(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配設された複数の超音波振動子に音響整合層及びバッキング材を格納するヘッドケースを備えた超音波探触子であって、
前記ヘッドケースは、耐熱温度が１５０℃以上のポリサルホンを含むスーパーエンジニアリングプラスチックで形成され、前記音響整合層及びバッキング材は、１５０℃以上に加熱可能な多孔質の無機部材を含む部材で形成されたことを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波装置に関し、特に、超音波探触子を介した感染予防に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波探触子は、たとえば圧電セラミックス（ＰＺＴ）からなる短冊状の圧電素子が多数個アレー状に設けられている。この圧電素子の前面すなわち送波面側には、圧電素子と測定対象である被検体との音響インピーダンスの整合をとるための音響整合層と、各圧電セラミックスで発生された超音波を超音波ビームとして超音波探触子の短軸方向に集束する音響レンズとが設けられていた。なお、超音波探触子の長軸方向の超音波ビームの集束に対しては、送波時には圧電素子を駆動するパルス電圧の印加時間を変化させることにより行われており、受波時には受波信号の遅延時間を変化させることによって行われていた。一方、圧電素子の後面すなわち圧電素子の送波面と対向する側の面には、圧電素子の背面側から送波された超音波が当該圧電素子に戻ってこないようにするためのバッキング材が設けられていた。
【０００３】
従来の超音波探触子では、音響整合層はエポキシ系の樹脂あるいはエポキシ系の樹脂に金属を混入した樹脂材料で形成されていた。また、バッキング材はフェライトゴム等の比較的その硬度が小さく、且つその音響インピーダンスが７．６×１０6ｋｇ／ｍ2ｓ程の物質で構成されていた。さらには、音響レンズは、シリコンゴムで構成されていた。
【０００４】
一方、近年の医療技術の進歩及び超音波装置の性能向上に伴って、超音波装置の適用分野も拡大されている。特に、超音波装置は、Ｘ線装置のような放射線被曝がなく、また造影剤等も使用することもなく無侵襲、且つ手軽に鮮明に描写できるという特徴から様々な分野への適用が研究されている。
【０００５】
特に近年では、腹部手術や頭部手術の術中において、病巣部の詳細な位置や大樹脂きさ等の状況を把握するために、対象臓器へ直接あるいは隣接する臓器を介して対象臓器へ超音波を送波し、対象臓器からの反射を受波し超音波像を生成するという使用法も盛んとなっている。このような術中の超音波装置の使用では、皮膚、脂肪及び骨等による超音波の透過を妨げるものが少ないので、減衰の少ない良好な画像が得られた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来の超音波装置における術中使用では、クロイツフェルト・ヤコブ病（ＣＪＤ）のように、感染から発症までに数年を要し、脳や肝臓、リンパ節等に感染性があり、核酸や蛋白を不活性化させるような従来の処理に耐える非常に安定性の高いタンパク質が感染の本態となるような場合には、超音波探触子が汚染されてしまっていた。この汚染されてしまった手術器具は、感染予防のために、メス等の耐熱器具は、例えば１３４度位の高圧蒸気滅菌によって殺菌がなされていた。また、使い捨ての手袋や注射器のような器具は焼却されていた。
【０００７】
一方、従来の超音波探触子は、前述するように、エポキシ系の樹脂やフェライトゴム等は１２５度以上で変形してしまい、１３４度の高温に耐えられない部材によって構成されていた。このために、十分な滅菌ができないので、超音波探触子の焼却処分にしなければならず、高圧蒸気滅菌に耐えられるような超音波探触子が切望されていた。
【０００８】
この問題を解決する方法として、音響レンズ、音響整合層、及びバッキング材を耐熱性の樹脂等で形成することが考えられるが、クロイツフェルト・ヤコブ病（ＣＪＤ）のように非常に安定性の高いタンパク質を破壊することが可能な１３４度以上の耐熱性を有し、音響レンズや音響整合層に適する音響インピーダンスを有する樹脂材はないということが知られている。
【０００９】
本発明の目的は、高温にも耐えうる超音波探触子を提供することにある。
本発明の他の目的は、繰り返しの使用が可能な超音波探触子を提供することにある。
