JP6123423B2 - 超音波プローブ、超音波測定装置及び超音波画像装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波プローブ、超音波測定装置及び超音波画像装置等に関する。

超音波画像装置（超音波診断装置）を用いてパノラマ画像を得る手法が知られている。このパノラマ画像を得るためには、診断士がフリーハンドで所望の軌道に沿って超音波プローブを移動させながら超音波測定を行う必要がある。しかし、常に体表に対してプローブを垂直に保持しつつ体表に対する押し圧を一定にしながらプローブを意図する軌道に沿って正確に移動させることが難しく、そのために正確なパノラマ画像を得ることが困難であるという課題がある。

この課題に対して例えば特許文献１には、ガイドレールにより超音波プローブの移動をガイドする手法が開示されている。しかしながらこの手法では、様々な測定部位の形状や体型などに合わせた正確な測定が難しいこと、装置が複雑になることなどの課題がある。

特開２００７−２１１７２号公報

本発明の幾つかの態様によれば、所望の軌道に沿って超音波プローブを移動させることができる超音波プローブ、超音波測定装置及び超音波画像装置等を提供できる。

本発明の一態様は、超音波トランスデューサーデバイスを有する超音波センサー部と、前記超音波センサー部が備えられるセンサー面に設けられるガイド部とを含み、前記ガイド部は、前記超音波センサー部が被検体に向く位置で前記センサー面を前記被検体の表面に接触させて第１の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力を、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力より小さくする超音波プローブに関係する。

本発明の一態様によれば、超音波プローブのセンサー面に設けられたガイド部により、超音波プローブの第１の方向への移動が第２の方向に比べて容易になるから、ユーザーは超音波プローブを第１の方向に正確に移動させることができる。その結果、所望の軌道に沿って超音波プローブを正確に移動させながら複数の超音波画像を取得することなどが、簡素な構成で容易に行うことが可能になる。

また本発明の一態様では、前記センサー面は、平面視で長尺形状を有し、前記ガイド部は、前記センサー面の長手方向を前記第１の方向とする構成であってもよい。

このようにすれば、ガイド部は、超音波プローブの移動をセンサー面の長手方向にガイドすることができる。

また本発明の一態様では、前記ガイド部は、前記センサー面の長手方向を前記第１の方向とする第１のガイド部及び第２のガイド部を有し、前記超音波センサー部は、前記第１のガイド部と前記第２のガイド部との間に配置されてもよい。

このようにすれば、第１及び第２のガイド部は、超音波プローブの移動をセンサー面の長手方向にガイドすることができるから、ユーザーは超音波プローブをセンサー面の長手方向に正確に移動させることができる。

また本発明の一態様では、前記センサー面は、平面視で矩形形状を有し、前記ガイド部は、前記平面視で前記センサー面の４個のコーナー部に設けられる第１のガイド部、第２のガイド部、第３のガイド部、第４のガイド部を有してもよい。

このようにすれば、第１〜第４のガイド部は、超音波プローブの移動を第１の方向にガイドすることができるから、ユーザーは超音波プローブを第１の方向に正確に移動させることができる。

また本発明の一態様では、前記ガイド部は、前記被検体に固定された超音波測定用シートの一部と係合して、超音波プローブの前記センサー面の前記第１の方向への移動をガイドしてもよい。

このようにすれば、被検体に超音波測定用シートを固定して超音波測定を行う場合に、ガイド部は超音波プローブのセンサー面の第１の方向への移動をガイドすることができるから、ユーザーは超音波プローブを例えば超音波測定用シートの長手方向に正確に移動させることができる。また、被検体の形状などに合わせて超音波測定用シートを固定することができるから、様々な測定部位の形状や体型などに合わせて正確に移動させることができる。

また本発明の一態様では、前記ガイド部の前記センサー面からの高さは、前記超音波測定用シートの厚さ以下であってもよい。

このようにすれば、超音波プローブのセンサー面が超音波測定用シートの表面に接触することができるから、確実に超音波測定を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記ガイド部は、前記被検体との間の摩擦により、前記超音波センサー部が前記被検体に向く位置で前記センサー面を前記被検体の表面に接触させて前記第１の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力を、前記第２の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力より小さくしてもよい。

このようにすれば、超音波測定用シートを用いない場合であっても、超音波プローブの被検体に対する第１の方向への移動を第２の方向への移動より容易にすることができるから、ユーザーは超音波プローブを第１の方向に正確に移動させることができる。

