JP2014198133A - Ultrasound measurement device and ultrasonic probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超音波測定装置および超音波プローブ等に関する。 The present invention relates to an ultrasonic measurement device, an ultrasonic probe, and the like.
特許文献1に開示されるように、例えば鋼の内質欠陥を検出する超音波探傷法は一般に知られる。超音波探傷の実施にあたって油や水といった液体が超音波の接触媒質として鋼帯の表面に供給される。接触媒質は超音波探触子(超音波プローブ)と鋼帯との間で超音波の効率的な伝達を実現する。 As disclosed in Patent Document 1, for example, an ultrasonic flaw detection method for detecting an internal defect in steel is generally known. When performing ultrasonic flaw detection, a liquid such as oil or water is supplied to the surface of the steel strip as an ultrasonic contact medium. The contact medium realizes efficient transmission of ultrasonic waves between the ultrasonic probe (ultrasonic probe) and the steel strip.
特許文献1に開示の接触媒質の供給方法では鋼帯の搬送方向に沿って超音波探触子の上流側に2つの供給管が配置される。一方の供給管から一定流量の接触媒質が供給される。他方の供給管から鋼帯の搬送速度に応じた比例流量の接触媒質が供給される。 In the contact medium supply method disclosed in Patent Document 1, two supply pipes are arranged on the upstream side of the ultrasonic probe along the conveying direction of the steel strip. A contact medium having a constant flow rate is supplied from one supply pipe. A contact medium having a proportional flow rate corresponding to the conveying speed of the steel strip is supplied from the other supply pipe.
特許文献1に記載のものでは超音波探触子は平らな鋼帯の表面に接触する。鋼帯の表面は1平面内で移動することから、超音波探触子と鋼帯との距離は全く考慮される必要がない。接触媒質の供給量は単純に鋼帯の搬送速度に応じて決定される。 In the device described in Patent Document 1, the ultrasonic probe contacts the surface of a flat steel strip. Since the surface of the steel strip moves in one plane, the distance between the ultrasonic probe and the steel strip need not be considered at all. The supply amount of the contact medium is simply determined according to the conveying speed of the steel strip.
本発明の少なくとも1つの態様によれば、被検体との形状が変化しても被検体との間に十分に音響結合材を介在させることができる超音波測定装置は提供されることができる。 According to at least one aspect of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic measurement apparatus capable of sufficiently interposing an acoustic coupling material between a subject and the subject even when the shape of the subject is changed.
(1)本発明の一態様は、超音波の送信面を有する音響整合体と、前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、前記送信面に対して流動性の音響結合材を供給する供給口と、前記音響整合体の厚み方向からの平面視で前記超音波トランスデューサー素子の輪郭の外側に配置されて、被検体との距離を測定する距離センサーと、前記距離センサーの測定結果に基づき前記音響結合材の供給量を制御する制御部とを備える超音波測定装置に関する。 (1) One embodiment of the present invention includes an acoustic matching body having an ultrasonic transmission surface, an ultrasonic transducer element connected to the acoustic matching body, and a fluid acoustic coupling material with respect to the transmission surface. A supply port to be supplied; a distance sensor arranged outside the outline of the ultrasonic transducer element in a plan view from the thickness direction of the acoustic matching body; and a distance sensor for measuring a distance from the subject; and measurement of the distance sensor The present invention relates to an ultrasonic measurement apparatus including a control unit that controls a supply amount of the acoustic coupling material based on a result.
超音波測定にあたって送信面は例えば体表といった被検体に接触する。接触にあたって被検体と送信面との間には供給口から音響結合材が供給される。音響結合材は被検体と送信面との間を満たす。このとき、送信面は特定の領域で被検体に接触しそれ以外の領域で被検体から距離を置くことがある。送信面と被検体との距離は被検体の形状に応じて変化する。こうした距離の変化に応じて音響結合材が供給されると、超音波測定装置は被検体との間に十分に音響結合材を介在させることができる。音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。 In the ultrasonic measurement, the transmission surface comes into contact with a subject such as a body surface. In contact, an acoustic coupling material is supplied from the supply port between the subject and the transmission surface. The acoustic coupling material fills between the subject and the transmission surface. At this time, the transmission surface may be in contact with the subject in a specific region and may be spaced from the subject in other regions. The distance between the transmission surface and the subject varies depending on the shape of the subject. When the acoustic coupling material is supplied in accordance with such a change in distance, the ultrasonic measurement apparatus can sufficiently interpose the acoustic coupling material with the subject. The acoustic coupling material can effectively fill the space between the transmission surface and the subject.
