JPH11318891A - 超音波プローブ製造方法、超音波プローブおよび超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波トランスデューサを電気経路に接続す
るのに作業性が良い超音波プローブ製造方法および超音
波プローブ、並びに、そのような超音波プローブを備え
た超音波撮像装置を実現する。 【解決手段】 超音波プローブが、超音波トランスデュ
ーサ３０２と、レーザービーム照射による選択的炭化に
より形成された導電路５０４を超音波トランスデューサ
用の電気経路として有するプラスチック部材５０２とを
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波プローブ製
造方法、超音波プローブおよび超音波撮像装置に関し、
特に、超音波トランスデューサのための電気経路を構成
する方法およびその方法によって構成された電気経路を
有する超音波プローブ、並びに、そのような超音波プロ
ーブを備えた超音波撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波撮像装置は、被検体に超音波を送
波しエコー(echo)に基づいて被検体の内部を画像化する
ようになっている。超音波の送受波に超音波プローブ(p
robe)が用いられる。超音波プローブ内では、超音波ト
ランスデューサ(transducer)が、送信回路から与えられ
る電気信号で駆動されて超音波を発生し、また、エコー
を受波してそれに対応した電気信号を受信回路に伝達す
る。

【０００３】超音波トランスデューサと送受信回路と
は、電気信号を授受するための電気経路で接続される。
複数の超音波トランスデューサをアレイ(array) 状に配
置した超音波プローブでは、個々の超音波トランスデュ
ーサごとに電気経路が構成され、対応する超音波トラン
スデューサと電気的に接続される。これら複数の電気経
路はフレキシブルプリント板(flexible print circuit
board)上に形成された導電パターン(pattern) によって
構成される。導電パターンは、プラスチック(plastics)
基板上に銅箔のエッチング(etching) やエレクトロフォ
ーミング(electroforming) 等により形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような導電パタ
ーンは、その上面がプラスチック基板の表面に対して段
差を有するので、フレキシブルプリント板は表面に凹凸
を持つものとなり、超音波トランスデューサに接続する
際の作業性が悪いという問題があった。

【０００５】また、超音波トランスデューサのアクティ
ブ(active)電極とバッキング(backing) 材の間にフレキ
シブルプリント板を挟んで各アクティブ電極への電気経
路を形成するときは、フレキシブルプリント板が超音波
トランスデューサとバッキング部材の間の音響結合層と
もなるので、表面に凹凸があるのは好ましくない。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、超音波トランスデューサを
電気経路に接続するのに作業性が良い超音波プローブ製
造方法および超音波プローブ、並びに、そのような超音
波プローブを備えた超音波撮像装置を実現することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）課題を解決するた
めの第１の発明は、プラスチック部材にレーザービーム
を照射し選択的炭化により導電路を形成する工程と、前
記導電路に金属メッキを施す工程と、前記金属メッキが
施された前記導電路を超音波トランスデューサに接続す
る工程と、を具備することを特徴とする超音波プローブ
製造方法である。

【０００８】（２）課題を解決するための第２の発明
は、超音波トランスデューサと、レーザービーム照射に
よる選択的炭化により形成された導電路を前記超音波ト
ランスデューサのための電気経路として有するプラスチ
ック部材と、を具備することを特徴とする超音波プロー
ブである。

【０００９】（３）課題を解決するための第３の発明
は、超音波プローブを用いて超音波を送波しエコーに基
づいて画像を生成する超音波撮像装置であって、前記超
音波プローブが、超音波トランスデューサと、レーザー
ビーム照射による選択的炭化により形成された導電路を
前記超音波トランスデューサのための電気経路として有
するプラスチック部材とを具備することを特徴とする超
音波撮像装置である。

【００１０】第１の発明乃至第３の発明のいずれか１つ
において、前記プラスチック部材はポリイミドフィルム
であることが、選択的炭化による導電路を効果的に形成
する点で好ましい。

【００１１】また、第２の発明または第３の発明におい
て、前記導電路は金属メッキされたものであることが、
導電性を高める点で好ましい。その場合、金属はニッケ
ルであることがメッキ性が良い点で好ましい。

【００１２】また、ニッケルの上に銅をメッキすること
が、導電性およびハンダ付け性を良くする点で好まし
い。 （作用）本発明では、プラスチック部材の一部を、レー
ザービーム照射による選択的炭化により表面との段差が
ない導電路とし、この導電路を超音波トランスデューサ
への電気経路とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。図１に超音波プローブの主
要部の模式的構成を示す。本プローブは本発明の超音波
プローブの実施の形態の一例である。本プローブの構成
によって、本発明の超音波プローブに関する実施の形態
の一例が示される。

