(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信するための超音波プローブにおいて、
配列されて略円柱形状を構成する複数の圧電体の超音波送受信面のそれぞれから、前記円柱形状の側面の略半周分の一部分にかけてアース電極を形成し、
前記アース電極に前記側面の一部分においてアース電極引出用銅箔を接続し、
前記複数の圧電体の背面のそれぞれから、前記側面の略半周分の一部分にかけて複数の信号電極を形成し、
前記複数の信号電極に、前記側面の他の部分において、フレキシブルプリント配線板上の複数の信号線をそれぞれ接続し、
前記フレキシブルプリント配線板を前記略円柱形状の圧電体の側面に略半周分巻き付け、
前記アース電極引出用銅箔を前記略円柱形状の圧電体の側面に前記フレキシブルプリント配線板の上に接着されて略１周分巻き付けていることを特徴とする超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に超音波を送信して、被検体内の音響インピーダンスの違いによっておこる反射波を受信し、その受信信号から被検体の断層組織や血流の動態などの様々な情報を取り出す超音波診断装置に接続され、実際に被検体に当てられ、超音波を送受信する機能を担っている超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波の医学的な応用としては種々の装置があるが、その主流は超音波パルス反射法を用いて生体の軟部組織を断層像で画像化するものである。この超音波画像化は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ）、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）、核医学診断装置（ガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ等）の他の画像化装置に比べて、リアルタイム性が高く、装置が小型で安価、しかも放射線の被曝が無くて安全性が高いという特徴を有しており、泌尿器科や産婦人科などでその活用範囲は広い。
【０００３】
このような超音波診断装置に接続され、実際に被検体に当てられ、超音波を送受信する機能を担っているのが、超音波プローブである。この超音波プローブの主要部は、その先端部分に設けられている振動子部分であり、これは、図１１に示すように、圧電セラミックスに代表される矩形の圧電体１０１の超音波送受信面（表面）にアース電極１０３を形成し、その上から音響整合層１０４と音響レンズ１０５とを順に積層している。一方、圧電体１０１の背面には、信号電極１０２を形成して、その上からバッキング層１０６を装着している。
【０００４】
そして、信号電極１０２の表面に信号電極引出用フレキシブルプリント配線板１０７を電気的に接続し、バッキング層１０６の側面に沿って引き出している。また、アース電極１０３の表面にアース電極引出用銅箔１０８を電気的に接続し、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板１０７とは反対側からバッキング層１０６の側面に沿って引き出している。
【０００５】
また、図１２に示すように、信号電極１０２とアース電極１０３とを、同じ側からそれぞれ信号電極引出用フレキシブルプリント配線板１０７とアース電極引出用銅箔１０８で引き出している従来例もある。
【０００６】
また、図１３乃至図１５に示すように、円形の圧電体１１１のタイプもあるが構造や電極引出方法は図１１や図１２の例と基本的に同じであり、つまり、超音波送受信面（表面）にアース電極１１３を形成し、その上から音響整合層１１４と音響レンズ１１５とを順に積層し、圧電体１１１の背面から側面にわたって信号電極１１２を形成して、その上からバッキング層１１６を装着している。そして、信号電極１１２の表面に信号電極引出用フレキシブルプリント配線板１１７を電気的に接続し、バッキング層１１６の側面に沿って引き出し、また、アース電極１１３に側面においてアース電極引出用銅箔１１８を電気的に接続し、バッキング層１１６の側面に沿って引き出している。
【０００７】
このような超音波プローブには次のような問題がある。周知の通り、圧電体に電圧を印加すると、この圧電体に機械的な振動が起こり、超音波が発生する。そして、逆に、超音波（反射波）により圧電体が振動されると、そこから電気信号が出力される。従って、圧電体の機械的振動を阻害するものがあると、その部分では超音波の送受信は実質的にできなくなってしまう。圧電体の表面や背面の電極に接続されている信号電極引出用フレキシブルプリント配線板やアース電極引出用銅箔銅箔がこれに当たる。つまり、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板やアース電極引出用銅箔銅箔が接続されている部分では、超音波の送受信ができない又は送受信効率が極端に低下してしまうことになる。
【０００８】
従って、圧電体の全面を使って送受信を行うことができず、外形寸法に対する実質的に送受信可能な実効口径の割合の低下は否めない。これにより送信と受信の総合的な感度が低下して、画質が低下し、またペネトレーション（視野深度）の制限が強調され、実効口径の割合の低下により、方位分解能が低下するという事態を招いてしまう。そこで、ある程度の実効口径を得ようとすると、より大型の圧電体が必要になってしまう。このような問題は、サイズが制限されている経食道、経膣、経直腸等の体腔内プローブにとっては重大である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、圧電体の外形寸法に対する実質的に送受信可能な実効口径の割合を大きくすることのできる超音波プローブを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波を送受信するための超音波プローブにおいて、配列されて略円柱形状を構成する複数の圧電体の超音波送受信面のそれぞれから、前記円柱形状の側面の略半周分の一部分にかけてアース電極を形成し、前記アース電極に前記側面の一部分においてアース電極引出用銅箔を接続し、前記複数の圧電体の背面のそれぞれから、前記側面の略半周分の一部分にかけて複数の信号電極を形成し、前記複数の信号電極に、前記側面の他の部分において、フレキシブルプリント配線板上の複数の信号線をそれぞれ接続し、前記フレキシブルプリント配線板を前記略円柱形状の圧電体の側面に略半周分巻き付け、前記アース電極引出用銅箔を前記略円柱形状の圧電体の側面に前記フレキシブルプリント配線板の上に接着されて略１周分巻き付けている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の超音波プローブを好ましい実施形態により説明する。上述したように、超音波診断の主流は、超音波パルス反射法を用いて生体の軟部組織を断層像で画像化するものであるが、その他に反射波に含まれるドプラ偏移周波数情報を検出して、血流の動態を画像化する等の種々の機能分化を遂げてきている。このような超音波診断装置に接続され、実際に被検体に当てられ、超音波を送受信する機能を担っているのが、超音波プローブであり、この超音波プローブの主要部は、その先端部分に設けられている振動子部分である。
（第１実施形態）
図１に第１実施形態に係る超音波プローブの振動子部分の構造を斜視図により示している。また、図２には、図１の圧電体を超音波送受信面（表面）の側から見た平面図を示し、図３には、図１の圧電体を背面側から見た平面図を示している。この実施形態では、圧電体１は、圧電セラミックスに代表される材料で、断面が矩形に、そして外形が四角柱形状に形成されている。この圧電体１には、その表面から一側面（第１の側面）にかけて、アース電極３が形成されている。また、圧電体１の背面には、その背面から、アース電極３が形成されている第１の側面とは反対側の側面（第２の側面）にかけて、信号電極２が形成されている。
【００１２】
この圧電体１の表面には、アース電極３を挟んで、音響整合層４と音響レンズ５とが順に積層されている。また、圧電体１の背面には、信号電極２を挟んで、バッキング層６が装着されている。
【００１３】
そして、信号電極２とアース電極３をそれぞれ、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）７とアース電極引出用銅箔（エレクトロード）８により、圧電体１の表面と背面以外の場所、つまり、圧電体１の側面から引き出している。具体的には、信号電極２に、それが形成されている第１の側面において、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板７を電気的に接続し、この信号電極引出用フレキシブルプリント配線板７をバッキング層６の側面に沿って後方に引き出している。また、アース電極３に、それが形成されている第２の側面において、アース電極引出用銅箔８を電気的に接続し、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板７とは反対側のバッキング層６の側面に沿って引き出している。
【００１４】
このように、信号電極２とアース電極３の両方を側面から引き出すことにより、この引出のための信号電極引出用フレキシブルプリント配線板７とアース電極引出用銅箔８が、圧電体１の表面（超音波送受信面）と背面との両方を何ら侵食することがないので、圧電体１の略全面を使って超音波の送受信が行い得、従って外形寸法に対する実質的に送受信可能な実効口径の割合を大きすることができ、その結果、送受信効率の向上を実現できる。
【００１５】
これにより送信と受信の総合的な感度が向上するので、画質の向上が期待でき、またペネトレーション（視野深度）の制限が緩和され得る。さらに、送受信の口径が実質的に拡大されるので、同一周波数で比較した場合、走査方向に関する方位分解能が向上する効果もある。
（第２実施形態）
図４に第２実施形態に係る超音波プローブの振動子部分の構造を断面図により示している。また、図５には、図４の圧電体を超音波送受信面（表面）の側から見た平面図を示し、図６には、図４の圧電体を背面側から見た平面図を示している。また、図７には、図５のＡ−Ａ断面図を示し、図８には、図５のＢ−Ｂ断面図を示している。
【００１６】
この実施形態では、圧電体１１は、圧電セラミックスに代表される材料で、断面が略円形に、そして外形が略円柱形状に形成されている。この圧電体１１には、その表面から側面の略半周分の部分にかけて、アース電極１３が形成されている。また、圧電体１１の背面には、その背面から側面の略半周分の部分にかけて、アース電極１３とは重ならないように区分けして、信号電極１２が形成されている。
【００１７】
この圧電体１１の表面には、アース電極１３を挟んで、音響整合層１４と音響レンズ１５とが順に積層されている。また、圧電体１１の背面には、信号電極１２を挟んで、バッキング層１６が装着されている。
【００１８】
そして、信号電極１２とアース電極１３をそれぞれ、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）１７とアース電極引出用銅箔（エレクトロード）１８により、圧電体１１の表面と背面以外の場所、つまり、圧電体１１の側面部分から引き出している。具体的には、信号電極１２に、それが形成されている側面部分において、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板１７を電気的に接続し、この信号電極引出用フレキシブルプリント配線板１７をバッキング層１６の側面部分に沿って後方に引き出している。
【００１９】
また、アース電極１３に、それが形成されている側面部分において、アース電極引出用銅箔１８を電気的に接続し、信号電極引出用フレキシブルプリント配線板７と重ならない反対側のバッキング層１６の側面部分に沿って引き出している。
【００２０】
このように、第１実施形態と同様に、信号電極１２とアース電極１３の両方を側面から引き出しているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。つまり、圧電体１１の略全面を使って超音波の送受信を行って、外形寸法に対する実質的に送受信可能な実効口径の割合を大きすることができ、そして、送受信効率の向上を実現できるのである。
（第３実施形態）
図９に第３実施形態に係る超音波プローブの振動子部分の構造を斜視図により示している。また、図１０には、図９の信号電極引き出しのためのフレキシブルプリント配線板２７とアース電極引き出しのための銅箔２８とが重なる部分の断面図を示している。なお、これらの図９，１０において、第２実施形態の図４乃至図８と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略するものとする。また、図９では電極引出し構造をよく見えるように音響レンズ等を省略している。
【００２１】
本第３実施形態が、上述した第２実施形態と相違する点は、信号電極１２とアース電極１３の引出し方法にある。上述したように、信号電極１２とアース電極１３とは互いに重ならないように円柱形状の圧電体１１の側面にそれぞれ略半周分に形成されている。
【００２２】
このような信号電極１２に対して、チャネル数分の複数本の信号線２９が当然の如く絶縁素材の基板３０の上に互いに平行に印刷されているフレキシブルプリント配線板２７を、信号電極１２が形成されている円柱形状の圧電体１１の側面部分に略半周分巻き付けて、電気的に接続している。
【００２３】
そして、アース電極１３に対しては、アース電極引出用銅箔２８をアース電極１３が形成されている円柱形状の圧電体１１の側面部分に略半周分巻き付けて電気的に接続し、さらに略半周分、フレキシブルプリント配線板２７の上からそれに重ねて合計略１周分巻き付けている。
【００２４】
このように、第１や第２実施形態と同様に、信号電極１２とアース電極１３の両方を側面から引き出しているので、第１や第２実施形態と同様の効果を奏することができる。つまり、圧電体１１の略全面を使って超音波の送受信を行って、外形寸法に対する実質的に送受信可能な実効口径の割合を大きすることができ、そして、送受信効率の向上を実現できるのである。
【００２５】
さらに、本実施形態では独自の効果を実現している。それは、フレキシブルプリント配線板２７の基板３０の上に印刷されている複数本の信号線２９の間での素子間クロストークを効果的に低減できることである。これは、複数本の信号線２９に絶縁基板３０を隔ててアース電極引出用銅箔２８が非常に近接した状態で設けられていることにより達成されている。
本発明は、上述してきたような実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能であることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、圧電体に形成された複数の電極を圧電体の側面から引き出す点に特徴があり、この特徴によれば、電極引出部が圧電体の超音波送受信面と背面との両方を何ら侵食することがないので、圧電体の外形寸法に対する実質的に送受信可能な実効口径の割合を大きすることができ、その結果、送受信効率の向上を実現できる。これにより送信と受信の総合的な感度が向上するので、画質が向上し、またペネトレーション（視野深度）の制限が緩和され得る。さらに、送受信の口径が実質的に拡大されるので、同一周波数で比較した場合、走査方向に関する方位分解能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波プローブの矩形振動子部分の構造を示す斜視図。
【図２】図１の圧電体を表面側から見た平面図。
【図３】図１の圧電体を背面側から見た平面図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る超音波プローブの円形振動子部分の構造を示す断面図。
【図５】図４の圧電体を表面側から見た平面図。
【図６】図４の圧電体を背面側から見た平面図。
【図７】図５のＡ−Ａ断面図
【図８】図５のＢ−Ｂ断面図
【図９】本発明の第３実施形態に係る超音波プローブの円形振動子部分の構造を示す斜視図。
【図１０】図９の信号電極引き出しのためのフレキシブルプリント配線板とアース電極引き出しのための銅箔とが重なる部分の断面図。
【図１１】第１の従来技術の超音波プローブの振動子部分の構造図。
【図１２】第２の従来技術の超音波プローブの振動子部分の構造図。
【図１３】第３の従来技術の超音波プローブの振動子部分の構造図。
【図１４】第４の従来技術の超音波プローブの振動子部分の構造図。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ断面図。
【符号の説明】
１…矩形圧電体、
２…信号電極、
３…アース電極、
４…音響整合層、
５…音響レンズ、
６…バッキング層、
７…信号電極引出用フレキシブルプリント配線板、
８…アース電極引出用銅箔、
１１…円形圧電体、
１２…信号電極、
１３…アース電極、
１４…音響整合層、
１５…音響レンズ、
１６…バッキング層、
１７…信号電極引出用フレキシブルプリント配線板、
１８…アース電極引出用銅箔、
２７…信号電極引出用フレキシブルプリント配線板、
２８…アース電極引出用銅箔、
２９…信号線、
３０…フレキシブルプリント基板。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003959154.tif 000009
【図９】
0003959154.tif 000010
【図１０】
0003959154.tif 000011
【図１１】
0003959154.tif 000012
【図１２】
0003959154.tif 000013
【図１３】
0003959154.tif 000014
【図１４】
0003959154.tif 000015
【図１５】
0003959154.tif 000016