JP2013063199A - 超音波プローブおよび超音波画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波を良好に受発信できる超音波プローブおよび超音波画像診断装置を提供すること。
【解決手段】開口部２１１を有するセンサーアレイ基板２と、センサーアレイ基板２上に設けられて、開口部２１１を閉塞する支持膜３と、支持膜３の厚み方向から見る平面視において、開口部２１１の内側領域に設けられ、支持膜３上に形成される圧電体と、平面視において、少なくとも開口部２１１が形成される領域において、支持膜３との間で、外部空間から密閉される第１空間Ｓ１を形成するとともに、開口部２１１に対向して、被検体に接触可能な接触部５２２を備える第１樹脂部５２と、第１空間Ｓ１に連通し、外部空間から密閉される第２空間Ｓ２を形成する第２樹脂部５３と、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に充填される超音波伝達媒体６と、を備える。第２樹脂部５３の少なくとも一部には、支持膜３の膜厚方向の剛性よりも小さい剛性の可撓部５３２が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検体に超音波を送信し、その反射波（エコー）を受信する超音波プローブ、および、その超音波プローブを備える超音波画像診断装置に関する。

従来、超音波を受発信する超音波トランスデューサーを用いて、検査対象の位置や状態などを検出する超音波センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１には、超音波トランスデューサーを備える超音波出力部と、超音波出力部上に設けられる音響インピーダンス整合層とで構成される液体検知ユニット（超音波センサー）が開示されている。この液体検知ユニットでは、超音波出力部の一面側の一部に超音波受発信面が形成されている。また、音響インピーダンス整合層は、超音波出力部の一面側に形成され、超音波出力部と接する面と反対側に、超音波を出力する出力面を有している。この出力面には、流動性結合剤保持凹部が形成され、液体検知ユニットの出力面を容器に接触させる際、流動性結合材保持凹部に流動性結合剤を充填して、出力面を容器に接触させる。
また、超音波出力部の一面側に筒状の凹部形成用部材を設け、この凹部形成用部材の内部に音響インピーダンス層を充填することで、流動性結合剤保持凹部を形成し、出力面を容器に接触させる際、流動性結合材保持凹部に流動性結合剤を充填する構成が開示されている。

特開２００９−２５１７９号公報

ところで、超音波トランスデューサーを用いて生体の状態を検出する場合には、特許文献１に記載の液体ユニットの出力面を生体に接触させて、超音波を受発信することが考えられる。生体の状態を良好に検出するには、出力面を生体に密着させることが好ましい。
しかしながら、上述した特許文献１では、出力面には、流動性結合剤保持凹部が形成されており、この流動性結合剤保持凹部に流動性結合剤を充填して生体と接触させる。この場合、流動性結合剤が流動性結合剤保持凹部から流れ出ると、生体と出力面とを密着させることができなかったり、生体と出力面との間に気泡が生じたりして、気泡により超音波が反射されて正しい検出処理を行えないという問題がある。そこで、凹部を設けず、出力面を平坦にし、生体を出力面に押し付けて密着させることが考えられる。しかしながら、この場合には、生体と出力面とが密着するものの、出力面が内側に撓み、音響インピーダンス層に隣接して設けられた超音波トランスデューサーの超音波受発信面も変形してしまう。
また、筒状の凹部形成用部材を超音波出力部の超音波受発信面が設けられる一面側に形成し、凹部形成用部材の端部に出力面を形成して凹部形成用部材の内部を密閉し、かつこの密閉された凹部形成用部材の内部に液体の音響インピーダンス層を設ける構成も考えられる。しかし、この場合でも出力面に生体を密着させると、出力面の撓みにより液体の音響インピーダンス層の内圧が高くなり、この内圧により超音波受発信面も変形する。
このように、超音波トランスデューサーが変形すると、超音波受発信面の振動の変位量が小さくなり、超音波を良好に受発信できないという問題がある。

本発明の目的は、超音波を良好に受発信できる超音波プローブおよび超音波画像診断装置を提供することにある。

本発明の超音波プローブは、
開口部を有する基板と、
前記基板上に設けられて、前記開口部を覆う支持膜と、
前記支持膜上で、前記支持膜の厚み方向から見る平面視において、前記開口部内に設けられる圧電体と、
前記平面視において、前記開口部を含む第１空間を形成する第１樹脂部と、
前記第１空間に連通する第２樹脂部と、
前記第１空間、前記第２空間、及び、前記第１空間と前記第２空間との連通部、に充填される液体と、を備え、
前記第１空間の容積、及び、前記第２空間の容積を変化させるように、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部は変形可能であることを特徴とする。

本発明では、第１樹脂部を人体等の被検体に押し当てた場合、第１樹脂部は変形し、第１空間内の液体は第２空間に流れる。すなわち、検査時に超音波プローブを動かしても、常に被検体と第１樹脂部との密着性が良好になる。
従って、被検体が第１樹脂部に密着され、第１空間内の内圧が高くなった場合でも、支持膜の変形を抑制できる。したがって、圧電体に電圧を印加して支持膜を振動させる場合や、超音波を支持膜で受信して振動させる場合に、支持膜の振動が減衰せず、超音波を良好に受発信できる。

