JP2015093139A - 超音波画像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音響結合材が重力に応じて流動しても送信面と被検体との間に十分に音響結合材を介在させることができる超音波画像装置は提供される。
【解決手段】超音波画像装置は、超音波の送信面を有する音響整合体２１と、音響整合体２１に接続される超音波トランスデューサー素子と、送信面に対して流動性の音響結合材を供給し、音響整合体２１の厚み方向からの平面視において超音波トランスデューサー素子の重心を挟む位置に配置される２つの供給口５９ａと、音響整合体２１の進行方向と水平面とのなす傾斜θを検出する傾斜センサー５２と、傾斜センサー５２の出力に基づいて傾斜θを降りと判断した場合には、２つの供給口５９ａのうちの進行方向に関して前方の供給口５９ａによる音響結合材の時間当たりの供給量を傾斜θをなしと判断した場合の時間当たりの供給量に比べて多い量とする制御部とを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は１つの具体例として超音波診断装置で例えられる超音波画像装置等に関する。

超音波測定装置の一具体例である超音波診断装置は一般に知られる。超音波診断装置は例えば体内組織の画像の形成にあたって用いられる。画像の形成にあたって超音波プローブは体表に押し当てられる。このとき、超音波プローブと体表との間は空気に代わって水といった音響結合材で満たされる。音響結合材は超音波プローブの音響インピーダンスと人体の音響インピーダンスとを整合させる役割を果たす。こうして音響結合材の働きに応じて超音波プローブと体表との間で超音波は効率的に伝達されることができる。

特許文献１では超音波プローブの先端面すなわち超音波の送信面に音響結合体であるゲルの噴出口が配置される。超音波診断にあたって噴出口からゲルが供給される。ゲルは送信面と体表との間を満たす。

特開２００４−１４１２６０号公報

特許文献１に記載のものではゲルの供給量は作動ボタンの押し加減に応じて任意に調整される。あるいは、スイッチのオンオフに応じてゲルの供給および供給停止は切り替えられる。ゲルの供給量はスイッチのオンオフ操作に応じて任意に調整される。ただし、特許文献１ではゲルの流動性は言及されていない。吐出後のゲルの挙動は記述されていない。粘度の高いゲルが使用され、いちど吐出されたゲルはその場に留まることが想定されている。

本発明の少なくとも１つの態様によれば、音響結合材が重力に応じて流動しても送信面と被検体との間に十分に音響結合材を介在させることができる超音波画像装置は提供されることができる。

（１）本発明の一態様は、超音波の送信面を有する音響整合体と、前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、前記送信面に対して流動性の音響結合材を供給し、かつ前記音響整合体の厚み方向からの平面視において前記超音波トランスデューサー素子の重心を挟む位置に配置されている２つの供給口と、前記音響整合体の進行方向と水平面とのなす傾斜を検出する傾斜センサーと、前記傾斜センサーの出力に基づいて前記傾斜を降りと判断した場合には、前記２つの供給口のうちの前記進行方向に関して前方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記傾斜をなしと判断した場合の時間当たりの供給量に比べて多い量とする制御部とを備える超音波画像装置に関する。

超音波測定にあたって送信面は例えば体表といった被検体に接触する。接触にあたって被検体と送信面との間には供給口から音響結合材が供給される。音響結合材は被検体と送信面との間を満たす。こうして超音波は送信面から被検体に伝達される。このとき、被検体の測定面が重力方向に直交する水平であれば、音響結合材はその場に留まる。音響結合材は被検体と送信面との間を満たし続ける。その一方で、被検体の測定面が音響整合体の進行方向に関して降りに傾斜すると、音響結合材は流動性を有することから、音響結合材は音響整合体よりも前方に遠ざかるように流動する。こうして降り傾斜で音響結合材が失われても、供給量の増量に応じて音響結合材は補填される。したがって、音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。ここで、「降り」とは、音響整合体の変位ベクトルが重力方向に正のベクトル成分を有することをいう。