また本発明の一態様では、前記センサー面は、長尺形状を有し、前記センサー面において前記センサー面の長手方向に設けられる溝部を含んでもよい。

このようにすれば、被検体表面又は超音波測定用シートに塗布したジェルを溝部を通して超音波センサー部の出射面に効率的に集めることができるから、超音波センサー部と被検体又は超音波測定用シートとの間に空気が入ることを防止できる。

また本発明の一態様では、前記超音波センサー部は、前記超音波トランスデューサーデバイスのスキャン方向が前記センサー面の長手方向に平行になるように前記センサー面に設けられ、前記ガイド部は、超音波プローブの前記センサー面の前記長手方向への移動をガイドしてもよい。

このようにすれば、ガイド部は、超音波プローブの移動をスキャン方向にガイドすることができる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波プローブと、超音波の送信処理を行う送信部と、超音波エコーの受信処理を行う受信部と、超音波測定の制御処理を行う処理部とを含み、前記処理部は、前記受信部からの受信信号に基づいて、超音波パノラマ画像を生成する超音波測定装置に関係する。

本発明の他の態様によれば、所望の軌道に沿って超音波プローブを正確に移動させながら超音波パノラマ画像を取得することなどが、簡素な構成で容易に行うことが可能になる。

本発明の他の態様は、上記に記載の超音波測定装置と、表示用画像データを表示する表示部とを含む超音波画像装置に関係する。

超音波プローブの基本的な構成例。 超音波プローブの比較例。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、超音波プローブの第１の構成例。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、超音波プローブの第１の構成例の変形例。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、超音波プローブの第２の構成例。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、超音波プローブによる超音波測定の第１の例。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、超音波プローブによる超音波測定の第２の例。 超音波プローブによる超音波測定の第３の例。 超音波プローブの移動を説明する図。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の基本的な構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 超音波測定装置及び超音波画像装置の基本的な構成例。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、超音波画像装置の具体的な構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．超音波プローブ
図１に本実施形態の超音波プローブ３００の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波プローブ３００は、超音波センサー部３１０、ガイド部３３０（３３０−１、３３０−２）を含む。なお、本実施形態の超音波プローブ３００は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

図１に示すように、超音波プローブ３００の測定時に被検体側に向く面をセンサー面３２０とし、センサー面３２０の長手方向をＸ方向（広義には第１の方向）、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向（広義には第２の方向）、Ｘ方向及びＹ方向に直交し測定時に被検体に向かう方向をＺ方向とする。

センサー面３２０は、超音波プローブ３００の筐体の外面を形成する面のうちの１つであって、超音波測定時に被検体側に向く面である。センサー面３２０は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。センサー面３２０は、例えばＺ方向側から見る平面視で長尺形状又は矩形形状を有する。センサー面３２０の長手方向とは、例えばセンサー面３２０が平面視で長尺形状である場合には長さ方向に沿う方向であり、センサー面３２０が平面視で矩形形状である場合には長辺に沿う方向である。センサー面３２０は、例えば平面視で楕円形状又はそれに近い形状であってもよいし、或いは平面視で矩形の４隅が切り取られた形状又はそれに近い形状であってもよい。

超音波センサー部３１０は、超音波トランスデューサーデバイス（図示せず）を有し、被検体（対象物）に対して超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを受信する。超音波センサー部３１０は、超音波トランスデューサーデバイスのスキャン方向がセンサー面３２０の長手方向に直交する方向（Ｙ方向）に沿うようにセンサー面３２０に設けられる。或いは、超音波センサー部３１０は、超音波トランスデューサーデバイスのスキャン方向がセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）に沿うようにセンサー面３２０に設けられる。例えば図１に示すように、超音波センサー部３１０は、第１のガイド部３３０−１と第２のガイド部３３０−２との間に配置される。超音波トランスデューサーデバイスの詳細については、後述する。

ガイド部３３０は、センサー面３２０に設けられ、センサー面３２０から被検体側（Ｚ方向側）に突出する部材である。ガイド部３３０は、超音波センサー部３１０が被検体に向く位置でセンサー面３２０を被検体の表面に接触させてＸ方向に移動させる際の被検体に対する抗力を、Ｙ方向に移動させる際の被検体に対する抗力より小さくする。その結果、超音波プローブ３００のＸ方向への移動がＹ方向に比べて容易になる。ガイド部３３０は、センサー面３２０の長手方向への移動をガイドする。ガイド部３３０は、センサー面３２０の長手方向をＸ方向とする構成である。

