(57)【要約】【課題】２Ｄアレイ振動子を備えた超音波探触子において、各振動素子の背面側において効果的なバッキングを行う。【解決手段】アレイ振動子１２の背面側には背面側部材３０が設けられている。背面側部材３０は複数の背面側素子３２からなるものである。各背面側素子３２は円筒形状を有する中空リード３６を有している。その中空リード３６を介して送信信号及び受信信号が伝送される。中空リード３６内にはバッキング材料３８が充填されている。中空リード３６の外側にもバッキング材料４０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動素子からなるアレイ振動子と、
前記アレイ振動子の背面側に設けられ、複数の振動素子に対応した複数の背面側素子からなる背面側部材と、
を含み、
前記各背面側素子は、
上方に位置する振動素子に対して信号を伝送する中空リードと、
前記中空リードの内部空間に充填され、バッキング作用を発揮する材料で構成された内部バッキング材料と、
を含むことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記中空リードは中空孔内面上に形成された導電層により構成された、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記中空リードは円筒形を有する、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波探触子において、
前記背面側部材の背面側にはチャンネルリダクション用の電子回路デバイスが設けられた、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記背面側部材は複数の内部電極層を有する多層基板であり、
前記複数の背面側素子が有する複数の中空リードは前記多層基板が有する複数の配線層への接続のために複数種類の長さを有する、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項６】
背面側部材に対して二次元配列をもって複数の中空孔を形成する工程と、
前記複数の中空孔の内面上に電極層を形成し、これにより複数の中空リードを構成する工程と、
前記複数の中空リードの内部空間にバッキング材料を充填する工程と、
前記バッキング材料の充填後に前記背面側部材とアレイ振動子とを接続する工程と、
を含むことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波探触子及びその製造方法に関し、特に、超音波振動子の背面側の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野で用いられる超音波診断装置は、超音波診断装置本体と超音波探触子（プローブ）とにより構成される。超音波探触子は、アレイ振動子を備えた振動子アセンブリを有する。一般に、振動子アセンブリにおいて、アレイ振動子の前面側には、１又は複数の整合層、及び、音響レンズ（又は保護層）、が設けられる。アレイ振動子の背面側には、バッキングが設けられる。バッキングは、アレイ振動子から背面側に放射された超音波を吸収、散乱等するものであり、超音波の多重反射によって画像が劣化しないように設けられている。
【０００３】
近時、三次元計測機能を有する超音波診断装置が普及しつつある。そのような超音波診断装置は、アレイ振動子として２Ｄアレイ振動子を備えている。２Ｄアレイ振動子は、二次元配列された複数の振動素子からなるものである。２Ｄアレイ振動子において、各振動素子に対してシグナルを供給するために、２Ｄアレイ振動子の背面に対して複数のシグナルラインが接続される。このため、２Ｄアレイ振動子の背面側に多層基板や電子デバイスが設けられる。それらは基本的にバッキング作用を有しておらず、このため背面側に出た超音波を十分に吸収等できず、超音波画像が劣化するという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３８２９号公報
【特許文献２】特開２００４−５６５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された超音波診断装置においては、２Ｄアレイ振動子の背面側に設けられたバッキングが複数のリードを有している。各リードは線状部材であり、つまり細線である。そのような構成では、シグナル伝送や電気的な結線を確実に行えない可能性を指摘できる。特許文献２に開示された超音波診断装置においては、各リードとして太いものが利用されているが、その場合には２Ｄアレイ振動子の背面側において超音波吸収作用を十分に生じさせることができない可能性を指摘できる。
【０００６】
本発明の目的は、電気的な結線や信号伝送を確実に行うことができ、かつ、効果的なバッキング作用を得られる背面構造を実現することにある。しかも、そのような背面構造を簡易に製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る超音波探触子は、複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記アレイ振動子の背面側に設けられ、複数の振動素子に対応した複数の背面側素子からなる背面側部材と、を含み、前記各背面側素子は、上方に位置する振動素子に対して信号を伝送する中空リードと、前記中空リードの内部空間に充填され、バッキング作用を発揮する材料で構成された内部バッキング材料と、を含む。
【０００８】
上記構成によれば、中空リードの内部にバッキング材料が充填されているので、各振動素子の背面側から出る超音波を効果的に減衰、吸収して超音波画像の画質を高められる。中空リードはある程度の断面積を有するから、細線リードとの比較において電気的な抵抗を引き下げることができ、それは太いリードに相当するものでもあるから、部材の位置決めが容易となり、同時に上側及び下側において電気的な接続を確実に行える。各背面側素子において、中空リードの外側に外側バッキング材料を設けるのが望ましいが、内部バッキング材料によって一定のバッキング効果が得られるのであれば、中空リードの外側に必ずしもバッキング作用を有しない材料を設けるようにしてもよい。例えば、背面部材の母材セラミック、樹脂等で構成され、そのような材料で中空リードの外側が構成されてもよい。超音波探触子は体腔内に挿入されるものであるのが望ましく、特に食道に挿入されるものであるのが望ましい。
【０００９】
望ましくは、前記中空リードは中空孔内面上に形成された導電層により構成される。中空孔はスルーホールあるいは貫通孔であってもよいが、非貫通孔であってもよい。孔を形成した上で、メッキ処理等により、その内面に一定の厚みをもった導電層を簡便に形成可能である。背面部材の上面に対して中空リード形成時に上面電極が形成されてもよいし、そのような上面電極を事前に又は事後に形成してもよい。同様に背面部材の下面に対して事前に又は事後に電極パターンが形成されてもよい。望ましくは、前記中空リードは円筒形を有する。
【００１０】
望ましくは、前記背面側部材の背面側にはチャンネルリダクション用の電子回路デバイスが設けられる。この構成では、背面部材はアレイ振動子とデバイスとの間の中継基板として機能する。すなわち、その場合においては、素子単位でのバッキング作用付き中継基板が構成される。
【００１１】
望ましくは、前記背面側部材は複数の内部電極層を有する多層基板であり、前記複数の背面側素子が有する複数の中空リードは前記多層基板が有する複数の配線層への接続のために複数種類の長さを有する。多層基板は硬質基板であってもよいし、柔軟性ある基板であってもよい。多層基板の上面側において複数の振動素子に対する電気的な接続が行われ、多層基板の下面側において電子回路デバイスに対する電気的な接続が行われるのが望ましい。
【００１２】
本発明に係る方法は、背面側部材に対して二次元配列をもって複数の中空孔を形成する工程と、前記複数の中空孔の内面上に電極層を形成し、これにより複数の中空リードを構成する工程と、前記複数の中空リードの内部空間にバッキング材料を充填する工程と、前記バッキング材料の充填後に前記背面側部材とアレイ振動子とを接続する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気的な結線や信号伝送を確実に行うことができ、かつ、効果的なバッキング作用を得られる背面構造を実現できる。そのような背面構造を簡易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る超音波探触子の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した背面側部材の水平断面を示す図である。
【図３】背面側素子の第２例を示す図である。
【図４】背面側素子の第３例を示す図である。
【図５】本発明に係る超音波探触子の製造方法を説明するための図である。
【図６】図５に示したプロセスにより作成された振動子アセンブリを示す図である。
【図７】本発明に係る超音波探触子の第２実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本発明に係る超音波探触子の要部構成が断面図として示されている。図１は超音波探触子の第１実施形態を示すものである。
【００１７】
超音波探触子は図示されていないケーブルを介して超音波診断装置本体に接続される。本実施形態における超音波探触子は体腔内挿入型の超音波探触子であり、特に経食道プローブである。経食道プローブは生体内に挿入されるプローブヘッドを有し、そのプローブヘッド内に振動子アセンブリ１０が組み込まれている。
【００１８】
振動子アセンブリ１０について詳述する。アレイ振動子１２は二次元配列された複数の振動素子１４からなるものであり、すなわち、それはいわゆる２Ｄアレイ振動子である。アレイ振動子１２の上面側すなわち図において上方にはグランド電極層１６が設けられている。そのグランド電極層１６は複数の振動素子全体に渡って設けられた薄い銅などによって構成されるシート状の部材である。振動素子１４ごとにグランド電極が設けられてもよい。ちなみに、各振動素子１４の上面側には電極層が形成されているが、それについては図示省略されている。グランド電極層１６の上面側には第１整合層１８及び第２整合層２２が形成されている。第１整合層１８は二次元配列された複数の整合素子２０により構成され、これと同様に、第２整合層２２は複数の整合素子２４により構成されている。第２整合層２２の上面側には保護層２６が設けられている。保護層２６の上面を介して超音波が送波され、また生体内からの反射波が受波される。
【００１９】
アレイ振動子１２の背面側すなわち図において下側には背面側部材３０が設けられている。本実施形態において、背面側部材３０は中継基板を構成している。背面側部材３０の下側には電子回路デバイス４２が設けられている。それは本実施形態においてＬＳＩによって構成されている。
【００２０】
背面側部材３０は複数の振動素子１４の配列と同様の配列をもった複数の背面側素子３２からなる。すなわち１つの振動素子１４に対応して１つの背面側素子３２が設けられている。各背面側素子３２は筒状の形態を有する中空リード３６を備えている。中空リード３６は背面側部材３０を上下に貫通するように設けられている。中空リード３６の上端は振動素子１４の下面側に設けられた電極２８に接続されている。そのような電極２８が背面側部材３０上に形成されていてもよい。中空リード３６の下側は電子回路デバイス４２の上面に形成された電極４６に接続されている。そのような電極４６が背面側部材３０に形成されてもよい。符号４４は電極アレイを示している。
【００２１】
各背面側素子３２において、中空リード３６の内部にはバッキング材料３８が充填されている。すなわち、それは内部バッキング材料である。バッキング材料３８は円筒形状を有している。各背面側素子３２において、中空リード３６の外側にもバッキング材料４０が設けられている。すなわち、図１に示す構成において、個々の振動素子１４の背面側には背面側素子３２が設けられ、背面側素子３２においては中空リード３６の部分を除いた部分においてバッキング作用が発揮される。これにより各振動素子１４の背面側から出た不要な超音波が効果的に減衰、吸収等される。本実施形態においては、中空リード３６が比較的大きな直径を有し、その内部にバッキング材料３８が充填されているため、振動素子１４の中央部分において積極的にバッキング作用を発揮させることができる。中空リード３６は、その水平断面上ある程度の厚みを有しており、それ全体としてかなり太いリードに相当するため、電気抵抗を低減できるとともに、中空リード３６の上面側及び下面側における部材の位置決めを容易に行うことができ、また電気的な接続を確実に行うことができる。図１に示す実施形態では、中空リード３６の外側にもバッキング材料４０が設けられていたが、その部分がセラミック、樹脂等であってもよい。
【００２２】
電子回路デバイス４２は本実施形態においてチャンネルリダクション用の電子回路を搭載している。すなわち複数の振動素子に対してグルーピングや第１回目の整層加算処理等を実行する回路を有している。電子回路デバイス４２は送信回路も備えている。このようにチャンネルリダクション機能をもった電子回路をプローブヘッド内に設けることにより、そこから出力される信号の本数を大幅に削減することが可能となる。これによってプローブケーブルひいては体腔内に挿入される部分を細くすることができる。符号５０はフレキシブルプリント基板を有している。符号４８はコネクタを示している。ちなみに、背面側部材３０が柔軟性をもった部材として構成されてもよい。また背面側部材３０において効果的な放熱が行えるように熱伝導システムを構築するのが望ましい。
【００２３】
図２には、図１においてＩＩで示す水平断面が示されている。各背面側素子３２は上述したように中空リード３６を有し、それは円筒形状を有しているため、その断面はリング状である。本実施形態においては、背面側素子３２における一辺の長さのおよそ半分の長さをもった内径が設定されており、すなわち中空リード３６内において比較的多くのバッキング材料３８が充填されている。これにより中空リード３６の内部において効果的なバッキングを行える。また中空リード３６の外側においてもバッキング材料が設けられているため、そこにおいても効果的なバッキングを行える。隣接する背面側素子３２の間は分離溝であり、それはダイシングソーなどによって作成されたものである。そこには音響的なクロストークを防止するための部材が充填される。図１においてはそのような分離溝３４が示され、その下端部３４ａが背面側部材３０内に進入している。
【００２４】
図３には、背面側素子の第２例が示されている。背面側素子５２は円筒形状をもった中空リード５４を有し、その内部にはバッキング材料５６が充填されている。ただし、中空リード５４の外側にはセラミック５８が設けられており、すなわち中空リード５４の外側においてバッキング作用は格別発揮されていない。このようなセラミック５８は背面側部材の母材を構成するものである。
【００２５】
図４には、背面側素子の第３例が示されている。この例においては背面側素子６０において、角柱状の中空リード６２が設けられており、図示されるように、その断面は矩形すなわち四角形である。中空リード６２の内部にはバッキング材料６４が充填されている。中空リード６２の外側にもバッキング材料６６が充填されている。
【００２６】
図３に示す例によれば製作が容易である。図４に示す例によれば中空リード６２内のバッキング材料の量を多くすることができる。中空リードの直径あるいは一辺の長さをより大きくしてバッキング作用を増大するようにしてもよい。
【００２７】
図５及び図６には超音波探触子の製造方法が示されている。図５において、（Ａ）には加工前の背面側部材６８が示されている。図示の例においては一枚の均質な部材として構成されている。（Ｂ）に示す工程では、二次元配列をもって複数の貫通孔７０が形成される。（Ｃ）に示す工程ではメッキ処理が実行され、これにより各貫通孔７０の内面上に導電層７２が形成される。この導電層７２が中空リードに相当する。背面側部材の上面及び下面にも電極層が生じている。（Ｄ）に示す工程では、各中空リード７２内にバッキング材料７８が充填される。ちなみに符号８０，８２は分離溝が形成される部分を表している。
【００２８】
以上のように構成された背面側部材に対して圧電材料からなる振動板を接着し素子カッテングを行うことにより図６に示すような構造体を得ることができる。符号８４は背面側部材を示しており、符号８６はアレイ振動子を表している。符号９２は素子分離溝を表している。この素子分離溝９２の形成により複数の振動素子９０が構成され、また複数の背面側素子８８が構成されている。９６は中空リードを表している。中空リード９６の中にはバッキング材料９４が充填されている。
【００２９】
上記の工程後、必要な組立作業等を行うことにより振動子アセンブリが構成され、その振動子アセンブリがプローブヘッド内に配置される。その配置後、必要に応じてケーブル接続や樹脂モールド等処理が実施される。
【００３０】
図７には、第２実施形態に係る超音波探触子の要部構成が断面図として示されている。プローブヘッド１００において、符号１０２はヘッドケースを示しており、その内部に振動子アセンブリ１３０が配置される。アレイ振動子１０６は複数の二次元配列された複数の振動素子により構成され、その上面側にはグランド電極層１０８が設けられ、その上面側には第１整合層１１０及び第２整合層１１２が設けられている。第２整合層１１２の上側には保護層１１４が設けられている。
【００３１】
アレイ振動子１１６の下側には背面側部材１０４が設けられている。背面側部材１０４は本実施形態において多層基板である。すなわち、その内部には上下方向に並んで複数の回路パターンが設けられている。各回路パターンは水平面状に形成されており、回路パターン間において所定箇所で電気的な接続が図られている。
【００３２】
背面側部材１０４は、個々の振動素子に対応する複数の背面側素子１０６からなるものであり、各背面側素子１０６は中空リード１０８を有している。複数の背面側素子１０６全体として複数の中空リード１０８が存在し、それらは複数種類の長さを有している。すなわち個々の振動素子ごとにそれに対応する配線パターン上の接続点への接続を行うために個々の中空リードが所定の長さを有している。中空リードの長さは、十分なバッキング効果を得られる長さであることが望ましい。もちろん、それらの長さを同じとしつつ、接続するポイントをそれぞれごとに適切に定めるようにしてもよい。各中空リード１０８の内部にはバッキング材料１１０が充填されている。
【００３３】
背面側部材１０４において、その上面側では複数の振動素子に対して複数の中空リードが電気的に接続される。複数の中空リード１０８の下面側においてそれは対応する配線パターンに電気的に接続される。背面側部材１０４の下側には電子回路デバイス１１６が設けられている。この電子回路デバイス１１６はチャンネルリダクション回路である。その上面側には電極パッドアレイ１１８が設けられている。複数の電極パットが背面側部材１０４内に設けられた複数の電極１２０に接続されている。各電極１２０は電子回路デバイス１１６側から内部方向へ進入した垂直電極を構成している。その長さは接続対象回路パターンに達する長さである。
【００３４】
複数の振動素子は、背面側部材１０４を経由して電子回路デバイス１１６に接続され、その電子回路デバイス１１６は背面側部材を経由してまたコネクタ１２２を経由してフレキシブル回路基板１２４に接続されている。もちろん、そのような構成は一例である。背面側部材１２４は多層基板を構成しており、そこにおいて三次元回路パターンをもって電気的な配線を行ない得る。
【００３５】
いずれにしても、各振動素子ごとにその背面側にバッキング材料が設けられており、各振動素子の背面側から出た超音波をバッキング材料により減衰、吸収等することが可能である。これにより超音波画像の画質を高められる。また中空リードを用いているので電気的な接続を確実に行えるという利点を得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  振動子アセンブリ、１２  アレイ振動子、１６  グランド電極層、１８  第１整合層、２２  第２整合層、２６  保護層、３０  背面側部材、３２  背面側素子、３６  中空リード、３８  バッキング材料、４２電子回路デバイス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014023131.tif 000008
【図７】
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