JP2012060634A - 超音波診断装置用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波診断装置用プローブに関する発明を開示する。
【解決手段】本発明に係る超音波診断装置用プローブは、吸音層と、吸音層の一方の側に配置される圧電層と、圧電層の一方の側に配置される整合層と、吸音層の内部に配置され、圧電層に信号を伝達する信号連結部と、吸音層の内部に配置され、信号連結部よりも外側に配置される接地連結部とを含み、吸音層、圧電層及び整合層はこの順番で順次配置され、信号連結部は前記圧電層の他方の側から前記圧電層と電気的に連結される。本発明は、吸音層、圧電層及び整合層を積層して配置し、曲率を有するように圧電層を製造することによって、信号連結部や接地連結部による干渉を最小化することができ、プローブの性能を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブに関するもので、より詳細には、超音波を用いて対象体の内部の映像を生成する超音波診断装置用プローブに関するものである。

超音波診断装置は、対象体の体表から体内の所望の部位に向けて超音波信号を照射し、反射された超音波信号（超音波エコー信号）の情報を用いて軟部組織の断層や血流に関するイメージを無侵襲で得る装置である。この装置は、Ｘ線診断装置、ＣＴスキャナ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃａｎｎｅｒ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）、核医学診断装置などの他の映像診断装置と比較する場合、小型であり、安価であり、リアルタイムで表示が可能であり、Ｘ線などの被曝がなくて安全性の高い長所があるので、心臓、腹部、泌尿器及び産婦人科の診断のために幅広く用いられている。

特に、超音波診断装置は、対象体の超音波映像を得るために、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射してくる超音波エコー信号を受信するためのプローブを含む。

プローブは、トランスデューサと、上端が開放されたケースと、開放されたケースの上端に結合されて対象体の表面と直接接触するカバーとを含む。

ここで、トランスデューサは、圧電物質が振動しながら、電気的な信号と音響信号とを相互変換させる圧電層と、圧電層から発生した超音波が対象体に最大限に伝達されるように、圧電層と対象体との間の音響インピーダンス差を減少させる音響整合層と、圧電層の前方に伝播される超音波を特定の地点に集束させるレンズ層と、超音波が圧電層の後方に伝播されることを遮断し、映像が歪むことを防止する吸音層とを含む。

前記圧電層は圧電体を含み、電極は、圧電体の上端及び下端にそれぞれ提供される。そして、圧電層には、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）が接合される。印刷回路基板は、圧電体の電極に連結される配線電極を備えており、圧電体に信号を伝達する役割をする。印刷回路基板と圧電層は、印刷回路基板の配線電極と圧電層の電極とが連結されることによって互いに接続される。

上述した技術構成は、本発明の理解を促進するための背景技術であって、本発明の属する技術分野で広く知られた従来技術を意味するものではない。

国際公開２００４／０６４６４３号公報

一般に、超音波診断装置用プローブは、平面状の圧電層を有し、レンズとしては曲率レンズを使用する。また、一般的な超音波診断装置用プローブによれば、圧電層に電極を連結させるための接続作業時に手間がかかり、結果として製造時間が増加するという問題がある。また、接続作業が手作業で行われるので、接続部位の低い耐久性及び不均一性によって性能が低下するという問題がある。したがって、これを改善することが要請される。

本発明は、前記のような問題を改善するためになされたもので、その目的は、製造が容易であり、平面レンズを採用して高周波プローブとして使用することができ、圧電層と電極との間の接合不良による性能低下を防止できるように構造を改善した超音波診断装置用プローブを提供することにある。

本発明に係る超音波診断装置用プローブは、吸音層と、前記吸音層の一方の側に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の側に配置される整合層と、前記吸音層の内部に配置され、前記圧電層に信号を伝達する信号連結部と、前記吸音層の内部に配置され、前記信号連結部よりも外側に配置される接地連結部と、を含み、前記吸音層、前記圧電層及び前記整合層は、この順番で順次配置され、前記信号連結部は、前記圧電層の他方の側から前記圧電層と電気的に連結される。

また、前記圧電層は、前記吸音層の前記一方の側に凸状に形成される圧電凸部を備えている。

また、前記吸音層の前記一方の側には吸音層電極が形成され、前記整合層の他方の側には整合層電極が形成され、前記圧電層の他方の側には前記吸音層電極と接触する第１の圧電層電極が形成され、前記圧電層の一方の側には前記整合層電極と接触する第２の圧電層電極が形成され、前記吸音層電極が第１の吸音層電極と第２の吸音層電極に分離されるように、前記吸音層電極の前記第１の吸音層電極と前記第２の吸音層電極との間には絶縁部がさらに備えられる。

また、前記第１の吸音層電極には前記信号連結部が連結され、前記第２の吸音層電極には前記接地連結部が連結され、前記信号連結部と前記接地連結部は、前記吸音層内に配置され、前記圧電層と直交する方向に延長されることが望ましい。

また、前記吸音層の前記一方の側には吸音層電極が形成され、前記圧電層には、該圧電層を取り囲むように圧電層電極が形成され、前記圧電層電極の他方の側が前記吸音層電極と接触し、前記一方の側が前記整合層と接触するように形成され、前記吸音層電極が第１の吸音層電極と第２の吸音層電極に分離されるように、前記吸音層電極の前記第１の吸音層電極と前記第２の吸音層電極との間には絶縁部がさらに備えられる。

前記第１の吸音層電極には前記信号連結部が連結され、前記第２の吸音層電極には前記接地連結部が連結され、前記信号連結部と前記接地連結部は、前記吸音層内に配置され、前記圧電層と直交する方向に延長されることが望ましい。

また、前記整合層は、前記圧電凸部の形状に対応して凸状に形成される整合凸部を備えている。また、本発明は、前記整合層を覆うように配置され、他方の側に前記整合凸部の形状に対応して凸状に形成されるレンズ凸部を備えるレンズ部をさらに含む。

一実施例として、前記レンズ凸部と対向する前記レンズ部の一方の側は平面である。他の実施例として、前記レンズ凸部と対向する前記レンズ部の一方の側は、前記レンズ凸部と異なる方向に凸状に形成される。

また、前記信号連結部と前記接地連結部は、前記吸音層内のみに配置されることが望ましい。

本発明に係る超音波診断装置用プローブは、吸音層、圧電層及び整合層を積層して配置し、曲率を有するように圧電層を製造することによって、信号連結部や接地連結部による干渉を最小化することができ、プローブの性能を向上させることができる。

また、本発明は、曲率レンズを使用できない場合に平面レンズを適用することによって、結果としてレンズの厚さを減少できるので、レンズの厚さによる超音波減衰を減少させ、感度を向上させることができる。また、周波数低下の問題を解決し、高周波プローブとして用いられるようになる。

また、本発明の超音波診断装置用プローブは、圧電層電極が圧電層を取り囲むように製作されるので、整合層に電極を接合する必要がなく、製作工程を単純化することができる。

また、本発明は、製造過程で難しくかつ手間のかかるソルダリング作業の代わりに、吸音層の内部に信号連結部と接地連結部を接合させることができる。これにより、接続作業が容易になり、接続不良による性能低下が発生するおそれが少なく、設置作業中に発生しうる発熱による圧電層の性能低下を防止することができる。

また、本発明は、信号連結部と接地連結部が、吸音層と圧電層との間に配置されず、それぞれ吸音層の内部に接合されて圧電層と電気的に連結される構造をとることができる。これによって、圧電層と信号連結部との間の接続不良による性能低下を防止することができ、接地連結部や信号連結部の破損を防止することができる。

また、本発明は、吸音層の内部に信号連結部と接地連結部を設置するので、吸音層を他の部品と別途に製作したり保管することができる。また、吸音層を所望の形状と寸法に予め製作しておき、これに他の部品を容易に組み立てることができ、製造費用が節減され、製造が容易であり、各完成品の均一性が向上する。

また、本発明は、信号連結部と接地連結部を近接させて設置できるので、超音波信号のノイズを減少させることができる。

本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブを示した側断面図である。 図１に示した超音波診断装置用プローブにレンズ部が装着された状態を示した側断面図である。 図１に示した超音波診断装置用プローブに図２に示したレンズ部と異なる形態のレンズ部が装着された状態を示した側断面図である。 本発明の他の実施例に係る超音波診断装置用プローブを示した側断面図である。 図４に示した超音波診断装置用プローブにレンズ部が装着された状態を示した側断面図である。 図４に示した超音波診断装置用プローブに図５に示したレンズ部と異なる形態のレンズ部が装着された状態を示した側断面図である。

以下、添付の各図面を参照して、本発明に係る超音波診断装置用プローブの実施例を説明する。説明の便宜のために、図面に示されている線の太さや構成要素の大きさなどは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されて示される場合もある。また、後述する各用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これらは、使用者及び運用者の意図又は慣例により変わることがある。従って、このような用語に対する定義は、本明細書の全般に渡った内容に基づいて下さなければならないだろう。

図１は、本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブを示した側断面図である。

図１を参照すれば、本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブ１００は、吸音層１１０、圧電層１２０、整合層１５０、信号連結部１６０及び接地連結部１７０を含む。

吸音層１１０は、後述する圧電層１２０の他方の側に配置される。本実施例では、吸音層１１０は、図１に示すように、圧電層１２０の下方（以下、後方ともいう）に配置される。吸音層１１０は、圧電層１２０の自由振動を抑制することによって超音波のパルス幅を減少させ、超音波が不必要に圧電層１２０の後方に伝播されることを遮断することによって映像の歪みを防止する。本実施例に係る吸音層１１０上には吸音層電極１１１が形成され、吸音層電極１１１は、後述する絶縁部１２５によって第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１４に分離される。

圧電層１２０は、共振現象を用いて超音波を発生させる。圧電層１２０は、吸音層１１０側に向かって凸状に形成される圧電凸部１２１を備えている。圧電凸部１２１は、吸音層１１０の幅（短手方向の幅）と同じかそれより小さい幅で形成可能であり、多様な変形実施が可能である。このように圧電層１２０に圧電凸部１２１のような曲率を形成することによって、超音波診断装置用プローブ１００に曲率レンズでない平面レンズを適用することができる。結果として、高周波プローブに本発明に係るプローブの構造を採用することによって、平面レンズを使用できるようになる。圧電層１２０には、吸音層電極１１１（特に、第１の吸音層電極１１２）と接触する圧電層電極１２２（第１の圧電層電極）が形成される。

整合層１５０は圧電層１２０の一方の側に配置される。本実施例では、整合層１５０は、図１に示されるように、圧電層１２０の上方（以下、前方ともいう）、すなわち、吸音層１１０と圧電層１２０の上方に配置される。整合層１５０は、圧電層１２０の音響インピーダンスと対象体の音響インピーダンスを整合させ、圧電層１２０から発生する超音波信号を対象体に効率的に伝達させる。本実施例で、整合層１５０は、音響インピーダンスが圧電層１２０から対象体に向けて段階的に変化するように、互いに異なる材質からなる第１の整合層１３０及び第２の整合層１４０を含む。整合層１５０は、圧電凸部１２１の形状に対応して凸状に形成される整合凸部１３１、１４１を備えている。本実施例で、整合層１５０には、圧電層電極１２２（第２の圧電層電極）と第２の吸音層電極１１４と接触する整合層電極１３５が形成される。

上述した吸音層１１０、圧電層１２０及び整合層１５０は、それらの間に信号連結部１６０や接地連結部１７０が配置されないように隣接して順次配置される。このように吸音層１１０、圧電層１２０及び整合層１５０を積層して配置することによって、信号連結部１６０や接地連結部１７０による干渉を最小化することができ、プローブ１００の性能を向上させることができる。

信号連結部１６０は、吸音層１１０の内部に配置され、圧電層１２０に信号を伝達する。信号連結部１６０は、図１に示すように、第１の吸音層電極１１２と圧電層電極１２２とを介して圧電層１２０と電気的に連結される。本実施例で、信号連結部１６０は、第１の吸音層電極１１２に連結される。信号連結部１６０は、吸音層１１０内に配置され、圧電層１２０と異なる方向（すなわち、圧電層１２０と直交する方向）に延長される。例えば、信号連結部１６０は、図１を基準にして第１の吸音層電極１１２から吸音層１１０内の下方向に延長される。

接地連結部１７０は、吸音層１１０内で信号連結部１６０よりも外側に配置される。本実施例で、接地連結部１７０は、吸音層１１０内に配置され、圧電層１２０と異なる方向（すなわち、圧電層１２０と直交する方向）に延長される。例えば、接地連結部１７０は、図１を基準にして第２の吸音層電極１１４に連結され、第２の吸音層電極１１４から吸音層１１０内の下方向に延長される。

信号連結部１６０と接地連結部１７０は、圧電層１２０から発生した超音波を干渉しないように、吸音層１１０内のみに配置されることが望ましい。このように信号連結部１６０と接地連結部１７０を吸音層１１０内に配置することによって、プローブ１００の性能を向上させることができる。また、信号連結部１６０と接地連結部１７０は、印刷回路基板を含むこともできるが、信号や電気を供給できる他の構成要素を含むことも可能であり、多様な変形実施が可能である。このような信号連結部１６０と接地連結部１７０の作用及び動作は、本発明の属する技術分野の当業者に広く知られているので、これに対する詳細な説明は省略する。