ガイド部３３０は、例えば図１に示すように長手方向がＸ方向になるように設けられる第１のガイド部３３０−１及び第２のガイド部３３０−２である。第１のガイド部３３０−１は、センサー面３２０の中心を通りＸ方向に平行な中心軸に対して−Ｙ方向側に設けられ、第２のガイド部３３０−２は、センサー面３２０の中心を通りＸ方向に平行な中心軸に対して＋Ｙ方向側に設けられる。

後述するように、超音波測定用シートを用いて超音波測定を行う際には、ガイド部３３０は、被検体に固定された超音波測定用シートの一部と係合して、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドすることができる。或いは、超音波測定用シートを使用せずに超音波測定を行う際には、ガイド部３３０は、被検体との間の摩擦により、超音波プローブ３００の被検体に対するＸ方向への移動をＹ方向への移動より容易にすることができる。

図２に、超音波プローブ８００の比較例を示す。図２に示す比較例の超音波プローブ８００は、本実施形態の超音波プローブ３００とは異なり、超音波プローブ８００の長手方向の先端部分に超音波センサー部８１０が設けられている。このような超音波プローブでは、プローブを被検体表面に垂直に安定に保持しながら測定を行うことが難しい。

一方、本実施形態の超音波プローブ３００は、図１に示すようにマウス型の形状であるから、プローブの重心位置又は重心位置に近い位置に超音波センサー部を設けることができる。このようにすることで、プローブを被検体表面に垂直に安定に保持しながら測定を行うことが容易になる。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の第１の構成例を示す。第１の構成例の超音波プローブ３００は、超音波センサー部３１０、第１及び第２のガイド部３３０−１、３３０−２、溝部３４０を含む。なお、本実施形態の超音波プローブ３００は図３（Ａ）、図３（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば溝部３４０を省略することもできる。

図３（Ａ）は、Ｚ方向側、即ち測定時に被検体側に向く面であるセンサー面３２０の側から見た図であり、図３（Ｂ）は−Ｘ方向側から見た図である。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図１に示したものと対応する。

図３（Ａ）に示す超音波プローブ３００のセンサー面３２０は、Ｚ方向側から見る平面視で矩形形状に近い形状を有する。具体的には、矩形の４隅を丸く変形させた形状を有する。

超音波センサー部３１０は、既に図１で説明したのでここでは詳細な説明を省略する。なお、超音波センサー部３１０の超音波出射面がセンサー面３２０と同一面内に設けられる必要はなく、超音波センサー部３１０の一部（例えば音響レンズなど）がセンサー面３２０からＺ方向に迫り出していてもよい。或いは逆に超音波センサー部３１０の超音波出射面がセンサー面３２０から−Ｚ方向に後退していてもよい。

第１及び第２のガイド部３３０−１、３３０−２は、長手方向がＸ方向になるようにセンサー面３２０に設けられ、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドする。第１のガイド部３３０−１は、センサー面３２０においてＸ方向に平行な中心軸に対して−Ｙ方向側に設けられ、第２のガイド部３３０−２は、センサー面３２０においてＸ方向に平行な中心軸に対して＋Ｙ方向側に設けられる。

第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２は、例えば図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、Ｘ方向に長さを有し、Ｙ方向に幅を有し、Ｚ方向（被検体側）に突出する部材であって、Ｙ方向に沿う断面は矩形又はそれに近い形状である。なお、第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２は同一形状でなくてもよい。例えば第１のガイド部３３０−１の長さが第２のガイド部３３０−２の長さより長くてもよいし、第１のガイド部３３０−１の幅が第２のガイド部３３０−２の幅より広くてもよい。或いは、第１のガイド部３３０−１と第２のガイド部３３０−２との断面形状が異なってもよい。例えば第１のガイド部３３０−１のＺ方向の厚さが第２のガイド部３３０−２のＺ方向の厚さより厚くてもよい。

溝部３４０は、Ｘ方向に長さ、Ｙ方向に幅、−Ｚ方向に深さを有し、センサー面３２０に開口する溝部であって、センサー面３２０において長手方向がＸ方向（広義には第１の方向）になるように、即ち溝部３４０の長手方向がセンサー面３２０の長手方向になるように設けられる。溝部３４０は、Ｙ方向に沿う断面において凹形状を有する。溝部３４０は、例えば図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、センサー面３２０において超音波センサー部３１０に対して＋Ｘ方向側の領域と−Ｘ方向側の領域とにそれぞれ複数設けられてもよい。溝部３４０の数は、図示したものに限定されない。複数の溝部３４０の各溝部は同一形状でなくてもよく、例えば各溝部の長さ、幅、深さなどがそれぞれ異なっていてもよい。また、各溝部は互いに平行でなくてもよい。

