CN112912138A

CN112912138A - 超声波辐射器具以及超声波装置

Info

Publication number: CN112912138A
Application number: CN201980069534.0A
Authority: CN
Inventors: 佐藤出; 高桥彻; 二宫弘; 宫里健太郎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2021-06-04
Also published as: WO2020090525A1; JP7137632B2; EP3851164A4; JPWO2020090525A1; EP3851164A1; US20220008754A1

Abstract

设为超声波辐射器具具有：产生部，产生向对象物侧的超声波；袋，将液体封入，以使得液体相对于产生部位于对象物侧。产生部具有生成使超声波产生的振动的压电元件。压电元件具有面向对象物侧的第1面、和面向其相反侧的第2面。压电元件在第1面到第2面之间，具有沿着这些面的压电体层、和与压电体层的两面重叠的一对电极。压电元件产生第1面以及第2面向彼此相同侧弯曲的挠曲变形。第1面在袋内露出，以使得与液体相接。第2面远离液体并与气体相接。

Description

超声波辐射器具以及超声波装置

技术领域

本公开涉及朝向人体等对象物辐射超声波的超声波辐射器具以及具有该超声波辐射器具的超声波装置。

背景技术

已知朝向人体等对象物辐射超声波的超声波装置(例如专利文献1)。这样的超声波装置例如作为用于向患部等照射超声波从而进行治疗的超声波治疗装置、或用于获取患部等截面2次图像的超声波诊断装置来利用。作为超声波治疗装置，例如已知在HIFU(HighIntensity Focused Ultrasound，高强度聚焦超声)治疗中利用的装置。在专利文献1中，公开了具有生成超声波并朝向人体辐射的产生部、和介于该产生部和人体之间的水袋的超声波治疗装置。水袋例如有助于减缓在产生部与人体之间的声阻抗的急剧的变化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平01-139052号公报

发明内容

本公开的一个方式涉及的超声波辐射器具具有：产生部，产生向对象物侧照射的超声波；和袋，将所述液体封入，以使得液体相对于所述产生部位于所述对象物侧。所述产生部具有生成使超声波产生的振动的压电元件。所述压电元件具有面向所述对象物侧的第1面、和面向与所述对象物侧相反的一侧的第2面。此外，所述压电元件在所述第1面到所述第2面之间，具有沿着所述第1面以及所述第2面的压电体层、和与所述压电体层的两面重叠的一对电极。所述压电元件通过向所述一对电极施加电压，从而生成所述第1面以及所述第2面向彼此相同侧弯曲的挠曲变形。所述第1面在所述袋内露出，以使得与所述液体相接。所述第2面远离所述液体并与气体相接。

本公开的一个方式涉及的超声波装置具有：上述的超声波辐射器具；和驱动控制部，将具有超声波的频带内的频率的交流电压施加到所述一对电极。

附图说明

图1是示出实施方式涉及的超声波装置的概略结构的示意图。

图2是示出图1的超声波装置的超声波产生部的概略结构的示意图。

图3是示出图2的超声波产生部的平板元件的俯视图。

图4是示出图3的IV-IV线处的剖视图。

图5是图4的一部分的放大图。

图6的(a)以及图6的(b)是用于说明图2的超声波产生部的效果的示意图。

图7的(a)以及图7的(b)是示出变形例以及另一变形例的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开涉及的实施方式进行说明。以下的附图是示意性的附图。因此，细节有时被省略，此外，尺寸比率等不一定与现实一致。此外，多个附图相互的尺寸比率不一定一致。

图1是示出实施方式涉及的超声波装置1的概略结构的示意图。

超声波装置1例如在HIFU治疗中利用。例如，超声波装置1使超声波向患者101的患部103(或结石等异物。以下，同样。)聚焦。患部103因由此产生的热等而变性。超声波装置1也可以构成为将人体的任意部位作为治疗对象，此外，也可以构成为将任意的疾病作为治疗对象。换言之，超声波装置1辐射的超声波的频率以及强度、和超声波装置1的各部的尺寸等可以适当地设定。另外，超声波一般设为20kHz以上的声波。对于超声波的频率，不特别存在一般的上限，但例如可以设为5GHz。

超声波装置1具有与患者101相邻地配置且直接承担超声波的辐射的超声波辐射器具3(以下，有时简称为“辐射器具3”。)、和进行对辐射器具3的电供给等的装置主体5。

(超声波辐射器具)

辐射器具3具有产生超声波的产生部7、和介于产生部7和患者101之间的袋9。产生部7例如从面向患者101侧的辐射面7a辐射超声波。辐射面7a构成为大体凹状。凹形形状例如大体是割去球的一部分而得到的形状。因此，从辐射面7a辐射的超声波在球的中心(在另外的观点中是患部103)聚焦。袋9至少在超声波装置1的使用时，封入有液体LQ。液体LQ例如有助于减缓辐射面7a与患者101的体表之间的声阻抗的急剧的变化。

液体LQ例如是水。此外，例如液体LQ也可以包含水和适当的添加剂。添加剂例如可以用于调整声阻抗。液体LQ的声阻抗例如可以设为1×10⁶kg/(m²·s)以上且2×10⁶kg/(m²·s)以下，或1.3×10⁶kg/(m²·s)以上且1.7×10⁶kg/(m²·s)以下。如果作为参考而例示各种物质的声阻抗，则为：水：约1.5×10⁶kg/(m²·s)，空气：约0，脂肪：约1.4×10⁶kg/(m²·s)，肌肉：约1.7×10⁶kg/(m²·s)。

