(57)【要約】【課題】高温環境下でも連続使用が可能な小型で操作性の良い超音波プローブ、及び該超音波プローブを有する超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波を被検体の内部に送波し反射波を受信する振動子部と、振動子部の送波に係る信号および受信に係る信号を無線で外部と通信する無線通信部と、を備えた超音波プローブであって、超音波プローブを動作させる直流電圧を電源線を介して外部から供給するように構成されていることを特徴とする超音波プローブ。【選択図】図２
2011083362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を被検体の内部に送波し反射波を受信する振動子部と、前記振動子部の送波に係る信号または受信に係る信号を無線で外部と通信する無線通信部と、を備えた超音波プローブであって、
電源線を介して前記超音波プローブを動作させる直流電圧を外部から供給するように構成されていることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された給電制御信号に応じて、前記直流電圧を所定の期間、所定の回路に給電するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記無線通信部は、前記所定の回路であることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記反射波の受信に伴って発生する受信信号を増幅する増幅器を有し、
前記増幅器は、前記所定の回路であることを特徴とする請求項２または３に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された駆動信号を前記振動子部に供給して超音波を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された送信制御信号に応じて超音波を発生させる駆動信号を生成する送信手段を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記振動子部は、
無機材料から成る複数の無機圧電素子と、
有機材料から成る複数の有機圧電素子と、
を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記有機圧電素子は、
フッ化ビニリデンの重合体、またはフッ化ビニリデン系コポリマを材料として成膜されていることを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された切換制御信号に応じて、前記無線通信部と前記無機圧電素子または前記有機圧電素子とを接続する接続形態を切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項７または８に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
超音波を被検体の内部に送波し、反射波を受信して前記被検体の内部を映像化するように構成された超音波診断装置において、
請求項１から９の何れか１項に記載の超音波プローブと、
前記無線通信部と無線で通信する第２の無線通信部と、
前記電源線を介して前記直流電圧を供給する電源部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
前記超音波プローブは、請求項２から９の何れか１項に記載の超音波プローブであって、
前記給電制御信号を前記信号線を介して伝送する給電制御手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記超音波プローブは、請求項６から９の何れか１項に記載の超音波プローブであって、
前記信号線を介して前記送信制御信号を伝送する送信制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記超音波プローブは、請求項９に記載の超音波プローブであって、
前記信号線を介して前記切換制御信号を伝送する切換制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１０から１２の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブ、及び超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断では、被検体内へ超音波を送波し、被検体内で反射した反射波に基づいて被検体内の断層像等の診断画像を生成する。被検体に対する超音波の送受波は、超音波プローブを通じて行われる。
【０００３】
超音波プローブは、電流と音波とを可逆的に変換する圧電効果を有する複数の圧電素子を備え、複数の圧電素子にそれぞれ駆動信号を印加して超音波を発生させ、被検体の内部で反射した反射波を受波させて受信信号を生成させる。
【０００４】
従来の超音波プローブでは、駆動信号や受信信号を超音波診断装置と伝送するために信号線を束ねたケーブルを用いていた。超音波プローブの圧電素子の数に応じて駆動信号や受信信号を伝送する必要があるため、多くの信号線を束ねた太いケーブルが必要である。そのため、ケーブルの操作性が悪く診断の障害となったり、信号線の断線による故障の確率が高まるおそれがあった。
【０００５】
このような課題を解決するため、超音波プローブにバッテリと無線通信部を備え、バッテリにより給電し、無線通信部により超音波診断装置本体と信号の送受信を行って、ケーブルを不要にする技術が開示されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００６】
また、従来より超音波診断装置では、超音波の非線形な伝播により生じる高調波成分を取りだし、この高調波成分に基づいて超音波画像を生成し、表示するハーモニックイメージング（ＨＩ）法と呼ばれている手法が用いられてきた（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０１７７号公報
【特許文献２】特開２００２−８５４０５号公報
【特許文献３】特開２００９−９５５７８号公報
【特許文献４】特許第４１１６１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２、３に開示されているワイヤレスの超音波プローブは、バッテリや回路の発熱により超音波プローブの内部温度が上昇するため、使用する環境温度が高くなると回路や部品の動作温度範囲を超え、使用不可になるという問題がある。
【０００９】
また、近年、ハーモニックイメージング（ＨＩ）法で用いる高調波成分を効率良く取得するため、送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体とし、超音波の送信時と受信時における動作を分離したアレイ型超音波探触子を備えた超音波プローブが用いられている。このような送信用圧電素子と受信用圧電素子とを別体としたアレイ型超音波探触子は、非常に発熱量が大きい。
【００１０】
そのため、このようなアレイ型超音波探触子を備えた超音波プローブに、特許文献１、２、３に開示されている方法を適用すると内部温度の上昇がさらに大きくなり、超音波プローブを使用する環境温度が常温でも、超音波プローブの冷却が必要になる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、高温環境下でも連続使用が可能な小型で操作性の良い超音波プローブ、及び該超音波プローブを有する超音波診断装置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】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【００１３】
１．超音波を被検体の内部に送波し反射波を受信する振動子部と、前記振動子部の送波に係る信号または受信に係る信号を無線で外部と通信する無線通信部と、を備えた超音波プローブであって、
電源線を介して前記超音波プローブを動作させる直流電圧を外部から供給するように構成されていることを特徴とする超音波プローブ。
【００１４】
２．少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された給電制御信号に応じて、前記直流電圧を所定の期間、所定の回路に給電するように構成されていることを特徴とする前記１に記載の超音波プローブ。
【００１５】
３．前記無線通信部は、前記所定の回路であることを特徴とする前記２に記載の超音波プローブ。
【００１６】
４．前記反射波の受信に伴って発生する受信信号を増幅する増幅器を有し、
前記増幅器は、前記所定の回路であることを特徴とする前記２または３に記載の超音波プローブ。
【００１７】
５．少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された駆動信号を前記振動子部に供給して超音波を発生させるように構成されていることを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【００１８】
６．少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された送信制御信号に応じて超音波を発生させる駆動信号を生成する送信手段を有することを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【００１９】
７．前記振動子部は、
無機材料から成る複数の無機圧電素子と、
有機材料から成る複数の有機圧電素子と、
を有することを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の超音波プローブ。
【００２０】
８．前記有機圧電素子は、
フッ化ビニリデンの重合体、またはフッ化ビニリデン系コポリマを材料として成膜されていることを特徴とする前記７に記載の超音波プローブ。
【００２１】
９．少なくとも一つの信号線を介して外部から伝送された切換制御信号に応じて、前記無線通信部と前記無機圧電素子または前記有機圧電素子とを接続する接続形態を切り換える切換手段を有することを特徴とする前記７または８に記載の超音波プローブ。
【００２２】
１０．超音波を被検体の内部に送波し、反射波を受信して前記被検体の内部を映像化するように構成された超音波診断装置において、
前記１から９の何れか１項に記載の超音波プローブと、
前記無線通信部と無線で通信する第２の無線通信部と、
前記電源線を介して前記直流電圧を供給する電源部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【００２３】
１１．前記超音波プローブは、前記２から９の何れか１項に記載の超音波プローブであって、
前記給電制御信号を前記信号線を介して伝送する給電制御手段を有することを特徴とする前記１０に記載の超音波診断装置。
【００２４】
１２．前記超音波プローブは、前記６から９の何れか１項に記載の超音波プローブであって、
前記信号線を介して前記送信制御信号を伝送する送信制御手段と、
を有することを特徴とする前記１０または１１に記載の超音波診断装置。
【００２５】
１３．前記超音波プローブは、前記９に記載の超音波プローブであって、
前記信号線を介して前記切換制御信号を伝送する切換制御手段と、
を有することを特徴とする前記１０から１２の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、超音波プローブは、超音波を被検体の内部に送波し反射波を受信する振動子部と、振動子部の送波に係る信号および受信に係る信号を無線で外部と通信する無線通信部と、を備え、超音波プローブを動作させる直流電圧を電源線を介して外部から供給するように構成されている。
【００２７】
したがって、高温環境下でも連続使用が可能な小型で操作性の良い超音波プローブ、及び該超音波プローブを有する超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態における超音波プローブの詳細な回路ブロック図である。
【図４】超音波プローブのヘッド部の構成例を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図６】第３の実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図７】第４の実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００３０】
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【００３１】
超音波診断装置１００は、図略の生体等の被検体に対して超音波（超音波信号）を送波し、受信した被検体で反射した超音波の反射波（エコー、超音波信号）から被検体内の内部状態を超音波画像として画像化し、モニタ１０に表示する。
【００３２】
超音波プローブ２は、被検体に対して超音波（超音波信号）を送波し、被検体で反射した超音波の反射波を受信する。超音波プローブ２は、図１に示すように、ケーブル１５を介して超音波診断装置本体１４と接続されている。
【００３３】
入力部１３は、スイッチやキーボードなどから構成され、ユーザが診断開始を指示するコマンドの入力や、診断モードの設定、被検体の個人情報等のデータの入力をするために設けられている。
【００３４】
モニタ１０は、液晶パネルなどから成り、画像化した超音波画像を表示する。
【００３５】
図２は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図、図３は、実施形態における超音波プローブの詳細な回路ブロック図、図４は、実施形態における超音波プローブのヘッド部の断面図である。
【００３６】
最初に図２、図３、図４を用いて超音波プローブ２の構成の一例を説明する。
【００３７】
図３のように、超音波プローブ２の先端部分には、電気信号と音響信号とを相互変換するためのアレイ状に配列された複数の無機圧電素子５０ａ〜５０ｕと、アレイ状に配列された複数の有機圧電素子５１ａ〜５１ｕと、が積層されている。無機圧電素子５０ａ〜５０ｕは、無機材料から成る圧電素子、有機圧電素子５１ａ〜５１ｕは、有機材料から成る圧電素子である。なお、ここでは、１つの圧電素子が１チャンネルを構成するものとして説明する。また、無機圧電素子５０、有機圧電素子５１の素子数はそれぞれ２１とし、ａ〜ｕで区別する例を説明するが、素子数は特に限定されるものではなく、２０〜５１２程度の素子数が用いられる。
【００３８】
なお、本発明は、無機圧電素子または有機圧電素子の何れか一方を備える超音波プローブにも適用できる。
【００３９】
図２では、複数の無機圧電素子５０ａ〜５０ｕから成る無機圧電素子アレイ５０、複数の有機圧電素子５１ａ〜５１ｕから成る有機圧電素子アレイ５１を、それぞれ一つのブロックで図示している。
【００４０】
振動子部５８は、無機圧電素子アレイ５０、有機圧電素子アレイ５１、増幅器５２、切換手段５３から成り、超音波を被検体の内部に送波し反射波を受信する本発明の振動子部である。
【００４１】
有機圧電素子５１ａ〜５１ｕはインピーダンスが数ｋΩと非常に高いため、ノイズの影響を受けやすい。そのため、有機圧電素子５１ａ〜５１ｕは、それぞれ増幅器５２ａ〜５２ｕと接続されており、増幅器５２ａ〜５２ｕは、それぞれ超音波を受信した有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが発生する電気信号（以下、受信信号と呼ぶ）を増幅する。増幅器５２ａ〜５２ｕによって受信信号を増幅し、低インピーダンスで出力することにより受信信号を、無線通信部５９を介して高Ｓ／Ｎで超音波診断装置本体１４に伝送することができる。
【００４２】
増幅器５２ａ〜５２ｕには、初段にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いたオペアンプなど入力インピーダンスの高い汎用の増幅器を用いることができる。
【００４３】
切換手段５３のスイッチ５３ａ〜５３ｕは、無機圧電素子５０ａ〜５０ｕと無線通信部５９との間を直接接続する接続形態と、有機圧電素子５１ａ〜５１ｕと無線通信部５９との間を増幅器５２ａ〜５２ｕを介して接続する接続形態と、を切り換える。
【００４４】
なお、本実施形態ではこの２つの接続形態を切り換える例を説明するが、有機圧電素子５１ａ〜５１ｕと無線通信部５９とを直接接続する接続形態などでも良い。また、３つ以上の接続形態を切り換えるように構成しても良い。
【００４５】
図３に示す単極双投のスイッチ５３ａ〜５３ｕは、単極単投のアナログスイッチ等を組み合わせ、切換制御信号により適宜オンまたはオフにすることにより等価的に同機能のスイッチを構成することができる。
【００４６】
図２では、増幅器５２ａ〜５２ｕを増幅器５２のブロックで、スイッチ５３ａ〜５３ｕを切換手段５３のブロックで図示している。
【００４７】
無線通信部５９は、振動子部５８の送波に係る信号および受信に係る信号を無線で外部と通信する本発明の無線通信部である。
【００４８】
無線通信部５９は、超音波診断装置本体１４に設けられた無線通信部２０と双方向に通信する機能を有する。無線通信部２０は、本発明の第２の無線通信部である。
【００４９】
また、無機圧電素子アレイ５０を駆動するバッファアンプや、デジタル信号に変換して送受信する場合は、Ａ／Ｄ変換器やＤ／Ａ変換器などを備えている。
【００５０】
無線通信部５９と無線通信部２０には、ＩＥＥＥ８０２．１１規格などに準拠した無線ＬＡＮや、ＦＤＭＡ（周波数分割多重接続）方式などの無線通信、ＩｒＤＡ規格などに準拠した赤外線通信などを用いることができる。また、転送データ量に応じて、複数のデータ転送チャネルを設けても良い。
【００５１】
無線通信部５９は、無機圧電素子アレイ５０を駆動する駆動信号を無線通信部２０から無線で受信し、Ｄ／Ａ変換や復調など所定の処理を行って内部のドライバから駆動信号を出力する。また、無線通信部５９は、増幅器５２ａ〜５２ｕで増幅された受信信号にＡ／Ｄ変換や変調など所定の処理を行って無線通信部２０に無線で送信する。また、無線通信部５９は、切換制御信号を無線通信部２０から無線で受信し、Ｄ／Ａ変換や復調など所定の処理を行って切換制御信号を切換手段５３に出力する。
【００５２】
電源部２２は、超音波診断装置本体１４に設けられ、ＡＣジャック２１から入力された交流電圧を直流電圧に変換し、超音波プローブ２と超音波診断装置本体１４の各部に直流電圧を供給する。電源部２２の供給する直流電圧は、コネクタ１６、電源線３０、ＧＮＤ線３１、コネクタ５４を介して超音波プローブ２の振動子部５８と無線通信部５９に供給される。
【００５３】
このように、本実施形態では超音波プローブ２を動作させる直流電圧を、超音波診断装置本体１４から電源線で供給するので、筐体内に内蔵した電池を電力源とするワイヤレス超音波プローブと比べて超音波プローブ２内部の発熱を抑え、高温環境下でも連続使用を可能にすることができる。
【００５４】
また、超音波プローブに交流電圧を直流電圧に変換する電源部を備え、超音波プローブの外部から供給される交流電圧を電力源とする超音波プローブと比べて、本発明の超音波プローブ２は交流から直流に変換時に発生する発熱が無いので、高温環境下でも連続使用を可能にすることができる。
【００５５】
特に本実施形態のように熱に弱い有機圧電素子を用いる場合は、使用環境温度範囲を広げる効果が大きい。
【００５６】
また、駆動信号、受信信号、切換制御信号など各種信号は、超音波診断装置本体１４との間を無線で伝送するので、ケーブル１５を従来の超音波診断装置より細くすることができる。このことにより、超音波プローブ２の操作性と信頼性を向上させることができる。
【００５７】
なお、本実施形態ではコネクタ５４を設ける例を説明するが、コネクタ５４は本発明に必須のものではない。例えば、ケーブル１５と、超音波プローブ２の各部を直接接続しても良い。
【００５８】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）と記憶部９６等から構成され、記憶部９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って超音波診断装置１００の各部を制御する。記憶部９６は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される。
【００５９】
ＣＰＵ９８は、給電制御部１１０、切換制御部１１１を備える。
【００６０】
給電制御部１１０は、電源部２２に指令し、超音波プローブ２と超音波診断装置本体１４の各部への給電を制御する。
【００６１】
切換制御部１１１は、切換手段５３に指令し、スイッチ５３ａ〜５３ｕの状態を切り換える。
【００６２】
制御部９９は、操作者によって入力部１３から入力された動作モードや各種条件を送信処理部１と受信処理部３に設定する。
【００６３】
次に、超音波画像を表示するまでの手順の一例を説明する。
【００６４】
操作者によって入力部１３の電源スイッチがオンになると、給電制御部１１０は電源部２２に指令し、超音波プローブ２など各部に直流電圧を供給させる。
【００６５】
切換制御部１１１は、超音波を送波する前に、スイッチ５３ａ〜５３ｕを信号線５６ａ〜５６ｕが、それぞれ無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに接続されるように無線通信部２０から切換制御信号を送信する。これを受信した超音波プローブ２の無線通信部５９は、切換手段５３に切換制御信号を送信し、スイッチ５３ａ〜５３ｕは信号線５６ａ〜５６ｕが、それぞれ無機圧電素子５０ａ〜５０ｕにされる位置に切り換えられる。
【００６６】
次に、送信処理部１は、制御部９９により設定されたタイミングで、超音波をビーム状に形成し、また任意の深さで収束させて焦点を形成するように遅延処理をかけた駆動信号を無線通信部２０から送信する。無線通信部５９は、駆動信号を受信し信号線５６ａ〜５６ｕを介して無機圧電素子５０ａ〜５０ｕに印加する。
【００６７】
超音波プローブ２で発生した超音波は、被検体に送波され、被検体内部を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で反射し、エコーとして超音波プローブ２に返ってくる。
【００６８】
超音波を被検体に向けて送波した後、超音波プローブ２に返ってきたエコーは、超音波プローブ２に配列された有機圧電素子５１ａ〜５１ｕを機械的に振動させ、微弱な受信信号を発生させる。
【００６９】
超音波を受信する時、切換制御部１１１は、スイッチ５３ａ〜５３ｕを切り換えて信号線５６ａ〜５６ｕが増幅器５２ａ〜５２ｕに接続されるようにする。無線通信部５９は、増幅器５２ａ〜５２ｕから受信信号を受信し、無線通信部２０に送信する。
【００７０】
無線通信部２０で受信した受信信号は、受信処理部３に取り込まれ、プリ増幅器で増幅された後、送波時と同じ遅延処理を受信ビームフォーマーで受けた後、加算ユニットで加算される。
【００７１】
この受信信号は、基本波モードでは、受信信号から基本波成分を主に抽出するために通過帯域が基本周波数ｆ０を中心とした所定の帯域に設定されている基本波用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）４を通ってＢモード処理部６に送られる。
【００７２】
また、高調波モードでは、通過帯域が基本周波数ｆ０の例えば３倍の周波数を中心とした所定の帯域に設定されている高調波用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）５を通って、Ｂモード処理部６に送られる。
【００７３】
ハーモニックイメージング（ＨＩ）法を用いる高調波モードでは、エコーに含まれる超音波が被検体（生体）の内部を歪みながら‘伝播’する、いわゆる伝播の非線形性により発生した基本周波数ｆ０以外の非基本波成分を利用する。非基本波成分のなかでも、基本周波数ｆ０の２倍の２次高調波成分、３倍の３次高調波成分などを診断のための画像形成に利用することができるが、本実施形態では３倍の周波数３ｆ０の３次高調波成分を利用するものとして説明する。
【００７４】
Ｂモード処理部６は、基本波モード時には基本波用帯域通過型フィルタ４からの基本周波数ｆ０の成分に基づいて通常のＢモード像を生成し、また高調波モード時には高調波用帯域通過型フィルタ５からの基本周波数の３倍の３ｆ０の成分に基づいて画像を生成する。これらの画像はデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）９によって再構成された後、ビデオ信号に変換され、モニタ１０に表示される。
【００７５】
なお、本実施形態では、無機圧電素子アレイ５０から超音波を送波し、切換手段５３を切り換えて有機圧電素子アレイ５１で受信した受信信号を超音波診断装置本体１４に無線で送信する高調波モードの例を説明したが、特にこの例に限定されるものではない。例えば、送受波ともに切換手段５３を無機圧電素子アレイ５０にする基本波モードや、または送受波ともに切換手段５３を有機圧電素子アレイ５１にして高調波モードを行う場合にも本発明を適用できる。また、切換手段５３を設けず無機または有機の圧電素子アレイから送受波する場合にも本発明を適用できる。
【００７６】
次に、図４を用いて超音波プローブのヘッド部の構成を説明する。
【００７７】
以降の説明では図中のＸ、Ｙ、Ｚで示す座標軸に基づいて説明する。Ｘ方向はエレベーション方向（ダイシングを行う方向）であり、Ｚ軸正方向は超音波を送信する方向である。また、Ｚ軸方向は積層方向である。
【００７８】
図４に示す超音波プローブのヘッド部は、バッキング材６５の上に第４電極７５、無機圧電膜６２、第３電極７４、中間層７３、第２電極７０、有機圧電膜６３、第１電極６９、整合層６６、音響レンズ６７の順に積層されている。整合層６６から第４電極７５まではＸ方向に向かってダイシングされ、複数の無機圧電素子５０ａ〜５０ｕ、と有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが形成されている。
【００７９】
以降、積層された順に各構成要素を説明する。
【００８０】
（無機圧電素子アレイ）
無機圧電素子アレイ５０は、ジルコン酸チタン酸鉛などの無機材料から成る無機圧電膜６２の互いに厚み方向に対向する両面に、それぞれ第３電極７４、第４電極７５を備えた無機圧電素子５０ａ〜５０ｕから構成されている。無機圧電膜６２の厚みは３２０μｍ程度である。
【００８１】
無機圧電素子５０ａ〜５０ｕの第３電極７４ａ〜７４ｕは、図示せぬコネクタを介してスイッチ５３ａ〜５３ｕの端子とそれぞれ接続され、第４電極７５ａ〜７５ｕは接地されている。
【００８２】
第３電極７４ａ〜７４ｕに駆動信号を印加すると無機圧電素子５０ａ〜５０ｕが振動し、無機圧電素子アレイ５０からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【００８３】
また、無機圧電素子アレイ５０が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて第３電極７４ａ〜７４ｕに電気信号（以下、受信信号と呼ぶ）が発生する。
【００８４】
第３電極７４、第４電極７５は、金、銀、アルミなどの金属材料を用いて、無機圧電素子アレイ５０の両面に蒸着法やフォトリソグラフィー法を用いて成膜されている。
【００８５】
（中間層）
中間層７３は、有機圧電素子アレイ５１が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動した際に、無機圧電素子アレイ５０が共振して振動しないように有機圧電素子アレイ５１の振動を吸収するために設けられている。
【００８６】
このような中間層７３は、樹脂材料を成型して形成することができる。中間層７３に用いる樹脂材料としては、例えばポリビニルブチラール、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、エポキシ、オキセタン、などを用いることができる。
【００８７】
中間層７３の厚みは、求める感度や周波数特性により選択されるが、例えば１８０〜１９０μｍ程度である。
【００８８】
なお、求める感度や周波数特性によっては中間層７３を省略することもできる。
【００８９】
（有機圧電素子アレイ）
有機圧電素子アレイ５１は、有機材料から成る有機圧電膜６３の互いに厚み方向に対向する両面に、それぞれ第１電極６９ａ〜６９ｕ、第２電極７０ａ〜７０ｕを備えた複数の有機圧電素子５１ａ〜５１ｕから構成されている。
【００９０】
有機圧電膜６３に用いる有機材料として、例えば、フッ化ビニリデンの重合体を用いることができる。また例えば、有機圧電膜６３には、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）系コポリマを用いることができる。このフッ化ビニリデン系コポリマは、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体（コポリマ）であり、他の単量体としては、３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、テトラフルオロエチレ（ＴｅＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＡＥ）およびパーフルオロヘキサエチレン等を用いることができる。
【００９１】
一般に、ジルコン酸チタン酸鉛などの圧電材料から成る圧電素子は、基本波の周波数に対する２倍程度の周波数帯域の超音波しか受信することができないが、有機圧電材料の圧電素子は、基本波の周波数に対する例えば３〜５倍程度の周波数帯域の超音波を送受信することができ、受信周波数帯域の広帯域化に適している。
【００９２】
有機圧電膜６３の厚さｔは、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。
【００９３】
このような有機圧電膜６３は、有機圧電材料の溶液から流延して所定の厚さの膜を作製し、加熱して結晶化を行った後、所定の大きさのシート状に成型して作製する。
【００９４】
有機圧電膜６３の厚み方向（Ｚ軸方向）に互いに対向する両面には、それぞれ第１電極６９、第２電極７０を形成する。
【００９５】
有機圧電素子５１ａ〜５１ｕの第１電極６９ａ〜６９ｕは、図示せぬコネクタを介してスイッチ５３ａ〜５３ｕの端子とそれぞれ接続され、第２電極７０ａ〜７０ｕは接地されている。
【００９６】
第１電極６９ａ〜６９ｕに駆動信号を印加すると有機圧電素子５１ａ〜５１ｕが振動し、有機圧電素子アレイ５１からＺ軸正方向に超音波を送信するように構成されている。
【００９７】
また、有機圧電素子アレイ５１が被検体で反射した超音波の反射波を受信して振動すると、反射波に応じて第１電極６９ａ〜６９ｕに電気信号が発生する。
【００９８】
（整合層）
整合層６６は、被検体の一つである人体と有機圧電素子アレイ５１の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響インピーダンスの整合を図る。整合層６６は、例えば、樹脂材料を成型して形成することができる。
【００９９】
整合層６６に用いる材料は、音響インピーダンスが１．７〜１．８程度で、音速が人体に近い１３００ｍ／ｓｅｃ以上、２２００ｍ／ｓｅｃ以下の材料を用いることが好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどを用いることができる。
【０１００】
（音響レンズ）
音響レンズ６７は、無機圧電素子アレイ５０が送信する超音波を所定の距離に収束させる。
【０１０１】
このように、無機圧電素子アレイ５０と有機圧電素子アレイ５１とが積層されているので、超音波プローブ２を小型化することができる。
【０１０２】
超音波プローブ２のヘッド部の説明は以上である。
【０１０３】
次に、第２の実施形態を説明する。図５は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【０１０４】
第２の実施形態では、超音波プローブ２に電源回路５７を設けるとともに、電源回路５７を制御する給電制御信号を、給電制御信号線３２を介して超音波診断装置本体１４から伝送するように構成している。また、切換制御信号も、切換制御信号線３３を介して超音波診断装置本体１４から伝送するように構成している。
【０１０５】
電源回路５７は、給電制御部１１０からの給電制御信号に応じて超音波プローブ２の所定の回路に所定の期間、直流電圧を供給する。図５の例では、電源回路５７は、電源部２２から供給された直流電圧を、給電制御信号に応じて無線通信部５９、切換手段５３、増幅器５２にそれぞれ給電できるように構成されている。
【０１０６】
例えば、給電制御部１１０は、超音波を送波する直前のタイミングで無線通信部５９と切換手段５３に給電し、超音波の反射波を受信する直前のタイミングで増幅器５２に給電するよう電源回路５７を制御する。
【０１０７】
また、給電制御部１１０は、反射波の受信が終了した直後のタイミングで、切換手段５３と増幅器５２への給電を停止し、無線通信部５９から受信信号の送信が終了した直後のタイミングで無線通信部５９への給電を停止するよう電源回路５７を制御する。
【０１０８】
このようにすると、消費電力の大きい無線通信部５９と増幅器５２への給電時間を最小限にすることができるので、超音波プローブ２内部の発熱を少なくすることができる。
【０１０９】
次に、第３の実施形態を説明する。図６は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【０１１０】
第３の実施形態では、超音波プローブ２に電源回路５７、送信処理部８０、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、無線送信部８２を設けるとともに、送信処理部８０を制御する送信制御信号を、送信制御信号線３４を介して超音波診断装置本体１４から伝送するように構成している。
【０１１１】
送信処理部８０は、送信制御部１１２からの送信制御信号に応じて無機圧電素子アレイ５０を駆動して超音波を発生させる駆動信号を生成する送信手段である。
【０１１２】
無線送信部８２は、無線通信部２０に向けての送信機能のみを有する。
【０１１３】
電源回路５７は、給電制御部１１０から給電制御信号線３２を介して伝送される給電制御信号に応じて、超音波プローブ２の内部回路に所定の期間、所定の回路に直流電圧を供給する。図６の例では、電源回路５７は、電源部２２から供給された直流電圧を、送信処理部８０と、無線送信部８２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、増幅器５２に順次給電できるように構成されている。
【０１１４】
例えば、給電制御部１１０は、超音波を送波する直前のタイミングで送信処理部８０に給電し、超音波の反射波を受信する直前のタイミングで無線送信部８２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、増幅器５２に給電するよう電源回路５７を制御する。
【０１１５】
また、給電制御部１１０は、反射波の受信が終了した直後のタイミングで無線送信部８２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、増幅器５２への給電を停止するよう電源回路５７を制御する。
【０１１６】
本実施形態では、超音波プローブ２に無機圧電素子アレイ５０を駆動する駆動信号を生成する送信処理部８０を備え、送信処理部８０を制御する送信制御信号は、送信制御信号線３４を介して超音波診断装置本体１４から伝送される。したがって、超音波診断装置本体１４から送信される無線信号を受信する機能は不要である。
【０１１７】
このようにすると、無線を受信する際の消費電力を削減できるとともに、送信処理部８０と無線送信部８２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、増幅器５２への給電時間を最小限にすることができるので、超音波プローブ２の内部の発熱を少なくすることができる。
【０１１８】
次に、第４の実施形態を説明する。図７は、第４の実施形態に係る超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【０１１９】
第４の実施形態では、無機圧電素子アレイ５０を駆動する駆動信号を、駆動信号線３５を介して超音波診断装置本体１４に設けられた送信処理部８３から伝送するように構成している。
【０１２０】
本実施形態では、第３の実施形態と同様に、無線送信部８２は無線通信部２０に向けての送信機能のみを有する。
【０１２１】
電源回路５７は、給電制御部１１０から給電制御信号線３２を介して伝送される給電制御信号に応じて、超音波プローブ２の内部回路に所定の期間、所定の回路に直流電圧を供給する。図７の例では、電源回路５７は、電源部２２から供給された直流電圧を、無線送信部８２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、増幅器５２に順次給電できるように構成されている。
【０１２２】
電源回路５７は定電圧電源であり、電源部２２から供給される直流電圧は２４Ｖ以下の電圧が出力される。さらに望ましくは、電源部２２から供給される直流電圧は１２Ｖ以下の電圧が出力される。さらに望ましくは、電源部２２から供給された直流電圧を例えば増幅部５２に±５Ｖ以下、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１に３．３Ｖ以下、無線送信部８２に５Ｖ、もしくは１２Ｖ以下の定電圧に変換して出力する。
【０１２３】
電源部２２は、増幅部５２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、無線送信部８２に電源回路５７が供給する電圧に適した電圧を電源回路５７に供給することが好ましい。例えば、１２Ｖ以下の直流電圧を供給することが好ましい。
【０１２４】
なお、図７の例では電源回路５７で増幅部５２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、無線送信部８２に適した直流電圧を生成しているが、電源部２２で増幅部５２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、無線送信部８２に適した直流電圧を生成しても良い。このような場合は、電源部２２のそれぞれの電圧出力に対応する電源線を設けて、電源線を介してそれぞれ超音波プローブ２に伝送する。超音波プローブ２には電源回路５７を設けず、超音波プローブ２の内部に設けた整流回路を介してそれぞれ増幅部５２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）８１、無線送信部８２に直流電圧を供給する。
【０１２５】
このようにすると、超音波プローブ２に実装する回路規模を小さくすることができる。また、電源回路５７で発生する発熱を無くすことができる。
【０１２６】
本実施形態では、超音波診断装置本体１４に無機圧電素子アレイ５０を駆動する駆動信号を生成する送信処理部８３を備え、無機圧電素子アレイ５０を駆動する駆動信号を、駆動信号線３５を介して超音波診断装置本体１４に設けられた送信処理部８３から伝送する。送信処理部８３は、送信制御部１１２からの送信制御信号に応じて無機圧電素子アレイ５０を駆動して超音波を発生させる駆動信号を生成する。
【０１２７】
このようにすると、超音波プローブ２には駆動信号を生成する送信処理部８３を設けないので、送信処理部８３が駆動信号を生成する時に発生する熱やノイズの影響が、超音波プローブ２の回路、特に熱やノイズに弱い有機圧電素子５１や増幅器５２に及ばないように構成することができる。
【０１２８】
以上このように、本発明によれば、高温環境下でも連続使用が可能な小型で操作性の良い超音波プローブ、及び該超音波プローブを有する超音波診断装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１  送信処理部
２  超音波プローブ
３  受信処理部
４  基本波用帯域通過型フィルタ
５  高調波用帯域通過型フィルタ
６  Ｂモード処理部
９  デジタルスキャンコンバータ
１０  表示部
１３  入力部
２０  無線通信部
２２  電源部
１４  超音波診断装置本体
１５  ケーブル
３０  電源線
３１  ＧＮＤ線
３２  給電制御信号線
３３  切換制御信号線
３４  送信制御信号線
５０  無機圧電素子アレイ
５０ａ〜５０ｕ  無機圧電素子
５１  有機圧電素子アレイ
５１ａ〜５１ｕ  有機圧電素子
５２  増幅器
５３  切換手段
５３ａ〜５３ｕ  スイッチ
５７  切換制御信号
５９  無線通信部
６９  第１電極
７０  第２電極
７４  第３電極
７５  第４電極
８０  送信処理部
８３  送信処理部
９６  記憶部
９８  ＣＰＵ
９９  制御部
１００  超音波診断装置
１１０  給電制御部
１１１  切換制御部
１１２  送信制御部
【図１】
2011083362.tif 000003
【図２】
2011083362.tif 000004
【図３】
2011083362.tif 000005
【図４】
2011083362.tif 000006
【図５】
2011083362.tif 000007
【図６】
2011083362.tif 000008
【図７】
2011083362.tif 000009