JP5408144B2 - 超音波探触子、および超音波診断装置 - Google Patents
超音波探触子、および超音波診断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5408144B2 JP5408144B2 JP2010550496A JP2010550496A JP5408144B2 JP 5408144 B2 JP5408144 B2 JP 5408144B2 JP 2010550496 A JP2010550496 A JP 2010550496A JP 2010550496 A JP2010550496 A JP 2010550496A JP 5408144 B2 JP5408144 B2 JP 5408144B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- ultrasonic
- element layer
- layer
- receiving element
- 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 52
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 107
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 10
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 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 3
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229920013653 perfluoroalkoxyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- MIZLGWKEZAPEFJ-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-trifluoroethene Chemical compound FC=C(F)F MIZLGWKEZAPEFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQXCQTAELHSNAT-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-3-nitro-5-(trifluoromethyl)benzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC(Cl)=CC(C(F)(F)F)=C1 ZQXCQTAELHSNAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- -1 Perfluoroalkyl vinyl ether Chemical compound 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 210000004351 coronary vessel Anatomy 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 210000002249 digestive system Anatomy 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000002496 gastric effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- AHHWIHXENZJRFG-UHFFFAOYSA-N oxetane Chemical compound C1COC1 AHHWIHXENZJRFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 210000000952 spleen Anatomy 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/13—Tomography
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、超音波探触子、および超音波診断装置に関する。
超音波診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を低侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高い、ドップラー効果を応用して血流イメージングが可能等の特長を有している。そのため、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、及び産婦人科系などで広く利用されている。
このような医療用超音波診断装置に使用される超音波探触子は、高感度、高解像度の超音波の送受信を行うために、ＰＺＴと呼ばれる無機圧電素子が一般的に使用される。この場合、送信用圧電素子の振動モードとしては、単一型探触子であるシングル型または複数の探触子を２次元配置したアレイ型探触子がよく使用される。アレイ型は精細な画像を得ることができるので、診断検査のための医療用画像として広く普及している。
一方、高調波信号を用いたハーモニックイメージング診断は、従来のＢモード診断では得られない鮮明な診断像が得られることから標準的な診断方法となりつつある。
ハーモニックイメージングは、基本波に比較して下記のような多くの利点を有している。
１．サイドローブレベルが小さいことにより、Ｓ／Ｎ比が良くコントラスト分解能が良くなること。
２．周波数が高くなることによって、ビーム幅が細くなり横方向分解能が良くなること。
３．近距離では音圧が小さく、音圧の変動が少ないため、多重反射が起こらないこと。
４．焦点以遠の減衰は基本波並みであり、高調波の周波数を基本波とする超音波に比べ深速度を大きく取れること。
などである。
ハーモニックイメージングに用いるアレイ型超音波探触子の具体的な構造として、送信用圧電振動子と受信用圧電振動子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子が提案されている。
このようなアレイ型超音波探触子に用いられる受信用圧電振動子は、高調波信号を高感度で受信できることが望ましい。しかしながら、無機圧電素子の送受信周波数は無機圧電素子の厚さに依存するため、受信する周波数が高周波になるほど無機圧電素子を小型に加工する必要があり、製造が困難であった。
このような問題を解決するため、本発明者らは、シート状の圧電セラミックを単層または積層した構造の送信用圧電素子と受信用のシート状の圧電素子を単層または積層させ、送信と受信を別々の圧電素子に分離するとともに、受信用に高感度有機圧電素子材料を使用することにより高感度な超音波探触子を得る方法を提案している（特許文献１、２、３参照）。
一方、超音波探触子に用いる圧電素子の電極と配線部材との接続方法は重要であり、接続方法によっては超音波探触子から送受信する信号品質が劣化したり、接続の信頼性が悪くなったり、超音波診断装置の性能や信頼性にも影響する。
そのため、圧電素子に側面電極を形成し、リード線とはんだ付けする方法（例えば、特許文献４、５参照）や、信号用フレキシブルプリント基板を圧電素子の電極とハンダ付け等により接続する方法（例えば、特許文献６参照）が提案されている。
また、超音波探触子を小型化するため、圧電素子の両面に積層された電極に、圧電素子の積層部分より延出する電極取り出し部を形成する方法も開示されている（特許文献７参照）。
しかしながら、より高い周波数の高調波を送受信するためには、圧電素子に形成する電極をできるだけ薄くする必要があるため、圧電素子の電極と配線部材とを、少ないスペースで信頼性高く接続することが困難になってきた。
特許文献４、５のようにリード線による接続は、ハーモニックイメージングに用いるアレイ型超音波探触子ではリード線と接続するスペースが限られるため歩留まりが悪く、用いることができない。
また、特許文献６のようにフレキシブルプリント基板と電極とを積層して接合する方法は、フレキシブルプリント基板の厚みが大きいため、圧電素子の音響特性を劣化させるので、より高い高調波の超音波を送受信するには適さない。
特許文献７に開示されている方法では、圧電素子の音響特性に影響を及ぼさないよう非常に薄い金属薄膜から成る電極を用いると、電極の延出している部分が振動によりひび割れることがある。特に、電極の延出している部分を折り曲げて実装すると、ひび割れが発生しやすい。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、圧電素子の電極と配線部材とを信頼性高く接続することができる超音波探触子、および信頼性の高い超音波探触子を具備する超音波診断装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
１．少なくとも一層の超音波を送信する送信素子層と、厚さ方向に対向する両面にそれぞれ電極が形成された超音波を受信する少なくとも一層の受信素子層と、音響インピーダンスの整合を図る少なくとも一層の整合層と、が前記超音波を送信する方向に向けてこの順に積層された超音波探触子であって、
前記受信素子層は、
前記受信素子層の両面に形成された２つの前記電極を挟む上層および下層よりエレベーション方向に突出した突出部を備え、
前記電極のうち少なくとも一方は、前記突出部に延長して形成されており、
前記受信素子層は、有機樹脂から成り、
前記突出部は、
前記電極とともに前記送信素子層の側に曲げられていることを特徴とする超音波探触子。
前記受信素子層は、
前記受信素子層の両面に形成された２つの前記電極を挟む上層および下層よりエレベーション方向に突出した突出部を備え、
前記電極のうち少なくとも一方は、前記突出部に延長して形成されており、
前記受信素子層は、有機樹脂から成り、
前記突出部は、
前記電極とともに前記送信素子層の側に曲げられていることを特徴とする超音波探触子。
２．少なくとも一層の超音波を送信する送信素子層と、厚さ方向に対向する両面にそれぞれ電極が形成された超音波を受信する少なくとも一層の受信素子層と、音響インピーダンスの整合を図る少なくとも一層の整合層と、が前記超音波を送信する方向に向けてこの順に積層された超音波探触子であって、
前記受信素子層は、
前記受信素子層の両面に形成された２つの前記電極を挟む上層および下層よりエレベーション方向に突出した突出部を備え、
前記電極のうち少なくとも一方は、前記突出部に延長して形成されており、
前記突出部に形成された前記電極のうち少なくとも一方は、
保護層に覆われていることを特徴とする超音波探触子。
前記受信素子層は、
前記受信素子層の両面に形成された２つの前記電極を挟む上層および下層よりエレベーション方向に突出した突出部を備え、
前記電極のうち少なくとも一方は、前記突出部に延長して形成されており、
前記突出部に形成された前記電極のうち少なくとも一方は、
保護層に覆われていることを特徴とする超音波探触子。
３．前記突出部の少なくとも一方の面に形成された前記電極の厚みは、前記突出部以外の部分に形成された前記電極の厚みより厚くなっていることを特徴とする前記１または２に記載の超音波探触子。
