JP4294376B2 - Ultrasonic diagnostic probe device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波プローブと超音波観測装置とを備えた体腔内挿入を目的とした超音波診断プローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内に超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が広く普及している。
体腔内の超音波断層画像を得る超音波診断装置として、図２２（ａ）に示すように体腔内に挿入される内視鏡２００の挿入部２０１に設けられている図示しない処置具挿通チャンネルに連通する処置具挿通口２０２を介して体腔内に導かれる図２２（ｂ）及び図２２（ｃ）に示す超音波プローブ２０３、２０５がある。
【０００３】
図２２（ｂ）に示す超音波プローブ２０３の挿入部２０４の先端部内には超音波を送受する機械走査式の超音波トランスデューサ２０８が配設されており、図２２（ｃ）に示す超音波プローブ２０５の挿入部２０６の先端部には超音波を送受する複数の超音波トランスデューサ素子２０７ａ、…、２０７ａを例えば挿入部方向に配列して構成した電子走査式の超音波トランスデューサ２０７が設けられている。
【０００４】
前記超音波トランスデューサ２０７は、これら超音波トランスデューサ素子２０７ａ，…，２０７ａを規則的に電子走査して超音波断層画像を得られるようになっている。一方、前記機械走査式の超音波トランスデューサ２０８はハウジング２０９に一体配置されている。このハウジング２０９は、図示しない駆動モータの駆動力を伝達する例えばフレキシブルシャフト等の伝達部材２１０の先端部に固定されており、前記伝達部材２１０を回転させてハウジング２０９に一体な超音波トランスデューサ２０８を機械的に回転走査して超音波断層画像を得るようになっている。
【０００５】
図２３に示すように前記超音波トランスデューサ２０８は、例えば円板状の複合圧電体２１１を使用したものである。この複合圧電体２１１は、ジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 等のＰＺＴ系圧電セラミックス等で形成されている複数の圧電体（不図示）の隙間及び周囲にポリウレタン、エポキシ等の樹脂部材（不図示）を充填して構成したものであり、この複合圧電体２１１は金属製のケース体２１２内に配設されている。
【０００６】
前記複合圧電体２１１には上面側表面に設けた第１電極２１１ａと、下面側表面に設けた第２電極２１１ｂとが設けられている。前記第２電極２１１ｂと前記第１電極２１１ａとは電気的に別体であり、第１電極２１１ａを設けた上面側が超音波放射面になっている。前記第２電極２１１ｂには信号用導体２１３が接続され、前記第１電極２１１ａにはグランド線２１４が接続されている。
【０００７】
前記ケース体２１２内に配設されている複合圧電体２１１の下面側には超音波吸収体２１５が配設され、曲面を形成した上面側にはケース体２１２の先端面までを覆う音響整合層の振幅条件を満たす音響整合層を兼ねる音響レンズ２１６が設けてある。また、前記超音波吸収体２１５及び複合圧電体２１１の外周側には第１電極２１１ａと第２電極２１１ｂとの電気的な接触を防止する樹脂製の絶縁部材２１７が設けてある。さらに、前記超音波トランスデューサ２０８の表面を、耐水性、耐薬品性に優れたパリレン（ポリパラキシリレン）等で形成された保護膜（不図示）で覆っている。
【０００８】
一方、図２４に示すように複数の超音波トランスデューサ素子２０７ａ，…，２０７ａを配列した超音波トランスデューサ２０７は、ジルコン酸チタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 等のＰＺＴ系圧電セラミックス等で形成された圧電素子２２１とこの圧電素子２２１の背面側に配設されるバッキング材２２２とで構成されている。前記圧電素子２２１の両面には電極２２１ａ，２２１ｂが設けられている。そして、前記電極２２１ｂにはフレキシブルプリント基板２２３のパターン２２３ａが図示しない半田で電気的に接続されている。
【０００９】
前記圧電素子２２１は、厚み方向に対してバッキング材２２２まで届く深さ寸法のダイシング溝２２４によって長手方向に短冊状に等間隔で分離されて長手方向に複数のトランスデューサ素子２０７ａを配列している。このダイシング溝２２４によって、半田による接続部をそれぞれ隣接する接続部と分離することにより、各パターン２２３ａは１つのトランスデューサ素子２０７をそれぞれ形成する２つのサブエレメント素子２０７ｂに接続されている。前面側の電極２２１ａの上には図示しない音響整合層が設けられ、前面側の電極２２１ａを図示しないＧＮＤ配線材により隣接する電極２２１ａと互いに接続されてグランド電位に設定されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記超音波プローブでは、電子走査式、機械走査式に関わらず、超音波トランスデューサを構成する圧電体に鉛が含まれている。このため、近年の環境問題を踏まえて、体腔内に挿入されて使用される超音波プローブに設けられる超音波トランスデューサの鉛フリー化が望まれている。
【００１１】
また、機械走査式で用いられる超音波トランスデューサでは、複数の圧電体の隙間及び周囲に樹脂部材を、常時均一に充填することが難しく、作成者、或いは製造日等によって性能にバラツキが生じていた。一方、電子走査式の超音波トランスデューサではダイシング溝を形成する作業に熟練をようし、作成者、或いは製造日等によって性能にバラツキが生じていた。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波プローブに設けられる超音波トランスデューサの鉛フリー及び性能のバラツキを防止した超音波診断プローブ装置を提供することを目的にしている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様による超音波診断プローブ装置は、内視鏡処置挿通チャンネルに連通する処置具挿通口を介して体腔内に導かれる超音波プローブを有する超音波診断プローブ装置において、
前記超音波プローブは、
体腔内に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端部に配設された、マイクロマシン技術を使って製造された静電型超音波トランスデューサ素子と、を備え、
前記超音波トランスデューサ素子は、
超音波を送信する機能を有する少なくとも１つの送信用セルと超音波を受信する機能を有する少なくとも１つの受信用セルとを有して構成された送受信セル群を複数備えると共に、前記超音波を送信する機能または受信する機能のいずれも有さない複数の不使用セルにより構成された不使用セル群を備え、前記複数の送受信セル群は、隣り合う群に含まれる送信用セル同士または受信用セル同士が互いに分離して配置するよう、前記不使用セル群を間に介して配列されたことを特徴とする。
また、他の態様による超音波診断プローブ装置は、内視鏡処置挿通チャンネルに連通する処置具挿通口を介して体腔内に導かれる超音波プローブを有する超音波診断プローブ装置において、
前記超音波プローブは、
体腔内に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端部に配設された、マイクロマシン技術を使って製造された静電型超音波トランスデューサ素子と、を備え、
前記超音波トランスデューサ素子は、
超音波を送信する機能を有する複数の送信用セルにより構成された送信セル群と、超音波を受信する機能を有する複数の受信用セルにより構成された受信セル群と、前記超音波を送信する機能または受信する機能のいずれも有さない複数の不使用セルにより構成された不使用セル群と、をそれぞれ複数備え、前記複数の送信セル群または受信セル群は、隣り合う送信用セル同士または受信用セル同士が互いに分離して配置するよう、前記不使用セル群を間に介して配列されたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
図１ないし図１０は本発明の第１実施形態にかかり、図１は超音波診断プローブ装置を説明する図、図２は超音波プローブの先端部の構成を説明する図、図３は超音波トランスデューサを説明する図、図４は図３の矢印Ａで示す部分の拡大図及びｃ−ＭＵＴセルを説明する図、図５はｃ−ＭＵＴセルの断面の構成例を説明する図、図６は超音波観測装置及び超音波トランスデューサの構成を説明するブロック図、図７はｃ−ＭＵＴの他の構成例を説明する図、図８はｃ−ＭＵＴセルの配列及びセル形状を説明する図、図９は超音波送受波方向を軸方向に対して直交した方向にしたｃ−ＭＵＴを配置した超音波プローブを示す図、図１０は超音波送受波方向を軸方向にしたｃ−ＭＵＴを配置した超音波プローブを示す図である。
【００１７】
なお、図８（ａ）はｃ−ＭＵＴセルを格子状に配列したときの図、図８（ｂ）はｃ−ＭＵＴセルの他のセル形状を示す図、図８（ｃ）はｃ−ＭＵＴセルの別のセル形状を示す図である。
【００１８】
図１に示すように本実施形態の超音波診断プローブ装置１は、超音波観察装置２と、内視鏡装置７とで構成されている。
前記超音波観察装置２は、先端側に後述する超音波トランスデューサ（図２の符号３１参照）を内蔵した細長な挿入部３ａを備えた超音波プローブ３と、前記超音波プローブ３の基端部に設けた接続部３ｂが着脱自在に接続される連結部４ａを備えた図示しない回転駆動源及びこの回動駆動源の回転角度データを取得してラジアル走査の際の超音波ビームの回転角度情報として回転角度データを後述する超音波観測装置に出力する例えばエンコーダを備えたプローブ駆動ユニット（以下、駆動ユニットと略記する）４と、この駆動ユニット４とコネクタ４ｂを介して電気的に接続され、前記超音波トランスデューサの駆動及びこの静電型超音波トランスデューサから伝送される電気信号の各種信号処理を行って超音波断層画像用の映像信号を生成する信号処理を行う超音波観測装置５と、この超音波観測装置５で生成した映像信号を入力して超音波断層画像を表示する超音波画像表示装置６とで主に構成されている。なお、前記接続部３ｂを前記駆動ユニット４の連結部４ａに配設することによって、機械的及び電気的な接続状態になる。
【００１９】
前記内視鏡装置７は、撮像装置を内蔵した電子内視鏡（以下、内視鏡と略記する）８と、この電子内視鏡８に照明光を供給する光源装置９と、前記電子内視鏡８の図示しない撮像素子の駆動及びこの撮像素子から伝送される電気信号の各種信号処理を行って内視鏡観察画像用の映像信号を生成する信号処理を行うビデオプロセッサ１０と、このビデオプロセッサ１０で生成された映像信号を入力して内視鏡観察用画像を表示する内視鏡画像表示装置１１とで主に構成されている。
【００２０】
前記内視鏡８は、体腔内に挿入される細長の挿入部１２と、この挿入部１２の基端側に位置する操作部１３と、この操作部１３の側部から延出するユニバーサルコード１４とで主に構成されている。
【００２１】
前記ユニバーサルコード１４の基端部には前記光源装置９に接続される内視鏡コネクタ１４ａが設けられている。この内視鏡コネクタ１４ａの側部には電気コネクタ１４ｂが設けられている。この電気コネクタ１４ｂには前記ビデオプロセッサ１０と電気的に接続される映像ケーブル１５が接続される。
【００２２】
前記挿入部１２の先端面１２ａには直視による内視鏡観察を行うための照明光窓１６ａ及び観察窓１６ｂ及び鉗子出口１６ｃ等が設けられいてる。
前記操作部１３には前記挿入部１２を構成する湾曲部１７を湾曲制御するアングルノブ１８、体腔内に導入される処置具の導入口となる、前記鉗子出口１６ｃに連通した処置具挿入口１９、前記内視鏡画像表示装置１１に表示させる表示画像を切り換えたり、フリーズ、レリーズ等の指示を行う各種操作スイッチ２０等が設けられている。
【００２３】
図２に示すように前記超音波プローブ３の挿入部３ａの先端部には超音波透過性に優れた高密度ポリエチレン、ポリメチルペンテン等の部材で形成された先端キャップ２１が配置されている。この先端キャップ２１の内部には超音波トランスデューサ３１を設けたハウジング２２が回転自在に配置されている。このハウジング２２の基端部には前記駆動ユニット４に備えられている回転駆動源の回転駆動力を伝達する回転力伝達部材である例えばフレキシブルシャフト２３の一端部が固定されている。なお、このフレキシブルシャフト２３の他端部は前記駆動ユニット４の回転駆動源に固定されている。
【００２４】
したがって、前記駆動ユニット４に備えられている回転駆動源を駆動状態にすることによって、この回転駆動源の回転駆動力がフレキシブルシャフト２３を介してハウジング２２に伝達されて、このハウジング２２に設けられている超音波トランスデューサ３１が回転状態になる。
【００２５】
前記フレキシブルシャフト２３の内部には前記超音波トランスデューサ３１と前記超音波観測装置５とを電気的に接続する例えば同軸ケーブルで構成された後述する信号線３３をひとまとめにした信号ケーブル（不図示）が挿通している。また、前記挿入部３ａ内には例えば流動パラフィン、カルボキシメチルセルロース水溶液等の超音波伝達媒体２４が充填される。さらに、前記挿入部３ａの先端側には前記先端キャップ２１を覆うよう図示しない膨縮自在なバルーンが必要に応じて取り付けられるようになっている。
【００２６】
図２及び図３に示す前記超音波トランスデューサ３１は、シリコン半導体基板をシリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工した、静電型超音波トランスデューサ（以下、ｃ−ＭＵＴ（Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer ）３１とも記載する）であり、手作業によらず、シリコンプロセスで、完全にクリーンな環境で操作シーケンスにしたがって忠実に自動で製造される。
【００２７】
前記ｃ−ＭＵＴ３１は、複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列して、例えば各セルに位相差を設けた駆動を行い、合成超音波ビームをセクタ走査したり、いくつかの配列グループに分割して、配列グループ毎に一次元的にリニア走査、又はセクタ走査することができる。また、全素子を並列接続して単一素子としてラジアル走査することも可能である。さらには、全素子を同心枠型アレイ構造にして、それぞれのアレイエレメントに位相差を持った駆動を行い、超音波ビームの収束機能を実現することも可能である。なお、枠型アレイ構造とは、大きさの異なる複数の枠状のアレイエレメントを、例えばそれらの重心位置を一致させて配置したものである。また、上記の各場合に対応して接続ケーブルの特性、配置或いは本数が変化する。このｃ−ＭＵＴ３１の各ｃ−ＭＵＴセル３１ａ，…，３１ａと信号線３３，…，３３とはケーブル接続部３４を介して電気的に接続される構成になっている。このケーブル接続部３４から延出する信号線３３，…，３３はひとまとめにされて、挿入部１２内を挿通する図示しない例えばチューブ内に挿通された状態で操作部１３方向に延出して、前記超音波観測装置５に電気的に接続されるようになっている。
【００２８】
前記ｃ−ＭＵＴ３１の表面及び前記ハウジング部３２の一部は、耐水性、耐薬品性に優れたパリレン（ポリパラキシリレン）等で形成された保護膜（図４の符号３９参照）で被覆されている。
【００２９】
図４及び図５に示すように前記ｃ−ＭＵＴ３１を構成する各ｃ−ＭＵＴセル３１ａのセル形状は例えば六角形形状で形成されている。そして、複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａ，…，３１ａを微小所定ピッチで複数列、複数行にハニカム構造で整列配置させて、超音波走査面の開口形状を例えば四角形形状にしている。
【００３０】
前記ｃ−ＭＵＴセル３１ａは、シリコン基板３５上に形成された、下部電極３７ｄ、電極間距離を設定する絶縁性支柱３６、シリコン又はシリコン化合物から形成されたシリコンメンブレン３８、及び上部電極３７ｕで主に構成されている。前記下部電極３７ｄは前記シリコン基板３５の上面に設けられ、前記上部電極３７ｕはシリコンメンブレン３８の上面に設けられている。符号４０は真空空隙部（以下、空隙部と略記する）であり、本形態においてはシリコンメンブレン３８の振動を制動する層になっている。
