JP4262727B2 - 超音波振動子 - Google Patents

Description

本発明は、生体の断層像を得るための超音波振動子に関する。

医療分野において、超音波振動子から生体組織内に超音波パルスを繰り返し送信し、生体組織から反射される超音波パルスのエコーを、同一あるいは別体に設けた超音波振動子で受信して、この超音波パルスを送受信する方向を徐々にずらすことによって、生体内の複数の方向から収集した情報を可視像の超音波断層画像として表示する超音波診断装置が、従来より種々提案されている。

超音波診断装置は、超音波振動子を備えた超音波プローブを装置本体に接続して超音波パルスの送受信を行うようになっており、被検者の体表面より診断を行う体外式の超音波プローブや、体腔内に挿入する体内式の超音波プローブなどが広く用いられている。体外式の超音波プローブでは、術者が被検者の腹部等の体表面に超音波プローブを当接させ、電子走査により超音波振動子で超音波パルスを送受信し、得られたエコー信号を基に超音波断層画像を生成するようになっている。

体外式の超音波プローブを用いる場合は、超音波プローブを体表面上で自在に配置できるため、モニタ上に表示される超音波断層画像が超音波プローブのどちらの方向から走査して得られた画像であるか、すなわち、超音波断層画像と超音波走査方向との対応関係を把握することが重要である。そこで、従来より術者が超音波プローブの走査方向を認識できるようにするための手段が提案されており、例えば実開昭５５−１３８９１１号公報には、超音波プローブの外面に超音波振動子の走査方向を明示する表示体を設けたものが開示されている。

超音波診断において、術者としては一旦良好な画像が得られたらその画像をじっくり見て診断を行いたいという要望がある。しかし、前記従来の構成では、超音波プローブの表示体が把持する箇所以外の部分に付いているため、表示体を目視で確認しなければ走査方向がわからず、モニタを見たままでは走査方向を認識できなかった。すなわち、モニタから目を離さずに表示されている超音波断層画像がどちらの方向から見た断面を示しているのかを認識しづらいという問題点があった。

一方、上述した如き超音波振動子を備えた超音波プローブにおいては、当該超音波プローブにおける圧電素子の分割作業時の作業性の向上が望まれていた。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の分割作業時の作業性の向上を図った超音波振動子を提供することを目的としている。

本発明の第１の超音波振動子は、矩形状を呈した圧電材を列設するよう分割して形成された複数の圧電素子と、前記圧電材の一面に設けられた電極部から延設されたフレキシブルプリント基板と、を備え、前記フレキシブルプリント基板は、前記圧電材における前記電極部に接続された、複数の銅箔パターン部により構成される複数の信号パターンであって、隣接するパターン間に所定の隙間を形成して前記電極部から一定の方向へ延設された複数の信号パターンと、前記複数の信号パターンを当該銅箔パターン部の裏面側から被覆した、光透過性を有する樹脂製フィルムで形成されたベースフィルムと、前記ベースフィルムの外表面において、隣接する前記信号パターン間の隙間をまたがるように当該信号パターンに対して略垂直方向に延設された光反射部であって、前記信号パターンの表面側から見たときに当該隣接する信号パターン間の隙間から露出した部分のみにおいて所定光を反射する光反射部と、を有し、前記複数の圧電素子は、当該隣接する信号パターン間の隙間から露出した部分のみにおいて所定光を反射する前記光反射部の位置に対応して分割形成されることを特徴とする。

本発明の第２の超音波振動子は、上記第１の超音波振動子において、前記光反射部は前記ベースフィルムの外表面上に印刷された光反射性塗料であることを特徴とする。
本発明の第３の超音波振動子は、上記第１または第２の超音波振動子において、前記樹脂製フィルムはポリイミドフィルムであることを特徴とする。