(2)前記距離センサーは超音波トランスデューサー素子で形成されることができる。距離センサーは、音響整合体に結合される超音波トランスデューサー素子と同じ基板上に作り込まれることができる。したがって、距離センサーは超音波トランスデューサー素子の形成と同時に製造されることができる。 (2) The distance sensor may be formed of an ultrasonic transducer element. The distance sensor can be built on the same substrate as the ultrasonic transducer element that is coupled to the acoustic matching body. Thus, the distance sensor can be manufactured simultaneously with the formation of the ultrasonic transducer element.
(3)超音波測定装置では、前記距離センサーは、前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子の共振周波数よりも低い共振周波数を有することが望まれる。こうした共振周波数は、超音波測定に用いられる共振周波数よりも空気中を伝搬しやすい。したがって、距離センサーは効率的に被検体との距離を測定することができる。 (3) In the ultrasonic measurement device, it is desirable that the distance sensor has a resonance frequency lower than a resonance frequency of an ultrasonic transducer element connected to the acoustic matching body. Such a resonance frequency is more easily propagated in the air than the resonance frequency used for ultrasonic measurement. Therefore, the distance sensor can efficiently measure the distance to the subject.
(4)前記距離センサーは、接触子と、前記接触子から伝達される圧力を測定する圧力センサーとを備えることができる。距離センサーは圧力センサーで比較的に簡単に実現されることができる。 (4) The distance sensor may include a contact and a pressure sensor that measures a pressure transmitted from the contact. The distance sensor can be realized relatively easily with a pressure sensor.
(5)超音波測定装置は、前記送信面の移動方向を検知する移動センサーをさらに備えることができる。距離センサーは進行方向に送信面の前方で被検体との距離を測定する。したがって、距離センサーの測定結果に基づき進行方向前方の被検体の形状は概ね予想されることができる。予想される形状に応じて音響結合材の供給量が制御されれば、被検体に対して送信面が移動する際でも超音波測定装置は被検体との間に十分に音響結合材を介在させることができる。音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。 (5) The ultrasonic measurement device may further include a movement sensor that detects a movement direction of the transmission surface. The distance sensor measures the distance to the subject in front of the transmission surface in the traveling direction. Therefore, the shape of the subject ahead in the traveling direction can be generally predicted based on the measurement result of the distance sensor. If the supply amount of the acoustic coupling material is controlled in accordance with the expected shape, the ultrasonic measurement apparatus sufficiently interposes the acoustic coupling material with the subject even when the transmission surface moves relative to the subject. be able to. The acoustic coupling material can effectively fill the space between the transmission surface and the subject.
(6)前記送信面は、相互に平行な母線で形成される湾曲面で形成されることができる。超音波測定にあたって送信面は例えば体表といった被検体に押し当てられることがある。押し当てられる度合いに応じて被検体と送信面との接触面積は変化する。その結果、被検体と送信面との間で隙間の大きさは変化する。こうした変化に応じて音響結合材が供給されると、超音波測定装置は被検体との間に十分に音響結合材を介在させることができる。音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。 (6) The transmission surface may be formed of curved surfaces formed by buses parallel to each other. In the ultrasonic measurement, the transmission surface may be pressed against a subject such as a body surface. The contact area between the subject and the transmission surface changes depending on the degree of pressing. As a result, the size of the gap changes between the subject and the transmission surface. When the acoustic coupling material is supplied in accordance with such changes, the ultrasonic measurement apparatus can sufficiently interpose the acoustic coupling material with the subject. The acoustic coupling material can effectively fill the space between the transmission surface and the subject.
(7)本発明の他の態様は、超音波の送信面を備える音響整合体と、前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、前記送信面に流動性の音響結合材を供給する供給口と、平面視で前記超音波トランスデューサー素子の輪郭の外側に配置されて、被検体との距離を測定するセンサーとを備える超音波プローブに関する。こうした超音波プローブは超音波測定装置の実現にあたって用いられることができる。 (7) In another aspect of the present invention, an acoustic matching body having an ultrasonic transmission surface, an ultrasonic transducer element connected to the acoustic matching body, and a fluid acoustic coupling material are supplied to the transmission surface The present invention relates to an ultrasonic probe comprising a supply port that performs measurement, and a sensor that is disposed outside the outline of the ultrasonic transducer element in a plan view and measures a distance from a subject. Such an ultrasonic probe can be used to realize an ultrasonic measurement apparatus.