（２）超音波画像装置では、前記制御部は、前記進行方向に関して後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記前方の供給口の時間当たり供給量よりも少ない量に制御し、かつ前記傾斜を降りと判断した場合には、前記後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量と前記前方の供給口の時間当たり供給量との差を前記傾斜をなしと判断した場合の前記差よりも大きなものにする制御を行うことができる。こうして超音波トランスデューサー素子の前方で音響結合材の供給量は増大する。その結果、超音波トランスデューサー素子の前方で降り傾斜に応じて音響結合材が失われても、超音波トランスデューサー素子の前方には十分に音響結合材が補填される。したがって、音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。

（３）前記制御部は、前記降りの傾斜角度が大きいほど、前記前方の供給口の時間当たりの供給量が多い量となるように制御することができる。降りの傾斜角度が大きいほど、音響結合材の流動速度は高まる。したがって、傾斜角度の増大に応じて音響結合材の供給量が増大すれば、音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。ここで、音響結合材の供給量は、線形のように連続的に増加してもよいだけでなく、テーブルによる制御のように階段状に増加してもよい。

（４）前記制御部は、前記進行方向に前記音響整合体の移動速度が大きいほど、時間当たりの供給量が少ない量となるように制御することができる。音響整合体の移動速度が高まれば、音響結合材の流動速度は相対的に低下する。時間当たりの損失量は低下する。したがって、時間当たりの供給量が減少しても、十分に送信面と被検体との間は音響結合材で満たされることができる。ここで、音響結合材の供給量は、線形のように連続的に減少してもよいだけでなく、テーブルによる制御のように階段状に減少してもよい。

（５）本発明の他の態様は、超音波の送信面を有する音響整合体と、前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、前記送信面に対して流動性の音響結合材を供給し、かつ前記音響整合体の厚み方向からの平面視において前記超音波トランスデューサー素子の重心を挟む位置に配置されている２つの供給口と、前記音響整合体の進行方向と水平面とのなす傾斜を検出する傾斜センサーと、前記傾斜センサーの出力に基づいて前記傾斜を登りと判断した場合には、前記２つの供給口のうちの前記進行方向に関して前方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記傾斜をなしと判断した場合の時間当たりの供給量に比べて少ない量とする制御部とを備える超音波画像装置に関する。

超音波測定にあたって送信面は例えば体表といった被検体に接触する。接触にあたって被検体と送信面との間には供給口から音響結合材が供給される。音響結合材は被検体と送信面との間を満たす。こうして超音波は送信面から被検体に伝達される。このとき、被検体の測定面が重力方向に直交する水平であれば、音響結合材はその場に留まる。音響結合材は被検体と送信面との間を満たし続ける。その一方で、被検体の測定面が音響整合体の進行方向に関して登りに傾斜すると、送信面は被検体の測定面に接触することから、音響結合材は音響整合体で堰き止められる。したがって、音響結合材の供給量が減少しても、音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。ここで、「登り」とは、音響整合体の変位ベクトルが重力方向に負のベクトル成分を有することをいう。

（６）超音波画像装置では、前記制御部は、前記進行方向に関して後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記前方の供給口の時間当たり供給量よりも少ない量に制御し、かつ前記傾斜を登りと判断した場合には、前記後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量と前記前方の供給口の時間当たり供給量との差を前記傾斜をなしと判断した場合の前記差よりも小さなものにする制御を行うことができる。こうして超音波トランスデューサー素子の後方で音響結合材の供給量は増大する。その結果、超音波トランスデューサー素子の後方で登り傾斜に応じて音響結合材が失われても、超音波トランスデューサー素子の後方には十分に音響結合材が補填される。したがって、音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。