【００３１】
複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａが配列されるシリコン基板３５にはｃ−ＭＯＳ集積回路で構成された送信遅延回路６１、バイアス信号印加回路６２、駆動信号発生回路６３、送受信切換回路６４、ｃ−ＭＵＴセル３１ａにプリアンプ６５、ビームフォーマ６６等からなる制御回路部４３ａや、配線電極４４が設けられている。前記シリコンメンブレン３８に設けられた上部電極３７ｕは接地電極であり、前記下部電極３７ｄは信号入出力用電極である。そして、前記上部電極３７ｕの上面には前記保護膜３９が被覆されている。
【００３２】
図６に示すように前記ｃ−ＭＵＴ３１には複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａが配列されている。これらｃ−ＭＵＴセル３１ａは、超音波観測装置５に設けられているＣＰＵ５１から出力される動作指示信号に基づいて駆動制御されるようになっている。
【００３３】
前記超音波観測装置５には前記ＣＰＵ５１、トリガー信号発生回路５２、セレクタ５３、エコー信号処理回路５４、ドップラー信号処理回路５５、高調波信号処理回路５６、超音波画像処理部５７、三次元画像構築回路５８が備えられている。
【００３４】
前記ＣＰＵ５１はこの超音波観測装置５に設けられている各種回路及び処理部に動作指示信号を出力したり、各種回路及び処理部からのフィードバック信号を受信して、各種制御を行う。
【００３５】
前記トリガー信号発生回路５２は、各ｃ−ＭＵＴセル３１ａを駆動させて送波及び受波のタイミング信号である繰り返しのパルス信号を出力する。
前記セレクタ５３は前記ＣＰＵ５１の動作指示信号に基づいて指示された所定のｃ−ＭＵＴセル３１ａに対してパルス信号を伝送する。
【００３６】
前記エコー信号処理回路５４は、各ｃ−ＭＵＴセル３１ａから出力される超音波から生体内の臓器及びその境界などで反射し、前記ｃ−ＭＵＴセル３１ａに戻ってきて受信された後述する受信ビーム信号を基に可視像の画像データを生成する。
【００３７】
前記ドップラー信号処理回路５５は、前記ｃ−ＭＵＴセル３１ａから出力される受信ビーム信号からドップラー効果を利用して組織の移動成分、すなわち血流成分を抽出し、超音波断層像内における血流の位置を着色するためのカラーデータを生成する。
【００３８】
前記高調波信号処理回路５６は、各ｃ−ＭＵＴセル３１ａから出力される受信ビーム信号から第２高調波周波数又は第３高調波周波数を中心周波数とするフィルタでその周波数成分の信号を抽出、増幅してハーモニックイメージング診断用の画像データを生成する。
【００３９】
前記三次元画像構築回路５８は、前記ｃ−ＭＵＴセル３１ａから出力される受信ビーム信号から３次元画像を構築し、３次元画像データを出力する。
【００４０】
以上のように、二次元に配列されたｃ−ＭＵＴセル３１ａからの受信信号だけから三次元画像を構築することは可能であるが、その他、ｃ−ＭＵＴセル３１ａを一次元アレイに配列して電子走査で二次元画像を得て、且つ、一次元アレイに配列した振動子をラジアル回転させて、回転角度情報を得て三次元画像を構築することも可能である。
【００４１】
前記超音波画像処理部５７は前記エコー信号処理回路５４、前記ドップラー信号処理回路５５、前記高調波信号処理回路５６、三次元画像構築回路５８等で生成された画像データを基に、それぞれＢモード画像、ドップラー画像、ハーモニックイメージング像等を構築する。また、同時に、ＣＰＵ５１を介して文字等のキャラクタのオーバーレイを行う。そして、この超音波画像処理部５７で構築した映像信号をモニタ５に出力して、モニタ５の画面上に観察画像の１つである超音波断層画像を表示させる。
【００４２】
前記送信遅延回路６１は各ｃ−ＭＵＴセル３１ａに駆動電圧を印加するタイミングを決定して、所定のセクタ走査等を行うように設定する。
前記バイアス信号印加回路６２は前記駆動信号発生回路６３からの出力に所定のバイアス信号を重畳させる。このバイアス信号としては、送受信時に同じ直流電圧のみを使用する方法、送信時に高い電圧に設定して受信時には低い電圧に変化させる方法、更には例えば直流成分に交流成分を重畳させＳ／Ｎを改善したり、その交流成分とエコー信号との相関をとることによってＳ／Ｎを改善させる方法がある。
【００４３】
ＤＣバイアス電圧は、送信時においては送信電圧波形と同じゆがみのない波形の超音波送信波形を得るために必要である。前記ＤＣバイアス電圧が重畳していないと、送信超音波信号の周波数は駆動電圧信号の２倍となり、その振幅は二分の一となる。
【００４４】
一方、受信時はバイアス電圧印加は必是である。このバイアス電圧は直流電圧であれば受信超音波と同一の波形になる。また、ＤＣ電圧とともに更に交流電圧信号を重畳させ、後段の信号処理によって、その交流電圧信号の中心周波数のバンドパスフィルタで濾波し、ＳＮを改善することも可能である。さらに、他のバイアス電圧印加の利用方法としてｃ−ＭＵＴセル選択が可能となる。これは、バイアス電圧がないと原理的に受信信号が得られないことを利用するものであり、セル選択を行わないセルに対してＤＣ電圧を与えないようにすることで、セル選択が可能になる。直流信号成分が重畳した受信信号は、コンデンサ等の直流信号阻止手段でｒｆ信号に変換され、受信信号とされ、信号処理部に伝送される。
【００４５】
前記駆動信号発生回路６３は前記送信遅延回路６１からの出力信号に基づいて、所望する超音波波形に対応する駆動電圧信号であるバースト波を発生する。
前記送受信切換回路６４は１つのｃ−ＭＵＴセル３１ａを送波状態と受波状態とに切り換えるものである。送波状態のときには前記駆動電圧信号をｃ−ＭＵＴセル３１ａに印加し、受波状態では前記エコー情報を受信することによってｃ−ＭＵＴセル３１ａの電極３７ｕ、３７ｄ間に発生した電荷信号をプリアンプに出力する。なお、前記送受信切換回路６４は、ｃ−ＭＵＴセル３１ａを送信専用と受信専用とに分割して使用する際には不要である。
【００４６】
前記プリアンプ６５は前記送受信切換回路６４から出力された電荷信号を電圧信号に変化するとともに増幅する。
前記ビームフォーマ６６は前記プリアンプ６５から出力された各超音波エコー信号を前記送信遅延回路６１での遅延と同様又は異なる遅延時間で合成した受信ビーム信号を出力する。
【００４７】
そして、ＣＰＵ５１の動作指示信号に基づいて、所定の位相差を与えて、それぞれのｃ−ＭＵＴセル３１ａを駆動して、ｃ−ＭＵＴ３１の超音波走査面から所定の焦点距離に設定した超音波を送波して、前記ビームフォーマ６６で前記送信遅延回路６１での遅延と同様な遅延をかけて合成して受信ビーム信号として出力することによって、前記焦点距離に設定した超音波による超音波観測を行える。
【００４８】
なお、前記ビームフォーマ６６で前記送信遅延回路６１での遅延と異なる所望の遅延時間で合成して出力することによって、このビームフォーマ６６の遅延時間に対応した受信ビーム信号を得て、超音波観測装置５を経て所望の超音波断層画像を得られる。
【００４９】
また、本実施形態においては複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａの制御回路及び配線電極等をシリコン基板３５に形成した層状配置のｃ−ＭＵＴ３１としているが、ｃ−ＭＵＴ３１の構成は層状配置に限定されるものではなく、図７に示すようにｃ−ＭＵＴ３１の一面側に複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列させたｃ−ＭＵＴセル形成部３１ｂと、前記制御回路、配線電極等を形成した回路形成部３１ｃとを設けた、面内配置の超音波トランスデューサ３１Ａを構成するようにしてもよい。
【００５０】
さらに、本実施形態においてはｃ−ＭＵＴセル３１ａのセル形状を六角形形状に形成し、それらをハニカム構造で整列配置させた構成としているが、ｃ−ＭＵＴセル３１ａの形状及び配列はこれに限定されるものではなく、図８（ａ）に示すように複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａを格子状に整列配置させる構成であったり、図８（ｂ）に示すような円形形状や楕円形状（不図示）でｃ−ＭＵＴセル３１ｄを形成したり、図８（ｃ）に示すような八角形形状等の多角形形状でｃ−ＭＵＴセル３１ｅを形成するようにしてもよい。
【００５１】
上述のように構成したｃ−ＭＵＴを超音波観察ユニットに設けた超音波プローブの作用を説明する。
まず、超音波診断プローブ装置１の内視鏡装置７に設けられている内視鏡画像表示装置１１の画面上に表示される内視鏡画像を観察しながら挿入部１２を体腔内に挿入していく。そして、この挿入部１２の先端面が観察部位近傍に到達したなら、前記超音波観察装置２の挿入部３ａを前記処置具挿入口１９から挿入してこの挿入部３ａの先端部を鉗子出口１６ｃから突出させる。そして、前記先端キャップ２１の突出位置や湾曲部１７の湾曲状態を調整して、この先端キャップ２１を所望する位置に配置する。その後、例えば図示しないバルーンを膨張させる、又は、超音波媒体である水で先端キャップ２１を水没させ、超音波観測装置５を操作してｃ−ＭＵＴ３１を駆動状態にする。このとき、駆動ユニット４も駆動状態にする。
【００５２】
すると、前記駆動ユニット４の回転駆動源の回転駆動力がフレキシブルシャフト２３を介してハウジング２２に伝達されてｃ−ＭＵＴ３１か回転状態になるとともに、超音波観測装置５のＣＰＵ５１から観察者の操作指示に対応した動作指示信号が出力され、トリガー信号発生回路５２でパルス信号に変換されて、セレクタ５３を介してｃ−ＭＵＴ３１を構成する所定のｃ−ＭＵＴセル３１ａに向けて出力されていく。
【００５３】
このパルス信号は、送信遅延回路６１に入力され、所定の遅延をかけた駆動電圧信号を駆動信号発生回路６３及びバイアス信号印加回路６２を介して出力し、送受信切換回路６４によって送波状態に切り換えられたとき、この駆動電圧信号がｃ−ＭＵＴセル３１ａに印加されて超音波が出射される。
【００５４】
そして、前記ＣＰＵ５１では配列されたそれぞれのｃ−ＭＵＴセル３１ａに対して動作指示信号を出力して、例えば、中央のｃ−ＭＵＴセル３１ａに対して駆動電圧信号に大きな遅延をかけ、配列の中央から離れていくｃ−ＭＵＴセル３１ａに対して駆動電圧信号に小さな遅延をかける等して１つの超音波波形を形成して、ｃ−ＭＵＴ３１の超音波走査面から出力されていく。
【００５５】
つまり、ＣＰＵ５１の制御に基づいて各ｃ−ＭＵＴセル３１ａから超音波を出射させて、軸方向に対するセクタ走査及び軸周りのラジアル走査が行われる。
【００５６】
一方、前記エンコーダからは回動駆動源の回転角度データが超音波観測装置５に随時入力される。また、前記複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａでは、前記送受信切換回路６４によって送波状態と受波状態とが切換制御されている。このため、送受信切換回路６４が受波状態であるときには、ｃ−ＭＵＴセル３１ａでエコー情報を受信したことによって電極３７ｕ、３７ｄ間に発生した電荷信号がプリアンプ６５に出力される。
【００５７】
このプリアンプ６５に出力された電荷信号は、電圧信号に変換するとともに増幅され、ビームフォーマ６６で適当な遅延をかけた受信ビーム信号として超音波観測装置５に出力される。
【００５８】
そして、各ｃ−ＭＵＴセル３１ａから順次出力される受信ビーム信号をエコー信号処理回路５４、三次元画像構築回路５８、ドップラー信号処理回路５５、高調波信号処理回路５６等を経て、回転角度データに基づいて極座標系データをモニタ６に出力できるような直交座標系に変換する等の処理を行い、その後、超音波画像処理部５７で標準的な映像信号に変換すると同時に、ＣＰＵ５１を介してオーバーレイを行ってモニタ５に出力する。このことによって、モニタ５の画面上には三次元の超音波断層画像が表示される。
このことによって、対象観察部位の超音波観察を三次元的に行える。
【００５９】
なお、本実施形態においては、前記駆動ユニット４の回転駆動源を動作させて、つまりｃ−ＭＵＴ３１をラジアル走査するとともにセクタ走査を行って三次元画像を得る実施形態を示しているが、前記回転駆動源を動作させることなくＣＰＵ５１の制御に基づいて各ｃ−ＭＵＴセル３１ａから超音波を出射させて、軸方向に対するセクタ走査や、軸方向に対して直交するセクタ走査を行って超音波断層画像を取得するようにしてもよい。
【００６０】
このように、超音波プローブの先端部に設けられた超音波観察ユニットに配置される超音波トランスデューサを、シリコン半導体基板をシリコンマイクロマシーニング技術を用いて複数のｃ−ＭＵＴセルを配列させた、静電型超音波トランスデューサで構成したことによって、鉛フリーの超音波トランスデューサを実現することができる。
【００６１】
また、シリコンマイクロマシーニング技術を用いることによって、静電型超音波トランスデューサを、クリーンな環境で、自動作成することができる。このことによって、精細なｃ−ＭＵＴセルの配列を、ダイシング歪みやバラツキを発生させることなく行えるので、信頼性の高い超音波観察ユニットを安価に提供することが可能になる。
【００６２】
さらに、ｃ−ＭＵＴセルのセル形状や、超音波走査面の開口形状を所望の形状及び大きさに設定して、超音波観察ユニットの小型化及び高精度化を図ることができる。
【００６３】
又、ｃ−ＭＵＴセルを配列させて構成したｃ−ＭＵＴをハウジングに配設し、このｃ−ＭＵＴを配設したハウジングを回転力伝達部材によって回転させて、セクタ走査及びラジアル走査を行う構成にすることによって、３次元の超音波画像を得るのに必要なエコーデータを瞬時に得ることができる。
【００６４】
このことによって、心臓の拍動の影響等を受ける部位であっても、瞬時に３次元の超音波画像を得るのに必要なエコーデータを取得して、精度の高い３次元の超音波画像による観察を行える。
【００６５】
なお、ｃ−ＭＵＴセルを配列して超音波走査面を円板状に形成してｃ−ＭＵＴを形成するとき、これらｃ−ＭＵＴセルを構成する上部電極同士及び下部電極同士を電気的に連結状態にすることによって、前記図２２（ｂ）で示した超音波プローブでの使用が可能になる。
【００６６】
また、図９に示すように超音波走査面の開口形状を所望の形状及び大きさに設定したｃ−ＭＵＴ３１Ｂを先端部に設けて、挿入方向に対して直交する方向を超音波送受波方向としたセクタタイプの超音波プローブ３Ａを構成したり、図１０に示すようにｃ−ＭＵＴ３１Ｃを先端部に設けて、挿入方向に対して前方を超音波送受波方向としたセクタタイプの超音波プローブ３Ｂを構成するようにしてもよい。
【００６７】
ここで、図１１ないし図１４を参照して複数のｃ−ＭＵＴセル３１ａを配列して構成されるｃ−ＭＵＴの変形例を説明する。
【００６８】
図１１を参照して超音波トランスデューサを構成するｃ−ＭＵＴセルの他の配列構成を説明する。
なお、図１１（ａ）は開口寸法を所定の規則で変化させたｃ−ＭＵＴセルを配列させて構成した超音波トランスデューサを示す図、図１１（ｂ）はｃ−ＭＵＴセルのＡ１−Ａ２方向配列を規制する開口分布曲線を示す図、図１１（ｃ）はｃ−ＭＵＴセルのＢ１−Ｂ２方向配列を規制する開口分布曲線を示す図である。
【００６９】
図１１（ａ）に示すように本実施形態のｃ−ＭＵＴ３１Ｇにおいては、このｃ−ＭＵＴ３１Ｇを構成する各ｃ−ＭＵＴセル３１の開口寸法を配列方向によって、規則的に変化させている。即ち、上述した実施形態のようにｃ−ＭＵＴセル３１ａの開口寸法を全て一定に形成するのではなく、配列方向にしたがって、例えば図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示すＲ値分布曲線に基づいて設定している。
【００７０】
前記図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示したＲ値分布曲線は、ｃ-ＭＵＴセルにおいて電極面積は静電容量に比例し、その結果、送受信音圧に比例することを応用して作成したものであり、電極面積を例えばガウス分布関数に設定している。つまり、本実施形態のｃ−ＭＵＴ３１Ｇにおいては中央に位置するｃ−ＭＵＴセル３１ａの開口寸法が最大になって、この中央から前記ｃ−ＭＵＴ３１Ｇの周辺に向かうにしたがって前記曲線と同様に開口寸法が小さくなっている。