(8)本発明のさらに他の態様は、超音波の送信面を備える音響整合体と、前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、前記送信面に向かって流動性の音響結合材を供給する供給口と、前記超音波トランスデューサー素子に、第1周波数の駆動信号、および、第1周波数よりも低い第2周波数の駆動信号を供給し、前記第2周波数の駆動信号により送信された超音波を用いて測定される距離に応じて前記音響結合材の供給量を制御する制御部とを備える超音波測定装置に関する。 (8) According to still another aspect of the present invention, there is provided an acoustic matching body including an ultrasonic transmission surface, an ultrasonic transducer element connected to the acoustic matching body, and a fluid acoustic coupling toward the transmission surface. A supply port for supplying a material and a drive signal of a first frequency and a drive signal of a second frequency lower than the first frequency are supplied to the ultrasonic transducer element and transmitted by the drive signal of the second frequency. The present invention relates to an ultrasonic measurement apparatus including a control unit that controls a supply amount of the acoustic coupling material in accordance with a distance measured using the ultrasonic waves.
超音波測定にあたって送信面は例えば体表といった被検体に接触する。接触にあたって被検体と送信面との間には供給口から音響結合材が供給される。音響結合材は被検体と送信面との間を満たす。このとき、送信面は特定の領域で被検体に接触しそれ以外の領域で被検体から距離を置くことがある。送信面と被検体との距離は被検体の形状に応じて変化する。こうした距離の変化に応じて音響結合材が供給されると、超音波測定装置は被検体との間に十分に音響結合材を介在させることができる。音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。 In the ultrasonic measurement, the transmission surface comes into contact with a subject such as a body surface. In contact, an acoustic coupling material is supplied from the supply port between the subject and the transmission surface. The acoustic coupling material fills between the subject and the transmission surface. At this time, the transmission surface may be in contact with the subject in a specific region and may be spaced from the subject in other regions. The distance between the transmission surface and the subject varies depending on the shape of the subject. When the acoustic coupling material is supplied in accordance with such a change in distance, the ultrasonic measurement apparatus can sufficiently interpose the acoustic coupling material with the subject. The acoustic coupling material can effectively fill the space between the transmission surface and the subject.
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.
(1)超音波診断装置の全体構成
図1は本発明の一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置11の構成を概略的に示す。超音波診断装置11は装置端末12と超音波プローブ(プローブ)13とを備える。装置端末12と超音波プローブ13とはケーブル14で相互に接続される。装置端末12と超音波プローブ13とはケーブル14を通じて電気信号をやりとりする。装置端末12にはディスプレイパネル15が組み込まれる。ディスプレイパネル15の画面は装置端末12の表面で露出する。装置端末12では、後述されるように、超音波プローブ13で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル15の画面に表示される。
(1) Overall Configuration of Ultrasonic Diagnostic Apparatus FIG. 1 schematically shows a specific example of an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention, that is, a configuration of an ultrasonic
図2に示されるように、超音波プローブ13は筐体16を有する。筐体16内には超音波トランスデューサー素子ユニット(以下「素子ユニット」という)17が収容される。素子ユニット17の表面は筐体16の表面で露出することができる。素子ユニット17は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。その他、超音波プローブ13は、プローブ本体13aに着脱自在に連結されるプローブヘッド13bを備えることができる。このとき、素子ユニット17はプローブヘッド13bの筐体16内に組み込まれることができる。