本発明の超音波プローブにおいて、
前記開口部は同じ面積で、一定の間隔で複数設けられ、各々の前記開口部内に前記圧電体が配置される、
ことが好ましい。

本発明では、開口部を覆う支持膜が振動することで、超音波を送信及び受信することができる為、超音波の反射波（エコー）の画像を取得する場合、同じ面積で一定の間隔で配置することで、高精度の画像を取得することができる。

本発明の超音波プローブにおいて、
前記基板の開口部は、前記基板の厚み方向に貫通して形成され、
前記支持膜は、前記基板の一面側を覆い、
前記第１樹脂部は、前記支持膜に対して開口するとともに、この開口端が前記基板の一面側と反対側の他面側に接続されることで前記第１空間を形成する第１凹部を有し、
前記第２樹脂部は、前記支持膜に対して開口するとともに、この開口端が前記基板の他面側に接続されることで前記第２空間を形成する第２凹部を有することが好ましい。

ところで、各凹部の開口端が基板の一面側を覆う支持膜に接続されている場合において、検査対象を基板の開口部に対向する第１樹脂部に対して強く密着させると、その当接部が支持膜に接触し、支持膜に設けられた圧電体に接触するおそれがある。これにより、支持膜や圧電体を破損することがある。
本発明では、第１樹脂部の第１凹部及び第２樹脂部の第２凹部の開口端は、支持膜が覆っていない側の基板の他面側に接続されている。このため、第１空間は、第１凹部の内部に加えて、開口部の内側領域も含んで形成される。そして、検査対象が、第１樹脂部に対して強く密着し、その当接部が押圧されて支持膜側に大きく撓んだ場合、当接部が基板に接触することとなる。すなわち、当接部が支持膜や圧電体に接触することがなく、支持膜や圧電体が破損することを防止できる。

本発明の超音波プローブにおいて、
前記第２樹脂部の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段により前記第２樹脂部の変位を検出すると、前記圧電体への電圧印加処理、または、前記圧電体から出力される信号の検出処理を実施する超音波受発信手段とを備えることが好ましい。

本発明では、第２樹脂部の変位を検出する変位検出手段を備えている。このため、変位検出手段が第２樹脂部の変位を検出すると、検査対象が当接部に当接したことを検出できる。したがって、変位検出手段により、検査対象の当接を検出した後、超音波受発信手段により超音波の受発信を実施することで、検査対象に対して確実に超音波を到達させることができる。

本発明の超音波プローブは、
筐体と、
液体が充填される液体充填空間と、
前記液体充填空間の一部を形成し、前記筐体の外側に位置し、柔軟性のある樹脂から成る接触部と、
前記液体充填空間の一部を形成し、柔軟性のある樹脂から成る可撓部と、を備え、
前記接触部から超音波を送受信することを特徴とする。

上記の構成では、液体充填空間が柔軟性のある接触部と柔軟性のある可撓部で形成されているので、被検体に接触部を押し付け、接触部が変形すると、それに倣って可撓部も変形し、常に、被検体と接触部は密着状態を維持することができるので、接触部から超音波を良好に送受信できる。

前述した本発明の超音波プローブにおいて、
前記可撓部は前記筐体の外側に位置しても良い。
この構成にすることで、接触部の変形に伴う可撓部の変形を目視して確認することができる。

前述した本発明の超音波プローブにおいて、
前記可撓部は前記筐体の外側に位置しても良い。
この構成にすることで、作業中に誤って可撓部に触れることがないので、接触部と被検体との密着性を悪くすることがない。

本発明の超音波画像診断装置は、前述した何れかの超音波プローブを備えることを特徴とする。
この発明では、既に説明したとおり、被検体と接触部との密着性が良好になり、高精度のエコー画像を取得することができる。

本発明の第１実施形態に係る超音波画像診断装置の構成を示す概略図。 前記第１実施形態に係る超音波画像診断装置に用いる超音波プローブの要部構成図であり、（Ａ）は実施例を示し、（Ｂ）は図２（Ａ）の変形例を示す図。 前記第１実施形態に係る超音波プローブの要部を模式的に示す断面図。 前記第１実施形態に係る超音波トランスデューサーを示す断面図。 前記第１実施形態に係る超音波トランスデューサーの配置レイアウトを示す模式図。 前記第１実施形態に係る超音波プローブの要部の作用を模式的に示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る超音波プローブの要部の作用を模式的に示す断面図。 前記第２実施形態に係る超音波プローブの要部の変形例の作用を模式的に示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る超音波プローブのブロック図。

［第１実施形態］
以下、本発明に係る第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、超音波画像診断装置３００の構成を示す概略図であり、図２は、その超音波画像診断装置３００に用いる超音波プローブ１００の要部構成図である。図３は、超音波プローブ１００に内蔵される検査装置１に組み込まれる超音波受発信部１０を模式的に示す断面図である。

［超音波画像診断装置の構成］
本実施形態の超音波画像診断装置３００は、図１に示すように、超音波プローブ１００と超音波観測装置２００とから構成される。この超音波プローブ１００は、筐体１００ａ、ケーブル１００ｂ、コネクタ１００ｃを備えている。筐体１００ａには、被検体と接する部分である接触部５２２と、可撓部５３２を備えている。なお、接触部５２２と可撓部５３２は筐体１００ａから外部に露出している。
超音波プローブ１００は、超音波観測装置２００の装置本体２００ａに接続され、オペレーターは操作部２００ｂによって、超音波プローブ１００の駆動条件を設定し、表示モニター２００ｃに被検体のエコー画像が表示される。