本発明によれば、圧電素子の分割作業時の作業性を向上した超音波振動子を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１ないし図４は本発明の一実施形態に係り、図１は超音波プローブの構成を示す平面図、図２は術者が超音波プローブを把持して被検者の体表面に当接させた診断時の状態を示す作用説明図、図３及び図４は把持部に設けられる滑り止め手段の変形例を示す平面図である。

超音波プローブ１は、生体の断層像を得るための超音波振動子を内蔵したハウジングからなるプローブ本体２と、プローブ本体２より延出した超音波コード３と、超音波コード３の端部に設けられたプローブコネクタ４とを有して構成されており、プローブコネクタ４を介して図示しない超音波観測装置に接続されるようになっている。プローブコネクタ４にはハンドル５が設けられ、超音波観測装置に超音波プローブ１を接続する際にはプローブコネクタ４をコネクタ受けに装着してハンドル５を回動させることによりプローブコネクタ４を固定できるように構成されている。

プローブ本体２の端面は超音波の放射面となっており、ここに音響レンズ６が配設され内部に電子走査式の超音波振動子が配置されている。超音波振動子は、複数の圧電素子が直線状に並んで配列されたリニア配列型のもので構成されている。プローブ本体２の後方は把持部７となっており、診断時には術者がこの把持部７を把持して音響レンズ６表面を被検部位へ当接させ、体内へ超音波を放射するようになっている。本実施形態では、図１においてプローブ本体２の上から下（図１の矢印で示す方向）に向かって超音波の走査がなされるようになっている。

プローブ本体２の把持部７には、滑り止め手段として複数（図では３つ）の溝８が両面に設けられている。溝８は、超音波振動子の走査方向と略平行な水平部を有し、この水平部の途中から斜めに傾斜した傾斜部８ａが形成された形状となっている。傾斜部８ａの傾斜方向は、超音波振動子の一方（図１において上側）の端部、すなわち超音波の走査を開始する側の端部を指している。

本実施形態の滑り止め手段は、把持部７の滑り止め機能と超音波の走査開始方向を指示する機能とを兼ね備えている。洗浄性を良好にするためには、プローブ本体２の表面にはなるべく凹凸が少ない方が望ましいので、本実施形態では滑り止めとは別に指標を設けることなく、指標を兼ねた滑り止めとして溝８を片面に３つずつ両面に設けている。なお、溝の代わりに同様な形状の突起を設けても良い。

超音波診断を行う際は、まず、被検者をベッドに横にならせ、腹部などの診断を行いたい部分の体表面にプローブ本体２の音響レンズ６表面を当接させる。このとき、被検者の体表面または音響レンズ６表面に音響ゼリーを塗付して超音波振動子と生体との音響的結合をはかるようにする。そして、プローブ本体２内部の超音波振動子をパルス駆動してリニア走査による超音波パルスの放射及び受信を行い、得られたエコー信号を基に超音波観測装置によって生体の被検部位の超音波断層画像を生成し、モニタに表示する。

超音波走査を行っているときには、図２に示すように、術者はプローブ本体２の把持部７を把持して被検部位に対してプローブ本体２を位置させている。このように小指をガイドにしながら把持した状態で、他の指９で溝８の傾斜部８ａを触ることによって、触覚により超音波振動子の走査開始点の方向を認識することができる。

このように本実施形態では、超音波プローブの把持部７に溝８を設けることにより、プローブ本体２を把持した状態で触覚により容易に超音波振動子の一方の端部、すなわち走査開始する第１番目の素子がどちらの方向にあるかを認識することができる。これにより、モニタ上の画像を見たままで超音波断層画像と走査方向との対応関係を把握することができ、どちらの方向から見た断面を示した画像であるかを認識することが可能である。従って、術者は観察している画像から目を離さずに被検部位の状態を把握しながら診断を行えるため、診断時の操作性などの診断性能が向上する。