(产生部)

图2是用于说明产生部7的要部结构的示意图。在图2中，纸面下方侧是患者101侧。该图可以被视为示出产生部7的外侧(与患者101相反的一侧)的表面的立体图。此外，该图也可以被视为对产生部7的辐射面7a进行俯视透视而示出的图。除图示的结构之外，产生部7例如还可以具有从与患者101相反的一侧覆盖图示的结构的适当的形状的筐体等。

产生部7例如具有互相连接以使得构成大体圆顶形状的多个平板元件11。平板元件11大体构成为平板状。在另外的观点中，平板元件11具有面向患者101侧的大体平面状的对置面11a(符号为图1)。多个对置面11a通过其外缘互相连接，构成上述的凹状的辐射面7a。因此，辐射面7a不是通过曲面而构成，而是通过多个平面的组合而构成。

平板元件11的平面形状以及该平面形状的尺寸可以适当地设定。例如，多个平板元件11也可以被设为彼此相同的形状以及大小(图示的例子)，也可以包括形状和/或大小互相不同的2种以上的平板元件11。在图示的例子中，多个平板元件11的平面形状被设为彼此相同的大小的正三角形状。不过，也能够利用这以外的多边形来构成圆顶状，根据正多面体(柏拉图立体)、半正多面体(阿基米德立体)以及柏拉图立体和在各种技术领域中实现的圆顶形状，这是是显然的。

如上述那样，在图示的例子中，基本上多个平板元件11的平面形状以及其大小是彼此相同的。不过，也可以在圆顶的一部分设置有具有特殊的形状的平板元件11。在图示的例子中，圆顶的最内侧的位置(中心部7c)被设为平板元件11的非配置区域，进一步地，中心部7c的周围的平板元件11被设为从其他平板元件11的平面形状(三角形)除去了顶点侧的一部分的形状。可以在这样的中心部7c配置适当的电子部件等。例如，可以设置有用于检测患部103的位置的超声波传感器、或对为了表示患部103的位置而贴在患者101的体表的标记的位置进行检测的视觉传感器。

多个平板元件11可以通过适当的方法而彼此互相连接。在图示的例子中，多个平板元件11通过固定在框架13，从而间接地彼此互相连接。更详细地，框架13沿着多个平板元件11的彼此互相连接的外缘(多边形的边)而延伸。而且，各甲板元件11相对于框架13中的沿着自身的外缘延伸的部分而被固定。

(平板元件)

图3是示出产生部7之中相当于1个平板元件11的部分的对所述1个平板元件11进行俯视的图。在该图中，也图示了对应于框架13之中1个平板元件的部分。

平板元件11具有至少1个(在图示的例子中多个)压电元件15。压电元件15是生成使超声波产生的振动的部分。压电元件15的数量、位置、平面形状以及大小等可以适当地设定。

在图示的例子中，多个压电元件15沿着平板元件11的平面方向以大概相同的密度分布，从而被配置。更详细地，多个压电元件15以一定的间距纵横地排列。不过，多个压电元件15也可以在彼此相邻的列之间错开一半间距，也可以沿着多个同心圆而排列，也可以辐射状地排列，也可以以不相同的密度配置。多个压电元件15的排列方向与平板元件11的边延伸的方向的相对关系也可以适当地设定。

多个压电元件15的配置区域(例如容纳多个压电元件15的最小的凸多边形)的面积例如可以设为平板元件11的面积(或从患者101侧观察被框架13包围的面积)的1/5以上、1/2以上或2/3以上或4/5以上。4/5以上可以被视为多个压电元件15配置在平板元件11的整个面的状态。在多个压电元件15未遍及平板元件11的整个面而配置的情况下，多个压电元件15的配置区域可以位于平板元件11内的中央侧或外缘侧等适当的范围。

此外，在图示的例子中，压电元件15的平面形状被设为圆形。在另外的观点中，该平面形状是线对称或旋转对称的形状。不过，该平面形状可以被设为椭圆或多边形等其他形状，此外也可以是非对称的形状。在压电元件15的平面形状不是圆形的情况下，该平面形状和平板元件11的平面形状的相对的朝向也可以适当地设定。

(平板元件和框架的固定构造)

图4是图3的IV-IV线处的剖视图。在该图中，纸面下方侧是患者101侧。在该图中，为了方便图示，对一部分或所有层的厚度进行了夸张。

平板元件11相对于框架13，既可以位于患者101侧，也可以位于与患者101相反的一侧。和/或，也可以是，框架13具有位于彼此相邻的平板元件11之间的部分，平板元件11相对于框架13位于平面方向的内侧。在本实施方式的说明中，将平板元件11相对于框架13位于患者101侧的形态作为例子。

平板元件11和框架13例如通过介于两者之间的接合材料17而接合。接合材料17既可以是有机材料，也可以是无机材料，此外，既可以是绝缘材料，也可以是导电材料。例如，接合材料17可以被设为树脂或金属。