As shown in FIG. 2, the
図3は素子ユニット17を構成を概略的に示す。素子ユニット17は超音波デバイス18および音響整合複合体19を備える。超音波デバイス18は、後述されるように,例えば基板といった基体上にアレイ状に配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。音響整合複合体19は超音波デバイス18の表面に結合される。音響整合複合体19は音響整合層21および音響レンズ(音響整合体)22を有する。音響整合層21は超音波デバイス18の表面に形成される。音響整合層21は全域で超音波デバイス18の表面に密着する。音響レンズ22は音響整合層21の表面に形成される。音響レンズ22は音響整合層21に一体化されてもよい。音響整合層21は、生体といった被検被検体と超音波デバイス18との間で音響インピーダンスの整合を実現する。音響レンズ22は、個々の超音波トランスデューサー素子から同時に出射される超音波を1焦点に集める役割を果たす。ここでは、音響整合複合体19は例えばシリコーン樹脂から形成される。併せて、超音波デバイス18には第1フレキシブルプリント配線板(以下「第1配線板」という)23および第2フレキシブルプリント配線板(以下「第2配線板」という)24が個別に連結される。超音波デバイス18はバッキング材25で裏打ちされる。
FIG. 3 schematically shows the configuration of the
音響レンズ22は、第1方向D1に相互に平行に延びる母線で形成される突形状の湾曲面(送信面)26を有する。湾曲面26には複数の溝27が形成される。溝27は、湾曲面26の母線に交差する平面と湾曲面26との交線を辿って第2方向D2に延びる。第1方向D1および第2方向D2は例えば超音波デバイス18の表面を含む平面内に規定されて相互に直交する。ここでは、交線は、湾曲面26と、湾曲面26の母線に直交する平面とで規定される。溝27は、第1方向(母線の方向)D1に等間隔で配置される。
The
平面視で超音波デバイス18の輪郭の外側に第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bは設置される。第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bは超音波診断にあたって体表といった被検体との距離を測定する。測定された距離は電気信号として第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bから出力される。第1距離センサー28a、28bは、湾曲面26の母線に直交する平面と超音波デバイス18の表面との交線で規定される方向すなわち第2方向D2に超音波デバイス18を挟む位置に配置される。第2距離センサー29a、29bは、湾曲面26の母線に平行な平面と超音波デバイス18の表面との交線で規定される方向すなわち第1方向D1に超音波デバイス18を挟む位置に配置される。第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bはできるだけ湾曲面26から離れて配置されることが望まれる。
The
図4は超音波デバイス18の平面図を概略的に示す。超音波デバイス18は基体31を備える。基体31には素子アレイ32が形成される。素子アレイ32は超音波トランスデューサー素子(以下「素子」という)33の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子33群は奇数列の素子33群に対して行ピッチの2分の1でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて1つ少なくてもよい。第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bは平面視で少なくとも素子アレイ32の輪郭の外側に配置されればよい。
FIG. 4 schematically shows a plan view of the
個々の素子33は振動膜34を備える。図4では振動膜34の膜面に直交する方向の平面視(基板の厚み方向の平面視)で振動膜34の輪郭が点線で描かれる。輪郭の内側は振動膜34の内側領域に相当する。輪郭の外側は振動膜34の外側領域に相当する。振動膜34上には圧電素子35が形成される。圧電素子35は上電極36、下電極37および圧電体膜38で構成される。個々の素子33ごとに上電極36および下電極37の間に圧電体膜38が挟まれる。これらは下電極37、圧電体膜38および上電極36の順番で重ねられる。超音波デバイス18は1枚の超音波トランスデューサー素子チップとして構成される。
Each
基体31の表面には複数本の第1導電体39が形成される。第1導電体39は配列の行方向に相互に平行に延びる。1行の素子33ごとに1本の第1導電体39が割り当てられる。1本の第1導電体39は配列の行方向に並ぶ素子33の圧電体膜38に共通に接続される。第1導電体39は個々の素子33ごとに上電極36を形成する。第1導電体39の両端は1対の引き出し配線41にそれぞれ接続される。引き出し配線41は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第1導電体39は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子33に共通に上電極36は接続される。第1導電体39は例えばイリジウム(Ir)で形成されることができる。ただし、第1導電体39にはその他の導電材が利用されてもよい。
A plurality of
基体31の表面には複数本の第2導電体42が形成される。第2導電体42は配列の列方向に相互に平行に延びる。1列の素子33ごとに1本の第2導電体42が割り当てられる。1本の第2導電体42は配列の列方向に並ぶ素子33の圧電体膜38に共通に配置される。第2導電体42は個々の素子33ごとに下電極37を形成する。第2導電体42には例えばチタン(Ti)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)およびチタン(Ti)の積層膜が用いられることができる。ただし、第2導電体42にはその他の導電材が利用されてもよい。
A plurality of
列ごとに素子33の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてラインスキャンやセクタースキャンは実現される。1列の素子33は同時に超音波を出力することから、1列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば10〜15行程度に設定されればよい。図中では省略されて5行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば128列や256列に設定されればよい。図中では省略されて8列が描かれる。上電極36および下電極37の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子33に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子33に上電極が接続されてもよい。
