JP4118381B2 - 超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置 - Google Patents
超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4118381B2 JP4118381B2 JP10667298A JP10667298A JP4118381B2 JP 4118381 B2 JP4118381 B2 JP 4118381B2 JP 10667298 A JP10667298 A JP 10667298A JP 10667298 A JP10667298 A JP 10667298A JP 4118381 B2 JP4118381 B2 JP 4118381B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- cutting
- probe
- vibrator
- transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 47
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
- G01N29/0609—Display arrangements, e.g. colour displays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
- B06B1/064—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface with multiple active layers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して被検体の診断部位を検査するのに用いる超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置に関し、特に、アーチファクトの発生を少なくして、被検体内部の断層像を高分解能に観察したり、電子走査で任意箇所の３次元表示を可能とする超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアレイ形の超音波探触子は、図８に示すように、圧電材料からなる振動子１の上下両面に電極２及び３が形成されており、この振動子１及び電極２，３は電子的に超音波を走査するように長軸方向ｙ−ｙ’において短冊状に分割され１列状に配列されている。そして、被検体側に位置する電極２はグランドに接続され、その上面には１層ないし２層の音響整合層４が設けられると共に、反対側の電極３には音響減衰層５が設けられている。上記各電極２，３には、それぞれフレキシブルプリント板６，７のパターン８が半田付け９などにより接続されており、図示省略のコネクタを介して本体としての超音波診断装置に接続される。なお、上記音響整合層４の上面には、さらに音響レンズ１０が固定されている。
【０００３】
図８の構成の超音波探触子において、電子的に超音波を走査して断層像を得る場合、上記短冊状に分割された振動子１の複数の素子で集束超音波を形成し、そのビームで送受波を繰り返しながら走査することにより断層像を得るようになっている。しかし、上記振動子１の複数の素子が並ぶ長軸方向ｙ−ｙ’では、使用する素子数を適当に選ぶことにより焦点距離Ｌを振動子１の近くから遠くまで任意に設定できるが、これと直交する短軸方向ｘ−ｘ’では、上記音響レンズ１０による焦点距離Ｌが一定であり、焦点深度に相当するＬ1の範囲では鮮明な断層像を得ることができるものの、これ以外の領域では像が不鮮明になるという問題点があった。
【０００４】
図９は上記のような問題点を解決するために提案されたもので、振動子１を長軸方向ｙ−ｙ’において分割するだけでなく、これと直交する短軸方向ｘ−ｘ’においても分割し、平面内で２次元に分割してブロック化したものである。この場合には、前記の音響レンズ１０を用いることなく短軸方向ｘ−ｘ’についても焦点距離Ｌを振動子１の近くから遠くまで任意に設定できるため、焦点深度Ｌ2を図８のときの焦点深度Ｌ1に対してＬ2≧Ｌ1とすることが可能で、断層像全体について鮮明な像が得られると期待される。このような超音波探触子が、“1996IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, pp1523-1526（1996）”に掲載されている。
【０００５】
しかし、図９に示すように振動子１を短軸方向ｘ−ｘ’において分割していくと電気的なインピーダンスが高くなって、電源から効率的にエネルギが供給されなくなる恐れがある。図１０はその状況を説明するもので、振動子１の短軸方向ｘ−ｘ’の分割数ｎと素子インピーダンスΩとの関係を定性的に示したグラフである。振動子１を短軸方向ｘ−ｘ’に分割する前の素子インピーダンスをΩ0とすると、
Ω∝ｎ・Ω0
となり、素子インピーダンスΩは分割数ｎに比例して高くなることが分かり、これに伴って振動子１の感度が劣化すると予想される。
【０００６】
そこで、上記のように振動子１を短軸方向ｘ−ｘ’に分割しても素子インピーダンスΩが高くならないように、図１１（ａ）に示す単層の振動子１を電源１１で駆動する場合に対して、図１１（ｂ）に示すように振動子１を複数層に積層化する方法が有効であると考えられる。即ち、例えば、振動子１の厚み内に所定間隔で複数の内部電極１２，１３を対向する両側面の一方側に交互に寄せて配設し、一方の電極２と内部電極１３とを配線１４で接続すると共に、他方の電極３と内部電極１２とを配線１５で接続して３層に積層した場合、素子インピーダンスΩは、図１１（ａ）に示す単層の振動子１の場合の１／９に低減できると考えられる。
【０００７】
図１２はその状況を説明するもので、振動子１を複数層に積層化した素子積層数Ｎと素子インピーダンスΩとの関係を定性的に示したグラフである。単層の振動子１の素子インピーダンスをΩ1とすると、
Ω∝Ω1／Ｎ2
となり、素子インピーダンスΩは積層数Ｎの２乗に反比例することが分かり、これにより振動子１の短軸方向ｘ−ｘ’の分割によるインピーダンスの上昇を該振動子１の積層化で抑えることが可能である。このような超音波探触子が、“ULTRASONIC IMAGING 17, pp95-113（1995）”に掲載されている。
【０００８】
図１３は上記のように提案された超音波探触子の概略構造を示す図であり、(ａ）は平面図の一部であり、（ｂ）は正面図である。図１３（ｂ）において、一方の電極２と内部電極１３とを配線１４で接続すると共に、他方の電極３と内部電極１２とを配線１５で接続するのは、前述の図１１（ｂ）の場合と同様であるが、図１３（ａ）に示すように個々の振動子１の素子に分割する境界部位にスルーホール１６を形成してその内部に導電材料を充填し、図１３（ｂ）に示すように上記スルーホール１６に対して隣接する素子と素子の上部電極２と内部電極１３と内部電極１２’と下部電極３’とをそれぞれ接続し、その後上記スルーホール１６の位置で長軸方向ｙ−ｙ’の切断溝１７により切断すると共に短軸方向ｘ−ｘ’の切断溝１８で各素子に分割したものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１３のように振動子を２次元に配列して構成された従来の超音波探触子においては、各素子の横幅Ｗが例えば 3.45mm 、スルーホール１６の径Ｄが例えば0.2mm 、奥行きＢが例えば 0.37mm 、高さＨが例えば 0.66mm とされており、各素子の横幅Ｗが比較的大きいことから構造的に実現性があるが、長軸方向ｙ−ｙ’と短軸方向ｘ−ｘ’の２方向から超音波ビームの焦点位置を可変にして高画質の断層像を得るためには、上記横幅Ｗも奥行きＢと同程度に狭くする必要がある。そして、このように各素子の横幅Ｗを狭くした場合には、該横幅Ｗがスルーホール１６の径Ｄと略同等になり、電極２，３の面積が縮小して素子インピーダンスが増大してしまうこととなる。したがって、振動子１の感度が劣化することがある。