本発明のその他の目的は、診断効率を向上することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）複数の振動子をバッキング材に配設した超音波振動子において、前記振動子とバッキング材とは、多孔質の無機部材で形成された。
（２）複数の振動子をバッキング材に配設した超音波振動子において、前記振動子とバッキング材とは、１２５度以上に加熱可能な部材で形成された。
（３）複数の振動子をバッキング材に配設し測定対象に超音波信号を送受波する超音波探触子と、該超音波探触子に超音波信号を送波するための電気信号を供給すると共に、受波した超音波信号を信号処理する超音波送受波部と、該受波した超音波信号を超音波画像に変換する変換部と、該変換した超音波画像を表示する表示部とを備えた超音波診断装置において、前記超音波探触子は、前記振動子とバッキング材とが多孔質の無機部材及び／又は１２５度以上に加熱可能な部材で形成され、前記超音波送受波部への伝熱を防止する手段が設けられた。
【００１１】
前述した（１）の手段によれば、成型及び焼成の各工程を経て得られる多孔質の無機部材で振動子とバッキング材とを形成することによって、超音波探触子の耐熱能力を向上させることが可能となるので、高圧蒸気滅菌等での殺菌を施すことができ、同一の超音波探触子を繰り返し使用することが可能となる。従って、超音波探触子の交換に伴う超音波の送受波の特性等の調整が不要となるので、検査効率を向上させることが可能となる。
【００１２】
前述した（２）の手段によれば、１２５度以上に加熱可能な部材で振動子とバッキング材とを形成することによって、高圧蒸気滅菌等での殺菌を施すことが可能となるので、同一の超音波探触子を繰り返し使用することが可能となる。従って、超音波探触子の交換に伴う超音波の送受波の特性等の調整が不要となるので、検査効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
前述した（３）の手段によれば、超音波探触子の振動子とバッキング材とを多孔質の無機部材及び／又は１２５度以上に加熱可能な部材で形成し、超音波送受波部への伝熱を防止する手段を設けることによって、超音波探触子と超音波送受波部とを接続したままの状態で高圧蒸気滅菌等での殺菌を施すことができるので、除菌の終了の後に直ちに次の検査に使用することが可能となる。従って、検査効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態である超音波診断装置の概略構成を説明するためのブロック図であり、１０１は超音波探触子、１０２は送受切り換え手段、１０３は送波手段、１０４は受波信号処理手段、１０５は加算手段、１０６は信号処理手段、１０７は表示手段を示す。
【００１６】
図１において、超音波探触子１０１は、図示しない音響整合層及びバッキング材がセラミックスで形成され、これら構成部材を格納するヘッドケースは耐熱温度が１５０度のポリサルホン等のスーパーエンジニアリングプラスチックで形成されている。なお、超音波探触子の詳細については、後述する。
【００１７】
送受切り換え手段１０２は、周知の切り換え回路からなり、たとえば、図示しない制御手段の制御出力に基づいて、超音波探触子１０１の音響整合と圧電素子とが積層されて形成される図示しない複数の振動子に送波手段１０３からの駆動信号を伝達する系と、各振動子からの受波信号を受波信号処理手段１０４に伝達する系とを切り換える。
【００１８】
送波手段１０３は、図示しない制御手段の出力に基づいて、送波フォーカス点までの超音波の到達時間差を補正する遅延時間差で、超音波探触子１０１の各振動子を駆動する駆動信号を発生し出力する周知の送波手段である。
【００１９】
受波信号処理手段１０４は、各振動子に対して１個づつ対応して接続されており、各振動子が受波した受波信号に対して、受波の際に深度方向に可変フォーカスが形成されるように時間遅延を与えることによって、ダイナミックフォーカスを行うための受波信号処理手段である。
【００２０】
加算手段１０５は、各受波信号処理手段１０４から出力される振動子ごとの受波信号を加算し、超音波ビームを形成する周知の加算手段である。
【００２１】
信号処理手段１０６は、たとえば、フィルタリング、圧縮、エッジ強調および時間可変増幅等の周知の処理（画像処理）を行った後に、この処理後の超音波ビームを表示手段１０７に表示するためのビデオ信号に変換するスキャン変換を行う手段である。