超音波画像診断装置に用いる超音波プローブ１００の要部構成図を図２（Ａ）に示す。被検体に接触させる接触部５２２は、柔軟性のある樹脂材５によって形成されている。この接触部５２２と同様に、樹脂材５で可撓部５３２が形成されている。超音波トランスデューサー４の内部には、複数の圧電体４１がアレイ状に配列された超音波トランスデユーサー４が設けられている。そして、超音波トランスデューサー４と樹脂材５によって囲まれる空間Ｓが設けられ、空間Ｓは第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２に区画され、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２は連通空間Ｓ３によって連通されている。この空間Ｓには、液体の超音波伝達媒体６が充填されている。すなわち、空間Ｓは液体充填空間である。
被検体に接触部５２２を押し付けると、接触部５２２は被検体の表面凹凸に倣って変形し、接触部５２２と被検体とを密着させることが可能となり、被検体と超音波トランスデューサー４との間で超音波を伝達させることが可能となる。

超音波トランスデュ−サー４は、圧電体４を駆動及び制御する制御部８と接続されている。本発明の超音波プローブ１００は、少なくとも、接触部５２２、可撓部５３２、空間Ｓ、超音波伝達媒体６、超音波トランスデューサー４、及び制御部８を含む構成になっている。実施例では、接触部５２２と可撓部５３２は同じ樹脂材５で形成されているが、柔軟性のある材料であれば、異なる材料で形成しても良い。
また、図２（Ａ）の実施例では、接触部５２２と可撓部５３２は両方共、筐体１００ａから外部に露出している例を示したが、可撓部５３２は必ずしも外部に露出していない構造であっても良い。本発明の超音波受発信部１０では、接触部５２２を押して変形させると、それに応じて、可撓部５３２が膨れるように変形する為、なるべく、可撓部５３２を外部と接触させないように作業することが望ましい。
図２（Ａ）の実施例の変形例を、図２（Ｂ）に示す。この変形例では、可撓部５３２は、筐体１００ａの内部に設けられ、外部から可撓部５３２を触ることができない構成になっている。可撓部５３２が配置される空間である第４空間Ｓ４は、外部と空気孔９で連通している。これにより、作業中に誤って可撓部５３２を押さえつけて、接触部５２２が変形しにくくなり、被検体との密着性が悪くなるといった不具合が防止できる。

［超音波受発信部の構成］
検査装置１の超音波受発信部１０は、図３に示すように、基板としてのセンサーアレイ基板２と、センサーアレイ基板２に積層される支持膜３と、超音波の受発信を行う複数の超音波トランスデューサー４と、支持膜３を覆って支持膜３との間で空間Ｓを形成する樹脂材５と、空間Ｓに充填される液体の超音波伝達媒体６とで概略構成される。なお、超音波トランスデューサー４の構成については、後述する。

センサーアレイ基板２は、複数の超音波トランスデューサー４が配置される領域である第１支持部２１と、第１支持部２１の外周部に隣接する第２支持部２２とで構成され、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）などの半導体形成素材により形成される。また、センサーアレイ基板２には、後述する超音波トランスデューサー４の形成位置に対応し、センサーアレイ基板２の基板面に対して直交する方向から当該センサーアレイ基板２を見た平面視（センサー平面視）で略円形となる開口部２１１が形成されている。なお、この開口部２１１の半径ａとして、例えば５０μｍに形成されている。

また、センサーアレイ基板２上には、支持膜３が一様の厚み寸法で形成される。これにより、開口部２１１は、支持膜３により閉塞される。支持膜３の厚み寸法ｈ₁として、例えば２μｍに形成されている。また、以降の説明において、支持膜３のうち、開口部２１１を閉塞する領域をダイアフラム３０と称する。
具体的には、この支持膜３は、センサーアレイ基板２上に形成されるＳｉＯ₂層と、ＳｉＯ₂層上に形成されるＺｒＯ₂層とを備えた二層構造により形成されている。このような支持膜３は、例えば、Ｓｉにより形成されるセンサーアレイ基板２を熱酸化することでＳｉＯ₂層を形成した後、Ｚｒ層を成膜し、Ｚｒ層を熱酸化してＺｒＯ₂層とすることで形成される。
また、支持膜３は、ＳｉＯ₂層とＺｒＯ₂層とを備えた二層構造であるが、本実施形態での以下の演算では、支持膜３のヤング率Ｅとしては、支持膜３の二層を合わせて、約７０ＧＰａとする。また、上述したように、開口部２１１の半径ａは、５０μｍであるため、ダイアフラム３０の半径ａも同様に、５０μｍであり、面積は７．８５×１０^-3（ｍｍ²）となる。この場合、ダイアフラム３０の曲げ剛性Ｄは、ポアソン比νを０．３として、以下の式（１）から算出すると、５．１３×１０^-8（Ｐａ・ｍ³）となる。
なお、本実施形態では、この開口部２１１として、ダイアフラム３０が撓む際の応力バランスが良好な円形に形成される例を示すが、例えば矩形状や楕円形状に形成される形状としてもよい。

・・・（１）
Ｄ：曲げ剛性（Ｐａ・ｍ³）、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）、ｈ：厚さ寸法（ｍ）、ν：ポアソン比

そして、曲げ剛性Ｄに基づいて、開口部２１１を閉塞するダイアフラム３０の最大撓み量ω_maxは、以下の式（２）から算出すると、１．９×１０^-12×ｑ（ｍ）となる。