また、前記内部電極１２，１３の位置決めやスルーホール１６の形成のばらつき等により、各素子の特性に不均一を生じることがある。このことから、得られる超音波断層像にアーチファクトが発生することがある。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、アーチファクトの発生を少なくして、被検体内部の断層像を高分解能に観察したり、電子走査で任意箇所の３次元表示を可能とする超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波探触子は、圧電材料の厚み内に所定間隔で複数の内部電極を横断状に配設して複数層に積層化した振動子の上下両面に外部電極を設けて積層振動子を形成し、この積層振動子を所定の幅で短冊状に切断して切断素子を形成し、この各切断素子の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続し、このように配線接続した各切断素子を所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所 定間隔で切断することにより複数個の振動子素子を形成し、これらの振動子素子を平面内で直交する２方向に配列して２次元配列振動子を構成したものである。
【００１２】
また、上記の超音波探触子の製造方法は、圧電材料の厚み内に所定間隔で複数の内部電極を横断状に配設して複数層に積層化した振動子の上下両面に外部電極を設けて積層振動子を形成し、この積層振動子を所定の幅で短冊状に切断して切断素子を形成し、この各切断素子の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続し、その後上記各切断素子を所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所定間隔で切断することにより複数個の振動子素子を形成し、これらの振動子素子を平面内で直交する２方向に配列して２次元配列振動子を形成するものである。
【００１３】
さらに、関連発明としての超音波診断装置は、被検体に超音波を送受信する探触子と、この探触子から所定のビーム波形の超音波を送波させると共に該探触子で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する超音波回路部と、この超音波回路部の送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部と、超音波画像を表示する表示部とを有する超音波診断装置において、上記探触子として、請求項１に係る超音波探触子を用いたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による超音波探触子の実施の形態を示す概略構成図である。この超音波探触子は、超音波を利用して被検体の診断部位を検査する超音波診断装置において実際に被検体内に超音波を送信及び反射波を受信するもので、振動子素子２０と、導電性を有する音響整合層２１と、導電膜を付加した絶縁シート２２と、導電性を有する音響減衰層２３と、フレキシブルプリント板２４と、ベース２５とを有して成る。
【００１５】
上記振動子素子２０は、本発明の特徴となる部分で、図２に示すように、ジルコンチタン酸鉛系磁器（ＰＺＴ）などの圧電材料２６の厚み方向の上下両面に外部電極２７，２８を設け、この圧電材料２６の厚み内に所定間隔で複数層の内部電極２９，３０を一方の側面から他方の側面まで横断状に配設して例えば３層に積層化すると共に、互いに異なる二つの側面において上下両面の外部電極２７，２８と一つおきの内部電極２９，３０とを別系統の配線となるように接続している。そして、この振動子素子２０の複数個を直交する２方向に配列して２次元配列振動子が構成されている。例えば、図１に示す短軸方向ｘ−ｘ’及び長軸方向ｙ−ｙ’を含む平面内で２次元に配列した振動子素子群とされている。なお、図１において、符号３１は上記圧電材料２６を２次元に配列して振動子素子群とする長軸方向ｙ−ｙ’の切断溝を示し、符号３２は短軸方向ｘ−ｘ’の切断溝を示している。
【００１６】
すなわち、図２において、上記圧電材料２６の厚み内に配設された一の内部電極２９の一方側の端面部に絶縁膜３３を形成すると共に、他の内部電極３０の反対側の端面部にも絶縁膜３４を形成し、この状態で上部の外部電極２７と他の内部電極３０の一方側の端面部との間に導電膜３５を形成し、且つ下部の外部電極２８と一の内部電極２９の反対側の端面部との間に導電膜３６を形成してある。これにより、上記上部の外部電極２７と導電膜３５と他の内部電極３０とを接続する一の系統の配線と、下部の外部電極２８と導電膜３６と一の内部電極２９とを接続する他の系統の配線とが構成される。この結果、上部の外部電極２７と一の内部電極２９との間、一の内部電極２９と他の内部電極３０との間、他の内部電極３０と下部の外部電極２８との間、にそれぞれ極性の異なる外部電極が配置されたのと同等になり、３層に積層化された振動子素子２０となる。
【００１７】
このような振動子素子２０の構成によれば、内部電極２９，３０は一方の側面から他方の側面まで横断状に配設されているだけなので、従来のように所定の長さで止めるという寸法精度は出さなくてよい。また、絶縁膜３３，３４と導電膜３５，３６とで外部電極２７，２８及び内部電極２９，３０を配線しているので、従来のようにスルーホールを用いずスルーホール径による寸法の制約を受けることがない。
【００１８】
図１に示す音響整合層２１は、上記圧電材料２６の音響インピーダンスと被検体としての生体の音響インピーダンスとの整合をとるもので、この実施形態においては、導電材料を混入するなどして導電性を有するものとされている。
【００１９】
絶縁シート２２は、上記のように構成された各振動子素子２０全体の上面を覆うもので、音響的に低減衰の例えばポリイミド等でできており、この実施形態においては、その下面側に銅などから成る導電膜３７が付加されている。この結果、上記各振動子素子２０の上部の外部電極２７は、導電性を有する音響整合層２１を介して上記の導電膜３７に電気的に接続され、この導電膜３７によりグランドに接続されている。なお、図１において、符号３８は前記切断溝３１，３２内に充填された樹脂を示しており、この樹脂３８により各振動子素子２０を接着すると共に、音響的に各素子間の信号のクロストークを低減している。
【００２０】
音響減衰層２３は、上記各振動子素子２０の背面から出る超音波が再び該振動子素子２０に戻ってこないように超音波を減衰させるもので、この実施形態においては、導電材料を混入するなどして導電性を有するものとされている。
【００２１】
また、フレキシブルプリント板２４は、上記のように構成された各振動子素子２０の下面側にて図示外の超音波診断装置本体に接続する電極板となるもので、上記２次元に配列された個々の振動子素子に対応する位置に例えばＢＧＡ（Ｂall Ｇrid Ａlley）と呼ばれる接点３９を有し、ケーブルを介して本体と接続するためのコネクタ（図示せず）が組み込まれた多層のプリント板に形成されている。この結果、上記各振動子素子２０の下部の外部電極２８は、導電性を有する音響減衰層２３を介して上記のフレキシブルプリント板２４に電気的に接続されている。
【００２２】
さらに、ベース２５は、上記各振動子素子２０の全体を固定すると共に、該各振動子素子２０の背面から出る超音波が再び該振動子素子２０に戻ってこないように超音波を減衰させるもので、超音波の減衰の大きい材料で構成されている。このような状態で、上記配列した個々の振動子素子２０毎に超音波の送受信を行うようにされている。なお、図１においては、振動子素子２０の積層数は３層としたが、本発明はこれに限らず、奇数層であるならば他の積層数であってもよい。また、以上において、前記の音響減衰層２３は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００２３】
