JP2005349104A - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波探触子のサイズを大きくすることなく、操作性に優れた超音波探触子を提供し、また、それを用いた超音波診断装置によって画質の良好な超音波画像を提供する。
【解決手段】 マトリクス状に２次元配列された超音波振動子１と、柔軟性を有し、マトリクスの各行又は各列に配列される超音波振動子に対応して電気的に接続される複数の配線束５と、複数の配線束と電気的に接続される配線基板３とを備え、配線基板の１枚あたりに少なくとも２つの配線束を接続する構成を有し、使用する配線基板の枚数を削減するとともに、柔軟な配線束の変形により不要な空間を除去しながら超音波探触子としてケースに格納することが可能であり、超音波探触子のサイズが拡大することを抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、診断、治療などの医療分野や、非破壊検査などの産業用分野で利用される超音波探触子に関するもので、特に超音波振動子がマトリクス状に２次元配列された超音波探触子と、超音波探触子により被検体から検出した信号に基づいて超音波診断画像を得る超音波診断装置に関する。

近年、圧電振動子をマトリックス状に２次元配列した超音波探触子を用いて、走査方向に加えてスライス方向にもダイナミックフォーカスなどの手法を用いることで超音波画像の画質を向上させたり、あるいは電子的な制御によって超音波ビームを３次元に走査し３次元超音波画像を作成する装置が開発されてきている。

圧電振動子をマトリックス状に２次元配列した超音波探触子を実現する手段として、図５に示すように、２次元に配列されて超音波を送受信するための、例えばエポキシ樹脂などからなる音響整合層と、例えばＰＺＴからなる圧電体とから構成される超音波振動子１と、超音波振動子１を支持するとともに不要な超音波信号を減衰させるための、例えばエポキシ樹脂、樹脂バルーン、タングステンなどの金属粉体との複合材料から構成される背面負荷材２と、２次元に配列された超音波振動子１の各列あるいは各行に対応して、超音波の送受信信号をやりとりするために接続されるＩＣなどの回路部品を実装した配線基板３と、超音波振動子１ごとに背面負荷材２を通過して導出された不図示の信号線と配線基板３とを電気的に接続するための中継基板４とを備え、中継基板４は、その内部の配線の引き回しによって、配線基板３へ信号線を取り出すピッチを超音波振動子１の配列ピッチよりも広げて接続する構成が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
特開２００１−２９２４９６号公報（第１７頁、図１７）

しかしながら、上述したように２次元に配列された超音波振動子１を有する従来の超音波探触子において、中継基板４は信号線を取り出すピッチを超音波振動子１の配列ピッチよりも広げているため、中継基板４の面積は超音波振動子１の占有面積よりも広くなってしまう。超音波探触子は、超音波振動子１と中継基板４及び配線基板３をケース内に格納した構造をとるが、中継基板４や配線基板３の格納位置は操作者が超音波探触子を把持する箇所と一致するため、中継基板４の面積が広いと、超音波探触子サイズ、特に太さが太くなってしまう。

例えば、超音波振動子１の配列ピッチが０．３ｍｍで６４列並んだと仮定した場合に、超音波振動子１が占有する面は、一辺が０．３×６４＝１９．２ｍｍの四角形となる。一方、２つの素子配列の信号線を１枚の配線基板３で取り出すと仮定し、また、中継基板４の基板素体の厚みを０．５ｍｍ、実装回路部品の厚みを同じく０．５ｍｍと仮定した場合には、中継基板４としては、その一辺を（０．５＋０．５）×６４／２＝３２ｍｍ以上確保する必要があり、１辺あたり１．７倍程度の幅をとってしまう。結果的に、超音波探触子を把持する部分が太くなることによって操作性の低下を招く恐れがある。そして、操作性の低下した超音波探触子を用いた装置では画質の良好な超音波画像を取得することが難しくなる。