【００７１】
このことによって、ｃ−ＭＵＴセルの示す指向特性（＝このエレメントの開口の回折パターン）に、前記ｃ−ＭＵＴセルをアレイ状に配列させたときに相互の干渉効果によって発生する干渉パターンが乗じられておこる音圧の強弱であるグレーティングローブが改善されて、擬情報であるアーティファクトの発生を抑圧することができる。
したがって、良好な超音波断層画像を得られる。
【００７２】
図１２を参照して超音波トランスデューサを構成するｃ−ＭＵＴセルの他の配置構成を説明する。
なお、図１２（ａ）は配列されるｃ−ＭＵＴセルを送信用セルと受信用セルと不使用セルとに分割した一構成例を示す図、図１２（ｂ）は配列されるｃ−ＭＵＴセルを送信用セルと受信用セルと不使用セルとに分割した他の構成例を示す図である。
【００７３】
上述した実施形態では前記送受信切換回路６４を設けて送波状態と受波状態とを切り換えることによって、１つのｃ−ＭＵＴセル３１ａで送受信を行う構成としていたが、本実施形態においては複数のｃ−ＭＵＴセルを送波専用の送信用セル３１ｆと、受波専用の受信用セル３１ｇ、と送波及び受波のどちらの機能も有していない不使用セル３１ｈとしている。
【００７４】
そして、図１２（ａ）に示すように一対の送信用セル３１ｆと受信用セル３１ｇとで構成した送受信セル群３１ｋ及び不使用セル３１ｈを帯状の群である不使用セル群３１ｍとして形成し、この不使用セル群３１ｍと送受信セル群３１ｋとを例えば列方向に交互に配列させてｃ−ＭＵＴ３１Ｈを構成している。
【００７５】
このことによって、列方向に配列された送信セル群３１ｆの間又は受信セル群３１ｇの間に、送信時は受信セル群３１ｇと不使用セル群３１ｈが、受信時は送信セル群３１ｆと不使用セル群３１ｈが物理的な所定間隔を設けることによりクロストークの軽減を図ることができる。したがって、画質の良好な超音波断層画像を得られる。
【００７６】
なお、送受信セル群３１ｋを一対の送信用セル３１ｆと受信用セル３１ｇとで構成する代わりに、図１２（ｂ）に示すように２つの送信用セル３１ｆと１つの受信用セル３１ｇとで送受信セル群３１ｎを構成して、例えば行方向に配列された送受信セル群３１ｎの間に略帯状の不使用セル群３１ｍを配列させて、隣り合う送受信セル群３１ｎ同士の間に物理的な所定間隔を設ける構成にしてｃ−ＭＵＴ３１Ｊを構成するようにしてもよい。
【００７７】
また、本実施形態においてはｃ−ＭＵＴを構成するｃ−ＭＵＴセルを受信用セル３１ｇ、送信用セル３１ｆ、不使用セル３１ｈとした構成例を示しているが、複数の受信用セル３１ｇのそれぞれ電極を一体で電気的に連結してひとまとめにした受信セル群、複数の送信用セル３１ｆのそれぞれの電極を一体で電気的に連結してひとまとめにした送信セル群及び前記不使用セル群として構成し、それぞれのセル群を前記図１２（ａ）や前記図１２（ｂ）に示すように配列させてｃ−ＭＵＴを構成するようにしてもよい。
【００７８】
図１３及び図１４を参照してを超音波プローブに設けられるｃ−ＭＵＴの別の構成を説明する。
図１３は曲面部にｃ−ＭＵＴを設けた超音波プローブを示す図、図１４はｃ−ＭＵＴチップを実装した基板を説明する図である。なお、図１３（ａ）はコンベックス走査型の超音波プローブを示す図、図１３（ｂ）はラジアル走査型の超音波プローブを示す図、図１４（ａ）はｃ−ＭＵＴチップ実装基板の一構成例を示す図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）で示すｃ−ＭＵＴチップ実装基板の作用を説明する図である。
【００７９】
図１３（ａ）に示すように本実施形態の超音波プローブ３Ｃは、コンベックス走査が可能なように挿入部３ａの先端部に帯状ｃ−ＭＵＴ９２を配置して構成されている。一方、図１３（ｂ）に示すように本実施形態の超音波プローブ３Ｄは、内視鏡挿入方向に対して直交する方向のラジアル走査が可能なように挿入部先端部の周方向に帯状ｃ−ＭＵＴ９２を配置して構成されている。
【００８０】
前記帯状ｃ−ＭＵＴ９２は、図１４（ａ）に示すように柔軟性を有する平面基板９３に、複数のｃ−ＭＵＴセルを配列させてチップ状に構成したｃ−ＭＵＴチップ９４を所定間隔で複数、実装配置して構成したものである。この帯状ｃ−ＭＵＴ９２は、複数のｃ−ＭＵＴチップ９４を所定間隔で実装配置させたうえで、図１４（ｂ）に示すように所定形状に変形させる。したがって、この帯状ｃ−ＭＵＴ９２を挿入部先端部の所望の方向に配置させて、コンベックス走査、ラジアル走査による超音波断層画像を得られる超音波プローブを構成することかできる。
【００８１】
（第２実施形態）
図１５ないし図２１は本実施形態の第２実施形態にかかり、図１５はｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン基板上にシリコン発光素子及びシリコン受光素子を設けた多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブを説明する図、図１６は多機能超音波トランスデューサの断面の構成例を説明する図、図１７は多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブを説明する図、図１８はｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン基板上に他の機能デバイスを設けた多機能超音波トランスデューサを説明する図、図１９はシリコン発光素子及びシリコン受光素子を配設した多機能超音波トランスデューサの他の構成例を説明する図、図２０は図１５の多機能超音波トランスデューサにさらにマイクロジャイロセンサを配設した多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図、図２１はシリコン基板上に静電容量測定用セルを設けた多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図である。
【００８２】
なお、図１７（ａ）は多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブの先端部の構成示す図、図１７（ｂ）は多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブの作用を説明する図、図１８（ａ）はｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン基板上にシリコン発光素子を設けた多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブを説明する図、図１８（ｂ）はｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン基板上にシリコン受光素子を設けた多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブを説明する図、図２１（ａ）は静電容量測定用のダミーｃ−ＭＵＴセルを設けた多機能超音波トランスデューサを示す図、図２１（ｂ）はダミーｃ−ＭＵＴセルの作用及び機能を説明するフローチャートである。
【００８３】
図１５に示すように本実施形態の多機能超音波トランスデューサ１２２にはシリコンマイクロマシーニング技術を用いて形成した超音波走査面の開口形状を角形形状に形成したｃ−ＭＵＴ１３１と、この角形形状のｃ−ＭＵＴ１３１の例えば略中央部に位置する同一面にシリコン発光素子で構成した発光素子部１２３及びシリコン受光素子で構成した受光素子部１２４とが併設されている。
【００８４】
図１６に示すように本実施形態のｃ−ＭＵＴ１３１においては複数のｃ−ＭＵＴセル１３１ａが配列されるシリコン基板３５には、例えば第１中間誘電体層４１及び第２中間誘電体層４２で形成され、これら誘電体層４１、４２に前記アクセス回路形成部に加えて、前記所定の制御を行うｃ−ＭＯＳ集積回路で構成した前記発光素子部１２３及び受光素子部１２４の制御を行う各種制御回路４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、…や、配線電極４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、…が設けてある。
【００８５】
そして、下部電極３７ｄと配線電極４４ａ、配線電極４４ａと配線電極４４ｂ、配線電極４４ｂと配線電極４４ｃ、配線電極４４ｃと制御回路４３ｃ、配線電極４４ｄと制御回路４３ｂ、配線電極４４ｄと制御回路４３ｃ等とをそれぞれビアホール４５によって電気的に接続している。
【００８６】
前記発光素子部１２３及び前記受光素子部１２４からは図示しない電気ケーブルが延出しており、前記超音波観測装置５と電気的に接続されている。
【００８７】
なお、前記発光素子部１２３は例えば発光ダイオード、レーザーダイオード等であり、前記受光素子部１２４は例えばＣ−ＭＯＳ、ＣＣＤ等のいずれかである。その他の構成は前記第１実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。符号１２６は緩衝領域である。
【００８８】
上述のように構成した多機能超音波トランスデューサ１２２の作用を説明する。
図１７（ａ）に示すように超音波プローブ１２０の挿入部３ａ内のハウジング２２には前記多機能超音波トランスデューサ１２２が配設されている。このため、図１７（ｂ）に示すようにこの多機能超音波トランスデューサ１２２の超音波観測面を体壁に対向させた状態にして、発光素子部１２３によって観察部位を照らし、この発光素子部１２３によって照明された観察部位の内視鏡画像を受光素子部１２４で撮像することによって、超音波画像表示装置６の画面上には内視鏡画像が表示させて、超音波走査面に対向した体壁表面の内視鏡的観察を行える。
【００８９】
この状態で、例えば、超音波伝達媒体である水で超音波プローブ１２０の先端部を水没状態にするとともに、超音波観測装置５を操作して多機能超音波トランスデューサ１２２のｃ−ＭＵＴ１３１を駆動状態にすると、前記第１実施形態で説明したようにこの超音波観測装置５のＣＰＵ５１から観察者の操作指示に対応した動作指示信号がｃ−ＭＵＴ１３１に向けて出力される。そして、ｃ−ＭＵＴセル１３１ａを送波状態／受波状態に切り換えて超音波を出射する一方、反射超音波を受信してモニタ５の画面上に三次元の超音波断層画像を表示させる。このことによって、対象観察部位の超音波観察を行える。
【００９０】
このように、ｃ−ＭＵＴに加えて、発光素子部及び受光素子部をシリコンマイクロマシーニング技術を用いて形成した多機能超音波トランスデューサをハウジングに配設して超音波プローブを構成することによって、超音波プローブによって、超音波観察のみならず、超音波走査面に対向した体壁表面の内視鏡的観察を行うことができる。その他の作用及び効果は前記第１実施形態と同様である。
【００９１】
なお、図１８（ａ）に示すように前記多機能トランスデューサ１２２の代わりに発光素子部１２３だけを設けた多機能超音波トランスデューサ１２２Ａを配置して超音波プローブを構成するようにしてもよい。このことによって、内視鏡８の挿入部１２の先端面１２ａから前記超音波プローブを突出させることによって、この超音波プローブに設けられている多機能超音波トランスデューサ１２２Ａの発光素子部１２３から照射される照明光を補助光にして内視鏡装置７による内視鏡観察を行うことができる。
【００９２】
また、図１８（ｂ）に示すように前記多機能トランスデューサ１２２の代わりに受光素子部１２４だけを設けた多機能超音波トランスデューサ１２２Ｂを配置して超音波プローブを構成するようにしてもよい。このことによって、内視鏡８の挿入部１２の先端面１２ａから前記超音波プローブを突出させることによって、前記内視鏡装置７による内視鏡観察に加えて、超音波プローブに設けられている多機能超音波トランスデューサ１２２Ａの受光素子部１２４による内視鏡観察を行うことができる。
【００９３】
さらに、ｃ−ＭＵＴセルの配列を適宜設定することによって超音波トランスデューサの開口形状を所望の形状及び大きさに設定することができるとともに、発光素子部及び受光素子部の形状、大きさ、数量及び配置位置を適宜設定して多機能超音波トランスデューサを作成することによって小型化、高機能か、或いは高精度化を図る等、超音波プローブの設計の自由度が増大させることができる。
【００９４】
本実施形態においては多機能超音波トランスデューサ１２２のｃ−ＭＵＴ１３１を角形形状に形成し、その中央部に配設される発光素子部１２３及び発光素子部１２４を円形に形成した構成を示しているが、この多機能超音波トランスデューサのｃ−ＭＵＴ形状及び発光素子部及び受光素子部の形状及び配置位置等はこれらに限定されるものではなく、例えば、図１９に示すように角形の受光素子部１２４をｃ−ＭＵＴ１３１の中央部に設け、角形の発光素子部１２３をｃ−ＭＵＴ１３１の四隅に設けて角形の多機能超音波トランスデューサ１２７を形成するようにしてもよい。また、受光素子部及び発光素子部をそれぞれ複数ずつ設ける等、変更するようにしてもよい。
【００９５】
ここで、図２０及び図２１を参照して多機能超音波トランスデューサの変形例を説明する。
図２０に示す多機能超音波トランスデューサ１３２では、ｃ−ＭＵＴ１３１、発光素子部１２３及び発光素子部１２４にさらに加えて、超音波プローブの先端部の動きを検知して位置検知を行う、Ｘ方向及びＹ方向に対応するように配置された静電型マイクロジャイロセンサ１３３、１３４が併設している。
【００９６】
この多機能超音波トランスデューサ１３２をハウジングに配設して超音波プローブを構成することによって、この静電型マイクロジャイロセンサ１３３、１３４から出力される位置検知信号を図示しない演算部で演算処理することによって、超音波プローブの先端部の位置を常時、定量的に把握することができる。
【００９７】
このことによって、挿入部の処置具挿通チャンネルの所定位置に、この超音波プローブを配設させておくことにより、前記静電型マイクロジャイロセンサ１３３、１３４から出力される位置検知信号をもとに挿入部の位置検出も行える。
【００９８】
一方、図２１（ａ）に示す多機能超音波トランスデューサ１３５ではｃ−ＭＵＴ１３１を構成する任意の位置の複数のｃ−ＭＵＴセルを静電容量測定用セル１３６として使用している。そして、この静電容量測定用セル１３６から出力される電気信号を基に、超音波駆動信号を補正して出力する構成にしている。
【００９９】
つまり、超音波観測装置５で静電容量を測定するための指示を出力すると、図２１（ｂ）のステップＳ１に示すようにそれぞれの静電容量測定用セルから逐次、動作時のデータが静電容量測定補正部に入力される。すると、この静電容量測定補正部では、ステップＳ２に示すように入力されたデータの平均値を算出した後、ステップＳ３に移行してこの算出値と予め設定されている基準値との比較を行ってその差異を評価し、ステップＳ４に移行する。このステップＳ４ではステップＳ３での評価結果を基にｃ−ＭＵＴ駆動信号を補正する。このことによって、ｃ−ＭＵＴセルには補正された超音波駆動信号が出力される。
【０１００】
このように、ｃ−ＭＵＴを構成するｃ−ＭＵＴセルの一部を静電容量測定用セルとして設けることによって、ｃ−ＭＵＴセルを構成するｃ−ＭＵＴセルに常時、最適に補正した超音波駆動信号を出力して、超音波診断画像を得ることができる。
【０１０１】
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【０１０２】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【０１０３】
（１）体腔内に挿入された超音波トランスデューサで超音波を送受波して生体組織情報を得る超音波プローブと、この超音波プローブから伝送される生体組織情報に関する電気信号の信号処理及び前記超音波トランスデューサの駆動制御を行う超音波観測装置とを具備する超音波診断プローブ装置において、
前記超音波プローブに搭載される超音波トランスデューサを、シリコン半導体基板で形成した超音波診断プローブ装置。