以上の構成において、図示外の超音波診断装置本体からの信号により上記フレキシブルプリント板２４を介して各振動子素子２０を駆動することにより該振動子素子２０から超音波を発生させ、測定対象物たとえば被検体内の診断部位から反射してきた超音波を上記各振動子素子２０で受信し、この受信信号を超音波診断装置本体で処理することにより超音波画像の表示を行う。このとき、図１に示すように平面内で２次元に配列した振動子素子群とした多数の振動子素子２０を、長軸方向ｙ−ｙ’だけでなく短軸方向ｘ−ｘ’についても焦点の範囲が広くなるように所定の関係で制御しながら駆動することにより、被検体内の診断部位の近傍から深部まで鮮明な断層像を得ることができる。また、上記多数の振動子素子２０を２次元的に電子走査することにより、任意方向の複数のＢモード走査を行ったり、集束ビームを全視野或いは部分的な視野内で走査を行うことで、リアルタイムの３次元画像を得ることが可能となる。
【００２４】
図３は、本発明に係る超音波探触子の第二の実施形態を示す概略構成図である。この実施形態は、図１に示す各振動子素子２０の下面側に設けられた音響減衰層２３の下面側に、異方導電性を有する第二の音響減衰層４０を固定すると共に、この音響減衰層４０の下面にフレキシブルプリント板２４を接続したものである。上記第二の音響減衰層４０は、前記音響減衰層２３と同様に上記各振動子素子２０の背面から出る超音波が再び該振動子素子２０に戻ってこないように超音波を更に減衰させるもので、超音波の減衰特性と共に電気的異方性を有する材料から成る。これにより、上記各振動子素子２０とフレキシブルプリント板２４との間において、戻ってくる超音波をよく減衰させることができると共に、フレキシブルプリント板２４を介して図示外の超音波診断装置本体から送られる信号を各振動子素子２０によく伝送することができる。なお、この実施形態においても、上記音響減衰層２３は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００２５】
図４は、本発明に係る超音波探触子の第三の実施形態を示す概略構成図である。この実施形態は、図１に示すフレキシブルプリント板２４を設ける代わりに、各振動子素子２０の下面側に、音響減衰層２３を固定し、上記２次元に配列された各振動子素子２０の一側面には、例えば下部の外部電極２８と一つおきの内部電極２９とを接続する配線（導電膜３６）が形成された電極板４１を設け、この電極板４１を上記各振動子素子２０が１列に並ぶ列毎に並列に設けたものである。なお、上記電極板４１は、図２に示す振動子素子２０の一側面に設けられた導電膜３６に接続されるフレキシブルプリント板に構成されている。また、この実施形態においても、上記音響減衰層２３は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００２６】
図５は、上記のように構成された超音波探触子の製造方法を説明するための工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、上部の外部電極２７と第一の圧電材料２６ａと一の内部電極２９と第二の圧電材料２６ｂと他の内部電極３０と第三の圧電材料２６ｃと下部の外部電極２８とを上下に層状に積層し、この状態で積層一体焼結する。これにより、ある広がりを有する３層の圧電材料２６ａ，２６ｂ，２６ｃを含む積層体が形成される。
【００２７】
次に、上記のように積層一体焼結した積層振動子の材料を、図５（ｂ）に示すように、図１に示す短軸方向ｘ−ｘ’において所定の幅Ｗで切断分離して短冊状の切断素子４２を形成する。したがって、図５（ａ）に示す積層一体焼結した材料からは、図５(ｂ）に示す短冊状の切断素子４２が複数本形成される。
【００２８】
次に、上記のように形成された短冊状の切断素子４２に対して、図５（ｃ）に示すように、該切断素子４２の長手方向の対向する両側面において、一の内部電極２９の一方側の端面部に所定幅の絶縁膜３３を、他の内部電極３０の反対側の端面部に所定幅の絶縁膜３４をそれぞれ形成する。したがって、上記一の内部電極２９の一方側の端面部及び他の内部電極３０の反対側の端面部は、それぞれ絶縁加工されたこととなる。
【００２９】
次に、上記のように絶縁加工された切断素子４２’に対して、さらに図５（ｄ）に示すように、上記絶縁膜３３が形成された側面において上部の外部電極２７と他の内部電極３０の一方側の端面部とを接続するように導電膜３５を形成し、他の絶縁膜３４が形成された側面において下部の外部電極２８と一の内部電極２９の反対側の端面部とを接続するように導電膜３６を形成する。これにより、各切断素子４２’の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極２７，２８と一つおきの内部電極２９，３０とが別系統の配線となるように接続される。
【００３０】
次に、上記のように配線加工された切断素子４２”を、図５（ｅ）に示すように、所定の間隔Ｓで所定個数だけ整列し、その間隔Ｓによる隙間４３に接着剤４４を充填して固定した後、上記切断素子４２”の長手方向と直交する方向にて素子幅Ｂとなるように所定間隔で切断する。そして、この長手方向と直交する方向での切断後にその部分の隙間４５に、上記と同様に接着剤４４を充填して固定する。これにより、図１に示すように、振動子素子２０を、短軸方向ｘ−ｘ’及び長軸方向ｙ−ｙ’を含む平面内で２次元に配列した振動子素子群が形成される。
【００３１】
このように、振動子素子２０を２次元に配列した振動子素子群を製造した後、図１に示す導電性を有する音響整合層２１と、導電膜３７を付加した絶縁シート２２と、導電性を有する音響減衰層２３と、フレキシブルプリント板２４と、ベース２５とを形成する工程を順次進め、最終的に超音波探触子を製造する。なお、図５においては、振動子素子２０の積層数は３層としたが、本発明はこれに限らず、奇数層であるならば他の積層数であってもよい。また、上記の説明では、振動子の部分のみを短軸方向ｘ−ｘ’及び長軸方向ｙ−ｙ’に切断するものとしたが、振動子となる部分に図１に示す音響整合層２１及び音響減衰層２３を接着固定してから切断し、２次元に分割してもよい。
【００３２】
図６は、上記超音波探触子の関連発明としての超音波診断装置を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体内の診断部位の超音波画像を得て診断に役立てるもので、被検体に超音波を送受信する探触子５０と、この探触子５０から所定のビーム波形の超音波を送波させると共に該探触子５０で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する超音波回路部５１と、この超音波回路部５１の送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部５２と、超音波画像を表示する表示部５３とを有している。なお、上記超音波回路部５１は、探触子５０から所定のビーム波形の超音波を送波させる送波整相部５４と、該探触子５０で受信した受波信号から所定の受波波形を形成する受波整相部５５と、この受波整相部５５からの受波信号を高Ｓ／Ｎに取り込む信号処理部５６とから成る。そして、上記探触子５０としては、前述の図１又は図３、図４に示すように構成された超音波探触子を用いている。
【００３３】
図７は、本発明にかかる超音波探触子及び超音波診断装置を用いて３次元画像を得る状態を示す説明図である。図７（ａ）に示すように、探触子５０を構成する複数個の振動子素子２０のうち任意の素子を選択することにより、被検体内の診断部位５７に対し扇状の超音波ビームを符号５８ａ，５８ｂに示すように或る軸を中心に回転させるように走査して、上記診断部位５７の複数方向の断層像を得てこれから３次元画像を構成する。また、図７（ｂ）に示すように、上記複数個の振動子素子２０のうち任意の素子を選択することにより、被検体内の診断部位５７に対し扇状の超音波ビームを符号５９ａ，５９ｂ，５９ｃに示すように振り子状に振るように走査して、上記診断部位５７の複数方向の断層像を得てこれから３次元画像を構成する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、本発明に係る超音波探触子によれば、複数の内部電極を従来のように所定の長さで止めるという寸法精度は出さなくてよい。また、上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続するのに、従来のようなスルーホールを用いることがないので、スルーホール径による寸法の制約を受けることがない。したがって、複数層に積層化すると共に直交する２方向に配列して２次元配列振動子を構成する複数個の振動子素子の各素子間の特性ばらつきを排除することができる。このことから、アーチファクトの発生を少なくして、被検体内部の断層像を高分解能に観察したり、電子走査で任意箇所の３次元表示を可能とすることができる。