此外，例如，接合材料17也可以被设为在固化后成为弹性体(例如弹性粘接剂)。具体地，例如，接合材料17可以被设为硅酮系或氨基甲酸酯系的材料。它们既可以是单液性的材料，也可以是双液性的材料。此外，例如，作为弹性体的接合材料17可以被设为在固化后的牵拉试验中被撕裂时的伸展率为35％以上的材料。

平板元件11(其侧面)彼此既可以互相分离，也可以互相抵接。此外，在这些情况下，平板元件11彼此既可以被直接固定(例如也可以在两者设置密接的接合材料17)，也可以不被固定。在框架13具有位于彼此相邻的平板元件11的侧面彼此之间的隔断部分的情况下，平板元件11的侧面既可以从隔断部分分离，也可以与隔断部分抵接。在这些情况下，平板元件11的侧面和隔断部分既可以被直接固定，也可以不被固定。

对于平板元件11与框架13的固定、和/或平板元件11彼此的直接的固定，也可以取代利用接合材料17的方法或除此之外还利用其方法。作为其他方法，例如可举出卡合(卡止)、敛缝、压入、螺合、焊接以及熔敷。

(平板元件的层叠构造)

平板元件11具有：具有压电元件15的元件基板19、和相对于元件基板19而与患者101侧重叠的空腔构件21。元件基板19通过成为压电元件15的区域进行挠曲变形而振动。该振动向位于元件基板19的患者101侧的流体传导，从而生成超声波。空腔构件21具有元件基板19之中单独地与多个压电元件15重叠的多个空腔21c(开口、孔)。该空腔21c例如是有助于提高超声波的指向性的程度。

由于设置有多个空腔21c以及后述的第2电极33(单独电极)等，从而平板元件11的主面(板的最大的面。表面和背面)具有凹凸，不是平面。因此，如可理解的那样，在平板元件11是平板状或平板元件11在患者101侧或其相反侧具有平面状的面的情况下，不需要是严格地是平板。例如，关于平板元件11，可以将作为主要的结构要素而具有厚度一定且形成平面的层(例如后述的23、25以及27)视为平板状。此外，例如，平板元件11在两主面的每一个中，在多个凸部的顶部(或凹部的最深部)容纳在同一平面时，可以视为平板状。此外，例如，关于平板元件11，在相对于根据平板元件11的面积求得的当量圆直径，各主面的凹凸的算术平均粗糙度为5％以下、2％以下或1％以下时，可以视为平板状。另外，在图4中，对平板元件11的主面的凹凸进行了夸张。

(元件基板)

元件基板19例如从患者101侧(空腔构件21侧)起依次包括振动层23、第1导体层25、压电体层27以及第2导体层29。第1导体层25例如包括第1电极31。第2导体层29例如包括多个第2电极33。第1电极31以及第2电极33夹着压电体层27。通过向这一对电极施加交流电压，从而成为元件基板19的压电元件15的区域产生伴随着挠曲变形的振动。另外，除图示的层以外，元件基板19例如还可以包括覆盖第2导体层29的绝缘层等适当的层。在本公开的说明中，“层”是包括“板”的概念。

在元件基板19中，被视为压电元件15的区域可以适当地定义。在本实施方式的说明中，为了方便起见，可以将元件基板19之中与空腔21c重叠的区域(更严格地是与空腔21c的元件基板19侧的开口面重叠的区域)定义为压电元件15。各压电元件15具有面向空腔21c侧(患者101侧)的第1面15a、和面向与空腔21c相反的一侧的第2面15b。第1面15a例如由振动层23的空腔构件21侧的面构成。第2面15b例如由第2导体层29的与空腔构件21相反侧的面、以及压电体层27的与空腔构件21相反侧的面之中从第2导体层29露出的区域构成。另外，例如在与图示的例子不同地设置有覆盖第2导体层29的绝缘层的情况下，第2面15b可以由该绝缘层构成。

(振动层)

振动层23例如沿元件基板19的大致整体扩展。换言之，振动层23形成为遍及多个压电元件15的面积的实心状。振动层23的厚度为大体一定。振动层23例如后述那样，对压电体层27的平面方向的变形进行规制，有助于使面外振动产生。振动层23既可以遍及其面积整体而一体地形成，也可以分割地形成。振动层23与空腔构件21重叠。也可以视为振动层23被空腔构件21之中的空腔21c的周围部分支承。

振动层23例如利用绝缘材料或半导体材料来形成。振动层23的材料既可以是无机材料也可以是有机材料。更具体地，例如关于振动层23的材料，可以设为与压电体层27的材料(后述)相同或不同的压电体。此外，例如，振动层23的材料也可以设为硅酮(Si)、二氧化硅(SiO₂)、氮化硅酮(SiN)或蓝宝石(Al₂O₃)。振动层23也可以层叠包含互相不同的材料的多个层而构成。例如，振动层23也可以利用硅酮层和与其上表面和/或下表示面重叠的SiO₂层来构成。

(第1导体层以及第1电极)

在图示的例子中，第1导体层25仅包括第1电极31。第1电极31被设为具有遍及多个压电元件15的面积的共同电极。共同电极例如形成为遍及元件基板19的大致整体的实心状，其厚度大体一定。第1电极31例如经由贯通压电体层27的未图示的贯通导体，电连接于配置在与平板元件11的袋9相反的一侧的未图示的布线(例如线缆)。

