(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁シールドを有し、熱管理を改善した超音波プローブ、およびプローブを形成する方法を提供する。【解決手段】特定のプローブは、能動層、保護面プレートまたはレンズ、および整合層を含む音響スタックを含む。整合層は、質量層および弾性層を含む。プローブは、超音波プローブに信号を伝え、また超音波プローブから信号を伝えるように構成されたケーブルをさらに含む。プローブは、質量層を含む電磁放射シールドをさらに含む。シールドは、能動層とケーブルを取り囲んでおり、電極を介して接地されている。シールドは、ケーブルを介して超音波プローブに伝えられる信号と、超音波プローブから伝えられる信号とに外部からの電磁放射が妨害を与えることを抑制するように構成されている。特定のプローブは、熱が保護面プレートまたはレンズから除かれるよう、質量層が熱ドレインまたはヒートシンクに熱的に接続されるように構成されている。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動層（５１０）、保護面プレートまたはレンズ（５１４）、および、前記能動層（５１０）と、前記保護面プレートまたはレンズ（５１４）との間に配置された整合層（ＭＬ１）を含む音響スタック（５１３）であって、前記整合層（ＭＬ１）が、第１の材料を含む質量層（５５２）と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む弾性層（５５１）とを含む、音響スタック（５１３）と、
前記質量層（５５２）を含み、前記能動層（５１０）を取り囲み、超音波プローブ（５０２）に伝えられる信号と、前記超音波プローブ（５０２）から伝えられる信号とに外部からの電磁放射が妨害を与えることを抑制するように構成された電磁放射シールド（５０８）と
を含む、超音波プローブ（５０２）。
【請求項２】
熱が前記質量層（５５２）から熱ドレインまたはヒートシンク（５７４）に伝達され前記保護面プレートまたはレンズ（５１４）から遠ざけられるように、前記質量層（５５２）が前記熱ドレインまたはヒートシンク（５７４）に熱的に接続されている、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項３】
前記整合層（ＭＬ１）が、前記能動層（５１０）またはグラウンド電極（５０９）に当接する、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項４】
前記整合層（ＭＬ１）が、前記保護面プレートまたはレンズ（５１４）に当接する、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項５】
前記質量層（５５２）が金属を含む、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項６】
前記弾性層（５５１）がポリマーを含む、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項７】
前記弾性層（５５１）が、約１．５メガレイル未満の音響インピーダンスを有する材料を含む、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項８】
前記質量層（５５２）が、前記弾性層（５５１）より少なくとも約５倍大きいインピーダンスを有する、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項９】
前記超音波プローブ（５０２）に信号を伝え、また前記超音波プローブ（５０２）から信号を伝えるように構成されたケーブルをさらに含み、前記電磁放射シールド（５０８）が前記ケーブルを取り囲んでおり、また前記電磁放射シールド（５０８）が電極を介して接地されている、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項１０】
前記超音波プローブ（５０２）が、超音波システムと無線で通信するように構成されている、請求項１記載の超音波プローブ（５０２）。
【請求項１１】
能動層（５１０）、保護面プレートまたはレンズ（５１４）、および、前記能動層（５１０）と、前記保護面プレートまたはレンズ（５１４）との間に配置される整合層（ＭＬ１）を含む音響スタック（５１３）を設けるステップであって、前記整合層（ＭＬ１）が、第１の材料を含む質量層（５５２）と、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む弾性層（５５１）とを含む、ステップと、
前記質量層（５５２）を含み、前記能動層（５１０）を取り囲み、ケーブルを介して超音波プローブ（５０２）に伝えられる信号と、前記超音波プローブ（５０２）から伝えられる信号とに外部からの電磁放射が妨害を与えることを抑制するように構成された電磁放射シールド（５０８）を前記超音波プローブ（５０２）に設けるステップと
を含む、超音波プローブ（５０２）を形成する方法。
【請求項１２】