【０１０４】
（２）前記超音波トランスデューサは、シリコンマイクロマシーニング技術を用いて加工した、静電型超音波トランスデューサである付記１に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１０５】
（３）前記静電型超音波トランスデューサは、多数の超音波トランスデューサ素子を直線状に配列して構成したアレイ構造である付記２に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１０６】
（４）前記静電型超音波トランスデューサは、多数の超音波トランスデューサ素子を２次元に配列したアレイ構造である付記２に記載超音波診断プローブ装置。
【０１０７】
（５）前記超音波トランスデューサ素子を、所定の規則に基づいて分布させて所定開口形状を形成した付記３又は付記４に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１０８】
（６）前記超音波トランスデューサ素子を、異なる機能を有する、少なくとも２つの群で構成した付記３又は付記４に記載の超音波診断プローブ装置
（７）前記群を分離して配置した付記６に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１０９】
（８）前記群を、さらに細分化した細分化群を形成し、これら細分化群同士を交互に配置した付記６に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１１０】
（９）前記群は、それぞれの群を構成する各超音波トランスデューサ素子をひとつおきに交互に配置して構成される付記６に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１１１】
（１０）前記群のうち、少なくとも一つの群は、超音波を送信する機能を有し、他の少なくとも一つの群は超音波を受信する機能を有する付記６に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１１２】
（１１）前記超音波トランスデューサをチップ状超音波トランスデューサとして構成し、このチップ状超音波トランスデューサを基板に実装した付記２に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１１３】
（１２）前記基板は柔軟性を有する平面基板である付記１１に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１１４】
（１３）前記基板を超音波プローブの曲面部に配置した付記１２に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１１５】
（１４）前記基板を超音波プローブ挿入部に周方向に配置した付記１２に記載の超音波診断プローブ装置。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波プローブに設けられる超音波トランスデューサの鉛フリー及び性能のバラツキを防止した超音波診断プローブ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図１０は本発明の第１実施形態にかかり、図１は超音波診断プローブ装置を説明する図
【図２】超音波プローブの先端部の構成を説明する図
【図３】超音波トランスデューサを説明する図
【図４】図３の矢印Ａで示す部分の拡大図及びｃ−ＭＵＴセルを説明する図
【図５】ｃ−ＭＵＴセルの断面の構成例を説明する図
【図６】超音波観測装置及び超音波トランスデューサの構成を説明するブロック図
【図７】ｃ−ＭＵＴの他の構成例を説明する図
【図８】ｃ−ＭＵＴセルの配列及びセル形状を説明する図
【図９】超音波送受波方向を軸方向に対して直交した方向にしたｃ−ＭＵＴを配置した超音波プローブを示す図
【図１０】超音波送受波方向を軸方向にしたｃ−ＭＵＴを配置した超音波プローブを示す図
【図１１】超音波トランスデューサを構成するｃ−ＭＵＴセルの他の配列構成を説明する図
【図１２】超音波トランスデューサを構成するｃ−ＭＵＴセルの他の配置構成を説明する
【図１３】曲面部にｃ−ＭＵＴを設けた超音波プローブを示す図
【図１４】ｃ−ＭＵＴチップを実装した基板を説明する図
【図１５】図１５ないし図２１は本実施形態の第２実施形態にかかり、図１５はｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン基板上にシリコン発光素子及びシリコン受光素子を設けた多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブを説明する図
【図１６】多機能超音波トランスデューサの断面の構成例を説明する図
【図１７】多機能超音波トランスデューサを配置した超音波プローブを説明する図
【図１８】ｃ−ＭＵＴに加えて、シリコン基板上に他の機能デバイスを設けた多機能超音波トランスデューサを説明する図
【図１９】シリコン発光素子及びシリコン受光素子を配設した多機能超音波トランスデューサの他の構成例を説明する図
【図２０】図１５の多機能超音波トランスデューサにさらにマイクロジャイロセンサを配設した多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図
【図２１】シリコン基板上に静電容量測定用セルを設けた多機能超音波トランスデューサの構成を説明する図
【図２２】従来の超音波プローブを説明する図
【図２３】機械走査式の超音波トランスデューサの構成例を示す図
【図２４】超音波走査式の超音波トランスデューサの構成例を示す図
【符号の説明】
２…超音波プローブ
３１…静電型超音波トランスデューサ（ｃ−ＭＵＴ）
３１ａ…ｃ−ＭＵＴセル
３５…シリコン基板
３７ｄ…下部電極
３７ｕ…上部電極
３８…シリコンメンブレン
４０…真空空隙部
４４…配線電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic probe apparatus for insertion into a body cavity, which includes an ultrasonic probe and an ultrasonic observation apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, an ultrasonic diagnostic method that irradiates ultrasonic waves into a body cavity and images and diagnoses the state of the body from the echo signals has become widespread.
As an ultrasonic diagnostic apparatus for obtaining an ultrasonic tomographic image in a body cavity, as shown in FIG. 22A, a treatment instrument insertion channel (not shown) provided in an insertion portion 201 of an endoscope 200 to be inserted into a body cavity. There are ultrasonic probes 203 and 205 shown in FIG. 22B and FIG. 22C guided into the body cavity through the treatment instrument insertion port 202 that communicates.
[0003]
A mechanical scanning ultrasonic transducer 208 for transmitting and receiving ultrasonic waves is disposed in the distal end portion of the insertion portion 204 of the ultrasonic probe 203 shown in FIG. 22B, and the ultrasonic probe shown in FIG. An electronic scanning ultrasonic transducer 207 configured by arranging a plurality of ultrasonic transducer elements 207a,..., 207a for transmitting and receiving ultrasonic waves in the direction of the insertion portion, for example, is provided at the distal end portion of the insertion portion 206 of 205. .
[0004]
The ultrasonic transducer 207 can obtain an ultrasonic tomographic image by regularly electronically scanning these ultrasonic transducer elements 207a,. On the other hand, the mechanical scanning ultrasonic transducer 208 is integrally disposed in the housing 209. The housing 209 is fixed to a distal end portion of a transmission member 210 such as a flexible shaft that transmits a driving force of a drive motor (not shown). The transmission member 210 is rotated so that an ultrasonic transducer 208 integrated with the housing 209 is provided. An ultrasonic tomographic image is obtained by mechanical scanning.
[0005]
As shown in FIG. 23, the ultrasonic transducer 208 uses, for example, a disk-shaped composite piezoelectric body 211. This composite piezoelectric body 211 is made of a resin such as polyurethane and epoxy around and around a plurality of piezoelectric bodies (not shown) made of PZT piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O3. The composite piezoelectric body 211 is configured by filling a member (not shown). The composite piezoelectric body 211 is disposed in a metal case body 212.
[0006]
The composite piezoelectric body 211 is provided with a first electrode 211a provided on the upper surface and a second electrode 211b provided on the lower surface. The second electrode 211b and the first electrode 211a are electrically separate from each other, and the upper surface side on which the first electrode 211a is provided is an ultrasonic radiation surface. A signal conductor 213 is connected to the second electrode 211b, and a ground line 214 is connected to the first electrode 211a.
[0007]
An ultrasonic absorber 215 is disposed on the lower surface side of the composite piezoelectric body 211 disposed in the case body 212, and an acoustic matching layer that covers the top surface of the case body 212 on the upper surface side where the curved surface is formed. An acoustic lens 216 that also serves as an acoustic matching layer that satisfies the amplitude condition of is provided. A resin insulating member 217 for preventing electrical contact between the first electrode 211a and the second electrode 211b is provided on the outer peripheral side of the ultrasonic absorber 215 and the composite piezoelectric body 211. Further, the surface of the ultrasonic transducer 208 is covered with a protective film (not shown) formed of parylene (polyparaxylylene) having excellent water resistance and chemical resistance.
[0008]
On the other hand, as shown in FIG. 24, an ultrasonic transducer 207 in which a plurality of ultrasonic transducer elements 207a,..., 207a are arranged is formed of PZT piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate Pb (Zr, Ti) O3. The piezoelectric element 221 and a backing material 222 disposed on the back side of the piezoelectric element 221 are configured. Electrodes 221 a and 221 b are provided on both surfaces of the piezoelectric element 221. A pattern 223a of the flexible printed circuit board 223 is electrically connected to the electrode 221b with solder (not shown).
[0009]
The piezoelectric elements 221 are separated at equal intervals in a strip shape in the longitudinal direction by dicing grooves 224 having a depth dimension reaching the backing material 222 in the thickness direction, and a plurality of transducer elements 207a are arranged in the longitudinal direction. The dicing grooves 224 separate the connection portions by solder from the adjacent connection portions, so that each pattern 223a is connected to two sub-element elements 207b that form one transducer element 207, respectively. An acoustic matching layer (not shown) is provided on the front-side electrode 221a, and the front-side electrode 221a is connected to the adjacent electrode 221a by a GND wiring material (not shown) and set to the ground potential.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the ultrasonic probe, lead is contained in the piezoelectric body constituting the ultrasonic transducer regardless of the electronic scanning type or the mechanical scanning type. For this reason, in view of recent environmental problems, there is a demand for lead-free ultrasonic transducers provided in ultrasonic probes that are inserted into body cavities and used.
[0011]
In addition, in the ultrasonic transducer used in the mechanical scanning method, it is difficult to always uniformly fill the resin member in the gaps and the surroundings of the plurality of piezoelectric bodies, and the performance varies depending on the creator or the date of manufacture. . On the other hand, the electronic scanning ultrasonic transducer has a skill in forming a dicing groove, and the performance varies depending on the creator or the date of manufacture.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ultrasonic diagnostic probe apparatus that prevents lead-free and performance variation of an ultrasonic transducer provided in an ultrasonic probe.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  An ultrasonic diagnostic probe apparatus according to an aspect of the present invention is guided into a body cavity via a treatment instrument insertion port communicating with an endoscope treatment insertion channel.With ultrasonic probeIn the ultrasonic diagnostic probe device,
  The ultrasonic probe is
An insertion portion to be inserted into a body cavity, and disposed at a distal end portion of the insertion portion,An electrostatic ultrasonic transducer element manufactured using micromachine technology;With
The ultrasonic transducer element is:
A plurality of transmission / reception cell groups each including at least one transmission cell having a function of transmitting ultrasonic waves and at least one reception cell having a function of receiving ultrasonic waves; and transmitting the ultrasonic waves Comprising a non-use cell group composed of a plurality of non-use cells that have neither a function to receive or a function to receive, and the plurality of transmit / receive cell groups include cells for transmission or cells for reception included in adjacent groups. The cells are arranged with the unused cell group in between so as to be separated from each other.
  In addition, an ultrasonic diagnostic probe apparatus according to another aspect isIn an ultrasonic diagnostic probe apparatus having an ultrasonic probe guided into a body cavity through a treatment instrument insertion port communicating with an endoscope treatment insertion channel,
The ultrasonic probe is
An insertion portion that is inserted into a body cavity, and an electrostatic ultrasonic transducer element that is disposed at a distal end portion of the insertion portion and is manufactured using micromachine technology,
The ultrasonic transducer element is:
A transmission cell group constituted by a plurality of transmission cells having a function of transmitting ultrasonic waves, a reception cell group constituted by a plurality of reception cells having a function of receiving ultrasonic waves, and transmitting the ultrasonic waves A plurality of unused cell groups each configured by a plurality of unused cells that have neither a function nor a receiving function, and the plurality of transmission cell groups or reception cell groups include adjacent transmission cells or The receiving cells are arranged with the unused cell group in between so that the receiving cells are separated from each other.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 to 10 relate to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a diagram for explaining an ultrasonic diagnostic probe apparatus, FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of a tip portion of the ultrasonic probe, and FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a transducer, FIG. 4 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow A in FIG. 3, a diagram for explaining a c-MUT cell, FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration example of a cross section of the c-MUT cell, and FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining another configuration example of the c-MUT, FIG. 8 is a diagram for explaining the arrangement and cell shape of the c-MUT cell, and FIG. 9 is a view showing an ultrasonic probe in which a c-MUT having an ultrasonic wave transmission / reception direction orthogonal to the axial direction is arranged, and FIG. 10 is a c-MUT having an ultrasonic wave transmission / reception direction in the axial direction. It is a figure which shows an ultrasonic probe.
[0017]
8A is a diagram when c-MUT cells are arranged in a grid, FIG. 8B is a diagram showing another cell shape of the c-MUT cell, and FIG. 8C is a diagram showing c-MUT. It is a figure which shows another cell shape of a cell.
[0018]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic probe apparatus 1 of the present embodiment includes an ultrasonic observation apparatus 2 and an endoscope apparatus 7.
The ultrasonic observation apparatus 2 includes an ultrasonic probe 3 having an elongated insertion portion 3a with a built-in ultrasonic transducer (see reference numeral 31 in FIG. 2) described later on the distal end side, and a proximal end portion of the ultrasonic probe 3 The rotational drive source (not shown) provided with a connecting portion 4a to which the connecting portion 3b provided in the detachable connection is obtained, and rotational angle data of the ultrasonic beam at the time of radial scanning by acquiring rotational angle data of the rotational drive source For example, a probe driving unit (hereinafter abbreviated as a driving unit) 4 provided with an encoder that outputs rotation angle data to an ultrasonic observation apparatus to be described later is electrically connected to the driving unit 4 via a connector 4b. A video signal for an ultrasonic tomographic image is obtained by driving the ultrasonic transducer and performing various signal processing of electrical signals transmitted from the electrostatic ultrasonic transducer. An ultrasonic observation apparatus 5 that performs signal processing for forming, is mainly composed of an ultrasonic image display device 6 that displays the ultrasonic observation apparatus 5 generated by inputting a video signal in the ultrasonic tomographic image. In addition, by arranging the connection portion 3b in the coupling portion 4a of the drive unit 4, a mechanical and electrical connection state is achieved.
[0019]
The endoscope apparatus 7 includes an electronic endoscope (hereinafter abbreviated as “endoscope”) 8 incorporating an imaging device, a light source device 9 for supplying illumination light to the electronic endoscope 8, and the electronic endoscope A video processor 10 that performs signal processing for generating a video signal for an endoscopic observation image by driving an imaging device (not shown) of the endoscope 8 and performing various signal processing of electric signals transmitted from the imaging device, and the video The endoscope image display apparatus 11 is mainly configured by inputting a video signal generated by the processor 10 and displaying an endoscope observation image.
[0020]
The endoscope 8 includes an elongated insertion portion 12 that is inserted into a body cavity, an operation portion 13 that is located on the proximal end side of the insertion portion 12, and a universal cord 14 that extends from a side portion of the operation portion 13. And is mainly composed.
[0021]
An endoscope connector 14 a connected to the light source device 9 is provided at the base end portion of the universal cord 14. An electrical connector 14b is provided on the side of the endoscope connector 14a. A video cable 15 electrically connected to the video processor 10 is connected to the electrical connector 14b.
[0022]
The distal end surface 12a of the insertion portion 12 is provided with an illumination light window 16a, an observation window 16b, a forceps outlet 16c, and the like for performing endoscopic observation by direct viewing.
The operation section 13 includes an angle knob 18 for controlling the bending of the bending section 17 constituting the insertion section 12, and a treatment instrument insertion port 19 communicating with the forceps outlet 16c serving as an introduction port for a treatment instrument introduced into a body cavity. Various operation switches 20 for switching the display image to be displayed on the endoscope image display device 11 and giving instructions such as freeze and release are provided.
[0023]
As shown in FIG. 2, a distal end cap 21 formed of a member such as high-density polyethylene and polymethylpentene having excellent ultrasonic transmission properties is disposed at the distal end of the insertion portion 3a of the ultrasonic probe 3. Inside the distal end cap 21, a housing 22 provided with an ultrasonic transducer 31 is rotatably arranged. For example, one end of a flexible shaft 23 that is a rotational force transmitting member that transmits the rotational driving force of the rotational driving source provided in the drive unit 4 is fixed to the base end of the housing 22. The other end of the flexible shaft 23 is fixed to the rotational drive source of the drive unit 4.
[0024]
Therefore, by setting the rotational drive source provided in the drive unit 4 to the drive state, the rotational drive force of the rotational drive source is transmitted to the housing 22 via the flexible shaft 23 and provided in the housing 22. The ultrasonic transducer 31 is rotated.
[0025]
Inside the flexible shaft 23, there is a signal cable (not shown) in which signal lines 33 (to be described later) made up of, for example, coaxial cables are connected together to electrically connect the ultrasonic transducer 31 and the ultrasonic observation apparatus 5. It is inserted. The insertion portion 3a is filled with an ultrasonic transmission medium 24 such as liquid paraffin or carboxymethyl cellulose aqueous solution. Furthermore, an inflatable / deflatable balloon (not shown) is attached to the distal end side of the insertion portion 3a as needed so as to cover the distal end cap 21.
[0026]
The ultrasonic transducer 31 shown in FIG. 2 and FIG. 3 is also described as an electrostatic ultrasonic transducer (hereinafter referred to as c-MUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer) 31) obtained by processing a silicon semiconductor substrate using a silicon micromachining technology. It is automatically manufactured faithfully and automatically in accordance with the operation sequence in a completely clean environment by a silicon process, without manual operation.
[0027]
The c-MUT 31 is arranged by arranging a plurality of c-MUT cells 31a, for example, by driving each cell with a phase difference, and scanning the synthesized ultrasonic beam by sector or dividing it into several arrangement groups. , Linear scanning or sector scanning can be performed one-dimensionally for each array group. It is also possible to perform radial scanning as a single element by connecting all elements in parallel. Furthermore, it is also possible to realize a convergence function of the ultrasonic beam by making all the elements have concentric frame type array structures and driving each array element with a phase difference. Note that the frame-type array structure is a structure in which a plurality of frame-shaped array elements having different sizes are arranged, for example, with their center of gravity positions matched. Further, the characteristics, arrangement, or number of connection cables change corresponding to the above cases. The c-MUT cells 31a, ..., 31a of the c-MUT 31 and the signal lines 33, ..., 33 are configured to be electrically connected via a cable connection 34. The signal lines 33,..., 33 extending from the cable connection portion 34 are gathered together and extended in the direction of the operation portion 13 while being inserted into, for example, a tube (not shown) that passes through the insertion portion 12. It is electrically connected to the ultrasonic observation apparatus 5.
[0028]
The surface of the c-MUT 31 and a part of the housing portion 32 are covered with a protective film (see reference numeral 39 in FIG. 4) formed of parylene (polyparaxylylene) having excellent water resistance and chemical resistance. ing.
[0029]
As shown in FIG.4 and FIG.5, the cell shape of each c-MUT cell 31a which comprises the said c-MUT31 is formed in hexagonal shape, for example. Then, a plurality of c-MUT cells 31a,..., 31a are arranged in a plurality of rows and rows at a minute predetermined pitch in a honeycomb structure so that the opening shape of the ultrasonic scanning surface is, for example, a rectangular shape.
[0030]
The c-MUT cell 31a is mainly composed of a lower electrode 37d, an insulating support 36 for setting an inter-electrode distance, a silicon membrane 38 formed of silicon or a silicon compound, and an upper electrode 37u formed on the silicon substrate 35. It is configured. The lower electrode 37d is provided on the upper surface of the silicon substrate 35, and the upper electrode 37u is provided on the upper surface of the silicon membrane 38. Reference numeral 40 denotes a vacuum gap (hereinafter abbreviated as a gap), which is a layer for damping the vibration of the silicon membrane 38 in this embodiment.
[0031]
A silicon substrate 35 on which a plurality of c-MUT cells 31a are arranged has a transmission delay circuit 61, a bias signal application circuit 62, a drive signal generation circuit 63, a transmission / reception switching circuit 64, and a c-MUT formed of a c-MOS integrated circuit. The cell 31a is provided with a control circuit unit 43a including a preamplifier 65, a beam former 66, and the like, and a wiring electrode 44. The upper electrode 37u provided on the silicon membrane 38 is a ground electrode, and the lower electrode 37d is a signal input / output electrode. The upper surface of the upper electrode 37u is covered with the protective film 39.
[0032]
As shown in FIG. 6, a plurality of c-MUT cells 31 a are arranged in the c-MUT 31. These c-MUT cells 31a are driven and controlled based on an operation instruction signal output from a CPU 51 provided in the ultrasonic observation apparatus 5.
[0033]
The ultrasonic observation apparatus 5 includes the CPU 51, trigger signal generation circuit 52, selector 53, echo signal processing circuit 54, Doppler signal processing circuit 55, harmonic signal processing circuit 56, ultrasonic image processing unit 57, three-dimensional image construction. A circuit 58 is provided.
[0034]
The CPU 51 performs various controls by outputting operation instruction signals to various circuits and processing units provided in the ultrasonic observation apparatus 5 and receiving feedback signals from the various circuits and processing units.
[0035]
The trigger signal generation circuit 52 drives each c-MUT cell 31a and outputs a repetitive pulse signal that is a timing signal for transmission and reception.
The selector 53 transmits a pulse signal to a predetermined c-MUT cell 31a instructed based on the operation instruction signal of the CPU 51.
[0036]
The echo signal processing circuit 54 reflects an ultrasonic wave output from each c-MUT cell 31a at an organ in the living body and its boundary, and returns to the c-MUT cell 31a to be received later. Visible image data is generated based on the signal.
[0037]
The Doppler signal processing circuit 55 extracts a moving component of the tissue, that is, a blood flow component from the received beam signal output from the c-MUT cell 31a using the Doppler effect, and the blood flow in the ultrasonic tomogram is extracted. Color data for coloring the position is generated.
[0038]
The harmonic signal processing circuit 56 extracts and amplifies the signal of the frequency component from the received beam signal output from each c-MUT cell 31a with a filter having the second harmonic frequency or the third harmonic frequency as the center frequency. Then, image data for harmonic imaging diagnosis is generated.
[0039]
The three-dimensional image construction circuit 58 constructs a three-dimensional image from the received beam signal output from the c-MUT cell 31a, and outputs three-dimensional image data.
[0040]
As described above, it is possible to construct a three-dimensional image from only the received signals from the two-dimensionally arranged c-MUT cells 31a. In addition, the c-MUT cells 31a are arranged in a one-dimensional array. It is also possible to obtain a two-dimensional image by electronic scanning and to rotate the transducers arranged in a one-dimensional array in a radial manner to obtain rotation angle information and construct a three-dimensional image.
