in die erste
akustische Anpassungsschicht 4a gemischt ist, und eine
gemischte Menge aus den feinen Partikeln, die in die dritte akustische
Anpassungsschicht 4c gemischt ist, ist größer eingestellt
als die gemischte Menge aus den feinen Partikeln, die in die zweite akustische
Anpassungsschicht 4b gemischt ist. Folglich ist eine Schallimpedanz
der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4b kleiner als
eine Schallimpedanz der ersten akustischen Anpassungsschicht 4a, und
eine Schallimpedanz der dritten akustischen Anpassungsschicht 4c ist
kleiner als die Schallimpedanz der zweiten akustischen Anpassungsschicht 4b.
Daher ist es möglich,
Schallimpedanzen akustischer Anpassungsschichten von der piezoelektrischen
Oszillatorschicht 3 zum Subjekt schrittweise zu verkleinern
und eine akustische Anpassung zwischen der piezoelektrischen Oszillatorschicht 3 und dem
Subjekt in zufriedenstellender Weise durchzuführen.
-
Darüber hinaus
wird bei dieser Ausführungsform
die akustische Anpassungsschicht aus drei Schichten erläutert. Die
Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt und die akustische Anpassungsschicht 4 kann
aus zwei Schichten oder vier oder mehr Schichten bestehen. In einem
derartigen Fall ist es möglich,
eine zufriedenstellende akustische Anpassung durchzuführen, indem
Schallimpedanzen von akustischen Anpassungsschichten von der piezoelektrischen
Oszillatorschicht 3 zum Subjekt schrittweise verkleinert
werden.
-
Festzustellen
ist, dass bei dieser Ausführungsform
der Kohlenstofffüllstoff
als feine Hohlpartikel verwendet wird. Die feinen Hohlpartikel sind
jedoch nicht auf den Kohlenstofffüllstoff begrenzt und es können jegliche
feine Hohlpartikel wie ein Au-Füllmaterial
verwendet werden, solange die feinen Hohlpartikel elektrische Leitfähigkeit
aufweisen. Darüber hinaus
kann Urethanharz verwendet werden, auch wenn bei dieser Ausführungsform
Epoxydharz als Harz verwendet worden ist.
-
Wie
vorstehend beschrieben ist es möglich, eine
akustische Anpassung zwischen der piezoelektrischen Oszillatorschicht 3 und
dem Subjekt in zufriedenstellender Weise herzustellen, indem eine Schallimpedanz
einer akustischen Anpassungsschicht auf der Subjektseite verkleinert
wird.
-
Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen der Ultraschallsonde 1 gemäß dieser
Ausführungsform
erläutert.
Zunächst
wird ein hohler Kohlenstofffüllstoff
in Epoxydharz gemischt und entgast und dann wird das Epoxydharz
auf die zweite akustische Anpassungsschicht 4b aufgebracht.
Danach wird das Epoxydharz erhitzt und gehärtet und dann auf eine gewünschte Dicke
poliert, um die dritte akustische Anpassungsschicht 4c zu
bilden.
-
Darüber hinaus
ist es auch möglich,
dass das hohle Kohlenstofffüllmaterial
in das Epoxydharz gemischt wird und das Epoxydharz dann erhitzt
und gehärtet
wird, um einen Block zu erstellen. In diesem Fall wird der Block
in eine gewünschte
Größe geschnitten
und auf eine gewünschte
Dicke poliert, um die dritte akustische Anpassungsschicht 4c zu
erstellen, die auf die zweite akustische Anpassungsschicht 4b gebondet
ist.
-
Dann
wird der piezoelektrische Oszillator 3 auf das Grundmaterial 2 über das
flexible Substrat 6a gebondet, und die akustische Anpassungsschicht 4 wird
auf den piezoelektrischen Oszillator 3 gebondet. Bei dieser
akustischen Anpassungsschicht 4 ist die zweite akustische
Anpassungsschicht 4b vorab auf die erste akustische Anpassungsschicht 4a gebondet worden
und die dritte akustische Anpassungsschicht 4c ist gemäß dem vorstehend
beschriebenen Verfahren auf die zweite akustische Anpassungsschicht 4b gebondet
worden. Danach werden der piezoelektrische Oszillator 3 und
die akustische Anpassungsschicht 4 einem Schneideverfahren
(Dice cutting) in einem gewünschten
Abstand ausgesetzt, um den piezoelektrischen Oszillator 3 und
die akustische Anpassungsschicht 4 zu erstellen, die in
mehrere Schichten in der Abtastrichtung geteilt sind. Dann wird
die akustische Linse 5 durch das flexible Substrat 6b auf
die dritte akustische Anpassungsschicht 4c gebondet, um
die Ultraschallsonde 1 zu erstellen.