熱が前記質量層（５５２）から熱ドレインまたはヒートシンク（５７４）に伝達され前記保護面プレートまたはレンズ（５１４）から遠ざけられるように、前記質量層（５５２）を前記熱ドレインまたはヒートシンク（５７４）に熱的に接続するステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記整合層（ＭＬ１）を前記能動層（５１０）またはグラウンド電極（５０９）に当接させるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記整合層（ＭＬ１）を前記保護面プレートまたはレンズ（５１４）に当接させるステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記超音波プローブ（５０２）に信号を伝え、また前記超音波プローブ（５０２）から信号を伝えるように構成されたケーブルを前記能動層（５１０）に動作可能に接続するステップをさらに含み、前記電磁放射シールド（５０８）が前記ケーブルを取り囲み、また前記電磁放射シールド（５０８）が電極を介して接地される、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術の実施形態は、概して超音波プローブに関し、より詳細には、超音波プローブ用の電磁シールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波プローブは、一般に多くの音響スタックを有しており、それらの音響スタックはプローブの撮像素子にそれぞれ対応する。それぞれの音響スタックはいくつかの層を有し、それらの層が積み重ね構成で共に取り付けられる。能動スタックは、スタック内に少なくとも１つの電気機械構造体、例えば、水または人体組織の音響インピーダンスに比べて高いインピーダンスを有する、圧電セラミック材料、単結晶材料、または圧電複合材料などの圧電材料から形成された圧電層などを含む。能動層の上部側に整合層が設けられ、高いインピーダンスを有する能動層と、低いインピーダンスを有する、プローブの外面もしくは保護面プレートまたはレンズ保護面プレート（しばしば保護面プレートまたはレンズとして同様に用いられる）との間で音響インピーダンスを変換する。この低いインピーダンスは、水、人、または、走査される他の対象に基づくものであり得る。超音波プローブ用の音響スタック構成は、例えば、米国出願公開第２０１０／０２３７７４６号として２０１０年９月２３日に公開された「超音波プローブ用の多層インピーダンス整合構造」という名称の米国出願第１２／４０６，７３１号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国出願公開第２０１０／０２３７７４６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
超音波トランスデューサは、周囲の機器によって電磁妨害を受ける恐れがある。このような電磁妨害から超音波トランスデューサを保護する方法の１つは、外側の整合層と、保護面プレートまたはレンズとの間に金属層を組み込むことである。しかし、このような解決策は、金属シールドの音響インピーダンスが外側の整合層の音響インピーダンスよりはるかに高いために、トランスデューサの帯域幅とパルス波形を劣化させる恐れがある。
【０００５】
したがって、電磁シールドを備える改善された超音波プローブを実現することが望ましい。
【０００６】
医療用の超音波トランスデューサは、過度の温度や空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）の危険性に対して確実に保護する特定の規制に準拠する必要がある。例えば、患者接触面の温度は、明確な試験条件下で４３℃を超えるべきでない。必要となる用途および撮像モードに応じた最大レベルに加えて、トランスデューサの性能を定量化する規制によって、メカニカルインデックス（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｉｎｄｅｘ）もまた用いられる。
【０００７】
実際には、圧電トランスデューサは、多くの場合、熱的に制限されており、このことは、最大メカニカルインデックスに到達していなくても最大温度に達することを意味する。これは、規制によって許可された最大音圧を伝達するようにトランスデューサを設定することができないことを示唆し、これは画像およびドップラー信号品質に対して悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００８】
したがって、トランスデューサの正面温度の低減に寄与する解決策を実施することが望ましい。
【０００９】
本技術の実施形態では、能動層、保護面プレートまたはレンズ、および、能動層と、保護面プレートまたはレンズとの間に配置された整合層を含む音響スタックであって、この整合層が、第１の材料を含む質量層（ｍａｓｓ  ｌａｙｅｒ）と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む弾性層とを含む、音響スタックと、質量層を含み、能動層を取り囲み、ケーブルを介して超音波プローブに伝えられる信号と、超音波プローブから伝えられる信号とに外部からの電磁放射が妨害を与えることを抑制するように構成された電磁放射シールドとを含む超音波プローブが提供される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、熱が質量層から熱ドレインまたはヒートシンクに伝達され保護面プレートまたはレンズから遠ざけられるように、質量層は熱ドレインまたはヒートシンクに熱的に接続される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、整合層は、能動層またはグラウンド電極に当接する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、整合層は、保護面プレートまたはレンズに当接する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、質量層は金属を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、弾性層はポリマーを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、弾性層は、約１．