[0041]
The ultrasonic image processing unit 57 is a B mode based on the image data generated by the echo signal processing circuit 54, the Doppler signal processing circuit 55, the harmonic signal processing circuit 56, the three-dimensional image construction circuit 58, etc. Build images, Doppler images, harmonic imaging images, etc. At the same time, characters such as characters are overlaid via the CPU 51. Then, the video signal constructed by the ultrasonic image processing unit 57 is output to the monitor 5, and an ultrasonic tomographic image that is one of the observation images is displayed on the screen of the monitor 5.
[0042]
The transmission delay circuit 61 determines the timing for applying the drive voltage to each c-MUT cell 31a and sets it to perform a predetermined sector scan or the like.
The bias signal applying circuit 62 superimposes a predetermined bias signal on the output from the drive signal generating circuit 63. As this bias signal, a method of using only the same DC voltage at the time of transmission and reception, a method of setting a high voltage at the time of transmission and changing it to a low voltage at the time of reception, and further improving the S / N by superimposing an AC component on the DC component There is a method of improving the S / N by correlating the AC component and the echo signal.
[0043]
The DC bias voltage is necessary for obtaining an ultrasonic transmission waveform having the same distortion as the transmission voltage waveform at the time of transmission. If the DC bias voltage is not superimposed, the frequency of the transmitted ultrasonic signal is twice that of the drive voltage signal, and its amplitude is halved.
[0044]
On the other hand, it is necessary to apply a bias voltage during reception. If this bias voltage is a DC voltage, it has the same waveform as the received ultrasonic wave. It is also possible to improve the SN by further superimposing the AC voltage signal together with the DC voltage, and filtering it with a bandpass filter of the center frequency of the AC voltage signal by subsequent signal processing. Furthermore, c-MUT cell selection becomes possible as another method of using bias voltage application. This utilizes the fact that a received signal cannot be obtained in principle without a bias voltage, and cell selection is possible by not applying a DC voltage to cells that are not selected. Become. The reception signal on which the DC signal component is superimposed is converted into an rf signal by a DC signal blocking means such as a capacitor, is converted into a reception signal, and is transmitted to the signal processing unit.
[0045]
The drive signal generation circuit 63 generates a burst wave that is a drive voltage signal corresponding to a desired ultrasonic waveform based on the output signal from the transmission delay circuit 61.
The transmission / reception switching circuit 64 switches one c-MUT cell 31a between a transmission state and a reception state. The drive voltage signal is applied to the c-MUT cell 31a in the transmission state, and the charge signal generated between the electrodes 37u and 37d of the c-MUT cell 31a is received by the preamplifier in the reception state by receiving the echo information. Output. The transmission / reception switching circuit 64 is not necessary when the c-MUT cell 31a is divided into transmission-only and reception-only.
[0046]
The preamplifier 65 changes the charge signal output from the transmission / reception switching circuit 64 into a voltage signal and amplifies it.
The beam former 66 outputs a reception beam signal obtained by synthesizing the ultrasonic echo signals output from the preamplifier 65 with a delay time similar to or different from the delay in the transmission delay circuit 61.
[0047]
Then, based on the operation instruction signal of the CPU 51, a predetermined phase difference is given, each c-MUT cell 31a is driven, and an ultrasonic wave set at a predetermined focal length from the ultrasonic scanning surface of the c-MUT 31 is generated. By transmitting the wave, synthesizing it with a delay similar to the delay in the transmission delay circuit 61 by the beam former 66 and outputting it as a received beam signal, ultrasonic observation by the ultrasonic wave set at the focal length is performed. Yes.
[0048]
The beamformer 66 synthesizes and outputs a desired delay time different from the delay in the transmission delay circuit 61, thereby obtaining a received beam signal corresponding to the delay time of the beamformer 66 and ultrasonic observation. A desired ultrasonic tomographic image can be obtained via the device 5.
[0049]
In this embodiment, the c-MUT 31 has a layered arrangement in which the control circuits and wiring electrodes of the plurality of c-MUT cells 31a are formed on the silicon substrate 35. However, the configuration of the c-MUT 31 is limited to the layered arrangement. 7, a c-MUT cell forming portion 31b in which a plurality of c-MUT cells 31a are arranged on one surface side of the c-MUT 31, and a circuit forming portion in which the control circuit, wiring electrodes, etc. are formed The ultrasonic transducer 31 </ b> A arranged in the plane and provided with 31 c may be configured.
[0050]
Furthermore, in the present embodiment, the cell shape of the c-MUT cell 31a is formed in a hexagonal shape and arranged in a honeycomb structure, but the shape and arrangement of the c-MUT cell 31a are limited to this. However, a plurality of c-MUT cells 31a are arranged in a grid pattern as shown in FIG. 8A, or a circular shape or an elliptical shape (not shown) as shown in FIG. The c-MUT cell 31d may be formed as shown in FIG. 8, or the c-MUT cell 31e may be formed in a polygonal shape such as an octagonal shape as shown in FIG.
[0051]
The operation of the ultrasonic probe provided with the c-MUT configured as described above in the ultrasonic observation unit will be described.
First, the insertion unit 12 is inserted into the body cavity while observing an endoscopic image displayed on the screen of the endoscopic image display device 11 provided in the endoscopic device 7 of the ultrasonic diagnostic probe apparatus 1. To go. When the distal end surface of the insertion portion 12 reaches the vicinity of the observation site, the insertion portion 3a of the ultrasonic observation apparatus 2 is inserted from the treatment instrument insertion port 19, and the distal end portion of the insertion portion 3a is inserted into the forceps outlet 16c. Protrude from. And the protrusion position of the said front end cap 21 and the bending state of the bending part 17 are adjusted, and this front end cap 21 is arrange | positioned in the desired position. Thereafter, for example, a balloon (not shown) is inflated, or the tip cap 21 is submerged with water as an ultrasonic medium, and the ultrasonic observation apparatus 5 is operated to bring the c-MUT 31 into a driving state. At this time, the drive unit 4 is also driven.
[0052]
Then, the rotational drive force of the rotational drive source of the drive unit 4 is transmitted to the housing 22 via the flexible shaft 23 so that the c-MUT 31 is rotated, and an operation instruction from the observer is received from the CPU 51 of the ultrasonic observation apparatus 5. Is output to a predetermined c-MUT cell 31 a constituting the c-MUT 31 via the selector 53. The operation instruction signal corresponding to the above is output to the pulse signal by the trigger signal generation circuit 52.
[0053]
This pulse signal is input to the transmission delay circuit 61, a drive voltage signal with a predetermined delay is output via the drive signal generation circuit 63 and the bias signal application circuit 62, and the transmission / reception switching circuit 64 switches to the transmission state. When this is done, this drive voltage signal is applied to the c-MUT cell 31a to emit ultrasonic waves.
[0054]
Then, the CPU 51 outputs an operation instruction signal to each c-MUT cell 31a arranged, for example, a large delay is applied to the drive voltage signal for the central c-MUT cell 31a, and the center of the array is arranged. One ultrasonic waveform is formed, for example, by applying a small delay to the drive voltage signal for the c-MUT cell 31 a that is away from the c-MUT cell 31 a, and is output from the ultrasonic scanning surface of the c-MUT 31.
[0055]
That is, an ultrasonic wave is emitted from each c-MUT cell 31a based on the control of the CPU 51, and sector scanning in the axial direction and radial scanning around the axis are performed.
[0056]
On the other hand, rotation angle data of the rotation drive source is input to the ultrasonic observation apparatus 5 as needed from the encoder. In the plurality of c-MUT cells 31a, the transmission / reception switching circuit 64 performs switching control between a transmission state and a reception state. For this reason, when the transmission / reception switching circuit 64 is in a receiving state, a charge signal generated between the electrodes 37 u and 37 d due to reception of echo information by the c-MUT cell 31 a is output to the preamplifier 65.
[0057]
The charge signal output to the preamplifier 65 is converted into a voltage signal, amplified, and output to the ultrasound observation apparatus 5 as a reception beam signal with an appropriate delay applied by the beam former 66.
[0058]
The received beam signals sequentially output from each c-MUT cell 31a are converted into rotation angle data via an echo signal processing circuit 54, a three-dimensional image construction circuit 58, a Doppler signal processing circuit 55, a harmonic signal processing circuit 56, and the like. Based on this, processing such as converting the polar coordinate system data into an orthogonal coordinate system that can be output to the monitor 6 is performed, and thereafter, the image is converted into a standard video signal by the ultrasonic image processing unit 57, and at the same time, the overlay is displayed via the CPU 51. And output to the monitor 5. As a result, a three-dimensional ultrasonic tomographic image is displayed on the screen of the monitor 5.
Thus, ultrasonic observation of the target observation site can be performed three-dimensionally.
[0059]
In the present embodiment, an embodiment is shown in which the rotational drive source of the drive unit 4 is operated, that is, the c-MUT 31 is radially scanned and a sector scan is performed to obtain a three-dimensional image. An ultrasonic tomographic image is obtained by emitting ultrasonic waves from each c-MUT cell 31a based on the control of the CPU 51 without operating the drive source and performing sector scanning in the axial direction or sector scanning orthogonal to the axial direction. May be obtained.
[0060]
In this way, the ultrasonic transducer disposed in the ultrasonic observation unit provided at the tip of the ultrasonic probe has a silicon semiconductor substrate arranged with a plurality of c-MUT cells using silicon micromachining technology. By comprising the electrostatic ultrasonic transducer, a lead-free ultrasonic transducer can be realized.
[0061]
Further, by using silicon micromachining technology, an electrostatic ultrasonic transducer can be automatically created in a clean environment. As a result, it is possible to arrange the fine c-MUT cells without causing dicing distortion and variations, and thus it is possible to provide a highly reliable ultrasonic observation unit at low cost.
[0062]
Furthermore, the cell shape of the c-MUT cell and the opening shape of the ultrasonic scanning surface can be set to a desired shape and size, and the ultrasonic observation unit can be reduced in size and accuracy.
[0063]
Further, a c-MUT configured by arranging c-MUT cells is disposed in a housing, and the housing in which the c-MUT is disposed is rotated by a rotational force transmitting member to perform sector scanning and radial scanning. By doing so, echo data necessary to obtain a three-dimensional ultrasonic image can be obtained instantaneously.
[0064]
As a result, even in a part affected by the pulsation of the heart, etc., echo data necessary for instantaneously obtaining a three-dimensional ultrasound image is acquired, and a highly accurate three-dimensional ultrasound image is used. Can observe.
[0065]
In addition, when c-MUT cells are arranged to form a c-MUT by forming an ultrasonic scanning surface in a disk shape, the upper electrodes and the lower electrodes constituting these c-MUT cells are electrically connected to each other. By using the state, the ultrasonic probe shown in FIG. 22B can be used.
[0066]
Further, as shown in FIG. 9, a c-MUT 31B having an opening shape of the ultrasonic scanning surface set to a desired shape and size is provided at the tip, and the direction orthogonal to the insertion direction is the ultrasonic transmission / reception direction. The sector-type ultrasonic probe 3B is configured, or a c-MUT 31C is provided at the tip as shown in FIG. You may make it comprise.
[0067]
Here, a modified example of the c-MUT configured by arranging a plurality of c-MUT cells 31a will be described with reference to FIGS.
[0068]
With reference to FIG. 11, another arrangement configuration of the c-MUT cells constituting the ultrasonic transducer will be described.
FIG. 11A is a diagram showing an ultrasonic transducer configured by arranging c-MUT cells whose opening dimensions are changed according to a predetermined rule, and FIG. 11B is an A1-A2 direction of the c-MUT cell. FIG. 11C is a diagram showing an aperture distribution curve for regulating the arrangement, and FIG. 11C is a diagram showing an aperture distribution curve for regulating the B1-B2 direction arrangement of c-MUT cells.
[0069]
As shown in FIG. 11A, in the c-MUT 31G of the present embodiment, the opening dimensions of the c-MUT cells 31 constituting the c-MUT 31G are regularly changed according to the arrangement direction. That is, the C-MUT cell 31a is not formed with all the opening dimensions constant as in the above-described embodiment, but according to the arrangement direction, for example, the R value distribution curves shown in FIGS. 11B and 11C. Set based on.
[0070]
The R value distribution curves shown in FIGS. 11 (b) and 11 (c) apply that the electrode area in the c-MUT cell is proportional to the capacitance, and as a result, is proportional to the transmitted / received sound pressure. The electrode area is set to a Gaussian distribution function, for example. That is, in the c-MUT 31G of the present embodiment, the opening size of the c-MUT cell 31a located at the center is maximized, and the opening size is the same as that of the curve from the center toward the periphery of the c-MUT 31G. It is getting smaller.
[0071]
As a result, the directivity characteristic (= the diffraction pattern of the aperture of this element) indicated by the c-MUT cell is multiplied by the interference pattern generated by the mutual interference effect when the c-MUT cells are arranged in an array. Thus, the grating lobe, which is the strength of the sound pressure generated, is improved, and the generation of artifacts that are pseudo information can be suppressed.
Therefore, a good ultrasonic tomographic image can be obtained.
[0072]
With reference to FIG. 12, another arrangement configuration of the c-MUT cell constituting the ultrasonic transducer will be described.
12A shows a configuration example in which the arranged c-MUT cells are divided into a transmitting cell, a receiving cell, and an unused cell, and FIG. 12B shows an arranged c-MUT. It is a figure which shows the other structural example which divided | segmented the cell into the cell for transmission, the cell for reception, and the unused cell.
[0073]
In the above-described embodiment, the transmission / reception switching circuit 64 is provided to switch between the transmission state and the reception state, so that transmission / reception is performed by one c-MUT cell 31a. The MUT cell is a transmission cell 31f dedicated to transmission, a reception cell 31g dedicated to reception, and a non-use cell 31h that has neither transmission nor reception functions.
