(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、配列変換器を適用するか、または別途の深さ方向のスキャンを実行する必要なく、ＤＯＦを拡張することができる多焦点超音波変換器を提供する。【解決手段】本発明の多焦点超音波変換器は、第１半径を有する球の一部分として円形投影形状を有する第１領域と、第１領域と連続し、第１半径とは異なる第２半径を有する球の一部分としてリング形状を有する第２領域と、を含む超音波生成フィルム１２によって超音波を生成する。第２領域の焦点は、第１領域の中心から第１領域の焦点の延長線上の焦点線に位置する。超音波生成フィルムは、一つの連続したフィルムからなる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半径を有する球の一部分として円形投影形状を有する第１領域と、
第１領域と連続し、第１半径とは異なる第２半径を有する球の一部分として、リング形状を有する第２領域と、を含む超音波生成フィルムによって超音波を生成し、
前記第２領域の焦点は前記第１領域の中心から前記第１領域の焦点の延長線上の焦点ラインに位置し、
超音波生成フィルムは一つの連続したフィルムからなることを特徴とする多焦点超音波変換器。
【請求項２】
前記第１領域と前記第２領域の面積の大きさは実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の焦点超音波変換器。
【請求項３】
前記第１領域の焦点において、前記第１領域によって形成されるエネルギーレベルと、前記第２領域の焦点において、前記第２領域によって形成されるエネルギーレベルは、実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項４】
前記第１領域によって前記第１領域の第１焦点の周りに前記焦点線に沿って一定のエネルギーレベルよりサイズが大きい領域である第１焦点領域が形成され、
前記第２領域によって前記第２領域の第２焦点の周りに前記焦点線に沿って一定のエネルギーレベルよりサイズが大きい領域である第２焦点領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項５】
前記第１焦点領域と前記第２焦点領域は、一部重畳または連続して形成されることを特徴とする請求項４に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項６】
超音波生成フィルムは、
第２領域と連続し、第２半径と異なる第３半径を有する球の一部分としてリング形状を有する第３領域をさらに含み、
前記第３領域の焦点は、前記第１領域の中心から前記第１領域の焦点の延長線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項７】
前記第２領域と前記第３領域の面積は、実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項８】
前記第２領域の焦点において、前記第２領域によって形成されるエネルギーレベルと、前記第３領域の焦点において、前記第３領域によって形成されるエネルギーレベルは、実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項９】
前記第１領域の第１焦点と前記第２領域の第２焦点との間の距離と、
前記第２領域の第２焦点と前記第３領域の第３焦点との間の距離は、実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載の焦点超音波変換器。
【請求項１０】
前記第１領域乃至第３領域のそれぞれの焦点の周りに前記焦点線に沿って一定のエネルギーレベルよりサイズが大きい領域であるそれぞれの焦点領域が形成され、
前記第１焦点領域と前記第２焦点領域は、一部重畳または連続して形成されることを特徴とする請求項６に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１１】
中空のシリンダ形状の外部ハウジングと、
互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域が接続されて一つの一体型フィルムからなり、前記外部ハウジングの一端の開口部に凹部が外部に向けて設置されて、超音波を生成する前記第１項乃至第１０項のうちのいずれか一項の超音波生成フィルムと、
前記超音波生成フィルムの凹面に超音波生成フィルムの凹面の形状に沿って形成される第１電極層と、
前記超音波生成フィルムの凸面に超音波生成フィルムの凸面の形状に沿って形成される第２電極層と、
電源線は前記第２電極層の凸面の凸部の端部から延長されて接続され、前記外部ハウジングの他の一端の開口部に締結されるコネクタと、を具備することを特徴とする多焦点超音波変換器。
【請求項１２】
前記外部ハウジングの内面にシリンダ形状で挿入され、前記超音波生成フィルムの端部分を前記外部ハウジングの一端の開口部方向に支持する内部ハウジングをさらに具備することを特徴とする請求項１１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１３】
前記外部ハウジングの内部の前記超音波生成フィルムの内側部分に非伝導性接着剤が満たされることを特徴とする請求項１１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１４】
前記外部ハウジングの一端に前記外部ハウジングの端がシリンダの中心軸方向に延長さる仕上げ部が形成され、
前記仕上げ部の内面に前記超音波生成フィルムの端部が接触することを特徴とする請求項１１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１５】
前記仕上げ部の開口部を介して前記超音波生成フィルムの前記２つ以上の球形領域が露出されることを特徴とする請求項１４に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１６】
中央部に円形の貫通ホールまたは凹部が形成されたベースプレートと、
前記ベースプレート上に弾性支持され、前記ベースプレート方向に加圧されるスライドプレートと、
前記スライドプレートの下面に設けられ、前記スライドプレートと共に移動され、前記貫通ホールまたは凹部に挿入される端部に前記第１項乃至第１０項のうちのいずれか一項の超音波生成フィルムの互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域に対応するパターンが形成されるパターンの枠と、
前記ベースプレートの四角の角部分のそれぞれに実質的に同じ長さを有し、且つ高さ方向に長く配置される支持ロッドと、
前記支持ロッド上に配置され、前記貫通ホールまたは凹部が前記高さ方向に延長される位置に貫通ホールが形成される支持プレートと、
前記支持プレートを貫通するように設置され、端を介して前記スライドプレートに加圧力を提供する加圧スクリューと、を具備することを特徴とする多焦点超音波変換器の製造装置。
【請求項１７】
前記加圧スクリューと前記支持プレートとの間に設置され、
前記パターンの枠が、前記パターンの枠と、前記ベースプレートとの間に配置されるフィルムに加える力をセンシングする力センサをさらに具備することを特徴とする請求項１６に記載の多焦点超音波変換器の製造装置。
【請求項１８】
第１７項の多焦点超音波変換器の製造装置による製造方法として、
前記パターンの枠と、前記ベースプレートとの間に、銅クラッドポリイミドフィルム、ＰＶＤＦフィルム、およびテフロン（登録商標）フィルムを順に積層する段階と、
前記加圧スクリューを用いて前記パターンの枠を、前記積層されたフィルムに球状のパターンを形成する段階と、
前記多焦点超音波変換器の製造装置を反転させて、テフロン（登録商標）チューブを前記ベースプレートの貫通ホールに挿入し、非伝導性接着剤を前記テフロンチューブに注入する段階と、
球状のパターンが形成された積層されたフィルムを設定の温度で設定された時間加熱する段階と、
完成された前記超音波生成フィルムを外部ハウジングの内部に設置して組み立てる段階と、を具備することを特徴とする多焦点超音波変換器の製造方法。
【請求項１９】