第1导体层25的材料例如可以被设为适当的金属。例如，可以使用金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、白金(Pt)、铝(A1)、镍(Ni)、铜(Cu)或铬(Cr)或包含它们的合金。第1导体层25也可以层叠包含互相不同的材料的多个层而构成。此外，第1导体层25的材料也可以是对包含如所述的那样的金属的导电膏进行烧成而获得的材料。即，第1导体层25的材料也可以包含玻璃粉末和/或陶瓷粉末等添加剂(在另外的观点中是无机绝缘物)。

(压电体层)

压电体层27例如沿元件基板19的大致整体而扩展。换言之，压电体层27形成为遍及多个压电元件15的面积的实心状。压电体层27的厚度大体一定。

压电体层27的材料既可以是单晶，也可以是多晶，既可以是无机材料，也可以是有机材料，既可以是、也可以不是强电介质，既可以是、也可以不是热电体。作为无机材料，例如可举出钛酸锆石酸铅系材料以及非铅系无机压电材料。作为非铅系无机压电材料，例如可举出钙钛矿型化合物材料。作为有机材料，例如可举出PVDF(聚偏氟乙烯)。

此外，压电体层27的材料例如也可以被设为压电磁器板(在另外的观点中是烧结体)，也可以被设为压电薄膜。压电磁器板是利用具有压电性的多个晶粒(以及晶界)构成的板状的无机多晶体，也称为压电陶瓷板。构成压电磁器板的晶粒的通常纵横比较小，并且各向同性地分布。所谓压电薄膜，是具有压电性的薄膜状的无机单晶体、无机多晶体或有机材料(聚合物)。多晶体的压电薄膜通常利用在厚度方向上延伸的柱状晶构成。压电薄膜通常具有较高的取向性，因此具有较高的压电特性。

关于压电体层27，例如至少在构成压电元件15的区域中，极化轴(对于单晶也称为电轴或X轴。)成为与压电体层27的厚度方向(第1电极31和第2电极33的对置方向)大体平行。另外，压电体层27之中构成压电元件15的区域以外的区域既可以被极化，也可以未被极化。此外，在被极化了的情况下，既可以与构成压电元件15的区域在同样的方向上被极化，也可以在不同的方向上被极化。

(第2导体层以及第2电极)

第2导体层29例如可以除上述的多个第2电极33以外，还具有与多个第2电极33连接的未图示的布线。多个第2电极33例如经由第2导体层29包括的未图示的布线，电连接于配置在与平板元件11的袋9相反的一侧的未图示的其他布线(例如线缆)。

多个第2电极33例如被设为针对每个压电元件15设置的单独电极。在此所说的单独电极意味着设为多个电极互相分离的形状，不需要设为能够赋予互相单独的电位。例如，2个以上的第2电极33(例如1个平板元件11内的所有第2电极33)可以互相连接。连接例如既可以通过第2导体层29具有的未图示的布线来实现，也可以通过其他手段(例如焊丝)来实现。另外，多个第2电极33也可以被设为能够单独地、或针对包括2个以上的第2电极33的每个组，赋予互相不同的电位。

第2电极33的平面形状以及大小可以被设为适当的形状。例如，第2电极33的平面形状既可以是与压电元件15的平面形状(空腔21c的开口形状)相似的形状或类似的形状，也可以是不同的形状。此外，例如，在俯视下，第2电极33的外缘相对于空腔21c的开口缘部，既可以是其整体位于内侧，也可以是其整体大体一致，还可以是其整体位于外侧，也可以是仅一部分一致或位于内侧。在本实施方式中，第2电极33是相比于圆形的空腔21c的开口缘部位于内侧的圆形。

第2导体层29的材料既可以与第1导体层25的材料相同，也可以与其不同。此外，在任一情况下，上述的第1导体层25的材料的说明均可以在第2导体层29的材料的说明中引用。

(压电元件15的动作)

如果通过第1电极31以及第2电极33，在与极化的朝向相同的朝向上向被它们夹着的压电体层27施加电场，则压电体层27在平面方向上收缩。因为该收缩由振动层23规制，所以压电元件15如双金属材料那样向空腔21c侧挠曲(位移)。反之，如果在与极化的朝向相反的朝向上施加电场，则压电元件15向与空腔21c相反的一侧挠曲。

通过如上述那样的压电元件15的位移，从而在压电元件15的周围的介质(例如流体)中形成压力波。然后，通过将电压呈给定波形变化的电信号(驱动信号)输入到第1电极31以及第2电极33，从而生成反映了该电信号的波形(在另外的观点中是频率以及振幅)的超声波。

换言之，上述的挠曲变形的振动是在压电元件15中，俯视的中央成为振动的中心，并且外缘(例如空腔21c的缘部附近)成为振动的节点的1次模式的面外振动(屈曲振动)。关于该振动，压电元件15例如构成为谐振频率位于超声波的频带中。谐振频率的设定例如通过构成压电元件15的层的材料的选择(在另外的观点中是杨氏模量以及密度的选择)、和压电元件15的直径以及各层的厚度的设定(在另外的观点中是质量以及弯刚性的设定)等来实现。也可以考虑压电元件15的周围的流体的影响、以及支承压电元件15的部分(例如空腔构件21)的刚性等的影响。