４．前記電極は、
前記突出部の厚さ方向に対向する両面に形成され、フレキシブル基板の厚さ方向に対向する両面に形成された導電部にそれぞれ接続されていることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
前記突出部の厚さ方向に対向する両面に形成され、フレキシブル基板の厚さ方向に対向する両面に形成された導電部にそれぞれ接続されていることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
５．前記１から４の何れか１項に記載の超音波探触子を有することを特徴とする超音波診断装置。
本発明によれば、受信素子層は、両面にそれぞれ電極が形成された受信素子層を挟む上下の層よりエレベーション方向に突出した突出部を備え、電極のうち少なくとも一方は、突出部に延長して形成されている。このようにすると、圧電素子の電極と配線部材とを信頼性高く接続することができる超音波探触子、および信頼性の高い超音波探触子を具備する超音波診断装置を提供することができる。
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（超音波診断装置および超音波探触子の各構成および動作）
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、表示部４５に表示する。
超音波探触子１は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送信し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波探触子１は、図２に示すように、ケーブル３３を介して超音波診断装置本体３１と接続されており、送信回路４２、受信回路４３と電気的に接続されている。
送信回路４２は、制御部４６の指令により、超音波探触子１へケーブル３３を介して電気信号を送信し、超音波探触子１から被検体に対して超音波を送信させる。
受信回路４３は、制御部４６の指令により、超音波探触子１からケーブル３３を介して、被検体内からの超音波の反射波に応じた電気信号を受信する。
画像処理部４４は、制御部４６の指令により、受信回路４３が受信した電気信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する。
表示部４５は、液晶パネルなどから成り、制御部４６の指令により、画像処理部４４が画像化した超音波画像を表示する。
操作入力部４１は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータを入力するために設けられている。
制御部４６は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、操作入力部４１の入力に基づいてプログラムされた手順により超音波診断装置１００各部の制御を行う。
図３は、第１の実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す断面図、図４は、第１の実施形態の超音波探触子のヘッド部の構成を示す平面図である。
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向はエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波の放射方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向でもある。図４は、超音波の放射方向（Ｚ軸正方向）から超音波探触子１を見た平面図であり、図３は、図４のＡ−Ａで示す部分の断面図である。
第１の実施形態の超音波探触子１は、図３に示すようにバッキング材５の上に第４電極１５、送信素子層２、第３電極１４、中間層１３、第２電極１０、受信素子層３、第１電極９、整合層６、音響レンズ７の順に積層されている。以降、積層順に各部を説明する。
送信素子層２は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの無機圧電材料から成る圧電素子であり、互いに厚み方向に対向する両面にそれぞれ第３電極１４、第４電極１５を備えている。送信素子層２の厚みは３２０μｍ程度である。
第３電極１４、第４電極１５は、図示せぬコネクタによりケーブル３３と接続され、ケーブル３３を介して送信回路４２と接続する。第３電極１４、第４電極１５に電気信号を入力すると圧電素子が振動し、送信素子層２からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
第３電極１４、第４電極１５の厚みは、１〜２μｍ程度である。第３電極１４、第４電極１５の厚みは、音響特性上はできるだけ薄い方が良いが、薄すぎると電極にひび割れ等が発生し、信頼性を損なうので０．１〜１０μｍの範囲、好ましくは０．１〜５μｍにすることが望ましい。特に超音波を送信する側の、第４電極１５は音響特性上できるだけ薄くすることが望ましい。
第３電極１４、第４電極１５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、送信素子層２の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜する。
中間層１３は、樹脂材料により形成されている。中間層１３は、第２電極１０と第３電極１４とを結合するとともに、受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動した際に、送信素子層２が共振して振動しないように受信素子層３の振動を吸収するために設けられている。