・・・（２）
ω_max：最大撓み量（ｍ）、ｑ：単位面積当たりの荷重（Ｐａ）、ａ：開口部、可撓部の半径（ｍ）

樹脂材５は、センサーアレイ基板２上の支持膜３の外周縁に密着して、センサーアレイ基板２を囲んで形成され、センサーアレイ基板２との間で外部空間から密閉される空間Ｓを形成する。そして、空間Ｓには、超音波伝達媒体６が充填されている。この樹脂材５としては、例えば、シリコーンゴムにより形成されている。
より具体的には、樹脂材５は、空間Ｓを第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に区画するとともに、各空間Ｓ１，Ｓ２を連通する連通孔５１１が形成された区画部５１と、区画部５１及び支持膜３とともに、第１支持部２１上に第１空間Ｓ１を形成する第１樹脂部５２と、区画部５１及び支持膜３とともに、第２支持部２２上に第２空間Ｓ２を形成する第２樹脂部５３とを備える。

第１樹脂部５２は、センサーアレイ基板２の第１支持部２１の外周縁上に立設される第１樹脂壁部５２１と、第１支持部２１に対向し、超音波受発信装置１０の一面側に臨む接触部５２２とを備える。ここで、接触部５２２は、第１樹脂壁部５２１の支持膜３から離れる側の端部から、区画部５１の支持膜３から離れる側の端部に亘って、形成されている。すなわち、これらの第１樹脂壁部５２１、接触部５２２、及び区画部５１は、本発明の第１樹脂部を構成し、第１樹脂壁部５２１、接触部５２２、及び区画部５１で形成される部分は、本発明の第１凹部である。また、第１樹脂壁部５２１、接触部５２２、及び区画部５１は、センサーアレイ基板２上に形成される支持膜３との間に、外部空間から密閉された第１空間Ｓ１を形成している。

第２樹脂部５３は、支持膜３上で、第１支持部２１の面外方向に設けられる第２支持部２２の外周縁に沿って立設される第２樹脂壁部５３１と、第２支持部２１に対向し、超音波受発信装置１０の一面側に臨む可撓部５３２とを備える。ここで、可撓部５３２は、第２樹脂壁部５３１の支持膜３から離れる側の端部から、区画部５１の支持膜３から離れる側の端部に亘って、形成されている。すなわち、これらの第２樹脂壁部５３１、可撓部５３２、及び区画部５１は、本発明の第２樹脂部を構成し、第２樹脂壁部５３１、可撓部５３２、及び区画部５１で形成される部分は、本発明の第２凹部である。また、第２樹脂壁部５３１、可撓部５３２、及び区画部５１は、センサーアレイ基板２上に形成される支持膜３との間に、外部空間から密閉された第２空間Ｓ２を形成している。

区画部５１は、上述したように、空間Ｓを第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に区画する部分であり、支持膜３上で、センサー平面視において、第１支持部２１と、第２支持部２２との境界部に沿って形成されている。また、この区画部５１に形成される連通孔５１１は、図３に示すように、支持膜３と区画部５１との間に形成されていたが、区画部５１を貫通させて形成してもよい。また、連通孔５１１が形成される数についても、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２を連通する複数の連通孔５１１が形成される構成であってもよく、例えば、区画部５１の壁面方向（図３において紙面に直交する方向）に沿って長手状となる１つの連通孔５１１が形成される構成であってもよい。

上述したような樹脂材５は、第１樹脂壁部５２１及び第２樹脂壁部５３１の壁厚み寸法Ｔは、例えば１ｍｍに形成され、接触部５２２及び可撓部５３２の厚み寸法ｈ₂も同様に、１ｍｍに形成されている。また、樹脂材５が支持膜３を覆う高さ寸法Ｈ（第１樹脂壁部５２１、第２樹脂壁部５３１、及び区画部５１の支持膜３からの高さ寸法Ｈ）は、２ｍｍである。また、センサー平面視において、接触部５２２のサイズは、３ｍｍ×３ｍｍに形成され、可撓部５３２のサイズは、３ｍｍ×２ｍｍに形成される。すなわち、可撓部５３２の面積は、６（ｍｍ²）となる。また、上述したように、樹脂材５としては、シリコーンゴムが用いられるが、このシリコーンゴムの常温でのヤング率Ｅは、常温から人体の体温の温度条件下で、約４．０×１０⁶（Ｐａ）となる。この場合、可撓部５３２の曲げ剛性Ｄは、ポアソン比νを０．５として、上述の式（１）を用いて算出すると、４．４４×１０^-4（Ｐａ・ｍ³）となる。
なお、本実施形態では、可撓部５３２の形状はセンサー平面視矩形状であるが、可撓部５３２をセンサー平面視円形状のダイアフラム３０と対比し易くするために、可撓部５３２の面積が６（ｍｍ²）であることに基づいて、ここでは、可撓部５３２を円形状であると仮定して、半径ａを１．５×１０^-3（ｍ）とする。
そして、曲げ剛性Ｄに基づいて、可撓部５３２の最大撓み量ω_maxは、上述の式（１）から）を用いて算出すると、１．７８×１０^-10×ｑ（ｍ）となる。
なお、本実施形態では、樹脂材５にシリコーンゴムが用いられていたが、これに限定されるものではなく、同様の物性を持つ材質であればよい。

また、本実施形態では、第１空間Ｓ１の容積は、第２空間Ｓ２の容積よりも大きくなるように形成されている。各空間Ｓ１，Ｓ２の容積についても、これに限定されるものではなく、第２空間Ｓ２の容積が第１空間Ｓ１の容積よりも大きく形成してもよく、両者を略同容積としてもよい。
なお、本実施形態では、第２空間Ｓ２は、１箇所のみ形成されたが、例えば、第２空間Ｓ２を、第１空間Ｓ１を挟んで２箇所形成する構成としてもよく、第１空間Ｓ１の外周全周に亘って形成する構成などとしてもよい。

超音波伝達媒体６は、超音波を効率よく伝達させるためのものである。本実施形態では、人体の内部を超音波により検査する装置であるため、例えば水や生理食塩水等の人体の音響インピーダンスと略等しい音響インピーダンスを有する液体が用いられる。また、超音波伝達媒体６として、粘度の高いカルボキシルメチルセルロース水溶液、ひまし油、流動パラフィン等が用いられていてもよい。

図４は、超音波トランスデューサー４を示す断面図である。図５は、超音波トランスデューサー４の配置レイアウトを示す模式図である。
超音波トランスデューサー４は、例えば、制御部からの信号に基づいて超音波を発信したり、超音波を受信したりして演算制御部に出力する素子である。この超音波トランスデューサー４は、図３に示すように、センサーアレイ基板２の第１支持部２１上に複数設けられ、例えば、センサー平面視において、図３、５に示すように、縦方向に１０個、横方向に１０個配置されている。
このような超音波トランスデューサー４は、センサーアレイ基板２の第１支持部２１と、支持膜３と、圧電体４１とにより構成されている。
第１支持部２１は、上述したように、センサーアレイ基板２の超音波トランスデューサー４が配置される部分であり、各超音波トランスデューサー４の形成位置に開口部２１１が形成されている。
支持膜３は、上述したように、センサーアレイ基板２上に形成され、開口部２１１を閉塞するダイアフラム３０を形成する。

圧電体４１は、ダイアフラム３０上で、ダイアフラム３０の中心位置に形成される膜状部材である。この圧電体４１は、径寸法Ｌが例えば８０μｍの平面視円形状に形成され、開口部２１１の径寸法（１００μｍ）よりも小さく形成されている。また、各圧電体４１のピッチＰが２００μｍとなるように、各圧電体４１が配置されている。この圧電体４１は、圧電膜４１１と、圧電膜４１１に電圧を印加する電極（下部電極４１２及び上部電極４１３）とを備えている。

圧電膜４１１は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状にして形成されている。なお、本実施形態では、圧電膜４１１としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ₃）などを用いてもよい。
下部電極４１２及び上部電極４１３は、圧電膜４１１を挟んで形成される電極である。これらの上部電極４１３および下部電極４１２は、それぞれ開口部２１１側に形成される図示しない引出部により引き出されて、検査装置１の制御部に接続されている。

超音波トランスデューサー４では、制御部から圧電体４１の電極４１２，４１３間に所定の駆動電圧が印加されると、圧電膜４１１が面方向に伸長したり、収縮したりする。これにより、ダイアフラム３０が膜厚方向に振動し、ダイアフラム３０から所定の駆動電圧の周期に応じた振動数の超音波が接触部５２２に向けて発信される。すなわち、超音波トランスデューサー４は、被検体へ向けて超音波を発信する発信部として機能する。
また、この超音波トランスデューサー４は、被検体の内部で反射された超音波を受信する受信部としても機能する。この場合、反射された超音波によりダイアフラム３０が振動し、その振幅や周波数に応じた電気信号が圧電体４１から下部電極４１２及び上部電極４１３を介して制御部に出力される。
ここで、制御部は、超音波トランスデューサー４のモードを超音波発信モード及び超音波受信モードのいずれかに切り替えることにより、超音波トランスデューサー４が、受信部及び発信部のいずれかとして機能する。
なお、本実施形態では、各超音波トランスデューサー４は、超音波の発信部及び受信部の両方を兼用し、制御部によりいずれか一方の機能に切り替える構成を例示したが、例えば、超音波発信専用の発信トランスデューサーと、超音波受信専用の受信トランスデューサーとが複数配置される構成などとしてもよい。また、この場合、これらの発信トランスデューサーと受信トランスデューサーとを例えば交互に配置するなどして、１つのアレイ基板に配置する構成としてもよく、複数の発信トランスデューサーにより構成される発信アレイ基板と、複数の受信トランスデューサーにより構成される受信アレイ基板とを、異なる位置に配置する構成などとしてもよい。

［検査装置の動作］
図６は、検査装置１の動作を模式的に示す断面図である。
上述した検査装置１により、被検体を検査するためには、被検体が検査装置１の接触部５２２に密着するように、超音波プローブ１００を装着する。この時、ダイアフラム３０の撓み量は変化するが、通常、ダイアフラム３０の最大撓み量ω_maxが１．９×１０^-12×ｑ（ｍ）程度であれば、被検体が接触部５２２に密着された状態となる。

このように、超音波プローブ１００を装着することで、接触部５２２が支持膜３側に撓む。これにより、第１空間Ｓ１の容積が小さくなるとともに、第１空間Ｓ１の内圧が上昇する。
ここで、上述したように、ダイアフラム３０の曲げ剛性Ｄは、可撓部５３２の曲げ剛性Ｄよりも十分に大きくなる。このため、第１空間Ｓ１の内圧の上昇により第１空間Ｓ１の超音波伝達媒体６が連通孔５１１を介して第２空間Ｓ２へ流れ、曲げ剛性Ｄが小さい可撓部５３２が外部空間に向かって膨出する。また、上記のように、ダイアフラム３０の最大撓み量ω_maxが１．９×１０^-12×ｑ（ｍ）程度であり、可撓部５３２の最大撓み量ω_maxが１．７８×１０^-10×ｑ（ｍ）程度であるので、可撓部５３２のみが膨出し、ダイアフラム３０には撓みが生じない。

そして、例えば、オペレーターにより、操作部２００ｂ（図１参照）に設けられる入力ボタンが操作され、測定を開始する旨の操作信号が制御部に入力されると、制御部は、圧電体４１の電極４１２，４１３間に所定の駆動電圧を印加する。これにより、各超音波トランスデューサー４は、ダイアフラム３０から被検体に向けて超音波を発信する。そして、超音波は音響インピーダンスが人体と略同等である超音波伝達媒体６、接触部５２２を介して、接触部５２２に密着された被検体の内部に伝達される。また、この超音波の発信直後、制御部は、超音波トランスデューサー４の電極４１２，４１３への電圧印加を停止させる。すなわち、制御部は、超音波トランスデューサー４を超音波発信モードから超音波受信モードに切り替える。
一方、超音波トランスデューサー４から発信された超音波は、被検体内で反射されると、再び接触部５２２から超音波伝達媒体６を伝搬し、ダイアフラム３０にて受信される。これにより、ダイアフラム３０は、受信した超音波の強さに応じて振動し、ダイアフラム３０上の圧電体４１から検出信号（電流）が制御部に出力される。そして、制御部は、この入力された検出信号に基づいて、被検体内のエコー画像を計測し、超音波観測装置２００の表示モニター２００ｃ（図１参照）にエコー画像を表示させる制御を実施する。

［第１実施形態の作用効果］
上述した第１実施形態の検査装置１によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態では、支持膜３の開口部２１１を閉塞する領域と第１樹脂部５２との間で第１空間Ｓ１が形成され、この第１空間Ｓ１には、超音波伝達媒体６が充填されている。この超音波伝達媒体６には、人体の音響インピーダンスと略等しい音響インピーダンスを有する液体が用いられているので、超音波を減衰させることなく良好に伝達できる。また、第１樹脂部５２の開口部２１１に対向する領域には接触部５２２が設けられ、この接触部５２２に被検体が密着することで、ダイアフラム３０の振動により発生する超音波を被検体の内部に伝達させ、被検体の内部で反射される超音波をダイアフラム３０に伝達させることができる。
ここで、上述のように、被検体を第１樹脂部５２の接触部５２２に接触させると、接触部５２２が撓み、第１空間Ｓ１内の内圧が高くなる。ところが、本実施形態では、第２樹脂部５３により、第１空間Ｓ１と連通する第２空間Ｓ２が設けられ、この第２樹脂部５３には、ダイアフラム３０の曲げ剛性Ｄよりも小さい曲げ剛性Ｄを有する可撓部５３２が設けられている。このため、第１空間Ｓ１内の内圧が高くなった場合でも、可撓部５３２が外部空間側に膨出し、第１空間Ｓ１内の超音波伝達媒体６が第２空間Ｓ２に流れる。
従って、被検体が接触部５２２に密着され、第１空間Ｓ１内の内圧が高くなった場合でも、ダイアフラム３０の変形を抑制できる。したがって、圧電体４１に電圧を印加してダイアフラム３０を振動させる場合や、超音波をダイアフラム３０で受信して振動させる場合に、ダイアフラム３０の振動が減衰せず、超音波を良好に受発信できる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る検査装置１Ａについて、図面に基づいて説明する。
図７は、第２実施形態に係る検査装置１Ａの作用を模式的に示す断面図である。図の説明にあたって、前記実施形態と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。以下の実施形態についても同様である。
第２実施形態での検査装置１Ａは、センサーアレイ基板２と樹脂材５との間に空間Ｓを形成し、支持膜３をセンサーアレイ基板２の外部空間側の面上に配置する点で、前記第１実施形態と相違する。すなわち、前記第１実施形態の超音波トランスデューサー４の配置位置を変更したものである。

検査装置１Ａは、支持膜３がセンサーアレイ基板２の外部空間側の面上に配置され、圧電体４１が支持膜３において、第１樹脂部５２の接触部５２２と対向する側と反対側の面上に配置される構成を備えている。すなわち、圧電体４１は、第１空間Ｓ１の外部に配置されている。これらの構成では、第１支持部２１の開口部２１１内も第１空間Ｓ１となり、開口部２１１内にも超音波伝達媒体６が充填される。
また、前記第１実施形態での超音波トランスデューサー４は、圧電膜４１１の支持膜３に対向する側と反対側の面から超音波が発信されたが、本実施形態での超音波トランスデューサー４は、圧電膜４１１の支持膜３に対向する側の面から超音波が発信される。

上述した第２実施形態の検査装置１Ａによれば、圧電膜４１１の支持膜３に対向する側の面から超音波が発信される構成においても、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。
さらに、被検体が接触部５２２に強く密着することで、接触部５２２が押圧されて支持膜３側に大きく撓んだ場合でも、接触部５２２がセンサーアレイ基板２の第１支持部２１に接触するので、圧電体４１や支持膜３に接触することがなく、圧電体４１や支持膜３が破損することを防止できる。

［第２実施形態の変形例］
図８は、第２実施形態の変形例に係る検査装置１Ｂの作用を模式的に示す断面図である。
本変形例では、第１支持部２１には、支持膜３の膜厚方向と直交する方向に貫通する貫通孔２１２が形成されている。

ここで、被検体の内部が接触部５２２を強く押圧した場合に、図８に示すように、接触部５２２が第１支持部２１に接触することがある。この場合において、図７に示すような前記第２実施形態の構成では、第１空間Ｓ１が第１樹脂部５２により区画されてしまい、第１空間Ｓ１の第２空間Ｓ２側の超音波伝達媒体６は、第２空間Ｓ２へ流れやすいものの、第１空間Ｓ１の第２空間Ｓ２側と反対側の超音波伝達媒体６は、第１支持部２１により第２空間Ｓ２へ流れにくくなるおそれがある。さらに、接触部５２２が第１支持部２１に接触することで、接触部５２２が開口部２１１を閉塞してしまい、ダイアフラム３０が第１空間Ｓ１の内圧の上昇により撓んでしまうおそれがある。

図８に示す本変形例の構成によれば、接触部５２２が第１支持部２１に接触した場合でも、第１支持部２１に貫通孔２１２が形成されているので、第１空間Ｓ１の第２空間Ｓ２側と反対側の超音波伝達媒体６は、貫通孔２１２を介して、第２空間Ｓ２へ向けて流れることができる。従って、前記各実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、接触部５２２が第１支持部２１に接触した場合に、接触部５２２が開口部２１１を閉塞することで、ダイアフラム３０が第１空間Ｓ１の内圧の上昇により撓んでしまうことも防止できる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る検査装置１Ｃについて、図面に基づいて説明する。以下では、図３、４も適宜参照して説明する。
図９は、第３実施形態に係る検査装置１Ｃのブロック図である。
第３実施形態での検査装置１Ｃには、第２樹脂部５２の変位を検出する変位検出手段としての変位センサー７と、変位センサー７からの検出信号を検出して検査装置１Ｃを制御する制御部８とが設けられている点で前記各実施形態と相違する。

変位センサー７は、第２樹脂部５３の可撓部５３２の変位を検出するものである。この変位センサー７は、可撓部５３２の変位を検出すると、制御部８へ検出信号を出力する。
ここで、変位センサー７としては、接触型のセンサーが用いられ、差動トランス方式によるものが例示できる。この場合には、電磁誘導によって２つのコイルに生じる電圧差により変位を検出する。なお、接触型のセンサーに限定されず、非接触型のセンサーを用いてもよく、例えば静電容量の変化により変位を検出する静電容量式や、超音波センサーを用いて超音波の反射時間により変位を検出するものや、可撓部５３２に歪検出素子を配置して、変位を検出するものであってもよい。

制御部８は、超音波トランスデューサー４の電極４１２，４１３へ電圧信号を出力、及び、圧電体４１から出力される電圧信号に基づいて、脈拍や血圧などの血流状態を計測する処理を実施する超音波発信手段としての駆動電圧出力部８１を備えている。
駆動電圧出力部８１は、変位センサー７からの検出信号が入力されると、超音波トランスデューサー４の電極４１２，４１３へ電圧信号を出力する。一方、駆動電圧出力部８１は、変位センサー７から検出信号の入力がない場合には、被検体が接触部５２２から離れたことを検知して、電極４１２，４１３へ電圧信号の出力を停止する処理を実施する。
また、駆動電圧出力部８１は、超音波を受信した圧電体４１から出力される電圧信号を検出して、この電圧信号に基づいて、脈拍や血圧などの血流状態を計測する処理を実施する。

まず、被検体を接触部５２２に接触させると、接触部５２２が内側に撓み、第１空間Ｓ１の超音波伝達媒体６が連通孔５１１を介して、第２空間Ｓ２へ流れる。
そして、第２空間Ｓ２を構成する可撓部５３２が膨出して、変位センサー７は、この変位を検出し、制御部８の駆動電圧出力部８１へ検出信号を出力する。
駆動電圧出力部８１は、変位センサー７から検出信号が入力されると、被検体が接触部５２２に接触したことを検知し、超音波トランスデューサー４を超音波発信モードに切り替えるとともに、超音波トランスデューサー４の電極４１２，４１３へ電圧信号を出力する。これにより、上述したように、電極４１２，４１３は、入力された電圧信号に基づいて、圧電膜４１１に所定の電圧を印加し、ダイアフラム３０から超音波が接触部５２２へ発信される。そして、駆動電圧出力部８１は、超音波トランスデューサー４を超音波受信モードに切り替える。
一方、接触部５２２に接触する被検体から反射された超音波をダイアフラム３０が受信すると、制御部８の駆動電圧出力部８１へ電圧信号を出力し、駆動電圧出力部８１は、この電圧信号に基づいて、被検体の内部を、エコー画像として撮像する処理を実施する。

上述した第３実施形態の検査装置１Ｃによれば、前記第１実施形態での効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、制御部８は、被検体が接触部５２２に接触したことを検知でき、制御部８の駆動電圧出力部８１が電極４１２，４１３へ電圧信号を出力する。このため、被検体が接触部５２２に接触している場合のみにおいて、超音波を確実に発信でき、被検体に超音波を確実に到達できる。

［実施形態の変形］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、空間Ｓを区画部５１で第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に区画していたが、区画部５１を設けない構成であってもよい。この場合でも、接触部５２２に被検体が接触して、接触部５２２が内側に撓んだ場合に、超音波伝達媒体６が空間Ｓ内で流動でき、可撓部５３２を膨出させる。
前記各実施形態では、第１樹脂部５２と第２樹脂部５３とを同一の材質、同一の厚み寸法ｈ₂，Ｔで構成したが、異なる材質、また異なる厚み寸法であってもよい。また、可撓部５３２のみを異なる材質、異なる厚み寸法にしてもよい。また、可撓部５３２をセンサー平面視円形状に形成してもよい。

前記各実施形態では、可撓部５３２は、第２支持部２２と対向するように形成されていたが、第２樹脂部５３の側方に形成してもよい。
前記各実施形態では、センサー平面視において、第１樹脂部５２の接触部５２２のサイズは、３ｍｍ×３ｍｍに形成されていたが、これに限定されず、接触部５２２に接触する検査対象の形状や大きさに応じて形成してもよい。
前記各実施形態では、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２を連通する連通孔５１１を設けたが、チューブ等の管状部材により第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２を連通してもよく、この場合には、第２空間Ｓ２が袋状に形成された第２樹脂部５３のみにより構成され、第２樹脂部５３が支持膜３やセンサーアレイ基板２に固定されていなくてもよい。

図３および図６から図８で示した実施形態では、便宜上、第２空間Ｓ２は、センサーアレイ基板２の第２支持部２２上に形成する図で説明をしたが、これに限定されず、例えば、図２（Ａ）や図２（Ｂ）で示したように、センサーアレイ基板２とは別の位置に設けても良い。
図２（Ａ）に示す実施例では、筐体１００ａの一部に可撓部５３２が露出する構成としているが、この場合、可撓部５３２の変位量を例えば目視で確認することで、接触部５２２に被検体等が密着したか否かを容易に判断することができる。
一方、図２（Ｂ）に示す変形例では、可撓部５３２は筐体１００ａから露出しないので、作業中に誤って、可撓部５３２に押して接触部５２２と被検体との密着性を悪くするという弊害が無くなる。すなわち、図２（Ａ）、図２（Ｂ）の各々に固有の長所がある。
前記各実施形態では、支持膜３がセンサーアレイ基板２上に配置されたが、第１支持部２１の開口部２１１を閉塞する箇所のみに配置されてもよい。
前記各実施形態では、開口部２１１はセンサーアレイ基板２を貫通するように形成していたが、これに限定されず、凹部として形成してもよい。この場合には、支持膜３は凹部の開口を閉塞するように形成される。また、支持膜３は凹部の底面に形成されてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…超音波センサー、２…センサーアレイ基板、３…支持膜、５…樹脂材、６…超音波伝達媒体、７…変位センサー（変位検出手段）、４１…圧電体、５２…第１樹脂部、５３…第２樹脂部、８１…駆動電圧出力部（超音波発信手段）、２１１…開口部、４１２…下部電極、４１３…上部電極、５２２…接触部（当接部）、５３２…可撓部、Ｓ１…第１空間、Ｓ２…第２空間。

Claims (8)

1. 開口部を有する基板と、
   前記基板上に設けられて、前記開口部を覆う支持膜と、
   前記支持膜上で、前記支持膜の厚み方向から見る平面視において、前記開口部内に設けられる圧電体と、
   前記平面視において、前記開口部を含む第１空間を形成する第１樹脂部と、
   前記第１空間に連通する第２樹脂部と、
   前記第１空間、前記第２空間、及び、前記第１空間と前記第２空間との連通部、に充填される液体と、を備え、
   前記第１空間の容積、及び、前記第２空間の容積を変化させるように、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部は変形可能である
   ことを特徴とする超音波プローブ。
2. 前記開口部は同じ面積で、一定の間隔で複数設けられ、各々の前記開口部内に前記圧電体が配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記基板の開口部は、前記基板の厚み方向に貫通して形成され、
   前記支持膜は、前記基板の一面側を覆い、
   前記第１樹脂部は、前記支持膜に対して開口するとともに、この開口端が前記基板の一面側と反対側の他面側に接続されることで前記第１空間を形成する第１凹部を有し、
   前記第２樹脂部は、前記支持膜に対して開口するとともに、この開口端が前記基板の他面側に接続されることで前記第２空間を形成する第２凹部を有する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記第２樹脂部の変位を検出する変位検出手段と、
   前記変位検出手段により前記第２樹脂部の変位を検出すると、前記圧電体への電圧印加処理、または、前記圧電体から出力される信号の検出処理を実施する超音波受発信手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の超音波プローブ。
5. 筐体と、
   液体が充填される液体充填空間と、
   前記液体充填空間の一部を形成し、前記筐体の外側に位置し、柔軟性のある樹脂から成る接触部と、
   前記液体充填空間の一部を形成し、柔軟性のある樹脂から成る可撓部と、を備え、
   前記接触部から超音波を送受信することを特徴とする超音波プローブ。
6. 前記可撓部は前記筐体の外側に位置することを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。
7. 前記可撓部は前記筐体の内側に位置することを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の超音波プローブを備えることを特徴とする超音波画像診断装置。

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