电信号例如可以是对使压电元件15向空腔21c侧位移的电压施加、和使压电元件15向与空腔21c相反的一侧位移的电压施加进行重复的电信号。即，电信号可以是极性(正负)翻转的(电压(电场)的朝向在压电体层27的极化轴的方向上交替地对调的)电信号。此外，例如，电信号也可以是对仅进行使压电元件15向空腔21c侧位移的电压施加、或仅进行使压电元件15向与空腔21c相反的一侧位移的电压施加进行重复的电信号。在该情况下，通过挠曲和基于复原力的挠曲的消除的重复，从而生成超声波。

(空腔构件)

空腔构件21例如在忽略空腔21c来考虑时，是具有遍及多个压电元件15的面积的厚度一定的构件。空腔构件21的材料是任意的，例如既可以是绝缘材料，也可以是半导体材料，也可以是导电材料，既可以是无机材料，也可以是有机材料，也可以是压电体，也可以与元件基板19内的任意层的材料相同。具体地，作为空腔构件21的材料，能够举出金属、树脂、陶瓷。此外，空腔构件21也可以构成为包含多个材料或多个层。例如，空腔构件21也可以在重叠于元件基板19的金属层(包含金属板)对绝缘层进行成膜而构成，也可以利用使环氧树脂含浸于玻璃纤维的环氧玻璃树脂来构成。

空腔21c的形状可以地适当地设定。例如，关于空腔21c的形状，横截面(与元件基板19平行的截面)的形状也可以与空腔21c的贯通方向的位置无关地是一定的形状(图示的例子)，也可以具有越靠近元件基板19侧直径越大的或越靠近基板19侧直径越小的锥面。在本实施方式的说明中，将元件基板19之中与空腔21c重叠的区域设为压电元件15，所以对于上述的压电元件15的平面形状的说明可以在空腔21c的横截面的形状的说明中引用。

空腔21c的深度(贯通方向的长度。在另外的观点中，是空腔构件21的厚度)可以适当地设定。例如，空腔21c的深度相对于空腔21c的直径(在不是圆形的情况下例如是当量圆直径)可以设为1/20以上、1/10以上、1/2以上或1倍以上，并且可以设为10倍以下、5倍以下、1倍以下、1/2以下或1/10以下，所述的下限和上限只要不矛盾，可以适当地组合。

(尺寸等一个例子)

如已描述的那样，在辐射器具3中，超声波的频率以及辐射器具3的各部的尺寸等可以适当地设定。以下，举出一个例子。辐射器具3产生的超声波的频率可以设为0.5MHz以上且2MHz以下。产生部7的直径(圆顶的开口面的直径)可以设为50mm以上且200mm以下。平板元件11的当量圆直径或三角形的平板元件11的1个边可以设为5mm以上且20mm以下。压电元件15的当量圆直径可以设为0.2mm以上且2mm以下。元件基板19的厚度可以设为50μm以上且200μm以下。振动层23的厚度以及压电体层27的厚度的每一个厚度可以在不与所述的元件基板19的厚度矛盾的范围内，设为20μm以上且100μm以下。第1导体层25(第1电极31)以及第2导体层29(第2电极33)各自的厚度可以设为0.05μm以上且5μm以下。

(袋)

返回图1，袋9的形状、大小以及材料可以适当地设定。例如，袋9的形状可以设为球形等作为整体向外侧膨胀的形状。此外，例如在辐射器具3以人体的特定的部位为对象的情况下，也可以是与该特定的部位的凹部和/或凸部匹配地具有凸部和/或凹部的形状。

袋9的材料至少具有不让液体LQ穿过的性质(所谓的防水性)以及可挠性。此外，袋9的材料也可以是弹性体。例如，作为袋9的材料，可以使用热固化性弹性体(所谓的橡胶)、热塑性弹性体(狭义的弹性体)以及不包含这些弹性体的树脂(狭义的树脂。不过，具有可挠性)。作为热固化性弹性体，能够举出加硫橡胶(狭义的橡胶)以及热固化性树脂系弹性体。

如上述那样，袋9至少在超声波装置1的使用时封入有液体LQ。袋9(辐射器具3)例如也可以在流通阶段封入有液体LQ，也可以在使用时封入液体LQ。此外，袋9(辐射器具3)例如既可以具有、也可以不具有用于将液体LQ供给到袋9内(和/或从袋9内排出)的能够开闭的端口。对于端口的开闭构造，可以利用公知的各种构造。

袋9在产生部7侧具有开口9a。而且，产生部7之中包括辐射面7a的一部分经由开口9a而与袋9内的液体LQ相接。另一方面，产生部7的包括与辐射面7a相反侧的面的一部分不与袋9的液体LQ相接，与辐射器具3的周围的气体(例如空气)相接。

用于降低来自开口9a的缘部与产生部7之间的液体LQ的泄漏的构造可以设为公知的各种密封构造。例如，也可以设为袋9以及产生部7通过粘接剂粘接、通过袋9以及产生部7的至少一者的熔融而焊接/熔敷等，从而紧密地接合。此外，例如，在袋包含弹性体的情况下，也可以在产生部7的外周面推压袋9的开口9a附近的内周面的状态下，利用带子或环状的紧固具从外侧将袋9的开口9a附近紧固。此外，例如，也可以在产生部7的外周面推压袋9的开口9a附近的内周面的状态下，在袋9的开口9a附近从外侧推压环状的垫圈，并利用带子或环状的紧固具从其外侧将垫圈紧固。此外，例如，也可以在袋9设置构成开口9a附近的非可挠性的(刚体的)环状的构件，在该环状的构件的内侧设置内螺纹，并在产生部7的外面设置外螺纹，从而使两者螺合。而且，也可以在该螺合的构造适当地配设垫圈。