中間層１３に用いる樹脂材料としては、例えばポリビニルブチラール、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、エポキシ、オキセタンなどを用いることができる。さらに、これらの樹脂には、特性を調整するための微粒子などを添加してもよい。
中間層１３の厚みは、求める感度や周波数特性により選択されるが、例えば１８０〜１９０μｍ程度である。また、求める感度や周波数特性によっては中間層１３を省略することもできる。
受信素子層３は、有機圧電材料から成る複数の圧電素子から構成されている。
受信素子層３に用いる有機圧電材料として、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電材料は、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、テトラフルオロエチレ（ＴｅＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。
一般に、無機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する２倍程度の周波数帯域の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば４〜５倍程度の周波数帯域の超音波を受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。このような超音波を広い周波数に亘って受信可能な特性を持つ有機圧電素子によって超音波信号が受信されるので、本実施形態における超音波探触子１および超音波診断装置１００は、比較的簡単な構造で周波数帯域を広帯域にすることができる。
受信素子層３の厚さは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数１５ＭＨｚの超音波を受信する場合、受信素子層３の厚さは、約３５〜４０μｍである。
受信素子層３の厚み方向（Ｚ軸方向）に互いに対向する両面には、それぞれ第１電極９、第２電極１０が形成されている。
第１電極９、第２電極１０の厚みは、１〜２μｍ程度である。受信素子層３の電極は、音響特性上できるだけ薄い方が良いが、薄すぎると電極にひび割れ等が発生し、信頼性を損なうので０．１〜１０μｍの範囲、好ましくは０．１〜５μｍにすることが望ましい。受信素子層３は、周波数の高い高調波を受信するため、特に第１電極９、第２電極１０ともに音響特性上できるだけ薄くすることが望ましい。
第１電極９、第２電極１０は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、蒸着法やフォトリソグラフィー法により成膜する。受信素子層３に用いる電極、特に第１電極９は、高調波を感度良く受信するため極めて薄く形成する必要がある。そのため、金属材料として導電性の良い金を用いることが望ましい。
図３に示すように本実施形態の受信素子層３は、受信素子層３の両面に形成された第１電極９、第２電極１０を挟む上層である整合層６および下層である中間層１３よりエレベーション方向に突出した突出部１９ａ、１９ｂを備えている。また、突出部１９ａ、１９ｂの互いに対向する両面には、それぞれ第１電極９、第２電極１０が延長して形成されている。
このような受信素子層３は、有機圧電材料の溶液から流延して所定の厚さの膜を作製し、加熱して結晶化を行った後、上層および下層よりエレベーション方向に長い所定の大きさのシート状に成形して作製する。作製した受信素子層３の両面の全面にそれぞれ第１電極９、第２電極１０を成膜すると、突出部１９ａ、１９ｂの互いに対向する両面にも第１電極９、第２電極１０が成膜される。
なお、本実施形態では、突出部１９ａ、１９ｂの互いに対向する両面にそれぞれ第１電極９、第２電極１０が延長して形成されている例を説明するが、第１電極９、第２電極１０のうち少なくとも一方が、突出部１９ａ、１９ｂに延長して形成されていれば良い。例えば、何れか一方の電極は突出部１９には形成されず、突出部１９と反対側に延長しても良い。また、受信素子層３のエレベーション方向の両側に突出部１９ａ、１９ｂが設けられているが、何れか一方でも良い。
第１電極９、第２電極１０は、ケーブル３３を介して受信回路４３と接続する。
受信素子層３が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて圧電素子に第１電極９、第２電極１０の間に電気信号が発生する。第１電極９、第２電極１０の間に発生した電気信号は、ケーブル３３を介して受信回路４３で受信され、画像処理部４４で画像化される。
整合層６は、各層の各々の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響インピーダンスの整合を図る。本実施形態では、整合層６が単層の例を図示しているが、多層の場合でも良い。単層の場合、整合層６の厚みは例えば１４０μｍ程度である。
音響レンズ７は、シリコーンや樹脂などから成り、発信または受信した超音波を所定の距離に収束させる。
バッキング材５の上に、第３電極１４と第４電極１５とが形成された送信素子層２、中間層１３、第１電極９と第２電極１０とが形成された受信素子層３、整合層６の順に、接着剤により接着して図３のように積層する。積層後、整合層１８から超音波放射方向と反対の方向（Ｚ軸負方向）に向かってＸ軸方向にダイシングを行い、バッキング材と第４電極の接着層からさらにＺ軸負方向に１００μｍの深さまでダイシングを行った。ダイシングによりできた溝部に、シリコーン樹脂などから成る充填剤を充填した後、最上層に音響レンズ７を接着する。