前記加熱段階が完了した積層されたフィルムを分離した後、前記テフロンフィルムを除去して、超音波生成フィルムを得る段階をさらに具備することを特徴とする請求項１８に記載の多焦点超音波変換器の製造方法。
【請求項２０】
前記加熱段階は、前記多焦点超音波変換器の製造装置から前記フィルムが分離される前に行われることを特徴とする請求項１８に記載の多焦点超音波変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波超音波多焦点変換器に関し、より詳細には、別途の深さ方向のスキャンなくてもＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ）、または深さ方向の焦点領域を拡張することができる多焦点超音波変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、高周波超音波変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が小動物の血管、皮膚、眼の映像など、様々な生体医学分野で広く使用されている。また、変換器は、血管内の超音波光映像撮影方法で、マルチモード光ファイバと結合して、潜在的に動脈硬化巣の識別のための組織の光分布に対する空間及び機能の情報を提供する。高品質の変換器は、ＤＯＦ方向により深く焦点が当たるほど優れていると知られている。したがって、いくつかの研究チームは、より効果的な装置を作るために、変換器の開発に力を注いてきた。
【０００３】
周波数、焦点の長さ、変換器の前端および被写界深度（ＤＯＦ、Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ）または焦点領域（ｆｏｃａｌ  ｚｏｎｅ）の長さを含む集中変換器のパラメータは、最高画質を達成するために、適切に設計する必要がある。ＤＯＦまたは焦点領域は、最も鮮明に焦点を当てたサウンドビームを持った変換器の一定の領域として定義され、最高画質を提供する。超音波映像を得るためにＢスキャンおよびＣスキャンモードと呼ばれるスキャン方法が提案された。この場合に、変換器はｘ−ｙ軸の２つのモータを使用して、対象を横切って移動する。対象領域の最高のイメージを得るためには、対象領域は変換器のＤＯＦ内に配置されるべきである。それにもかかわらず、イメージの深さが変換器のＤＯＦより大きい場合、Ｂスキャンモードには、問題がある恐れがある。また、短いＤＯＦは遠距離フィールドに信号対雑音比ＳＮＲを減少させる。
【０００４】
一方、変換器のＤＯＦを増加させる様々な方法がある。例えば、配列変換器に基づいた複雑な映像取得方法を使用することができる。配列変換器は、ＤＯＦを最大６ｍｍまで増加させるための理想的な形状を持っていると報告されているが、要素の小さな幅により、複雑な制作過程と、より精巧なシステムを必要とする。また、配列変換器のスキャンで最終の映像を得るためデータは、個々の送信／受信ペアで獲得される。次に、デジタル合成開口アルゴリズムを実行して、イメージを再構成する。
【０００５】
また、他のスキャン方法であるＤスキャンまたは“Ｄｅｐｔｈ−ｓｃａｎ”は、組織または対象の互いに異なる深さで映像を得る。機械的な動きに基づいて変換器は、深さ方向に移動し、短いＢスキャンは、複数回実行される。いわゆるスキャンの手順である“Ｂ／Ｄスキャン”の難しい課題は、高品質のイメージを得るために、すべてのスキャンを効果的に構成しなければならない。固定焦点変換器を使用するようになれば、対象が焦点領域の外部に位置する場合に、映像の画質が顕著に低下する。この問題を解決するために、映像の画質の解像度を大きく高めるための適応型ＳＡＦＴ（ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ−ａｐｅｒｔｕｒｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ) 法を使用することができる。しかし、この方法では、低信号対雑音比ＳＮＲを得るようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、配列変換器を適用するか、または別途の深さ方向のスキャンを実行する必要なく、ＤＯＦを拡張することができる多焦点超音波変換器を提供することを目的とする。
また、本発明は、多焦点超音波変換器を正確、かつ容易に製作することができる多焦点超音波変換器の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器は、第１半径を有する球の一部分として、円形投影形状を有する第１領域と、第１領域と連続し、第１半径と異なる第２半径を有する球の一部分としてリング形状を有する第２領域と、を含む超音波生成フィルムによって超音波を生成し、前記第２領域の焦点が、前記第１領域の中心から前記第１領域の焦点の延長線上の焦点ラインに位置し、前記超音波生成フィルムは一つの連続したフィルムからなることができる。
【０００８】
前記第１領域と前記第２領域の面積の大きさは実質的に同一の面積を有することができる。
前記第１領域の焦点において、前記第１領域によって形成されるエネルギーのレベルと、前記第２領域の焦点において、前記第２領域によって形成されるエネルギーのレベルは実質的に同一のレベルを有することができる。
【０００９】
前記第１領域によって前記第１領域の第１焦点の周りに前記焦点線に沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第１焦点領域を形成し、前記第２領域によって前記第２領域の第２焦点の周りに前記焦点線に沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第２焦点領域を形成することができる。
【００１０】
前記第１焦点領域と前記第２焦点領域は、一部重畳、または連続して形成することができる。
前記超音波生成フィルムは、第２領域と連続し、第２半径と異なる第３半径を有する球の一部として、リング形状を有する第３領域をさらに含み、前記第３領域の焦点は、前記第１領域の中心から前記第１領域の焦点の延長線上に位置することができる。
【００１１】
前記第２領域と前記第３領域の面積は実質的に同一の面積を有することができる。
前記第２領域の焦点において、前記第２領域によって形成されるエネルギーのレベルと前記第３領域の焦点において、前記第３領域によって形成されるエネルギーのレベルは実質的に同一のレベルを有することができる。
【００１２】
前記第１領域の第１焦点と前記第２領域の第２焦点との間の距離と、前記第２領域の第２焦点と前記第３領域の第３焦点との間の距離は実質的に同一の距離を有することができる。
前記第１領域乃至第３領域のそれぞれの焦点の周りに前記焦点線に沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域であるそれぞれの焦点領域が形成され、前記第１焦点領域と前記第２の焦点領域が一部重畳、または連続して形成される。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器は、中空のシリンダ形状の外部ハウジングと、互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域が接続されて一つの一体型フィルムからなり、前記外部ハウジングの一端の開口部に凹部が外部に向けて設置されて、超音波を生成する前記超音波生成フィルムと、前記超音波生成フィルムの凹面に前記超音波生成フィルムの凹面の形状に沿って形成される第１電極層と、前記超音波生成フィルムの凸面に超音波生成フィルムの凸面の形状に沿って形成される第２電極層と、電源線が前記第２電極層の凸面の凸部の端部から延長されて接続され、前記外部ハウジングの他の一端の開口部に締結されるコネクタと、を含むことができる。
【００１４】
前記外部ハウジングの内面にシリンダ形状で挿入され、前記超音波生成フィルムの端部分を前記外部ハウジングの一端の開口部方向に支持する内部ハウジングをさらに備えることができる。
【００１５】
前記外部ハウジングの内部の前記超音波生成フィルムの内側部分に非伝導性接着剤を満たすことができる。
【００１６】
前記外部ハウジングの一端に前記外部ハウジングの端がシリンダの中心軸方向に延びる仕上げ部が形成され、前記仕上げ部の内面に前記超音波生成フィルムの端部分が接触することができる。