【００２２】
表示手段１０７は周知の表示手段であり、たとえば、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙ Ｔｕｂｅ）を用いたいわゆるカラーＣＲＴディスプレイ装置や、ＴＦＴ液晶表示パネルを用いたいわゆる液晶表示装置を用いる。
【００２３】
このように、本実施の形態の超音波診断装置では、送受切り換え手段１０２で選択された各振動子が、送波手段１０３によって収束ビームを形成するタイミングで駆動され、図示しない被検体に超音波を送波する。被検体からの超音波エコーすなわち反射超音波は、超音波探触子１０１の各振動子で受波され、送受切り換え手段１０２により、各振動子に対応する受波信号処理手段１０４に導かれ、遅延処理が行われる。各受波信号処理手段１０４からの出力は、加算手段１０５によって加算され、整相加算出力となる。この整相加算出力は信号処理手段１０６によって所定の処理がなされた後に、表示手段１０７に出力されて、たとえば、断層像やＭモード像として、表示画面上にリアルタイムに表示される。
【００２４】
図２は本実施の形態の超音波探触子の概略構成を説明するための図であり、特に、図２の（ａ）は本実施の形態の超音波探触子を長軸方向から見た断面図であり、図２の（ｂ）は本実施の形態の超音波探触子を短軸方向から見た断面図である。
【００２５】
図２において、２０１はヘッドケース、２０２は音響整合層、２０３は圧電素子、２０４はバッキング材、２０５はフレキシブル基板、２０６はコネクタ、２０７は本体コネクタを示す。
【００２６】
図２の（ｂ）に示すように、本実施の形態の超音波探触子はアレイ型の超音波探触子であり、セラミックスで形成されたバッキング材２０４の送波面側に、短冊形に形成された圧電素子２０３と音響整合層２０２とが積層されて形成された振動子を直線状に並べた構成となっている。圧電素子２０３の両端部分、すなわちバッキング材２０４と圧電素子２０３との間、及び圧電素子２０３と音響整合層との間には図示しない電極が形成されている。これらの電極はそれぞれフレキシブル基板２０５に形成された電極の一端に接続されており、圧電素子２０３にフレキシブル基板２０５を介して駆動電力を供給する構成となっている。フレキシブル基板２０５に形成された電極の他端はコネクタ２０６の内のヘッド側コネクタ２０６ａに接続されている。
【００２７】
一方、ヘッド側コネクタ２０６ａと対をなすケーブル側コネクタ２０６ｂは、信号ケーブル２０８の一端に接続されており、この信号ケーブル２０８の他端に信号ケーブル２０８すなわち本実施の形態の超音波探触子を超音波装置本体に接続するためのコネクタである本体コネクタ２０７が接続されている。特に、本実施の形態の超音波探触子では、図２の（ａ），（ｂ）に示すように、超音波探触子の長軸方向すなわち振動子の配列方向に長いコネクタ２０６を用いることによって、超音波探触子から突出されることとなるコネクタ２０６が超音波検査等の障害とならないようにしている。
【００２８】
また、図２の（ａ）に示すように、本実施の形態の超音波探触子では、バッキング材２０４、圧電素子２０３、及び音響整合層２０２のそれぞれ送波面側の短軸方向の形状を凹型に形成し、圧電素子２０３及び音響整合層２０２の凹型に形成した面と対向する面を凸型に形成する。音響整合層２０２、圧電素子２０３、及びバッキング材２０４をそれぞれこのような形状とすることによって、本実施の形態の超音波探触子では、従来のように音響レンズを用いることなく、短軸方向の超音波ビームを集束させる構成となっている。
【００２９】
このように、本実施の形態の超音波探触子では、送波面側の音響整合層の形状を凹型とすることによって、焦点位置から音響整合層の送波面側表面までの距離を同じに設定することができる。従って、前述するように、送波された超音波を焦点位置でフォーカスさせることができる。
【００３０】
また、本実施の形態の超音波探触子では、信号ケーブル２０８のヘッドケース２０１に近い側にコネクタ２０６を設けヘッドケース部のみを交換可能とすることによって、信号ケーブル２０８は従来と同様に耐熱温度の低い柔軟性を有する部材を使用することができるので、超音波装置の操作性を低下させることなく、超音波探触子を１３４±４度の高圧蒸気滅菌することができる。また、ヘッドケース部のみが交換可能となることにより、高圧蒸気滅菌に際して超音波探触子の扱いが簡単となるので、作業効率を向上することができる。
【００３１】
図３は本実施の形態の超音波探触子における圧電素子と音響整合層とからなる振動子の結合方法を説明するための図であり、３０１は第１の電極、３０２は第２の電極を示す。なお、以下の説明では、アレイ型の超音波探触子の振動子を形成する手順を説明する。
【００３２】
本実施の形態の振動子では、まず、焼結後に圧電素子２０３となる部材である長方形のグリーンシートの送波面側に、第１の電極３０１となる例えば導電性を有する周知の銀ペーストにガラスを混合したものを周知のシルク印刷等によって印刷する。次に、このグリーンシートの裏面側に、第２の電極３０２となる周知の銀ペーストにガラスを混合したものを印刷する。
【００３３】
次に、図示しないバッキング材２０４に適合する音響インピーダンスとなる多孔性を有するグリーンシート上に、第１及び第２の電極となる銀ペーストが両面に印刷されたグリーンシートを重ね合わせる。この後に、第１及び第２の電極となる銀ペーストが両面に印刷されたグリーンシート上に、焼結後に音響整合層２０２に適合する音響インピーダンスとなる多孔性を有するグリーンシートを重ね合わせる。
【００３４】
この後に、焼結することによって、第１及び第２の電極３０１，３０２となる銀ペーストに混入したガラスが、音響整合層２０２、圧電素子２０３、及びバッキング材２０４をそれぞれ重ね合わせた表面に拡散するので、第１及び第２の電極３０１，３０２はそれぞれメッシュ状に形成される。このとき、音響整合層２０２と圧電素子２０３、圧電素子２０３とバッキング材２０４とは、それぞれの間に配置される第１の電極３０１あるいは第２の電極３０２を形成するための銀ペーストから拡散されたガラスによって結合されることとなる。
【００３５】
次に、図２の（ｂ）に示すように、バッキング材２０４上に、それぞれが独立された振動子を形成するために、短軸方向と平行に送波面側からバッキング材２０４の方向に切り込みを入れることによって、短冊状の振動子を形成する。
【００３６】
次に、第１及び第２の電極にフレキシブル基板２０５の一端側の電極をそれぞれ周知の半田等によって接続し、フレキシブル基板２０５の他端側の電極にはヘッド側コネクタ２０６ａの電極を接続する。この後に、これらの部材を、例えば、ポリサルホン等の耐熱温度が１５０度以上となるスーパーエンジニアリングプラスチックで形成されたヘッドケース２０１に格納することによって、超音波探触子が形成される。
【００３７】
このように、本実施の形態では、圧電素子２０３となるグリーンシートの両面に印刷する第１及び第２の電極３０１，３０２となる銀ペーストに、焼結時に溶解し近接された音響整合層２０２とバッキング材２０４とに拡散させることによって、音響整合層２０２、圧電素子２０３、及びバッキング材２０４の接着を一度に行うことができるので、振動子の形成に要する時間を短縮することができる。従って、超音波探触子１０１の製造効率を向上することができる。
【００３８】
また、超音波探触子１０１を構成する音響整合層２０２、圧電素子２０３、バッキング材２０４、フレキシブル基板２０５、ヘッドケース２０１、及びヘッド側コネクタ２０６ａは、少なくとも耐熱温度が１５０度以上となるので、１３４±４度の高圧蒸気滅菌が可能となる。
【００３９】
なお、前述の焼成工程では、圧電素子２０３となるグリーンシートの両面にのみ電極となる銀ペーストをシルク印刷することとしたが、音響整合層２０２となるグリーンシートの圧電素子２０３の側と、バッキング材２０４となるグリーンシートの圧電素子２０３の側にもそれぞれ電極となる銀ペーストをシルク印刷し、それぞれを重ねて一体となるように焼結させてもよいことはいうまでもない。このように超音波探触子を形成した場合であっても、前述の超音波探触子と同じ効果を得られる。
【００４０】
また、音響整合層２０２となるグリーンシートの圧電素子２０３の側と、バッキング材２０４となるグリーンシートの圧電素子２０３の側にもそれぞれ電極となる銀ペーストをシルク印刷して、音響整合層２０２、圧電素子２０３、及びバッキング材２０４となるグリーンシートをそれぞれ焼成し、その後に、それぞれに設けた金属層を結合させることによって、超音波探触子を形成することとしてもよいことはいうまでもない。
【００４１】
さらには、本実施の形態では、音響整合層２０２及びバッキング材２０４の音響インピーダンスの制御を、セラミックスの多孔性を制御することによって実現したが、多孔性セラミックスに耐熱性プラスチックを浸透させる量を可変することによって、音響整合層２０２及びバッキング材２０４の音響インピーダンスを制御することも可能である。
なお、本実施の形態では、アレイ型の超音波探触子について説明したが、図４に示す単片型の超音波探触子でもよい。
【００４２】
図４に示す単片型の超音波探触子においても、音響整合層２０２、圧電素子２０３、及びバッキング材２０４の送波面側を凹型に形成することによって、超音波探触子から送波される超音波ビームを集束させることが可能となる。このとき、音響整合層２０２、圧電素子２０３、及びバッキング材２０４をそれぞれセラミックスで形成し、ヘッドケース２０１をポリサルホン等の耐熱温度が１５０度以上となるスーパーエンジニアリングプラスチックで形成することによって、高圧蒸気滅菌が可能となる。
【００４３】
このとき、超音波探触子に加えられる高圧蒸気の熱が、送受切り替え手段１０２、送波手段１０３、受波信号処理手段１０４及び加算手段１０５とからなる超音波送受波部に伝導しないようにするための対処として、次のものが考えられる。
【００４４】
第１に、超音波探触子と超音波送受波部とをコネクタ等で脱着可能に接続して、このコネクタを取り外し、高圧蒸気で超音波探触子を除菌する。
【００４５】
第２に、超音波探触子のヘッドケース部と超音波送受波部を有する装置本体とを結ぶ信号ケーブル２０８等の、熱を伝導する全ての伝熱体の一部又は全てに冷却装置を設ける。この冷却装置としては、ファンで送気して伝熱体を冷却する、あるいは伝熱体の周囲に水管を巡らせて水冷する等である。このようにすることによって、超音波探触子と超音波送受波部とを接続したままにできるので、コネクタを設けた第１の方式のように、コネクタ等を脱着する手間が不要となり、除菌の終了の後に直ちに次の検査に使用することが可能となる。その結果、検査効率を向上させることが可能となる。
【００４６】
なお、本実施の形態の超音波探触子では、信号ケーブル２０８のヘッドケース２０１に近い側にコネクタ２０６を設けヘッドケース部のみを交換可能としたが、これに限定されることはなく、従来の超音波探触子と同様に信号ケーブル２０８の一方の端部に、超音波探触子を装置本体に接続するための本体コネクタ２０７のみを配置する構成としてもよいことはいうまでもない。
【００４７】
また、信号ケーブル２０８のヘッドケース２０１に近い側にコネクタ２０６を設けヘッドケース部のみを交換可能とする構成は、音響整合層２０２がエポキシ系の樹脂あるいはエポキシ系の樹脂に金属を混入した樹脂材料で形成され、バッキング材２０４がフェライトゴム等で形成される超音波探触子にも適用することが可能であり、超音波探触子にコネクタ２０６を設けた構成とすることによって、超音波探触子の交換が容易にできるという効果がある。その結果、診断効率をさらに向上できるという効果がある。
【００４８】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）超音波探触子を高温にも耐えられるようにすることができる。
（２）超音波探触子を繰り返し使用ができる。
（３）診断効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である超音波診断装置の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本実施の形態の超音波探触子の概略構成を説明するための図である。
【図３】本実施の形態の超音波探触子における圧電素子と音響整合層とからなる振動子の結合方法を説明するための図である。
【図４】本実施の形態の単片型の超音波探触子の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…超音波探触子、１０２…送受切り換え手段、１０３…送波手段、１０４…受波信号処理手段、１０５…加算手段、１０６…信号処理手段、１０７…表示手段、２０１…ヘッドケース、２０２…音響整合層、２０３…圧電素子、２０４…バッキング材、２０５…フレキシブル基板、２０６…コネクタ、２０７…本体コネクタ、２０８…信号ケーブル、３０１…第１の電極、３０２…第２の電極。
【図１】
0004408502.tif 000002
【図２】
0004408502.tif 000003
【図３】
0004408502.tif 000004
【図４】
0004408502.tif 000005