本発明は、従来の問題を解決するもので、超音波探触子のサイズ、特に太さを太くすることなく操作性に優れた超音波探触子を提供すること、及び、それを用いて画質の良好な超音波画像を提供することができる超音波診断装置を得ることを目的とする。

前述の従来の課題を解決するために、本発明に係る超音波探触子は、マトリクス状に２次元配列された超音波振動子と、柔軟性を有し、マトリクスの各行又は各列に配列される前記超音波振動子に電気的に接続される複数の配線束と、前記複数の配線束と電気的に接続される配線基板とを備えたものである。

この構成により、使用する配線基板の枚数を削減することが可能であると同時に、複数の柔軟な配線束を重ねた形で配線基板に接続することで、配線束の変形により配線束間あるいは配線束と配線基板との間に形成される不要な空間を極力除去しながら超音波探触子としてケースに格納することが可能となり、超音波探触子サイズ、特に太さが太くなることを抑制することができる。このため、操作性に優れた超音波探触子を提供し、それを用いた超音波診断装置によって画質の良好な超音波画像を提供することができる。

本発明の超音波探触子及び超音波診断装置によれば、超音波探触子サイズ、特に太さが太くなることを抑制することができるため、操作性に優れた超音波探触子を提供し、それを用いた装置によって画質の良好な超音波画像を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超音波探触子の概略図である。図１において、図５と同じ構成要素については同じ符号を用いその説明を省略する。図１に示すように、超音波振動子１は、マトリクス状に２次元配列され、超音波振動子１の各列あるいは各行に対応した位置には、柔軟性を有する、例えばフレキシブルケーブル基板やリード線束などで構成された配線束５が配置され、配線束５の一端は、超音波振動子１の図示しない信号電極と電気的に接続され、他端は、背面負荷材２を貫通して伸長している。配線束５が背面負荷材２を貫通する構成は、例えば配線束５と背面負荷材２を交互に積層して接合させたり、あるいは複数配列させる配線束５の隙間に背面負荷材２を流し込み硬化させることによって実現することが可能である。また、配線基板３には、超音波の送受信信号を処理するためのＩＣなどの回路部品が実装されるとともに、配線束５と電気的に接続させるためのコネクタ端子６が備えられている。

配線束５は、超音波振動子１の各列あるいは各行に対応して隣り合う配線束５の間でその長さが順次変化する。具体的には、配線基板３に接続される配線束５の位置関係によって、配線基板３に近い配線束５ほどその長さが短く、遠くなるにつれて配線束５の長さが順次長くなるように変化させておく。配線基板３上のコネクタ端子６は、その間隔と位置が配線束５の長さの変化に応じて決定され、対応する配線束５と接続することができる。このとき、配線束５の長さは、配線基板３上のコネクタ端子６との接続作業の作業性を考慮し、かつ配線基板３と接続後の配線束５の変形の自由度を確保するために、配線基板３上のコネクタ端子６の位置や間隔から導き出される長さよりも長い方が好ましい。

この構造によって、配線基板３の枚数を従来より格段に削減することが可能となるとともに、複数の柔軟な配線束５を配線基板３の厚み方向に重ねた形で電気的接続を確保していることで、配線束５の変形を活用して配線束５間あるいは配線束５と配線基板３との間に形成される不要な空間を極力除去しながら超音波探触子として図示しないケースに格納することが可能であり、超音波探触子サイズ、特に太さが太くなることを抑制し、操作性が良好な超音波探触子を実現できる。

なお、図１は、一枚の配線基板３を用いて、片側の面上に２つの配線束５を接続し、もう片側の面で残り６つの配線束５を接続する場合について示したものであるが、使用する配線基板３の数や、配線基板３上の配線束５の接続位置、配線基板３あたりの配線束５の接続数が変化してもよく、この変化は本発明を逸脱するものではない。

また、図１では、柔軟性を有する配線束５が背面負荷材２を貫通して超音波振動子１に電気的に直接接続している場合について説明したが、例えば細径ピンやワイヤーなどの硬質な導電性材料を用いて背面負荷材２を貫通させて信号線を導出しておき、そこから柔軟性のある、例えばフレキシブルプリント基板やリード線束などを接続して配線束５を構成して配線基板３と接続してもよい。

また、図１では、配線束５と配線基板３との接続にコネクタ端子６を使用した場合について説明したが、例えば半田付けや導電性接着剤などによって、直接接続してもよい。

図２は、配線基板３と配線束５との接続部分の断面を示す概略図である。図２に示すように、配線束５の導電部７は、例えば銅箔あるいは銅線から成り、超音波の送受信信号を伝達させる部分となる。導電部７は絶縁部９を介してシールド部８で覆われており、シールド部８は、例えば銅箔あるいは銅ペースト、銅メッシュから成り、導電部７から漏れる雑音や外部から導電部７へ飛び込んでくる雑音を除去する作用を有する。また、絶縁部９は、導電部７とシールド部８の絶縁を確保するために形成され、例えばポリイミドやテフロン（登録商標）、ガラスエポキシなどから成る。さらに、図２では、配線基板３と接する側のシールド部８の表面にも絶縁部９を形成し、配線基板３との短絡及び隣接する配線束５との短絡を防止する構成をとっている。

この構成によって、複数の配線束５と配線基板３を接続した際に、近接する配線束５間及び配線束５と配線基板３間での送受信信号の飛び込み雑音と外部からの飛び込み雑音を防止することで、超音波の送受信信号のＳ／Ｎ比を高めることができ、この超音波探触子を用いた超音波診断装置による超音波画像の画質を向上させることができる。

なお、図２では、シールド部８を両面に施した構成としたが、どちらか一方の面側のみにシールド部８を設けた構成であってもＳ／Ｎ比として十分な性能を確保できればよく、本発明を逸脱するものではない。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における超音波探触子の概略図であり、（ａ）は全体概略図、（ｂ）は（ａ）に記載の矢印Ａの方向から見た概略図である。図３において、図５及び図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。なお、図２で説明した配線基板３と配線束５との接続については、図３に示した実施の形態２における超音波探触子でも同様である。

図３において、超音波振動子１の配列の行又は列に対応して設けられた配線束５は、配線基板３上のコネクタ端子６と接続する際に、配線束５の横幅を約１／２として、かつ２つの隣り合う配線束５でコネクタ端子６との接続位置を横方向にずらして接続した構成となっている。

この構成は、図１に示した配線束５の長さを変化させることで、配線基板３に対して縦方向（長手方向）に複数の配線束５を接続するようにした構成に加えて、横方向（幅方向）にも複数の配線束５を接続することが可能な構成であり、配線基板３の１枚あたりに接続できる配線束５の数を増加させ、使用する配線基板３の枚数をより削減することができる。したがって、超音波探触子のサイズの拡大をより効率的に抑制することができるものであり、これにより操作性の良好な超音波探触子を実現できる。

なお、図３では、配線基板３に対して横方向（幅方向）に２つの配線束５を接続するように、配線束５の幅を約１／２とし、かつ配線束５のコネクタ端子６との接続位置を横方向にずらした構成について説明したが、配線束５の幅をさらに小さくして、横方向（幅方向）に３つ以上の配線束５を接続するようにすれば、さらに配線基板３の枚数の削減が実現でき、このような変更は本発明の内容を逸脱するものではない。

また、図３では、配線基板３の一方の面上ですべての配線束５と接続する場合について説明したが、両方の面上で接続する構成にしても構わない。さらに、図３では、一枚の配線基板３にすべての配線束５を接続する構成について説明したが、操作性を損なわない超音波探触子のサイズの範囲内であれば配線基板３の枚数を２枚以上使用しても、本発明を逸脱しない。

また、図３では、配線束５の長さを変化させて配線基板３の縦方向（長手方向）に複数の配線束５を接続する構成と、配線束５の幅を小さくし、かつコネクタ端子６との接続位置を横方向にずらすことで、配線基板３の横方向（幅方向）に複数の配線基板３を接続する構成とを組み合わせた場合について説明したが、超音波振動子１の２次元配列の配列数によっては組み合わせる必要はなく、配線束５の幅を小さくし、かつコネクタ端子６との接続位置を横方向にずらす構成によって、配線基板３の横方向（幅方向）への配線束５の接続数を増やす構成のみでも十分本発明の効果は得られる。

本実施の形態１及び実施の形態２において、配線束５としてフレキシブルケーブル基板を使用することは、厚みが薄く柔軟性に富んでいるため、複数枚重ね合わせた場合に占有する厚みも少なく、変形もしやすいため、超音波探触子のサイズの拡大抑制の効果が大きい。加えて、超音波振動子１の配列の行又は列に対応する複数の信号線を一体構造で取り出すことができるために、背面負荷材２と積層して接合する場合、あるいは隙間に背面負荷材２を流し込む場合などの作成面でも取り扱いやすく優位性がある。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る超音波診断装置を示す概略図である。この超音波診断装置は、上述した実施の形態１と実施の形態２で示したマトリクス状に２次元配列された超音波振動子を備えた超音波探触子１０と、超音波探触子１０から超音波を送信するための駆動信号を出力し、かつ超音波探触子１０で受信された超音波信号を信号処理して超音波診断画像を構築する超音波診断装置本体１１から構成されるものである。

この構成によれば、２次元に配列された超音波振動子を有する超音波探触子１０において、そのサイズの拡大を抑制し、操作性の良好な超音波探触子１０を用いることによって、高画質な超音波画像を取得することが可能な超音波診断装置を実現することができる。

本発明によれば、超音波探触子のサイズの拡大を抑制することができるため、操作性に優れた超音波探触子を提供し、それを用いた超音波診断装置によって画質の良好な超音波画像を提供することができるという効果を有し、診断、治療などの医療分野や、非破壊検査などの産業用分野で広く利用される超音波探触子として有用である。

本発明の実施の形態１における超音波探触子の概略図 本発明の実施の形態１における配線基板と配線束との接続部分の断面の概略図 本発明の実施の形態２における超音波探触子の概略図 （ａ）：全体概略図 （ｂ）：（ａ）に記載の矢印Ａの方向から見た概略図 本発明の実施の形態３に係る超音波診断装置の概略図 従来の超音波探触子の概略図

符号の説明

１ 超音波振動子
２ 背面負荷材
３ 配線基板
４ 中継基板
５ 配線束
６ コネクタ端子
７ 導電部
８ シールド部
９ 絶縁部
１０ 超音波探触子
１１ 超音波診断装置本体

Claims (7)

1. マトリクス状に２次元配列された超音波振動子と、
   柔軟性を有し、マトリクスの各行又は各列に配列される前記超音波振動子に電気的に接続される複数の配線束と、
   前記複数の配線束と電気的に接続される配線基板とを、
   備えた超音波探触子。
2. 前記複数の配線束は、前記超音波振動子の行又は列に対応して隣接する配線束間で順次変化する長さを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記配線基板は、前記配線基板の長手方向に沿って前記複数の配線束を接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探触子。
4. 前記配線基板は、前記配線基板の幅方向に沿って前記複数の配線束を接続することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
5. 前記配線束の少なくとも前記配線基板に近い側の表面にシールド部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
6. 前記配線束は、フレキシブルケーブル基板であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の超音波探触子。
7. マトリクス状に２次元配列された超音波振動子を備えた超音波探触子により検出される被検体の検出信号に基づいて超音波診断画像を得る超音波診断装置において、
   前記超音波探触子として、請求項１から６のいずれか１つに記載の超音波探触子を用いることを特徴とする超音波診断装置。