【００１７】
前記仕上げ部の開口部を介して前記超音波生成フィルムの前記２つ以上の球形領域を露出することができる。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器の製造装置は、中央部に円形の貫通ホールまたは凹部が形成されたベースプレートと、前記ベースプレート上に弾性支持され、前記ベースプレート方向に加圧されるスライドプレートと、前記スライドプレートの下面に設けられ、前記スライドプレートと共に移動し、前記貫通ホールまたは凹部に挿入される端部に、前記第１項乃至第１０項のうちいずれか一つ項の超音波生成フィルムの互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域に対応するパターンが形成されるパターンの枠と、前記ベースプレートの四角の角部分のそれぞれに実質的に同じ長さを有し、高さ方向に長く配置される支持ロッドと、前記支持ロッド上に配置されており、前記貫通ホールまたは凹部が前記高さ方向に延びる位置に貫通ホールが形成される支持プレートと、前記支持プレートを貫通するように設置され、端を介して前記スライドプレートに加圧力を提供する加圧スクリューと、を含むことができる。
【００１９】
前記加圧スクリューと前記支持プレートとの間に設けられ、前記パターンの枠は、前記パターンの枠と前記ベースプレートとの間に配置されるフィルムに加える力をセンシングする力センサをさらに含むことができる。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器の製造方法では、前記多焦点超音波変換器の製造装置による製造方法として、前記パターンの枠と前記ベースプレートとの間に、ＣＣＰ、ＰＶＤＦフィルム、およびテフロン（登録商標）フィルムを順に積層する段階と、前記加圧スクリューを用いて前記パターンの枠を、前記積層されたフィルムに球状のパターンを形成する段階と、前記多焦点超音波変換器の製造装置を反転させて、テフロン（登録商標）チューブを前記ベースプレートの貫通ホールに挿入し、非伝導性接着剤を前記テフロンチューブに注入する段階と、球状のパターンが形成された積層されたフィルムを設定の温度で設定の時間加熱する段階と、完成された前記超音波生成フィルムを外部ハウジングの内部に設置して組み立てる段階と、を含むことができる。
【００２１】
前記加熱段階が完了した積層されたフィルムを分離した後、前記テフロンフィルムを除去して超音波生成フィルムを得る段階をさらに含むことができる。
【００２２】
前記加熱する段階は、前記多焦点超音波変換器の製造装置から前記フィルムが分離される前に行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の多焦点超音波変換器によれば、配列変換器を適用するか、または別途の深さ方向のスキャンを実行する必要なく、ＤＯＦを拡張することができる。
また、本発明の多焦点超音波変換器の製造装置及び製造方法によれば、多焦点超音波変換器を正確、かつ容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器において、第１領域と残りの領域のそれぞれによる超音波パルス−エコー応答と周波数スペクトルを概略的に示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態に係る５つの球面領域を含む多焦点超音波変換器の端面と、それぞれの球面領域による焦点を概略的に示す図である。
【図３】図２の多焦点超音波変換器において、それぞれの焦点分布と焦点領域を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器の製造装置であるプレスフィットシステムを概略的に示す図である。
【図５】図２の多焦点超音波変換器の組み立てられた状態を概略的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器を用いた測定実験装置を概略的に示す概念図である。
【図７】図６の実験装置によって測定した結果を概略的に示す図である。
【図８】図６の実験装置によって測定した結果を概略的に示し、時間領域と周波数領域での測定結果を概略的に示す図である。
【図９】図６の実験装置によって測定した結果として、Ｂスキャンのイメージを概略的に示す図である。
【図１０】図６の実験装置によって測定した結果として、Ｃスキャンのイメージを概略的に示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器で測定された解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書に添付される図面は、本発明の好適な実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明と共に本発明の技術的思想をより容易に理解させる役割を果たし、本発明は、このような図面に記載された事項に限定されて解釈されてはならない。
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定せず、本発明の実施形態で説明している構成の全体が、本発明の解決手段として、必須的であるとは言えない。一つの実施形態に適用される構成要素は、特別な言及がなくても、他の実施形態でも適用することができる。
【００２７】
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）は、高周波超音波アプリケーションのためのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムをベースに、新しい多焦点変換器を提供する。つまり、配列変換器（ａｒｒａｙ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を適用するか、またはＤスキャンを実行する必要がなく、ＤＯＦを拡張することができる多焦点超音波変換器を提供する。既存の変換器とは異なり、提案された多焦点超音波変換器は、音響パルスを受信したとき、軸方向で同時に多焦点を生成することができる。
【００２８】
本発明では、ＰＶＤＦベースの多焦点の広帯域多焦点超音波変換器の設計、製作および評価が提示される。本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器の効果を実証するために、単焦点変換器と、多焦点変換器の両方のタイプの変換器をパルスエコー応答方法を使用して、ワイヤーファントム実験を通じてテストし、その結果を比較分析した。
【００２９】
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器では、入力された電源によって超音波を発生させる超音波生成フィルムを使用することができる。このとき、超音波生成フィルムは深さ方向に多焦点が形成できる表面の形状を有する。互いに異なるサイズの半径を有する２以上の球形領域が接続されて一つの一体型フィルムからなることができる。
【００３０】
超音波生成フィルムでは、ＰＺＴ（ｌｅａｄ  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）、ＰＭＮ−ＰＴ（ｌｅａｄ  ｎｉｏｂｉｕｍｚｉｎｅ  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）、ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯ、ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ）フィルムのような、一部のピエゾ電気材料が超音波の用途に応じて広範囲に調べた。このとき、電気機械結合係数、音響インピーダンス、誘電率、圧電係数および音速などの特性が検討された。
【００３１】
多焦点超音波変換器では、超音波生成フィルムの素材として、ＰＶＤＦを適用することができる。ＰＶＤＦフィルムの音響インピーダンス（４ＭＲａｙｌ以下）は、ピエゾセラミック及びクリスタル材料より低いが、機械的な柔軟性が優れて曲線の形に押すのが一番容易である。ＰＶＤＦの代表的な特性は、表１に記載されている。ＰＶＤＦフィルムの挿入の損失が相対的に高いのに対し、その音響インピーダンスはＰＺＴ及びＬｉＮｂＯ３材料より人体組織とさらに容易に一致するので、レイヤが一致する必要がない。また、ＰＶＤＦは、上述の材料の中で最も広い帯域幅を有し、高分解能超音波映像の生成に使用することができる。表１は、本発明の一実施形態に係る超音波生成フィルムのＰＶＤＦフィルムの特徴である。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
本発明では、測定される対象物の深さ方向に集中した変換器（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の焦点領域を拡張するために、焦点領域に影響を与える様々なパラメータを決めることが必要である。ＰＶＤＦを超音波生成フィルムとして使用する多焦点超音波変換器のパラメータは、ＫＬＭ（Ｋｒｉｔｈｏｌｚ−Ｌｅｅｄｏｍ−Ｍａｔｔｈａｅｉ）モデルベースのシミュレータを使用して設計された。このとき、焦点領域は集中変換器のために設計された。焦点領域の長さは、多焦点変換器のために適切に構成することができる。次に、多焦点変換器のプロファイルが決められる。集中変換器のパラメータは、f#=R/D、 N=(D^2* fc)/4c、SF=R/N、Fz=N*SF^2*2/(1+SF/2)、δL=1.02c*f#/fc、δA=SPL/2の関係式のように決められる。
【００３４】
ここで、Ｒは変換器の焦点の長さであり、Ｄは、変換器の前端の直径、ｆ＃はｆ−数、ｃは、負荷媒体での音速度、ｆｃは変換器の中心周波数であり、δＬは変換器の横方向分解能であり、δＡは軸方向分解能であり、ＳＰＬは、空間波長の長さ、Ｎは変換器の空間パルスの長さ、Ｎは変換器のニアフィールド（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ）、ＳＦはノーマルライズド焦点の長さ、Ｆｚは変換器の焦点領域である。
【００３５】
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器は、超音波を生成する超音波生成フィルムを備え、超音波生成フィルムは、それぞれ互いに異なる半径の球形状が連続した一つのフィルムからなることができる。このとき、超音波生成フィルムは、第１領域と第２領域とを含み、第１領域は、第１半径を有する球の一部分として円形投影形状を有することができる。第２領域は、第１領域と連続し、第１半径と異なる第２半径を有する球の一部分としてリング形状を有することができる。
【００３６】
したがって、１つの連続したフィルムによってなされる超音波生成フィルムによって複数の焦点が形成される。このとき、複数の焦点が測定の対象物の深さ方向に配列されて、焦点領域はその深さ方向への延長が可能になる。
【００３７】
このとき、第２領域の焦点が第１領域の中心から第１領域の焦点の延長線上の焦点ラインに位置することができる。それに応じて、同じ形状の条件下で、焦点領域が測定対象物の深さ方向に深く延長される。
【００３８】
このとき、第１領域と第２領域は、実質的に同一のサイズの面積を有することができる。この場合に、第１領域の焦点で第１領域によって形成されるエネルギーのレベルと第２領域の焦点で第２領域によって形成されるエネルギーのレベルが実質的に同一になるように、様々な設計変数を設計することができる。
【００３９】
この場合に、第１領域によって、第１領域の第１焦点の周りに焦点線に沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第１焦点領域が形成され、第２領域によって第２領域の第２焦点の周りに焦点線に沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第２焦点領域が形成される。このとき、第１焦点領域と第２焦点領域は一部重畳、または連続して形成することができる。
【００４０】
このとき、多焦点超音波変換器は、互いに異なる球状の直径を持って、深さ方向に配列される焦点を有する２つの領域を含むことができる。
他の実施形態として、超音波生成フィルムは、第２領域と連続し、第２半径と異なる、またはより大きな第３半径を有する球の一部分として、リング形状を有する第３領域をさらに含むことができる。このとき、第２領域の焦点で第２領域によって形成されるエネルギーのレベルと第３領域の焦点で第３領域によって形成されるエネルギーのレベルは実質的に同一のレベルを有することができる。
【００４１】
第１領域乃至第３領域のそれぞれの焦点の周りに焦点線に沿って一定のエネルギーレベルよりサイズが大きい領域である各々の焦点領域が形成され、第１焦点領域と第２焦点領域は一部重畳、または連続して形成することができる。
【００４２】
このとき、第１領域の第１焦点と第２領域の第２焦点との間の距離と、第２領域の第２焦点と第３領域の第３焦点との間の距離は、実質的に同一の距離を有することができる。
【００４３】
ただし、本発明はこれに限定されず、超音波生成フィルムが延長される同じ焦点ライン上に存在する各々の焦点を持つ３つ、またはそれ以上の、例えば、５つまたは７つの球形領域を有し、深さ方向に延長された焦点領域を有することができる。一方、図２及び図３に示された実施形態では、５つの球形領域Ｓ１〜Ｓ５の共通の焦点ライン上に一定の間隔ｂに離隔された５つの焦点Ａ１〜Ａ５によって拡張された焦点領域Ｆｚを有する。
【００４４】
このとき、第１領域Ｓ１は、第１半径Ｒ１を有する球の一部分として、円形投影形状を持つ領域になり、第２領域Ｓ２と、次に配置される領域Ｓ３〜Ｓ５は、それぞれ、ますます大きくなる半径Ｒ２〜Ｒ５は球の一部分として、リング形状を有することができる。また、第２領域乃至第５領域Ｓ２〜Ｓ５の面積は実質的に同一であり、それぞれの焦点Ａ１〜Ａ５の間の距離が一定になるように設計することができる。このとき、それぞれの焦点Ａ１〜Ａ５で形成される焦点領域Ｆｚは一部重畳するように設計して、焦点ライン上でエネルギーレベルの大きさの偏差を減らすことができる。
【００４５】
図１は、本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器における第１領域と残りの領域のそれぞれによる超音波パルス−エコー応答と周波数スペクトルを概略的に示すグラフである。図示されたグラフは、ＰＶＤＦ超音波生成フィルムを使用して、５０ＭＨｚの超音波によるパルス−エコー応答（実線）と、それらの周波数スペクトル（点線）のシミュレーション結果として、（ａ）は、単焦点変換器によるものであり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る多焦点変換器による第２領域のシミュレーション結果である。第１領域の場合は、図面の単焦点変換器によるシミュレーション結果と類似しており、第３領域以上の領域では、第２領域のシミュレーション結果と類似の結果を示す。
【００４６】
この時、図１は、ＢｉｏＳｏｎｏＫＬＭ（Ｋｒｉｍｈｏｌｔｚ−Ｌｅｅｄｏｍ−Ｍａｔｔｈａｅｉ）シミュレーション結果を示す。単焦点変換器の中心周波数と−６ｄＢ帯域幅は、それぞれ５０ＭＨｚと６６％に予想され、多焦点変換器の周波数は５０ＭＨｚと６８％に設計された。集中変換器のパラメータ関係式では、５０ＭＨｚの中心周波数で単焦点変換器の焦点長さは１０ｍｍ、間隙直径は９ｍｍ、水での拡散速度は１５４０ｍ／ｓである。焦点領域は０.４１ｍｍであり、側面分解能は４７μｍである。この焦点領域を効果的に拡張するために、様々な焦点領域を有する多焦点変換器が適用された。このような焦点領域は少し重畳して続けて焦点の深さを生成することができる。
【００４７】
焦点領域を４.３ｍｍまで拡張するために、本発明の一実施形態に係る超音波生成フィルムは、５つの焦点の多焦点変換器が設計された。このような焦点は、軸方向に１ｍｍ（ｂ＝１ｍｍ）の間隔で分布された。多焦点変換器の前面は、同じ面積の５つの部分に分かれた。各部分は、それぞれ半径Ｒｉと高さＨｉの球面の表面で構成された。図２は、多球面プロファイルの構造を示す。
【００４８】
図２は、本発明の一実施形態によって、同じ面積を有する５つの異なる球面領域を含む多焦点超音波変換器の端面と、それぞれの球面領域による焦点の分布を概略的に示す図である。図３は、図２の多焦点超音波変換器におけるそれぞれの焦点の分布と焦点領域を概略的に示す図である。
【００４９】
それぞれの焦点領域内に位置している点Ｐ（ｘｉ、ｚｉ）では、所望する品質のイメージを得ることができるようになる。このとき、ｘｉはＸ軸上の距離を示し、ｚｉは点ＰのＺ軸上の深さを示す。
【００５０】
多焦点変換器の表面のパラメータは、次のように定義することができる。
各領域の球の半径（焦点距離）：Ｒ１＝Ａ１Ｎ０＝Ａ１Ｋ１、Ｒ２＝Ａ２Ｋ２＝Ａ２Ｋ１、Ｒ３＝Ａ３Ｋ３＝Ａ３Ｋ２、Ｒ４＝Ａ４Ｋ４＝Ａ４Ｋ３、Ｒ５＝Ａ５Ｋ５＝Ａ５Ｋ４。
各領域の開口直径：Ｄｉ＝２ＮｉＫｉ＝２ＲｉＳｉｎαｉ、ｉ＝１ｔｏ５。
それぞれの球形部分の高さ：ｈｉ＝ＮｉＮｉ−１、ｗｈｅｒｅ、ｉ＝１ｔｏ５。
それぞれの焦点の間の距離：ＡｉＡｉ＋１＝ｂ、ｉ＝１ｔｏ４。
パラメータの値は、次のように選択することができる。
Ｒ１＝１０ｍｍ、ｂ＝１ｍｍ、Ｄ１＝４ｍｍ、Ｒ１＝１０ｍｍ、Ｒ２＝１０．９８ｍｍ、Ｒ３＝１１．９５ｍｍ、Ｒ４＝１９．９１ｍｍ、Ｒ５＝１３．８６ｍｍ、Ｄ１＝４ｍｍ、Ｄ２＝５．６２ｍｍ、Ｄ３＝６．８８ｍｍ、Ｄ４＝７．９２ｍｍ、Ｄ５＝８．８４ｍｍ、ｈ１＝０．２ｍｍ、ｈ２＝０．１８ｍｍ、ｈ３＝０．１６ｍｍ、ｈ４＝０．１５ｍｍ、ｈ５＝０．１４ｍｍ、α１＝１１．５３°、α２＝１４．８６°、α３=１６.７３°、α４=１７.８７°、α５=１８.５９°
【００５１】
多焦点変換器の焦点の長さは、接続された多数の焦点領域によって拡張される。この焦点は、焦点の周りの多くの他の球によって生成された。各球面の形状は、図３の（ａ）のように一つの焦点に寄与する。多焦点変換器は、Ｘ軸に沿って移動してデータを得ることができる。Ｐ（ｘｉ、ｚｉ）地点がＳｉ球の音響フィールドに位置する場合（Ｓｉはｐａｒｔ  ｉ、ｉ＝１〜５という）、検出された信号は、Ａｉ焦点に寄与しなければならない。Ｓｉの焦点距離はＲｉである。多焦点球の各部分は、各焦点領域で信号を検出することができ、これは、図３の（ｂ）に示されている。例えば、領域ｉは焦点領域Ｆｚｉで信号を感知することができる。焦点領域ＦｚｉのＡｉ地点の周辺に位置する個体が、最高のイメージを取得する。焦点領域の外部に位置する対象に、相対的にぼんやりしたイメージが表示される。
【００５２】
第１領域Ｓ１は、ｚｉ＞Ｒ１がある地点Ｐでは良好なイメージのキャプチャが困難であることがある。その結果、他の球は、画像の長い深さに対する良いイメージを得るために、互いに異なる焦点の深さに設計された。この変換器の総焦点距離Ｆｚは、すべての個別焦点領域の構成要素Ｆｚｉの合計になることができる。隣接焦点間の間隔を避けるために、各焦点領域と二焦点の間の距離を慎重に計算した。
【００５３】
図３の（ｂ）の各焦点のパラメータは、集中変換器のパラメータ関係式を使用して計算され、表２に示したとおりである。したがって、多焦点変換器の総フィールドの深さは焦点領域４.３ｍｍの合計となる。この値は、４.３ｍｍより小さいか、または同じ深さの対象を配置すれば、変換器が、この物体から長い深さの良好なイメージを得ることができることを示す。
表２は、５つの焦点、２つの焦点の間の距離がｂ＝１ｍｍ、各部分の中心周波数はｆｃ＝５０ＭＨｚであるＭＦＰ変換器の推定パラメータである。
【００５４】
【表２】
2020078042.tif 000004
【００５５】
図４は、本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器の製造装置であるプレスフィットシステムを示す図である。（ａ）は、多焦点変換器の超音波生成フィルムを製造するためのプレスフィットシステムの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に基づいて製作されて使用された実際のプレスフィットシステムの写真である。（ｃ）は、プレスフィットシステムの各構成要素を示す分離斜視図として、それぞれの構成要素は、ベースプレートＢＰ／支持ロッドＲｄ１／スクリューＳＣ１と、テフロン（登録商標）Ｔ／ＰＶＤＦフィルムＰＶＤＦ／ＣＣＰ（ ｃｏｐｐｅｒ−ｃｌａｄ  ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ）と、加圧プレートＰＰ／スクリューＳＣ２と、弾性部材としてのスプリングＥＳＰと、多焦点パターンの枠ＭＳＰと、スライドプレートＳＰ／ロッドＲｄ２と、力センサＳＦ／支持プレートＳＴＰと、トッププレートＴＰ／スクリューＳＣ３と、加圧スクリューＦＳと、を示す。（ｄ）は、端部に超音波生成フィルムの形成のために、５つの球面領域を含む多焦点パターンの枠ＭＳＰを示す。（ｅ）は、多焦点パターンの枠ＭＳＰの写真である。
【００５６】
このように、多焦点超音波変換器の製造装置は、ベースプレートＢＰと、スライドプレートＳＰと、多焦点パターンの枠ＭＳＰと、支持ロッドＲｄ１と、支持プレートＳＴＰと、加圧スクリューＦＳと、を含むことができる。
【００５７】
ベースプレートＢＰは、中央部に多焦点パターンの枠ＭＳＰの端部、すなわちパターン部が収容される円形の貫通ホールまたは凹部が形成されている。スライドプレートＳＰは、ベースプレートＢＰ上に弾性支持されてベースプレートＢＰ方向に加圧することができる。多焦点パターンの枠ＭＳＰは、スライドプレートＳＰの下面に設置されてスライドプレートＳＰと共に移動し、ベースプレートＢＰの貫通ホールまたは凹部に挿入される端部に超音波生成フィルム１２の互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域に対応するパターンを形成することができる。
【００５８】
支持ロッドＲｄ１はベースプレートＢＰの四角の角部分のそれぞれに４つが実質的に同じ長さを有し、高さ方向に長く配置することができる。支持プレートＳＴＰは、支持ロッドＲｄ１上に配置され、貫通ホールまたは凹部が高さ方向に延びる位置に貫通ホールを形成することができる。加圧スクリューＦＳは、支持プレートＳＴＰを貫通するように設置され、端を介してスライドプレートＳＰに押圧力を提供することができる。
このとき、スライドプレートＳＰは、ベースプレートＢＰ上に４つのロッドＲｄ２によって支持され、ロッドＲｄ２とベースプレートＢＰとの間には、スプリングＥＳＰによって弾性支持される。
【００５９】
力センサＳＦは、加圧スクリューＦＳと支持プレートＳＴＰとの間に設置され、パターンの枠ＭＳＰがパターンの枠ＭＳＰとベースプレートＢＰとの間に配置されるフィルムに加える力をセンシングすることができる。
【００６０】
一方、支持プレートＳＴＰ上にはトッププレートＴＰがスクリューＳＣ３で支持ロッドＲｄ１上に設置されて、全体的なプレスフィットシステムを支持することができる。
【００６１】
図５は、図４の製造装置によって製造された超音波生成フィルムを含む多焦点超音波変換器の組み立て状態を概略的に示す図である。（ａ）は、多焦点変換器を長さ方向に切った図面を示し、その一部が拡大されている。（ｂ）は、（a）の超音波変換器の写真を示している。
本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器は、ハウジング１１と、超音波生成フィルム１２と、第１電極層１３と、第２電極層１４と、コネクタ１８と、を含むことができる。
【００６２】
ハウジング１１は、中空のシリンダー形状を有し、かつ超音波生成フィルム１２を含む他の構成要素を支持している。超音波生成フィルム１２は、互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域が接続されて一つの一体型フィルムからなり、ハウジング１１の一端の開口部に凹部が外部に向けて設置されて超音波を生成する。
第１電極層１３は、超音波生成フィルム１２の凹面に超音波生成フィルム１２の凹面の形状に沿って形成される。第２電極層１４は、超音波生成フィルム１２の凸面に超音波生成フィルム１２の凸面の形状に沿って形成される。コネクタ１８は、電源線１６が第２電極層１４の凸面の凸部の端部から延長されて接続され、ハウジング１１の他の一端の開口部に締結される。
【００６３】
第１電極層１３と第２電極層１４は、電源線１６を介して供給される電源を超音波生成フィルム１２に印加して、超音波が生成されるようにし、対象物から戻ってくるエネルギーが超音波生成フィルム１２を介して入力されて、電源線１６を介して外部に出力し、その信号からイメージを認識するようになる。
【００６４】