このようにして作製した超音波探触子１は、図４のように、第１電極９が形成された突出部１９ａ、１９ｂは、上層である音響レンズ７や図示せぬ整合層６よりエレベーション方向の両側に、突出している。図４に示すＰは、ダイシングされた突出部１９ａ、１９ｂのＹ軸方向の間隔である。なお、図４では図面を簡略化するため充填剤や第３電極１４、第４電極１５は図示していない。
次に、突出部１９ａ、１９ｂの両面に形成されている第１電極９、第２電極１０をフレキシブル基板２５と接続する例を図５を用いて説明する。
図５は、第１の実施形態の受信素子層３とフレキシブル基板２５との接続を示す断面図である。
フレキシブル基板２５は、基板材２０の両面に導電部である銅箔２１、２２の配線パターンを形成した両面基板である。
突出部１９ａに形成された第１電極９と銅箔２１、突出部１９ｂに形成された第２電極１０と銅箔２２は、図示せぬ導電性接着剤やハンダなどによりそれぞれ接続され、フレキシブル基板２５ａ、２５ｂは、送信素子層２の側（Ｚ軸負方向）に折り曲げられている。銅箔２１、２２の厚みは３μｍ〜５０μｍ程度であり、折り曲げても全く問題ない。
図４に示すダイシング後の突出部１９ａ、１９ｂのＹ軸方向の間隔Ｐは非常に狭いので、フレキシブル基板２５ａ、２５ｂの第１電極９、第２電極１０と接続する部分の配線パターンを等間隔にすると実装が困難である。本実施形態では、図示せぬフレキシブル基板２５ａ、２５ｂの第１電極９、第２電極１０と接続する部分のパターン間隔を２倍の２Ｐにし、フレキシブル基板２５ａとフレキシブル基板２５ｂとが交互に突出部１９ａ、１９ｂに設けられた電極と接続するようにパターニングしている。
フレキシブル基板２５ａ、２５ｂの銅箔２１、２２はカバーレイ２３に覆われて所定の位置まで配線され、フレキシブル基板２５ａ、２５ｂに設けられた図示せぬコネクタによりケーブル３３と着脱可能に接続される。
このように、本実施形態では、第１電極９、第２電極１０が突出部１９ａ、１９ｂの面に形成されているので、フレキシブル基板２５ａ、２５ｂと容易に接続することができるとともに、接続後に振動などにより第１電極９、第２電極１０がひび割れることがない。また、このことにより超音波診断装置１００の信頼性を高めることができる。
なお、第１電極９、第２電極１０との接続は、両面フレキシブル基板に限らず片面フレキシブル基板やそのほかの配線材を用いても良い。また、突出部１９ａ、１９ｂの面に第１電極９、第２電極１０の何れか一方を形成しても良い。
次に、図６に示す第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態の受信素子層３とフレキシブル基板２５との接続を示す断面図である。なお、以降同じ機能要素には同番号を付し、説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との違いは、第２の実施形態では、突出部１９ａ、１９ｂがそれぞれ送信素子層２の側（Ｚ軸負方向）に曲げられている点である。受信素子層３は、前述のように有機圧電材料から成るので、容易に曲げることができる。
突出部１９ａ、突出部１９ｂには第１電極９と第２電極１０が、それぞれ形成され、第１の実施形態と同様に図示せぬ導電性接着剤やハンダなどにより銅箔２１、銅箔２２とそれぞれ接続されている。第１電極９と銅箔２１、第２電極１０と銅箔２２は、図示せぬ導電性接着剤やハンダなどによりそれぞれ接続され、送信素子層２の側（Ｚ軸負方向）に折り曲げられている。
このように、本実施形態では受信素子層３が有機圧電材料から形成されているので、受信素子層３の上下の層から突出した突出部１９ａ、１９ｂを送信素子層２の側に曲げてフレキシブル基板２５と接続し、エレベーション方向の幅を小さく実装することができる。第１電極９、第２電極１０は突出部１９ａ、突出部１９ｂの面に形成されているので、フレキシブル基板２５と容易に接続することができるとともに、接続後に振動などにより電極部がひび割れるおそれがない。また、このことにより超音波診断装置１００の信頼性を高めることができる。
次に、図７に示す第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態の受信素子層３とフレキシブル基板２５との接続を示す断面図である。
第３の実施形態と第２の実施形態との違いは、第３の実施形態では、突出部１９ａ、１９ｂに形成された第１電極９ｃ、９ｂと第２電極１０ｃ、１０ｂの厚みを、積層部分の第１電極９ａと第２電極１０ａより厚くしている点と、保護層２７で曲げ部を覆っている点である。
第１電極９ｃ、９ｂと第２電極１０ｃ、１０ｂは、第１電極９ａと第２電極１０ａを形成後、第１電極９ｃ、９ｂと第２電極１０ｃ、１０ｂの部分をマスクして蒸着法などを用いて厚みを増している。また、保護層２７は、インクジェット法などを用いてＵＶ硬化樹脂を曲げ部分に滴下した後、紫外線を照射して硬化させている。
このように突出部１９ａ、１９ｂに形成された電極の厚みを厚くすると、信頼性を確保しながら積層部分の電極を極力薄くすることができる。例えば、積層部分の第１電極９ａの厚みを０．５μｍにしても、突出部１９ａ、１９ｂに形成された第１電極９ｃ、９ｂの厚みを３〜５０μｍにすれば、突出部１９ａ、１９ｂを曲げることによって第１電極９ｃ、９ｂの厚みが数μｍ薄くなってもまだ十分な厚みがあり電極にひび割れがおこるおそれが無い。
さらに、保護層２７で第１電極９ｃ、９ｂを覆うと、第１電極９ｃ、９ｂに振動などによる力が加わりにくくなり、さらに信頼性を高めることができる。
同様に、第２電極１０ｃ、１０ｂも薄くすると折り曲げることにより電極の剥離やひび割れがおこるおそれがあるが、３〜５０μｍ程度にすることにより折り曲げ部に加わる力を吸収し、ひび割れの発生を防止できる。