[0074]
Then, as shown in FIG. 12 (a), a transmitting / receiving cell group 31k and an unused cell 31h constituted by a pair of transmitting cell 31f and receiving cell 31g are formed as an unused cell group 31m which is a band-shaped group, The unused cell group 31m and the transmission / reception cell group 31k are alternately arranged in the column direction, for example, to constitute the c-MUT 31H.
[0075]
As a result, between the transmission cell groups 31f arranged in the column direction or between the reception cell groups 31g, the reception cell group 31g and the unused cell group 31h are not used during transmission, and the transmission cell group 31f is not used during reception. By providing the cell group 31h with a predetermined physical interval, crosstalk can be reduced. Therefore, an ultrasonic tomographic image with good image quality can be obtained.
[0076]
Instead of configuring the transmission / reception cell group 31k by a pair of transmission cell 31f and reception cell 31g, transmission / reception is performed by two transmission cells 31f and one reception cell 31g as shown in FIG. A cell group 31n is configured, for example, a substantially band-shaped unused cell group 31m is arranged between transmission / reception cell groups 31n arranged in the row direction, and a predetermined physical interval is provided between adjacent transmission / reception cell groups 31n. The c-MUT 31J may be configured in a configuration in which the above is provided.
[0077]
In this embodiment, the c-MUT cells constituting the c-MUT are shown as an example of a configuration in which the receiving cell 31g, the transmitting cell 31f, and the unused cell 31h are used. A reception cell group in which electrodes are integrally and electrically connected together, a transmission cell group in which electrodes of each of the plurality of transmission cells 31f are integrally connected together, and the unused cell group Then, the c-MUT may be configured by arranging the respective cell groups as shown in FIG. 12 (a) and FIG. 12 (b).
[0078]
With reference to FIGS. 13 and 14, another configuration of the c-MUT provided in the ultrasonic probe will be described.
FIG. 13 is a view showing an ultrasonic probe having a c-MUT provided on a curved surface portion, and FIG. 14 is a view for explaining a substrate on which a c-MUT chip is mounted. 13A is a diagram showing a convex scanning ultrasonic probe, FIG. 13B is a diagram showing a radial scanning ultrasonic probe, and FIG. 14A is a diagram of a c-MUT chip mounting substrate. FIG. 14B is a diagram illustrating a configuration example, and FIG. 14B is a diagram illustrating the operation of the c-MUT chip mounting substrate illustrated in FIG.
[0079]
As shown in FIG. 13A, the ultrasonic probe 3C of the present embodiment is configured by arranging a band-shaped c-MUT 92 at the distal end portion of the insertion portion 3a so that convex scanning is possible. On the other hand, as shown in FIG. 13B, the ultrasonic probe 3D of the present embodiment has a belt-like shape c in the circumferential direction of the distal end portion of the insertion portion so that radial scanning in a direction orthogonal to the endoscope insertion direction is possible. -It is configured by arranging MUT92.
[0080]
As shown in FIG. 14A, the band-shaped c-MUT 92 includes a plurality of c-MUT chips 94 arranged in a chip shape by arranging a plurality of c-MUT cells on a flexible flat substrate 93. , Which is implemented and arranged. The belt-like c-MUT 92 is deformed into a predetermined shape as shown in FIG. 14B after a plurality of c-MUT chips 94 are mounted and arranged at predetermined intervals. Therefore, an ultrasonic probe that can obtain an ultrasonic tomographic image by convex scanning or radial scanning by arranging the band-like c-MUT 92 in a desired direction of the distal end of the insertion portion can be configured.
[0081]
(Second Embodiment)
FIGS. 15 to 21 are related to a second embodiment of the present embodiment. FIG. 15 is a diagram showing an ultrasonic transducer in which a multifunctional ultrasonic transducer having a silicon light emitting element and a silicon light receiving element provided on a silicon substrate in addition to the c-MUT. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a multi-function ultrasonic transducer, FIG. 17 is a diagram illustrating an ultrasonic probe in which a multi-function ultrasonic transducer is arranged, and FIG. 18 is a c-MUT. FIG. 19 is a diagram for explaining a multifunction ultrasonic transducer in which another functional device is provided on a silicon substrate, and FIG. 19 shows another configuration example of the multifunction ultrasonic transducer in which a silicon light emitting element and a silicon light receiving element are arranged. FIG. 20 is a diagram illustrating the multifunction ultrasonic transducer in which a micro gyro sensor is further provided on the multifunction ultrasonic transducer of FIG. Diagram for explaining the inducer of the configuration, FIG 21 is a diagram illustrating the configuration of a multi-functional ultrasonic transducer in which a capacitance measuring cell on a silicon substrate.
[0082]
17A is a diagram showing the configuration of the tip of the ultrasonic probe in which the multi-function ultrasonic transducer is arranged, and FIG. 17B is a diagram for explaining the action of the ultrasonic probe in which the multi-function ultrasonic transducer is arranged. FIG. 18A is a diagram for explaining an ultrasonic probe in which a multifunctional ultrasonic transducer having a silicon light emitting element provided on a silicon substrate is arranged in addition to c-MUT, and FIG. 18B shows a c-MUT. In addition, FIG. 21A is a diagram for explaining an ultrasonic probe in which a multi-functional ultrasonic transducer having a silicon light receiving element provided on a silicon substrate is disposed. FIG. 21A is a diagram in which a dummy c-MUT cell for capacitance measurement is provided. FIG. 21B is a flowchart illustrating the function and function of the dummy c-MUT cell.
[0083]
As shown in FIG. 15, the multi-function ultrasonic transducer 122 of this embodiment includes a c-MUT 131 in which the opening shape of the ultrasonic scanning surface formed by using the silicon micromachining technology is formed in a square shape, and this square shape. For example, a light emitting element portion 123 made of a silicon light emitting element and a light receiving element portion 124 made of a silicon light receiving element are provided on the same surface of the c-MUT 131, for example, located substantially at the center.
[0084]
As shown in FIG. 16, in the c-MUT 131 of this embodiment, a silicon substrate 35 on which a plurality of c-MUT cells 131a are arranged is formed with, for example, a first intermediate dielectric layer 41 and a second intermediate dielectric layer 42. In addition to the access circuit forming section, the dielectric layers 41 and 42 are controlled by the control circuit for controlling the light emitting element section 123 and the light receiving element section 124 configured by a c-MOS integrated circuit that performs the predetermined control. 43a, 43b, 43c,... And wiring electrodes 44a, 44b, 44c, 44d,.
[0085]
The lower electrode 37d and the wiring electrode 44a, the wiring electrode 44a and the wiring electrode 44b, the wiring electrode 44b and the wiring electrode 44c, the wiring electrode 44c and the control circuit 43c, the wiring electrode 44d and the control circuit 43b, the wiring electrode 44d and the control circuit 43c, etc. Are electrically connected to each other by a via hole 45.
[0086]
An electric cable (not shown) extends from the light emitting element portion 123 and the light receiving element portion 124 and is electrically connected to the ultrasonic observation apparatus 5.
[0087]
The light emitting element portion 123 is, for example, a light emitting diode or a laser diode, and the light receiving element portion 124 is, for example, any one of a C-MOS, a CCD, and the like. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Reference numeral 126 denotes a buffer area.
[0088]
The operation of the multi-function ultrasonic transducer 122 configured as described above will be described.
As shown in FIG. 17A, the multi-function ultrasonic transducer 122 is disposed in the housing 22 in the insertion portion 3 a of the ultrasonic probe 120. For this reason, as shown in FIG. 17B, the ultrasonic observation surface of the multi-function ultrasonic transducer 122 is made to face the body wall, and the observation site is illuminated by the light emitting element portion 123. An endoscope image of the observation site illuminated by the imaging device is captured by the light receiving element unit 124, whereby the endoscope image is displayed on the screen of the ultrasonic image display device 6, and the body facing the ultrasonic scanning surface Endoscopic observation of the wall surface can be performed.
[0089]
In this state, for example, the tip of the ultrasonic probe 120 is submerged with water as an ultrasonic transmission medium, and the c-MUT 131 of the multi-function ultrasonic transducer 122 is driven by operating the ultrasonic observation device 5. Then, as described in the first embodiment, the operation instruction signal corresponding to the operation instruction of the observer is output to the c-MUT 131 from the CPU 51 of the ultrasonic observation apparatus 5. Then, the c-MUT cell 131a is switched between a transmission state and a reception state to emit ultrasonic waves, while receiving reflected ultrasonic waves and displaying a three-dimensional ultrasonic tomographic image on the screen of the monitor 5. Thus, ultrasonic observation of the target observation site can be performed.
[0090]
In this way, in addition to c-MUT, by arranging a multi-function ultrasonic transducer in which a light emitting element part and a light receiving element part are formed using silicon micromachining technology in a housing to constitute an ultrasonic probe, With the ultrasonic probe, not only ultrasonic observation but also endoscopic observation of the body wall surface facing the ultrasonic scanning surface can be performed. Other operations and effects are the same as those in the first embodiment.
[0091]
As shown in FIG. 18A, an ultrasonic probe may be configured by arranging a multi-function ultrasonic transducer 122A provided with only a light emitting element portion 123 instead of the multi-function transducer 122. Thus, by projecting the ultrasonic probe from the distal end surface 12a of the insertion portion 12 of the endoscope 8, the light is emitted from the light emitting element portion 123 of the multifunction ultrasonic transducer 122A provided in the ultrasonic probe. The endoscope apparatus 7 can perform endoscopic observation using the illumination light as auxiliary light.
[0092]
As shown in FIG. 18B, an ultrasonic probe may be configured by arranging a multi-function ultrasonic transducer 122B provided with only the light receiving element portion 124 instead of the multi-function transducer 122. In this way, by projecting the ultrasonic probe from the distal end surface 12a of the insertion portion 12 of the endoscope 8, in addition to the endoscopic observation by the endoscopic device 7, the ultrasonic probe is provided. Endoscopic observation can be performed by the light receiving element portion 124 of the multifunction ultrasonic transducer 122A.
[0093]
Furthermore, by appropriately setting the arrangement of the c-MUT cells, the aperture shape of the ultrasonic transducer can be set to a desired shape and size, and the shape, size, quantity, and quantity of the light emitting element portion and the light receiving element portion can be set. The degree of freedom in designing the ultrasonic probe can be increased, such as downsizing, high functionality, or high accuracy, by appropriately setting the arrangement position and creating a multifunction ultrasonic transducer.
[0094]
In the present embodiment, the c-MUT 131 of the multi-function ultrasonic transducer 122 is formed in a square shape, and the light emitting element portion 123 and the light emitting element portion 124 disposed in the center are shown in a circular shape. The c-MUT shape of the multi-function ultrasonic transducer and the shapes and arrangement positions of the light emitting element portion and the light receiving element portion are not limited to these. For example, as shown in FIG. May be provided at the center of the c-MUT 131, and the square light emitting element portions 123 may be provided at the four corners of the c-MUT 131 to form the square multifunctional ultrasonic transducer 127. Further, it may be changed by providing a plurality of light receiving element portions and light emitting element portions, respectively.
[0095]
Here, a modified example of the multifunction ultrasonic transducer will be described with reference to FIGS.
In the multi-function ultrasonic transducer 132 shown in FIG. 20, in addition to the c-MUT 131, the light emitting element unit 123, and the light emitting element unit 124, the movement of the tip of the ultrasonic probe is detected and position detection is performed. Electrostatic micro gyro sensors 133 and 134 arranged to correspond to the Y direction are also provided.
[0096]
By arranging the multi-function ultrasonic transducer 132 in the housing to constitute an ultrasonic probe, the position detection signals output from the electrostatic micro gyro sensors 133 and 134 are processed by a calculation unit (not shown). Thus, the position of the tip of the ultrasonic probe can always be quantitatively grasped.
[0097]
As a result, the ultrasonic probe is disposed at a predetermined position of the treatment instrument insertion channel of the insertion portion, so that the position detection signals output from the electrostatic micro gyro sensors 133 and 134 are used. The position of the insertion part can also be detected.
[0098]
On the other hand, the multi-function ultrasonic transducer 135 shown in FIG. 21A uses a plurality of c-MUT cells at arbitrary positions constituting the c-MUT 131 as the capacitance measuring cell 136. Based on the electrical signal output from the capacitance measuring cell 136, the ultrasonic drive signal is corrected and output.
[0099]
That is, when an instruction for measuring the capacitance is output by the ultrasonic observation device 5, the data during operation is sequentially transferred from each capacitance measurement cell as shown in step S1 of FIG. Input to the capacitance measurement correction unit. Then, the capacitance measurement correction unit calculates the average value of the input data as shown in step S2, and then proceeds to step S3 to compare the calculated value with a preset reference value. Go to evaluate the difference and move to step S4. In step S4, the c-MUT drive signal is corrected based on the evaluation result in step S3. As a result, a corrected ultrasonic drive signal is output to the c-MUT cell.
[0100]
In this way, by providing a part of the c-MUT cell constituting the c-MUT as a capacitance measuring cell, the ultrasonic drive that is always optimally corrected in the c-MUT cell constituting the c-MUT cell. An ultrasonic diagnostic image can be obtained by outputting a signal.
[0101]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
[0102]
[Appendix]
According to the embodiment of the present invention as described above in detail, the following configuration can be obtained.
[0103]
(1) An ultrasonic probe for obtaining biological tissue information by transmitting and receiving ultrasonic waves with an ultrasonic transducer inserted into a body cavity, signal processing of electrical signals related to biological tissue information transmitted from the ultrasonic probe, and the ultrasonic In an ultrasonic diagnostic probe apparatus comprising an ultrasonic observation apparatus that performs drive control of an acoustic transducer,
An ultrasonic diagnostic probe apparatus in which an ultrasonic transducer mounted on the ultrasonic probe is formed of a silicon semiconductor substrate.
[0104]
(2) The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to appendix 1, wherein the ultrasonic transducer is an electrostatic ultrasonic transducer processed using a silicon micromachining technique.
[0105]
(3) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 2, wherein the electrostatic ultrasonic transducer has an array structure in which a large number of ultrasonic transducer elements are arranged in a straight line.
[0106]
(4) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 2, wherein the electrostatic ultrasonic transducer has an array structure in which a large number of ultrasonic transducer elements are two-dimensionally arranged.
[0107]
(5) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 3 or appendix 4, wherein the ultrasonic transducer elements are distributed based on a predetermined rule to form a predetermined opening shape.
[0108]
(6) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 3 or appendix 4, wherein the ultrasonic transducer element has at least two groups having different functions.
(7) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 6, wherein the groups are separated and arranged.
[0109]
(8) The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to appendix 6, wherein the group is further divided into subdivided groups, and the subdivided groups are alternately arranged.
[0110]
(9) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 6, wherein the group is configured by alternately arranging every other ultrasonic transducer element constituting each group.
[0111]
(10) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 6, wherein at least one of the groups has a function of transmitting ultrasonic waves, and at least one of the other groups has a function of receiving ultrasonic waves.
[0112]
(11) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 2, wherein the ultrasonic transducer is configured as a chip-shaped ultrasonic transducer, and the chip-shaped ultrasonic transducer is mounted on a substrate.
[0113]
(12) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 11, wherein the substrate is a flexible planar substrate.
[0114]
(13) The ultrasonic diagnostic probe device according to attachment 12, wherein the substrate is disposed on a curved surface portion of the ultrasonic probe.
[0115]
(14) The ultrasonic diagnostic probe device according to appendix 12, wherein the substrate is arranged in the ultrasonic probe insertion portion in the circumferential direction.
[0116]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic diagnostic probe apparatus that prevents lead-free and performance variation of the ultrasonic transducer provided in the ultrasonic probe.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 to FIG. 10 relate to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a diagram for explaining an ultrasonic diagnostic probe apparatus.
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the tip of an ultrasonic probe
FIG. 3 is a diagram illustrating an ultrasonic transducer
4 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow A in FIG. 3 and a diagram for explaining a c-MUT cell.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a cross section of a c-MUT cell.
FIG. 6 is a block diagram illustrating configurations of an ultrasonic observation apparatus and an ultrasonic transducer.
FIG. 7 is a diagram for explaining another configuration example of the c-MUT.
FIG. 8 is a diagram for explaining the arrangement and cell shape of a c-MUT cell.
FIG. 9 is a view showing an ultrasonic probe in which a c-MUT having an ultrasonic wave transmission / reception direction orthogonal to an axial direction is arranged.
FIG. 10 is a diagram showing an ultrasonic probe in which a c-MUT having an ultrasonic wave transmission / reception direction as an axial direction is arranged.
FIG. 11 is a diagram for explaining another arrangement configuration of c-MUT cells constituting an ultrasonic transducer.
FIG. 12 illustrates another arrangement configuration of the c-MUT cell constituting the ultrasonic transducer.
FIG. 13 is a view showing an ultrasonic probe in which a c-MUT is provided on a curved surface portion.
FIG. 14 is a diagram illustrating a substrate on which a c-MUT chip is mounted.
15 to 21 are related to a second embodiment of the present embodiment, and FIG. 15 is a multifunctional ultrasonic transducer in which a silicon light emitting element and a silicon light receiving element are provided on a silicon substrate in addition to c-MUT. The figure explaining the ultrasonic probe which has arranged
FIG. 16 is a diagram for explaining a configuration example of a cross section of a multi-function ultrasonic transducer;
FIG. 17 is a diagram for explaining an ultrasonic probe in which a multi-function ultrasonic transducer is arranged;
FIG. 18 is a view for explaining a multifunctional ultrasonic transducer in which another functional device is provided on a silicon substrate in addition to c-MUT.
FIG. 19 is a diagram for explaining another configuration example of a multifunctional ultrasonic transducer provided with a silicon light emitting element and a silicon light receiving element.
20 is a diagram for explaining the configuration of a multifunction ultrasonic transducer in which a micro gyro sensor is further provided on the multifunction ultrasonic transducer of FIG.
FIG. 21 is a diagram for explaining the configuration of a multifunction ultrasonic transducer in which a capacitance measuring cell is provided on a silicon substrate.
FIG. 22 is a diagram for explaining a conventional ultrasonic probe;
FIG. 23 is a diagram showing a configuration example of a mechanical scanning ultrasonic transducer.
FIG. 24 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic scanning ultrasonic transducer.
[Explanation of symbols]
2 ... Ultrasonic probe
31 ... Electrostatic ultrasonic transducer (c-MUT)
31a ... c-MUT cell
35 ... Silicon substrate
37d ... Lower electrode
37u ... Upper electrode
38 ... Silicone membrane
40 ... Vacuum gap
44 ... Wiring electrode

Claims (9)

内視鏡処置挿通チャンネルに連通する処置具挿通口を介して体腔内に導かれる超音波プローブを有する超音波診断プローブ装置において、
前記超音波プローブは、
体腔内に挿入される挿入部と、
前記挿入部の先端部において、一次元、二次元、円環状又は円筒側面上に配列された、マイクロマシン技術を使って製造された静電型超音波トランスデューサ素子と、
を備え、
前記超音波トランスデューサ素子は、
超音波を送信する機能を有する少なくとも１つの送信用セルと超音波を受信する機能を有する少なくとも１つの受信用セルとを有して構成された送受信セル群を複数備えると共に、前記超音波を送信する機能または受信する機能のいずれも有さない複数の不使用セルにより構成された不使用セル群を備え、
前記複数の送受信セル群は、隣り合う群に含まれる送信用セル同士または受信用セル同士が互いに分離して配置するよう、前記不使用セル群を間に介して配列された
ことを特徴とする超音波診断プローブ装置。In an ultrasonic diagnostic probe apparatus having an ultrasonic probe guided into a body cavity through a treatment instrument insertion port communicating with an endoscope treatment insertion channel,
The ultrasonic probe is
An insertion part to be inserted into the body cavity;
An electrostatic ultrasonic transducer element manufactured using micromachine technology , arranged on a one-dimensional, two-dimensional, annular or cylindrical side surface at the distal end of the insertion part ;
With
The ultrasonic transducer element is:
A plurality of transmission / reception cell groups each including at least one transmission cell having a function of transmitting ultrasonic waves and at least one reception cell having a function of receiving ultrasonic waves; and transmitting the ultrasonic waves An unused cell group composed of a plurality of unused cells that have neither a function to receive or a function to receive,
The plurality of transmission / reception cell groups are arranged with the unused cell group interposed therebetween so that the transmission cells or reception cells included in adjacent groups are arranged separately from each other.
An ultrasonic diagnostic probe device characterized by that . 前記送受信セル群および前記不使用セル群は、いずれも帯状に配列されたセル群であることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断プローブ装置。 2. The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to claim 1, wherein each of the transmission / reception cell group and the unused cell group is a cell group arranged in a band shape . 前記送受信セル群と前記不使用セル群とは、互いに交互に配列したことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断プローブ装置。 The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to claim 1, wherein the transmission / reception cell group and the unused cell group are alternately arranged . 内視鏡処置挿通チャンネルに連通する処置具挿通口を介して体腔内に導かれる超音波プローブを有する超音波診断プローブ装置において、
前記超音波プローブは、
体腔内に挿入される挿入部と、
前記挿入部の先端部において、一次元、二次元、円環状又は円筒側面上に配列された、マイクロマシン技術を使って製造された静電型超音波トランスデューサ素子と、
を備え、
前記超音波トランスデューサ素子は、
超音波を送信する機能を有する複数の送信用セルにより構成された送信セル群と、超音波を受信する機能を有する複数の受信用セルにより構成された受信セル群と、前記超音波を送信する機能または受信する機能のいずれも有さない複数の不使用セルにより構成された不使用セル群と、
をそれぞれ複数備え、
前記複数の送信セル群または受信セル群は、隣り合う送信用セル同士または受信用セル同士が互いに分離して配置するよう、前記不使用セル群を間に介して配列された
ことを特徴とする超音波診断プローブ装置。 In an ultrasonic diagnostic probe apparatus having an ultrasonic probe guided into a body cavity through a treatment instrument insertion port communicating with an endoscope treatment insertion channel,
The ultrasonic probe is
An insertion part to be inserted into the body cavity;
An electrostatic ultrasonic transducer element manufactured using micromachine technology, arranged on a one-dimensional, two-dimensional, annular or cylindrical side surface at the distal end of the insertion part;
With
The ultrasonic transducer element is:
A transmission cell group constituted by a plurality of transmission cells having a function of transmitting ultrasonic waves, a reception cell group constituted by a plurality of reception cells having a function of receiving ultrasonic waves, and transmitting the ultrasonic waves An unused cell group composed of a plurality of unused cells having neither a function nor a receiving function;
Each with multiple
The plurality of transmission cell groups or reception cell groups are arranged with the unused cell groups in between so that adjacent transmission cells or reception cells are separated from each other.
An ultrasonic diagnostic probe device characterized by that . 前記送信セル群、前記受信セル群および前記不使用セル群は、いずれも帯状に配列されたセル群であることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断プローブ装置。 The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to claim 4, wherein the transmission cell group, the reception cell group, and the unused cell group are all cell groups arranged in a band shape . 前記超音波トランスデューサをチップ状超音波トランスデューサとして構成し、このチップ状超音波トランスデューサを基板に実装したことを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載の超音波診断プローブ装置。 The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the ultrasonic transducer is configured as a chip-shaped ultrasonic transducer, and the chip-shaped ultrasonic transducer is mounted on a substrate . 前記基板は柔軟性を有する平面基板であることを特徴とする請求項６に記載の超音波診断プローブ装置。 The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to claim 6, wherein the substrate is a flat substrate having flexibility . 前記基板を超音波プローブの曲面部に配置したことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断プローブ装置。 The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to claim 7, wherein the substrate is disposed on a curved surface portion of the ultrasonic probe. 前記基板を超音波プローブ挿入部に周方向に配置したことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断プローブ装置。 The ultrasonic diagnostic probe apparatus according to claim 7, wherein the substrate is arranged in a circumferential direction on the ultrasonic probe insertion portion .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4632853B2 (en) * 2005-05-13 2011-02-16 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Capacitive ultrasonic transducer and manufacturing method thereof
JP4523879B2 (en) 2005-06-20 2010-08-11 株式会社日立製作所 Electrical / acoustic transducers, array-type ultrasonic transducers and ultrasonic diagnostic equipment
JP4724501B2 (en) 2005-09-06 2011-07-13 株式会社日立製作所 Ultrasonic transducer and manufacturing method thereof
JP4724505B2 (en) * 2005-09-09 2011-07-13 株式会社日立製作所 Ultrasonic probe and manufacturing method thereof
WO2007086749A1 (en) * 2006-01-26 2007-08-02 Terarecon Inc. A wide aperture array design with constrained outer probe dimension
CA2659898C (en) 2006-08-03 2017-08-29 Christoph Scharf Method and device for determining and presenting surface charge and dipole densities on cardiac walls
RU2468840C2 (en) * 2006-10-23 2012-12-10 Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. Symmetrical and preferentially deflectable random meshes for ultrasonic therapy
JP5026770B2 (en) * 2006-11-14 2012-09-19 株式会社日立メディコ Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus
US7721397B2 (en) * 2007-02-07 2010-05-25 Industrial Technology Research Institute Method for fabricating capacitive ultrasonic transducers
WO2009090547A2 (en) 2008-01-17 2009-07-23 Christoph Scharf A device and method for the geometric determination of electrical dipole densities on the cardiac wall
AU2012225250B2 (en) 2011-03-10 2016-12-08 Acutus Medical, Inc. Device and method for the geometric determination of electrical dipole densities on the cardiac wall
WO2014036439A2 (en) 2012-08-31 2014-03-06 Acutus Medical, Inc. Catheter system and methods of medical uses of same, including diagnostic and treatment uses for the heart
EP3777703B1 (en) 2013-02-08 2023-04-05 Acutus Medical Inc. Expandable catheter assembly with flexible printed circuit board
JP6395390B2 (en) * 2014-02-07 2018-09-26 キヤノン株式会社 Capacitive transducer and manufacturing method thereof
EP2796209B1 (en) 2013-04-25 2020-06-17 Canon Kabushiki Kaisha Capacitive transducer and method of manufacturing the same
EP2796210B1 (en) 2013-04-25 2016-11-30 Canon Kabushiki Kaisha Capacitive transducer and method of manufacturing the same
US10828011B2 (en) 2013-09-13 2020-11-10 Acutus Medical, Inc. Devices and methods for determination of electrical dipole densities on a cardiac surface
EP3122246B1 (en) 2014-03-25 2022-05-04 Acutus Medical, Inc. Cardiac analysis user interface system and method
AU2015247484B2 (en) 2014-04-18 2020-05-14 Butterfly Network, Inc. Ultrasonic transducers in complementary metal oxide semiconductor (CMOS) wafers and related apparatus and methods
US10593234B2 (en) 2015-05-12 2020-03-17 Acutus Medical, Inc. Cardiac virtualization test tank and testing system and method
JP6773686B2 (en) 2015-05-12 2020-10-21 アクタス メディカル インクＡｃｕｔｕｓ Ｍｅｄｉｃａｌ，Ｉｎｃ． Ultrasonic sequencing system and method
CN107847745B (en) 2015-05-13 2022-06-24 阿库图森医疗有限公司 Positioning system and method for collecting and analyzing cardiac information
US11399759B2 (en) 2016-05-03 2022-08-02 Acutus Medical, Inc. Cardiac mapping system with efficiency algorithm
WO2018132443A1 (en) * 2017-01-10 2018-07-19 The Regents Of The University Of California Stretchable ultrasonic transducer devices
KR102253210B1 (en) * 2020-08-06 2021-05-18 한국과학기술원 Capacitive micromachined ultrasonic transducer with charge trapping layer and method of fabricating thereof

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