図３及び図４に滑り止め手段の変形例を示す。図３（ａ）に示す第１の変形例は、プローブ本体２の把持部７に超音波振動子の走査方向と略平行な水平部とこの水平部の途中から略直角に折れ曲がった垂直部とを有する複数の突起または溝からなる滑り止め１１を設け、超音波の走査開始方向（図において左側の端部）を示すようにしたものである。図３（ｂ）に示す第２の変形例は、プローブ本体２の把持部７に全体が傾斜部となった複数の突起または溝からなる滑り止め１２を設け、超音波の走査開始方向（図において左側の端部）を示すようにしたものである。

図４は滑り止め手段の第３の変形例を示したものであり、（ａ）はプローブ本体の正面図、（ｂ）はプローブ本体の側面図である。プローブ本体２の把持部７には超音波の走査開始方向を示す滑り止めとして傾斜部を有する段差部１３が設けられている。この例では、傾斜部を延長した方向（図４（ａ）において左側）が超音波振動子の走査開始する第１番目の素子の方向となっており、術者が把持した状態で走査開始方向を認識可能である。

これらの変形例においても、前述と同様にプローブ本体２を把持した状態で触覚により容易に超音波の走査開始方向を認識でき、モニタ上の画像から目を離すことなく超音波断層画像と走査方向との対応関係を把握することができる。

次に、図５ないし図１０を参照してプローブ本体２内部の構成を説明する。図５はプローブ本体２のハウジングを取り除いた状態での内部構造を示したものである。プローブ本体２の内部には、音響レンズ６が取り付けられた電子走査式リニア配列型の超音波振動子２１が設けられている。

超音波振動子２１は、後述する圧電素子にフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと略記する）２２が接続され、このＦＰＣ２２の略中央部に第１のコネクタ２３が取り付けられている。また、プローブ本体２内には第２のコネクタ２４が取り付けられたプリント基板２５が設けられ、このプリント基板２５には超音波コード３の一端が接続されている。前記第１のコネクタ２３と第２のコネクタ２４とを嵌合接続することによりＦＰＣ２２とプリント基板２５とを着脱可能に電気接続できるようになっている。

図６は音響レンズ６及び整合層を除いた状態での超音波振動子２１の詳細構成を示す斜視図である。複数の圧電素子２６が一列に並んで配設され、これらの圧電素子２６の裏面部には超音波を吸収するバッキング材２７が接着等により取り付けられている。バッキング材２７の後端面には、ガラスエポキシ等からなる補強板２８が接着されている。圧電素子２６の両面には、それぞれ電極が蒸着等により設けられており、表面電極には各圧電素子２６をつなぐようにグランド線２９がハンダ付けにより接続されている。圧電素子２６の裏面電極には、それぞれＦＰＣ２２の信号パターンがハンダ付けまたは導電性接着剤等により接続されており、バッキング材２７の側面部にＦＰＣ２２が接着されている。

図７はフレキシブルプリント基板２２のコネクタ接続部の構成を示したものである。ＦＰＣ２２の信号パターン３０は、複数の銅箔パターンが並列に設けられて形成されており、信号パターン３０の端部には第１のコネクタ２３接続用のランド３１が設けられている。ＦＰＣ２２の端部には、広い面積に渡ってグランド用銅箔電極３２が設けられており、前記グランド線２９が電気的に接続されるようになっている。グランド用銅箔電極３２とグランド線２９との接続は、例えばバッキング材２７の側面部の周囲に銅箔テープを巻き付け、この銅箔テープにグランド線２９を接続した後、銅箔テープとグランド用銅箔電極３２とを銅線などで接続することによって、グランド線２９をグランドに落とすようにする。

グランド用銅箔電極３２の一部は、２列に配設されたランド３１の間に延設され、クロストーク低減用パターン３３を形成している。このランド３１間のクロストーク低減用パターン３３により、近接する信号パターン３０間における信号の混入を低減し、意図しない素子からの超音波の発生を防止することができる。これにより、放射した本来の超音波ビームのエコーによって得られる断層像以外に生じる虚像等のアーチファクトを抑制することができる。