なお、本実施形態では第１電極９ｃ、９ｂと第２電極１０ｃ、１０ｂとをどちらも第１電極９ａ、第２電極１０ａより厚くしているが、第１電極９ｃ、９ｂまたは第２電極１０ｃ、１０ｂのどちらか一方だけを厚くしても良い。また、保護層２７を第２電極１０ｃ、１０ｂの側に設けても良い。
次に、図８に示す第４の実施形態について説明する。図８は、第４の実施形態の受信素子層３とフレキシブル基板２５との接続を示す断面図である。
第４の実施形態は、中間層１３の無い超音波探触子１に本発明を適用した例である。
図８に示す超音波探触子１は、バッキング材５の上に第４電極１５、送信素子層２、第２電極１０、受信素子層３、第１電極９、整合層６、音響レンズ７の順に積層されている。
第３電極１４と中間層１３は省かれ、第２電極１０が送信素子層２と受信素子層３との共通電極になっている。本実施形態は、第２の実施形態と同様に曲げられた突出部１９ａ、突出部１９ｂの上に形成された第１電極９、第２電極１０と、フレキシブル基板２５ａ、２５ｂとを接続した例であるが、第１の実施形態や第３の実施形態と同様の構成も可能である。
以上このように、本発明によれば、圧電素子の電極と配線部材とを信頼性高く接続することができる超音波探触子、および信頼性の高い超音波探触子を具備する超音波診断装置を提供することができる。
１ 超音波探触子
２ 送信素子
３ 受信素子
５ バッキング材
６ 整合層
９ 第１電極
１０ 第２電極
１３ 中間層
１４ 第３電極
１５ 第４電極
１９ 突出部
２０ 基板材
２１、２２ 銅箔
２３ カバーレイ
２５ フレキシブル基板
２７ 保護層
３１ 超音波診断装置本体
３３ ケーブル
４１ 操作入力部
４２ 送信回路
４３ 受信回路
４４ 画像処理部
４５ 表示部
４６ 制御部
１００ 超音波診断装置
２ 送信素子
３ 受信素子
５ バッキング材
６ 整合層
９ 第１電極
１０ 第２電極
１３ 中間層
１４ 第３電極
１５ 第４電極
１９ 突出部
２０ 基板材
２１、２２ 銅箔
２３ カバーレイ
２５ フレキシブル基板
２７ 保護層
３１ 超音波診断装置本体
３３ ケーブル
４１ 操作入力部
４２ 送信回路
４３ 受信回路
４４ 画像処理部
４５ 表示部
４６ 制御部
１００ 超音波診断装置
Claims (5)
- 少なくとも一層の超音波を送信する送信素子層と、厚さ方向に対向する両面にそれぞれ電極が形成された超音波を受信する少なくとも一層の受信素子層と、音響インピーダンスの整合を図る少なくとも一層の整合層と、が前記超音波を送信する方向に向けてこの順に積層された超音波探触子であって、
前記受信素子層は、
前記受信素子層の両面に形成された２つの前記電極を挟む上層および下層よりエレベーション方向に突出した突出部を備え、
前記電極のうち少なくとも一方は、前記突出部に延長して形成されており、
前記受信素子層は、有機樹脂から成り、
前記突出部は、
前記電極とともに前記送信素子層の側に曲げられていることを特徴とする超音波探触子。 - 少なくとも一層の超音波を送信する送信素子層と、厚さ方向に対向する両面にそれぞれ電極が形成された超音波を受信する少なくとも一層の受信素子層と、音響インピーダンスの整合を図る少なくとも一層の整合層と、が前記超音波を送信する方向に向けてこの順に積層された超音波探触子であって、
前記受信素子層は、
前記受信素子層の両面に形成された２つの前記電極を挟む上層および下層よりエレベーション方向に突出した突出部を備え、
前記電極のうち少なくとも一方は、前記突出部に延長して形成されており、
前記突出部に形成された前記電極のうち少なくとも一方は、
保護層に覆われていることを特徴とする超音波探触子。 - 前記突出部の少なくとも一方の面に形成された前記電極の厚みは、前記突出部以外の部分に形成された前記電極の厚みより厚くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
- 前記電極は、
前記突出部の厚さ方向に対向する両面に形成され、フレキシブル基板の厚さ方向に対向する両面に形成された導電部にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。 - 請求項１から４の何れか１項に記載の超音波探触子を有する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 |
|---|---|---|---|
| JP2010550496A JP5408144B2 (ja) | 2009-02-12 | 2010-02-05 | 超音波探触子、および超音波診断装置 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009029574 | 2009-02-12 | ||
| JP2009029574 | 2009-02-12 | ||
| JP2010550496A JP5408144B2 (ja) | 2009-02-12 | 2010-02-05 | 超音波探触子、および超音波診断装置 |
| PCT/JP2010/051687 WO2010092907A1 (ja) | 2009-02-12 | 2010-02-05 | 超音波探触子、および超音波診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2010092907A1 JPWO2010092907A1 (ja) | 2012-08-16 |
| JP5408144B2 true JP5408144B2 (ja) | 2014-02-05 |
Family