絶縁部１２５は、吸音層電極１１１が第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１４に分離されるように、吸音層電極１１１の第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１４との間に備えられる。このように分離された第１の吸音層電極１１２には上述した信号連結部１６０が連結され、第２の吸音層電極１１４には接地連結部１７０が連結される。絶縁部１２５は、信号連結部１６０が連結される第１の吸音層電極１１２と接地連結部１７０が連結される第２の吸音層電極１１４とが分離されるように、互いに離隔した絶縁部材として形成されたり、絶縁物質が第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１４との間に設置されることも可能であり、多様な変形実施が可能である。

図２は、図１に示した超音波診断装置用プローブにレンズ部が装着された状態を示した側断面図で、図３は、図１に示した超音波診断装置用プローブに図２に示したレンズ部と異なる形態のレンズ部が装着された状態を示した側断面図である。

図２を参照すれば、本発明の一実施例に係る超音波診断装置用プローブ１００は、整合層１５０の上に整合層１５０を覆うように配置されるレンズ部１８０をさらに含む。レンズ部１８０は、整合凸部１３１、１４１の形状に対応して凸状に形成されるレンズ凸部１８１を備えている。本実施例で、レンズ凸部１８１は、レンズ部１８０の他方の側の一部が整合層１５０側に凸状に形成されてなり、レンズ凸部１８１と対向するレンズ部１８０の一方の側１８２は平面である。したがって、本実施例に係る超音波診断装置用プローブ１００は、曲率レンズを使用できない場合に平面レンズを適用することができる。具体的に、本発明に係るプローブは、レンズの厚さを減少できるので、レンズの厚さによる超音波減衰を減少させ、感度を向上させることができる。また、周波数低下の問題を解決し、高周波プローブとして用いられるようになる。

他の実施例として、図３に示すように、レンズ凸部１８１と対向するレンズ部１８０の一方の側１８２は、レンズ凸部１８１と異なる方向（すなわち、レンズ凸部１８１と反対方向）に凸状に形成されることも可能であり、多様な変形実施が可能である。

図４は、本発明の他の実施例に係る超音波診断装置用プローブを示した側断面図で、図５は、図４に示した超音波診断装置用プローブにレンズ部が装着された状態を示した側断面図で、図６は、図４に示した超音波診断装置用プローブに図５に示したレンズ部と異なる形態のレンズ部が装着された状態を示した側断面図である。

以下、説明の便宜上、図１〜図３に示した実施例と構成及び作用が同一又は類似した構成要素については同一の図面符号を用いて引用し、これに対する詳細な説明は省略する。

図４を参照すれば、本発明の他の実施例に係る超音波診断装置用プローブ２００の吸音層１１０は、その上面全体が湾曲して形成されるように構成されている。吸音層１１０の上面には、第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１４とを含む吸音層電極１１１が形成される。圧電層１２０には、他方の側が吸音層電極１１１（すなわち、第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１２４）と接触し、一方の側が整合層１５０と接触するように、圧電層１２０を取り囲む圧電層電極１２２が形成される。圧電層１２０は、圧電層電極１２２と吸音層電極１１１を介して、吸音層１１０の上面に設けられている。絶縁部１２５は、吸音層電極１１１が第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１４に分離されるように、吸音層電極１１１の第１の吸音層電極１１２と第２の吸音層電極１１４との間に備えられる。整合層１５０は、圧電層１２０の形状に対応するように、圧電層電極１２２上に湾曲して設けられている。

本実施例で、第１の吸音層電極１１２には信号連結部１６０が連結され、第２の吸音層電極１１４には接地連結部１７０が連結される。また、信号連結部１６０と接地連結部１７０は、図４に示すように、吸音層１１０内に配置され、圧電層１２０と異なる方向（即ち、圧電層１２０と直交する方向）に延長される。

本実施例によれば、吸音層１１０内に信号連結部１６０が挿入され、吸音層１１０の表面も曲率を有して形成されるので、曲率を有する圧電層１２０を吸音層１１０に設置することができる。また、本実施例では、圧電層電極１２２が圧電層１２０を取り囲み、絶縁部１２５によって圧電層電極１２２と第１の吸音層電極１１２との接触と、圧電層電極１２２と第２の吸音層電極１１４との接触が分離される。したがって、図示したように、圧電層電極１２２が圧電層１２０を取り囲むように製作できるので、信号連結部１６０と接地連結部１７０を吸音層１１０内に配置し、各構成要素を電気的に連結することができる。また、圧電層電極１２２が圧電層１２０を取り囲むように製作できるので、整合層１５０に電極を接合する必要がなく、製作工程を単純化することができる。

本発明を図面に示した実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものにすぎず、当該技術分野で通常の知識を有する者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解するだろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、下記の特許請求の範囲によって定められなければならない。

１００、２００：超音波診断装置用プローブ、１１０：吸音層、１１１：吸音層電極、１１２：第１の吸音層電極、１１４：第２の吸音層電極、１２０：圧電層、１２１：圧電凸部、１２２：圧電層電極、１２５：絶縁部、１３０：第１の整合層、１３１、１４１：整合凸部、１３５：整合層電極、１４０：第２の整合層、１５０：整合層、１６０：信号連結部、１７０：接地連結部、１８０：レンズ部、１８１：レンズ凸部、１８２：一方の側

Claims (11)

1. 吸音層と、
   前記吸音層の一方の側に配置される圧電層と、
   前記圧電層の一方の側に配置される整合層と、
   前記吸音層の内部に配置され、前記圧電層に信号を伝達する信号連結部と、
   前記吸音層の内部に配置され、前記信号連結部よりも外側に配置される接地連結部と、を含み、
   前記吸音層、前記圧電層及び前記整合層は、この順番で順次配置され、前記信号連結部は、前記圧電層の他方の側から前記圧電層と電気的に連結されることを特徴とする超音波診断装置用プローブ。
2. 前記圧電層は、前記吸音層の前記一方の側に凸状に形成される圧電凸部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の超音波診断装置用プローブ。
3. 前記吸音層の前記一方の側には吸音層電極が形成され、前記整合層の他方の側には整合層電極が形成され、前記圧電層の他方の側には前記吸音層電極と接触する第１の圧電層電極が形成され、前記圧電層の一方の側には前記整合層と接触する第２の圧電層電極が形成され、
   前記吸音層電極が第１の吸音層電極と第２の吸音層電極に分離されるように、前記吸音層電極の前記第１の吸音層電極と前記第２の吸音層電極との間には絶縁部がさらに備えられることを特徴とする、請求項１または２に記載の超音波診断装置用プローブ。
4. 前記第１の吸音層電極には前記信号連結部が連結され、前記第２の吸音層電極には前記接地連結部が連結され、
   前記信号連結部と前記接地連結部は、前記吸音層内に配置され、前記圧電層と直交する方向に延長されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波診断装置用プローブ。
5. 前記吸音層の前記一方の側には吸音層電極が形成され、前記圧電層には、該圧電層を取り囲むように圧電層電極が形成され、前記圧電層電極の他方の側が前記吸音層電極と接触し、前記一方の側が前記整合層と接触するように形成され、
   前記吸音層電極が第１の吸音層電極と第２の吸音層電極に分離されるように、前記吸音層電極の前記第１の吸音層電極と前記第２の吸音層電極との間には絶縁部がさらに備えられることを特徴とする、請求項１または２に記載の超音波診断装置用プローブ。
6. 前記第１の吸音層電極には前記信号連結部が連結され、前記第２の吸音層電極には前記接地連結部が連結され、
   前記信号連結部と前記接地連結部は、前記吸音層内に配置され、前記圧電層と直交する方向に延長されることを特徴とする、請求項５に記載の超音波診断装置用プローブ。
7. 前記整合層は、前記圧電凸部の形状に対応して凸状に形成される整合凸部を備えることを特徴とする、請求項２ないし６のいずれかに記載の超音波診断装置用プローブ。
8. 前記整合層を覆うようにに配置され、他方の側に前記整合凸部の形状に対応して凸状に形成されるレンズ凸部を備えるレンズ部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の超音波診断装置用プローブ。
9. 前記レンズ凸部と対向する前記レンズ部の一方の側は平面であることを特徴とする、請求項８に記載の超音波診断装置用プローブ。
10. 前記レンズ凸部と対向する前記レンズ部の一方の側は、前記レンズ凸部と異なる方向に凸状に形成されることを特徴とする、請求項８に記載の超音波診断装置用プローブ。
11. 信号連結部と前記接地連結部は前記吸音層内のみに配置されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載の超音波診断装置用プローブ。

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