（７）前記制御部は、前記登りの傾斜角度が所定の傾斜角度を超えると、前記後方の供給口による前記音響結合材の供給を停止するように制御することができる。登りの傾斜角度が増大すると、進行方向の後方に音響結合材の流動速度は高まる。登りの傾斜角度が所定の角度に達すると、後方の供給口から吐出される音響結合材は超音波の伝達に寄与しなくなる。このとき、音響結合材の供給が停止されれば、無用な音響結合材の供給は回避される。音響結合材は効率的に利用される。

（８）前記制御部は、前記進行方向に前記音響整合体の移動速度が所定の速度を超えると、前記後方の供給口による前記音響結合材の供給を停止するように制御することができる。音響整合体の移動速度が高まれば、進行方向の後方に音響結合材の流動速度は相対的に高まる。速度の高まりに応じて進行方向の後方では音響結合材の損失量は増大していく。移動速度が所定の速度に達すると、後方の供給口から吐出される音響結合材は超音波の伝達に寄与しなくなる。このとき、音響結合材の供給が停止されれば、無用な音響結合材の供給は回避される。音響結合材は効率的に利用される。

本発明のさらに他の態様は、超音波の送信面を有する音響整合体と、前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、前記送信面に対して流動性の音響結合材を供給し、かつ前記音響整合体の厚み方向からの平面視において前記超音波トランスデューサー素子の重心を挟む位置に配置されている２つの供給口と、前記送信面と水平面とのなす傾斜を検出する傾斜センサーと、前記傾斜センサーの出力に基づいて、前記２つの供給口のうちの鉛直方向に関して上側の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を鉛直方向に関して下側の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量に比べて多い量とする制御部とを備える超音波画像装置に関する。

超音波測定にあたって送信面は例えば体表といった被検体に接触する。接触にあたって被検体と送信面との間には供給口から音響結合材が供給される。音響結合材は被検体と送信面との間を満たす。こうして超音波は送信面から被検体に伝達される。このとき、被検体の測定面が重力方向に直交する水平であれば、音響結合材はその場に留まる。音響結合材は被検体と送信面との間を満たし続ける。その一方で、被検体の測定面が傾斜すると、音響結合材は流動性を有することから、音響結合材は傾斜面に沿って流動する。音響整合体よりも降る方向に遠ざかるように流動する。こうして降り傾斜で音響結合材が流動しても、音響結合材の供給量が増大すれば、音響結合材は十分に補充される。したがって、音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。

前記制御部は、前記傾斜の傾斜角度が大きいほど、時間当たりの供給量を増大させるように制御することができる。傾斜の傾斜角度が大きいほど、音響結合材の流動速度は高まる。したがって、傾斜角度の増大に応じて音響結合材の供給量が増大すれば、音響結合材は効果的に送信面と被検体との間を満たすことができる。

一実施形態に係る電子機器の一具体例すなわち超音波診断装置を概略的に示す外観図である。 超音波プローブの拡大正面図である。 第１実施形態に係る超音波トランスデューサー素子ユニットの拡大斜視図である。 音響レンズの拡大平面図である。 超音波デバイスの拡大平面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿った断面図に相当し超音波トランスデューサー素子ユニットの断面図である。 超音波診断装置の制御系の一部を概略的に示す概念図である。 図６に対応し、体表に押し当てられる超音波トランスデューサー素子ユニットの断面図である。 降り傾斜の場合に超音波プローブの様子を概略的に示す概念図である。 登り傾斜の場合に超音波プローブの様子を概略的に示す概念図である。 図３に対応し、第２実施形態に係る超音波トランスデューサー素子ユニットの拡大斜視図である。 図５に対応し、第２実施形態に係る超音波デバイスの拡大平面図である。 傾斜の際に超音波プローブの様子を概略的に示す概念図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（１）超音波診断装置の全体構成
図１は本発明の一実施形態に係る超音波画像装置の一具体例すなわち超音波診断装置１１の構成を概略的に示す。超音波診断装置１１は装置端末１２と超音波プローブ１３とを備える。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４で相互に接続される。装置端末１２と超音波プローブ１３とはケーブル１４を通じて電気信号をやりとりする。装置端末１２にはディスプレイパネル１５が組み込まれる。ディスプレイパネル１５の画面は装置端末１２の表面で露出する。装置端末１２では、後述されるように、超音波プローブ１３で検出された超音波に基づき画像が生成される。画像化された検出結果がディスプレイパネル１５の画面に表示される。

図２に示されるように、超音波プローブ１３は筐体１６を有する。筐体１６内には超音波トランスデューサー素子ユニット（以下「素子ユニット」という）１７が収容される。素子ユニット１７の表面は筐体１６の表面で露出することができる。素子ユニット１７は表面から超音波を出力するとともに超音波の反射波を受信する。その他、超音波プローブ１３は、プローブ本体１３ａに着脱自在に連結されるプローブヘッド１３ｂを備えることができる。このとき、素子ユニット１７はプローブヘッド１３ｂの筐体１６内に組み込まれることができる。

図３は第１実施形態に係る素子ユニット１７の構成を概略的に示す。素子ユニット１７は超音波デバイス１８を備える。超音波デバイス１８は、後述されるように、例えば基板上にアレイ状に配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。超音波トランスデューサー素子は保護層（音響整合体）１９で覆われる。保護層１９の表面には音響レンズ（音響整合体）２１が結合される。保護層１９および音響レンズ２１は一実施形態に係る音響整合体を形成する。音響レンズ２１は超音波デバイス１８の表面すなわち超音波の出射面を覆う。音響レンズ２１は全域で超音波デバイス１８の表面すなわち保護層１９に密着する。音響レンズ２１は超音波デバイス１８の保護層１９に一体化されてもよい。音響レンズ２１は、生体といった被検体と超音波デバイス１８との間で音響インピーダンスの整合を実現する。音響レンズ２１は、個々の超音波トランスデューサー素子から同時に出射される超音波を１焦点に集める役割を果たす。ここでは、保護層１９および音響レンズ２１は例えばシリコーン樹脂から形成される。併せて、超音波デバイス１８には第１フレキシブルプリント配線板（以下「第１配線板」という）２３および第２フレキシブルプリント配線板（以下「第２配線板」という）２４が個別に連結される。超音波デバイス１８はバッキング材２５で裏打ちされる。

音響レンズ２１は超音波トランスデューサー素子の出射面に接続される素子接続面２２すなわち基部面を有する。音響レンズ２１は素子接続面２２で超音波デバイス１８の表面に重ねられる。音響レンズ１９は素子接続面２２に対して凸形状に盛り上がる湾曲面（送信面）２７を有する。湾曲面２７は、第１方向Ｄ１に相互に平行に延びる母線で形成される。湾曲面２７は、母線に平行な中心軸を有する円柱の部分円筒面に相当する。湾曲面２７と素子接続面２２とは相互に対向する。

音響レンズ２１には複数のスリット２８が形成される。スリット２８は、湾曲面２７の母線に交差する平面と湾曲面２７との交線を辿って第２方向Ｄ２に延びる。スリット２８は、素子接続面２２と湾曲面２７との間を貫通する貫通孔を形成する。第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２は例えば超音波デバイス１８の表面を含む平面内に規定されて相互に直交する。ここでは、交線は、湾曲面２７と、湾曲面２７の母線に直交する平面とで規定される。

スリット２８は、素子接続面２２と湾曲面２７との間で音響レンズ２１を分断する。音響レンズ２１は複数の音響整合片２９に分断される。図４に示されるように、個々の音響整合片２９は、湾曲面２７と、湾曲面２７の母線に直交する１対の平面２８ａとで超音波デバイス１８上で仕切られる。音響整合片２９は、共通の直線上に母線を有しつつ超音波デバイス１８上で相互に離隔して配置される。

ここでは、スリット２８の幅ｔはスリット２８の全域で均一に設定される。したがって、音響整合片２９同士の間隔は均等である。ただし、スリット２８の幅は１つのスリット２８内で変化してもよくスリット２８ごとに相違する幅が設定されてもよい。音響整合片２９同士は第１方向Ｄ１に等間隔で離れて配置される。加えて、音響整合片２９の大きさは均等に設定される。したがって、音響整合片２９は等ピッチＰで配置される。ただし、音響整合片２９の大きさは変化してもよい。

図５は超音波デバイス１８の平面図を概略的に示す。超音波デバイス１８は基体３１を備える。基体３１には素子アレイ３２が形成される。素子アレイ３２は超音波トランスデューサー素子（以下「素子」という）３３の配列で構成される。配列は複数行複数列のマトリクスで形成される。その他、配列では千鳥配置が確立されてもよい。千鳥配置では偶数列の素子３３群は奇数列の素子３３群に対して行ピッチの２分の１でずらされればよい。奇数列および偶数列の一方の素子数は他方の素子数に比べて１つ少なくてもよい。

個々の素子３３は振動膜３４を備える。図５では振動膜３４の膜面に直交する方向の平面視（基板の厚み方向の平面視）で振動膜３４の輪郭が点線で描かれる。輪郭の内側は振動膜３４の内側領域に相当する。輪郭の外側は振動膜３４の外側領域に相当する。振動膜３４上には圧電素子３５が形成される。圧電素子３５は上電極３６、下電極３７および圧電体膜３８で構成される。個々の素子３３ごとに上電極３６および下電極３７の間に圧電体膜３８が挟まれる。これらは下電極３７、圧電体膜３８および上電極３６の順番で重ねられる。超音波デバイス１８は１枚の超音波トランスデューサー素子チップとして構成される。

基体３１の表面には複数本の第１導電体３９が形成される。第１導電体３９は配列の行方向に相互に平行に延びる。１行の素子３３ごとに１本の第１導電体３９が割り当てられる。１本の第１導電体３９は配列の行方向に並ぶ素子３３の圧電体膜３８に共通に接続される。第１導電体３９は個々の素子３３ごとに上電極３６を形成する。第１導電体３９の両端は１対の引き出し配線４１にそれぞれ接続される。引き出し配線４１は配列の列方向に相互に平行に延びる。したがって、全ての第１導電体３９は同一長さを有する。こうしてマトリクス全体の素子３３に共通に上電極３６は接続される。第１導電体３９は例えばイリジウム（Ｉｒ）で形成されることができる。ただし、第１導電体３９にはその他の導電材が利用されてもよい。

基体３１の表面には複数本の第２導電体４２が形成される。第２導電体４２は配列の列方向に相互に平行に延びる。１列の素子３３ごとに１本の第２導電体４２が割り当てられる。１本の第２導電体４２は配列の列方向に並ぶ素子３３の圧電体膜３８に共通に配置される。第２導電体４２は個々の素子３３ごとに下電極３７を形成する。第２導電体４２には例えばチタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）の積層膜が用いられることができる。ただし、第２導電体４２にはその他の導電材が利用されてもよい。

列ごとに素子３３の通電は切り替えられる。こうした通電の切り替えに応じてラインスキャンやセクタースキャンは実現される。１列の素子３３は同時に超音波を出力することから、１列の個数すなわち配列の行数は超音波の出力レベルに応じて決定されることができる。行数は例えば１０〜１５行程度に設定されればよい。図中では省略されて５行が描かれる。配列の列数はスキャンの範囲の広がりに応じて決定されることができる。列数は例えば１２８列や２５６列に設定されればよい。図中では省略されて８列が描かれる。上電極３６および下電極３７の役割は入れ替えられてもよい。すなわち、マトリクス全体の素子３３に共通に下電極が接続される一方で、配列の列ごとに共通に素子３３に上電極が接続されてもよい。

基体３１の輪郭は、相互に平行な１対の直線で仕切られて対向する第１辺３１ａおよび第２辺３１ｂを有する。第１辺３１ａと素子アレイ３２の輪郭との間に１ラインの第１端子アレイ４３ａが配置される。第２辺３１ｂと素子アレイ３２の輪郭との間に１ラインの第２端子アレイ４３ｂが配置される。第１端子アレイ４３ａは第１辺３１ａに平行に１ラインを形成することができる。第２端子アレイ４３ｂは第２辺３１ｂに平行に１ラインを形成することができる。第１端子アレイ４３ａは１対の上電極端子４４および複数の下電極端子４５で構成される。同様に、第２端子アレイ４３ｂは１対の上電極端子４６および複数の下電極端子４７で構成される。１本の引き出し配線４１の両端にそれぞれ上電極端子４４、４６は接続される。引き出し配線４１および上電極端子４４、４６は素子アレイ３２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。１本の第２導電体４２の両端にそれぞれ下電極端子４５、４７は接続される。第２導電体４２および下電極端子４５、４７は素子アレイ３２を二等分する垂直面で面対称に形成されればよい。ここでは、基体３１の輪郭は矩形に形成される。基体３１の輪郭は正方形であってもよく台形であってもよい。

第１配線板２３は第１端子アレイ４３ａに覆い被さる。第１配線板２３の一端には上電極端子４４および下電極端子４５に個別に対応して導電線すなわち第１信号線４８が形成される。第１信号線４８は上電極端子４４および下電極端子４５に個別に向き合わせられ個別に接合される。同様に、第２配線板２４は第２端子アレイ４３ｂに覆い被さる。第２配線板２４の一端には上電極端子４６および下電極端子４７に個別に対応して導電線すなわち第２信号線４９が形成される。第２信号線４９は上電極端子４６および下電極端子４７に個別に向き合わせられ個別に接合される。

超音波デバイス１８の基体３１には貫通孔５１が形成される。貫通孔５１は基体３１の表面で開口する。貫通孔５１の開口は、素子アレイ３２の輪郭と第１配線板２３との間、および、素子アレイ３２の輪郭と第２配線板２４との間にはそれぞれ１列に配置される。

基体３１には慣性センサー（傾斜センサー）５２が搭載される。慣性センサー５２には加速度センサーおよびジャイロセンサーが組み込まれる。加速度センサーは互いに直交する三軸方向に個々に加速度を検出することができる。ジャイロセンサーは互いに直交する三軸の各軸回りに個別に角速度を検出することができる。慣性センサー５２は検出信号を出力する。検出信号で個々の軸ごとに加速度および角速度は特定される。慣性センサー５２は基体３１に相対移動不能に固定されればよい。ここでは、慣性センサー５２の取り付けにあたって慣性センサー５２の検出軸の１つは基体３１の表面に直交する。加えて、望ましくは、残りの検出軸は第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２にそれぞれ合わせ込まれる。慣性センサー５２は第１配線板２３または第２配線板２４上の１信号線に接続される。慣性センサー５２は保護層１９および音響レンズ２１の進行方向にと水平面とのなす傾斜を検出する。

図６に示されるように、基体３１は基板５３および可撓膜５４を備える。基板５３の表面に可撓膜５４が一面に形成される。基板５３には個々の素子３３ごとに開口５５が形成される。開口５５は基板５３に対してアレイ状に配置される。開口５５が配置される領域の輪郭は素子アレイ３２の輪郭に相当する。隣接する２つの開口５５の間には仕切り壁５６が区画される。隣接する開口５５は仕切り壁５６で仕切られる。仕切り壁５６の壁厚みは開口５５の間隔に相当する。仕切り壁５６は相互に平行に広がる平面内に２つの壁面を規定する。壁厚みは２つの壁面の距離に相当する。すなわち、壁厚みは壁面に直交して壁面の間に挟まれる垂線の長さで規定されることができる。基板５３は例えばシリコン基板で形成されればよい。

可撓膜５４は、基板５３の表面に積層される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層５７と、酸化シリコン層５７の表面に積層される酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）層５７とで構成される。可撓膜５４は開口５５に接する。こうして開口５５の輪郭に対応して可撓膜５４の一部が振動膜３４を形成する。振動膜３４は、可撓膜５４のうち、開口５５に臨むことから基板５３の厚み方向に膜振動することができる部分である。酸化シリコン層５７の膜厚は共振周波数に基づき決定されることができる。

振動膜３４の表面に下電極３７、圧電体膜３８および上電極３６が順番に積層される。圧電体膜３８は例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されることができる。圧電体膜３８にはその他の圧電材料が用いられてもよい。ここでは、第１導電体３９の下で圧電体膜３８は完全に第２導電体４２を覆う。圧電体膜３８の働きで第１導電体３９と第２導電体４２との間で短絡は回避されることができる。

基体３１の裏面にはバッキング材２５が固定される。バッキング材２５の表面に基体３１の裏面が重ねられる。バッキング材２５は超音波デバイス１８の裏面で開口５５を閉じる。バッキング材２５はリジッドな基材を備えることができる。ここでは、仕切り壁５６はバッキング材２５に結合される。バッキング材２５は個々の仕切り壁５６に少なくとも１カ所の接合域で接合される。接合にあたって接着剤は用いられることができる。

基体３１の表面に保護層１９が積層される。保護層１９は例えば全面にわたって基体３１の表面に覆い被さる。その結果、素子アレイ３２や第１および第２端子アレイ４３ａ、４３ｂ、第１および第２配線板２３、２４は保護層１９で覆われる。保護層１９は、素子アレイ３２の構造や、第１端子アレイ４３ａおよび第１配線板２３の接合、第２端子アレイ４３ｂおよび第２配線板２４の接合を保護する。

保護層１９には基体３１の表面に直交する方向に延びる貫通孔５９が形成される。個々のスリット２８ごとに例えば１対の貫通孔５９が割り当てられる。貫通孔５９の一端はスリット２８に接続される。スリット２８内の空間に供給口５９ａを形成する。供給口５９ａは素子３３の重心を挟む位置に配置される。ここでは、対となる供給口５９ａの間に複数の素子３３が配列される。貫通孔２９の他端は基体３１の貫通孔５１に接続される。同様に、バッキング材２５には超音波デバイス１８の基体３１の表面に直交する方向に延びる貫通孔６１が形成される。貫通孔６１の一端は貫通孔５１に接続される。

スリット２８には例えば流動性の音響結合材の供給源６４が接続される。供給源６４は供給ポンプ６５を備える。供給ポンプ６５から管路を通って貫通孔５１、５９に所定の圧力下で音響結合材は供給される。供給ポンプ６５と貫通孔５１、５９との間で管路には流量制御弁６６が配置される。流量制御弁６６はスリット２８に送り込まれる音響結合材の流量を制御する。供給ポンプ６５にはタンク６７が接続される。タンク６７には音響結合材が貯蔵される。供給ポンプ６５はタンク６７から音響結合材を補給する。

図７に示されるように、慣性センサー５２は制御部６９に接続される。制御部６９は例えばマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）といった演算処理回路で構成されることができる。制御部６９には流量制御弁６６が接続される。流量制御弁６６は個々の供給口５９ａごとに設置される。その他、流量制御弁６６は複数の供給口５９ａで構成される群ごとに設置されてもよい。制御部６９は流量制御弁６６に向けて制御信号を出力する。制御信号は個々の流量制御弁６６ごとに弁の開度を特定する。開度に応じて個々の流量制御弁６６ごとに音響結合材の供給量が設定される。制御部６９は慣性センサー５２の出力に応じて個々の流量制御弁６６ごとに開度を決定する。こうして制御部６９は個々の流量制御弁６６ごとに音響結合材の供給量を制御する。