また、本発明に係る超音波診断装置によれば、上述のように構成された超音波探触子を用いることにより、超音波画像による診断の質を従来より向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波探触子の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】上記超音波探触子の振動子素子の構造を示す拡大斜視図である。
【図３】本発明に係る超音波探触子の第二の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る超音波探触子の第三の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】上記のように構成された超音波探触子の製造方法を説明するための工程図である。
【図６】上記超音波探触子の関連発明としての超音波診断装置を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかる超音波探触子及び超音波診断装置を用いて３次元画像を得る状態を示す説明図である。
【図８】従来のアレイ形の超音波探触子の構造を示す概略構成図である。
【図９】従来において振動子を平面内で２次元に分割してブロック化したものを有する超音波探触子の構造を示す概略構成図である。
【図１０】振動子を短軸方向に分割したときの素子インピーダンスの変化を示すグラフである。
【図１１】振動子を単層に形成した場合と、複数層に積層化した場合とを示す説明図である。
【図１２】複数層に積層化した素子積層数と素子インピーダンスの変化を示すグラフである。
【図１３】複数層に積層化した振動子を２次元に分割して構成された従来の超音波探触子の構造を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２０…振動子素子
２１…導電性を有する音響整合層
２２…絶縁シート
２３…導電性を有する音響減衰層
２４，４１…フレキシブルプリント板
２５…ベース
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…圧電材料
２７，２８…外部電極
２９，３０…内部電極
３３，３４…絶縁膜
３５，３６…導電膜
３７…絶縁シートの導電膜
３９…接点
４０…異方導電性を有する第二の音響減衰層
４２，４２’，４２”…切断素子
５０…探触子
５１…超音波回路部
５２…制御部
５３…表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して被検体の診断部位を検査するのに用いる超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置に関し、特に、アーチファクトの発生を少なくして、被検体内部の断層像を高分解能に観察したり、電子走査で任意箇所の３次元表示を可能とする超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアレイ形の超音波探触子は、図８に示すように、圧電材料からなる振動子１の上下両面に電極２及び３が形成されており、この振動子１及び電極２，３は電子的に超音波を走査するように長軸方向ｙ−ｙ’において短冊状に分割され１列状に配列されている。そして、被検体側に位置する電極２はグランドに接続され、その上面には１層ないし２層の音響整合層４が設けられると共に、反対側の電極３には音響減衰層５が設けられている。上記各電極２，３には、それぞれフレキシブルプリント板６，７のパターン８が半田付け９などにより接続されており、図示省略のコネクタを介して本体としての超音波診断装置に接続される。なお、上記音響整合層４の上面には、さらに音響レンズ１０が固定されている。
【０００３】
図８の構成の超音波探触子において、電子的に超音波を走査して断層像を得る場合、上記短冊状に分割された振動子１の複数の素子で集束超音波を形成し、そのビームで送受波を繰り返しながら走査することにより断層像を得るようになっている。しかし、上記振動子１の複数の素子が並ぶ長軸方向ｙ−ｙ’では、使用する素子数を適当に選ぶことにより焦点距離Ｌを振動子１の近くから遠くまで任意に設定できるが、これと直交する短軸方向ｘ−ｘ’では、上記音響レンズ１０による焦点距離Ｌが一定であり、焦点深度に相当するＬ1の範囲では鮮明な断層像を得ることができるものの、これ以外の領域では像が不鮮明になるという問題点があった。
【０００４】
図９は上記のような問題点を解決するために提案されたもので、振動子１を長軸方向ｙ−ｙ’において分割するだけでなく、これと直交する短軸方向ｘ−ｘ’においても分割し、平面内で２次元に分割してブロック化したものである。この場合には、前記の音響レンズ１０を用いることなく短軸方向ｘ−ｘ’についても焦点距離Ｌを振動子１の近くから遠くまで任意に設定できるため、焦点深度Ｌ2を図８のときの焦点深度Ｌ1に対してＬ2≧Ｌ1とすることが可能で、断層像全体について鮮明な像が得られると期待される。このような超音波探触子が、“1996IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, pp1523-1526（1996）”に掲載されている。
【０００５】
しかし、図９に示すように振動子１を短軸方向ｘ−ｘ’において分割していくと電気的なインピーダンスが高くなって、電源から効率的にエネルギが供給されなくなる恐れがある。図１０はその状況を説明するもので、振動子１の短軸方向ｘ−ｘ’の分割数ｎと素子インピーダンスΩとの関係を定性的に示したグラフである。振動子１を短軸方向ｘ−ｘ’に分割する前の素子インピーダンスをΩ0とすると、
Ω∝ｎ・Ω0
となり、素子インピーダンスΩは分割数ｎに比例して高くなることが分かり、これに伴って振動子１の感度が劣化すると予想される。
【０００６】
そこで、上記のように振動子１を短軸方向ｘ−ｘ’に分割しても素子インピーダンスΩが高くならないように、図１１（ａ）に示す単層の振動子１を電源１１で駆動する場合に対して、図１１（ｂ）に示すように振動子１を複数層に積層化する方法が有効であると考えられる。即ち、例えば、振動子１の厚み内に所定間隔で複数の内部電極１２，１３を対向する両側面の一方側に交互に寄せて配設し、一方の電極２と内部電極１３とを配線１４で接続すると共に、他方の電極３と内部電極１２とを配線１５で接続して３層に積層した場合、素子インピーダンスΩは、図１１（ａ）に示す単層の振動子１の場合の１／９に低減できると考えられる。
【０００７】
図１２はその状況を説明するもので、振動子１を複数層に積層化した素子積層数Ｎと素子インピーダンスΩとの関係を定性的に示したグラフである。単層の振動子１の素子インピーダンスをΩ1とすると、
Ω∝Ω1／Ｎ2
となり、素子インピーダンスΩは積層数Ｎの２乗に反比例することが分かり、これにより振動子１の短軸方向ｘ−ｘ’の分割によるインピーダンスの上昇を該振動子１の積層化で抑えることが可能である。このような超音波探触子が、“ULTRASONIC IMAGING 17, pp95-113（1995）”に掲載されている。
【０００８】