ID=42561749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010550496A Expired - Fee Related JP5408144B2 (ja) | 2009-02-12 | 2010-02-05 | 超音波探触子、および超音波診断装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8784319B2 (ja) |
| JP (1) | JP5408144B2 (ja) |
| WO (1) | WO2010092907A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103930035B (zh) * | 2011-08-05 | 2016-06-29 | 柯尼卡美能达株式会社 | 超声波探头及使用于超声波探头的可挠性基板 |
| US9056333B2 (en) * | 2011-09-27 | 2015-06-16 | Fujifilm Corporation | Ultrasound probe and method of producing the same |
| JP5668898B2 (ja) * | 2012-12-19 | 2015-02-12 | 株式会社村田製作所 | 圧電トランス装置 |
| JP6252130B2 (ja) * | 2013-11-20 | 2017-12-27 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波デバイスおよびその製造方法並びに電子機器および超音波画像装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61293098A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-23 | Toshiba Corp | 高分子圧電型超音波探触子のリ−ド線接続方法 |
| JPH08307995A (ja) * | 1995-05-08 | 1996-11-22 | Ge Yokogawa Medical Syst Ltd | 超音波探触子 |
| JP2006320512A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Olympus Medical Systems Corp | 超音波振動子 |
| JP2007013944A (ja) * | 2005-05-30 | 2007-01-18 | Toshiba Corp | 超音波プローブ及び超音波プローブ製造方法 |
| WO2008010509A1 (fr) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Sonde à ultrasons de type à réseau multicanal et son procédé de fabrication |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61144565A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-02 | Toshiba Corp | 高分子圧電型超音波探触子 |
| JPH0299041A (ja) * | 1988-10-07 | 1990-04-11 | Toshiba Corp | 超音波プローブ |
| JP3304560B2 (ja) | 1993-10-26 | 2002-07-22 | ジーイー横河メディカルシステム株式会社 | 超音波探触子及び超音波探触子の製造方法 |
| US5651365A (en) * | 1995-06-07 | 1997-07-29 | Acuson Corporation | Phased array transducer design and method for manufacture thereof |
| JP3469386B2 (ja) * | 1996-02-07 | 2003-11-25 | 株式会社東芝 | 超音波トランスジューサ及びその製造方法 |
| JPH1084243A (ja) * | 1996-09-10 | 1998-03-31 | Aloka Co Ltd | 積層圧電振動子 |
| JPH10112899A (ja) | 1996-10-07 | 1998-04-28 | Toshiba Iyou Syst Eng Kk | 超音波探触子 |
| JP4727953B2 (ja) * | 2004-07-22 | 2011-07-20 | オリンパス株式会社 | 超音波振動子及び超音波振動子の製造方法 |
| WO2006009220A1 (ja) | 2004-07-22 | 2006-01-26 | Olympus Corporation | 超音波振動子 |
-
2010
- 2010-02-05 US US13/146,464 patent/US8784319B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-02-05 JP JP2010550496A patent/JP5408144B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-02-05 WO PCT/JP2010/051687 patent/WO2010092907A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61293098A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-23 | Toshiba Corp | 高分子圧電型超音波探触子のリ−ド線接続方法 |
