JP2008311700A - 複合圧電材料、超音波探触子、超音波内視鏡、及び、超音波診断装置 - Google Patents
複合圧電材料、超音波探触子、超音波内視鏡、及び、超音波診断装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】複合圧電材料は、平面又は曲面に沿って配置された複数の圧電体と、複数の圧電体の間、及び/又は、複数の圧電体の外周部に配置され、少なくとも1つの方向に高い熱伝導率を有する異方性熱伝導体とを具備する。また、超音波探触子は、複合圧電材料を含む振動子アレイと、振動子アレイの第1の面に配置された音響整合層及び/又は音響レンズと、振動子アレイの第1の面に対向する第2の面に配置されたバッキング材とを具備する。
【選択図】図3B
Description
(1)駆動信号が供給されて伸縮する振動子自身の振動エネルギーが、振動子内部で熱に変換される(自己発熱)。
(2)振動子によって発生された超音波が、バッキング材に吸収されて熱に変換される。
(3)振動子によって発生された超音波が、音響整合層又は音響レンズの界面において多重反射されて、最終的に熱に変換される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波探触子の内部構造を模式的に示す斜視図であり、図2は、図1に示す超音波探触子の内部構造をYZ平面と平行な面で切断したときの断面図である。この超音波探触子は、被検体に当接して体腔外走査を行う際に、又は、被検体の体腔内に挿入して体腔内走査を行う際に用いられる。
図5は、本発明の第1の実施形態とその変形例とにおける圧電振動子の構造を比較して示す図である。図5の(a)に示す第1の実施形態においては、圧電振動子が、個別電極2aと、個別電極2a上に形成された圧電体2bと、圧電体2b上に形成された共通電極2cとを含んでいる。
図7Aは、本発明の第2の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の平面図であり、図7Bは、本発明の第2の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の斜視図である。
図8Aは、本発明の第3の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の平面図であり、図8Bは、本発明の第3の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の側面図である。ここで、圧電体2bの一辺(X軸方向、Y軸方向)は250μmであり、圧電体2bの厚さ(Z軸方向)は600μmである。なお、圧電体2bの分極方向はZ軸方向である。
図11Aは、本発明の第4の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の平面図であり、図11Bは、本発明の第4の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の斜視図である。本実施形態においては、圧電振動子において発生する熱を速やかにバッキング材1(図1及び図2)に放出してピーク温度を低減するために、図11Aに示すように、振動子アレイを構成する複数の圧電体2bの間に異方性熱伝導体3が配置される。
図17Aは、本発明の第6の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の平面図であり、図17Bは、本発明の第6の実施形態に係る超音波探触子における複合圧電材料の側面図である。ここで、圧電体2bの一辺(X軸方向、Y軸方向)は250μmであり、圧電体2bの厚さ(Z軸方向)は600μmである。なお、圧電体2bの分極方向はZ軸方向である。その他の点に関しては、第5の実施形態と同一である。
図18は、本発明の第6の実施形態の変形例に係る超音波探触子の表面温度測定結果を従来と比較して示す図である。この測定は、温度23℃の空気中において、音響レンズの表面温度を測定することによって行われた。図18の(a)は、音響レンズの表面におけるピーク温度のポイントを通るX軸方向の温度分布を示しており、図18の(b)は、音響レンズの表面におけるピーク温度のポイントを通るY軸方向の温度分布を示している。
図19は、本発明の一実施形態に係る超音波内視鏡の外観を示す模式図である。図19に示すように、超音波内視鏡100は、挿入部101と、操作部102と、接続コード103と、ユニバーサルコード104とを含んでいる。超音波内視鏡100の挿入部101は、被検体の体内に挿入することができるように、可撓性を有する材料によって形成された細長い管となっている。挿入部101の先端部分には、超音波トランスデューサ部110が設けられている。操作部102は、挿入部101の基端に設けられており、接続コード103を介して超音波診断装置本体に接続されていると共に、ユニバーサルコード104を介して光源装置に接続される。操作部102には、挿入部101に処置具等を挿入するための処置具挿入口105が設けられている。
図21に示すように、超音波探触子10は、電気ケーブル21及びコネクタ22を介して超音波診断装置本体20に電気的に接続される。電気ケーブル21は、超音波診断装置本体20において生成される複数の駆動信号をそれぞれの超音波トランスデューサに伝送すると共に、それぞれの超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を超音波診断装置本体20に伝送する。