図１３は上記のように提案された超音波探触子の概略構造を示す図であり、(ａ）は平面図の一部であり、（ｂ）は正面図である。図１３（ｂ）において、一方の電極２と内部電極１３とを配線１４で接続すると共に、他方の電極３と内部電極１２とを配線１５で接続するのは、前述の図１１（ｂ）の場合と同様であるが、図１３（ａ）に示すように個々の振動子１の素子に分割する境界部位にスルーホール１６を形成してその内部に導電材料を充填し、図１３（ｂ）に示すように上記スルーホール１６に対して隣接する素子と素子の上部電極２と内部電極１３と内部電極１２’と下部電極３’とをそれぞれ接続し、その後上記スルーホール１６の位置で長軸方向ｙ−ｙ’の切断溝１７により切断すると共に短軸方向ｘ−ｘ’の切断溝１８で各素子に分割したものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１３のように振動子を２次元に配列して構成された従来の超音波探触子においては、各素子の横幅Ｗが例えば 3.45mm 、スルーホール１６の径Ｄが例えば0.2mm 、奥行きＢが例えば 0.37mm 、高さＨが例えば 0.66mm とされており、各素子の横幅Ｗが比較的大きいことから構造的に実現性があるが、長軸方向ｙ−ｙ’と短軸方向ｘ−ｘ’の２方向から超音波ビームの焦点位置を可変にして高画質の断層像を得るためには、上記横幅Ｗも奥行きＢと同程度に狭くする必要がある。そして、このように各素子の横幅Ｗを狭くした場合には、該横幅Ｗがスルーホール１６の径Ｄと略同等になり、電極２，３の面積が縮小して素子インピーダンスが増大してしまうこととなる。したがって、振動子１の感度が劣化することがある。また、前記内部電極１２，１３の位置決めやスルーホール１６の形成のばらつき等により、各素子の特性に不均一を生じることがある。このことから、得られる超音波断層像にアーチファクトが発生することがある。
【００１０】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、アーチファクトの発生を少なくして、被検体内部の断層像を高分解能に観察したり、電子走査で任意箇所の３次元表示を可能とする超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波探触子は、圧電材料の厚み内に所定間隔で複数の内部電極を横断状に配設して複数層に積層化した振動子の上下両面に外部電極を設けて積層振動子を形成し、この積層振動子を所定の幅で短冊状に切断して切断素子を形成し、この各切断素子の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続し、このように配線接続した各切断素子を所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所 定間隔で切断することにより複数個の振動子素子を形成し、これらの振動子素子を平面内で直交する２方向に配列して２次元配列振動子を構成したものである。
【００１２】
また、上記の超音波探触子の製造方法は、圧電材料の厚み内に所定間隔で複数の内部電極を横断状に配設して複数層に積層化した振動子の上下両面に外部電極を設けて積層振動子を形成し、この積層振動子を所定の幅で短冊状に切断して切断素子を形成し、この各切断素子の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続し、その後上記各切断素子を所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所定間隔で切断することにより複数個の振動子素子を形成し、これらの振動子素子を平面内で直交する２方向に配列して２次元配列振動子を形成するものである。
【００１３】
さらに、関連発明としての超音波診断装置は、被検体に超音波を送受信する探触子と、この探触子から所定のビーム波形の超音波を送波させると共に該探触子で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する超音波回路部と、この超音波回路部の送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部と、超音波画像を表示する表示部とを有する超音波診断装置において、上記探触子として、請求項１に係る超音波探触子を用いたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による超音波探触子の実施の形態を示す概略構成図である。この超音波探触子は、超音波を利用して被検体の診断部位を検査する超音波診断装置において実際に被検体内に超音波を送信及び反射波を受信するもので、振動子素子２０と、導電性を有する音響整合層２１と、導電膜を付加した絶縁シート２２と、導電性を有する音響減衰層２３と、フレキシブルプリント板２４と、ベース２５とを有して成る。
【００１５】
上記振動子素子２０は、本発明の特徴となる部分で、図２に示すように、ジルコンチタン酸鉛系磁器（ＰＺＴ）などの圧電材料２６の厚み方向の上下両面に外部電極２７，２８を設け、この圧電材料２６の厚み内に所定間隔で複数層の内部電極２９，３０を一方の側面から他方の側面まで横断状に配設して例えば３層に積層化すると共に、互いに異なる二つの側面において上下両面の外部電極２７，２８と一つおきの内部電極２９，３０とを別系統の配線となるように接続している。そして、この振動子素子２０の複数個を直交する２方向に配列して２次元配列振動子が構成されている。例えば、図１に示す短軸方向ｘ−ｘ’及び長軸方向ｙ−ｙ’を含む平面内で２次元に配列した振動子素子群とされている。なお、図１において、符号３１は上記圧電材料２６を２次元に配列して振動子素子群とする長軸方向ｙ−ｙ’の切断溝を示し、符号３２は短軸方向ｘ−ｘ’の切断溝を示している。
【００１６】
すなわち、図２において、上記圧電材料２６の厚み内に配設された一の内部電極２９の一方側の端面部に絶縁膜３３を形成すると共に、他の内部電極３０の反対側の端面部にも絶縁膜３４を形成し、この状態で上部の外部電極２７と他の内部電極３０の一方側の端面部との間に導電膜３５を形成し、且つ下部の外部電極２８と一の内部電極２９の反対側の端面部との間に導電膜３６を形成してある。これにより、上記上部の外部電極２７と導電膜３５と他の内部電極３０とを接続する一の系統の配線と、下部の外部電極２８と導電膜３６と一の内部電極２９とを接続する他の系統の配線とが構成される。この結果、上部の外部電極２７と一の内部電極２９との間、一の内部電極２９と他の内部電極３０との間、他の内部電極３０と下部の外部電極２８との間、にそれぞれ極性の異なる外部電極が配置されたのと同等になり、３層に積層化された振動子素子２０となる。
【００１７】
このような振動子素子２０の構成によれば、内部電極２９，３０は一方の側面から他方の側面まで横断状に配設されているだけなので、従来のように所定の長さで止めるという寸法精度は出さなくてよい。また、絶縁膜３３，３４と導電膜３５，３６とで外部電極２７，２８及び内部電極２９，３０を配線しているので、従来のようにスルーホールを用いずスルーホール径による寸法の制約を受けることがない。
【００１８】
図１に示す音響整合層２１は、上記圧電材料２６の音響インピーダンスと被検体としての生体の音響インピーダンスとの整合をとるもので、この実施形態においては、導電材料を混入するなどして導電性を有するものとされている。
【００１９】
絶縁シート２２は、上記のように構成された各振動子素子２０全体の上面を覆うもので、音響的に低減衰の例えばポリイミド等でできており、この実施形態においては、その下面側に銅などから成る導電膜３７が付加されている。この結果、上記各振動子素子２０の上部の外部電極２７は、導電性を有する音響整合層２１を介して上記の導電膜３７に電気的に接続され、この導電膜３７によりグランドに接続されている。なお、図１において、符号３８は前記切断溝３１，３２内に充填された樹脂を示しており、この樹脂３８により各振動子素子２０を接着すると共に、音響的に各素子間の信号のクロストークを低減している。
【００２０】
音響減衰層２３は、上記各振動子素子２０の背面から出る超音波が再び該振動子素子２０に戻ってこないように超音波を減衰させるもので、この実施形態においては、導電材料を混入するなどして導電性を有するものとされている。
【００２１】
