JP2016520352A - 分離結合型超音波プローブ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、分離結合型超音波プローブ装置に関し、モジュール化された超音波プローブと、モジュール化された超音波プローブと分離結合するケースとを備え、ユーザが所望する性能と診断周波数領域によって適切な超音波プローブを選択して使用することができる分離結合型超音波プローブ装置を提供することにある。本発明は、超音波を発振する方向に水平に配列される複数の超音波プローブモジュールと；一方に開放部が形成され、前記開放部を介して前記複数の超音波プローブモジュールを収容し、前記複数の超音波プローブモジュールの外観を覆う外側ハウジングと、前記複数の超音波プローブモジュールの間に設けられ、前記それぞれの超音波プローブモジュールを分離する分離ハウジングとを備え、前記超音波プローブモジュールが分離結合するケースと；、前記ケースの内部に設置され、前記複数の超音波プローブモジュールを制御する制御モジュールと；を含む。

Description

本発明は、超音波プローブに関し、より詳細には、プローブをモジュール化して、１つの超音波プローブ機器に様々な種類のプローブを分離結合して使用することができる分離結合型超音波プローブ装置に関する。

超音波とは、人間の可聴範囲以上の音響波であって、略２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ間の周波数を有する音波をいう。

超音波は、人体または動物の内部を検査するか、金属またはプラスチックのような固体の厚さや内部結合を非破壊方式で測定する場合に使用され、ユーザが容易に使用することができるように、プローブ（以下、超音波プローブという）形態で具現される。

超音波プローブは、圧電物質が振動しながら電気的な信号と音響信号を相互変換させる圧電セラミックと、圧電セラミックで発生した超音波が対象体に最大限伝達され得るように、圧電セラミックと対象体の間の音響インピーダンスの差を減少させる音響整合層と、圧電セラミックの前方に進行する超音波を特定地点に集束させるレンズ層と、超音波が圧電層の後方に進行することを遮断させて、映像歪みを防止する後面ブロックとを含む。

このような構成よりなる超音波プローブは、医学分野において広く使用されているが、超音波プローブを使用する超音波診断機器において生命体に超音波を放射した後、その反射した超音波信号を電気信号に変換し、イメージ処理装置に伝送した後、イメージ処理装置から伝送された信号を用いて映像を生成する。

このような過程を通じて生命体内の異物の検出、傷害程度の測定、腫瘍の観察及び胎児の観察などのように有用に使用されている。

超音波プローブを利用した超音波診断において、超音波は、多様な周波数領域が存在し、このような周波数領域によって診断することができる範囲が限定されている。

したがって、ユーザが所望する診断のためには、それに適したプローブを使用しなければならないので、使用用途によって異なるプローブを使用しなければならないという不都合があった

したがって、本発明の目的は、モジュール化された超音波プローブと、モジュール化された超音波プローブと分離結合するケースとを備え、ユーザが所望する性能と診断周波数領域によって適切な超音波プローブを選択して使用することができる分離結合型超音波プローブ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、超音波を発振する方向に水平に配列される複数の超音波プローブモジュールと；一方に開放部が形成され、前記開放部を介して前記複数の超音波プローブモジュールを収容し、前記複数の超音波プローブモジュールの外観を覆う外側ハウジングと、前記複数の超音波プローブモジュールの間に設けられ、前記それぞれの超音波プローブモジュールを分離する分離ハウジングとを備え、前記超音波プローブモジュールが分離結合するケースと；前記ケースの内部に設置され、前記複数の超音波プローブモジュールを制御する制御モジュールと；を含むことを特徴とする分離結合型超音波プローブ装置を提供する。

本発明による分離結合型超音波プローブ装置において、前記超音波プローブモジュールは、超音波が固定された方向に進行する線形配列超音波プローブモジュールまたは超音波が進行方向と深さによって操向可能に進行する位相配列超音波プローブモジュールであることを特徴とする。

本発明による分離結合型超音波プローブ装置において、前記制御モジュールは、前記超音波プローブモジュールに電気的に連結され、前記線形配列超音波プローブモジュールまたは前記位相配列超音波プローブモジュールのうち少なくとも１つを作動させることを特徴とする。

本発明による分離結合型超音波プローブ装置において、前記ケースは、一対の位相配列超音波プローブモジュールと、前記一対の位相配列超音波プローブモジュールの間に位置する線形配列超音波プローブモジュールとを収容し、前記制御モジュールは、前記一対の位相配列超音波プローブモジュールと前記線形配列超音波プローブモジュールを作動させて、３次元画像化データを生成することを特徴とする。

本発明による分離結合型超音波プローブ装置において、前記超音波プローブモジュールは、後面ブロックと、前記後面ブロックの上部に形成される圧電セラミックと、前記圧電セラミックの上部に形成される音響整合層と、前記音響整合層の上部に形成される音響レンズと、前記後面ブロックと前記圧電セラミックとの間に形成される柔軟性回路基板と、前記音響レンズの上部を除いた前記後面ブロック、圧電セラミック、音響整合層、音響レンズ、柔軟性回路基板の外観を覆うモジュールケースとを含み、前記柔軟性回路基板は、前記制御モジュールと連結され、前記制御モジュールが前記超音波プローブモジュールを制御することを特徴とする。

本発明による分離結合型超音波プローブ装置において、前記超音波プローブモジュールは、前記音響整合層と前記圧電セラミックとの間に形成される接地板をさらに含むことを特徴とする。

本発明の分離結合型超音波プローブ装置によれば、モジュール化された超音波プローブと、超音波プローブを収容するケースとを備え、ユーザが所望する性能と診断周波数領域によって適切な超音波プローブを選択して使用することができ、多数の超音波プローブ装置を具備する必要なしに、１つの超音波プローブ装置を用いて様々な種類の超音波プローブを使用することができる。

図１は、本発明の実施形態による複数の超音波プローブモジュールがケースに結合される様子を示す図である。 図２は、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置を示す図である。 図３は、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施形態によるモジュールケースを除いた超音波プローブモジュールを示す図である。 図５は、本発明の第２実施形態によるモジュールケースを除いた超音波プローブモジュールを示す図である。

下記の説明では、本発明の実施形態を理解するのに必要な部分だけが説明され、その他の部分の説明は、本発明の要旨を不明にしないように省略されることを留意しなければならない。

以下で説明される本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者は、自分の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念として適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味や概念として解釈しなければならない。したがって、本明細書に記載した実施形態と図面に示された構成は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

以下、図面を参照して本発明による分離結合型超音波プローブ装置をさらに詳しく説明する。

超音波プローブは、人体または動物の内部を検査するか、金属またはプラスチックのような固体の厚さや内部結合を非破壊方式で測定するための超音波を容易に扱うことができるようにプローブ形態で具現された装置をいう。

超音波プローブは、超音波プローブの構成のうち圧電セラミックで超音波が発生し、圧電セラミックで発生する超音波のうち後面ブロック側に伝搬される超音波は、後面ブロックが吸収し、音響整合層側に伝搬される超音波は、音響整合層及び音響レンズを介して被検査体に伝達され、これに関しては後述する。

図１は、本発明の実施形態による複数の超音波プローブモジュールがケースに結合される様子を示す図であり、図２は、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置を示す図であり、図３は、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置を示すブロック図である。

図１〜図３を参照すれば、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置１００は、複数の超音波プローブモジュール１０、ケース２０及び制御モジュール３０を含む。

超音波プローブモジュール１０は、ケース２０の開放部２２を介して分離結合することができるようにモジュール化された超音波プローブである。すなわち、超音波プローブモジュール１０は、超音波プローブがケース２０の開放部２２を介してケース２０の内部に形成された収容部に収容されて使用され得るように形成される。

本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置１００は、複数個の超音波プローブモジュール１０を含む。複数の超音波プローブモジュール１０は、超音波を発振する方向に水平に配列され、ケース２０の開放部２２を介して収容部に収容し結合することができる。ケース２０の収容された超音波プローブモジュール１０は、線形配列超音波プローブモジュール４０または位相配列超音波プローブモジュール５０とすることができ、これに関しては後述する。

ケース２０は、一方に開放部２２が形成され、開放部２２を介して複数の超音波プローブモジュール１０を収容し、外側ハウジング２４及び分離ハウジング２６を含む。

外側ハウジング２４は、開放部２２に収容される複数の超音波プローブモジュール１０の外観を覆う。すなわち、外側ハウジング２４は、ケース２０の内部に収容された複数の超音波プローブモジュール１０の外観を覆い、外部の衝撃から複数の超音波プローブモジュール１０を保護することができる。

分離ハウジング２６は、複数の超音波プローブモジュール１０の間に設けられ、それぞれの超音波プローブモジュール１０を分離する。すなわち、分離ハウジング２６は、ケース２０の内部が複数の開放部２２を有することができるように仕切りの役目をし、それぞれの超音波プローブモジュール１０を分離することによって、それぞれの超音波プローブモジュール１０が当接してそれぞれの超音波プローブモジュール１０の振動に互いに影響を受けることがないようにする役目をする。

ケース２０の材質として、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのプラスチック材質を使用することができるが、本発明の技術的思想は、これに限定されるものではなく、軽くて、優れた耐久性及び不伝導性を有する物質を使用することができる。

制御モジュール３０は、ケース２０の内部に設置され、複数の超音波プローブモジュール１０を制御する。すなわち、制御モジュール３０は、ケース２０の開放部２２に結合される複数の超音波プローブモジュール１０と電気的に連結され、それぞれの超音波プローブモジュール１０を作動または停止させることができる。

本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置１００は、ケース２０に一対の位相配列超音波プローブモジュール５０と、一対の位相配列超音波プローブモジュール５０の間に位置する線形配列超音波プローブモジュール４０とを収容することができ、制御モジュール３０は、一対の位相配列超音波プローブモジュール５０と線形配列超音波プローブモジュール４０に電気的に連結され、それぞれ駆動を制御する。例えば、ユーザが線形配列超音波プローブモジュール４０だけを使用しようとする場合、制御モジュール３０は、一対の位相配列超音波プローブモジュール５０は停止させ、線形配列超音波プローブモジュール４０だけを作動させて、超音波を発振させる。

前述したように、本発明の実施形態による超音波プローブモジュール１０は、線形配列超音波プローブモジュール４０または位相配列超音波プローブモジュール５０であることができ、これに関しては図４を参照して説明する。

図４は、本発明の実施形態によるモジュールケースを除いた超音波プローブモジュールを示す図である。

図４を参照すれば、本発明の実施形態による超音波プローブモジュール１０は、後面ブロック１２、圧電セラミック１４、音響整合層１６、音響レンズ１８、柔軟性回路基板１３及びモジュールケースを含む。

後面ブロック１２は、圧電セラミック１４で発生する超音波のうち後面ブロック１２側に伝搬される超音波を吸収する役目をする。これを通じて、超音波プローブモジュール１０の音響特性を調節することができる。

圧電セラミック１４は、後面ブロック１２の上部に形成され、電気的信号を音響信号である超音波に変換させて空気中に排出し、空気の中で反射して戻る超音波反射信号をさらに電気的信号に変化させて装置に送る。

圧電セラミック１４の素材としては、ＰＺＴなどのセラミック素材またはＰＭＮ＿ＰＴなどの単結晶素材を使用することができる。

音響整合層１６は、圧電セラミック１４の上部、すなわち圧電セラミック１４の超音波送受信面の電極上に形成され、超音波の反射率と効率を増加させる。また、音響整合層１６は、超音波の反射率と効率を増加させるために、１層以上で形成することができる。

音響レンズ１８は、音響整合層１６の上部に形成され、超音波映像の分解能を高めるために送信される超音波を集束して被検査体に入射させる。

音響レンズ１８の素材としては、例えば生体に近いシリコーンなどを使用することができる。

柔軟性回路基板１３は、後面ブロック１２と圧電セラミック１４との間に形成され、圧電セラミック１４及び後面ブロック１２に電気的に接続される。すなわち、柔軟性回路基板１３に形成された配線パターンは、圧電セラミック１４の後面に形成された電極、例えば信号電極と接地電極と伝導性がある後面ブロック１２に電気的に連結される。

また、柔軟性回路基板１３は、制御モジュール３０と電気的に連結されるので、制御モジュール３０は、超音波プローブモジュール１０を制御することができる。

柔軟性回路基板１３は、圧電セラミック１４の電極に電気的に接続され、後面ブロック１０に接地され、前面に配線パターンが形成されたポリイミド素材のテープ配線基板を使用することができる。また、柔軟性回路基板１３は、必要に応じて両面に配線パターンが形成されたテープ配線基板を使用することができる。

モジュールケースは、音響レンズ１８の上部を除いた後面ブロック１２、圧電セラミック１４、音響整合層１６、音響レンズ１８、柔軟性回路基板１３の外観を覆うことによって、音響レンズ１８の上部を除いた超音波プローブモジュール１０の外部の衝撃から保護することができる。

前述したように、本発明の実施形態による超音波プローブモジュール１０は、線形配列超音波プローブモジュール４０または位相配列超音波プローブモジュール５０のうち１つとすることができる。

線形配列超音波プローブモジュール４０は、超音波が固定された方向に進行するようにする圧電セラミック１４を具備することができる。この際、圧電セラミック１４は、多数個の線形圧電素子に分割されている。線形配列超音波プローブモジュール４０を利用して表在性臓器である乳房や甲状腺、筋骨格系検査などに使用することができる。

位相配列超音波プローブモジュール５０は、超音波が進行方向と深さによって操向可能に進行することができる。すなわち、位相配列超音波プローブモジュール５０の圧電セラミック１４は、多数個の圧電素子を具備することができ、それぞれの圧電素子は、それぞれの圧電素子で発生したパルスがそれぞれ位相差を持って進行することができる。言い換えれば、位相配列超音波プローブモジュール５０は、配列されたすべての圧電素子が位相差で超音波を発生させ、超音波の進行方向を操向させて映像を獲得することができる。位相配列超音波プローブモジュール９０を利用したスキャンを通じて肋骨の間に位置する心臓などの臓器を検査するのに使用することができる。

前述したように、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置１００は、ケース２０に一対の位相配列超音波プローブモジュール５０と、一対の位相配列超音波プローブモジュール５０の間に位置する線形配列超音波プローブモジュール４０とを収容することができ、制御モジュール３０は、一対の位相配列超音波プローブモジュール５０及び線形配列超音波プローブモジュール４０に電気的に連結され、それぞれ制御することができる。

制御モジュール３０が線形配列超音波プローブモジュール４０を作動させて超音波を発振させる場合、表在性臓器である乳房や甲状腺、筋骨格系検査などに使用することができる。

制御モジュール３０が一対の位相配列超音波プローブモジュール５０を同時にあるいはいずれか一方を作動させて、超音波を発振させれば、スキャンを通じて肋骨の間に位置する心臓などの臓器を検査するのに使用することができる。一対の位相配列超音波プローブモジュール５０を同時に作動させる場合、一対の位相配列超音波プローブモジュール５０のうちいずれか１つを選択して作動させる場合より低い振動数を有する超音波が発振することができる。

制御モジュール３０が一対の位相配列超音波プローブモジュール５０及び線形配列超音波プローブモジュール４０を同時に作動させて超音波を発振させる場合には、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置１００は、それぞれの圧電セラミック１４がマトリクス形状（ｍａｔｒｉｘ ａｒｒａｙ）に整列配置され、３次元画像化データを生成することができる。

このように、本発明の実施形態による分離結合型超音波プローブ装置１００は、ユーザが所望する性能と診断領域に適切な超音波プローブモジュール１０をケース２０に分離結合して使用することができる。

本発明の実施形態による超音波プローブモジュール１０は、図５に示したように、接地板１５をさらに具備することができる。

ここで、図５は、本発明の第２実施形態によるモジュールケースを除いた超音波プローブモジュールを示す図である。

図５を参照すれば、本発明の第２実施形態による超音波プローブモジュール６０は、図４の超音波プローブモジュール１０に比べて接地板１５をさらに具備することを除いて、同一の構成を有するので、以下では、接地板１５が形成された構造を中心に説明する。

接地板１５は、音響整合層１６と圧電セラミック１４との間に形成され、両端は、柔軟性回路基板１３の配線パターンに接合される。すなわち、接地板１５は、柔軟性回路基板１３の配線パターンのうち接地パターンに接合される。

接地板１５を具備することによって、本発明の第２実施形態による超音波プローブモジュール６０は、音響特性を向上させることができる。

なお、本図面に開示された実施形態は、理解を助けるために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。ここに開示された実施形態以外にも本発明の技術的思想に基づく他の変形例が実施可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には自明である。

Claims (6)

1. 超音波を発振する方向に水平に配列される複数の超音波プローブモジュールと；
   一方に開放部が形成され、前記開放部を介して前記複数の超音波プローブモジュールを収容し、前記複数の超音波プローブモジュールの外観を覆う外側ハウジングと、前記複数の超音波プローブモジュールの間に設けられ、前記それぞれの超音波プローブモジュールを分離する分離ハウジングとを具備し、前記超音波プローブモジュールが分離結合するケースと；
   前記ケースの内部に設置され、前記複数の超音波プローブモジュールを制御する制御モジュールと；
   を含むことを特徴とする分離結合型超音波プローブ装置。
2. 前記超音波プローブモジュールは、超音波が固定された方向に進行する線形配列超音波プローブモジュール、または超音波が進行方向と深さによって操向可能に進行する位相配列超音波プローブモジュールであることを特徴とする請求項１に記載の分離結合型超音波プローブ装置。
3. 前記制御モジュールは、前記超音波プローブモジュールに電気的に連結され、前記線形配列超音波プローブモジュールまたは前記位相配列超音波プローブモジュールのうち少なくとも１つを作動させることを特徴とする請求項２に記載の分離結合型超音波プローブ装置。
4. 前記ケースは、一対の位相配列超音波プローブモジュールと、前記一対の位相配列超音波プローブモジュールの間に位置する線形配列超音波プローブモジュールとを収容し、
   前記制御モジュールは、前記一対の位相配列超音波プローブモジュール及び前記線形配列超音波プローブモジュールを作動させて、３次元画像化データを生成することを特徴とする請求項３に記載の分離結合型超音波プローブ装置。
5. 前記超音波プローブモジュールは、
   後面ブロックと、
   前記後面ブロックの上部に形成される圧電セラミックと、
   前記圧電セラミックの上部に形成される音響整合層と、
   前記音響整合層の上部に形成される音響レンズと、
   前記後面ブロックと前記圧電セラミックとの間に形成される柔軟性回路基板と、
   前記音響レンズの上部を除いた前記後面ブロック、圧電セラミック、音響整合層、音響レンズ、柔軟性回路基板の外観を覆うモジュールケースと、を含み、
   前記柔軟性回路基板は、前記制御モジュールと連結され、前記制御モジュールが前記超音波プローブモジュールを制御することを特徴とする請求項１に記載の分離結合型超音波プローブ装置。
6. 前記超音波プローブモジュールは、
   前記音響整合層と前記圧電セラミックとの間に形成される接地板をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の分離結合型超音波プローブ。

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