５メガレイル未満の音響インピーダンスを有する材料を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、質量層は、弾性層より少なくとも約５倍大きいインピーダンスを有する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、超音波プローブは、超音波プローブに信号を伝え、また超音波プローブから信号を伝えるように構成されたケーブルをさらに含み、電磁放射シールドはそのケーブルを取り囲んでおり、また電磁放射シールドは電極を介して接地される。
【００１８】
いくつかの実施形態では、超音波プローブは、超音波システムと無線で通信するように構成される。
【００１９】
本技術の実施形態では、能動層、保護面プレートまたはレンズ、および、能動層と、保護面プレートまたはレンズとの間に配置された整合層を含む音響スタックを設けるステップであって、この整合層が、第１の材料を含む質量層と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む弾性層とを含む、ステップと、質量層を含み、能動層を取り囲み、超音波プローブに伝えられる信号と、超音波プローブから伝えられる信号とに外部からの電磁放射が妨害を与えることを抑制するように構成された電磁放射シールドを超音波プローブに設けるステップとを含む、超音波プローブを形成する方法が提供される。
【００２０】
いくつかの実施形態は、熱が質量層から熱ドレインまたはヒートシンクに伝達され保護面プレートまたはレンズから遠ざけられるように、質量層を熱ドレインまたはヒートシンクに熱的に接続するステップをさらに含む。
【００２１】
いくつかの実施形態は、整合層を能動層またはグラウンド電極に当接させるステップをさらに含む。
【００２２】
いくつかの実施形態は、整合層を保護面プレートまたはレンズに当接させるステップをさらに含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、質量層は金属を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態では、弾性層はポリマーを含む。
【００２５】
いくつかの実施形態では、弾性層は、約１．５メガレイル未満の音響インピーダンスを有する材料を含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、質量層は、弾性層より少なくとも約５倍大きいインピーダンスを有する。
【００２７】
いくつかの実施形態は、超音波プローブに信号を伝え、また超音波プローブから信号を伝えるように構成されたケーブルを能動層に動作可能に接続するステップをさらに含み、電磁放射シールドはそのケーブルを取り囲み、またこの電磁放射シールドは電極を介して接地される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、超音波プローブは、超音波システムと無線で通信するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態によって形成された超音波システムの図である。
【図２】本発明の実施形態によって形成された３次元（３Ｄ）対応小型化超音波システムの図である。
【図３】本発明の実施形態によって形成された移動式超音波撮像システムの図である。
【図４】本発明の実施形態によって形成されたハンドキャリー式またはポケットサイズの超音波撮像システムの図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による超音波システムの構成要素の図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されている超音波トランスデューサの整合部の図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による超音波トランスデューサの別の整合部の図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による超音波システムの構成要素の図である。
【図６】本発明の実施形態による超音波プローブの帯域幅性能に関する音響シミュレーションの図である。
【図７】本発明の実施形態による超音波プローブの帯域幅性能に関する音響シミュレーションの図である。
【図８】本発明の実施形態による超音波プローブの帯域幅性能に関する音響シミュレーションの図である。
【図９】本発明の実施形態による超音波プローブの帯域幅性能に関する音響シミュレーションの図である。
【図１０】本発明の実施形態による超音波プローブを形成する方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