また、フレキシブルプリント板２４は、上記のように構成された各振動子素子２０の下面側にて図示外の超音波診断装置本体に接続する電極板となるもので、上記２次元に配列された個々の振動子素子に対応する位置に例えばＢＧＡ（Ｂall Ｇrid Ａlley）と呼ばれる接点３９を有し、ケーブルを介して本体と接続するためのコネクタ（図示せず）が組み込まれた多層のプリント板に形成されている。この結果、上記各振動子素子２０の下部の外部電極２８は、導電性を有する音響減衰層２３を介して上記のフレキシブルプリント板２４に電気的に接続されている。
【００２２】
さらに、ベース２５は、上記各振動子素子２０の全体を固定すると共に、該各振動子素子２０の背面から出る超音波が再び該振動子素子２０に戻ってこないように超音波を減衰させるもので、超音波の減衰の大きい材料で構成されている。このような状態で、上記配列した個々の振動子素子２０毎に超音波の送受信を行うようにされている。なお、図１においては、振動子素子２０の積層数は３層としたが、本発明はこれに限らず、奇数層であるならば他の積層数であってもよい。また、以上において、前記の音響減衰層２３は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００２３】
以上の構成において、図示外の超音波診断装置本体からの信号により上記フレキシブルプリント板２４を介して各振動子素子２０を駆動することにより該振動子素子２０から超音波を発生させ、測定対象物たとえば被検体内の診断部位から反射してきた超音波を上記各振動子素子２０で受信し、この受信信号を超音波診断装置本体で処理することにより超音波画像の表示を行う。このとき、図１に示すように平面内で２次元に配列した振動子素子群とした多数の振動子素子２０を、長軸方向ｙ−ｙ’だけでなく短軸方向ｘ−ｘ’についても焦点の範囲が広くなるように所定の関係で制御しながら駆動することにより、被検体内の診断部位の近傍から深部まで鮮明な断層像を得ることができる。また、上記多数の振動子素子２０を２次元的に電子走査することにより、任意方向の複数のＢモード走査を行ったり、集束ビームを全視野或いは部分的な視野内で走査を行うことで、リアルタイムの３次元画像を得ることが可能となる。
【００２４】
図３は、本発明に係る超音波探触子の第二の実施形態を示す概略構成図である。この実施形態は、図１に示す各振動子素子２０の下面側に設けられた音響減衰層２３の下面側に、異方導電性を有する第二の音響減衰層４０を固定すると共に、この音響減衰層４０の下面にフレキシブルプリント板２４を接続したものである。上記第二の音響減衰層４０は、前記音響減衰層２３と同様に上記各振動子素子２０の背面から出る超音波が再び該振動子素子２０に戻ってこないように超音波を更に減衰させるもので、超音波の減衰特性と共に電気的異方性を有する材料から成る。これにより、上記各振動子素子２０とフレキシブルプリント板２４との間において、戻ってくる超音波をよく減衰させることができると共に、フレキシブルプリント板２４を介して図示外の超音波診断装置本体から送られる信号を各振動子素子２０によく伝送することができる。なお、この実施形態においても、上記音響減衰層２３は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００２５】
図４は、本発明に係る超音波探触子の第三の実施形態を示す概略構成図である。この実施形態は、図１に示すフレキシブルプリント板２４を設ける代わりに、各振動子素子２０の下面側に、音響減衰層２３を固定し、上記２次元に配列された各振動子素子２０の一側面には、例えば下部の外部電極２８と一つおきの内部電極２９とを接続する配線（導電膜３６）が形成された電極板４１を設け、この電極板４１を上記各振動子素子２０が１列に並ぶ列毎に並列に設けたものである。なお、上記電極板４１は、図２に示す振動子素子２０の一側面に設けられた導電膜３６に接続されるフレキシブルプリント板に構成されている。また、この実施形態においても、上記音響減衰層２３は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００２６】
図５は、上記のように構成された超音波探触子の製造方法を説明するための工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、上部の外部電極２７と第一の圧電材料２６ａと一の内部電極２９と第二の圧電材料２６ｂと他の内部電極３０と第三の圧電材料２６ｃと下部の外部電極２８とを上下に層状に積層し、この状態で積層一体焼結する。これにより、ある広がりを有する３層の圧電材料２６ａ，２６ｂ，２６ｃを含む積層体が形成される。
【００２７】
次に、上記のように積層一体焼結した積層振動子の材料を、図５（ｂ）に示すように、図１に示す短軸方向ｘ−ｘ’において所定の幅Ｗで切断分離して短冊状の切断素子４２を形成する。したがって、図５（ａ）に示す積層一体焼結した材料からは、図５(ｂ）に示す短冊状の切断素子４２が複数本形成される。
【００２８】
次に、上記のように形成された短冊状の切断素子４２に対して、図５（ｃ）に示すように、該切断素子４２の長手方向の対向する両側面において、一の内部電極２９の一方側の端面部に所定幅の絶縁膜３３を、他の内部電極３０の反対側の端面部に所定幅の絶縁膜３４をそれぞれ形成する。したがって、上記一の内部電極２９の一方側の端面部及び他の内部電極３０の反対側の端面部は、それぞれ絶縁加工されたこととなる。
【００２９】
次に、上記のように絶縁加工された切断素子４２’に対して、さらに図５（ｄ）に示すように、上記絶縁膜３３が形成された側面において上部の外部電極２７と他の内部電極３０の一方側の端面部とを接続するように導電膜３５を形成し、他の絶縁膜３４が形成された側面において下部の外部電極２８と一の内部電極２９の反対側の端面部とを接続するように導電膜３６を形成する。これにより、各切断素子４２’の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極２７，２８と一つおきの内部電極２９，３０とが別系統の配線となるように接続される。
【００３０】
次に、上記のように配線加工された切断素子４２”を、図５（ｅ）に示すように、所定の間隔Ｓで所定個数だけ整列し、その間隔Ｓによる隙間４３に接着剤４４を充填して固定した後、上記切断素子４２”の長手方向と直交する方向にて素子幅Ｂとなるように所定間隔で切断する。そして、この長手方向と直交する方向での切断後にその部分の隙間４５に、上記と同様に接着剤４４を充填して固定する。これにより、図１に示すように、振動子素子２０を、短軸方向ｘ−ｘ’及び長軸方向ｙ−ｙ’を含む平面内で２次元に配列した振動子素子群が形成される。
【００３１】
このように、振動子素子２０を２次元に配列した振動子素子群を製造した後、図１に示す導電性を有する音響整合層２１と、導電膜３７を付加した絶縁シート２２と、導電性を有する音響減衰層２３と、フレキシブルプリント板２４と、ベース２５とを形成する工程を順次進め、最終的に超音波探触子を製造する。なお、図５においては、振動子素子２０の積層数は３層としたが、本発明はこれに限らず、奇数層であるならば他の積層数であってもよい。また、上記の説明では、振動子の部分のみを短軸方向ｘ−ｘ’及び長軸方向ｙ−ｙ’に切断するものとしたが、振動子となる部分に図１に示す音響整合層２１及び音響減衰層２３を接着固定してから切断し、２次元に分割してもよい。
【００３２】
図６は、上記超音波探触子の関連発明としての超音波診断装置を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体内の診断部位の超音波画像を得て診断に役立てるもので、被検体に超音波を送受信する探触子５０と、この探触子５０から所定のビーム波形の超音波を送波させると共に該探触子５０で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する超音波回路部５１と、この超音波回路部５１の送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部５２と、超音波画像を表示する表示部５３とを有している。なお、上記超音波回路部５１は、探触子５０から所定のビーム波形の超音波を送波させる送波整相部５４と、該探触子５０で受信した受波信号から所定の受波波形を形成する受波整相部５５と、この受波整相部５５からの受波信号を高Ｓ／Ｎに取り込む信号処理部５６とから成る。そして、上記探触子５０としては、前述の図１又は図３、図４に示すように構成された超音波探触子を用いている。