2 超音波トランスデューサ(圧電振動子)
2a 個別電極
2b 圧電体
2c 共通電極
2d 圧電体層
2e 下部電極層
2f、2g 内部電極層
2h 上部電極層
2i 絶縁膜
2j、2k 側面電極
3 異方性熱伝導体
3a 熱伝導部材
3b 樹脂
3c 第1の熱伝導部材
3d 第2の熱伝導部材
4a、4b 音響整合層
5 音響レンズ
6 FPC
7 絶縁樹脂
8 電気配線
9 放熱板
10 超音波探触子
20 超音波診断装置本体
21 電気ケーブル
22 コネクタ
23 制御部
24 駆動信号生成部
25 送受信切換部
26 受信信号処理部
27 画像生成部
28 表示部
100 超音波内視鏡
101 挿入部
102 操作部
103 接続コード
104 ユニバーサルコード
105 処置具挿入口
110 超音波トランスデューサ部
111 観察窓
112 照明窓
113 処理部挿通口
114 ノズル孔
115 穿刺針
120 振動子アレイ
121〜123 超音波トランスデューサ(圧電振動子)
124 音響整合層
125 バッキング材
Claims (16)
- 平面又は曲面に沿って配置された複数の圧電体と、
前記複数の圧電体の間、及び/又は、前記複数の圧電体の外周部に配置され、少なくとも1つの方向に高い熱伝導率を有する異方性熱伝導体と、
を具備する複合圧電材料。 - 前記異方性熱伝導体が、前記複数の圧電体の間、及び、前記複数の圧電体の外周部に配置されている、請求項1記載の複合圧電材料。
- 前記異方性熱伝導体が、繊維状材料と樹脂とを含む、請求項1又は2記載の複合圧電材料。
- 前記繊維状材料の長手方向の熱伝導率が、前記樹脂の熱伝導率よりも高い、請求項3記載の複合圧電材料。
- 前記繊維状材料の長手方向と前記平面又は曲面とが略平行となるように前記繊維状材料が配向されている、請求項3又は4記載の複合圧電材料。
- 前記繊維状材料の長手方向と前記平面又は曲面とが略直交するように前記繊維状材料が配向されている、請求項3又は4記載の複合圧電材料。
- 前記繊維状材料が、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、シリコンカーバイト(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、タングステンカーバイト(WC)、窒化ボロン(BN)、及び、アルミナ(Al2O3)の内から選択された1つを含む、請求項3〜6のいずれか1項記載の複合圧電材料。
- 前記複数の圧電体の各々が、少なくとも1つの内部電極層を挟んで交互に積層された複数の圧電体層を含む、請求項1〜7のいずれか1項記載の複合圧電材料。
- 超音波を送信又は受信するために用いられる超音波探触子であって、
請求項1〜8のいずれか1項記載の複合圧電材料を含む振動子アレイと、
前記振動子アレイの第1の面に配置された音響整合層及び/又は音響レンズと、
前記振動子アレイの第1の面に対向する第2の面に配置されたバッキング材と、
を具備する超音波探触子。 - 前記バッキング材の熱伝導率が、前記音響整合層又は前記音響レンズの熱伝導率の10倍以上である、請求項9記載の超音波探触子。
- 前記振動子アレイの第1の面に配置された前記音響整合層及び前記音響レンズの熱抵抗が、前記振動子アレイの第2の面に配置された前記バッキング材の熱抵抗よりも大きい、請求項9又は10記載の超音波探触子。
- 可撓性を有する材料によって形成され、被検体の体腔内に挿入して使用される挿入部を有する超音波内視鏡であって、
請求項1〜7のいずれか1項記載の複合圧電材料を含む振動子アレイと、
前記振動子アレイの第1の面に配置された音響整合層及び/又は音響レンズと、
前記振動子アレイの第1の面に対向する第2の面に配置されたバッキング材と、
被検体の体腔内を照明する照明手段と、
被検体の体腔内を光学的に撮像する撮像手段と、
を前記挿入部において具備する超音波内視鏡。 - 前記バッキング材の熱伝導率が、前記音響整合層又は前記音響レンズの熱伝導率の10倍以上である、請求項12記載の超音波内視鏡。
- 前記振動子アレイの第1の面に配置された前記音響整合層及び前記音響レンズの熱抵抗が、前記振動子アレイの第2の面に配置された前記バッキング材の熱抵抗よりも大きい、請求項12又は13記載の超音波内視鏡。
- 請求項9〜11のいずれか1項記載の超音波探触子と、
前記振動子アレイに複数の駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、
前記振動子アレイから出力される複数の受信信号を処理することにより、超音波画像を表す画像データを生成する信号処理手段と、
を具備する超音波診断装置。 - 請求項12〜14のいずれか1項記載の超音波内視鏡と、
前記振動子アレイに複数の駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、
前記振動子アレイから出力される複数の受信信号を処理することにより、超音波画像を表す画像データを生成する信号処理手段と、
を具備する超音波診断装置。
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