| JPH08307995A (ja) * | 1995-05-08 | 1996-11-22 | Ge Yokogawa Medical Syst Ltd | 超音波探触子 |
| JP2006320512A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Olympus Medical Systems Corp | 超音波振動子 |
| JP2007013944A (ja) * | 2005-05-30 | 2007-01-18 | Toshiba Corp | 超音波プローブ及び超音波プローブ製造方法 |
| WO2008010509A1 (fr) * | 2006-07-20 | 2008-01-24 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Sonde à ultrasons de type à réseau multicanal et son procédé de fabrication |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120022378A1 (en) | 2012-01-26 |
| JPWO2010092907A1 (ja) | 2012-08-16 |
| US8784319B2 (en) | 2014-07-22 |
| WO2010092907A1 (ja) | 2010-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5658488B2 (ja) | 改善された音響性能を有する超音波トランスデューサ | |
| EP2610860B1 (en) | Ultrasound probe and manufacturing method thereof | |
| KR101031010B1 (ko) | 피씨비 및 이를 구비하는 프로브 | |
| US20080125658A1 (en) | Low-profile acoustic transducer assembly | |
| JP4933392B2 (ja) | 超音波探触子及びその製造方法 | |
| KR101112658B1 (ko) | 초음파 진단장치용 프로브 및 그 제조방법 | |
| JP2010158522A (ja) | 超音波診断装置用プローブ及びその製造方法 | |
| JP5408145B2 (ja) | 超音波探触子、および超音波診断装置 | |
| JP5408144B2 (ja) | 超音波探触子、および超音波診断装置 | |
| JP2008289599A (ja) | 超音波プローブと、超音波診断装置 | |
| JP2008119318A (ja) | 超音波探触子及び超音波診断装置 | |
| US9839411B2 (en) | Ultrasound diagnostic apparatus probe having laminated piezoelectric layers oriented at different angles | |
| JP2011124997A (ja) | 超音波プローブ及びその製造方法 | |
| KR20150073056A (ko) | 초음파 진단장치 및 초음파 진단장치의 제조방법 | |
| JP2009072349A (ja) | 超音波トランスデューサ及びその製造方法、並びに、超音波探触子 | |
| JP2012011024A (ja) | 超音波探触子、および超音波診断装置 | |
| JP2010213766A (ja) | 超音波探触子、および超音波診断装置 | |
| JP2011062224A (ja) | 超音波トランスデューサ及び超音波プローブ | |
| WO2010119729A1 (ja) | 音響レンズの製造方法、超音波探触子、および超音波診断装置 | |
| JP2010219634A (ja) | 超音波探触子、および超音波診断装置 | |
| JP2010051546A (ja) | 超音波振動子およびそれを用いる超音波診断装置 | |
| JP2010207515A (ja) | 超音波探触子、超音波診断装置 | |
| KR20160064514A (ko) | 다계층 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130204 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20130415 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130611 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130712 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20130712 |
|
| 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: 20131008 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131021 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5408144 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |