(57)【要約】【課題】  超音波の送受信方向を基体に対して変化させる。【解決手段】  超音波プローブは、超音波を送受信する超音波トランスデューサ２０と、この超音波トランスデューサ２０が載置される基体１１を備える。超音波トランスデューサ２０は、台座２２の上に、バッキング材２３、圧電体層２４、および音響整合層２５が順に積層されてなる。台座２２には、基体１１に対して超音波トランスデューサ２０を揺動自在に支持する支持部２１が設けられている。基体１１には、支持部２１を挟むように一対のアドレス電極１５ａ，１５ｂが形成されている。台座２２には、アドレス電極１５ａ，１５ｂに対向するようにバイアス電極２８が形成されている。アドレス電極１５ａ，１５ｂおよびバイアス電極２８の電圧を制御することによって前記超音波トランスデューサ２０を揺動させることができ、これに伴い超音波の送受信方向が変化する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波トランスデューサと、この超音波トランスデューサが載置される基体とを備えた超音波プローブにおいて、
前記基体に対して前記超音波トランスデューサを揺動自在に支持する支持部と、
前記基体に形成されたアドレス電極と、
前記超音波トランスデューサに、前記アドレス電極と対向するように形成されたバイアス電極とを備え、
前記アドレス電極およびバイアス電極の電圧を制御することによって前記超音波トランスデューサを揺動させることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサは、前記支持部と基体との接点を軸として左右に揺動し、前記アドレス電極は、前記支持部の左右にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記基体上に前記超音波トランスデューサを１次元状または２次元状に複数配設し、前記各超音波トランスデューサを独立して揺動させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記基体との間に前記音波トランスデューサを封止する封止部材を備え、超音波が前記封止部材を介して送受信されることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記基体と前記封止部材とで密閉される空間には、超音波伝達媒体が充填されていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記超音波トランスデューサが１つ載置された前記基体を、前記超音波トランスデューサを揺動させながら機械的に変位させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記超音波トランスデューサの揺動方向とほぼ垂直な方向に前記基体を回動させるようにしたことを特徴とする請求項６記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサによって生体内に超音波を走査する超音波プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野において、超音波画像を利用した医療診断が実用化されている。超音波画像は、超音波プローブから生体の所要部に超音波を照射し、コネクタを介して接続された超音波観測器で、生体からのエコー信号を電気的に検出することによって得られる。超音波プローブは、体腔内に挿入して使用する体腔内診断用と、体表に沿って移動させて使用する体腔外診断用とに大別される。
【０００３】
体腔内診断用の超音波プローブの駆動方式としては、超音波を送受信する超音波トランスデューサを複数個配置し、駆動する超音波トランスデューサを電子スイッチなどで選択的に切り替える電子スキャン方式が知られている。この電子スキャン方式としては、例えば、複数個の超音波トランスデューサを１次元状に配設してなる超音波プローブにおけるリニア電子スキャン方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、電子フォーカスについては、位相整合を応用したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−１０５３９６号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の超音波プローブでは、超音波トランスデューサは基体上に固着されており、超音波の送受信方向を各超音波トランスデューサごとに基体に対して変化させることはできず、超音波のフォーカス点の変更などを行うためには、位相整合を応用した電子フォーカスのみとなっていた。また、１つの超音波トランスデューサによるスキャンは不可能なため、複数の超音波トランスデューサをアレイ状に配置する必要があり小型化ができなかった。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、超音波の送受信方向を基体に対して変化させることができる超音波プローブ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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、超音波を送受信する超音波トランスデューサと、この超音波トランスデューサが載置される基体とを備えた超音波プローブにおいて、前記基体に対して前記超音波トランスデューサを揺動自在に支持する支持部と、前記基体に形成されたアドレス電極と、前記超音波トランスデューサに、前記アドレス電極と対向するように形成されたバイアス電極とを備え、前記アドレス電極およびバイアス電極の電圧を制御することによって前記超音波トランスデューサを揺動させることを特徴とする超音波プローブ。
【０００７】
なお、前記超音波トランスデューサは、前記支持部と基体との接点を軸として左右に揺動し、前記アドレス電極は、前記支持部の左右にそれぞれ設けられていることが好ましい。
【０００８】
また、前記基体上に前記超音波トランスデューサを１次元状または２次元状に複数配設し、前記各超音波トランスデューサを独立して揺動させるようにしたことが好ましい。
【０００９】
また、前記基体との間に前記音波トランスデューサを封止する封止部材を備え、超音波が前記封止部材を介して送受信されることが好ましい。
【００１０】
また、前記基体と前記封止部材とで密閉される空間には、超音波伝達媒体が充填されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記超音波トランスデューサが１つ載置された前記基体を、前記超音波トランスデューサを揺動させながら機械的に変位させるようにすることも好ましい。
【００１２】
なお、前記超音波トランスデューサの揺動方向とほぼ垂直な方向に前記基体を回動させるようにしたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の超音波プローブによれば、基体に対して超音波トランスデューサを揺動自在に支持する支持部と、基体に形成されたアドレス電極と、超音波トランスデューサに、アドレス電極と対向するように形成されたバイアス電極とを備え、アドレス電極およびバイアス電極の電圧を制御することによって超音波トランスデューサを揺動させるので、超音波の送受信方向を基体に対して変化させることができる。
【００１４】
また、基体上に超音波トランスデューサを１次元状または２次元状に複数配設し、各超音波トランスデューサを独立して揺動させるようにしたので、超音波の送受信方向を各超音波トランスデューサごとに変化させることができ、超音波のフォーカス点を変化させることも可能となる。
【００１５】
また、超音波トランスデューサが１つ載置された基体を、超音波トランスデューサを揺動させながら機械的に変位させるようにしたので、超音波の走査範囲を広げることができる。超音波トランスデューサの揺動方向とほぼ垂直な方向に基体を回動させるようにすることにより、超音波の走査を３次元的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１において、本発明を適用した超音波プローブ２の先端部２ａには、超音波トランスデューサアレイ１０が配設されている。超音波トランスデューサアレイ１０は、基体１１上に、図１（Ａ）に示す１次元アレイ状、または図１（Ｂ）に示す２次元アレイ状に複数の超音波トランスデューサ２０が配列されてなる。
【００１７】
超音波プローブ２の先端部２ａに接続されたシース１２には、穿刺針１３が挿通される穿刺針用チャンネル１４が設けられている。また、シース１２には、超音波観測器（図示せず）と超音波トランスデューサアレイ１０とを電気的に接続するアレイ用配線ケーブル（図示せず）が穿刺針用チャンネル１４に沿って挿通されている。
【００１８】
図２は、図１（Ａ），（Ｂ）のＡ−Ａ’線に沿う縦断面を示す。基体１１は、上方が開口された箱型の構造体である。超音波トランスデューサ２０の中央底部には下方へ延出するように支持部２１が設けられており、超音波トランスデューサ２０は、この支持部２１によって基体１１に対して揺動自在に支持されている。また、基体１１上には、一対のアドレス電極１５ａ，１５ｂおよび一対のランディング電極１６ａ，１６ｂが超音波トランスデューサ２０ごとに形成されている。
【００１９】
基体１１の開口は、ポリエチレンなどの樹脂材によって形成された音響窓（封止部材）１７によって封止されており、これにより密閉された空間内には超音波伝達媒体１８が充填されている。超音波伝達媒体１８は、超音波の伝達効率の向上、および超音波トランスデューサ２０の揺動運動の円滑性を図るためのものであり、水、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）水溶液、生理食塩水などの液体からなる。なお、音響窓１７を介して超音波が超音波トランスデューサ２０と生体との間で送受信される。
【００２０】
図３において、超音波トランスデューサ２０は、支持部２１が一体に形成された台座２２上に順に、フェライトゴム製のバッキング材２３、圧電素子２４、およびエポキシ樹脂製の音響整合層２５が積層されてなる。圧電素子２４は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の薄膜からなる圧電体層２６の上下を、内部電極層２７ａ，２７ｂで挟み込んだ構成となっている。また、台座２２の下面には、支持部２１の下面を含む全体にわたってバイアス電極層２８が形成されている。バイアス電極層２８は、基体１１上のアドレス電極１５ａ，１５ｂと対向し、また、支持部２１と基体１１との接点から基体１１内に形成された電子回路３０（図４参照）と導通している。
【００２１】
圧電素子２４の内部電極層２７ａ，２７ｂの一方は接地されており、他方は不図示のマルチプレクサを介して不図示の送受信切替回路に接続されている。この送受信切替回路には、不図示のパルス発生回路および電圧測定回路が接続されている。パルス発生回路は、超音波トランスデューサ２０から超音波を発生させる際（超音波の送信時）に、パルス電圧を圧電素子２４に印加する。マルチプレクサにより選択された超音波トランスデューサ２０は、圧電体層２６と内部電極層２７ａ，２７ｂとの積層方向に所定の周波数（例えば５〜３０ＭＨｚ）の超音波を発生する。
【００２２】
基体１１内に構成された電子回路３０を示す図４において、１つの超音波トランスデューサ２０には１つのＳＲＡＭ（Static Random Memory）セル３１が設けられている。ＳＲＡＭセル３１は、入力端子と出力端子とが相互に接続されてなる２つのインバータ３２ａ，３２ｂと、インバータ３２ａの入力端子側のノード３３ａをビット線３４ａに選択的に接続するＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）スイッチ３５ａと、インバータ３２ｂの入力端子側のノード３３ｂをビット線３４ｂに選択的に接続するＭＯＳスイッチ３５ｂとによって構成されている。ＭＯＳスイッチ３５ａ，３５ｂのゲート電極には、ワード線３６が共通に接続されている。
【００２３】
ＳＲＡＭセル３１は、いわゆるフリップフロップ回路を構成し、２値のデータを保持する。すなわち、ＳＲＡＭセル３１は、ノード３３ａがＨｉｇｈレベル（例えば５Ｖ）かつノード３３ｂがＬｏｗレベル（例えば０Ｖ）となった状態と、ノード３３ａがＬｏｗレベル（例えば０Ｖ）かつノード３３ｂがＨｉｇｈレベル（例えば５Ｖ）となった状態とをとる。このデータは、ビット線３４ａ，３４ｂおよびワード線３６に電圧を印加する不図示の電圧駆動回路によって書き替えられる。
【００２４】
ＳＲＡＭセル３１のノード３３ａ，３３ｂは、アドレス電極１５ａ，１５ｂに接続されており、アドレス電極１５ａ，１５ｂには、上記のようにＳＲＡＭセル３１の記憶データに応じた電圧が印加される。また、ランディング電極１６ａ，１６ｂおよび超音波トランスデューサ２０のバイアス電極層２８には、電圧駆動回路からバイアス電圧Ｖｂが共通に印加される。
【００２５】
ＳＲＡＭセル３１は、図１（Ａ）の１次元アレイの場合には、ビット線３４ａ，３４ｂまたはワード線３６の方向に１次元状に配列され、図１（Ｂ）の２次元アレイの場合には、ビット線３４ａ，３４ｂおよびワード線３６の方向に２次元状に配列される。各ＳＲＡＭセル３１の記憶データ（アドレス電極１５ａ，１５ｂの電圧）およびバイアス電圧Ｖｂを制御するによって、各電極間の静電気力を変化させ、支持部２１と基体１１との接点を軸として各超音波トランスデューサ２０を独立して揺動させることができる。これに伴い、各超音波トランスデューサ２０ごとに超音波の送受信方向が変化する。
【００２６】
図５（Ａ）は、超音波トランスデューサ２０の一方の端部がランディング電極１６ａに当接するように左へ回動させた状態を示し、図５（Ｂ）は、超音波トランスデューサ２０の他方の端部がランディング電極１６ｂに当接するように右へ回動させた状態を示す。超音波トランスデューサ２０は、この２つの状態間をとるように揺動する。
【００２７】
図６は、以上のように構成された超音波トランスデューサアレイ１０における各超音波トランスデューサ２０の超音波送信方向の設定例を示す。同図において、超音波トランスデューサ２０は、中央領域Ｍでは水平状態、左側領域Ｌでは右に（例えば５°）傾斜させた状態、右側領域Ｒでは左に（例えば５°）傾斜させた状態に設定されている。これにより、各超音波トランスデューサ２０から送信される超音波は、中央部でフォーカスされるため、超音波のメインローブに対するサイドローブの信号比を低下させ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、超音波のフォーカス点は、各超音波トランスデューサ２０の設定角度に応じて変更することができる。
【００２８】
また、図６の構成において、中央領域Ｍに含まれる超音波トランスデューサ２０を生体の患部の位置を特定するための超音波画像取得用として使用し、左側領域Ｌおよび右側領域Ｒに含まれる超音波トランスデューサ２０を、患部を治療するための超音波発生用として使用することも可能である。
【００２９】
なお、上記実施形態では、複数の超音波トランスデューサ２０を用いて生体内を走査する電子スキャン方式の超音波プローブ２を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、１つの超音波トランスデューサ２０を機械的に変位（回動、揺動、リニア駆動など）させて生体内を走査する機械スキャン方式の超音波プローブについても本発明を適用することができる。
【００３０】
図７は、この機械スキャン方式の超音波プローブの一例を示す。同図において、超音波プローブ４０のシース４１の先端には、キャップ４２が取り付けられており、キャップ４２内に前述の超音波トランスデューサ２０が内蔵されている。超音波トランスデューサ２０は、フレキシブルシャフト４３が連結された基体４４上に載置されており、基体４４上には、前述のアドレス電極１５ａ，１５ｂおよびランディング電極１６ａ，１６ｂが形成されている。フレキシブルシャフト４３は不図示のモータによって所定の回転速度で回転駆動される。これにより、超音波トランスデューサ２０が載置された基体４４は、フレキシブルシャフト４３の中心軸Ｐを中心として回転される。キャップ４２内には、前述の超音波伝達媒体１８が充填されている。
【００３１】
また、基体４４には、図４に示した電子回路３０が設けられており、電子回路３０は、前述のようにアドレス電極１５ａ，１５ｂ、ランディング電極１６ａ，１６ｂ、およびバイアス電極層２８の電圧を制御する。これによって、超音波トランスデューサ２０は、フレキシブルシャフト４３の中心軸Ｐに沿う方向（図７の矢印Ｃの方向）に、支持部２１と基体４４との接点を軸として揺動する。従って、超音波プローブ４０では、超音波トランスデューサ２０を基体４４に対して揺動させるとともに、この揺動方向とほぼ垂直な方向に基体４４を回転させるようにしているので、超音波の走査範囲を広げ、３次元的な走査を行うことが可能となる。
【００３２】
また、上記実施形態では、２つインバータ３２ａ，３２ｂが相互に接続されたＳＲＡＭセル３１を用いてアドレス電極１５ａ，１５ｂに相補的な電圧を与えるようにしたが、本発明はこれに限定されず、図８に示すように、１つのインバータを用いてアドレス電極１５ａ，１５ｂに相補的な電圧を与えることも可能である。同図は、ＳＲＡＭセル３１からインバータ３２ｂおよびＭＯＳスイッチ３５ｂを排除し、インバータ３２ａの入力端子をアドレス電極１５ａに接続し、インバータ３２ａの出力端子をアドレス電極１５ｂに接続するようにした例である。また、この他、アドレス電極１５ａ，１５ｂに個別に電圧を与えるようにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、圧電素子２４の内部電極層２７ａ，２７ｂに対してバイアス電極層２８とは個別に電圧を与えるようにしたが、本発明はこれに限定されず、内部電極層２７ａ，２７ｂの一方とバイアス電極層２８とを導通させて共通に電圧を与えるようにしてもよい。図９はこの一例を示し、内部電極層２７ｂとバイアス電極層２８とをジャンパ線５０ａを用いて電気的に接続している。また、台座２２とバッキング材２３との層間に新たな電極層５１を設け、この電極層５１と内部電極層２７ａとをジャンパ線５０ｂを用いて電気的に接続している。さらに、電極層５１は、支持部２１内へ延在しており、支持部２１と基体１１との接点において、電極層５１は基体１１内の回路と導通している。
【００３４】
また、上記実施形態では、台座２２の中央底部から下方に延出した支持部２１によって、超音波トランスデューサ２０をシーソー状に揺動させるようにしたが、本発明はこれに限定されず、超音波トランスデューサ２０の支持方法、揺動の方向、揺動の角度範囲などは適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を適用した超音波プローブの先端部の構成を示す平面図であり、（Ａ）は１次元状の超音波トランスデューサアレイ、（Ｂ）は２次元状の超音波トランスデューサアレイを示す。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う縦断面図である。
【図３】超音波トランスデューサの構成を示す縦断面図である。
【図４】基体内の電子回路の構成を示す回路図である。
【図５】超音波トランスデューサが揺動した状態を示す縦断面図であり、（Ａ）は左へ回動した状態を示し、（Ｂ）は右へ回動した状態を示す。
【図６】超音波トランスデューサアレイにおける各超音波トランスデューサの超音波送信方向の設定例を示す縦断面図である。
【図７】図３の構成の超音波トランスデューサを用いた機械スキャン方式の超音波プローブを示す断面図である。
【図８】図４の電子回路の変形例を示す回路図である。
【図９】図３の超音波トランスデューサの変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  超音波プローブ
１０  超音波トランスデューサアレイ
１１  基体
１５ａ，１５ｂ  アドレス電極
１６ａ，１６ｂ  ランディング電極
１７  音響窓
１８  超音波伝達媒体
２０  超音波トランスデューサ
２１  支持部
２２  台座
２３  バッキング材
２４  圧電素子
２５  音響整合層
２６  圧電体層
２７ａ，２７ｂ  内部電極層
２８  バイアス電極層
３０  電子回路
３１  ＳＲＡＭセル
４０  超音波プローブ
４３  フレキシブルシャフト
４４  基体
【図１】
2007014553.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007014553.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007014553.tif 000008
【図７】
2007014553.tif 000009
【図８】
2007014553.tif 000010
【図９】
2007014553.tif 000011