JP2017042189A - Ultrasonic probe - Google Patents

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綾子 加藤
Ayako Kato
綾子 加藤
有二 笠貫
Yuji Kasanuki
有二 笠貫
正木 文太郎
Buntaro Masaki
文太郎 正木
大古場 稔
Minoru Okoba
稔 大古場
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe capable of improving detection performance (S/N) of an ultrasonic wave from a subject.SOLUTION: In order to reduce multiple reflection of an ultrasonic wave generated between a subject and a part of a housing where a sensor is not installed, an ultrasonic probe 180 includes a plurality of ultrasonic sensors 200, and a housing which has a concave part recessed toward a subject 120 to be arranged at a measurement position when measurement is performed, and supports the plurality of ultrasonic sensors. The ultrasonic sensors are arranged so that the sensor surfaces are directed toward a subject side. The housing includes an ultrasonic reflection control layer on the subject side surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波変換素子(トランスデューサ)などとして用いられる超音波プローブ、およびそれを用いる装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic probe used as an ultrasonic transducer (transducer) and an apparatus using the same.

従来、マイクロマシニング技術によって製造される微小機械部材はマイクロメータオーダの加工が可能であり、これらを用いて様々な微小機能素子が実現されている。このような技術を用いたcMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)等の静電容量型の電気機械変換素子は、圧電素子の代替品として研究されている。こうした静電容量型の電気機械変換素子によると、振動膜の振動を用いて超音波などの音響波ないし光音響波(本明細書では、超音波で代表することもある)を送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる。   Conventionally, micromechanical members manufactured by micromachining technology can be processed on the micrometer order, and various micro functional elements are realized using these. Capacitance type electromechanical transducers such as cMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer) using such a technique have been studied as an alternative to piezoelectric elements. According to such a capacitive electromechanical transducer, an acoustic wave such as an ultrasonic wave or a photoacoustic wave (which may be represented by an ultrasonic wave in this specification) is transmitted and received using the vibration of the vibrating membrane. In particular, excellent broadband characteristics can be easily obtained in a liquid.

光音響診断装置は、被検体に光を照射し、被検体からの光音響信号を圧電素子または静電容量型のトランスデューサなどのセンサで受信し、受信した信号に基づいて被検体の光音響画像を構成し、診断に用いる装置である。光源からのパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝搬・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体で発生した光音響波(典型的には超音波)を受信し、その受信信号に基づき被検体をイメージング(画像化)する研究は医療分野で積極的に進められている。   The photoacoustic diagnostic apparatus irradiates a subject with light, receives a photoacoustic signal from the subject with a sensor such as a piezoelectric element or a capacitive transducer, and based on the received signal, a photoacoustic image of the subject Is a device used for diagnosis. Receives photoacoustic waves (typically ultrasonic waves) generated in the subject by irradiating the subject with pulsed light from the light source and absorbing the energy of the pulsed light that propagates and diffuses in the subject, and receives the received signal Research on imaging a subject based on the above is being actively promoted in the medical field.

特許文献1には、半球面上に離散的に配置された圧電素子を用いて音響波を受信して、光音響画像を構成する光音響診断装置の提案がなされている。半球面上に圧電素子はらせん状に配置され、その半球面自体を走査する例が開示されている。   Patent Document 1 proposes a photoacoustic diagnostic apparatus that receives an acoustic wave using piezoelectric elements discretely arranged on a hemispherical surface to form a photoacoustic image. An example is disclosed in which piezoelectric elements are spirally arranged on a hemisphere and the hemisphere itself is scanned.

米国特許公開第2013/0217995号US Patent Publication No. 2013/0217995

上述した様な光音響診断装置を使用する際、被検体から発生した光音響波である超音波が、センサが配置されていない部分で反射すると、反射した超音波は被検体に到達し、被検体から発生した超音波を歪める可能性がある。また、被検体で再び反射してセンサに戻ってくる為、所望の超音波を検出する際にノイズとなる。さらに、光音響診断装置だけでなく、センサから超音波を被検体に送信し、被検体で反射した超音波を受信する送受信プローブでも、同様の点が指摘される。つまり、被検体とセンサが配置されていない部分との間で超音波の多重反射が生じることで、所望の超音波の検出性能が低下する恐れがある。特に、センサがスパース状、即ちまばらに配置されていると、センサが配置されていない領域が多くなるため、超音波の多重反射による検出性能の低下が顕著になることがある。また、被検体とセンサとの距離が近くなるにつれ、所望の超音波と多重反射による超音波との分離が困難になり、検出性能の低下が顕著になり易い。   When using the photoacoustic diagnostic apparatus as described above, if the ultrasonic wave, which is a photoacoustic wave generated from the subject, is reflected by a portion where the sensor is not disposed, the reflected ultrasonic wave reaches the subject and the subject There is a possibility of distorting ultrasonic waves generated from the specimen. Further, since the light is reflected again by the subject and returned to the sensor, it becomes noise when a desired ultrasonic wave is detected. Further, not only the photoacoustic diagnostic apparatus but also a transmission / reception probe that transmits ultrasonic waves from a sensor to a subject and receives ultrasonic waves reflected by the subject is pointed out. In other words, multiple ultrasonic reflections occur between the subject and the portion where the sensor is not arranged, which may reduce the detection performance of the desired ultrasonic waves. In particular, when the sensors are sparsely arranged, that is, sparsely arranged, the number of areas where the sensors are not arranged increases, and thus the detection performance may be significantly degraded due to multiple reflections of ultrasonic waves. In addition, as the distance between the subject and the sensor becomes shorter, it becomes difficult to separate desired ultrasonic waves from ultrasonic waves due to multiple reflection, and the detection performance is likely to deteriorate significantly.

上記課題に鑑み、本発明の超音波プローブは、複数の超音波センサと、測定の際に測定位置に配置されるべき被検体に向かって凹状となる凹部を有し、前記複数の超音波センサを支持する筐体と、を備える。前記超音波センサは、センサ面が被検体側に向くように配置され、前記筐体は、被検体側の面に超音波反射制御層を有する。   In view of the above problems, an ultrasonic probe of the present invention has a plurality of ultrasonic sensors and a concave portion that is concave toward a subject to be placed at a measurement position at the time of measurement, and the plurality of ultrasonic sensors And a housing that supports. The ultrasonic sensor is arranged so that the sensor surface faces the subject side, and the casing has an ultrasonic reflection control layer on the subject side surface.

本発明では、被検体とセンサが配置されていない筐体の部分との間で生じる超音波の多重反射を低減する事で、被検体からの超音波の検出性能(S/N)を向上させる事が可能となる。   In the present invention, the detection performance (S / N) of the ultrasonic wave from the subject is improved by reducing the multiple reflection of the ultrasonic wave generated between the subject and the part of the casing where the sensor is not arranged. Things will be possible.

本発明の光音響診断装置の一例の構成図。The block diagram of an example of the photoacoustic diagnostic apparatus of this invention. 本発明の光音響診断装置に用いられる超音波プローブの一例の斜視図。The perspective view of an example of the ultrasonic probe used for the photoacoustic diagnostic apparatus of this invention. 超音波プローブの一部の被検体側拡大図。FIG. 3 is an enlarged view of a part of the ultrasound probe on the subject side. 超音波プローブの一例の外側拡大図。The outside enlarged view of an example of an ultrasonic probe. 図3のA-B断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 3. センサ配置前の超音波プローブの一例の被検体側拡大図。The subject side enlarged view of an example of the ultrasonic probe before sensor arrangement | positioning. 図6のC-D断面を示す斜視図。The perspective view which shows the CD cross section of FIG. 本発明の超音波センサの一例(実施例1)を示す図。The figure which shows an example (Example 1) of the ultrasonic sensor of this invention. 図8のX−Z軸スライス図(X軸とZ軸とを含む面でスライスした図)。FIG. 9 is an XZ axis slice diagram of FIG. 8 (a diagram obtained by slicing along a plane including the X axis and the Z axis). 図8のセンサの受信面の一例を示す図。The figure which shows an example of the receiving surface of the sensor of FIG. 図10のE-F断面図。EF sectional drawing of FIG. 静電容量型の電気機械変換素子の製造方法の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of an electrostatic capacitance type electromechanical transducer. 実施例2の超音波プローブの図3と同様な断面図。Sectional drawing similar to FIG. 3 of the ultrasonic probe of Example 2. FIG. 実施例3の超音波プローブの図3と同様な断面図。Sectional drawing similar to FIG. 3 of the ultrasonic probe of Example 3. FIG.

以下の実施形態や実施例では、超音波センサは、センサ面が被検体側に向くように配置され、複数の超音波センサを支持する筐体は、測定の際に測定位置に配されるべき被検体に向かって凹状となる凹部を有し、被検体側の面に超音波反射制御層を有する。超音波反射制御層は、吸収、散乱、干渉なども含めて反射波の量を制御する機能を有している。前記筺体の凹部は、典型的には、略球面状であるが、例えば、筺体が多面体構造で形成され、筐体の凹部を、平面を繋ぎ合わせて形成されている形態などにすることも出来る。   In the following embodiments and examples, the ultrasonic sensor is arranged so that the sensor surface faces the subject side, and the housing that supports the plurality of ultrasonic sensors should be arranged at the measurement position at the time of measurement. A concave portion that is concave toward the subject is provided, and an ultrasonic reflection control layer is provided on the subject-side surface. The ultrasonic reflection control layer has a function of controlling the amount of reflected waves including absorption, scattering, interference, and the like. The concave portion of the casing is typically substantially spherical, but for example, the casing may be formed in a polyhedral structure, and the concave portion of the housing may be formed by connecting planes. .

以下に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では光音響診断装置について説明しているが、光源を備えない超音波診断装置などでもよく、本発明は本実施形態に制限されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Although the photoacoustic diagnostic apparatus is described in the present embodiment, an ultrasonic diagnostic apparatus that does not include a light source may be used, and the present invention is not limited to the present embodiment.