-
Auf
diese Weise ist es möglich,
den piezoelektrischen Oszillator 3 und die mehreren gestapelten akustischen
Anpassungsschichten 4 mittels Dice-Cutting zu teilen, da
die maschinelle Verarbeitbarkeit durch die Verwendung des Epoxydharzes
mit relativ hoher Härte
verbessert werden kann. In anderen Worten: da die Ultraschallsonde
gemäß dieser
Ausführungsform
einer Array-Bearbeitung
ausgesetzt werden kann, ist es möglich,
ein Übersprechen (Crosstalk)
zu reduzieren, verglichen zur herkömmlichen Ultraschallsonde,
die einer Array-Bearbeitung nicht ausgesetzt werden kann, da weiche
Harzfolie mit geringer maschineller Bearbeitbarkeit verwendet wird.
Da ferner das Material mit relativ hoher Härte und einer zufriedenstellenden
maschinellen Bearbeit barkeit verwendet wird, ist es einfach, das
Material maschinell zu bearbeiten und die Ultraschallsonde 1 herzustellen.
-
Im
Folgenden wird mit Bezug auf 6 ein Ultraschall-Diagnoseapparat
erläutert,
der die erfindungsgemäße Ultraschallsonde
enthält. 6 ist
ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines Hauptteils eines Ultraschall-Diagnoseapparates
gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt.
-
Dieser
Ultraschall-Diagnoseapparat 60, der nicht Teil der beanspruchten
Erfindung ist, umfasst eine Ultraschallsonde 61, einen
Sende- und Empfangsschaltkreis 62, einen Sende- und Empfangssteuerschaltkreis 63,
einen Bilddaten-Konvertierungsschaltkreis 64, einen Anzeige-Steuerschaltkreis 65 und
einen Steuerschaltkreis 67. Der Sende- und Empfangsschaltkreis 62 und
der Sende- und Empfangssteuerschaltkreis 63 sind vorgesehen,
um ein Subjekt mit einer Ultraschallwelle über die Ultraschallsonde 61 abzutasten
und mehrere Echosignale vom Subjekt zu aufzunehmen. Der Bilddaten-Konvertierungsschaltkreis 64 ist
vorgesehen, um ein Zwischenbild des Subjekts auf der Basis der durch
die Abtastung aufgenommenen Echosignale zu erzeugen.
-
Die
erfindungsgemäße Ultraschallsonde wird
als Ultraschallsonde 61 verwendet. Die Ultraschallsonde 61 sendet
eine Ultraschallwelle an ein Subjekt wie zum Beispiel einen Patienten
und empfängt
die auf dem Subjekt reflektierte Ultraschallwelle als ein Echosignal.
-
Der
Sende- und Empfangsschaltkreis 62 liefert ein elektrisches
Signal an die Ultraschallsonde 61, um eine Ultraschallwelle
zu erzeugen und empfängt
das von der Ultraschallsonde 61 empfangene Echosignal.
Der Sende- und Empfangssteuerschaltkreis 63 führt eine
Sende- und Empfangssteuerung für
den Sende- und Empfangsschaltkreis 62 durch.
-
Der
Bilddaten-Konvertierungsschaltkreis 64 wandelt das vom
Sende- und Empfangsschaltkreis 62 empfangene Echosignal
in Ultraschall-Bilddaten des Subjekts um. Der Anzeige-Steuerschaltkreis 65 steuert
einen Monitor 66, um die durch den Bilddaten-Konvertierungsschaltkreis 64 umgewandelten
Ultraschall-Bilddaten anzuzeigen. Darüber hinaus steuert der Steuerschaltkreis 67 den
gesamten Ultraschall-Diagnoseapparat 60.
-
Der
Sende- und Empfangssteuerschaltkreis 63, der Bilddaten-Konvertierungsschaltkreis 64 und der
Anzeige-Steuerschaltkreis 65 sind mit dem Steuerschaltkreis 67 verbunden,
und der Steuerschaltkreis 67 steuert den Betrieb dieser
jeweiligen Schaltkreise.
-
Der
Steuerschaltkreis 67 legt ein elektrisches Signal an piezoelektrische
Oszillatoren der Ultraschallsonde 61 an, sendet die Ultraschallwelle
an das Subjekt und empfängt
eine reflektierte Welle, hervorgerufen durch Fehlanpassung der Schallimpedanzen
innerhalb des Subjekts, in der Ultraschallsonde 61.
-
Gemäß dem Ultraschall-Diagnoseapparat, der
die erfindungsgemäße Ultraschallsonde
enthält, kann
die akustische Anpassung des piezoelektrischen Oszillators 3 und
des Subjekts in zufriedenstellender Weise erfolgen. Somit ist es
möglich,
einen Reflexionsverlust einer Ultraschallwelle zu reduzieren und
die Ultraschallwelle in effizienter Weise zum Subjekt zu senden.
Folglich ist es möglich,
ein hochqualitatives Bild zu erhalten.