溝部３４０を設けることで、超音波プローブ３００をＸ方向に移動させながら超音波測定を行う場合に、被検体表面又は超音波測定用シートに塗布したジェルを溝部３４０を通して超音波センサー部３１０の出射面に効率的に集めることができる。こうすることで超音波センサー部３１０と被検体又は超音波測定用シートとの間に空気が入ることを防止できる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の第１の構成例の変形例を示す。第１の構成例の変形例では、超音波センサー部３１０は、超音波トランスデューサーデバイスのスキャン方向がセンサー面３２０の長手方向に平行になるようにセンサー面３２０に設けられる。第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２は、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向への移動をガイドする。即ち、超音波プローブ３００のスキャン方向への移動をガイドすることができる。

このように本実施形態の超音波プローブ３００の第１の構成例の変形例によれば、超音波プローブ３００を所望の軌道に沿ってスキャン方向に移動させながら超音波測定を行って、所望の軌道に沿った複数の超音波画像を容易に取得することができる。その結果、例えば所望の軌道に沿った超音波パノラマ画像を得ることなどが可能になる。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の第２の構成例を示す。第２の構成例の超音波プローブ３００は、超音波センサー部３１０、第１〜第４のガイド部３３０−１〜３３０−４、溝部３４０を含む。なお、本実施形態の超音波プローブ３００は図５（Ａ）、図５（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば溝部３４０を省略することもできる。

図５（Ａ）は、Ｚ方向側、即ち測定時に被検体側に向く面であるセンサー面３２０の側から見た図であり、図５（Ｂ）は−Ｘ方向側から見た図である。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図１に示したものと対応する。

超音波センサー部３１０は、既に図１、図３（Ａ）、図３（Ｂ）で説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。

第１〜第４のガイド部３３０−１〜３３０−４は、センサー面３２０の第１〜第４のコーナー部に設けられ、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドする。

センサー面３２０において超音波センサー部３１０が設けられる領域のＸ座標ｘの範囲をｘａ≦ｘ≦ｘｂとし、Ｙ座標ｙの範囲をｙａ≦ｙ≦ｙｂとした場合に、第１のコーナー部とは、センサー面３２０においてｘ＜ｘａかつｙ＜ｙａである領域である。また、第２のコーナー部とは、センサー面３２０においてｘ＜ｘａかつｙ＞ｙｂである領域であり、第３のコーナー部とは、センサー面３２０においてｘ＞ｘｂかつｙ＜ｙａである領域であり、第４のコーナー部とは、センサー面３２０においてｘ＞ｘｂかつｙ＞ｙｂである領域である。

第１〜第４のガイド部３３０−１〜３３０−４は、例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、Ｘ方向に長さ、Ｙ方向に幅を有し、センサー面３２０からＺ方向（被検体側）に突出する部材であって、Ｙ方向に沿う断面は矩形又はそれに近い形状である。なお、第１〜第４のガイド部３３０−１〜３３０−４の形状は、図示したものに限定されず、例えば円柱形状や楕円柱形状などであってもよい。また第１〜第４のガイド部３３０−１〜３３０−４はそれぞれ異なる形状であってもよい。また第１〜第４のガイド部３３０−１〜３３０−４は、センサー面３２０の中心を通りＸ方向に平行な中心軸、或いはセンサー面３２０の中心を通りＹ方向に平行な中心軸に対して互いに対称に配置されなくてもよい。

溝部３４０は、既に図３（Ａ）、図３（Ｂ）で説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、本実施形態の超音波プローブ３００による超音波測定の第１の例を示す。ここでは第１の構成例の超音波プローブ３００と超音波測定用シート２００とを用いる場合を示す。図６（Ａ）は、−Ｚ方向側、即ちセンサー面３２０の反対側から見た図であり、図６（Ｂ）は−Ｘ方向側から見た図である。

超音波測定用シート２００は、超音波を透過する超音波透過媒体で構成され、超音波測定の際に被検体表面に固定される。超音波プローブ３００は、超音波測定用シート２００を介して被検体（対象物）に対して超音波を出射する。

超音波測定用シート２００は、超音波測定の際に超音波センサー部３１０と被検体との間の音響整合（音響インピーダンスマッチング）を確保するために超音波プローブ３００と被検体との間に設けられる超音波を透過するシートである。