ハウジング１１は、外部ハウジングと内部ハウジングとを含み、外部ハウジングは、中空のシリンダー形状を有し、超音波生成フィルム１２を含む他の構成要素を支持している。内部ハウジングは、外部ハウジングの内面にシリンダー形状に挿入され、前記超音波生成フィルム１２の端部分を外部ハウジングの一端の開口部方向に支持している。
第１電極層１３は、金および／またはクロムを含んで形成され、第２電極層１４は、銅クラッドポリイミドを含んで形成される。超音波生成フィルム１２は、ＰＶＤＦを含んで形成されるＰＶＤＦフィルムになることができる。
【００６５】
また、外部ハウジングの内部の超音波生成フィルム１２の内側の部分に非伝導性接着剤を満たすことができる。このとき、非伝導性接着剤は、エポキシを含む。
外部ハウジングの一端に外部ハウジングの端がシリンダの中心軸方向に延在する仕上げ部が形成され、仕上げ部の内面に超音波生成フィルムの端部が接触して支持されている。このとき、仕上げ部の開口部を介して超音波生成フィルム１２の球形領域が露出される。このとき、超音波生成フィルム１２の超音波が出力される球形領域のみ仕上げ部の開口部を介して外部に露出され、残りの部分は、仕上げ部によって覆われる。また、仕上げ部の外側にはパリルレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）のような成分が塗布されて、超音波ロスを低減するインピーダンスマッチング部が形成される。
【００６６】
多焦点変換器の利点を実証するために、単焦点変換器と多焦点変換器の両方のタイプの９μｍＰＶＤＦ焦点変換器がプレスフィット装置を使用して設計及び製造された。このとき、単焦点変換器は、活性要素の単一球面形状に対して半径１０ｍｍを形成する鋼ボールベアリングを使用してプレスフィット装置を用いて製作された。
【００６７】
一方、本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器の製造方法は、製造装置（図４）によって変換器を製造する方法として、積層段階と、フィルムパターン形成段階と、接着剤の注入工程と、加熱段階と、組み立て段階とを含むことができる。
【００６８】
積層段階では、多焦点パターンの枠ＭＳＰとベースプレートＢＰとの間に、ＣＣＰ、ＰＶＤＦフィルム、およびテフロンフィルムＴを順に積層することができる。フィルムパターン形成段階では、加圧スクリューＦＳを利用して、多焦点パターンの枠ＭＳＰに積層されたフィルムに球状のパターンを形成する。
【００６９】
接着剤注入段階では、多焦点超音波変換器の製造装置（図４参照）を反転させて、テフロンチューブをベースプレートＢＰの貫通ホールに挿入し、非伝導性接着剤をテフロンチューブに注入して、シリンダチューブ状に接着剤を挿入して超音波生成フィルム１２をハウジング１１の内部で支持するようにする。このとき、外部ハウジングの内部に挿入されるシリンダチューブ形状の内部ハウジングが形成されることもある。
【００７０】
加熱段階では、球状のパターンが形成された積層されたフィルムを設定の温度で設定の時間加熱することができる。組み立て段階では、完成された超音波生成フィルム１２を外部ハウジングの内部に設置して組み立てることができる。
【００７１】
このとき、加熱段階は、完了した積層されたフィルムを分離した後、テフロンフィルムを除去して、超音波生成フィルムを得る段階をさらに含むことができる。また、加熱段階は、多焦点超音波変換器の製造装置からフィルムが分離される前に行われ、製造装置内で共に行うことができる。
【００７２】
多焦点変換器の製作過程は、二段階に分けた。最初の段階では、プレスフィットシステムを使用して、活性要素の多球形を形成する。ＣＣＰ、ＰＶＤＦフィルム、およびテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）はそれぞれ４Ｘ４ｃｍの大きさに製作することができる。ＰＶＤＦフィルムとＣＣＰは一滴のエポキシ（例えば、ＥＰＯ  ＴＥＫ  ３０１）によって結合された。テフロンフィルムをＰＶＤＦフィルムの表面に配置して、表面を保護すると共に、プレスフィットシステムの球形パターンを押して、膜が破れないようにすることができる。３つのフィルムで構成されたグループが中央ホールのベースプレートの表面に配置される。ベースプレートは、標準アセンブリを形成するために、４つのロッドが付着された。
【００７３】
加圧プレートＳＴＰは、４つのロッドを介してこのようなフィルムに配置され、４つのネジでベースプレートに固定することができる。マルチ球形パターン（図４の（ｅ））に取り付けられたスライドプレートＳＰは、この４つのロッドに接続されて、これらのプレートの穴の集中度を確保することができる。このようなスプリングは、焦点を押している間、振動を減らすのに役立つことができる。
【００７４】
力センサからの力の値を最適化するために、活性要素の表面張力を管理することができる。トッププレートは、ネジで下のプレートに固定することができる。力センサは、ディスプレイ装置とコントロールユニットの電源供給装置に接続することができる。六角バーレンチは力ネジを回すために使用することができる。力センサと多球面のパターンが下に移動して、フィルムのグループに均一な圧力がかかって、フィルムのグループが平面形状から球状に変化することができる。
【００７５】
このようなフィルムを押した後、プレスフィットシステムを反転させてテフロンチューブをベースプレートの中央の穴に挿入した後、非伝導性エポキシをテフロンチューブに注入して球状膜形状を維持することができる。プレスフィットシステムは３時間の間６５℃の熱いオーブンに入れて硬化することができる。
【００７６】
硬化時間の後、前記プレスフィットシステムは、ＣＣＰ及びＰＶＤＦフィルムが接合されたエポキシプラグ（内部ハウジングになることができる）を含む音響スタックをとるために分解することができる。次に、テフロンフィルムは音響スタックから除去することができる。
第二段階は、変換器ハウジングに音響スタックを組み立てることができる。ＣＣＰ及びＰＶＤＦフィルムは、エポキシプラグとできる限り近く整えことができる。次に、電源線１６をＵＨＦコネクタの中央ピンに接続することができる。音響スタックは、変換器ハウジングと集中的に配置することができ、地面の経路を形成するために、銀エポキシを通じてＰＶＤＦフィルムの面積の一部分をハウジングと接続することができる。変換器が長く電気的、機械的に安定性を維持するために、ハウジングの内部のオープンスペースに非伝導性エポキシ１７を接着剤として満たすことができる。エポキシが硬化した後、活性要素の電極がハウジングの変換器を介してＵＨＦコネクタに接続することができる。
【００７７】
このとき、超音波の損失を最小限にするために、別途の電気インピーダンスマッチング部がハウジングの内部に挿入された後、非伝導性エポキシで満たすことができる。４分の１パリルレン厚のパリルリンが、表面と一致する層として機能するように、変換器の前面でスパッタリングされ、ピエゾ電気と負荷媒体との間の音響エネルギー伝達を確保するようにできる。図５の（ａ）には、製作構成要素が含まれた多焦点変換器の断面が示されている。完成された多焦点変換器の写真は、図５の（ｂ）に示されている。
【００７８】
図６は、本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器を使用したワイヤファントム測定実験装置を概略的に示した図である。図７は、図６の実験装置によって測定したワイヤファントムテストを概略的に示した図である。
【００７９】
多焦点変換器は、コンピュータ制御遠隔パルス／受信器に接続することができ、５０Ωの減衰および３μＪエネルギーあたり２００Ｈｚの電気的刺激によって作動することができる。多焦点変換器のパルスエコーと周波数スペクトルと、を測定するために、焦点の地点にターゲットとしてガラス板／ワイヤファントムを配置することができる。反射された波形は、５ＭＨｚの高域通過フィルタと５００ＭＨｚの低域通過フィルタと、を備えた５００ＭＨｚの帯域幅受信器によって受信され、５００メガのサンプルのサンプリング周波数にデジタル化された。
【００８０】
また、８ビットのデジタイザによってデジタル化された。多焦点変換器の動きは、ステッピングモータによって制御され、汎用モーションコントローラ／ドライバによって駆動された。ＬａｂＶｉｅｗプログラムが上述のすべてのプロセスを管理するために開発された。ＰＣによって制御されるスキャンの段階は、ｘ軸に沿って移動してＢスキャン及びＣスキャンのイメージを獲得した。
【００８１】
実験対象となるファントムの７つのワイヤが軸方向では１ｍｍ、側方向では１ｍｍの同じ距離で斜めに配列されている（図７の（ａ））。電線は、水に浸して側面にスキャンされた。ワイヤで反射されたエコー信号は、ビームプロファイルを構成して、水平方向にビームのサイズの決定に使用された。データは、イメージの処理のためにＭＡＴＬＡＢベースのソフトウェアにインポートして処理された。
【００８２】
パルスエコー実験は音響焦点に配置されたガラス板を使用して水タンクに適用された。変換器のパルス−エコー応答及び周波数スペクトルは、図８に示した。
【００８３】
図８は、図６の実験装置によって測定した結果を概略的に示した図であり、時間領域と周波数領域での測定結果を概略的に示している。ここで、（ａ）は、単焦点変換器Ｔ１に関するものであり、（ｂ）は、３つの焦点Ｐ１〜Ｐ３を有する多焦点変換器Ｔ２に関するものであり、（ｃ）は、５つの焦点Ｐ１〜Ｐ５を有する多焦点変換器Ｔ３に関するものである。表３は、３つの操作された変換器のシミュレーション及び測定の特性比較を要約する。単焦点変換器Ｔ１は、単一焦点変換器であり、Ｔ２−Ｐｉ（ＭＦＰ）は、多焦点変換器Ｔ２のｉ（ｉ＝１〜３）部分、Ｔ３−Ｐｊ（ＭＦＰ）は、多焦点変換器Ｔ３のｉ（ｉ＝１〜５）である。一般的に、実験測定は、シミュレーション結果とほぼ一致した。測定された中心周波数ｆｃ側面で、単一焦点変換器Ｔ１は、最も高い値を算出し、二つの多焦点変換器Ｔ２、Ｔ３の変換器は、シミュレーションより若干低かった。−６ｄＢで測定した帯域幅の場合に、変換器Ｔ３は、シミュレーションに比べて帯域幅が狭くなったのに対し、二変換器Ｔ１とＴ２の帯域幅は、シミュレーションより広かった。
【００８４】
【表３】
2020078042.tif 000005
【００８５】
図９は、図６の実験装置によって測定した結果として、Ｂスキャンのイメージが示されている。（ａ）は、単焦点変換器Ｔ１に関するものであり、（ｂ）は、３つの焦点Ｐ１〜Ｐ３を有する多焦点変換器Ｔ２に関するものであり、（ｃ）は、５つの焦点Ｐ１〜Ｐ５を有する多焦点変換器Ｔ３に関するものである。
【００８６】
ワイヤファントムの映像は、単一および多焦点変換器を使用して取得された。それらの深さを評価して比較した。単焦点変換器のＢスキャンとＣスキャンの映像は、多焦点変換器の性能を評価するための参照として使用された。図９は、３つの変換器Ｔ１、Ｔ２及びＴ３のＢモードスキャンの映像を示している。変換器の焦点領域に配置されたワイヤは、映像の明るい点を獲得した。それでなければ、映像にぼやけた点が表示される。ここで多焦点変換器Ｔ３だけが十分な７つの明るい点を示し、これはより深いイメージのための長い焦点地域を示す。
【００８７】
図１０は、図６の実験装置によって測定した結果として、Ｃスキャンのイメージが示されている。（ａ）は、単焦点変換器Ｔ１に関するものであり、（ｂ）は、３つの焦点Ｐ１〜Ｐ３を有する多焦点変換器Ｔ２に関するものであり、（ｃ）は、５つの焦点Ｐ１〜Ｐ５を有する多焦点変換器Ｔ３に関するものである。
【００８８】
図１０の（ａ）では、単焦点変換器Ｔ１の焦点領域は、０.４１ｍｍであり、２つのワイヤの距離は１ｍｍであるため、取得された映像は、焦点にのみワイヤが示された。（ｂ）のイメージは、ワイヤファントムモデルの中央に３つのワイヤだけが表示された。多焦点変換器Ｔ２の焦点領域が３ｍｍであるため、焦点領域外の他の電線は、イメージングすることができなかった。しかし、（ｃ）に示したように、５つの焦点を持つ多焦点変換器Ｔ３が中央に明らか５つのワイヤのあるイメージを生成した。二番目のワイヤから６番目のワイヤまでの距離が４ｍｍであり、多焦点変換器Ｔ３の焦点領域が４.３ｍｍということに注意しなければならない。したがって、焦点領域に配置された５つの中心線は、焦点領域の外部にある２つのワイヤより明るくイメージングされた。
【００８９】
図１１は、本発明の一実施形態に係る多焦点超音波変換器で測定された解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を示す図である。（ａ）には、横方向の明るさのプロファイルが示されており、（ｂ）には、軸方向の明るさのプロファイルが示されている。
【００９０】
図１１に示したように、５つの焦点を持つ多焦点変換器Ｔ３の分解能を測定し、分解能は変換器の焦点の深さで、Ｂスキャンモードで測定された。ワイヤターゲットでパルス強度ＰＩＩを計算した。５つの焦点を持つ多焦点変換器の側面解像度は、該当断面のプロファイルおよびワイヤの直径の半値全幅（ＦＷＨＭ、−６ｄＢ）に測定された。前記側面分解能はそれぞれ１５６μｍ、１０８μｍ、１１３μｍ、１３５μｍ、および１３０μｍに測定された。５つの焦点を持つ多焦点変換器の軸分解能はそれぞれ６６μｍ、６１μｍ、６５μｍ、６６μｍの半値全幅（ＦＷＨＭ、−６ｄＢ）に検出された。測定された軸方向の分解能は、ワイヤの背後で影として観察された尾がある。多焦点変換器の製作技術もパルスエコー応答の周波数、ノイズ、分解能、および振幅のような変換器の品質に影響を与えることができる。
本発明によれば、多焦点変換器は、ＢスキャンおよびＣスキャンモードで映像の長い深さを得ることが立証された。また、深さのスキャンや複雑なＳＡＦＴ技法を適用することなく、より大きな深さの映像の焦点領域を拡張する機能も示している。特に提案された５つの多焦点変換器は、軸方向に５つの焦点領域を同時に生成することができる。
【００９１】
本発明によれば、多焦点変換器の新しい設計、製作、および特性化は、単焦点変換器によって生成されたものと比較すれば、焦点領域を大幅に増加させた。提案された多焦点変換器の焦点領域は４.３ｍｍであり、ワイヤファントムのイメージングで証明された。本発明によって開発された方法は、変換器の焦点数を増加させて、より大きな焦点領域の拡張に使用することができる。多重球面パターンのプロファイルは、ＣＮＣマシンによって容易に、かつ正確に実現することができる。したがって、多焦点変換器は、広範なフィールドアプリケーションで映像を撮影することができる可能性が大きい。
【００９２】
以上で、本発明の実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに限定されず、様々な変形や応用が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲で多くの変形が可能であることを当業者は容易に理解できる。
【図１】
2020078042.tif 000006
【図２】
2020078042.tif 000007
【図３】
2020078042.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020078042.tif 000013
【図９】
2020078042.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月5日(2019.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半径を有する球の一部分として円形投影形状を有する第１領域と、
第１領域と連続し、第１半径とは異なる第２半径を有する球の一部分として、リング形状を有する第２領域と、を含む超音波生成フィルムによって超音波を生成し、
前記第２領域の焦点は前記第１領域の中心から前記第１領域の焦点の延長線上の焦点ラインに位置し、
超音波生成フィルムは一つの連続したフィルムからなることを特徴とする多焦点超音波変換器。
【請求項２】
前記第１領域と前記第２領域の面積の大きさは実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の焦点超音波変換器。
【請求項３】
前記第１領域の焦点において、前記第１領域によって形成されるエネルギーレベルと、前記第２領域の焦点において、前記第２領域によって形成されるエネルギーレベルは、実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項４】
前記第１領域によって前記第１領域の第１焦点の周りに前記焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルよりサイズが大きい領域である第１焦点領域が形成され、
前記第２領域によって前記第２領域の第２焦点の周りに前記焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルよりサイズが大きい領域である第２焦点領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項５】
前記第１焦点領域と前記第２焦点領域は、一部重畳または連続して形成されることを特徴とする請求項４に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項６】
前記超音波生成フィルムは、
第２領域と連続し、第２半径と異なる第３半径を有する球の一部分としてリング形状を有する第３領域をさらに含み、
前記第３領域の焦点は、前記第１領域の中心から前記第１領域の焦点の延長線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項７】
前記第２領域と前記第３領域の面積は、実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項８】
前記第２領域の焦点において、前記第２領域によって形成されるエネルギーレベルと、前記第３領域の焦点において、前記第３領域によって形成されるエネルギーレベルは、実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項９】
前記第１領域の第１焦点と前記第２領域の第２焦点との間の距離と、
前記第２領域の第２焦点と前記第３領域の第３焦点との間の距離は、実質的に同一であることを特徴とする請求項６に記載の焦点超音波変換器。
【請求項１０】
中空のシリンダ形状の外部ハウジングと、
互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域が接続されて一つの一体型フィルムからなり、前記外部ハウジングの一端の開口部に凹部が外部に向けて設置されて、超音波を生成する前記請求項１乃至９のうちのいずれか一項の超音波生成フィルムと、
前記超音波生成フィルムの凹面に超音波生成フィルムの凹面の形状に沿って形成される第１電極層と、
前記超音波生成フィルムの凸面に超音波生成フィルムの凸面の形状に沿って形成される第２電極層と、
電源線は前記第２電極層の凸面の凸部の端部から延長されて接続され、前記外部ハウジングの他の一端の開口部に締結されるコネクタと、を具備することを特徴とする多焦点超音波変換器。
【請求項１１】
前記外部ハウジングの内面にシリンダ形状で挿入され、前記超音波生成フィルムの端部分を前記外部ハウジングの一端の開口部方向に支持する内部ハウジングをさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１２】
前記外部ハウジングの内部の前記超音波生成フィルムの内側部分に非伝導性接着剤が満たされることを特徴とする請求項１０に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１３】
前記外部ハウジングの一端に前記外部ハウジングの端がシリンダの中心軸方向に延長さる仕上げ部が形成され、
前記仕上げ部の内面に前記超音波生成フィルムの端部が接触することを特徴とする請求項１０に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１４】
前記仕上げ部の開口部を介して前記超音波生成フィルムの前記２つ以上の球形領域が露出されることを特徴とする請求項１３に記載の多焦点超音波変換器。
【請求項１５】
中央部に円形の貫通ホールまたは凹部が形成されたベースプレートと、
前記ベースプレート上に弾性支持され、前記ベースプレート方向に加圧されるスライドプレートと、
前記スライドプレートの下面に設けられ、前記スライドプレートと共に移動され、前記貫通ホールまたは凹部に挿入される端部に前記請求項１乃至９のうちのいずれか一項の超音波生成フィルムの互いに異なるサイズの半径を有する２つ以上の球形領域に対応するパターンが形成されるパターンの枠と、
前記ベースプレートの四角の角部分のそれぞれに実質的に同じ長さを有し、且つ高さ方向に長く配置される支持ロッドと、
前記支持ロッド上に配置され、前記貫通ホールまたは凹部が前記高さ方向に延長される位置に貫通ホールが形成される支持プレートと、
前記支持プレートを貫通するように設置され、端を介して前記スライドプレートに加圧力を提供する加圧スクリューと、を具備することを特徴とする多焦点超音波変換器の製造装置。
【請求項１６】
前記加圧スクリューと前記支持プレートとの間に設置され、
前記パターンの枠が、前記パターンの枠と、前記ベースプレートとの間に配置されるフィルムに加える力をセンシングする力センサをさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の多焦点超音波変換器の製造装置。
【請求項１７】
第１６項の多焦点超音波変換器の製造装置による製造方法として、
前記パターンの枠と、前記ベースプレートとの間に、銅クラッドポリイミドフィルム、ＰＶＤＦフィルム、およびテフロン（登録商標）フィルムを順に積層する段階と、
前記加圧スクリューを用いて前記パターンの枠を、前記積層されたフィルムに球状のパターンを形成する段階と、
前記多焦点超音波変換器の製造装置を反転させて、テフロン（登録商標）チューブを前記ベースプレートの貫通ホールに挿入し、非伝導性接着剤を前記テフロンチューブに注入する段階と、
球状のパターンが形成された積層されたフィルムを設定の温度で設定された時間加熱する段階と、
完成された前記超音波生成フィルムを外部ハウジングの内部に設置して組み立てる段階と、を具備することを特徴とする多焦点超音波変換器の製造方法。
【請求項１８】
前記加熱する段階が完了した積層されたフィルムを分離した後、前記テフロンフィルムを除去して、超音波生成フィルムを得る段階をさらに具備することを特徴とする請求項１７に記載の多焦点超音波変換器の製造方法。
【請求項１９】
前記加熱する段階は、前記多焦点超音波変換器の製造装置から前記フィルムが分離される前に行われることを特徴とする請求項１７に記載の多焦点超音波変換器の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記第１領域によって前記第１領域の第１焦点の周りに前記焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第１焦点領域を形成し、前記第２領域によって前記第２領域の第２焦点の周りに前記焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第２焦点領域を形成することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記第１領域の第１焦点と前記第２領域の第２焦点との間の距離と、前記第２領域の第２焦点と前記第３領域の第３焦点との間の距離は実質的に同一の距離を有することができる。
前記第１領域乃至第３領域のそれぞれの焦点の周りに前記焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域であるそれぞれの焦点領域が形成され、前記第１焦点領域と前記第２の焦点領域が一部重畳、または連続して形成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
この場合に、第１領域によって、第１領域の第１焦点の周りに焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第１焦点領域が形成され、第２領域によって第２領域の第２焦点の周りに焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルより大きいサイズの領域である第２焦点領域が形成される。このとき、第１焦点領域と第２焦点領域は一部重畳、または連続して形成することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
第１領域乃至第３領域のそれぞれの焦点の周りに焦点ラインに沿って一定のエネルギーレベルよりサイズが大きい領域である各々の焦点領域が形成され、第１焦点領域と第２焦点領域は一部重畳、または連続して形成することができる。