Energization of the
基体31の輪郭は、相互に平行な1対の直線で仕切られて対向する第1辺31aおよび第2辺31bを有する。第1辺31aと素子アレイ32の輪郭との間に1ラインの第1端子アレイ43aが配置される。第2辺31bと素子アレイ32の輪郭との間に1ラインの第2端子アレイ43bが配置される。第1端子アレイ43aは第1辺31aに平行に1ラインを形成することができる。第2端子アレイ43bは第2辺31bに平行に1ラインを形成することができる。第1端子アレイ43aは1対の上電極端子44および複数の下電極端子45で構成される。同様に、第2端子アレイ43bは1対の上電極端子46および複数の下電極端子47で構成される。1本の引き出し配線41の両端にそれぞれ上電極端子44、46は接続される。引き出し配線41および上電極端子44、46は素子アレイ32を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。1本の第2導電体42の両端にそれぞれ下電極端子45、47は接続される。第2導電体42および下電極端子45、47は素子アレイ32を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基体31の輪郭は矩形に形成される。基体31の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。
The outline of the
第1配線板23は第1端子アレイ43aに覆い被さる。第1配線板23の一端には上電極端子44および下電極端子45に個別に対応して導電線すなわち第1信号線48が形成される。第1信号線48は上電極端子44および下電極端子45に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、第2配線板24は第2端子アレイ43bに覆い被さる。第2配線板24の一端には上電極端子46および下電極端子47に個別に対応して導電線すなわち第2信号線49が形成される。第2信号線49は上電極端子46および下電極端子47に個別に向き合わせられ個別に接合される。
The
図5に示されるように、基体31は基板52および可撓膜53を備える。基板52の表面に可撓膜53が一面に形成される。基板52には個々の素子33ごとに開口54が形成される。開口54は基板52に対してアレイ状に配置される。開口54が配置される領域の輪郭は素子アレイ32の輪郭に相当する。隣接する2つの開口54の間には仕切り壁55が区画される。隣接する開口54は仕切り壁55で仕切られる。仕切り壁55の壁厚みは開口54の間隔に相当する。仕切り壁55は相互に平行に広がる平面内に2つの壁面を規定する。壁厚みは2つの壁面の距離に相当する。すなわち、壁厚みは壁面に直交して壁面の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。基板52は例えばシリコン基板で形成されればよい。
As shown in FIG. 5, the
可撓膜53は、基板52の表面に積層される酸化シリコン(SiO2)層56と、酸化シリコン層56の表面に積層される酸化ジルコニウム(ZrO2)層57とで構成される。可撓膜53は開口54に接する。こうして開口54の輪郭に対応して可撓膜53の一部が振動膜34を形成する。振動膜34は、可撓膜53のうち、開口54に臨むことから基板52の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層56の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。
The
振動膜34の表面に下電極37、圧電体膜38および上電極36が順番に積層される。圧電体膜38は例えばジルコン酸チタン酸鉛(PZT)で形成されることができる。圧電体膜38にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第1導電体39の下で圧電体膜38は完全に第2導電体42を覆う。圧電体膜38の働きで第1導電体39と第2導電体42との間で短絡は回避されることができる。
A lower electrode 37, a
基体31の裏面にはバッキング材25が固定される。バッキング材25の表面に基体31の裏面が重ねられる。バッキング材25は超音波デバイス18の裏面で開口54を閉じる。バッキング材25はリジッドな基材を備えることができる。ここでは、仕切り壁55はバッキング材25に結合される。バッキング材25は個々の仕切り壁55に少なくとも1カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。
A
基体31の表面に音響整合層21が積層される。音響整合層21は例えば全面にわたって基体31の表面に覆い被さる。その結果、素子アレイ32や第1および第2端子アレイ43a、43b、第1および第2配線板23、24は音響整合層21で覆われる。音響整合層21は、素子アレイ32の構造や、第1端子アレイ43aおよび第1配線板23の接合、第2端子アレイ43bおよび第2配線板24の接合を保護する。
The
湾曲面26は例えば円柱の部分円筒面として形成される。湾曲面26は円柱の中心軸回りで第1曲率半径R1を有する。湾曲面26に直交する平面と湾曲面26との交線58は第1曲率半径R1の円弧を描く。第1曲率半径R1は超音波の周波数と被検部位の深度とに基づき決定されればよい。このとき、溝27の底面は第1曲率半径R1よりも小さい第2曲率半径R2の円弧を描く。すなわち、一定の深さの溝27が形成される。ただし、溝27の深さは一定でなくてもよく例えば溝27の両端に向かって深くなってもよい。
The
音響レンズ22には超音波デバイス18の基体31の表面に直交する方向に延びる貫通孔59が形成される。個々の溝27ごとに例えば1対の貫通孔59が割り当てられる。貫通孔59の一端は、湾曲面26に直交する平面と湾曲面26との交線58の一端に位置する母線と、当該交線58の他端に位置する母線とを相互に接続する平面61に開口する。貫通孔59の他端は湾曲面26で供給口59aを形成する。供給口59aで貫通孔59は溝27に接続される。ここでは、供給口59aは平面視で規定される素子アレイ32の輪郭の外側に配置される。溝27は交線58の一端から他端まで交線58の全長にわたって延びることができる。ただし、音響レンズ22の機能が損なわれない限り、溝27は貫通孔59の外側で交線58の一端および他端に行き着く以前に途切れてもよい。
The