【００３３】
図７は、本発明にかかる超音波探触子及び超音波診断装置を用いて３次元画像を得る状態を示す説明図である。図７（ａ）に示すように、探触子５０を構成する複数個の振動子素子２０のうち任意の素子を選択することにより、被検体内の診断部位５７に対し扇状の超音波ビームを符号５８ａ，５８ｂに示すように或る軸を中心に回転させるように走査して、上記診断部位５７の複数方向の断層像を得てこれから３次元画像を構成する。また、図７（ｂ）に示すように、上記複数個の振動子素子２０のうち任意の素子を選択することにより、被検体内の診断部位５７に対し扇状の超音波ビームを符号５９ａ，５９ｂ，５９ｃに示すように振り子状に振るように走査して、上記診断部位５７の複数方向の断層像を得てこれから３次元画像を構成する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、本発明に係る超音波探触子によれば、複数の内部電極を従来のように所定の長さで止めるという寸法精度は出さなくてよい。また、上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続するのに、従来のようなスルーホールを用いることがないので、スルーホール径による寸法の制約を受けることがない。したがって、複数層に積層化すると共に直交する２方向に配列して２次元配列振動子を構成する複数個の振動子素子の各素子間の特性ばらつきを排除することができる。このことから、アーチファクトの発生を少なくして、被検体内部の断層像を高分解能に観察したり、電子走査で任意箇所の３次元表示を可能とすることができる。
また、本発明に係る超音波診断装置によれば、上述のように構成された超音波探触子を用いることにより、超音波画像による診断の質を従来より向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波探触子の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】上記超音波探触子の振動子素子の構造を示す拡大斜視図である。
【図３】本発明に係る超音波探触子の第二の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る超音波探触子の第三の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】上記のように構成された超音波探触子の製造方法を説明するための工程図である。
【図６】上記超音波探触子の関連発明としての超音波診断装置を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかる超音波探触子及び超音波診断装置を用いて３次元画像を得る状態を示す説明図である。
【図８】従来のアレイ形の超音波探触子の構造を示す概略構成図である。
【図９】従来において振動子を平面内で２次元に分割してブロック化したものを有する超音波探触子の構造を示す概略構成図である。
【図１０】振動子を短軸方向に分割したときの素子インピーダンスの変化を示すグラフである。
【図１１】振動子を単層に形成した場合と、複数層に積層化した場合とを示す説明図である。
【図１２】複数層に積層化した素子積層数と素子インピーダンスの変化を示すグラフである。
【図１３】複数層に積層化した振動子を２次元に分割して構成された従来の超音波探触子の構造を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２０…振動子素子
２１…導電性を有する音響整合層
２２…絶縁シート
２３…導電性を有する音響減衰層
２４，４１…フレキシブルプリント板
２５…ベース
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…圧電材料
２７，２８…外部電極
２９，３０…内部電極
３３，３４…絶縁膜
３５，３６…導電膜
３７…絶縁シートの導電膜
３９…接点
４０…異方導電性を有する第二の音響減衰層
４２，４２’，４２”…切断素子
５０…探触子
５１…超音波回路部
５２…制御部
５３…表示部
Claims (3)
- 圧電材料の厚み内に所定間隔で複数の内部電極を横断状に配設して複数層に積層化した振動子の上下両面に外部電極を設けて積層振動子を形成し、この積層振動子を所定の幅で短冊状に切断して切断素子を形成し、この各切断素子の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続し、このように配線接続した各切断素子を所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所定間隔で切断することにより複数個の振動子素子を形成し、これらの振動子素子を平面内で直交する２方向に配列して２次元配列振動子を構成したことを特徴とする超音波探触子。
- 圧電材料の厚み内に所定間隔で複数の内部電極を横断状に配設して複数層に積層化した振動子の上下両面に外部電極を設けて積層振動子を形成し、この積層振動子を所定の幅で短冊状に切断して切断素子を形成し、この各切断素子の長手方向に沿った対向する両側面において上下両面の外部電極と一つおきの内部電極とを別系統の配線となるように接続し、その後上記各切断素子を所定の間隔で整列固定してそれらの切断素子の長手方向と直交する方向にて所定間隔で切断することにより複数個の振動子素子を形成し、これらの振動子素子を平面内で直交する２方向に配列して２次元配列振動子を形成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。
- 被検体に超音波を送受信する探触子と、この探触子から所定のビーム波形の超音波を送波させると共に該探触子で受信した受波信号から所定の受波波形を形成しさらに受波信号を処理する超音波回路部と、この超音波回路部の送波タイミング及び受波信号からの表示タイミングを制御する制御部と、超音波画像を表示する表示部とを有する超音波診断装置において、上記探触子として、請求項１に記載の超音波探触子を用いたことを特徴とする超音波診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10667298A JP4118381B2 (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10667298A JP4118381B2 (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11299779A JPH11299779A (ja) | 1999-11-02 |
| JP4118381B2 true JP4118381B2 (ja) | 2008-07-16 |
Family
ID=14439574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10667298A Expired - Fee Related JP4118381B2 (ja) | 1998-04-16 | 1998-04-16 | 超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4118381B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4632478B2 (ja) * | 2000-04-21 | 2011-02-16 | 株式会社日立メディコ | 超音波探触子及び超音波診断装置 |
| JP2002232995A (ja) * | 2001-02-06 | 2002-08-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子及びその製造方法 |