在图2中，作为产生部7的结构，仅示出了框架13以及平板元件11。袋9例如可以相对于框架13之中的构成患者101侧的开口面的部分而被安装。此外，例如，也可以是，产生部7具有紧密地固定在框架13的构成上述的开口面的部分的未图示的安装用构件，并将袋9安装在该安装用构件。安装用构件例如也可以是比框架13的各部粗的框状的构件，也可以是覆盖框架13的与患者101相反的一侧的筐体状的构件。在图1的示意图中，产生部7和开口9a的连接位置位于辐射面7a和其背面之间，但连接位置也可以相比于辐射面7a位于患者101侧等，也可以相比于辐射面7a的背面位于与患者101相反的一侧。此外，袋9也可以相对于产生部7向与患者101相反的一侧绕入，液体LQ也可以相对于产生部7向与患者101相反的一侧绕入。在该情况下，例如，只要设置包围压电元件15的第2面15b的覆盖体，并使压电元件15的第2面15b远离液体LQ的构造即可。

(压电元件的周围的流体)

图5是将图4的一部分放大而示出的图。如根据上述的说明所理解的那样，在压电元件15中，患者101侧的第1面15a与液体LQ相接，其相反侧的第2面15b与气体GS(例如空气)相接。

(装置主体)

返回图1，装置主体5例如具有向辐射器具3输入驱动信号的驱动控制部41、使辐射器具3移动的移动部43、受理用户的输入操作的输入部45、和向用户提示信息的输出部47。

驱动控制部41例如经由线缆49而与产生部7的第1电极31以及多个第2电极33连接。驱动控制部41具有将驱动信号输入到第1电极31以及第2电极33的驱动部51、和控制驱动部51的控制部53。

驱动部51例如通过控制部53将来自商用电源等的电变换为具有指定的波形(例如频率以及电压(振幅))的交流电，并输入到第1电极31以及第2电极33。驱动信号是具有与不希望进行辐射的超声波的频率大体相同的频率，并且具有与不希望的超声波的振幅对应的电压的交流电。驱动信号可以如矩形波(脉冲)、正弦波、三角波或锯齿波那样设为适当的形状。

关于控制部53，虽然未特别图示，但构成为包括计算机，该计算机包括CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)以及外部存储装置等。通过CPU执行存储在ROM和/或外部存储装置的程序，从而构建进行各种控制的功能部。控制部53例如基于来自输入部45的信号，设定驱动部51输出的驱动信号的波形(例如频率以及电压(振幅))，此外，控制来自驱动部51的驱动信号的输出的开始以及停止。

关于移动部43，虽然未特别图示，但例如构成为包括对辐射器具3进行保持的保持机构、和赋予用于使辐射器具3在该保持机构移动的动力的驱动源(例如电机)。这样的移动部43例如可以设为与多关节机器人、水平多关节机器人或正交机器人同样的结构。移动部43基于来自控制部53的控制指令使辐射器具3相对于患者101而相对移动。该相对移动例如可以包括用于以下的移动：使辐射器具3接近患者101的移动、和/或用于使超声波的焦点位于患部103的定位。控制部53基于来自输入部45的信号，和/或基于来自确定患部103的位置等的未图示的传感器的信号，从而控制移动部43。另外，也可以不设置移动部43、或不设置移动部43之中的驱动源，而通过人力对辐射器具3进行搬运以及定位。

输入部45例如构成为包括键盘、鼠标、机械式开关和/或触摸屏。输入部45例如受理用于设定从辐射器具3辐射的超声波的频率以及振幅的操作、和用于指示超声波的辐射的开始以及停止的操作。输出部47例如构成为包括显示装置和/或扬声器。输出部47例如提示在当前时间点设定的超声波的频率以及振幅的信息等。

如以上所示，在本实施方式中，超声波辐射器具3具有：产生部7，产生向对象物(患者101)侧照射的超声波；和袋9，将液体LQ封入，以使得液体LQ相对于产生部7位于患者101侧。产生部7具有生成使超声波产生的振动的压电元件15。压电元件15具有面向患者101侧的第1面15a、和面向与患者101侧相反的一侧的第2面15b。此外，压电元件15在从第1面15a到第2面15b之间具有沿着这些面的压电体层27、和与压电体层27的两面重叠的一对电极(第1电极31以及第2电极33)。而且，压电元件15是通过向第1电极31以及第2电极33施加电压，从而产生第1面15a以及第2面15b彼此向同一侧弯曲的挠曲变形的结构。第1面15a露出于袋9内，以使得与液体LQ相接。第2面15b远离液体LQ并与气体GS相接。