音響整合層21の表面には例えば基体31の第1辺31aおよび第2辺31bで開口する溝62が形成される。溝62は音響整合層21の表面から窪む。したがって、音響整合層21の表面に音響レンズ22が形成されると、溝62は音響整合複合体19内に管路を形成する。溝62の他端は貫通孔59に接続される。こうして一方の溝62、一方の貫通孔59、溝27、他方の貫通孔59および他方の溝62で基体31の第1辺31aから第2辺31bまで延びる一連の通路は形成される。
On the surface of the
溝62には例えば流動性の音響結合材の供給源64が接続される。供給源64は供給ポンプ65を備える。供給ポンプ65から管路を通って溝62に所定の圧力下で音響結合材は供給される。供給ポンプ65と溝62との間で管路には流量制御弁66が配置される。流量制御弁66は溝62に送り込まれる音響結合材の流量を制御する。供給ポンプ65にはタンク67が接続される。タンク67には音響結合材が貯蔵される。供給ポンプ65はタンク67から音響結合材を補給する。
For example, a fluidic acoustic
図6に示されるように、第1距離センサー28a、28bは素子69で形成される。素子69は振動膜71を備える。振動膜71の形成にあたって第1距離センサー28a、28bは基板72および可撓膜73を備える。基板72の表面に可撓膜73が一面に形成される。基板72には開口74が形成される。可撓膜73は開口74に接する。こうして開口74の輪郭に対応して可撓膜73の一部が振動膜71を形成する。振動膜71は、可撓膜73のうち、開口74に臨むことから基板72の厚み方向に膜振動することができる部分である。開口74の大きさは前述の素子33の開口54よりも大きい。したがって、振動膜71の共振周波数は振動膜34の共振周波数よりも低い。可撓膜73は前述と同様に酸化シリコン(SiO2)層75と酸化ジルコニウム(ZrO2)層76とで構成されればよい。振動膜71上には下電極77、圧電体膜78および上電極79が順番に積層される。第2距離センサー29a、29bは第1距離センサー28a、28bと同様に構成される。振動膜71は音響整合層を介さずに直接に空気に接触する。
As shown in FIG. 6, the
図7に示されるように、第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bは制御部81に接続される。制御部81は例えばマイクロプロセッサーユニット(MPU)といった演算処理回路で構成されることができる。制御部81には流量制御弁66が接続される。流量制御弁66は個々の供給口59aごとに設置される。その他、流量制御弁66は複数の供給口59aで構成される群ごとに設置されてもよい。制御部81は第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bの測定結果に基づき音響結合材の供給量を制御する。ここでは、流量制御弁66の開度が制御される。制御部81は個々の供給口59aごとに音響結合材の供給量を制御する。
As shown in FIG. 7, the
(2)超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置11の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子35にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子45、47および上電極端子44、46を通じて列ごとに素子33に供給される。個々の素子33では下電極37および上電極36の間で圧電体膜38に電界が作用する。圧電体膜38は超音波で振動する。圧電体膜38の振動は振動膜34に伝わる。こうして振動膜34は超音波で振動する。その結果、被検体(例えば人体の内部)に向けて所望の超音波ビームは発せられる。
(2) Operation of Ultrasonic Diagnostic Device Next, the operation of the ultrasonic
超音波の反射波は振動膜34を振動させる。振動膜34の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜38を超音波振動させる。圧電素子35の圧電効果に応じて圧電素子35から電流が出力される。個々の素子33では上電極36と下電極37との間で電位が生成される。電流は下電極端子45、47および上電極端子44、46から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。
The ultrasonic reflected wave vibrates the
超音波の送信および受信は繰り返される。その結果、ラインスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル15の画面に表示される。
Transmission and reception of ultrasonic waves are repeated. As a result, line scan and sector scan are realized. When the scan is completed, an image is formed based on the digital signal of the output signal. The formed image is displayed on the screen of the
図8に示されるように、超音波診断にあたって超音波プローブ13が体表BDに押し当てられると、音響レンズ22の湾曲面26は体表BDに密着する。溝27は体表BDと音響レンズ22との間に管路を形成する。こうして基体31の第1辺31aおよび第2辺31bを相互に接続する管路が形成される。溝62から水といった音響結合材(媒体)が供給されると、溝27は水で満たされる。溝27は水の通路として機能する。湾曲面26が柔軟な体表BDに押し当てられても、水は溝27の全長にわたって広がることができる。その後、図9に示されるように、水は溝27から湾曲面26に溢れ出す。こうして水は湾曲面26に沿って広がることができる。水は、個々の溝27ごとに少なくとも貫通孔59の間で溝27を満たせばよい。こうして音響レンズ22の有効範囲で十分に湾曲面26すなわち外表面に水は供給される。湾曲面26の有効範囲と体表BDとの間に水は十分に行き渡ることができる。
As shown in FIG. 8, when the
図10に示されるように、例えば人体のうち測定部位が相違すると、第1距離センサー28a、28bと体表BD1、BD2との距離は変化する。例えば腕の湾曲形状に比べて大腿の湾曲形状は曲率半径が大きい。したがって、大腿の湾曲形状(体表BD1)に比べて腕の湾曲形状(体表BD2)の測定の際に第1距離センサー28a、28bの測定値は増大する。このとき、湾曲面26と体表BD1、BD2との間に形成される空間の体積は増大する。制御部81は第1距離センサー28a、28bの測定値の増大に応じて流量制御弁66の開度を増大する。こうして空間の体積の増大に応じて水の供給量は増大する。その結果、超音波診断装置11は体表BD2と音響レンズ22の湾曲面26の間に十分に水を介在させることができる。水は効果的に湾曲面26と体表BD1、BD2との間を満たすことができる。第1距離センサー28aと第1距離センサー28bとが相違する測定値を出力する場合には、それら測定値に応じて流量制御弁66ごとに水の流量が制御されてもよい。距離の測定および供給量の制御は一定の時間間隔ごとに実施されればよい。