【００１４】図１に示すように、本プローブ２は、超音
波トランスデューサアレイ３００を有する。超音波トラ
ンスデューサアレイ３００は、図におけるｘ方向に配列
した複数個（例えば１２８個）の超音波トランスデュー
サ３０２によって構成される。超音波トランスデューサ
３０２は、本発明における超音波トランスデューサの実
施の形態の一例である。なお、超音波トランスデューサ
への符号付けは１箇所で代表する。超音波トランスデュ
ーサ３０２は、例えばＰＺＴ（ジルコン(Zr)酸チタン(T
i)酸鉛(Pb)）セラミックス(ceramics)等の圧電材料で構
成される。

【００１５】超音波トランスデューサ３０２は、直方体
状（いわゆる短冊形）に形成され、その３つの稜は図に
おける互いに垂直な３軸ｘ，ｙ，ｚの方向にそれぞれ一
致している。稜の長さは、ｙ方向が相対的に最も長く、
ｚ方向がそれに次ぎ、ｘ方向が相対的に最も短くなって
いる。圧電材料の分極の方向はｚ方向となっている。超
音波トランスデューサ３０２は、ｚ方向において互いに
対向する両端面が図示しない電極層でそれぞれ覆われて
いる。

【００１６】超音波トランスデューサアレイ３００は、
例えばポリイミド(polyimide) 等のプラスチックポリマ
ー(plastics polymer)からなるフィルム(film)５０２の
上に構成されている。フィルム５０２は、本発明におけ
るプラスチック部材の実施の形態の一例である。なお、
フィルム５０２は厚みを誇張して描いてある。以下に述
べる他のフィルムも同様である。

【００１７】フィルム５０２は、複数の超音波トランス
デューサ３０２に対応する複数の電気経路５０４を有す
る。電気経路５０４は、本発明における導電路ないし電
気経路の実施の形態の一例である。なお、電気経路への
符号付けは１箇所で代表する。電気経路５０４は、後に
あらためて説明する方法により、フィルム５０２の表面
から段差のない状態で構成されている。

【００１８】電気経路５０４には、超音波トランスデュ
ーサ３０２の一方の電極（図における下側の電極）が電
気的に接続されている。この電極が、超音波トランスデ
ューサ３０２のアクティブ電極となる。電気的接続には
例えば導電性接着剤等が用いられる。電気経路５０４が
フィルム５０２の表面からの段差を持たないので、電気
的接続の作業性が良い。

【００１９】超音波トランスデューサ３０２の他方の電
極（図における上側の電極）は、例えばポリイミド等の
プラスチックからなるフィルム５０６で覆われている。
フィルム５０６の、超音波トランスデューサ３０２の電
極に接する側は金属層による導電面となっており、各電
極とは電気的に接続されている。電気的接続には例えば
導電性接着剤等が用いられる。フィルム５０６で覆われ
た電極は、超音波トランスデューサ３０２のコモン(com
mon)電極となる。なお、フィルム５０６も、フィルム５
０２と同様な構成としても良いのは勿論である。

【００２０】フィルム５０２の、超音波トランスデュー
サアレイ３００に接する側とは反対側にバッキング部材
７０２が接している。バッキング部材７０２は、例えば
金属粉末入りのゴム(gum) 等の適宜の吸音材で構成され
る。バッキング部材７０２とフィルム５０２は接着等に
よって結合される。

【００２１】フィルム５０２は、超音波トランスデュー
サ３０２とバッキング部材７０２との間の音響結合層を
構成する。ここで、超音波トランスデューサ３０２に接
するフィルム５０２の表面は電気経路５０４による段差
がないので、厚みの均一性が良い音響結合層を容易に構
成することができる。

【００２２】フィルム５０２はバッキング部材７０２の
一つの側面に沿って延在し、フィルム５０６は反対側の
側面に沿って延在している。なお、フィルム５０６が延
在する側には、フィルム５０６の導電面と超音波トラン
スデューサ３０２の側面との接触を防ぐ絶縁フィルム５
０８が設けられている。フィルム５０２，５０６の電気
経路ないし導電面は図示しない信号ケーブル(cable) に
それぞれ接続されている。

【００２３】次に、このような超音波トランスデューサ
の製造方法について説明する。図２に、製造工程の一例
のフロー図を示す。この製造工程によって、本発明の方
法についての実施の形態の一例が示される。

【００２４】同図に示すように、工程Ｐ１において、プ
ラスチックフィルムの選択的炭化によるパターン形成が
行なわれる。選択的炭化は、プラスチックフィルムにレ
ーザービーム(laser beam)を照射し、その熱エネルギー
(energy)でフィルムの分子構造に含まれる水素や窒素等
を蒸発させ炭素を残留させる処理である。このようなプ
ラスチックフィルムの選択的炭化は、例えば文献 Ｔ．
ＩＥＥ Ｊａｐａｎ，ｖｏｌ．１１７−Ａ，Ｎｏ．６，
１９９７，ｐｐ６３８〜６４４の記載されているように
公知である。

【００２５】工程Ｐ１におけるプラスチックフィルムの
選択的炭化には、例えば図３に示すような装置が使用さ
れる。同装置は、試料台９０２上に載置されたフィルム
５０２にレーザー装置９０４からレーザービーム９０６
を照射するようになっている。レーザー装置９０４とし
ては、例えばエキシマレーザー(Exima laser) 装置が用
いられる。

【００２６】レーザービーム９０６の照射は、窒素ガス
(gas) 雰囲気中で行なうことが良好な炭化を行なう点で
好ましいが、それに限るものではなく、空気中で行なう
ことも可能である。レーザー装置９０４は制御装置９０
８により制御され、所定の照射条件でレーザービームを
出力する。照射条件は、例えば、波長１０６４ｎｍ、パ
ルス幅８ｎｓ、１パルス(pulse) 当たりのエネルギー２
４３ｍＪ、周波数１０Ｈｚである。

【００２７】フィルム５０２としては、例えばポリイミ
ドフィルムが利用される。フィルム５０２の厚みは、例
えば１２〜２５μｍの範囲から適宜に選択される。ポリ
イミドフィルムは、加熱分解による炭化が容易であり、
かつ結晶性の良好な炭素ないしグラファイト(grafite)
を生成する点で好ましいが、これに限るものではなく、
他の種類のポリマーフィルムを利用しても良いのは勿論
である。

【００２８】試料台９０２は、試料台送り装置９１０に
より図３の紙面に垂直な面内で２次元的に移送され、フ
ィルム５０２の表面にレーザースポット(laser spot)の
軌跡として、例えば図４に示すように炭化痕跡によるパ
ターンが描かれる。同図に示すように、炭化痕跡５０
４’が所定のピッチ(pitch) で複数本（例えば１２８
本）平行に描かれる。炭化痕跡５０４’の本数およびピ
ッチは、図１に示した超音波トランスデューサアレイ３
００における超音波トランスデューサ３０２の個数とピ
ッチに対応している。

【００２９】なお、炭化痕跡５０４’によるパターン形
成は、レーザービームの軌跡で描く代わりに、パターン
に相当するスリット(slit)を設けたマスク(mask)を用
い、それを通してレーザー光をフィルム５０２照射する
ようにしても良い。

【００３０】炭化痕跡５０４’は、図５にＡ−Ａ断面を
拡大して示すように、ポリイミドが加熱分解した後に残
った炭素で構成される。この炭素は結晶炭素ないしグラ
ファイトである。ポリマーを構成していた水素や窒素等
が蒸発したことにより、炭化痕跡５０４’は表面がやや
陥没する。

【００３１】炭化痕跡５０４’は導電性を有し、信号伝
達のための導電路ないし電気経路として利用することが
できる。炭化痕跡５０４’は、本発明における導電路な
いし電気経路の実施の形態の一例である。炭化痕跡５０
４’は、微細なパターンとして形成することが容易であ
る。このため、フレキシブルプリント板のパターンより
も遙かに高精細なパターンを容易に実現することができ
る。

【００３２】次に、工程Ｐ２において、パターンへの金
属メッキを行なう。金属メッキとしては、例えばワット
(watt)浴によるニッケル(Ni)メッキが採用される。すな
わち、炭化したパターンを一方の電極とし、ニッケルを
他方の電極として電解液中でメッキを行なう。これによ
って、パターン上にニッケルが付着してメッキが行なわ
れる。このようなニッケルメッキにより、炭化痕跡５０
４’の表面に保護層が形成される。

【００３３】また、ニッケルメッキの上に同様にして銅
メッキをも行なう。銅メッキによりパターンの導電性が
向上する。また、パターンのハンダ付け性が向上する。
このようなメッキによって金属層を付加することによ
り、例えば図６に示すように、炭化痕跡の表面の陥没が
埋まり、フィルム５０２の表面と同じ水準の表面を持つ
電気経路５０４が形成される。

【００３４】次に、工程Ｐ３において、上記のように加
工したフィルム５０２を用いてラミネーション(laminat
ion)を行なう。この工程では、例えば図７に示すよう
に、バッキング部材７０２の上にフィルム５０２を重
ね、その上に圧電板３００’を載せて、これら三者を接
着して一体化（ラミネート(laminate)）する。

【００３５】圧電板３００’は、予め図における上面と
下面にそれぞれ図示しない電極層が設けられ、かつ厚み
の方向（ｚ方向）に分極されている。圧電板３００’と
フィルム５０２との接着は導電性接着剤を用いて行なわ
れる。これによって、圧電板３００’の図における下面
の電極が電気経路５０４とが電気的に接続される。

【００３６】その際、フィルム５０２は電気経路５０４
による段差が無いので、接着は作業性良く行なうことが
できる。また、フィルム５０２が形成する圧電板３０
０’とバッキング部材７０２の間の音響結合層の厚みを
均一にすることも容易である。

【００３７】次に、工程Ｐ４において、圧電板３００’
のダイシング(dicing)を行なう。この工程では、上記の
ようにラミネートした構造体をダイシングマシン(dicin
g machine)にかけて、圧電板３００’を所定のピッチで
ダイシングし、例えば図８に示すように、超音波トラン
スデューサ３０２が個々に分離された超音波トランスデ
ューサアレイ３００を形成する。このときダイシングの
深さは、バッキング部材７０２に達する程度とするの
が、個々の超音波トランスデューサ３０２の独立性を確
実にする点で好ましい。

【００３８】次に、工程Ｐ５において、プローブの組み
立てを行なう。この工程では、超音波トランスデューサ
アレイ３００の図における上面に導電層を有するフィル
ムを接着して図１に示したような構造体を形成し、これ
に、以下、フィルム５０６上への音響インピーダンスマ
ッチング(impedance matching)層や音響レンズ(lens)等
の取り付け、信号線の配線、ケース(case)への組み込み
等の作業を行なう。

【００３９】図９に、上記のように構成された超音波プ
ローブを備えた超音波撮像装置のブロック(block) 図を
示す。本装置は、本発明の超音波撮像装置の実施の形態
の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に
関する実施の形態の一例が示される。

【００４０】同図に示すように、本装置は、超音波プロ
ーブ２を有する。超音波プローブ２は、本発明における
超音波プローブの実施の形態の一例である。超音波プロ
ーブ２は、上記のようにして構成されたものである。超
音波プローブ２は、被検体４に当接されて超音波の送受
波に使用される。

【００４１】超音波プローブ２は送受信部６に接続され
ている。送受信部６は、超音波プローブ２の超音波トラ
ンスデューサアレイ３００を駆動して超音波ビーム(bea
m)を送信し、また、超音波トランスデューサアレイ３０
０が受波したエコーを受信するものである。

【００４２】送波超音波ビームの方位は、超音波トラン
スデューサアレイ３００における送波アパーチャ内の個
々の超音波トランスデューサ３０２を駆動する時間差に
より設定することができ、この方位を順次切り換えるこ
とにより音線順次の走査を行なうことができる。

【００４３】エコー受波の方位は、超音波トランスデュ
ーサアレイ３００における受波アパーチャ内の個々の超
音波トランスデューサ３０２の受信信号を加算する時間
差で設定することができ、この方位を順次切り換えるこ
とにより音線順次の受波の走査を行なうことができる。

【００４４】これにより、送受信部６は、例えば図１０
に示すような走査を行なう。すなわち、放射点２００か
らｚ方向に延びる超音波ビーム（音線）２０２が扇状の
２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタス
キャン(sector scan) を行なう。

【００４５】送波および受波のアパーチャを超音波トラ
ンスデューサアレイ３００の一部を用いて形成するとき
は、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させるこ
とにより、例えば図１１に示すような走査を行なうこと
ができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する
音線２０２が直線２０４上を移動することにより、矩形
状の２次元領域２０６がｘ方向に走査され、いわゆるリ
ニアスキャン(linearscan) が行なわれる。

【００４６】なお、超音波トランスデューサアレイ３０
０が、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成さ
れたいわゆるコンベックスアレイ(convex array)である
場合は、リニアスキャンと同様な信号操作により、例え
ば図１２に示すように、音線２０２の放射点２００が円
弧２０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域
２０６がθ方向に走査され、いわゆるコンベクススキャ
ンが行なえるのは言うまでもない。

【００４７】送受信部６はデータ(data)処理部８に接続
されている。データ処理部８には、送受信部６から、エ
コー受信信号がディジタルデータ(digital data)として
入力される。データ処理部８は、入力されたエコーデー
タを処理して画像生成等を行なうようになっている。

【００４８】データ処理部８は、図１３に示すように、
データ処理プロセッサ(processor)８０、エコーメモリ
(echo memory) ８２、データメモリ８４および画像メモ
リ８６を備えている。これらはバス(bus) ８８によって
接続されている。送受信部６から入力されたエコーデー
タは、エコーメモリ８２に記憶される。データ処理プロ
セッサ８０は、エコーデータに基づいて例えばＢモード
(mode)画像等を生成する。生成したＢモード画像等は画
像メモリ８６に記憶される。

【００４９】データ処理プロセッサ８０は、また、デー
タ処理によりエコーのドップラシフト(Doppler shift)
を抽出し、それに基づき例えば血流速度等の動態情報を
求めることも行なう。データメモリ８４はこのデータ処
理の過程で使用される。得られた動態情報を表示するた
めの画像等が画像メモリ８６に記憶される。

【００５０】データ処理部８には表示部１０が接続され
ている。表示部１０は、例えばグラフィックディスプレ
ー(graphic display) 等を用いて構成され、データ処理
部８の画像メモリ８６から入力された画像データに基づ
いて可視像を表示するようになっている。

【００５１】以上の送受信部６、データ処理部８および
表示部１０は制御部１２に接続されている。制御部１２
は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する
ものである。また、被制御の各部から制御部１２に状態
報知信号や応答信号等が伝えられる。制御部１２の制御
の下で超音波撮像が実行される。

【００５２】制御部１２には操作部１４が接続されてい
る。操作部１４は操作者によって操作され、制御部１２
に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作
部１４は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作
具を備えた操作パネル(pannel)で構成される。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、超音波トランスデューサを電気経路に接続するの
に作業性が良い超音波プローブ製造方法および超音波プ
ローブ、並びに、そのような超音波プローブを備えた超
音波撮像装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブの
主要部を示す模式図である。

【図２】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブの
製造工程を示すフロー図である。

【図３】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブの
製造工程で使用される装置のブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブに
用いられるプラスチックフィルムの製造工程における状
態を示す模式図である。

【図５】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブに
用いられるプラスチックフィルムの製造工程における状
態を示す模式図である。

【図６】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブに
用いられるプラスチックフィルムの製造工程における状
態を示す模式図である。

【図７】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブの
製造工程における状態を示す模式図である。

【図８】本発明の実施の形態の一例の超音波プローブの
製造工程における状態を示す模式図である。

【図９】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。

【図１０】本発明の実施の形態の一例の装置による音線
走査の概念図である。

【図１１】本発明の実施の形態の一例の装置による音線
走査の概念図である。

【図１２】本発明の実施の形態の一例の装置による音線
走査の概念図である。

【図１３】本発明の実施の形態の一例の装置におけるデ
ータ処理部のブロック図である。

【符号の説明】

３００ 超音波トランスデューサアレイ ３０２ 超音波トランスデューサ ５０２ フィルム ５０４ 電気経路 ７０２ バッキング部材 ９０２ 試料台 ９０４ レーザー装置 ９０６ レーザービーム ２ 超音波プローブ ４ 被検体 ６ 送受信部 ８ データ処理部 １０ 表示部 １２ 制御部 １４ 操作部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック部材にレーザービームを照
   射し選択的炭化により導電路を形成する工程と、 前記導電路に金属メッキを施す工程と、 前記金属メッキが施された前記導電路を超音波トランス
   デューサに接続する工程と、を具備することを特徴とす
   る超音波プローブ製造方法。
2. 【請求項２】 超音波トランスデューサと、 レーザービーム照射による選択的炭化により形成された
   導電路を前記超音波トランスデューサのための電気経路
   として有するプラスチック部材と、を具備することを特
   徴とする超音波プローブ。
3. 【請求項３】 超音波プローブを用いて超音波を送波し
   エコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置であっ
   て、 前記超音波プローブが、 超音波トランスデューサと、 レーザービーム照射による選択的炭化により形成された
   導電路を前記超音波トランスデューサのための電気経路
   として有するプラスチック部材と、を具備することを特
   徴とする超音波撮像装置。