因此，例如，因为压电元件15的第1面15a直接与液体LQ相接，所以在压电元件15中产生的振动直接地传导至液体LQ。其结果是，能够经由液体LQ高效地向患者101照射超声波。具体地，在固体介于第1面15a与液体LQ之间的情况下，超声波在第1面15a与固体的界面和/或固体与液体LQ的界面反射、超声波经由固体向第1面15a的平面方向泄漏。然而，在本实施方式中，这样的超声波的反射和/或泄漏被降低。另一方面，因为压电元件15的第2面15b与气体GS相接，所以相较于第2面15b与固体相接的方式，想要抑制第2面15b的挠曲变形的力变小，因而能够高效地产生振动。此外，因为压电元件15的第2面15b与气体GS相接，所以相较于第2面15b与液体相接的方式，能够使产生的超声波向患者101侧的照射量增大。

此外，在本实施方式中，产生部7具有相对于压电元件15位于患者101侧的空腔构件21。空腔构件21具有空腔21c，该空腔21c从第1面15a侧向患者101侧贯通，并使第1面15a向袋9内露出。

在该情况下，例如，从第1面15a向相对于第1面15a的法线较大地倾斜的方向的波被空腔21c的内面遮挡(例如被反射。)。因此，能够提高从平板元件11辐射的超声波的指向性的程度。其结果是，例如，超声波被高效地照射向希望的位置。

此外，在本实施方式中，产生部7具有包括多个压电元件15的元件基板19。空腔构件21相对于元件基板19从患者101侧重叠，具有与多个压电元件15单独地重叠的多个空腔21c。

在该情况下，例如，空腔21c能够降低来自多个压电元件15的超声波互相干扰的可能性。其结果是，例如可降低产生不希望的振幅、频率或方向的超声波成分的可能性。进一步地，例如容易获得希望的治疗效果。此外，因为空腔构件21重叠在元件基板19，所以例如可抑制元件基板19之中的与空腔21c重叠的区域(压电元件15)的周围的振动，有助于使压电元件15的谐振频率提高。其结果是，可将产生作为比较高的频率的声波的超声波、和/或产生即使在超声波的频带中频率也比较高的超声波容易化。

此外，在本实施方式中，产生部7具有平板状的多个平板元件11。各平板元件11具有至少1个压电元件15，使得在其平面方向上沿着第1面15a以及第2面15b。多个平板元件11构成通过外缘互相连接且将患者101侧设为凹侧的凹面(辐射面7a)。

在该情况下，例如，产生部7能够使超声波向凹面的曲率中心侧聚焦。此外，平板元件11能够通过与制作通常的电路基板等的方法同样的方法来制作。其结果是，制造成本被削减。此外，例如，可将相对于比较宽的照射区域(患部103)均等地照射聚焦的超声波容易化。

图6的(a)以及图6的(b)是用于说明向上述的较宽的照射区域的照射的效果的示意图。具体地，图6的(a)以及图6的(b)示意性地示出了本实施方式以及比较例中的超声波的聚焦的样子。

首先，作为比较例，如图6的(b)所示，考虑具有曲面状的辐射面151a的元件151。辐射面151a例如利用一块板状的透镜构件构成，在透镜构件的背后排列有相当于多个压电元件15的构件(未图示)。而且，透镜构件使多个压电元件15产生的超声波聚焦在焦点P1。焦点P1理论上是点，将超声波聚焦在比较窄的范围。

另一方面，如图6的(a)所示，从平板元件11照射的超声波以从平板元件11辐射的原本的宽度(光束的宽度)向聚焦区域R1照射。然后，将多个平板元件11的超声波聚焦。因此，聚焦区域R1理论上成为具有与从平板元件11辐射的超声波的宽度相同程度的宽度的区域。而且，在该聚焦区域R1的宽度内，超声波的强度大体等同。根据患部103的大小以及疾病的种类等，这样的聚焦区域R1的形成是高效和/或安全的。

此外，在本实施方式中，多个平板元件11分别具有多个压电元件15，多个压电元件15沿着各平板元件11的平面方向而分布并配置。

在该情况下，容易使从平板元件11辐射的超声波的宽度(波束的宽度)实质性地增大，从而容易获得参照图6的(a)说明的效果。此外，能够接近使压电元件15的挠曲振动的谐振频率产生的超声波的频率，因而能够高效地产生超声波。像这样，通过各平板元件11具有多个压电元件15，能够高效地辐射波束的宽度较宽的超声波。

此外，在本实施方式中，产生部7具有固定多个平板元件11的外缘的框架13。弹性体(包含弹性粘接剂的接合材料17)介于在多个平板元件11与框架13之间。

在该情况下，例如能够降低从压电元件15向框架13传导的振动。其结果是，产生部7整体的无用的振动被降低。进一步地，例如，能够使不对治疗起作用的不舒适的振动向患者101传导、在辐射器具3中产生可听域的异常音的可能性下降。

(变形例)

以下，对变形例进行说明。在变形例的说明中，基本上仅对与实施方式的不同部分进行说明。对于未特别提及的事项，可以设为与实施方式相同。此外，为了方便说明，对于与实施方式的结构对应的结构，有时即使有不同点也标注相同的符号。

图7的(a)是示出变形例涉及的平板元件211的结构的对应于图4的图。

在实施方式的说明中，对多个第2电极33(单独电极)可以设为彼此相同的电位这一点进行描述。因此，如图7的(a)所示，第2电极233也可以与第1电极31同样地设为共同电极。即，第2电极233也可以设为遍及多个压电元件15而延展的实心状图案。第2电极233例如具有与元件基板219等同的面积。虽然未特别图示，但也可以是，将第1电极设为单独电极，并与图4的多个第2电极33或图7的(a)的第2电极233组合。