As shown in FIG. 10, for example, when the measurement site is different in the human body, the distances between the
図11に示されるように、超音波プローブ13の向きによっては、例えば人体のうち測定部位が相違すると、第2距離センサー29a、29bと体表BD1、BD2との距離は変化する。曲率半径の大きい湾曲形状(体表BD1)に比べて曲率半径の小さい湾曲形状(体表BD2)の測定の際に第2距離センサー29a、29bの測定値は増大する。このとき、湾曲面26と体表BD1、BD2との間に形成される空間の体積は増大する。制御部81は第2距離センサー29a、29bの測定値の増大に応じて流量制御弁66の開度を増大する。こうして空間の体積の増大に応じて水の供給量は増大する。その結果、超音波診断装置11は体表BD2と音響レンズ22の湾曲面26の間に十分に水を介在させることができる。水は効果的に湾曲面26と体表BD1、BD2との間を満たすことができる。第2距離センサー29aと第2距離センサー29bとが相違する測定値を出力する場合には、それら測定値に応じて流量制御弁66ごとに水の流量が制御されてもよい。
As shown in FIG. 11, depending on the orientation of the
第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bでは振動膜71の共振周波数は振動膜34の共振周波数よりも低い。したがって、振動膜71と体表BD1、BD2との間に空気が介在しても超音波の減衰は抑制されることができる。しかも、第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bでは振動膜71は音響整合層を介さずに空気に接触する。こうした音響整合層の省略は超音波の減衰の抑制にさらに寄与することができる。ただし、振動膜71には非常に薄い保護膜が形成されてもよい。保護膜は振動膜71の強度を補強する。その他、例えば空気の音速に基づき第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bで距離が推定される場合には、できる限り第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bが湾曲面26から遠ざけられれば、第1距離センサー28a、28bおよび第2距離センサー29a、29bと体表BD1、BD2との間で水の介在が回避され、距離の推定の精度は高められることができる。
In the
(3)他の実施形態に係る距離センサー
図12に示されるように、第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bは素子ユニット17の基体31に作り込まれてもよい。この場合には、第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bの振動膜71は、基体31の開口54に接する可撓膜53に同様に区画される。第1距離センサー28a、2bや第2距離センサー29a、29bの下電極77および上電極79は第1端子アレイ43aや第2端子アレイ43b中の電極端子に接続されればよい。ただし、第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bの素子69は音響整合複合体19の外側に配置される。第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bの振動膜71は音響整合層を介さずに直接に空気に接触する。こうして第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bは素子アレイ32の形成と同時に製造されることができる。その他の構造は前述の素子ユニット17と同様である。
(3) Distance Sensors According to Other Embodiments As shown in FIG. 12, the
図13に示されるように、第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bは圧力センサー82を備えてもよい。圧力センサー82には接触子83が連結される。圧力センサー82は接触子83から伝達される圧力を測定する。例えば接触子83がばねといった弾性体で形成されると、圧力センサー82と体表BDとの距離に応じて圧力センサー82に加わる圧力は変化する。距離が短ければ短いほど、圧力は高まる。したがって、圧力センサー82の測定値に基づき距離は測定されることができる。
As shown in FIG. 13, the
その他、素子アレイ32中の素子33は第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bを兼ねてもよい。この場合には、制御部81は素子33に向けて第1周波数の駆動信号および第1周波数よりも低い第2周波数の駆動信号を供給する。第2周波数の駆動信号が供給される際に素子33と体表BDとの間で距離が測定される。こうした制御部81の変更のみで第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bは実現されることができる。
In addition, the
(4)他の実施形態に係る超音波診断装置
図14に示されるように、超音波診断装置11では平面視で超音波デバイス18の輪郭の外側に移動センサー84が設置されてもよい。移動センサー84は体表BD1、BD2に対して湾曲面26の移動方向を検出する。第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bは進行方向に湾曲面26の前方で体表BD1、BD2との距離を測定する。したがって、第1距離センサー28a、28bや第2距離センサー29a、29bの測定結果に基づき進行方向前方の体表BD1、BD2の形状は概ね予想されることができる。予想される形状に応じて水といった音響結合材の供給量が制御されれば、体表BD1、BD2に対して湾曲面26が移動する際でも超音波診断装置11は体表BD1、BD2との間に十分に音響結合材を介在させることができる。音響結合材は効果的に湾曲面26と体表BD1、BD2との間を満たすことができる。
(4) Ultrasonic Diagnostic Apparatus According to Other Embodiment As shown in FIG. 14, in the ultrasonic
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波診断装置11や超音波プローブ13、素子ユニット17、素子33、制御部81等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention. For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. In addition, the configurations and operations of the ultrasonic
11 電子機器および超音波測定装置としての超音波診断装置、13 超音波プローブ、22 音響整合体(音響レンズ)、26 送信面(湾曲面)、28a 距離センサー(第1距離センサー)、28b 距離センサー(第1距離センサー)、29a 距離センサー(第2距離センサー)、29b 距離センサー(第2距離センサー)、33 超音波トランスデューサー素子、59a 供給口、69 超音波トランスデューサー素子、81 制御部、82 圧力センサー、83 接触子、84 移動センサー、BD 被検体(体表)、BD1 被検体(体表)、BD2 被検体(体表)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、
前記送信面に対して流動性の音響結合材を供給する供給口と、
前記音響整合体の厚み方向からの平面視で前記超音波トランスデューサー素子の輪郭の外側に配置されて、被検体との距離を測定する距離センサーと、
前記距離センサーの測定結果に基づき前記音響結合材の供給量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする超音波測定装置。 An acoustic matching body having an ultrasonic transmission surface;
An ultrasonic transducer element connected to the acoustic matching body;
A supply port for supplying a fluid acoustic coupling material to the transmission surface;
A distance sensor that is disposed outside the outline of the ultrasonic transducer element in a plan view from the thickness direction of the acoustic matching body, and measures the distance to the subject;
A control unit for controlling the supply amount of the acoustic coupling material based on the measurement result of the distance sensor;
An ultrasonic measurement apparatus comprising:
前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、
前記送信面に流動性の音響結合材を供給する供給口と、
平面視で前記超音波トランスデューサー素子の輪郭の外側に配置されて、被検体との距離を測定するセンサーと、
を備えることを特徴とする超音波プローブ。 An acoustic matching body having an ultrasonic transmission surface;
An ultrasonic transducer element connected to the acoustic matching body;
A supply port for supplying a fluid acoustic coupling material to the transmission surface;
A sensor that is disposed outside the outline of the ultrasonic transducer element in a plan view and measures a distance from the subject;
An ultrasonic probe comprising:
前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、
前記送信面に向かって流動性の音響結合材を供給する供給口と、
前記超音波トランスデューサー素子に、第1周波数の駆動信号、および、第1周波数よりも低い第2周波数の駆動信号を供給し、前記第2周波数の駆動信号により送信された超音波を用いて測定される距離に応じて前記音響結合材の供給量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする超音波測定装置。 An acoustic matching body having an ultrasonic transmission surface;
An ultrasonic transducer element connected to the acoustic matching body;
A supply port for supplying a fluid acoustic coupling material toward the transmission surface;
The ultrasonic transducer element is supplied with a drive signal having a first frequency and a drive signal having a second frequency lower than the first frequency, and measurement is performed using an ultrasonic wave transmitted by the drive signal having the second frequency. A control unit for controlling the supply amount of the acoustic coupling material according to the distance to be
An ultrasonic measurement apparatus comprising:
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-
2013
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