<システム構成>
図1を参照しながら、本発明に係る超音波プローブないし光音響診断装置の構成例を説明する。図1は本実施形態の構成図である。本実施形態に係る光音響診断装置は、取り付け部100、被検体120を保持する形状保持部110、音響マッチング材130、光学系140、光源150、処理部160、画像表示部170、超音波プローブ180を含む。測定は形状保持部110に被検者120の乳房などを挿入して行う。光源150から発生したパルス光は、被検体に光を照射するための光照射部の一部をなす光学系140を介して超音波プローブ180の頂点近傍から形状保持部110の方向に導かれ、被検体120に照射される。被検体内部を伝播した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体に吸収されると、その被検体120の光吸収体の熱膨張により音響波が発生する。被検体120で発生した音響波はすべての方向に伝播し、音響マッチング材130を伝播して超音波プローブ180内に配置された超音波センサ200の各々で受信され、処理部160において解析される。解析結果は、被検体120の特性情報を表す画像として画像表示部170に出力される。
<System configuration>
A configuration example of an ultrasonic probe or a photoacoustic diagnostic apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of this embodiment. The photoacoustic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an attachment unit 100, a shape holding unit 110 that holds a subject 120, an acoustic matching material 130, an optical system 140, a light source 150, a processing unit 160, an image display unit 170, and an ultrasonic probe. 180 included. The measurement is performed by inserting the breast of the subject 120 into the shape holding unit 110. The pulsed light generated from the light source 150 is guided in the direction of the shape holding unit 110 from the vicinity of the vertex of the ultrasonic probe 180 via the optical system 140 that forms a part of the light irradiation unit for irradiating the subject with light. The subject 120 is irradiated. When a part of the energy of the light propagating through the subject is absorbed by a light absorber such as blood, an acoustic wave is generated due to thermal expansion of the light absorber of the subject 120. The acoustic wave generated in the subject 120 propagates in all directions, propagates through the acoustic matching material 130, is received by each of the ultrasonic sensors 200 disposed in the ultrasonic probe 180, and is analyzed by the processing unit 160. . The analysis result is output to the image display unit 170 as an image representing the characteristic information of the subject 120.

<光源150>
光源150はパルス光を発生させる装置である。光源はレーザー光源であることが望ましいが、発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いることもできる。照射のタイミング、波形、強度等は不図示の光源制御部により制御される。光音響波を効果的に発生させるためには、被検体120の熱特性に応じて、十分短い時間に光を照射しなければならない。被検体120が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は10〜50ナノ秒程度が好適である。また、パルス光の波長は、被検体内部まで光が伝播する波長であることが望ましい。具体的には、600nm以上1200nm以下程度であることが望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。さらにパルス光の波長は、観測対象に対して吸収係数が高いことが望ましい。
<Light source 150>
The light source 150 is a device that generates pulsed light. The light source is preferably a laser light source, but a light emitting diode, flash lamp, or the like can also be used. Irradiation timing, waveform, intensity, and the like are controlled by a light source control unit (not shown). In order to effectively generate the photoacoustic wave, it is necessary to irradiate light in a sufficiently short time according to the thermal characteristics of the subject 120. When the subject 120 is a living body, the pulse width of the pulsed light generated from the light source is preferably about 10 to 50 nanoseconds. Further, the wavelength of the pulsed light is desirably a wavelength at which the light propagates to the inside of the subject. Specifically, it is desirable that the thickness be about 600 nm or more and 1200 nm or less. The light in this region can reach relatively deep in the living body, and information on the deep portion can be obtained. Furthermore, it is desirable that the wavelength of the pulsed light has a high absorption coefficient with respect to the observation target.

<光学系140>
光学系140は、光源150で発生したパルス光を被検体120へ導く手段である。具体的には、所望のビーム形状、光強度分布が得られるように光ファイバやレンズ、ミラー、拡散板などで構成された光学部材である。また、光を導く際に、これらの光学機器を用いて、所望の光分布となるように形状や光密度を変更することもある。光学機器はここに挙げたものだけに限定されず、このような機能を満たすものであれば、どの様なものであってもよい。
<Optical system 140>
The optical system 140 is means for guiding the pulsed light generated by the light source 150 to the subject 120. Specifically, the optical member is composed of an optical fiber, a lens, a mirror, a diffusion plate, or the like so as to obtain a desired beam shape and light intensity distribution. In addition, when guiding light, the shape and the light density may be changed so as to obtain a desired light distribution using these optical devices. The optical apparatus is not limited to those listed here, and any optical apparatus may be used as long as it satisfies such functions.

<形状保持部110>
形状保持部110は、被検体120の形状を一定に保つための部材である。形状保持部110は、取り付け部100に取り付けられている。形状保持部110を介して被検体120に光を照射する場合、形状保持部110は照射光に対して透明であることが好ましい。例えば、形状保持部材110の材料としては、ポリメチルペンテンやポリエチレンテレフタラートなどを用いることができる。また、被検体120が乳房である場合、乳房形状の変形を少なくして形状を一定に保持するために、形状保持部110の形状は球を或る断面で切った形状であることが好ましい。なお、被検体120の体積や保持後の所望の形状に応じて、形状保持部110の形状を適宜設計することができる。形状保持部110が被検体120の外形にフィットし、被検体120の形状が形状保持部110の形状とほぼ同様になるように構成されていることが好ましい。なお、光音響診断装置は、形状保持部110を用いることなく、測定を行ってもよい。
<Shape holding part 110>
The shape holding unit 110 is a member for keeping the shape of the subject 120 constant. The shape holding part 110 is attached to the attachment part 100. When irradiating the subject 120 with light through the shape holding unit 110, the shape holding unit 110 is preferably transparent to the irradiation light. For example, as a material of the shape holding member 110, polymethylpentene, polyethylene terephthalate, or the like can be used. Further, when the subject 120 is a breast, the shape holding unit 110 is preferably a shape obtained by cutting a sphere in a certain cross section in order to keep the shape constant while reducing deformation of the breast shape. Note that the shape of the shape holding unit 110 can be appropriately designed according to the volume of the subject 120 and the desired shape after holding. It is preferable that the shape holding unit 110 is configured to fit the outer shape of the subject 120 and the shape of the subject 120 is substantially the same as the shape of the shape holding unit 110. The photoacoustic diagnostic apparatus may perform measurement without using the shape holding unit 110.

<被検体120>
被検体120は測定の対象となるものである。具体例としては、乳房等の生体や、当該装置の調整などにおいては生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが挙げられる。
<Subject 120>
The subject 120 is a measurement target. Specific examples include a living body such as a breast, and a phantom that simulates the acoustic characteristics and optical characteristics of a living body when adjusting the apparatus.

<音響マッチング材130>
音響マッチング材130は、被検体120と超音波プローブ180との間の空間を満たし、被検体120と超音波プローブ180との間を音響的に結合させるためのものである。本実施形態では、超音波プローブ180と形状保持部110との間に音響マッチング材130を配置することができる。また、形状保持部110と被検体120との間にも音響マッチング材130を配置している。超音波プローブ180と形状保持部110との間及び形状保持部110と被検体120との間に、それぞれ異なる材料の音響マッチング材130を配置してもよい。
<Acoustic matching material 130>
The acoustic matching material 130 fills the space between the subject 120 and the ultrasonic probe 180 and acoustically couples the subject 120 and the ultrasonic probe 180. In the present embodiment, the acoustic matching material 130 can be disposed between the ultrasonic probe 180 and the shape holding unit 110. An acoustic matching material 130 is also disposed between the shape holding unit 110 and the subject 120. An acoustic matching material 130 made of a different material may be disposed between the ultrasonic probe 180 and the shape holding unit 110 and between the shape holding unit 110 and the subject 120.

なお、音響マッチング材130は、その内部で光音響波が減衰し難い材料であることが好ましい。また、音響マッチング材130は、光源150で発生するパルス光を透過する材料であることが好ましい。また、音響マッチング材130は液体であることが好ましい。具体的には、音響マッチング材130として、水、ひまし油、ジェルなどを用いることができる。   In addition, it is preferable that the acoustic matching material 130 is a material in which a photoacoustic wave is hard to attenuate inside. The acoustic matching material 130 is preferably a material that transmits the pulsed light generated by the light source 150. The acoustic matching material 130 is preferably a liquid. Specifically, water, castor oil, gel, or the like can be used as the acoustic matching material 130.

<超音波プローブ180>
超音波プローブ180は、被検体120の内部で発生した音響波をアナログの電気信号に変換する手段である。超音波プローブ180の形状は、測定位置に置かれた被検体に向かって凹状である凹部を有しており、本実施形態では半球体のお椀形状をしている。凹部の被検体側の半径は、例えば数mmから数十cmであり、被検体の大きさに応じて変更すればよい。また凹部の厚さ、つまり凹部の被検体側の面(内面)の半径と凹部の被検体側ではない面(外面)の半径との差は、数mmから数cmである。装置全体の大きさに応じて変更すればよい。
<Ultrasonic probe 180>
The ultrasonic probe 180 is a means for converting an acoustic wave generated inside the subject 120 into an analog electric signal. The ultrasonic probe 180 has a concave portion that is concave toward the subject placed at the measurement position. In this embodiment, the ultrasonic probe 180 has a hemispherical bowl shape. The radius of the concave portion on the subject side is, for example, several mm to several tens of cm, and may be changed according to the size of the subject. The difference between the thickness of the concave portion, that is, the radius of the surface of the concave portion on the subject side (inner surface) and the radius of the concave portion on the non-subject side (outer surface) is several mm to several centimeters. What is necessary is just to change according to the magnitude | size of the whole apparatus.

超音波プローブ180には、複数の超音波センサ200が配置されている。超音波センサ200は、少なくとも超音波の受信が行えるものであれば良い。受信と送信の両方を行えるものであっても良い。例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)に代表される圧電セラミック材料や、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いても良い。例えば、cMUTなどの静電容量型の素子、ファブリペロー干渉計を用いた音響波受信素子、などを用いることができる。超音波センサ200と後述の筺体184との間には、この間に音響マッチング材が侵入することを防止するためのシール部材が設けられるのが好ましい。   A plurality of ultrasonic sensors 200 are arranged on the ultrasonic probe 180. The ultrasonic sensor 200 only needs to be capable of receiving at least ultrasonic waves. It may be capable of both reception and transmission. For example, a piezoelectric ceramic material typified by PZT (lead zirconate titanate) or a polymer piezoelectric film material typified by PVDF (polyvinylidene fluoride) can be used. Further, an element other than the piezoelectric element may be used. For example, a capacitive element such as cMUT, an acoustic wave receiving element using a Fabry-Perot interferometer, or the like can be used. It is preferable that a seal member is provided between the ultrasonic sensor 200 and a later-described casing 184 to prevent an acoustic matching material from entering between the ultrasonic sensor 200 and the casing 184 described later.

図2乃至図7を参照しながら、超音波プローブ180の構成を説明する。図2は本実施形態の光音響診断装置の超音波プローブの一例の図であり、図3は、図2の破線で囲った部分183の内面拡大図である。図4は、図3の裏面を示した外面拡大図であり、図6は、超音波センサ200を配置する前の図2の破線で囲った部分183の拡大図である。   The configuration of the ultrasonic probe 180 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram of an example of the ultrasonic probe of the photoacoustic diagnostic apparatus of the present embodiment, and FIG. 3 is an enlarged view of the inner surface of a portion 183 surrounded by a broken line in FIG. 4 is an enlarged view of the outer surface showing the back surface of FIG. 3, and FIG. 6 is an enlarged view of a portion 183 surrounded by a broken line in FIG. 2 before the ultrasonic sensor 200 is arranged.