第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２は、被検体に固定された超音波測定用シート２００の一部と係合して、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドする。具体的には、第１のガイド部３３０−１が超音波測定用シート２００の−Ｙ方向側の端部と係合し、第２のガイド部３３０−２が超音波測定用シート２００の＋Ｙ方向側の端部と係合することで、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドすることができる。即ち、超音波測定用シート２００の−Ｙ方向側の端部の面（端面）とその面に対向する第１のガイド部３３０−１の面とが接触し、超音波測定用シート２００の＋Ｙ方向側の端部の面とその面に対向する第２のガイド部３３０−２の面とが接触し、面と垂直な方向であるＹ方向における超音波プローブ３００の移動を制限することができる。

超音波測定用シート２００の一部とは、超音波測定用シート２００の一部分であって、ガイド部３３０と係合して超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドする部分であり、或いは超音波プローブ３００のＹ方向の移動を制限する部分である。例えばガイド部３３０の突出する部分と接触し嵌合する部分であって、嵌合することで超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドする部分であり、或いは超音波プローブ３００のＹ方向の移動を制限する部分である。具体的には、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す端部であってもよいし、また図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す溝部であってもよい。

第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２のセンサー面３２０からの高さＤＡは、超音波測定用シート２００の厚さＤＢ以下である。なお、第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２のそれぞれの高さＤＡは異なってもよい。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）では、例として超音波プローブ３００の第１の構成例（図３（Ａ）、図３（Ｂ））の場合を示すが、第１の構成例の変形例（図４（Ａ）、図４（Ｂ））の場合も同様である。また、第２の構成例（図５（Ａ）、図５（Ｂ））の場合も同様である。即ち、第１、第３のガイド部３３０−１、３３０−３が超音波測定用シート２００の−Ｙ方向側の端部と係合し、第２、第４のガイド部３３０−２、３３０−４が超音波測定用シート２００の＋Ｙ方向側の端部と係合することで、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドすることができる。

超音波測定用シート２００の端部とは、超音波測定用シート２００の外面を形成する６つの面のうち＋Ｙ方向側の面とその近傍を含む部分及び−Ｙ方向側の面とその近傍を含む部分である。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）に、本実施形態の超音波プローブ３００による超音波測定の第２の例を示す。ここでは第１の構成例の超音波プローブ３００と超音波測定用シート２００とを用いる場合を示す。図７（Ａ）は、−Ｚ方向側、即ちセンサー面３２０の反対側から見た図であり、図７（Ｂ）は−Ｘ方向側から見た図である。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す超音波測定用シート２００は、超音波測定用シート２００の長手方向（Ｘ方向）に沿って設けられる第１、第２の溝部２２０−１、２２０−２を含む。第１、第２の溝部２２０−１、２２０−２は、超音波プローブ３００の移動をガイドする溝部である。

第１、第２の溝部２２０−１、２２０−２は、超音波測定用シート２００の超音波プローブ３００側の面に設けられ、Ｘ方向に長さ、Ｙ方向に幅、Ｚ方向に深さを有し、超音波測定用シート２００の超音波プローブ３００側の面に開口する溝部である。第１、第２の溝部２２０−１、２２０−２は、Ｙ方向に沿う断面において凹形状を有する。第１の溝部２２０−１は、超音波測定用シート２００の長手方向（Ｘ方向）に沿う中心軸に対して−Ｙ方向側に設けられ、第２の溝部２２０−２は、超音波測定用シート２００の長手方向（Ｘ方向）に沿う中心軸に対して＋Ｙ方向側に設けられる。

第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２は、被検体に固定された超音波測定用シート２００の一部と係合して、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドする。具体的には、第１のガイド部３３０−１が超音波測定用シート２００の第１の溝部２２０−１と嵌合（広義には係合）し、第２のガイド部３３０−２が超音波測定用シート２００の第２の溝部２２０−２と嵌合することで、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドすることができる。或いは、超音波プローブ３００の被検体に対するＹ方向における移動を制限することができる。即ち、第１のガイド部３３０−１の面とその面に対向する第１の溝部２２０−１の面とが接触し、第２のガイド部３３０−２の面とその面に対向する第２の溝部２２０−２の面とが接触することで、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドすることができる。

第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２のセンサー面３２０からの高さＤＡは、超音波測定用シート２００の厚さＤＢ以下である。なお、第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２のそれぞれの高さＤＡは異なってもよい。第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２の高さＤＡは、センサー面３２０からＺ方向に突出した先端までの長さである。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）では、例として超音波プローブ３００の第１の構成例（図３（Ａ）、図３（Ｂ））の場合を示すが、第１の構成例の変形例（図４（Ａ）、図４（Ｂ））の場合も同様である。また、第２の構成例（図５（Ａ）、図５（Ｂ））の場合も同様である。即ち、第１、第３のガイド部３３０−１、３３０−３が超音波測定用シート２００の第１の溝部２２０−１と係合し、第２、第４のガイド部３３０−２、３３０−４が超音波測定用シート２００の第２の溝部２２０−２と係合することで、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドすることができる。

図８に、本実施形態の超音波プローブ３００による超音波測定の第３の例を示す。ここでは超音波測定用シート２００を用いない場合を示す。図８は−Ｘ方向側から見た図である。

第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２は、被検体との間の摩擦により、超音波センサー部３１０が被検体に向く位置でセンサー面３２０を被検体の表面に接触させてＸ方向に移動させる際の被検体に対する抗力を、Ｙ方向に移動させる際の被検体に対する抗力より小さくする。その結果、第１、第２のガイド部３３０−１、３３０−２は、被検体との間の摩擦により、超音波プローブ３００の被検体に対するＸ方向への移動をＹ方向への移動より容易にすることができる。超音波プローブ３００の第２の構成例の場合にも、同様にして、第１〜第４のガイド部３３０−１〜３３０−４が、被検体との間の摩擦により、超音波プローブ３００の被検体に対するＸ方向への移動をＹ方向への移動より容易にすることができる。

なお、超音波測定用シート２００を用いない場合には、被検体表面にジェルを塗布することで、被検体と超音波センサー部３１０との間に空気が入ることを防止することができる。上述したように、超音波プローブ３００のセンサー面３２０に溝部３４０を設けることにより、被検体表面に塗布したジェルを溝部３４０を通して超音波センサー部３１０の出射面に効率的に集めることができる。

図９は、超音波測定用シート２００によりガイドされた超音波プローブ３００の移動を説明する図である。超音波測定用シート２００の長手方向をＸ方向とする。

上述したように、超音波プローブ３００に設けられたガイド部３３０が被検体に固定された超音波測定用シート２００の一部と係合して、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向（Ｘ方向）への移動をガイドすることができる。

図９に示すように、ユーザーは被検体の測定対象部位（関心領域）に超音波測定用シート２００を固定して、その上に超音波プローブ３００をセットする。このときスキャン方向又はスライス方向がＸ方向に平行になるようにセットされる。超音波プローブ３００のＹ方向における移動は制限されるが、Ｘ方向における移動は制限されない。即ち、超音波プローブ３００は、超音波測定用シート２００の長手方向に自由に移動することができる。その結果、超音波測定用シート２００によって規定される軌道に沿って、超音波プローブ３００を確実に移動させることができる。また、被検体の形状などに合わせて超音波測定用シート２００を固定することができるから、超音波プローブ３００を様々な測定部位の形状や被検体の体型などに合わせて正確に移動させることができる。

このように超音波プローブ３００を所定の軌道に沿って移動させながら超音波測定を行うことができるから、例えば測定対象部位について所定の軌道に沿った複数の超音波画像を容易に取得することなどが可能になる。そして所定の軌道に沿った複数の超音波画像に基づいて超音波パノラマ画像又は３次元超音波画像を得ることなどが可能になる。

以上説明したように、本実施形態の超音波プローブ３００によれば、センサー面３２０に設けられたガイド部３３０により、超音波プローブ３００のセンサー面３２０の長手方向への移動をガイドすることができる。さらに超音波測定用シートを用いることで、超音波測定用シートの長手方向における超音波プローブの移動をガイドすることができる。その結果、ユーザーが超音波プローブを超音波測定用シートの長手方向に、即ち所定の軌道に沿って正確に移動させながら複数の超音波画像を取得することなどが、簡素な構成で容易に行うことができる。さらにこのようにして取得した複数の超音波画像に基づいて、超音波パノラマ画像又は３次元超音波画像を得ることなどが可能になる。

２．超音波トランスデューサーデバイス
本実施形態の超音波プローブ３００の超音波センサー部３１０は、超音波トランスデューサーデバイス３１２を有する。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に、超音波トランスデューサーデバイス３１２が有する超音波トランスデューサー素子１０（薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子）の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜４２と、圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層２１、圧電体膜３０、第２電極層２２を有する。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

図１０（Ａ）は、基板６０（シリコン基板）に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層２１（下部電極）は、振動膜４２の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１０（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

圧電体膜３０（圧電体層）は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体膜３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを用いてもよい。

第２電極層２２（上部電極）は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体膜３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１０（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

振動膜４２（メンブレン）は、例えばＳｉＯ_２薄膜とＺｒＯ_２薄膜との２層構造により開口４５を塞ぐように設けられる。この振動膜４２は、圧電体膜３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体膜３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。

開口４５は、基板６０に配置される。開口４５による空洞領域４０は、基板６０の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域４０の形成によって振動可能になった振動膜４２のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体膜３０側（図１０（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

超音波トランスデューサー素子１０の下部電極は、第１電極層２１により形成され、上部電極は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体膜３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体膜３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体膜３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。

圧電体膜３０は、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波トランスデューサー素子１０は、薄手の圧電素子部と振動膜４２を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電素子部が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜４２の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜３０に交流電圧を印加することで、振動膜４２が膜厚方向に対して振動し、この振動膜４２の振動により超音波が放射される。圧電体膜３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

バルクの超音波トランスデューサー素子の駆動電圧がピークからピークで１００Ｖ程度であるのに対して、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すような薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子では、駆動電圧をピークからピークで１０〜３０Ｖ程度に小さくすることができる。

超音波トランスデューサー素子１０は、出射された超音波が対象物で反射されて戻ってくる超音波エコーを受信する受信素子としても動作する。超音波エコーにより振動膜４２が振動し、この振動によって圧電体膜３０に圧力が加わり、下部電極と上部電極との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。

図１１に、本実施形態の超音波プローブ３００が有する超音波トランスデューサーデバイス３１２の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス３１２は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子１０、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍを含む。図１１では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス３１２は図１１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

複数の超音波トランスデューサー素子１０は、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配置される。例えば図１１に示すように、Ｘ方向に８行、そしてＸ方向に交差するＹ方向に１２列に配置される。超音波トランスデューサー素子１０は、例えば図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示した構成とすることができる。

第１〜第１２（広義には第ｎ）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２は、Ｘ方向に配線される。第１〜第１２の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の駆動電極線ＤＬｊは、第ｊ列に配置される各超音波トランスデューサー素子１０が有する第１の電極に接続される。

超音波を出射する送信期間には、後述する送信部１１０が出力する第１〜第１２の送信信号ＶＴ１〜ＶＴ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して各超音波トランスデューサー素子１０に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子１０からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して後述する受信部１２０に出力される。

第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８は、Ｙ方向に配線される。超音波トランスデューサー素子１０が有する第２の電極は、第１〜第ｍのコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍのうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図１１に示すように、第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦８である整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ列に配置される各超音波トランスデューサー素子１０が有する第２の電極に接続される。

第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧は一定の直流電圧であればよく、０Ｖ即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

例えば第１行第１列の超音波トランスデューサー素子１０については、第１の電極が駆動電極線ＤＬ１に接続され、第２の電極が第１のコモン電極線ＣＬ１に接続される。また、例えば第４行第６列の超音波トランスデューサー素子１０については、第１の電極が第６の駆動電極線ＤＬ６に接続され、第２の電極が第４のコモン電極線ＣＬ４に接続される。

なお、超音波トランスデューサー素子１０の配置は、図１１に示すｍ行ｎ列のマトリックス配置に限定されない。例えば奇数番目の列にｍ個の超音波トランスデューサー素子１０が配置され、偶数番目の列にｍ−１個の超音波トランスデューサー素子１０が配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。

超音波トランスデューサーデバイス３１２に含まれる素子は、上述した薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子に限定されず、例えばバルク圧電型超音波トランスデューサー素子であってもよいし、或いは容量性微細加工超音波トランスデューサー素子（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）であってもよい。

３．超音波測定装置及び超音波画像装置
図１２に、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００の基本的な構成例を示す。超音波測定装置１００は、超音波プローブ３００、送信部１１０、受信部１２０、処理部１３０を含む。超音波画像装置４００は、超音波測定装置１００及び表示部４１０を含む。なお、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００は図１２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

超音波プローブ３００については既に説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、超音波プローブ３００は、図１２に示すように超音波測定用シート２００を介して超音波測定を行ってもよいし、或いは超音波測定用シート２００を介さずに超音波測定を行ってもよい。

送信部１１０は、超音波の送信処理を行う。具体的には、送信部１１０が超音波プローブ３００に対して送信信号（駆動信号）を出力し、超音波プローブ３００が有する超音波トランスデューサーデバイス３１２が電気信号である送信信号を超音波に変換して、対象物に対して超音波を出射する。送信部１１０の少なくとも一部は、超音波プローブ３００に設けられてもよい。

受信部１２０は、超音波エコーの受信処理を行う。具体的には、超音波プローブ３００が有する超音波トランスデューサーデバイス３１２が対象物からの超音波エコーを電気信号に変換する。そして受信部１２０は、超音波トランスデューサーデバイス３１２からの電気信号である受信信号（アナログ信号）に対して増幅、検波、Ａ／Ｄ変換、位相合わせなどの受信処理を行い、受信処理後の信号である受信信号（デジタルデータ）を処理部１３０に対して出力する。受信部１２０の少なくとも一部は、超音波プローブ３００に設けられてもよい。

処理部１３０は、超音波測定の制御処理や受信部１２０からの受信信号に基づいて画像データの生成処理などを行う。生成された画像データは表示部４１０に出力される。

表示部４１０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置であって、処理部１３０からの表示用画像データを表示する。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に、本実施形態の超音波画像装置４００の具体的な構成例を示す。図１３（Ａ）は携帯型の超音波画像装置４００を示し、図１３（Ｂ）は据置型の超音波画像装置４００を示す。

超音波プローブ３００は、ケーブル３５０により超音波画像装置本体に接続される。表示部４１０は、表示用画像データを表示する。

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また超音波プローブ、超音波測定装置、超音波測定装置及び超音波画像装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層（下部電極）、
２２ 第２電極層（上部電極）、３０ 圧電体膜（圧電体層）、４０ 空洞領域、
４２ 振動膜、４５ 開口、６０ 基板、
１００ 超音波測定装置、１１０ 送信部、１２０ 受信部、１３０ 処理部、
２００ 超音波測定用シート、２２０−１、２２０−２ 溝部、
３００ 超音波プローブ、３１０ 超音波センサー部、
３１２ 超音波トランスデューサーデバイス、３２０ センサー面、
３３０−１〜３３０−４ ガイド部、３４０ 溝部、３５０ ケーブル、
４００ 超音波画像装置、４１０ 表示部、
８００ 超音波プローブ（比較例）、８１０ 超音波センサー部（比較例）

Claims (10)

1. 超音波トランスデューサーデバイスを有する超音波センサー部と、
   前記超音波センサー部を含むセンサー面に設けられるガイド部とを含み、
   前記ガイド部は、前記センサー面を前記被検体の表面に接触させて第１の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力を、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力より小さくすることと、
   前記被検体に固定された超音波測定用シートの一部と係合して、超音波プローブの前記センサー面の前記第１の方向への移動をガイドすることを特徴とする超音波プローブ。
2. 超音波トランスデューサーデバイスを有する超音波センサー部と、
   前記超音波センサー部を含むセンサー面に設けられるガイド部とを含み、
   前記ガイド部は、前記センサー面を前記被検体の表面に接触させて第１の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力を、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力より小さくすることと、
   前記センサー面は、長尺形状であり、前記センサー面の長手方向に設けられる溝部を含むことを特徴とする超音波プローブ。
3. 超音波トランスデューサーデバイスを有する超音波センサー部と、
   前記超音波センサー部を含むセンサー面に設けられるガイド部とを含み、
   前記超音波センサー部は、前記超音波トランスデューサーデバイスのスキャン方向が前記センサー面の長手方向に平行になるように前記センサー面に設けられ、
   前記ガイド部は、前記センサー面を前記被検体の表面に接触させて第１の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力を、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力より小さくすることと、
   超音波プローブの前記センサー面の前記長手方向への移動をガイドすることを特徴とする超音波プローブ。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記センサー面は、平面視で長尺形状を有し、
   前記ガイド部は、前記センサー面の長手方向を前記第１の方向とする構成であることを特徴とする超音波プローブ。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記ガイド部は、前記センサー面の長手方向を前記第１の方向とする第１のガイド部及び第２のガイド部を有し、
   前記超音波センサー部は、前記第１のガイド部と前記第２のガイド部との間に配置されていることを特徴とする超音波プローブ。
6. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記センサー面は、平面視で矩形形状を有し、
   前記ガイド部は、前記平面視で前記センサー面の４個のコーナー部に設けられる第１のガイド部、第２のガイド部、第３のガイド部、第４のガイド部を有することを特徴とする超音波プローブ。
7. 請求項６において、
   前記ガイド部の前記センサー面からの高さは、前記超音波測定用シートの厚さ以下であることを特徴とする超音波プローブ。
8. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記ガイド部は、前記被検体との間の摩擦により、前記センサー面を前記被検体の表面に接触させて前記第１の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力を、前記第２の方向に移動させる際の前記被検体に対する抗力より小さくすることを特徴とする超音波プローブ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の超音波プローブと、
   超音波の送信処理を行う送信部と、
   超音波エコーの受信処理を行う受信部と、
   超音波測定の制御処理を行う処理部とを含み、
   前記処理部は、前記受信部からの受信信号に基づいて、超音波パノラマ画像を生成することを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項９に記載の超音波測定装置と、
    表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする超音波画像装置。

Images