| EP1616525A3 (en) | 2002-07-19 | 2006-02-01 | Aloka Co., Ltd. | Ultrasonic probe |
| CN100399596C (zh) * | 2003-03-12 | 2008-07-02 | 中国科学院声学研究所 | 用于扫描成像装置的相控阵探头 |
| WO2004109656A1 (en) * | 2003-06-09 | 2004-12-16 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Method for designing ultrasonic transducers with acoustically active integrated electronics |
| JP2006247025A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Fuji Photo Film Co Ltd | 体腔内診断用超音波プローブ |
| JP4703416B2 (ja) * | 2006-01-27 | 2011-06-15 | 株式会社東芝 | 超音波トランスデューサ |
| JP4915104B2 (ja) * | 2006-02-16 | 2012-04-11 | パナソニック株式会社 | 超音波探触子とこれを用いた超音波診断装置および超音波探傷装置ならびに超音波探触子の製造方法 |
| JP5331483B2 (ja) * | 2006-11-08 | 2013-10-30 | パナソニック株式会社 | 超音波探触子 |
| WO2009011089A1 (ja) | 2007-07-19 | 2009-01-22 | Panasonic Corporation | 超音波探触子とこれを用いた超音波診断装置および超音波探傷装置 |
| JP4544285B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2010-09-15 | 株式会社デンソー | 超音波センサ |
| US7804228B2 (en) * | 2007-12-18 | 2010-09-28 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Composite passive materials for ultrasound transducers |
| JP5699690B2 (ja) * | 2011-03-03 | 2015-04-15 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波探触子の製造方法 |
-
1998
- 1998-04-16 JP JP10667298A patent/JP4118381B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11299779A (ja) | 1999-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8872412B2 (en) | Ultrasound transducer, ultrasound probe, and a method for manufacturing ultrasound transducers | |
| US6640634B2 (en) | Ultrasonic probe, method of manufacturing the same and ultrasonic diagnosis apparatus | |
| US8604671B2 (en) | Ultrasound transducer, ultrasound probe, and a method for manufacturing ultrasound transducers | |
| EP1728563B1 (en) | Ultrasonic probe and ultrasonic probe manufacturing method | |
| JP4118381B2 (ja) | 超音波探触子及びその製造方法並びにその超音波探触子を用いた超音波診断装置 | |
| JP4909115B2 (ja) | 超音波用探触子 | |
| JP2008022266A (ja) | ２次元アレイ型超音波プローブ | |
| JP2000166923A (ja) | 超音波トランスジューサ及びその製造方法 | |
| JP2001292496A (ja) | 二次元アレイ型超音波プローブ | |
| JPH0723500A (ja) | ２次元アレイ超音波プローブ | |
| JP2008048276A (ja) | 超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサアレイ | |
| KR101296244B1 (ko) | 초음파 프로브의 흡음 소자, 초음파 프로브의 흡음층 및 그 제작 방법 | |
| JP2006320415A (ja) | 超音波プローブ及び超音波診断装置 | |
| JPH05228142A (ja) | 超音波探触子及び超音波診断装置 | |
| JP2009273086A (ja) | 超音波トランスデューサ、超音波トランスデューサの製造方法、および超音波プローブ | |
| JP4795707B2 (ja) | 超音波プローブおよび超音波診断装置 | |
| JPH05123317A (ja) | ２次元アレイ超音波プローブ | |
| JP2010219774A (ja) | 超音波トランスデューサ、超音波プローブおよび超音波診断装置 | |
| JP2964147B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
| JPH1156857A (ja) | 配列型超音波探触子 | |
| JP4363290B2 (ja) | 超音波探触子とそれを用いた超音波診断装置 | |
| JP2009201053A (ja) | 超音波探触子、その製造方法およびその超音波探触子を用いた超音波診断装置 | |
| JP4982135B2 (ja) | 超音波トランスデューサ | |
| JP3934202B2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JP4434913B2 (ja) | 超音波プローブ及び超音波診断装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050401 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070814 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080129 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080321 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080422 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080423 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110502 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120502 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120502 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130502 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |