(57)【要約】  ここに記載されている実施例は、圧電素子複合型変換器を有している超音波撮像装置を提供するものである。撮像装置は、生体内に好ましい状態で挿入することができ、生体の内部を映像化するように構成されているものである。圧電素子複合型変換器は、圧電セラミックと、ポリマー材料と、から形成することができる。圧電素子複合型変換器は、単一要素変換器、又は、１以上の要素を有している変換器アレイとして、構成することができるものである。また、圧電素子複合型変換器の製造方法と、圧電素子複合型変換器を用いる撮像方法と、が提供されている。
2008518721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波撮像装置であって、
生体内へと挿入することができ、且つ、生体の内部を撮像するように構成されている、撮像装置を含んでおり、該撮像装置が、圧電素子複合型変換器を含んでいるものである、超音波撮像装置。
【請求項２】
圧電素子複合型変換器が、圧電セラミック材料と、ポリマー材料とを含んでいるものである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
圧電セラミック材料と、ポリマー材料とが、複数の伸長区分を構成するように並べられている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
圧電セラミック材料と、ポリマー材料とが、２−２構成を含有しているものである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
圧電セラミック材料が、ポリマー材料内に位置する複数の区分に並べられている、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
区分が、柱状に構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
圧電セラミック材料と、ポリマー材料とが、１−３構成を含有しているものである、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
圧電セラミック材料が、複数のノード状に並べられており、１以上のノードが、ポリマー材料の中に封入されている、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
圧電セラミック材料と、ポリマー材料とが、０−３構成を含有しているものである、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
圧電セラミック材料と、ポリマー材料とが、２−２構成と１−３構成との組合せで並べられている、請求項２に記載の装置。
【請求項１１】
変換器が、１以上の整合層を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
変換器が、単一要素変換器である、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
単一要素変換器が、プレート状に構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
プレートの外側エッジが、曲げられている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
プレートの外側エッジが、実質多角形である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
プレートの外側エッジが、実質４角形である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
プレートの外側エッジが、実質６角形である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
プレートの外側エッジが、実質８角形である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
プレートの外側エッジが、部分的に曲げられており、且つ、部分的に直線状になっている、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
変換器が、第１面から超音波エネルギーを発信するように構成されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項２１】
第１面が、実質的に平らなものである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
第１面が、実質的に曲げられているものである、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
第１面が、凸状形状を有している、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
第１面が、凹状形状を有している、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