超音波センサ200は、超音波受信面(センサ面)が被検体120側に向くように配置されている。音響波プローブ180は、内側182と外側181から構成されており、外側181の超音波センサ200は、導線やケーブル等の配線202で処理部160に接続されている。内側182の、超音波センサ200が配置されていない筐体184の部分には、光反射制御層220と超音波反射制御層230が配置されている。また超音波センサ200の超音波受信面には、光反射層201が配置されている。超音波プローブ180の筐体184の材料は、金属やセラミック、樹脂など、半球面状などの凹状に加工して形成できる物であればよい。   The ultrasonic sensor 200 is arranged so that the ultrasonic reception surface (sensor surface) faces the subject 120 side. The acoustic wave probe 180 is composed of an inner side 182 and an outer side 181, and the ultrasonic sensor 200 on the outer side 181 is connected to the processing unit 160 through a wiring 202 such as a conducting wire or a cable. The light reflection control layer 220 and the ultrasonic reflection control layer 230 are disposed on the inner side 182 of the casing 184 where the ultrasonic sensor 200 is not disposed. A light reflection layer 201 is disposed on the ultrasonic wave receiving surface of the ultrasonic sensor 200. The material of the housing 184 of the ultrasonic probe 180 may be any material that can be formed by processing into a concave shape such as a hemispherical shape, such as metal, ceramic, or resin.

光反射制御層220は、光の反射を制御できればよく、光反射層であればよい。光反射層は、光源150からパルス光を被検体120に照射して光音響波を発生させるために用いる光源150が発出する波長の光を反射する機能を有する。光反射層は、光源150の有する波長に対する反射率が高い膜であればよい。反射率が高い膜としては、Al、Au、誘電体多層膜等が用いられる。光反射層の反射率は、使用する光において80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。また光反射層は、被検体120から生じた音響波を透過させる機能を有することが好ましい。一般的に音響マッチング材の音響インピーダンスが1MRayls〜5MRaylsであるので、光反射層の音響インピーダンスは1MRayls以上5MRayls以下が好ましい。音響マッチング材と音響インピーダンスの値を近くする事で、界面での超音波の反射を低減することができる。また、光音響波の周波数(波長)に対して十分薄い厚さとするのが好ましい。光反射層を有する事で、光源150から発生したパルス光の散乱や形状保持部110での反射によって筐体184にパルス光が照射されたときに生じる、筐体184からの光音響波信号の発生を低減することが出来る。   The light reflection control layer 220 only needs to be able to control light reflection, and may be a light reflection layer. The light reflecting layer has a function of reflecting light having a wavelength emitted from the light source 150 used for generating a photoacoustic wave by irradiating the subject 120 with pulsed light from the light source 150. The light reflection layer may be a film having a high reflectance with respect to the wavelength of the light source 150. As the film having a high reflectance, Al, Au, a dielectric multilayer film, or the like is used. The reflectance of the light reflection layer is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more in the light used. The light reflecting layer preferably has a function of transmitting acoustic waves generated from the subject 120. In general, since the acoustic impedance of the acoustic matching material is 1 MRayls to 5 MRayls, the acoustic impedance of the light reflecting layer is preferably 1 MRayls or more and 5 MRayls or less. By making the acoustic impedance close to that of the acoustic matching material, it is possible to reduce the reflection of ultrasonic waves at the interface. Further, it is preferable that the thickness is sufficiently thin with respect to the frequency (wavelength) of the photoacoustic wave. By having the light reflection layer, the photoacoustic wave signal from the housing 184 that is generated when the housing 184 is irradiated with pulsed light due to scattering of the pulsed light generated from the light source 150 or reflection at the shape holding unit 110. Generation can be reduced.

超音波反射制御層230は、超音波の反射を制御すればよく、超音波吸収層、超音波散乱層、もしくは両方の層を有するのが好ましい。超音波の干渉を利用して超音波の戻りを抑制する超音波干渉層を含む構成であってもよい。超音波反射制御層は、被検体から反射もしくは発生した超音波が筐体184に到達したときに、筐体で超音波が反射して被検体へ戻っていく多重反射を防ぐ構成であればよい。超音波吸収層は、光源150からパルス光を被検体120に照射して生じた光音響波を吸収する機能を有する。光音響波に対する吸収率が高い層であればよい。超音波吸収層としては、市販されているイーステック社のAptFlex-F28やAptFlex-F36を用いることが出来る。架橋型ブチルゴム、ガラスエポキシ、シリコーンゲルやシリコーンゴム、ウレタンゴムなどに、タングステンやアルミナ、銅もしくはその化合物、白金、鉄もしくはその化合物、フェライト粉末などの微粒子を含有させた溶媒を元に超音波吸収層を作製できる。超音波散乱層については、半球状超音波プローブ180の内側182の筐体184の表面を、円錐などの錐形突起形状に粗面加工することで、超音波を散乱することが出来る。散乱により多重反射を減少することができる。また、粗面加工をした筐体184の上に超音波吸収層を設けることで、超音波吸収層で吸収しきれなかった超音波が超音波散乱層で散乱され、散乱した超音波を超音波吸収層で吸収することもできる。超音波吸収層と超音波散乱層の両方を有することで、超音波反射制御層の厚さを薄くすることもできる。また、超音波吸収層を二層構成にして超音波吸収層内部に粗面加工を施してもよい。超音波吸収層内部を粗面加工することで、超音波吸収層内部で超音波の吸収および散乱した超音波の吸収を行うことができる。超音波干渉層は、材料の屈折率を考慮した各界面からの反射超音波の位相差がπ/2(半波長)の略奇数倍となる様に層厚が適宜に設定された層構造で実現することができる。超音波吸収層の音響インピーダンスは、一般的に音響マッチング材の音響インピーダンスが1MRayls〜5MRaylsであるので、同等の1MRayls以上5MRayls以下が好ましい。音響マッチング材と音響インピーダンスの値を近くする事で、界面での超音波の反射を低減することができる。   The ultrasonic reflection control layer 230 may control the reflection of ultrasonic waves, and preferably includes an ultrasonic absorption layer, an ultrasonic scattering layer, or both layers. A configuration including an ultrasonic interference layer that suppresses the return of ultrasonic waves by using ultrasonic interference may be used. The ultrasonic reflection control layer only needs to be configured to prevent multiple reflection in which ultrasonic waves are reflected back to the subject when the ultrasonic waves reflected or generated from the subject reach the case 184. . The ultrasonic absorption layer has a function of absorbing photoacoustic waves generated by irradiating the subject 120 with pulsed light from the light source 150. Any layer having a high absorption rate for the photoacoustic wave may be used. As the ultrasonic absorption layer, commercially available Atec Flex-F28 and AptFlex-F36 manufactured by ESTEC can be used. Ultrasonic absorption based on solvent containing fine particles such as cross-linked butyl rubber, glass epoxy, silicone gel, silicone rubber, urethane rubber, tungsten, alumina, copper or its compound, platinum, iron or its compound, ferrite powder, etc. A layer can be made. As for the ultrasonic scattering layer, ultrasonic waves can be scattered by roughing the surface of the housing 184 on the inner side 182 of the hemispherical ultrasonic probe 180 into a conical projection shape such as a cone. Multiple reflections can be reduced by scattering. Further, by providing an ultrasonic absorption layer on the housing 184 having a roughened surface, ultrasonic waves that could not be absorbed by the ultrasonic absorption layer were scattered by the ultrasonic scattering layer, and the scattered ultrasonic waves were converted into ultrasonic waves. It can also be absorbed by the absorbent layer. By having both the ultrasonic absorption layer and the ultrasonic scattering layer, the thickness of the ultrasonic reflection control layer can be reduced. Further, the ultrasonic absorption layer may be formed into a two-layer structure and roughened inside the ultrasonic absorption layer. By roughening the inside of the ultrasonic absorption layer, it is possible to absorb ultrasonic waves and absorb scattered ultrasonic waves inside the ultrasonic absorption layer. The ultrasonic interference layer has a layer structure in which the layer thickness is appropriately set so that the phase difference of reflected ultrasonic waves from each interface in consideration of the refractive index of the material is approximately an odd multiple of π / 2 (half wavelength). Can be realized. The acoustic impedance of the ultrasonic absorption layer is generally 1 MRayls to 5 MRayls since the acoustic impedance of the acoustic matching material is generally 1 MRayls to 5 MRayls. By making the acoustic impedance close to that of the acoustic matching material, it is possible to reduce the reflection of ultrasonic waves at the interface.

超音波反射制御層230を有する事で、光源150からのパルス光によって被検体120から発生した光音響波の、超音波プローブ180内部での多重反射を低減できる。光反射制御層220は、超音波プローブ180の内側182の面に設け、超音波反射制御層230は、光反射制御層220と筐体184の間に設けるのが好ましい。光反射制御層220が光反射層の場合、光源150からのパルス光の散乱や形状保持部110での反射によって筐体184にパルス光が照射される際にパルス光を反射して筐体184から光音響波信号が発生されることを、低減出来る。被検体120から発生した光音響波は、光反射層を透過して超音波反射制御層230に達したときに超音波吸収層で吸収され、超音波プローブ180内部での光音響波の多重反射を低減出来る。   By including the ultrasonic reflection control layer 230, it is possible to reduce the multiple reflection inside the ultrasonic probe 180 of the photoacoustic wave generated from the subject 120 by the pulsed light from the light source 150. The light reflection control layer 220 is preferably provided on the inner surface 182 of the ultrasonic probe 180, and the ultrasonic reflection control layer 230 is preferably provided between the light reflection control layer 220 and the housing 184. When the light reflection control layer 220 is a light reflection layer, the case 184 reflects the pulsed light when the case 184 is irradiated with pulsed light due to scattering of the pulse light from the light source 150 or reflection at the shape holding unit 110. The generation of a photoacoustic wave signal from can be reduced. The photoacoustic wave generated from the subject 120 is absorbed by the ultrasonic absorption layer when it passes through the light reflection layer and reaches the ultrasonic reflection control layer 230, and multiple reflection of the photoacoustic wave inside the ultrasonic probe 180 is performed. Can be reduced.

超音波プローブ180と被検体120との距離が離れている場合には、光音響波の多重反射が生じても、被検体120から発生した最初の光音響波の信号と時間差があるため、超音波センサ200で検出されるこれらの信号を分離することが出来る。しかし、超音波プローブ180と被検体120との距離が近づくにつれて、目標の信号と前記多重反射などによる信号との分離が困難になり、検出性能が低下する。このため、超音波反射制御層230を超音波吸収層として、光音響波の多重反射を低減することが好ましい。   When the distance between the ultrasonic probe 180 and the subject 120 is large, there is a time difference from the first photoacoustic wave signal generated from the subject 120 even if multiple reflections of the photoacoustic wave occur. These signals detected by the sonic sensor 200 can be separated. However, as the distance between the ultrasound probe 180 and the subject 120 approaches, it becomes difficult to separate the target signal from the signal due to the multiple reflection or the like, and the detection performance decreases. For this reason, it is preferable to reduce the multiple reflection of photoacoustic waves by using the ultrasonic reflection control layer 230 as an ultrasonic absorption layer.