なお変形例として、隣同士の信号パターン３０間のクロストークを低減するために、各信号パターン３０の間にグランド用銅箔電極３２を延出してクロストーク低減用パターン３３を設けるようにしても良い。

前記圧電素子２６、ＦＰＣ２２、バッキング材２７の結合部を拡大した断面図を図８に示す。ＦＰＣ２２は、ベースフィルム３４上に銅箔による信号パターン３０を形成し、その表面をカバーフィルム３５で被覆したフィルム状のもので構成されている。ＦＰＣ２２の端部は略直角方向に折り曲げられ、露呈した信号パターン３０の端部が圧電素子２６の裏面電極に接続されている。圧電素子２６とバッキング材２７との間には、接着剤３６が充填されている。

図９は図８のＦＰＣ２２の端部を伸ばした状態でベースフィルム３４側から見た平面図である。ＦＰＣ２２のベースフィルム３４の外表面には、信号パターン３０の端部近傍に各信号パターン３０とは略垂直にまたがるようにシルク印刷等による塗付部３７が設けられ、この塗付部３７の塗料において光線を反射するようになっている。なお、ベースフィルム３４及びカバーフィルム３５は、ポリイミドフィルム等の光透過性を有する樹脂製フィルムで構成されている。

ここで、図１０を参照して複数の圧電素子２６に分割する際の手順を説明する。図１０は圧電素子を分割している途中の状態を示している。まず、１枚の細長い矩形の圧電材となった状態での圧電素子２６の裏面電極側に、ＦＰＣ２２の信号パターン３０端部に各パターンがつながって形成された共通電極部を接続した後、圧電素子２６の裏面電極側をバッキング材２７に接着し、ＦＰＣ２２の端部を折り曲げてバッキング材２７の側面部に接着する。すると図１０の右側に示すような組み付け状態となり、この状態でダイシングソーを用いて図１０の左側に示すように圧電素子２６を信号パターン３０端部の共通電極部と共に複数に切断して分割する。

このとき、ＦＰＣ２２内面側の端部における共通電極部近傍にはシルク印刷等による塗付部３７が設けられており、信号パターン３０の間は塗付部３７の塗料がベースフィルム３４及びカバーフィルム３５を透過して外側から見えるため、信号パターン３０の輪郭がより認識しやすくなる。このように塗付部３７によって明確にされた信号パターン３０のパターン間にダイシングソーのダイヤモンドブレードが位置するように位置決めを行う。そして、各信号パターン３０の間にダイヤモンドブレードを順次移動させて所定のピッチでダイシングソーにより圧電素子２６を分割する。

このようにＦＰＣ２２に塗付部３７を設けることにより、信号パターン３０間の隙間の位置を認識しやすくすることができ、ダイシングソーのダイヤモンドブレードの位置決めを容易に行うことが可能である。これにより、圧電素子の分割時の作業性を向上できる。

［付記］
（１） 生体の断層像を得るための超音波振動子を収納するハウジングを備え、前記ハウジングに把持部を有する超音波プローブであって、
前記ハウジングの把持部に、術者が把持した状態のまま触覚にて前記超音波振動子の走査開始方向を認識可能とする形態の滑り止め手段を設けたことを特徴とする超音波プローブ。

（２） 前記超音波振動子は電子走査式リニア配列型振動子からなる付記１に記載の超音波プローブ。

（３） 前記滑り止め手段は、超音波走査のために術者が前記ハウジングの把持部を把持して被検部位に該ハウジングを当接させた際に、把持している指を移動することなく接触可能な位置に設けられていることを特徴とする付記１に記載の超音波プローブ。

（４） 前記滑り止め手段は、超音波走査時に術者が前記ハウジングの把持部を把持して手の小指側を被検体に接触させながら該ハウジングを被検部位に当接させた際に、小指を除く残りの指を移動することなく接触可能な位置に設けられていることを特徴とする付記１に記載の超音波プローブ。