第１面が、予め定められている範囲の距離から、超音波信号を受信するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
第１面が、予め定めた範囲の距離へ、超音波信号を発信するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２７】
第１面が、変換器を合焦するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２８】
変換器が、アレイ状に構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
変換器が、複数の電極に結合されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
変換器が、複数の変換器要素を含んでいる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
複数の変換器要素が、互いに結合されている、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
複数の変換器要素が、横列状に並べられている、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
アレイが、１次元アレイである、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
複数の変換器要素が、複数の横列に並べられているものであり、各横列が複数の変換器要素を含んでいるものである、請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
複数の変換器要素が、各列内にＭ個の変換器要素が位置している、Ｍ横列の状態に並べられているものである、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
アレイが、２次元アレイである、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
アレイが、開口を有している第１変換器要素と、開口内に位置している第２変換器要素と、を含んでいるものである、請求項３０に記載の装置。
【請求項３８】
アレイが、環状アレイである、請求項３０に記載の装置。
【請求項３９】
変換器要素が、同軸上に並べられている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
アレイの第１面が、超音波エネルギーを発信するように構成されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項４１】
第１面が、実質的に平らなものである、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
第１面が、実質的に曲げられているものである、請求項４０に記載の装置。
【請求項４３】
第１面が、凸状を有している、請求項４０に記載の装置。
【請求項４４】
第１面が、凹状を有している、請求項４０に記載の装置。
【請求項４５】
第１面が、予め定められている範囲の距離から、超音波エネルギーを受信するように構成されている、請求項４０に記載の装置。
【請求項４６】
第１面が、予め定められている範囲の距離へと、超音波エネルギーを発信するように構成されている、請求項４０に記載の装置。
【請求項４７】
第１面が、変換器を合焦するように構成されている、請求項４０に記載の装置。
【請求項４８】
アレイが、線形アレイである、請求項２８に記載の装置。
【請求項４９】
アレイが、位相アレイである、請求項２８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記載されている、システムと方法とは、血管内、心臓内、そして、同様のものの、超音波撮像システム内での圧電素子複合型変換器の、製造と実施と使用と、に関するものである。
【背景技術と発明が解決しようとする課題】
【０００２】
医用撮像システムには、多くの診断上、治療上の利点が存在する。医用撮像システムは、生体へ挿入可能な撮像装置を用いて生体の内部を映像化するものである。上記システムの例は、血管内超音波（ＩＶＵＳ）撮像システムと、心臓エコー検査（ＩＣＥ)撮像システムと、同様なものと、を含有している。これらのシステムは、心臓の房、血管、又は、同様なものを映像化し、患者の頸動脈又は冠状動脈内の血小板の蓄積を検索し、治療する、といった多くの応用に用いることができる。これらの撮像装置で用いられている変換器は、典型的には、完全な圧電セラミック材料から形成されている。しかし、これらの材料は、重要な欠点を有している。
【０００３】
ある欠点は、圧電セラミック材料が、典型的には、周囲の環境よりもはるかに高い音響インピーダンスを有している、ということである。例えば、ある場合において、血や軟組織等の周囲の環境の音響インピーダンスが、約１．５MRaylであるのに対し、圧電セラミックの音響インピーダンスは、３０MRaylよりも高いものである。このことは、重要な音響インピーダンスの不整合をもたらすものである。不整合は、典型的には、不整合の程度を少なくするため、変換器の周りに、追加の整合層を使用することを要求するものである。しかし、これらの追加の整合層は、変換器が、最高の性能に達する事を妨げるものである。
【０００４】
他の欠点は、圧電セラミックが、限定された、超音波帯域幅と感度とを有している、ということである。変換器の帯域幅と感度とは、変換器を製造するのに用いられている材料の電気・機械結合係数によって、直接影響を受けるものである。大半の医用超音波応用において、変換器は、プレート状に製造され、且つ、厚みモード動作を用いるものである。これらの応用において、電気・機械結合係数ｋｔは、約０．５である。この低い係数は、変換器の帯域幅と感度とを厳しく制限し、結果として、撮像性能を低下させていた。
【０００５】
更に、圧電セラミック材料は、どちらかといえば、もろく壊れやすい。このことは、圧電セラミック材料を、最良の手法によって形作ること、又は、構成することを妨げている。例えば、圧電セラミック材料の脆性は、変換器が、所望の範囲の深度で変換器を合焦させるように形作ることを妨げている。
【０００６】
従って、これらの、そして、その他の欠点を克服し、且つ、完全に圧電セラミック材料から形成されている変換器を越える性能の変換器が求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに記載されている実施例は、撮像システムを提供するものである。撮像システムは、生体に好ましい状態で挿入可能であって、圧電素子複合型変換器を用いて生体を撮像するように構成されている撮像装置を、有している。圧電素子複合型変換器は、応用の必要に応じて、任意の手法によって構成することができる。一実施例において、圧電素子複合型変換器は、単一の要素の変換器として、そして、多重アレイ構成及びタイプとして、構成されている。多重アレイ構成及びタイプは、線形アレイ、位相アレイ、１次元アレイ、２次元アレイ、各横列に１以上の変換器を備えている１以上の横列アレイと、環状アレイと、他のアレイとを含有しているものである。また、圧電素子複合型変換器は、応用の必要に応じて、任意の手法によって形作ることができる。圧電素子複合型変換器は、圧電セラミックと、ポリマー材料とを、好ましく、含有している。圧電セラミック材料と、ポリマー材料とは、応用の必要に応じて、任意の構成に配列することができる。また、圧電素子複合型変換器を用いる撮像方法と、圧電素子複合型変換器の製法とが、提供される。
【０００８】
本発明の、他のシステムと方法と特徴と利点とが、添付の図面と詳細な説明とから、当業者によって明らかなものであり、また、明らかにされるであろう。上記の追加システムと方法と特徴と利点とは、全て、この詳細な説明に含有されており、発明の範囲内にあり、且つ、添付の請求の範囲によって保護されるものである。また、本発明は、一実施例の詳細な説明に限定することを意図するものではない。
【０００９】
製法と構造と動作とを含有している本発明の詳細な説明は、同様の参照番号が同様のセグメントを参照している添付の図面を、部分的に学ぶことによって、細かく調べることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ここに記載されているシステムと方法とは、圧電素子複合型材料を用いて撮像を行うように構成されている超音波撮像装置を提供するものである。図１は、超音波撮像システム１００の一実施例を描いているものである。超音波撮像システム１００は、生体の本体へ挿入するように構成されている、細長い医用装置１０２を有している。細長い医用装置１０２は、撮像装置１０４を含有している。撮像装置１０４は、生体の内部の組織１０７を撮像するための圧電素子複合型変換器１０６を有している。
【００１１】
圧電素子複合型変換器１０６は、圧電セラミック材料と、ポリマー又はポリマー材料とで、好ましく、組み立てられている。圧電素子複合型材料の使用は、変換器１０６の撮像性能を向上させることができる。例えば、圧電素子複合型材料は、圧電セラミック材料のみのものに比べて、低い音響インピーダンスと、高い電気・機械結合係数ｋｔとを有している。音響インピーダンスが低いため、圧電素子複合型変換器１０６と周囲の環境との間のインピーダンス不整合は、圧電セラミック材料のみを用いる変換器に比べて、少ないものである。また、高い結合係数ｋｔは、圧電素子複合型変換器１０６が、より広帯域の超音波で動作し、及び／又は、超音波エネルギーに対してより高感度で動作し得るように構成することを可能にする。圧電素子複合型変換器１０６の性能特性は、以下の図８乃至図９Ｂに関して、より詳しく説明されている。
【００１２】
圧電素子複合型材料を形成するのに用いられる圧電セラミック材料のタイプは、PZT-5A、PZT-7A、PZT-8、PZT-5H等のＰＺＴタイプの圧電セラミックを含有することができる。圧電素子複合型材料を形成するのに用いられるポリマー材料は、ほとんどの種類のエポキシ等のものを含有することができる。変換器１０６は、任意の適切なタイプの圧電セラミックとポリマー材料とから形成された、任意の圧電素子複合型材料を用いることができるということに、注意すべきである。圧電素子複合型材料の選択時、音響インピーダンスと、電気インピーダンスと、音響特性とが、特に、考慮されるべきである。ポリマー材料の選択時、医学特性と、温度特性とが、特に、考慮されるべきである。
【００１３】
圧電セラミックのポリマー材料に対する比率を操作することによって、圧電素子複合型変換器１０６の性能特性は、調整することができる。構成材料の性質に起因して、圧電素子複合型材料は、同様に混成することもできるものであるが、ポリマー材料の区分が交互に設けられている圧電セラミック材料から、好ましく、形成されている。図２Ａ乃至図２Ｃは、圧電素子複合型材料２００の幾つかの実施例を描いている。図２Ａにおいて、圧電素子複合型材料２００は、ポリマー材料の多重伸長区分と共に並べられている、圧電セラミックの多重伸長区分２０１を、含有している。この実施例において、圧電素子複合材料２００の表面２０３は、活性表面である。超音波エネルギーは、表面２０３から発信、及び／又は、受信される。伸長区分２０１、２０２は、活性表面２０３が各伸長区分２０１、２０２と好ましい状態で交差するように、設けられている。好ましくは、各区分２０１、２０２の一部がこの表面２０３に露出しているものである。
【００１４】
図２Ａに描かれている実施例において、各区分２０１、２０２は、Ｚ方向に厚み２０６を有している。この実施例において、厚み(幅)２０６は、好ましくは、Ｙ方向に、区分２０１、２０２の全てに渡って均一、即ち、変化しないものである。また、この実施例において、各区分２０１又は２０２の厚み２０６は、同じ、又は、ほとんど同じであり、結果として、体積比５０％となっている。体積比は、調節することができ、且つ、伸長区分２０１、２０２は、応用の必要に応じて、任意の手法によって構成することができる、ということが理解される。例えば、各伸長区分２０１又は２０２は、図２Ｂに描かれているように、異なる厚み２０６を有することもできる。また、各伸長区分２０１、２０２は、図２Ｃに描かれているように、変化する厚み２０６を有することもできる。この実施例において、圧電セラミック材料のポリマー材料に対する体積比は、各区分２０２に対する各区分２０１の厚みを調節することによって、好ましく、調節される。
【００１５】
図３Ａ乃至図３Ｃは、圧電素子複合型材料２００の追加実施例を描いている斜視図である。図３Ａにおいて、圧電素子複合型材料２００は、ポリマー材料のベース区分３０２内において分散している、圧電セラミック材料の多重区分３０１を含有している。この実施例において、区分３０１は、活性表面２０３から裏面２０８へと伸びている柱状のものとして、好ましく、構成されている。ここで、各柱３０１は、４角の断面３０４を有しているが、応用の必要に応じて、任意の手法によって形作り、又は、構成することができることに、注意すべきである。例えば、柱３０１は、円い断面、多角形の断面、矩形断面、これらと他のタイプの断面とを組合せたものであっても良い。
【００１６】
この実施例において、各区分３０１は、同じサイズの断面３０４を有している。しかし、各区分３０１のサイズ又は容量と、区分３０１の全部の数とは、応用の必要に応じて、任意の手法によって調節することができる。例えば、各区分３０１は、図３Ｂに描かれているように、その長手方向３０５に渡って厚みの変化する断面３０４を有することもできる。また、各区分３０１は、図３Ｃに描かれているように、異なるサイズの断面３０４を有することもできる。更に、区分３０１は、図３Ｄに描かれているように、不規則にベース区分３０２内に分散することもできる。圧電素子複合型変換器１０６の性能又は体積分率を調節するために、任意の構成を用いることができる。また、圧電セラミック材料と、ポリマー材料とは、上述した実施例を任意に組合せて並べることができる。組合せは、層、区分又は柱等の種々の組合せを含有するものであるが、限定されるものではない。
【００１７】
図２Ａ乃至図２Ｃに描かれている実施例は、２−２構成として記載できるのに対し、図３Ａ乃至図３Ｄに描かれている実施例は、１−３構成として記載することができる。この記載方法は、各区分の圧電セラミック材料とポリマー材料とが主に伸びている方向の数に基づいて、圧電素子複合型材料２００の構成を、記載しているものである。記載方法は、好ましくは、Ｍ-Ｎ標示付け規約を用いるものである。ここで、Ｍは、圧電セラミック材料が主に伸びている方向の数であり、Ｎは、ポリマー材料が主に伸びている方向の数である。
【００１８】
例えば、図２Ａにおいて、圧電セラミック伸長区分２０１と、ポリマー伸長区分２０２との両方は、主にＸ-Ｙ方向に伸びている。伸長区分２０１、２０２は、また、Ｚ方向に伸びているが、Ｘ、Ｙ方向の伸長区分２０１、２０２の伸びと比較すると、Ｚ方向の伸びの程度は、僅かである。同様に、図３Ａ乃至図３Ｄに描かれている１−３構成に関し、区分３０１は、Ｘ、Ｙ方向と比べて主にＹ方向に伸びている。区分３０２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に同程度伸びている。故に、圧電セラミック材料は、主に１方向に伸びており、ポリマー材料は、主に３方向に伸びている。この構成を、１−３構成と参照している。
【００１９】
当業者は、圧電素子複合型材料２００が、図４に描かれているような０−３構成のように構成することができる、ということを直ちに認識することができるであろう。ここで、圧電セラミックの区分４０１は、ポリマー材料４０１内のノードとして封入されている。これを示すため、各区分４０１は、点線で表されている。区分４０１は、各方向に十分に伸長していないため、この構成は、０−３構成と記載することができる。区分４０１は、応用の必要に応じて、任意の形状を有することができるものであり、ここに描かれているような立方形状に限定されるものではない。
【００２０】
圧電素子複合型変換器１０６は、単一要素変換器、１つのアレイ、又は、所望の任意の他の構成のものとして構成することができる。図５Ａ乃至図７Ｂは、種々の、単一要素、アレイ構成の、変換器１０６の多数の実施例を描いている。図５Ａは、単一要素プレート５０２によって厚みモード動作するように構成されている、圧電素子複合型変換器１０６の一実施例が描かれている。この実施例では、プレート５０２は、実質的に平ら、即ち平面であり、表面５０３から超音波エネルギーを発信し、受信するように構成されている。圧電素子複合型材料は、もろいものでは無いが、主に圧電素子複合型材料から製造された変換器に比べて、物理的な取扱いに対するより少ない耐性を有するものであるため、プレート５０２は、また、応用に応じて、任意の数の方向、任意の手法によって、形作られ、又は、曲げることができるものである。
【００２１】
例えば、異なる形状を有している、プレート５０２の２つの実施例が、図５Ｂ、図５Ｃに描かれている。図５Ｂは、プレート５０２が凸状に形作られ、又は、曲げられている実施例であり、図５Ｃは、プレート５０２が凹状に形作られ、又は、曲げられている実施例である。プレート５０２を形作ることは、例えば、変換器１０６の物理焦点を調節し、種々の異なる範囲の深度、又は、焦点での撮像を可能にするものである。プレート５０２は、また、所望の、他の左右対象、又は、非対称の形状へと、形作られ、又は、プレス加工することができるものである。
【００２２】
図５Ａ乃至図５Ｃに描かれているプレート５０２の外側エッジ部分５０４は、円くなっている。プレート５０２の外側エッジ部分５０４は、任意の他の所望形状を有することができる、ということに注意すべきである。例えば、外側エッジ部分５０４は、実質的に、楕円、非対称、左右対称、不規則、４角、６角、８角等の多角形、または、これらの又は他の形状の任意の組合せのものとすることができる。前の文章における“実質的に”という語の使用は、外側エッジ部分５０４が、完全に、楕円、非対称、左右対称等であることを求めるものではない、ということを意味している。例えば、実質的に４角の外側エッジ部分５０４は、４辺の各々の間に円いコーナーを有していても良いものである。
【００２３】
上述したように、変換器１０６は、また、１つのアレイとして構成することができるものである。図６Ａは、直線状、即ち１次元（１Ｄ)に構成された、変換器１０６の実施例である、アレイ６０２が描かれている。この実施例において、アレイ６０２は、横一列に並べられた多重変換器要素６０４を、含有している。好ましくは、アレイ６０２内の各要素６０４は、圧電素子複合型材料で組み立てられているものであるが、変換器要素は、異なる材料で組み立てられている変換器要素を、１以上の圧電素子複合型要素６０４に組み合わせて用いることができる。好ましくは、各要素６０４は、各要素６０４によって集められた画像データを処理するための画像処理システムに電気的に結合されている。アレイ６０２は、また、アレイとして動作させるため、要素６０４に沿って結合されている多重電極を備えている単一要素６０４として構成することもできる。
【００２４】
図６Ｂは、２次元（２Ｄ)アレイ６０２として構成された、変換器１０６の他の実施例を描いているものである。２Ｄアレイ６０２は、要素６０４のＭ横列６０６を、好ましく、含有しており、各横列は、その中にＭ個の要素６０４を有している。ここで、Ｍは、応用の必要によって定められる任意の数である。図６Ｂにおいて、５個の横列６０６を有している、アレイ６０２が描かれている。横列６０６は、各々が５つの要素を備えている。アレイ６０２は、任意の数の横列６０６と、各横列６０６に所望の数の要素と、を有することができる。アレイ６０２は、また、所望されるのであれば、各横列６０６に種々の数の要素６０４を備えるように構成することができる。
【００２５】
図６Ｃは、アレイ６０２が環状構造の要素６０４を有している、他の実施例を描いている。この実施例において、アレイ６０２は、開口６１２を備えている外側要素６１０を有している。第２要素６１４は、開口６１２内に嵌合するように構成されているものである。この実施例において、外側要素６１０は、円形で、同心上にあるものであるが、アレイは、応用の必要によって任意の手法によって構成することができる、ということに注意すべきである。例えば、アレイ６０２は、２以上の要素を有することもでき、且つ、変則的に並べること、又は、多角形状、楕円形状等の他の形状を有することもできるものである。
【００２６】
図５Ｂ乃至図５Ｃに関して上述した実施例と同様に、アレイ６０２は、応用の必要に応じて、形作ることができるものである。図７Ａは、曲がった形状を有している２次元アレイ６０２を描いているものであり、図７Ｂは、凹状に曲がった形状を有している環状アレイ６０２を描いているものである。示されていないが、図５Ａ乃至図７Ｂに描かれている変換器１０６の各構成は、所望される場合には、１以上の整合層を含有することができるものである。整合層の使用は、当業者に周知なものである。図５Ａ乃至図７Ｂに描かれている一実施例は、単に、変換器１０６の種々の構成の説明を補助することを意図するものであることに注意すべきである。多くの構成が可能であるが、構成のあらゆる可能な形状を記載し、描くことを意図するものではない。故に、圧電素子複合型変換器１０６は、ここで記載され、且つ、描かれている、ある形状、又は、構成に限定されるべきものではない。
【００２７】
図８は、１−３構成の圧電素子複合型材料の一実施例の特性曲線であって、特に、セラミックのポリマーに対する体積分率と、厚みモード動作用の結合係数ｋｔ、長手方向の第２容量Ｖｌ、音響インピーダンスＺと、の特性曲線を描いている。ここで、体積分率の範囲が３０％〜６０％のとき、圧電素子複合型材料用の結合係数ｋｔは、０．７である一方で、同時に、音響インピーダンスは、１２〜１７MRaylの範囲内にある。このことは、係数ｋｔが約０．５で、音響インピーダンスが３０MRayl以上の圧電セラミックのみのものを著しく改善するものである。
【００２８】
図９Ａは、圧電セラミック変換器の一実施例の時間領域応答９０２と、周波数領域応答９０３の模擬グラフを描いているものであるのに対し、図９Ｂは、圧電素子複合型変換器１０６の一実施例の時間領域応答９０４と、周波数領域応答９０５の模擬グラフを描いているものである。各グラフにおいて、模擬変換器は、１．９３ミリメートル（ｍｍ）の直径と、９メガヘルツ（ＭＨｚ）の中心周波数とを有している単一要素変換器である。図９Ｂに模擬されている変換器１０６は、３５％の体積分率を有している。
【００２９】
図９Ａにおいて、圧電セラミック変換器は、時間領域応答９０２内の発振数によって示されているように、時間領域応答９０２内に約３サイクル分のパルス長を有しており、且つ、圧電セラミック変換器の最大振幅電圧は、約１．０５ボルトである。図９Ｂは、圧電素子複合型変換器１０６の改善された性能を実証するものである。ここで、変換器１０６は、時間領域応答９０４内の発振数によって示されているように、時間応答領域９０４内に約１．５サイクルのパルス長を有しており、且つ、変換器１０６の最大振幅電圧は、約１．９ボルトである。更に、図９Ｂの圧電素子複合型変換器１０６は、周波数応答９０５、９０３の比較によって示されているように、図９Ａの圧電セラミック変換器よりも非常に広い帯域幅を有しているものである。
【００３０】
圧電素子複合型変換器１０６は、図９Ａ、図９Ｂに描かれているものよりも高い周波数で動作するように構成されていることに注意すべきである。例えば、いくつかのＩＣＥ応用において、圧電素子複合型変換器１０６は、約１０ＭＨｚの中心周波数で動作するように構成することができるのに対し、いくつかのＩＶＵＳ応用においては、圧電素子複合型変換器１０６は、２０〜５０ＭＨｚの範囲の中心周波数において動作するように構成することができる。圧電素子複合型変換器１０６は、応用の必要に応じて、任意の周波数で動作するように構成することができ、且つ、ここに記載されている、何れかの周波数範囲に限定されるべきものではない。
【００３１】
また、単一要素圧電素子複合型変換器１０６を製造する方法６２０が、ここで提供されている。方法６２０は、３つの主要な工程を含有している。整合層を接着又は一体形成する工程と、裏側層を接着又は一体形成する工程と、変換器１０６を所望の形状又は寸法に整合させる工程と、である。図１０は、単一要素圧電素子複合型変換器１０６用の製造方法６２０の一例を描いている。方法６２０を始める前に、圧電素子複合型材料は、変換器１０６の共振周波数を定めることができる、所望の厚みを有している、プレート５０２の形式で、好ましく、提供されるものである。プレート５０２は、また、正面、又は、裏面に設けられている電極を、好ましく、有しているものである。圧電素子複合型材料は、圧電セラミック材料よりも音響インピーダンスが低いため、整合層の利用はそれほど重要なことではない。しかし、依然として整合層を含有することが望ましい。例えば、約４〜５MRaylの音響インピーダンスを有している整合層は、圧電素子複合型材料と、周囲の環境との間の音響結合を強化するものである。
【００３２】
方法６２０を参照すると、随意の整合層を形成するため、プレート５０２は、６２２において、ガラスプレートのような基板に、先ず結合される。その後、６２３において、ゾルゲルのような整合材料等の整合層材料は、ガス抜きされ、プレート５０２上に、一体形成、又は、接着、即ち、換言すれば、結合される。６２４において、整合層材料が硬化された後、整合層は、所望の厚みにまで、重ねられ、又は、機械加工される。典型的には、整合層は、作業周波数、又は、動作周波数において、超音波の１／４波長の厚みを有するものである。
【００３３】
次に、裏側層を形成するため、プレートは、６２６において、反転され、再び、基板に結合される。プレート５０２が合焦され、又は、形作られるものであるのならば、基板は、プレート５０２上に所望の形状を加圧するのに用いることができる相反形状を、好ましく、有しているものである。６２８において、裏側層は、プレート５０２上に、接着、又は一体形成、即ち換言すれば、結合されている。裏側層は、プレート５０２の裏面に設けられており、変換器１０６に機械的な支持を与え、裏方を伝わる全ての音響エネルギーを減衰させるものである。裏側層の厚みは、好ましくは、所望の吸音量とするのに十分なものである。裏側層の厚みの一例は、５ｍｍであるが、任意の厚みを用いることができる。過度な裏側層は、後の機械的な処理のための犠牲基板の役割を果たす。６３０において、裏側材料は、ガス抜きされ、且つ、硬化される。多量の裏側材料が接着、又は、一体形成されるのであれば、鋳型は、ガス抜きと硬化を行っている間、プレート５０２を保持するのに用いることができる。
【００３４】
６３２において、プレート５０２は、整合層と裏側層外側表面とに、所望の形状を与えるように、機械加工され、又は、重ねられる。好ましくは、整合層と裏側層外側表面は、できる限り平行に作られる。６３４において、プレート５０２は、基板に結合され、所望の最終形状、又は、構成に機械加工される。例えば、外側エッジ部分５０４は、多角形の構成へと、機械加工、又は、小さく角切りすることができる。方法６２０は、製造方法の一例であり、圧電素子複合型変換器１０６は、方法６２０によってのみ製造されたものに限定されるものではない、ということに注意すべきである。限定するものではないが、小さく角切りすること、充填すること、ランダム繊維をモールド形成すること、そして、複合フィルムを用いること、を含有する、他の方法をもちいることができる。方法６２０は、単一要素変換器１０６に適用するものであるが、圧電素子複合型変換器１０６は、単一要素変換器に限定されず、１以上の変換器要素と、他の変換器構成とを有する変換器アレイを含有することができる。
【００３５】
また、圧電素子複合型変換器１０６を用いる撮像の一方法６４０が、ここで提供されている。図１１は、方法６４０で用いるのに合う医用装置１０２の一実施例を描いているものである。医用装置１０２は、カテーテル、内視鏡に限定されるものではないが、これらを含有する、生体へ挿入可能な任意の装置であり、この実施例では、医用装置１０２は、内腔１１１を備えている柔軟な細長い筒状部材１１０を含有しているものである。撮像装置１０４は、柔軟な細長い駆動軸１１２の末端１１３に結合されている。内腔１１１は、駆動軸１１２を摺動可能に受けるように、且つ、駆動軸１１２と撮像装置１０４とが、その中で回転できるように、好ましく、構成されている。圧電素子複合型変換器１０６は、１以上の信号線１１４を介して、画像処理システム（図示せず）に、通信できるように結合されている、単一要素変換器として構成することができる。生体の内部は、圧電素子複合型変換器１０６を用いて撮像しつつ、駆動軸１１２を回転することによって、好ましく、撮像される。
【００３６】
図１２は、方法６４０で用いるのに合う医用装置１０２の他の実施例を描いているものである。この実施例において、医用装置１０２は、内腔１１１を備えている柔軟な細長い筒状部材１１０を含有している。撮像装置１０４は、柔軟な細長い部材１２０の末端１１９に結合されている。内腔１１１は、部材１２０を摺動可能に受けるように、且つ、部材１２０がその中で動けるように、好ましく、構成されている。圧電素子複合型変換器１０６は、１以上の信号線１１４を介して、画像処理システム（図示せず）に、通信できるように結合されている、アレイとして構成することができる。生体の内部は、アレイ１０６によって、好ましく、撮像される。アレイ１０６は、内腔１１１内で部材１２０を動かすことによって、位置決め、再位置決めすることができる。図１１、図１２に描かれている実施例は、一実施例であるが、医用装置１０２、又は、圧電素子複合型変換器１０６を限定するものではない、ということに注意すべきである。医用装置１０２の他の実施例は、また、圧電素子複合型変換器１０６を用いることができる。
【００３７】
図１３は、撮像方法６４０の一例を描いているものである。方法６４０は、図１１、図１２に関して説明したものと同様に、医用装置１０２の実施例を実行することができるものである。最初に、６４１において、医用装置１０２は、生体の中へと挿入される。６４２において、生体は、圧電素子複合型変換器１０６を用いて撮像される。圧電素子複合型変換器１０６が、図１１に関して説明したのと同様の単一要素変換器１０６であるならば、６４２の工程は、撮像している間、内腔１１１内において撮像装置１０４を回転する、ということを、好ましく、含有しているものである。圧電素子複合型変換器１０６が、図１２に関して説明したのと同様のアレイであるならば、６４２の工程は、撮像装置１０４を回転することなく実行することができ、且つ、画像は、１次元、２次元、線形、段階的構成等の構成のアレイ６０２による手法によって、生成することができる。
【００３８】
次の６４３において、圧電素子複合型変換器１０６は、撮像した生体を表す信号を、画像処理システムへと、好ましく、出力する。６４４において、画像処理システムは、出力信号に基づいて撮像された生体の画像を生成するのに用いることができる。６４５において、画像は、使用者に表示することができる。
【００３９】
前述の明細書において、発明は、その特別な実施例を参照して説明された。しかし、種々の修正と変更とが発明の広範な精神と範囲とを逸脱することなく作ることができる、ということは、明らかなことであろう。例えば、一実施例の各特徴は、他の実施例において示されている他の特徴と、混合し、且つ、整合することができる。そして、フローチャートに示した一連の工程は、変更することができる。当業者が周知の特徴と処理とは、要求に応じて、同様に、組み込むことができるものである。追加の、且つ、自明な特徴は、要求に応じて、追加され、又は、削除することができる。従って、発明は、添付の請求の範囲と、それらに均等なものの権利に限られるというものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】圧電素子複合型変換器を有している医用装置の一実施例が描かれている。
【図２Ａ】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図２Ｂ】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図２Ｃ】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図３Ａ】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図３Ｂ】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図３Ｃ】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図３Ｄ】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図４】種々の構成を有している圧電素子複合型材料の一実施例の斜視図である。
【図５Ａ】単一要素変換器として構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図５Ｂ】単一要素変換器として構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図５Ｃ】単一要素変換器として構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図６Ａ】変換器アレイとして構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図６Ｂ】変換器アレイとして構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図６Ｃ】変換器アレイとして構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図７Ａ】変換器アレイとして構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図７Ｂ】変換器アレイとして構成されている、圧電素子複合型変換器の一実施例の斜視図である。
【図８】圧電素子複合型材料の一実施例の特性グラフである。
【図９Ａ】圧電セラミック変換器のインパルス応答のグラフである。
【図９Ｂ】圧電素子複合型変換器のインパルス応答のグラフである。
【図１０】圧電素子複合型変換器の一製造方法のフローチャートである。
【図１１】圧電素子複合型変換器を有している撮像システムの一例の概略図である。
【図１２】圧電素子複合型変換器を有している撮像システムの一例の概略図である。
【図１３】圧電素子複合型変換器を用いる一撮像方法のフローチャートである。
【図１】
2008518721.tif 000003
【図２Ａ】
2008518721.tif 000004
【図２Ｂ】
2008518721.tif 000005
【図２Ｃ】
2008518721.tif 000006
【図３Ａ】
2008518721.tif 000007
【図３Ｂ】
2008518721.tif 000008
【図３Ｃ】
2008518721.tif 000009
【図３Ｄ】
2008518721.tif 000010
【図４】
2008518721.tif 000011
【図５Ａ】
2008518721.tif 000012
【図５Ｂ】
2008518721.tif 000013
【図５Ｃ】
2008518721.tif 000014
【図６Ａ】
2008518721.tif 000015
【図６Ｂ】
2008518721.tif 000016
【図６Ｃ】
2008518721.tif 000017
【図７Ａ】
2008518721.tif 000018
【図７Ｂ】
2008518721.tif 000019
【図８】
2008518721.tif 000020
【図９Ａ】
2008518721.tif 000021
【図９Ｂ】
2008518721.tif 000022
【図１０】
2008518721.tif 000023
【図１１】
2008518721.tif 000024
【図１２】
2008518721.tif 000025
【図１３】
2008518721.tif 000026
【国際調査報告】
2008518721.tif 000027
2008518721.tif 000028
2008518721.tif 000029