被検体120から発生した光音響波を検出する超音波センサ200の超音波受信面には、光反射層201を設けるのが好ましい。光源150からのパルス光の散乱や形状保持部110での反射によって超音波センサ200にパルス光が入射すると、超音波センサ200から光音響波が発生する。これにより被検体120から発生した光音響波を歪め、検出性能が低下する。超音波センサ200の超音波受信面に光反射層201を設けることで、超音波センサ200からの光音響波の発生を低減することができる。   It is preferable to provide a light reflection layer 201 on the ultrasonic receiving surface of the ultrasonic sensor 200 that detects the photoacoustic wave generated from the subject 120. When pulsed light is incident on the ultrasonic sensor 200 due to scattering of pulsed light from the light source 150 or reflection from the shape holding unit 110, a photoacoustic wave is generated from the ultrasonic sensor 200. Thereby, the photoacoustic wave generated from the subject 120 is distorted, and the detection performance is lowered. By providing the light reflection layer 201 on the ultrasonic wave receiving surface of the ultrasonic sensor 200, generation of photoacoustic waves from the ultrasonic sensor 200 can be reduced.

超音波プローブ180は、超音波センサ200を配置する前の状態では図6や図7に示すように超音波センサ200を配置する部分が空洞185となっている。図7に示すように超音波センサ200を配置する前の状態の超音波プローブ180は、筐体184の上に光反射制御層220と超音波反射制御層230を有している。この空洞185に超音波センサ200を挿入して固定することで超音波プローブ180が作製できる。超音波プローブ180の大きさは、被検体120の特性に応じて所望の大きさにすればよい。また配置する超音波センサ200の個数は、被検体120の特性と超音波プローブ180の大きさに応じて所望の個数を所望の箇所に設ければ良い。図5では、超音波プローブ180の外側181から空洞185にセンサ200を挿入して超音波センサ200の突起で挿入方向の位置出しを行っている。超音波センサ200の筐体184への固定は、接着材などで固定してもよいし、筐体184と超音波センサ200の接触面を樹脂やゴム製のOリングを介して密閉して、ねじ留めで固定してもよい。また超音波センサ200は、内側182から挿入して固定してもよいし、超音波センサ200に位置出し用の突起を設けずに冶具などで位置出しを行って固定してもよい。   In the state before the ultrasonic sensor 200 is arranged, the ultrasonic probe 180 has a cavity 185 at a portion where the ultrasonic sensor 200 is arranged as shown in FIGS. 6 and 7. As shown in FIG. 7, the ultrasonic probe 180 in a state before the ultrasonic sensor 200 is arranged has a light reflection control layer 220 and an ultrasonic reflection control layer 230 on the housing 184. The ultrasonic probe 180 can be manufactured by inserting and fixing the ultrasonic sensor 200 in the cavity 185. The size of the ultrasonic probe 180 may be set to a desired size according to the characteristics of the subject 120. The number of ultrasonic sensors 200 to be arranged may be provided at a desired location according to the characteristics of the subject 120 and the size of the ultrasonic probe 180. In FIG. 5, the sensor 200 is inserted into the cavity 185 from the outer side 181 of the ultrasonic probe 180, and the insertion direction is positioned by the protrusion of the ultrasonic sensor 200. The ultrasonic sensor 200 may be fixed to the casing 184 with an adhesive or the like, or the contact surface of the casing 184 and the ultrasonic sensor 200 may be sealed through a resin or rubber O-ring, It may be fixed by screwing. Further, the ultrasonic sensor 200 may be inserted and fixed from the inner side 182 or may be fixed by positioning with a jig or the like without providing a positioning projection on the ultrasonic sensor 200.

<処理部160>
図1に戻り、処理部160と画像表示部170について説明する。光音響波は超音波プローブ180に配置された超音波センサ200により検出される。被検体から発生した光音響波はほぼ360度×180度の方向に対して検出される。画像再構成に関しては、例えば、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影などが用いられる。高解像度の3次元画像を取得するために、フーリエドメイン法がよく用いられるが、これに限られるわけではない。ここで、被検体120の部位から放射された光音響波の強度は、処理部160で算出される。画像形成処理を高速化するために、処理部160は、超音波センサ200の位置と被検体120の部位の位置と受信時刻とで定まる値を、超音波プローブ180の球の半径の関数として算出して、その係数をメモリーに記憶させている。各超音波センサ200の受信信号に前記係数を乗算し、この乗算結果を各部位について累積する事で画像データを形成する。このように球面上での画像データを算出し、この画像データをフーリエドメイン法により画像処理することにより、被検体の高い分解能の3次元画像を画像表示部170に表示することができる。
<Processing unit 160>
Returning to FIG. 1, the processing unit 160 and the image display unit 170 will be described. The photoacoustic wave is detected by the ultrasonic sensor 200 disposed on the ultrasonic probe 180. The photoacoustic wave generated from the subject is detected in the direction of approximately 360 degrees × 180 degrees. For image reconstruction, for example, back-projection in the time domain or Fourier domain, which is usually used in tomography technology, is used. In order to acquire a high-resolution three-dimensional image, the Fourier domain method is often used, but is not limited thereto. Here, the intensity of the photoacoustic wave emitted from the site of the subject 120 is calculated by the processing unit 160. In order to speed up the image forming process, the processing unit 160 calculates a value determined by the position of the ultrasonic sensor 200, the position of the part of the subject 120, and the reception time as a function of the radius of the sphere of the ultrasonic probe 180. The coefficient is stored in the memory. Image data is formed by multiplying the reception signal of each ultrasonic sensor 200 by the coefficient and accumulating the multiplication results for each part. Thus, by calculating the image data on the spherical surface and performing image processing on this image data by the Fourier domain method, a high-resolution three-dimensional image of the subject can be displayed on the image display unit 170.

以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
(実施例1)
上記実施形態で記載した超音波プローブないし光音響診断装置についての具体的な例について説明する。光源としては、近赤外ナノパルスレーザーを用いる。ここでは、チタンサファイアレーザーを用い、励起源としてはNd:YAGレーザーを使用する。800nm付近の波長を照射し、光音響波信号を発生させる。被検体120としては乳房用ファントムを用いる。形状保持部110はポリメチルペンテンのフィルムを使用する。音響マッチング材130は形状保持部110と超音波プローブ180との間に水を充填する。超音波プローブ180は、半球面の内側182の半径を約120mmとし、超音波センサ200の超音波受信面が半球面の内側を向くように250個配置する。超音波センサ200は静電容量型電気機械変換装置であり、超音波センサ200先端の外径は10mmである。超音波プローブの光反射制御層220は光反射層であり、超音波反射制御層230は超音波吸収層である。また超音波プローブ180の筐体184はアルミニウムである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to more specific examples.
Example 1
A specific example of the ultrasonic probe or the photoacoustic diagnostic apparatus described in the above embodiment will be described. A near-infrared nanopulse laser is used as the light source. Here, a titanium sapphire laser is used, and an Nd: YAG laser is used as an excitation source. Irradiates a wavelength of around 800 nm to generate a photoacoustic wave signal. A breast phantom is used as the subject 120. The shape holding unit 110 uses a polymethylpentene film. The acoustic matching material 130 fills water between the shape holding unit 110 and the ultrasonic probe 180. The ultrasonic probes 180 are arranged so that the radius of the inner side 182 of the hemispherical surface is about 120 mm and the ultrasonic receiving surface of the ultrasonic sensor 200 faces the inner side of the hemispherical surface. The ultrasonic sensor 200 is a capacitive electromechanical transducer, and the outer diameter of the tip of the ultrasonic sensor 200 is 10 mm. The light reflection control layer 220 of the ultrasonic probe is a light reflection layer, and the ultrasonic reflection control layer 230 is an ultrasonic absorption layer. The housing 184 of the ultrasonic probe 180 is aluminum.

図8、図9を用いて静電容量型電気機械変換装置(超音波センサ)を説明する。図8は超音波センサの一例であり、図9は図8のX−Z軸スライス図である。超音波センサは、光反射層201と本体204と配線202から構成され、本体204の一部に突起を有している。本体204の中には、静電容量型電気機械変換素子(トランスデューサ)205と第一のフレキ配線207と第二のフレキ配線209、受信プリアンプ210が配置されている。このように、超音波センサ200は、センサ面に、音響波の受信信号への変換と送信信号の音響波への変換のうち少なくとも一方を行う変換素子205を有している。   A capacitive electromechanical transducer (ultrasonic sensor) will be described with reference to FIGS. 8 is an example of an ultrasonic sensor, and FIG. 9 is an XZ axis slice diagram of FIG. The ultrasonic sensor includes a light reflection layer 201, a main body 204, and a wiring 202, and has a protrusion on a part of the main body 204. In the main body 204, a capacitive electromechanical transducer (transducer) 205, a first flexible wiring 207, a second flexible wiring 209, and a reception preamplifier 210 are arranged. As described above, the ultrasonic sensor 200 includes the conversion element 205 that performs at least one of conversion of an acoustic wave into a reception signal and conversion of a transmission signal into an acoustic wave on the sensor surface.

図10、図11を用いて静電容量型電気機械変換素子を説明する。図10は、超音波センサの受信面側の拡大模式図である。また図11は、図10のE−F断面図である。トランスデューサ205は、シリコン基板1、第一の絶縁膜2、第一の電極3、電極3上の第二の絶縁膜4、空隙(キャビティ)5を隔てて形成された第三の絶縁膜6と絶縁膜6上の第二の電極7と電極7上の第四の絶縁膜8とを含む振動膜9、を備える。振動膜9上には、接着剤10を介して、光反射層12が成膜された支持部材11が接着され保護層201を形成している。これらで構成されるセル203が複数個集まって静電容量型電気機械変換素子205を構成している。図10では36個のセルで一つの静電容量型電気機械変換素子205を構成しているが、セルは一つでも多数でも構わない。また、セルの配列は格子状でも千鳥状でもハニカム状などでも構わないし、セルの形状は円形に限らず長方形や正方形や多角形でも構わない。また、セルの集合体のである静電容量型電気機械変換素子205の形状も問わない。第一の電極3、は第一の電極パッド206で第一のフレキ配線207と繋がれて本体204内部の回路基板212に接続され、配線202で外部に引き出される。第二の電極7は、第二の電極パッド208で第二のフレキ配線209と繋がれて本体204内部を通って回路基板212上の受信プリアンプ210と接続している。図10では、第一の電極3と第二の電極7をフレキ配線で受信面側から引き出しているが、シリコン基板1に貫通孔を設けて、シリコン基板1の裏側に直接電極を形成して回路基板と接続してもよい。   The capacitance type electromechanical transducer is described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is an enlarged schematic diagram of the receiving surface side of the ultrasonic sensor. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line EF in FIG. The transducer 205 includes a silicon substrate 1, a first insulating film 2, a first electrode 3, a second insulating film 4 on the electrode 3, and a third insulating film 6 formed with a gap (cavity) 5 therebetween. A vibration film 9 including a second electrode 7 on the insulating film 6 and a fourth insulating film 8 on the electrode 7 is provided. On the vibration film 9, a support member 11 on which a light reflection layer 12 is formed is bonded via an adhesive 10 to form a protective layer 201. A plurality of cells 203 constituted by these constitute a capacitive electromechanical transducer 205. In FIG. 10, one electrostatic capacity type electromechanical transducer 205 is composed of 36 cells, but there may be one or many cells. Further, the cell arrangement may be lattice, staggered or honeycomb, and the shape of the cell is not limited to a circle but may be a rectangle, a square or a polygon. Further, the shape of the capacitive electromechanical transducer 205, which is an aggregate of cells, is not limited. The first electrode 3 is connected to the first flexible wiring 207 by the first electrode pad 206 and is connected to the circuit board 212 inside the main body 204, and is drawn to the outside by the wiring 202. The second electrode 7 is connected to the second flexible wiring 209 by the second electrode pad 208 and is connected to the reception preamplifier 210 on the circuit board 212 through the inside of the main body 204. In FIG. 10, the first electrode 3 and the second electrode 7 are drawn out from the receiving surface side by the flexible wiring, but a through hole is provided in the silicon substrate 1 and the electrode is formed directly on the back side of the silicon substrate 1. You may connect with a circuit board.

静電容量型電気機械変換素子205の表面には、光反射層を含む保護層201が形成されている。光反射層は、光源150からのパルス光の散乱や形状保持部110からの反射光が電気機械変換装置に照射される事で発生する光音響波を低減するためのものである。光反射層12はAuの蒸着膜であり、Auを蒸着する支持部材11は12μmの厚さのPETフィルムを用いる。接着層10はシリコン系の接着剤を用いて保護層201を作製する。光反射層12、支持部材11、接着層10の種類や厚さは、これらに限らない。   A protective layer 201 including a light reflecting layer is formed on the surface of the capacitive electromechanical transducer 205. The light reflection layer is for reducing photoacoustic waves generated by scattering of pulsed light from the light source 150 and irradiation of reflected light from the shape holding unit 110 to the electromechanical conversion device. The light reflecting layer 12 is a vapor deposition film of Au, and a PET film having a thickness of 12 μm is used as the support member 11 for vapor deposition of Au. The adhesive layer 10 is made of a protective layer 201 using a silicon-based adhesive. The types and thicknesses of the light reflection layer 12, the support member 11, and the adhesive layer 10 are not limited to these.

超音波センサは、電圧印加手段で第一の電極3にバイアス電圧を印加することが出来る。第一の電極3にバイアス電圧が印加されると、第一の電極3と第二の電極7との間に電位差が生じる。この電位差により振動膜の復元力と静電引力が釣り合うところまで振動膜9は変位する。この状態で超音波が振動膜9に到達すると、振動膜9が振動する事で第一の電極3と第二の電極7との間の静電容量が変化して第二の電極7に電流が流れる。この電流を超音波の電気信号として取り出す事ができる。受信の際には、不図示のシステム制御部から指示された受信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部からバイアス電圧を印加する。被検体から発生した光音響波を超音波センサで受信した受信信号は受信プリアンプ210で増幅され、処理部160に送られる。   The ultrasonic sensor can apply a bias voltage to the first electrode 3 by voltage application means. When a bias voltage is applied to the first electrode 3, a potential difference is generated between the first electrode 3 and the second electrode 7. Due to this potential difference, the vibrating membrane 9 is displaced until the restoring force of the vibrating membrane and the electrostatic attractive force are balanced. When the ultrasonic wave reaches the vibration film 9 in this state, the vibration film 9 vibrates, so that the capacitance between the first electrode 3 and the second electrode 7 changes, and a current flows to the second electrode 7. Flows. This current can be taken out as an ultrasonic electric signal. At the time of reception, a bias voltage is applied from the bias voltage control unit in accordance with a reception bias voltage instructed from a system control unit (not shown). A reception signal obtained by receiving the photoacoustic wave generated from the subject by the ultrasonic sensor is amplified by the reception preamplifier 210 and sent to the processing unit 160.

図12を用いて静電容量型電気機械変換素子の製造方法の一例を説明する。図12-aに示すように、基板1上に第一の絶縁膜2を形成する。基板1はシリコン基板であり、第一の絶縁膜2は、第一の電極3との絶縁を形成するためのものである。次に第一の電極3を形成する。第一の電極3は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、タングステン、アルミ等である。第一の電極3の表面粗さが大きい場合、第一の電極と第二の電極間の距離が、表面粗さにより素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。次に、第二の絶縁膜4を形成する。第二の絶縁膜4も、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、これは、第一の電極と第二の電極との間に電圧が印加された場合の第一の電極と第二の電極間の電気的短絡あるいは絶縁破壊を防止するために形成する。また、本工程の後工程で実施する犠牲層除去のときに第一の電極3がエッチングされることを防止するために形成する。第二の絶縁膜4は、例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等である。   An example of a method for manufacturing a capacitive electromechanical transducer will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12A, the first insulating film 2 is formed on the substrate 1. The substrate 1 is a silicon substrate, and the first insulating film 2 is for forming insulation with the first electrode 3. Next, the first electrode 3 is formed. The first electrode 3 is preferably a conductive material having a small surface roughness, such as titanium, tungsten, or aluminum. When the surface roughness of the first electrode 3 is large, the distance between the first electrode and the second electrode varies between the elements due to the surface roughness. Therefore, a conductive material having a small surface roughness is desirable. Next, the second insulating film 4 is formed. The second insulating film 4 is also preferably made of an insulating material having a small surface roughness. This is because the first electrode and the second electrode when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. It is formed in order to prevent electrical short circuit or dielectric breakdown between them. Further, it is formed to prevent the first electrode 3 from being etched when the sacrificial layer is removed in the subsequent process of this process. The second insulating film 4 is, for example, a silicon nitride film or a silicon oxide film.

次に、図12-bに示すように、犠牲層55を形成する。犠牲層55は、後に空隙5となる。犠牲層55は表面粗さの小さい材料が望ましい。犠牲層の表面粗さが大きい場合、第一の電極と第二の電極間の距離が、表面粗さにより素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層が望ましい。また、犠牲層を除去するエッチングのエッチング時間を短くするために、エッチング速度の速い材料が望ましい。犠牲層材料としては、例えば、アモルファスシリコン、ポリイミド、クロム等が挙げられる。クロムのエッチング液は、窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜をほぼエッチングしないので、絶縁膜、振動膜が窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜の場合、望ましい。   Next, as shown in FIG. 12B, a sacrificial layer 55 is formed. The sacrificial layer 55 becomes the void 5 later. The sacrificial layer 55 is preferably made of a material having a small surface roughness. When the surface roughness of the sacrificial layer is large, the distance between the first electrode and the second electrode varies between elements due to the surface roughness. Therefore, a sacrificial layer having a small surface roughness is desirable. In addition, in order to shorten the etching time for etching to remove the sacrificial layer, a material having a high etching rate is desirable. Examples of the sacrificial layer material include amorphous silicon, polyimide, chromium, and the like. Since the chromium etching solution hardly etches the silicon nitride film or the silicon oxide film, it is desirable when the insulating film and the vibration film are a silicon nitride film or a silicon oxide film.

次に、図12-cに示すように、第三の絶縁膜6を形成する。第三の絶縁膜6は、低い引張り応力のものが望ましい。例えば、500MPa以下の引張り応力のものがよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、500MPa以下の低い引張り応力にすることができる。振動膜が圧縮応力を有する場合、振動膜がスティッキングあるいは座屈を引き起こし、大きく変形する。他方、大きな引張り応力の場合、第三の絶縁膜6が破壊されることがある。従って、第三の絶縁膜6は、低い引張り応力のものが望ましい。例えば、応力コントロールが可能で、低い引張り応力にできる窒化シリコン膜である。次に、第二の電極7を形成する。第二の電極7は、残留応力が小さい材料が望ましく、アルミニウム、アルミ・シリコン合金やチタンなどの金属が挙げられるが、これに限らない。   Next, as shown in FIG. 12C, a third insulating film 6 is formed. The third insulating film 6 desirably has a low tensile stress. For example, a tensile stress of 500 MPa or less is preferable. The silicon nitride film can be stress-controlled and can have a low tensile stress of 500 MPa or less. When the vibration film has a compressive stress, the vibration film causes sticking or buckling and is greatly deformed. On the other hand, in the case of a large tensile stress, the third insulating film 6 may be destroyed. Therefore, it is desirable that the third insulating film 6 has a low tensile stress. For example, it is a silicon nitride film capable of controlling the stress and having a low tensile stress. Next, the second electrode 7 is formed. The second electrode 7 is preferably made of a material having a small residual stress, and examples thereof include aluminum, metals such as aluminum / silicon alloys and titanium, but are not limited thereto.

次に、図12-dに示すように、第三の絶縁膜6にエッチングホール56を形成する。エッチングホール56は、犠牲層55をエッチングして除去するためにエッチング液あるいはエッチングガスを導入するための孔である。その後、犠牲層55を除去して空隙5を形成する。犠牲層除去方法は、ウエットエッチングやドライエッチングなどが好ましく、犠牲層材料としてクロムを用いた場合は、ウエットエッチングが好ましい。
次に図12-eに示すように、エッチングホール56を封止する為に、第四の絶縁膜8を形成する。第三の絶縁膜6と第二の電極7と第四の絶縁膜8で振動膜9が形成される。封止材料として、第三の絶縁膜6と同じ材料であれば密着性が高い為、好ましい。第三の絶縁膜6が窒化シリコンの場合、第四の絶縁膜8も窒化シリコンが好ましい。
Next, as shown in FIG. 12D, an etching hole 56 is formed in the third insulating film 6. The etching hole 56 is a hole for introducing an etching solution or an etching gas in order to etch and remove the sacrificial layer 55. Thereafter, the sacrificial layer 55 is removed to form the gap 5. The sacrificial layer removal method is preferably wet etching, dry etching, or the like. When chromium is used as the sacrificial layer material, wet etching is preferable.
Next, as shown in FIG. 12E, a fourth insulating film 8 is formed to seal the etching hole 56. A vibration film 9 is formed by the third insulating film 6, the second electrode 7, and the fourth insulating film 8. As the sealing material, the same material as that of the third insulating film 6 is preferable because of high adhesion. When the third insulating film 6 is silicon nitride, the fourth insulating film 8 is also preferably silicon nitride.

図11や図12では、第二の電極7が第三の絶縁膜6と第四の絶縁膜8で挟まれた構成を一例として示した。しかしながら、第三の絶縁膜6を形成した後にエッチングホール56を形成して犠牲層エッチングを行い、その後、第四の絶縁膜8を形成した後に第二の電極を設けることもできる。ただし、第二の電極7が最表面に露出していると、異物などにより素子がショートする可能性が高くなるため、第二の電極7は絶縁膜の間に設けることが好ましい。本実施例では、超音波センサにするために、変換素子205の大きさにダイシングしている。以上の工程を経る事で図10や図11のような静電容量型電気機械変換素子を作製する事ができる。   In FIG. 11 and FIG. 12, a configuration in which the second electrode 7 is sandwiched between the third insulating film 6 and the fourth insulating film 8 is shown as an example. However, after the third insulating film 6 is formed, an etching hole 56 is formed and sacrificial layer etching is performed. Then, after the fourth insulating film 8 is formed, the second electrode can be provided. However, if the second electrode 7 is exposed on the outermost surface, there is a high possibility that the element will be short-circuited by a foreign substance or the like. Therefore, the second electrode 7 is preferably provided between the insulating films. In this embodiment, dicing is performed to the size of the conversion element 205 to form an ultrasonic sensor. Through the above steps, a capacitance type electromechanical transducer as shown in FIGS. 10 and 11 can be manufactured.

このような静電容量型電気機械変換素子を、図9に示した支持部材211にエポキシなどの樹脂接着剤を用いて固定し、第一の電極206に第一のフレキ配線207を、第二の電極208に第二のフレキ配線209を接続する。フレキ配線は、受信アンプ210が配置されている配線基板212に接続される。静電容量型電気機械変換素子205、フレキ配線、配線基板212が一体となった物は、本体204に格納される。本体204は樹脂などにより構成することができる。本体204内に格納した後、本体204内部に音響マッチング材などが流入しないように本体204は接着剤で密閉される。本体204に格納された変換素子205の表面には、光反射層12を有する保護層201を形成する。光反射層12はAuを用いる。支持部材11としては12μmの厚さのPETフィルムを用いる。まず支持部材11にAuを蒸着し、Auを蒸着した支持部材11をシリコン系の接着剤を用いて静電容量型電気機械変換素子205の表面に接着する。接着後に余分な支持部材11をカットすることで、静電容量型電気機械変換素子205の保護層201が作製できる。以上の工程を経て図8や図9のような超音波センサ200を作製できる。ここにおいて、第一の電極パッド206は配線202を通ってバイアス電圧を印加する為の電源に接続され、第二の電極パッド208はフレキ配線209を介して受信アンプ210に接続され、配線202を介して処理部160に繋がれる。   Such a capacitive electromechanical transducer is fixed to the support member 211 shown in FIG. 9 using a resin adhesive such as epoxy, and the first flexible wiring 207 is connected to the first electrode 206. The second flexible wiring 209 is connected to the electrode 208. The flexible wiring is connected to the wiring board 212 on which the reception amplifier 210 is arranged. A product in which the capacitive electromechanical transducer 205, the flexible wiring, and the wiring board 212 are integrated is stored in the main body 204. The main body 204 can be made of resin or the like. After being stored in the main body 204, the main body 204 is sealed with an adhesive so that an acoustic matching material or the like does not flow into the main body 204. A protective layer 201 having the light reflecting layer 12 is formed on the surface of the conversion element 205 stored in the main body 204. The light reflecting layer 12 is made of Au. As the support member 11, a PET film having a thickness of 12 μm is used. First, Au is vapor-deposited on the support member 11, and the support member 11 on which Au is vapor-deposited is adhered to the surface of the capacitive electromechanical transducer 205 using a silicon-based adhesive. By cutting the excess support member 11 after bonding, the protective layer 201 of the capacitive electromechanical transducer 205 can be produced. The ultrasonic sensor 200 as shown in FIGS. 8 and 9 can be manufactured through the above steps. Here, the first electrode pad 206 is connected to a power source for applying a bias voltage through the wiring 202, and the second electrode pad 208 is connected to the reception amplifier 210 through the flexible wiring 209, To the processing unit 160.

次に、筐体184を作製する。筐体の材料はアルミニウムを用いて、半球面の内側の半径が120mm、肉厚20mmとなるように切削加工する。次に、筐体184の内側に超音波反射制御層230として超音波吸収層を作製する。超音波吸収層は、イーステック社で販売されているAptFlex-F36を、筐体184の内側に塗布して硬化させる事で作製できる。塗布厚さを10mmとする事で、2MHzの超音波を約45dB減衰することができて好ましい。超音波吸収層の音響インピーダンスは約1.4MRaylsであり、音響マッチング材130を水とする場合、これとの音響インピーダンスの差が10%以下であり好ましい。また、ウレタンゴムにタングステンの微粒子を10wt%程度混合したものを筐体184の内側に塗布して硬化させる事で、1MHzの超音波を約50dB減衰することもできる。このときの音響インピーダンスは約1.8MRaylsであり、音響マッチング材130を水とする場合、音響インピーダンスの差が20%以下であり好ましい。   Next, the housing 184 is manufactured. Aluminum is used as the housing material, and the housing is cut so that the inner radius of the hemisphere is 120 mm and the wall thickness is 20 mm. Next, an ultrasonic absorption layer is produced as the ultrasonic reflection control layer 230 inside the housing 184. The ultrasonic absorption layer can be produced by applying AptFlex-F36 sold by EASTEC Co. to the inside of the casing 184 and curing it. A coating thickness of 10 mm is preferable because a 2 MHz ultrasonic wave can be attenuated by about 45 dB. The acoustic impedance of the ultrasonic absorption layer is about 1.4 MRayls, and when the acoustic matching material 130 is water, the difference in acoustic impedance with this is preferably 10% or less. Further, by applying a mixture of urethane rubber and tungsten fine particles of about 10 wt% to the inside of the housing 184 and curing it, 1 MHz ultrasonic waves can be attenuated by about 50 dB. The acoustic impedance at this time is about 1.8 MRayls, and when the acoustic matching material 130 is water, the difference in acoustic impedance is preferably 20% or less.

次に、超音波吸収層の上に光反射制御層として光反射層を作製する。超音波吸収層の上にAuを100nmメッキする事で光反射層を作製する。この光反射層は、光を90%以上反射することができて好ましい。また光反射層の厚さが100nmと薄いため、音響マッチング材130が有する音響インピーダンスと光反射層が有する音響インピーダンスの差で生じる超音波の反射が殆ど生じない。そのため、伝播してきた超音波を殆ど反射させずに超音波吸収層に伝播させることができて好ましい。   Next, a light reflection layer is produced on the ultrasonic absorption layer as a light reflection control layer. A light reflection layer is produced by plating Au on the ultrasonic absorption layer to a thickness of 100 nm. This light reflecting layer is preferable because it can reflect light by 90% or more. Further, since the thickness of the light reflecting layer is as thin as 100 nm, the reflection of the ultrasonic wave generated by the difference between the acoustic impedance of the acoustic matching material 130 and the acoustic impedance of the light reflecting layer hardly occurs. Therefore, it is preferable that the propagated ultrasonic wave can be propagated to the ultrasonic absorption layer with almost no reflection.

次に、超音波センサを配置する為に筐体184に空洞185を設ける。超音波センサの外側の直径が10mmであるので、内側182から11mmの空洞を250カ所に、空洞の間隔を21.2mmとして作製する。空洞185の外側181には、後に嵌合キャップ186を嵌合させるために、嵌合キャップの外径13mmに0.5mmを加えた13.5mmの孔を空洞185と同じ個所に設けて孔の部分にねじ切り加工を施し、嵌合受け部187を形成する。半球面状の筐体184の内側182の底部には、後に光学系140を設置するため、光学系用の空洞を設ける(図1参照)。   Next, a cavity 185 is provided in the housing 184 in order to arrange the ultrasonic sensor. Since the outer diameter of the ultrasonic sensor is 10 mm, cavities having an inner diameter of 182 to 11 mm are formed at 250 locations and the distance between the cavities is 21.2 mm. On the outer side 181 of the cavity 185, a 13.5 mm hole obtained by adding 0.5 mm to the outer diameter of the fitting cap 13 mm is provided at the same position as the cavity 185 in order to fit the fitting cap 186 later. The portion is threaded to form a fitting receiving portion 187. At the bottom of the inner side 182 of the hemispherical casing 184, a cavity for the optical system is provided in order to install the optical system 140 later (see FIG. 1).

次に、超音波センサを筐体184に配置する。超音波センサの外側の外周部分に接着剤を塗布し、筐体184の外側から超音波センサを挿入する。その後、嵌合キャップ186を嵌合受け部187に嵌合させることで超音波センサ200を筐体184に固定する。その際、外周部分に塗布した接着剤は、外周部分(10mm)と空洞(11mm)との隙間(1mm)、および嵌合受け部と嵌合キャップとの隙間(0.5mm)に逃げて固まる。このようにして超音波プローブ180が作製できる。   Next, the ultrasonic sensor is disposed in the housing 184. Adhesive is applied to the outer peripheral portion of the outer side of the ultrasonic sensor, and the ultrasonic sensor is inserted from the outside of the housing 184. Thereafter, the ultrasonic sensor 200 is fixed to the housing 184 by fitting the fitting cap 186 into the fitting receiving portion 187. At that time, the adhesive applied to the outer peripheral portion escapes and hardens in the gap (1 mm) between the outer peripheral portion (10 mm) and the cavity (11 mm) and the gap (0.5 mm) between the fitting receiving portion and the fitting cap. In this way, the ultrasonic probe 180 can be manufactured.

次に、図1のように、筐体184に固定された超音波センサ200の配線202を処理部160に繋ぎ、光学系用の空洞には、パルス光を透過させるためにサファイヤ140を設置し、超音波プローブ180の外側には光源150を設置する。光源はレーザー以外にレンズや拡散版などの光学部品で構成され、そこからのパルス光は、乳房120全体に光照射されるような分布を有している。パルス光は数ナノ秒以下のパルス幅で照射される。これにより乳房全体が光励起され、光音響波を発生し、その光音響波を超音波プローブに配置された超音波センサ200により受信することができるため、乳房全体の画像情報を取得することができる。   Next, as shown in FIG. 1, the wiring 202 of the ultrasonic sensor 200 fixed to the housing 184 is connected to the processing unit 160, and the sapphire 140 is installed in the cavity for the optical system to transmit the pulsed light. The light source 150 is installed outside the ultrasonic probe 180. The light source is composed of an optical component such as a lens and a diffusion plate in addition to the laser, and the pulsed light from the light source has a distribution such that the entire breast 120 is irradiated with light. The pulsed light is irradiated with a pulse width of several nanoseconds or less. As a result, the entire breast is photoexcited to generate a photoacoustic wave, and the photoacoustic wave can be received by the ultrasonic sensor 200 disposed in the ultrasonic probe, so that image information of the entire breast can be acquired. .

超音波プローブ180に配置された各超音波センサ200から得られた受信信号は、処理部160に送られる。時系列の受信信号はデジタル信号に変換され、保存される。保存された受信信号に基づいて空間的な二次元、三次元の被検体情報が生成される。画像再構成のアルゴリズムは、タイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影を用いる。また、形状保持部110や音響マッチング材130からの光音響波への影響に関しては、予めその情報を取得してメモリーに記憶させておき、被検体120からの情報を取得するときに、その記憶情報を読み出してその影響を排除することができる。   The reception signal obtained from each ultrasonic sensor 200 arranged on the ultrasonic probe 180 is sent to the processing unit 160. The time-series received signal is converted into a digital signal and stored. Spatial two-dimensional and three-dimensional object information is generated based on the stored received signal. The image reconstruction algorithm uses back projection in the time domain or the Fourier domain. Further, regarding the influence on the photoacoustic wave from the shape holding unit 110 and the acoustic matching material 130, the information is acquired in advance and stored in the memory, and the information is stored when the information from the subject 120 is acquired. Information can be read and its influence can be eliminated.

このようにして光音響波の受信信号に対して画像再構成アルゴリズムに基づく処理を施す事により、被検体情報を取得することができる。本工程で得られた被検体情報は、被検体から発生した音響波をほぼ360度×180度にわたる方向で受信して処理することにより得られるため、被検体情報の分解能および定量性(例えば血管の走行や酸素飽和度を定量できるという特性)を高くすることができる。   In this way, subject information can be acquired by performing processing based on the image reconstruction algorithm on the received photoacoustic wave signal. The object information obtained in this step is obtained by receiving and processing an acoustic wave generated from the object in a direction of approximately 360 degrees × 180 degrees, so that the resolution and quantitativeness of the object information (for example, blood vessels) Characteristics of being able to quantify the running and oxygen saturation of the vehicle.

本実施例の超音波プローブ180は、被検体から発生した光音響波が超音波センサ以外の部分に入射したときに、光反射制御層を透過させて超音波反射制御層で吸収することができる。2MHzの超音波に対する光反射制御層の超音波反射率はほぼ0%であり、超音波反射制御層の超音波減衰率は45dBであるので、超音波センサ以外の部分に入射した超音波の99%以上を減衰させることができる。これにより、従来生じていた超音波センサ以外の部分に入射した超音波の超音波プローブ内での多重反射を99%以上低減することができ、被検体情報のS/Nを高くすることができる。   When the photoacoustic wave generated from the subject is incident on a part other than the ultrasonic sensor, the ultrasonic probe 180 of the present embodiment can transmit the light reflection control layer and absorb it by the ultrasonic reflection control layer. . The ultrasonic reflectance of the light reflection control layer with respect to 2 MHz ultrasonic waves is almost 0%, and the ultrasonic attenuation rate of the ultrasonic reflection control layer is 45 dB. % Or more can be attenuated. Thereby, 99% or more of the multiple reflection in the ultrasonic probe of the ultrasonic wave incident on the part other than the ultrasonic sensor which has occurred conventionally can be reduced, and the S / N of the subject information can be increased. .

本実施例では、2MHzの超音波の多重反射を低減させたが、所望の周波数の超音波を低減する為に必要な光反射制御層や超音波反射制御層を、適宜設ければ良く、本実施例に制限されない。また、本実施例では光反射制御層を設けているが、超音波反射制御層のみの構成でも良い。光源を備えない超音波診断装置の場合には、光反射制御層を設けなくてよい。   In this example, the multiple reflection of 2 MHz ultrasonic waves was reduced, but a light reflection control layer and an ultrasonic reflection control layer necessary for reducing ultrasonic waves of a desired frequency may be provided as appropriate. It is not limited to the examples. Further, in this embodiment, the light reflection control layer is provided, but a configuration including only the ultrasonic reflection control layer may be used. In the case of an ultrasonic diagnostic apparatus that does not include a light source, it is not necessary to provide a light reflection control layer.

(実施例2)
実施例2では、光反射制御層220を光反射層とし、超音波反射制御層230として超音波散乱層を用いた場合について説明する。その他の構成は実施例1と同様である。図13は、実施例2の超音波プローブの図3のA-B断面図と同様な断面図である。図13では、超音波受信面側の筐体184を粗面加工している。粗面加工をする事で超音波を粗面加工した表面で散乱することができる。その上に光反射層を設けており、これには、実施例1と同じように100nmのAuを用いる。
(Example 2)
In Example 2, a case where the light reflection control layer 220 is a light reflection layer and an ultrasonic scattering layer is used as the ultrasonic reflection control layer 230 will be described. Other configurations are the same as those of the first embodiment. 13 is a cross-sectional view similar to the cross-sectional view taken along the line AB of FIG. 3 of the ultrasonic probe of the second embodiment. In FIG. 13, the casing 184 on the ultrasonic receiving surface side is roughened. By roughing the surface, ultrasonic waves can be scattered on the roughened surface. A light reflecting layer is provided thereon, and for this, Au of 100 nm is used as in the first embodiment.

筐体184内側への超音波散乱層の形成について説明する。筐体184に図13に示したような凹凸を設ける。凹凸の大きさは、散乱させたい超音波の周波数に合わせれば良く、超音波の波長と同程度にするのが好ましい。例えば、2MHzの超音波の波長は、音響マッチング材である水における音速が1500m/sであるので、約750μmである。凹凸の形状は錐形突起形状とし、突起の凹凸の山の間隔と凹凸の深さを750μmとして、筐体184に粗面加工を施す。粗面加工の手法は、モールド加工やウエットエッチングやドライエッチングなどを適用する事ができる。   The formation of the ultrasonic scattering layer inside the housing 184 will be described. The housing 184 is provided with unevenness as shown in FIG. The size of the unevenness may be adjusted to the frequency of the ultrasonic wave to be scattered, and is preferably about the same as the wavelength of the ultrasonic wave. For example, the wavelength of the ultrasonic wave of 2 MHz is about 750 μm because the speed of sound in water as an acoustic matching material is 1500 m / s. The surface of the housing 184 is roughened with the shape of the concavity and convexity being a cone-shaped protrusion, the interval between the crests of the concavity and convexity and the depth of the concavity and convexity being 750 μm. As a rough surface processing method, mold processing, wet etching, dry etching, or the like can be applied.

次に、粗面加工を施した筐体184の表面に光反射制御層として光反射層を形成する。超音波散乱層の上にAuを100nmメッキする事で光反射層を作製する。この光反射層は、光を90%以上反射することができて好ましい。また光反射層の厚さが100nmと薄いため、音響マッチング材130が有する音響インピーダンスと光反射層が有する音響インピーダンスとの差で生じる超音波の反射が殆ど生じない。さらに、減衰も小さいため、伝播してきた超音波を反射も減衰も殆どさせずに粗面加工層に伝播させることができて好ましい。このようにして作製した筐体184を元に、実施例1と同じ工程を経て光音響診断装置を作製する。   Next, a light reflection layer is formed as a light reflection control layer on the surface of the housing 184 that has been roughened. A light reflecting layer is prepared by plating Au on the ultrasonic scattering layer to a thickness of 100 nm. This light reflecting layer is preferable because it can reflect light by 90% or more. In addition, since the thickness of the light reflection layer is as thin as 100 nm, the reflection of ultrasonic waves caused by the difference between the acoustic impedance of the acoustic matching material 130 and the acoustic impedance of the light reflection layer hardly occurs. Furthermore, since the attenuation is small, it is preferable that the transmitted ultrasonic waves can be propagated to the roughened surface layer with little reflection and attenuation. The photoacoustic diagnostic apparatus is manufactured through the same process as that of the first embodiment based on the casing 184 thus manufactured.

本実施例の超音波プローブ180は、被検体から発生した光音響波が超音波センサ以外の部分に入射したときに、光反射制御層220でパルス光を反射し、光反射制御層を透過した光音響波を超音波反射制御層230で散乱することができる。光反射制御層は2MHzの光音響波をほぼ100%透過する。そして超音波反射制御層に到達した超音波は、あらゆる方向に散乱される。これにより、従来生じていた超音波センサ200以外の部分に入射したパルス光による光音響波の発生を低減することができ、超音波の超音波プローブ内での多重反射を低減することができて、被検体情報のS/Nを高くできる。   When the photoacoustic wave generated from the subject is incident on a part other than the ultrasonic sensor, the ultrasonic probe 180 of the present embodiment reflects the pulsed light by the light reflection control layer 220 and transmits the light reflection control layer. The photoacoustic wave can be scattered by the ultrasonic reflection control layer 230. The light reflection control layer transmits almost 100% of a 2 MHz photoacoustic wave. The ultrasonic waves that reach the ultrasonic reflection control layer are scattered in all directions. As a result, the generation of photoacoustic waves due to pulsed light incident on portions other than the ultrasonic sensor 200 that has conventionally occurred can be reduced, and multiple reflections of ultrasonic waves in the ultrasonic probe can be reduced. The S / N of the subject information can be increased.

また、本実施例では、超音波反射制御層として粗面加工を施した超音波散乱層を用いたが、超音波散乱層と光反射制御層の間に超音波吸収層を配置した構成にしてもよい。粗面加工をした筐体184の上に超音波吸収層を設けることで、超音波吸収層で吸収しきれなかった超音波が超音波散乱層で散乱し、散乱した超音波を超音波吸収層で吸収することができる。また、本実施例では光反射制御層を設けた構成としたが、光反射制御層を設けずに超音波散乱層のみを設けた構成としてもよい。超音波診断装置の場合には、光反射制御層を設けなくてよい。   In this example, an ultrasonic scattering layer subjected to roughening was used as the ultrasonic reflection control layer. However, an ultrasonic absorption layer is arranged between the ultrasonic scattering layer and the light reflection control layer. Also good. By providing an ultrasonic absorption layer on the housing 184 that has been roughened, ultrasonic waves that could not be absorbed by the ultrasonic absorption layer were scattered by the ultrasonic scattering layer, and the scattered ultrasonic waves were scattered by the ultrasonic absorption layer. Can be absorbed. In this embodiment, the light reflection control layer is provided. However, the light reflection control layer is not provided, and only the ultrasonic scattering layer may be provided. In the case of an ultrasonic diagnostic apparatus, it is not necessary to provide a light reflection control layer.

本実施例では、2MHzの超音波の多重反射を低減させたが、場合に応じて、所望の周波数の超音波を低減する為に必要な光反射制御層や超音波反射制御層を適宜設ければ良く、実施の形態は本実施例に制限されることは無い。   In this embodiment, the multiple reflection of 2 MHz ultrasonic waves is reduced. However, according to circumstances, a light reflection control layer and an ultrasonic reflection control layer necessary for reducing ultrasonic waves of a desired frequency can be appropriately provided. The embodiment is not limited to this embodiment.

(実施例3)
実施例3では、光反射制御層220を光反射層とし、超音波反射制御層230として超音波吸収層とし、超音波吸収層の内部に粗面加工を施して、超音波吸収層で、超音波の吸収と散乱を行う。その他の構成は実施例1と同様である。図14は、実施例3の図3のA-B断面図と同様な断面図である。図14では、超音波吸収層内部を粗面加工をする事で超音波の吸収を行い、粗面加工した表面で超音波を散乱させてさらに吸収することができる。その上に光反射層220を設けており、実施例1と同じように100nmのAuを用いる。
(Example 3)
In Example 3, the light reflection control layer 220 is a light reflection layer, the ultrasonic reflection control layer 230 is an ultrasonic absorption layer, and the inside of the ultrasonic absorption layer is subjected to a rough surface treatment. Absorbs and scatters sound waves. Other configurations are the same as those of the first embodiment. 14 is a cross-sectional view similar to the cross-sectional view taken along the line AB of FIG. In FIG. 14, ultrasonic waves can be absorbed by roughing the inside of the ultrasonic absorption layer, and ultrasonic waves can be scattered and further absorbed by the roughened surface. A light reflecting layer 220 is provided thereon, and 100 nm of Au is used as in the first embodiment.

超音波吸収層内部への粗面加工は、実施例1と同様に、筐体184の内側面へ1層目の超音波吸収層を形成する。その後に、実施例2で筐体を粗面加工した方法と同様に、モールド加工やウエットエッチングやドライエッチングなどで1層目の超音波吸収層の粗面加工をすればよい。その上に2層目の超音波吸収層を実施例1と同様の方法で形成する事で、図14のような超音波吸収層を設けることができる。その上に、実施例1と同じ方法で光反射制御層220形成し、その後も実施例1と同様の工程を経ることで、光音響診断装置を作製することができる。   In the rough surface processing inside the ultrasonic absorption layer, the first ultrasonic absorption layer is formed on the inner surface of the housing 184 as in the first embodiment. After that, similar to the method of roughening the casing in Example 2, the first ultrasonic absorbing layer may be roughened by molding, wet etching, dry etching, or the like. An ultrasonic absorption layer as shown in FIG. 14 can be provided by forming a second ultrasonic absorption layer thereon by the same method as in the first embodiment. On top of that, the light reflection control layer 220 is formed by the same method as in the first embodiment, and the photoacoustic diagnostic apparatus can be manufactured through the same steps as in the first embodiment.

本実施例の超音波プローブ180は、被検体から発生した光音響波が超音波センサ以外の部分に入射したときに、光反射制御層220を透過して超音波反射制御層230で吸収することができる。2MHzの超音波の光反射制御層220の超音波反射率はほぼ0%であり、超音波反射制御層230の超音波減衰率は45dBであるので、超音波センサ200以外の部分に入射した超音波の99%以上を減衰させることができる。   The ultrasonic probe 180 of the present embodiment transmits the light reflection control layer 220 and absorbs it by the ultrasonic reflection control layer 230 when the photoacoustic wave generated from the subject is incident on a portion other than the ultrasonic sensor. Can do. The ultrasonic reflectance of the 2 MHz ultrasonic light reflection control layer 220 is approximately 0%, and the ultrasonic attenuation rate of the ultrasonic reflection control layer 230 is 45 dB. 99% or more of sound waves can be attenuated.

これにより、従来生じていた超音波センサ以外の部分に入射した超音波の超音波プローブ内での多重反射を99%以上低減することができ、被検体情報のS/Nを高くすることができる。本実施例でも、2MHzの超音波の多重反射を低減させたが、所望の周波数の超音波を低減する為に必要な光反射制御層や超音波反射制御層を、適宜設ければ良く、本実施例に制限されることは無い。また、本実施例でも光反射制御層を設けているが、超音波反射制御層のみの構成でも良い。超音波診断装置の場合には、光反射制御層を設けなくてよい。   Thereby, 99% or more of the multiple reflection in the ultrasonic probe of the ultrasonic wave incident on the part other than the ultrasonic sensor which has occurred conventionally can be reduced, and the S / N of the subject information can be increased. . In this embodiment, the multiple reflection of 2 MHz ultrasonic waves was reduced, but a light reflection control layer and an ultrasonic reflection control layer necessary for reducing ultrasonic waves of a desired frequency may be provided as appropriate. There is no limitation to the embodiment. Further, although the light reflection control layer is provided in this embodiment, a configuration including only the ultrasonic reflection control layer may be used. In the case of an ultrasonic diagnostic apparatus, it is not necessary to provide a light reflection control layer.

本発明は、生体内の情報を得る光イメージング装置や、従来の超音波診断装置などに適用する事が出来る。すなわち、本発明の超音波プローブを用いて、被検体からの音響波を受信して被検体の情報を取得する被検体情報取得装置を実現することができる。情報取得装置の例として、被検体に音響波を送信し被検体から反射した超音波を検出する超音波プローブと、検出した信号を画像情報に変換するための信号処理部と、を備える超音波診断装置がある。また、被検体に光を照射する光源と、光照射により励起された被検体からの音響波を検出する超音波プローブと、検出した信号を画像情報に変換するための信号処理部と、を備える超音波診断装置がある。信号処理部は信号を処理することで被検体像を構成する。さらに、本発明は、静電容量型機械電気変換素子だけでなく、従来の圧電型超音波探触子にも適用する事が可能である。さらに超音波探傷機など、他の用途にも適用する事が出来る。   The present invention can be applied to an optical imaging apparatus that obtains in-vivo information, a conventional ultrasonic diagnostic apparatus, and the like. That is, it is possible to realize an object information acquisition apparatus that receives acoustic waves from an object and acquires information about the object using the ultrasonic probe of the present invention. As an example of the information acquisition apparatus, an ultrasonic wave that includes an ultrasonic probe that transmits an acoustic wave to a subject and detects an ultrasonic wave reflected from the subject, and a signal processing unit that converts the detected signal into image information. There is a diagnostic device. A light source for irradiating the subject with light; an ultrasonic probe for detecting an acoustic wave from the subject excited by the light irradiation; and a signal processing unit for converting the detected signal into image information. There is an ultrasound diagnostic device. The signal processing unit forms a subject image by processing the signal. Furthermore, the present invention can be applied not only to a capacitive electromechanical transducer, but also to a conventional piezoelectric ultrasonic probe. Furthermore, it can be applied to other uses such as an ultrasonic flaw detector.

120 被検体、180 超音波プローブ、184 筐体、200 超音波センサ、230 超音波反射制御層   120 object, 180 ultrasonic probe, 184 housing, 200 ultrasonic sensor, 230 ultrasonic reflection control layer

Claims (15)

複数の超音波センサと、測定の際に測定位置に配されるべき被検体に向かって凹状となる凹部を有し、前記複数の超音波センサを支持する筐体と、を備える超音波プローブであって、
前記超音波センサは、センサ面が被検体側に向くように配置され、前記筐体は、被検体側の面に超音波反射制御層を有することを特徴とする超音波プローブ。
An ultrasonic probe comprising: a plurality of ultrasonic sensors; and a housing that has a concave portion that is concave toward a subject to be placed at a measurement position during measurement and that supports the plurality of ultrasonic sensors. There,
The ultrasonic probe, wherein the ultrasonic sensor is arranged so that a sensor surface faces the subject side, and the casing has an ultrasonic reflection control layer on the subject side surface.
前記筺体の凹部は略球面状であることを特徴とする請求項1に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the concave portion of the housing has a substantially spherical shape. 前記超音波反射制御層は、超音波吸収層、超音波散乱層、超音波干渉層うち少なくとも一つを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic reflection control layer includes at least one of an ultrasonic absorption layer, an ultrasonic scattering layer, and an ultrasonic interference layer. 前記超音波吸収層の音響インピーダンスが、1MRayls以上5MRayls以下であることを特徴とする請求項3に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 3, wherein an acoustic impedance of the ultrasonic absorption layer is 1 MRayls or more and 5 MRayls or less. 前記超音波反射制御層の前記被検体側に光反射制御層が形成されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a light reflection control layer is formed on the subject side of the ultrasonic reflection control layer. 前記光反射制御層の音響インピーダンスが、1MRayls以上5MRayls以下であることを特徴とする請求項5に記載の超音波プローブ。   6. The ultrasonic probe according to claim 5, wherein an acoustic impedance of the light reflection control layer is 1 MRayls or more and 5 MRayls or less. 前記超音波センサのセンサ面に光反射層が形成されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6, wherein a light reflection layer is formed on a sensor surface of the ultrasonic sensor. 前記超音波センサと前記筺体との間に音響マッチング材が侵入することを防止するシール部材が設けられていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 7, wherein a seal member that prevents an acoustic matching material from entering between the ultrasonic sensor and the housing is provided. 前記超音波センサは、前記センサ面に、音響波の受信信号への変換と送信信号の音響波への変換のうち少なくとも一方を行う変換素子を有することを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の超音波プローブ。   9. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the ultrasonic sensor includes a conversion element that performs at least one of conversion of an acoustic wave into a reception signal and conversion of a transmission signal into an acoustic wave on the sensor surface. The ultrasonic probe according to claim 1. 前記変換素子は、静電容量型電気機械変換素子であることを特徴とする請求項9に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 9, wherein the conversion element is a capacitive electromechanical conversion element. 前記超音波センサは、前記筐体の空洞の部分に、嵌合されていることを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic sensor is fitted into a hollow portion of the casing. 前記筺体には、被検体に光を照射するための光照射部が取り付けられていることを特徴とする請求項1から11の何れか1項に記載の超音波プローブ。   The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 11, wherein a light irradiation unit for irradiating the subject with light is attached to the housing. 請求項1から12の何れか1項に記載の超音波プローブを用いて、被検体からの音響波を受信して被検体の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。   An object information acquiring apparatus that receives information about an object by receiving an acoustic wave from the object using the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 12. 被検体に音響波を送信し被検体から反射した音響波を検出する超音波プローブと、検出した信号を画像情報に変換するための信号処理部と、を備える超音波診断装置であって、
前記超音波プローブは請求項1から12の何れか1項に記載の超音波プローブであり、前記超音波プローブで検出し、変換された信号を前記信号処理部で処理することで被検体像を構成することを特徴とする超音波診断装置。
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic probe for transmitting an acoustic wave to a subject and detecting an acoustic wave reflected from the subject; and a signal processing unit for converting the detected signal into image information,
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 12, wherein an object image is detected by processing the signal detected by the ultrasonic probe and the converted signal by the signal processing unit. An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by comprising.
被検体に光を照射する光源と、光照射により励起された被検体からの音響波を検出する超音波プローブと、検出した信号を画像情報に変換するための信号処理部と、を備える超音波診断装置であって、
前記超音波プローブは請求項1から12の何れか1項に記載の超音波プローブであり、前記光源からの光が被検体に照射されることによって生じる光音響波を前記超音波プローブで検出し、変換された信号を前記信号処理部で処理することで被検体像を構成することを特徴とする光音響診断装置。
Ultrasound including a light source for irradiating light on a subject, an ultrasonic probe for detecting an acoustic wave from the subject excited by light irradiation, and a signal processing unit for converting the detected signal into image information A diagnostic device,
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 12, wherein a photoacoustic wave generated by irradiating a subject with light from the light source is detected by the ultrasonic probe. A photoacoustic diagnostic apparatus characterized in that a subject image is formed by processing the converted signal in the signal processing unit.
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