（５） 前記滑り止め手段は、前記超音波振動子による電子リニア走査の開始点側の方向を指示するよう設けられることを特徴とする付記２に記載の超音波プローブ。

（６） 圧電材を複数に分割し所定数の振動素子を形成した配列型超音波振動子であって、各振動素子の信号電極にプリント基板に設けられた信号パターンが接続され、各信号パターンにはランドが形成されてコネクタが接続された超音波振動子において、
前記プリント基板に設けられた信号パターンのランド間にグランド用パターンを設けたことを特徴とする超音波振動子。

（７） 前記プリント基板には信号パターンのランドが２列に並んで配設され、これらのランドの列の間にグランド用パターンを設けたことを特徴とする付記６に記載の超音波振動子。

（８） 共通電極部を有する信号パターンを形成したフレキシブルプリント基板における該共通電極部を圧電材に接続し、前記圧電材及び共通電極部を分割して複数の振動素子を形成した配列型超音波振動子において、
前記フレキシブルプリント基板は、信号パターンを被覆し光透過性を有する樹脂製フィルムを両面に有してなり、前記フィルムの一方の共通電極部近傍に光波を反射する光反射手段を設けたことを特徴とする超音波振動子。

（９） 前記樹脂製フィルムはポリイミドフィルムであり、前記光反射手段は該フィルムに印刷された塗料であることを特徴とする付記８に記載の超音波振動子。

本発明の一実施形態に係る超音波プローブの構成を示す平面図 術者が超音波プローブを把持して被検者の体表面に当接させた診断時の状態を示す作用説明図 把持部に設けられる滑り止め手段の変形例を示すもので、（ａ）は第１の変形例のプローブ本体の平面図、（ｂ）は第２の変形例のプローブ本体の平面図 把持部に設けられる滑り止め手段の第３の変形例を示す平面図で、（ａ）はプローブ本体の正面図、（ｂ）はプローブ本体の側面図 プローブ本体のハウジングを取り除いた状態での内部構造を示す斜視図 音響レンズ及び整合層を除いた状態での超音波振動子の詳細構成を示す斜視図 フレキシブルプリント基板のコネクタ接続部の構成を示す平面図 圧電素子、フレキシブルプリント基板、バッキング材の結合部を拡大して示した断面図 フレキシブルプリント基板の端部を伸ばした状態でベースフィルム側から見た平面図 圧電素子を分割している途中の状態を示す組立手順説明図

符号の説明

１…超音波プローブ
２…プローブ本体
６…音響レンズ
７…把持部
８…溝
８ａ…傾斜部
２１…超音波振動子
２２…フレキシブルプリント基板
２６…圧電素子

Claims (3)

1. 矩形状を呈した圧電材を列設するよう分割して形成された複数の圧電素子と、
   前記圧電材の一面に設けられた電極部から延設されたフレキシブルプリント基板と、
   を備え、
   前記フレキシブルプリント基板は、
   前記圧電材における前記電極部に接続された、複数の銅箔パターン部により構成される複数の信号パターンであって、隣接するパターン間に所定の隙間を形成して前記電極部から一定の方向へ延設された複数の信号パターンと、
   前記複数の信号パターンを当該銅箔パターン部の裏面側から被覆した、光透過性を有する樹脂製フィルムで形成されたベースフィルムと、
   前記ベースフィルムの外表面において、隣接する前記信号パターン間の隙間をまたがるように当該信号パターンに対して略垂直方向に延設された光反射部であって、前記信号パターンの表面側から見たときに当該隣接する信号パターン間の隙間から露出した部分のみにおいて所定光を反射する光反射部と、
   を有し、
   前記複数の圧電素子は、当該隣接する信号パターン間の隙間から露出した部分のみにおいて所定光を反射する前記光反射部の位置に対応して分割形成される
   ことを特徴とする超音波振動子。
2. 前記光反射部は前記ベースフィルムの外表面上に印刷された光反射性塗料であることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
3. 前記樹脂製フィルムはポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波振動子。

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