前述の概要、ならびに本発明のいくつかの実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付図面と併せ読めば、さらに良く理解できるであろう。本発明を説明するために、いくつかの実施形態は図面で示されている。しかし、添付図面に示されている構成および方法に本発明が限定されない点を理解されたい。図面は、様々な実施形態の機能ブロックの図を示しているため、これらの機能ブロックが、必ずしもハードウェア回路の区分を示しているわけではない。したがって、例えば、１つまたは複数の機能ブロック（例えば、プロセッサまたはメモリ）が単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサ、または、ランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）に実装されてもよい。同様に、プログラムは、独立型のプログラムでもよく、オペレーティングシステムのサブルーチンとして組み込まれてもよく、インストールされたソフトウェアパッケージの機能などでもよい。様々な実施形態が、図に示されている構成および方法に限定されないことを理解されたい。
【００３１】
本明細書で用いられるとき、単数形で列挙され、「ａ」または「ａｎ」の語に続く要素またはステップは、明確に述べられていない限り、当該要素またはステップの複数形を排除しないものと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、挙げられた特徴を同様に取り入れた他の実施形態があることを排除するものとして解釈されるようには意図されていない。また、反対のことが明示的に述べられていない限り、特定の属性を有する１つまたは複数の要素を「含む」または「有する」実施形態は、その属性を有さない他の要素を含むことができる。
【００３２】
図１は、プローブ１０６内の素子１０４（例えば、圧電素子）のアレイをドライブして体内にパルス化超音波信号を放射する送信器１０２を含む超音波システム１００を示す。プローブ１０６は、図５に示されているように構成することができる。素子１０４は、例えば１次元または２次元状に配置することができる。様々な幾何学的配置を用いることができる。システム１００は、プローブ１０６を受けるためのプローブポート１２０を有することができ、または、プローブ１０６は、システム１００に配線によって接続することができる。
【００３３】
超音波信号は、脂肪組織または筋肉組織などの、体内の構造体から後方散乱して素子１０４に戻る反射波（ｅｃｈｏ）を生み出す。この反射波は、受信器１０８によって受信される。受信された反射波は、ビーム形成を行い、また高周波（ＲＦ）信号を出力するビーム形成器１１０を通る。次いで、このＲＦ信号は、ＲＦプロセッサ１１２を通る。あるいは、ＲＦプロセッサ１１２は、ＲＦ信号を復調して反射波信号を表す同相および直交（ＩＱ）データペアを形成する複素復調器（ｃｏｍｐｌｅｘ  ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）（図示せず）を含むこともできる。次いで、ＲＦ信号データまたはＩＱ信号データは、保存用にメモリ１１４に直接送ることができる。
【００３４】
また、超音波システム１００は、収集した超音波情報（例えば、ＲＦ信号データまたはＩＱデータペア）を処理し、また、ディスプレイ１１８に表示する超音波情報のフレームを整えるためのプロセッサモジュール１１６を含む。プロセッサモジュール１１６は、収集した超音波情報に対する複数の選択可能な超音波モダリティによって、１つまたは複数の処理動作を行うように適合される。反射波信号が受信される走査セッションの間に、収集された超音波情報をリアルタイムで処理および表示することができる。追加的または代替的に、走査セッションの間に超音波情報をメモリ１１４またはメモリ１２２に一時的に保存し、その後オフライン動作で処理および表示することもできる。
【００３５】
データをシステム１００に入力し、設定を調整し、またプロセッサモジュール１１６の動作を制御するために、ユーザインタフェース１２４を用いることができる。ユーザインタフェース１２４は、キーボード、トラックボール、および／またはマウス、ならびに、複数のノブ、スイッチ、または、タッチスクリーンなどの他の入力デバイスを有することができる。ディスプレイ１１８は、診断用超音波画像を含む患者情報を、診断および分析用にユーザに提示する１つまたは複数のモニタを含む。メモリ１１４およびメモリ１２２の一方または両方は、２次元（２Ｄ）画像および／または３次元（３Ｄ）画像を提示するためにアクセスされる、超音波データの２Ｄデータセットおよび／または３Ｄデータセットを保存することができる。例えば、リアルタイムの３Ｄディスプレイまたは４次元（４Ｄ）ディスプレイを実現するために、連続する複数の３Ｄデータセットをある期間にわたって収集して保存することもできる。これらの画像は変更することができ、またユーザインタフェース１２４を用いて、ディスプレイ１１８の表示設定を手動で調整することもできる。
【００３６】
図２は、図５に示されているプローブ構成を含むことができるプローブ１３２を有する３Ｄ対応小型化超音波システム１３０を示す。プローブ１３２は、３Ｄ超音波データを収集するように構成することができる。例えば、プローブ１３２は、図１のプローブ１０６に関して先に説明したトランスデューサ素子１０４の２Ｄアレイを有することができる。（一体型ディスプレイ１３６を含むこともできる）ユーザインタフェース１３４は、オペレータからのコマンドを受け取るために設けられる。
【００３７】
本明細書で用いられるとき、「小型化」は、超音波システム１３０が手持ち式またはハンドキャリー式のデバイスであるか、または、人の手、ポケット、ブリーフケース大のケース、もしくはバックパックで運搬されるように構成されることを意味する。例えば、超音波システム１３０は、例として、約２．５インチ（６．３５ｃｍ）の奥行き、約１４インチ（３５．６ｃｍ）の幅、および約１２インチ（３０．５ｃｍ）の高さの寸法を有する通常のラップトップコンピュータのサイズを有するハンドキャリー式のデバイスでもよい。超音波システム１３０は約１０ポンド（４．５４ｋｇ）の重さでもよいため、オペレータが容易に携帯可能である。また、一体型ディスプレイ１３６（例えば、内部ディスプレイ）が設けられており、医用画像を表示するように構成される。
【００３８】
超音波データは、有線または無線のネットワーク１４０（または、例えば、シリアルもしくはパラレルケーブルまたはＵＳＢポートを介する直接接続）を通じて、外部デバイス１３８に送ることができる。いくつかの実施形態では、外部デバイス１３８は、ディスプレイを有するコンピュータまたはワークステーションでもよい。あるいは、外部デバイス１３８は、ハンドキャリー式の超音波システム１３０から画像データを受信することができ、また一体型ディスプレイ１３６より高い解像度を有し得る画像を表示または印刷することができる独立した外部ディスプレイまたはプリンタでもよい。異なる寸法、重さ、および消費電力を有する小型化超音波システムに関連する様々な実施形態を実施することができる点に留意されたい。
【００３９】
図３は、可動ベース１４６の上に設けられた移動式超音波撮像システム１４４を示す。この超音波撮像システム１４４は、カートベースのシステム（ｃａｒｔ−ｂａｓｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれることもある。ディスプレイ１４２およびユーザインタフェース１４８が設けられているが、ディスプレイ１４２は、ユーザインタフェース１４８から離れていてもよく、または、ユーザインタフェース１４８から分離可能であってもよい点を理解されたい。このシステム１４４は、図５に示されているプローブ構成を含むことができるプローブ（図示せず）を受け入れるための少なくとも１つのプローブポート１５０を有する。
【００４０】
ユーザインタフェース１４８は、適宜、オペレータが、表示されたグラフィクス、アイコンなどを触ることによってオプションを選択することを可能とするタッチスクリーンでもよい。また、ユーザインタフェース１４８は、望む通りに、もしくは必要に応じて超音波撮像システム１４４を制御するために用いることができ、かつ／または、通常備わっているコントロールボタン１５２を含む。このユーザインタフェース１４８は、ユーザが情報を入力し、走査パラメータを設定および変更するためだけでなく、超音波データと、表示可能な他のデータとを連携させるように物理的に操作することができる複数のインタフェースオプションを提供する。このインタフェースオプションは、特定の入力、プログラム可能な入力、コンテキスト入力（ｃｏｎｔｅｘｔｕａｌ  ｉｎｐｕｔ）などに対して用いることができる。例えば、キーボード１５４およびトラックボール１５６を設けることができる。
【００４１】
図４は、ディスプレイ１７２およびユーザインタフェース１７４が単一ユニットを形成する、ハンドキャリー式またはポケットサイズの超音波撮像システム１７０を示す。例として、ポケットサイズの超音波撮像システム１７０は、約２インチ（５．０８ｃｍ）の幅、約４インチ（１０．２ｃｍ）の長さ、および約０．５インチ（１．２７ｃｍ）の奥行きでもよく、また３オンス（８５．０５ｇ）未満の重さである。ディスプレイ１７２は、例えば、（医用画像１７６を表示することができる）３２０×３２０ピクセルのカラーＬＣＤディスプレイでもよい。ユーザインタフェース１７４には、ボタン１８２からなるタイプライタ状のキーボード１８０が適宜含まれてもよい。整合層構造体を含むことができるプローブ１７８は、システム１７０と相互接続される。
【００４２】
複数機能コントロール部１８４にはそれぞれ、システム動作のモードに応じた機能を割り当てることができる。したがって、複数の異なる動作を実現するために、複数機能コントロール部１８４のそれぞれを構成することができる。必要に応じて、複数機能コントロール部１８４に対応したラベル表示部分１８６が、ディスプレイ１７２上に含まれてもよい。また、このシステム１７０は、特定目的の機能のためにさらなるキーおよび／またはコントロール部１８８を有することができ、これらの機能には、限定されないが、「静止」、「深さ調整」、「ゲイン調整」、「カラーモード」、「印刷」、および「保存」が含まれる場合がある。
【００４３】
図５Ａは、本発明の実施形態による超音波システムの構成要素５００を示す。これらの構成要素５００には、超音波プローブ５０２、ケーブル５０４、増幅器５０６、および電磁放射シールド５０８が含まれる。プローブ５０２は、超音波を受信して、電子回路５２１（例えば、フレックス回路）を用いてそれらを電気信号に変換するように構成される。プローブ５０２は、電気信号を、ケーブル５０４および電子回路５２３を介して増幅器５０６に伝える。増幅器５０６は、例えば図１に示されている受信器１０８などの受信器の一部でもよい。
【００４４】
電磁放射シールド５０８は、プローブ５０２の能動層５１０を封入し、またケーブル５０４および電子回路５２１、５２３を介して伝わる電気信号を封入するようにプローブ５０２に組み込まれる。プローブ５０２は、バックスタック（ｂａｃｋ−ｓｔａｃｋ）５１３、能動層５１０、グラウンド電極５０９、整合部５１１、および、保護面プレートまたはレンズ５１４を含む。プローブ５０２では、能動層５１０は、例えばモノリシックまたは圧電複合材料である、少なくとも１つの電極化圧電材料を含む。プローブ５０２では、バックスタック５１３は、電極を電気回路５２１に接続するために用いられる任意のパッシブ層と、トランスデューサの後ろ側に進むエネルギーを吸収するために用いられる材料とを含むことができる。プローブ５０２では、整合部５１１は、複数の整合層ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４、およびＭＬ５を含み、それぞれの整合層は、弾性材料を含む弾性層と、質量材料（ｍａｓｓ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む質量層とを含む。図５Ｂに示されているように、第１の整合層ＭＬ１は、弾性層５５１および質量層５５２を含み、第２の整合層ＭＬ２は、弾性層５５３および質量層５５４を含み、第３の整合層ＭＬ３は、弾性層５５５および質量層５５６を含み、第４の整合層ＭＬ４は、弾性層５５７および質量層５５８を含み、第５の整合層ＭＬ５は、弾性層５５９および質量層５６０を含む。他の設計では異なる数の整合層が用いられる場合があり、また、全ての整合層が必ずしも弾性層と質量層で作られていない点を理解されたい。しかし、いくつかの実施形態では、例えば、第１の整合層ＭＬ１が弾性層５６１と質量層５６２を含み、第２の整合層ＭＬ２である５６３と、第３の整合層ＭＬ３である５６４とが弾性層と質量層の両方を含まない別の整合部５６５を示す図５Ｃに示されているように、少なくとも１つの整合層に弾性層と質量層が含まれる。
【００４５】
本明細書で用いられるとき、例えば、弾性材料は、エポキシベースのネガ型フォトレジストであるＳＵ８（商標）またはポリイミド材料であるＫａｐｔｏｎ（商標）などポリマーまたはフィルム、シリコーンなどの比較的低損失および低密度の材料であり、弾性／質量整合層の目標音響インピーダンスに応じて、３メガレイル（ＭＲ）未満、さらには１．５ＭＲ未満の音響インピーダンスを有することができる。本明細書で用いられるとき、質量材料は、タングステン、銅、または他の金属などの比較的高密度の材料であり、３０ＭＲに近い音響インピーダンスを有することができる。他の材料が用いられることがある点を理解されたい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、弾性層および質量層からなる整合層部のそれぞれは、４分の１波長、例えば約５０マイクロメートル（μｍ）よりはるかに小さい厚さを有するが、他の厚さも企図されている。いくつかの実施形態では、弾性層および質量層は、中心周波数における波長の約６分の１より小さい厚さをそれぞれ有することができ、また質量層は、弾性層より少なくとも約５倍大きいインピーダンスを有することができる。いくつかの実施形態では、能動層５１０から最も遠く、保護面プレートまたはレンズ５１４に最も近い整合層が整合層の最小インピーダンスを有するように、整合層は、全体的に低下するインピーダンスを有することができる。図５Ｂに示されているように、全体的に低下するインピーダンスは、整合層において質量層の厚さを減らし、弾性層の厚さを増やすことによって実現することができる。例えば、最も高いインピーダンスの整合層は、最も高い質量材料の割合と、最も低い弾性材料の割合とを有することができ、最も低いインピーダンスの整合層は、最も低い質量材料の割合と、最も高い弾性材料の割合とを有することができる。
【００４７】
図示されているように、電磁放射シールド５０８は、整合層ＭＬ１の質量層を含む。他の実施形態では、電磁放射シールド５０８は、質量層と弾性層の両方を含む任意の整合層の質量層を含むことができる。いくつかの実施形態では、電磁放射シールドに組み込まれている質量層は、約１０μの厚さか、またはそれより厚くてもよい。いくつかの実施形態では、電磁放射シールド５０８は、能動層５１０および／またはグラウンド電極５０９に当接する整合層の質量層を含むことができる。いくつかの実施形態では、電磁放射シールド５０８は、保護面プレートまたはレンズ５１４に当接する整合層の質量層を含むことができる。いくつかの実施形態では、電磁放射シールド５０８は、能動層５１０、グラウンド電極５０９、または、保護面プレートもしくはレンズ５１４に当接していない整合層の質量層を含むことができる。
【００４８】
電磁放射シールド５０８は、電極５２０を介してグラウンド５２２に接地される。いくつかの実施形態では、電磁放射シールド５０８は、例えば超音波システムのシャーシコンソール（ｃｈａｓｓｉｓ  ｃｏｎｓｏｌｅ）に接地することができる。プローブ５０２の能動層５１０は、電極５２４を介して増幅器５０６に動作可能に接続される。
【００４９】
いくつかの実施形態では、超音波プローブは、ケーブルを用いずに超音波システムと通信する無線超音波プローブでもよい。このような実施形態では、電磁放射シールドは、プローブの整合層の質量層を含むことができ、またプローブの能動層、およびプローブの電子回路（例えば、フレックス回路）を取り囲むことができる。このような実施形態は、例えば、図５Ｄに関連して以下で説明される熱ドレイン／ヒートシンクを含むことができる。
【００５０】
動作時には、電磁放射シールド５０８は、周囲の機器により生じた電磁放射が、能動層５１０によって生成され、ケーブル５０４と増幅器５０６の間を伝わる電気信号に妨害を与えないようにすることができる。さらに、整合層の質量層を電磁放射シールドの一部として利用することによって、超音波トランスデューサの音響スタックに金属層を導入することに通常関係する望ましくない影響を有することなく、シールドを実現することが可能になる。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態に関する技術的効果は、電磁放射シールドによって、周囲の機器により生じた電磁放射が、超音波トランスデューサの能動層によって生成され、ケーブルと、受信器の増幅器との間を伝わる電気信号に妨害を与えないようにされることである。
【００５２】
図５Ｄは、本発明の実施形態による超音波システムの構成要素５７０を示す。超音波システム５７０は、図５Ａに関連して上述の構成要素を含み、また、バックスタック５１３に隣接して配置された熱ドレイン／ヒートシンク５７４をさらに含む。図５Ｄに示されているように、熱ドレイン／ヒートシンク５７４は、熱接続部５７２を介して第１の整合層ＭＬ１の質量層５７６に熱的に接続されており、この熱接続部５７２は、質量層５７６から熱ドレイン／ヒートシンク５７４に熱を伝達し、保護面プレートまたはレンズ５１４から熱を除くように構成される。いくつかの実施形態では、熱ドレイン／ヒートシンク５７４は、（１つまたは複数の）質量層から熱ドレイン／ヒートシンク５７４に熱を伝達するように構成された熱接続部を介して、整合部の任意および／または全ての質量層に熱的に接続され得る。いくつかの実施形態では、熱ドレイン／ヒートシンク５７４は、電磁放射シールド５０８の一部でもよく、また電極５２０を介してグラウンド５２２に接続されてもよい。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態に関する技術的効果は、超音波プローブの整合部における１つまたは複数の質量層の熱が、保護面プレートまたはレンズから離れて、トランスデューサの後部における熱ドレイン／ヒートシンクの方に導かれ、それによって保護面プレートまたはレンズの動作温度が低下することである。
【００５４】
図６〜図９は、外側の整合層が質量−弾性構造体である、本発明の実施形態による超音波プローブの帯域幅性能に関する音響シミュレーションを示す。図６は、発明性のある電磁放射シールド、および音響スタックの以下の属性を有する試作超音波プローブに対する帯域幅性能を示す。音響スタックの属性は、いかなる整合層もレンズも有さず、空中における能動スタックの共振周波数が約３ＭＨｚ、すなわちプローブに対する所望の中心周波数に近い周波数となるように設計された厚さを有する複合ＰＺＴからなる圧電層を含む能動スタックと、２００μｍの厚さを有し約１１．５メガレイルの音響インピーダンスを有する材料からなる整合層と、１７０μｍの厚さを有し約５メガレイルの音響インピーダンスを有する材料からなる整合層と、２５μｍの厚さを有しダイスカットされていないシリコーンからなる弾性層、および７μｍの厚さを有しダイスカットされていない銅からなる質量層を含む整合層とである。このトランスデューサは、２２０μｍのピッチ、４０μｍのカーフ（ｋｅｒｆ）で動作した。
【００５５】
図７は、発明性のある電磁放射シールドを有さない超音波プローブに対する、また、音響スタックの以下の属性に対する帯域幅性能を示す。音響スタックの属性は、いかなる整合層もレンズも有さず、空中における能動スタックの共振周波数が約３ＭＨｚとなるように設計された厚さを有する複合ＰＺＴからなる能動層と、２００μｍの厚さを有し約１１．５メガレイルの音響インピーダンスを有する材料からなる整合層と、１７０μｍの厚さを有し約５メガレイルの音響インピーダンスを有する材料からなる整合層と、１４０μｍの厚さを有し約２メガレイルの音響インピーダンスを有する、ダイスカットされていない材料からなる整合層とである。このトランスデューサは、２２０μｍのピッチ、４０μｍのカーフで動作した。
【００５６】
図８〜図９は、発明性のある電磁放射シールドを有する試作超音波プローブ、および、発明性のある電磁放射シールドを有さない超音波プローブの音響性能をグラフで示す。特に、図６〜図９に見られ、またこれらの図で与えられている結果は同様であり、それによって、発明性のある電磁放射シールドが音響性能を損ねなかったことが示される。
【００５７】
さらに、上述の発明性のある電磁放射シールドを有する超音波プローブを製造および使用する方法もまた企図されており、その方法が本発明の一部とみなされる。
【００５８】
図１０は、本発明の実施形態による超音波プローブを形成する方法１０００を示す。１００２では、能動層、保護面プレートまたはレンズ、および、能動層と、保護面プレートまたはレンズとの間に配置される整合層を含む音響スタックが設けられ、この整合層は、第１の材料を含む質量層と、第１の材料とは異なる第２の材料を含む弾性層とを含む。１００４では、質量層を含み、能動層を取り囲み、ケーブルを介して超音波プローブに伝えられる信号と、超音波プローブから伝えられる信号とに外部からの電磁放射が妨害を与えることを抑制するように構成された電磁放射シールドが、超音波プローブに設けられる。１００６では、熱が質量層から熱ドレインまたはヒートシンクに伝達され保護面プレートまたはレンズから遠ざけられるように、質量層が熱ドレインまたはヒートシンクに熱的に接続される。１００８では、超音波プローブに信号を伝え、また超音波プローブから信号を伝えるように構成されたケーブルが、例えばフレキシブル回路を用いて能動層に動作可能に接続され、電磁放射シールドは、ケーブルを取り囲み、またこの電磁放射シールドは電極を介して接地される。
【００５９】
いくつかの実施形態では、本方法は、整合層を能動層および／またはグラウンド電極に当接させるステップをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、本方法は、整合層を保護面プレートまたはレンズに当接させるステップをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、質量層は金属を含む。いくつかの実施形態では、弾性層はポリマーを含む。いくつかの実施形態では、弾性層は、圧電材料のインピーダンスの約５分の１より小さい音響インピーダンスを有する材料を含む。いくつかの実施形態では、質量層は、弾性層より少なくとも約５倍大きいインピーダンスを有する。
【００６０】
上記の説明は例示的であり、限定的でないことが意図されていることを理解されたい。例えば、上記の実施形態（および／または、それらの態様）は、互いとの組み合わせで用いられてもよい。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況または特定の材料を適合させるために多くの変更がなされてもよい。本明細書に記載の寸法および材料の種類は、本発明のパラメータを定めることが意図されているが、それらは決して限定的なものではなく、例示的実施形態である。上記の説明を吟味すると、当業者には多くの他の実施形態が明らかとなろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲が権利を有する等価物の全ての範囲と共に、そのような特許請求の範囲を参照して定められることになる。添付の特許請求の範囲においては、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「ｉｎ  ｗｈｉｃｈ」の用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」のそれぞれの用語と等価である平易な英語として用いられている。その上、以下の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は、単にラベルとして用いられており、それらの対象となるものに対して数値的要件を課すようことは意図されていない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定部分は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、そのような特許請求の範囲の限定部分によって、さらなる構造が説明されていない機能の記述が後に続く「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」という句が明確に用いられない限り、またこの句が明確に用いられるまでは、米国特許法第１１２条、第６段落に基づいて解釈されることは意図されていない。
【００６１】
本書では、最良の形態を含めて本発明を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、および組み入れられた任意の方法を実行することを含めて任意の当業者が本発明を実施できるようにするために、例が用いられている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定められており、当業者に思い浮かぶ他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが本特許請求の範囲の文字通りの言葉と異なることのない構造的要素を有する場合、または、本特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的に異なることのない等価な構造的要素を含む場合には、本特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００６２】
１００  超音波システム
１０２  送信器
１０４  圧電素子のアレイ
１０６  プローブ
１０８  受信器
１１０  ビーム形成器
１１２  ＲＦプロセッサ
１１４  メモリ
１１６  プロセッサモジュール
１１８  ディスプレイ
１２０  プローブポート
１２２  メモリ
１２４  ユーザインタフェース
１３０  小型化超音波システム
１３２  プローブ
１３４  ユーザインタフェース
１３６  一体型ディスプレイ
１３８  外部デバイス
１４０  ネットワーク
１４２  ディスプレイ
１４４  移動式超音波撮像システム
１４６  可動ベース
１４８  ユーザインタフェース
１５０  プローブポート
１５２  コントロールボタン
１５４  キーボード
１５６  トラックボール
１７０  ポケットサイズの超音波撮像システム
１７２  ディスプレイ
１７４  ユーザインタフェース
１７８  プローブ
１８０  キーボード
１８２  ボタン
１８４  複数機能コントロール部
１８６  ラベル表示部分
１８８  キーおよび／またはコントロール部
５００  超音波システムの構成要素
５０２  超音波プローブ
５０４  ケーブル
５０６  増幅器
５０８  電磁放射シールド
５０９  グラウンド電極
５１０  能動層
５１１  整合部
５１３  バックスタック
５１４  保護面プレートまたはレンズ
５２０  電極
５２１  電子回路
５２２  グラウンド
５２３  電子回路
５２４  電極
ＭＬ１  整合層
ＭＬ２  整合層
ＭＬ３  整合層
ＭＬ４  整合層
ＭＬ５  整合層
５５１  弾性層
５５２  質量層
５５３  弾性層
５５４  質量層
５５５  弾性層
５５６  質量層
５５７  弾性層
５５８  質量層
５５９  弾性層
５６０  質量層
５６１  弾性層
５６２  質量層
５６３  整合層
５６４  整合層
５６５  整合部
５７０  超音波システム
５７２  熱接続部
５７４  熱ドレイン／ヒートシンク
５７６  質量層
ＦＩＧ．１０  フローチャート
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012135616.tif 000015
【外国語明細書】
2012135616000001.pdf