此外，在图7的(a)所示的变形例中，在与患者101相反的一侧也设置有空腔构件221。空腔构件221是与空腔构件21同样的结构，具有与压电元件15重叠的空腔221c。在设置这样的空腔构件221的情况下，既可以设置(图示的例子)、也可以不设置患者101侧的空腔构件21。此外，该空腔构件221也可以取代第2电极233而与实施方式的第2电极33(单独电极)组合。此外，空腔构件221也可以经由框架13和接合材料17而被接合。

图7的(b)是示出另一变形例涉及的平板元件311的结构对应于图4的图。

如该图所示，平板元件311也可以仅具有1个压电元件15。在另外的观点中，第1电极31以及第2电极333也可以被视为单独电极以及共同电极这样的概念。另外，在图示的例子中，第2电极333的面积小于元件基板319的面积，但也可以与图7的(a)的变形例同样地设为与元件基板319的面积等同。

此外，在该变形例中，未设置空腔构件21。换言之，平板元件311仅由元件基板319构成。在图示的例子中，压电元件315例如将与框架13的固定部分作为振动的节点而产生挠曲变形的振动。当然，在平板元件311仅具有1个压电元件15的情况下，也可以设置具有与该1个压电元件15重叠的1个空腔的空腔构件。

在以上的实施方式以及变形例中，患者101或患部103是对象物的一个例子。辐射面7a是凹面的一个例子。接合材料17是弹性体的一个例子。

本公开涉及的技术不限定于以上的实施方式以及变形例，可以设为作为各种方式来实施。

例如，超声波辐射器具以及超声波装置不限定于在治疗中使用。例如，也可以在拍摄得到患者的截面二次图像的超声波诊断装置中利用。此外，例如，不限于医疗的领域，可以在各种领域中，利用于能量的赋予和/或距离的测定。

介于平板元件与框架之间的弹性体不限定于弹性粘接剂。例如，平板元件以及框架也可以相对于介于平板元件与框架之间的不是弹性粘接剂的弹性体，分别通过粘接剂等而被固定。

根据本公开涉及的技术，能够提取出不以袋为前提的以下的概念。

(概念1)

一种超声波辐射器具，具有：产生部，产生向对象物侧照射的超声波，

所述产生部具有面向所述对象物侧的平板状的多个平板元件，

所述多个平板元件构成通过其外缘互相连接且以所述对象物侧为凹侧的凹面，

所述多个平板元件分别包括至少1个压电元件，该至少1个压电元件在各平板元件所面向的方向上振动，使超声波产生。

符号说明

1…超声波装置，3…超声波辐射器具，7…产生部，9…袋，15…压电元件，15a…第1面，15b…第2面，17…压电体层，31…第1电极(电极)，33…第2电极(电极)，101…患者(对象物)，LQ…液体，GS…气体。

Claims

1.一种超声波辐射器具，具有：

产生部，产生向对象物侧照射的超声波；和

袋，将液体封入，以使得所述液体相对于所述产生部位于所述对象物侧，

所述产生部具有生成使超声波产生的振动的压电元件，

所述压电元件具有：

面向所述对象物侧的第1面；和

面向与所述对象物侧相反的一侧的第2面，

并且在所述第1面到所述第2面之间，具有：

沿着所述第1面以及所述第2面的压电体层；和

与所述压电体层的两面重叠的一对电极，

所述压电元件是通过向所述一对电极施加电压，从而生成所述第1面以及所述第2面向彼此相同侧弯曲的挠曲变形的结构，

所述第1面在所述袋内露出，以使得与所述液体相接，

所述第2面远离所述液体并与气体相接。

2.根据权利要求1所述的超声波辐射器具，其中，

所述产生部具有空腔构件，所述空腔构件相对于所述压电元件位于所述对象物侧，

所述空腔构件具有空腔，所述空腔从所述第1面侧向所述对象物侧贯通且使所述第1面向所述袋内露出。

3.根据权利要求2所述的超声波辐射器具，其中，

所述产生部具有包括多个所述压电元件的元件基板，

所述空腔构件具有多个所述空腔，多个所述空腔相对于所述元件基板从所述对象物侧重叠，并与所述多个压电元件单独地重叠。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波辐射器具，其中，

所述产生部具有平板状的多个平板元件，

所述多个平板元件分别具有至少1个所述压电元件，使得所述第1面以及所述第2面沿着各平板元件的平面方向，

所述多个平板元件构成通过外缘互相连接且以所述对象物侧为凹侧的凹面。

5.根据权利要求4所述的超声波辐射器具，其中，

所述多个平板元件分别具有沿着各平板元件的平面方向而分布并配置的多个所述压电元件。

6.根据权利要求4或5所述的超声波辐射器具，其中，

所述产生部具有所述多个平板元件的外缘被固定的框架，

弹性体介于所述多个平板元件与所述框架之间。

7.一种超声波装置，具有：

权利要求1～6中任一项所述的超声波辐射器具；和

驱动控制部，将具有超声波的频带内的频率的交流电压施加到所述一对电极。