（２）超音波診断装置の動作
次に超音波診断装置１１の動作を簡単に説明する。超音波の送信にあたって圧電素子３５にはパルス信号が供給される。パルス信号は下電極端子４５、４７および上電極端子４４、４６を通じて列ごとに素子３３に供給される。個々の素子３３では下電極３７および上電極３６の間で圧電体膜３８に電界が作用する。圧電体膜３８は超音波で振動する。圧電体膜３８の振動は振動膜３４に伝わる。こうして振動膜３４は超音波で振動する。その結果、対象物（例えば人体の内部）に向けて所望の超音波ビームは発せられる。

超音波の反射波は振動膜３４を振動させる。振動膜３４の超音波振動は所望の周波数で圧電体膜３８を超音波振動させる。圧電素子３５の圧電効果に応じて圧電素子３５から電流が出力される。個々の素子３３では上電極３６と下電極３７との間で電位が生成される。電流は下電極端子４５、４７および上電極端子４４、４６から電気信号として出力される。こうして超音波は検出される。

超音波の送信および受信は繰り返される。その結果、ラインスキャンやセクタースキャンは実現される。スキャンが完了すると、出力信号のデジタル信号に基づき画像が形成される。形成された画像はディスプレイパネル１５の画面に表示される。

図８に示されるように、超音波診断にあたって超音波プローブ１３が体表ＢＤに押し当てられると、音響レンズ２１の湾曲面２７は体表ＢＤに密着する。貫通孔５９の供給口５９ａから水といった音響結合材（媒体）が供給されると、スリット２８は水で満たされる。スリット２８は水の通路として機能する。湾曲面２７が柔軟な体表ＢＤに押し当てられても、水はスリット２８の全域にわたって広がることができる。その後、水はスリット２８から湾曲面２７に溢れ出す。こうして水は湾曲面２７に沿って広がることができる。こうして音響レンズ２１の有効範囲で十分に湾曲面２７すなわち外表面に水は供給される。湾曲面２７の有効範囲と体表ＢＤとの間に水は十分に行き渡ることができる。

超音波プローブ１３は体表ＢＤに沿って動かされる。こうして目当ての体内組織は探り当てられる。その際、湾曲面２７の母線に直交する方向ＭＶ１、ＭＶ２に音響レンズ２１が移動しても、超音波プローブ１３の移動方向の前方で貫通孔５９の供給口５９ａから水は供給されることができる。移動時でも十分に湾曲面２７と体表ＢＤとの間は水で満たされることができる。

慣性センサー５２は重力加速度に応じて超音波デバイス１８の姿勢を検出する。例えば、図８から明らかなように、被検体の測定面すなわち体表ＢＤが重力方向に直交する水平であれば、音響結合材は体表ＢＤのその場に留まる。音響結合材は体表ＢＤと音響レンズ２１との間を満たし続ける。このとき、慣性センサー５２の出力に応じて制御部６９は傾斜なしと判断する。進行方向に関して前方の供給口５９ａによって時間当たりの第１供給量で音響結合材は供給される。

その一方で、例えば図９に示されるように、体表ＢＤが超音波プローブ１３の進行方向に関して降りに傾斜すると、音響結合材は流動性を有することから、音響結合材は音響レンズ２１よりも前方に遠ざかるように流動する。このとき、慣性センサー５２は移動速度および姿勢変化に応じた加速度および角速度を検出する。検出された加速度および角速度は検出信号として制御部６９に送信される。制御部６９は加速度および角速度に基づき進行方向に関して超音波プローブ１３の傾斜角度θを算出する。制御部６９が傾斜を降りと判断すると、制御部６９は、傾斜をなしと判断した場合の第１供給量よりも多い第２供給量で音響結合材を供給するように制御を実施する。すなわち、制御部６９からの制御信号の出力に応じて、進行方向に関して素子アレイ３２の前方に位置する供給口５９ａに接続される流量制御弁６６の開度は増大する。制御部６９は、前方の供給口５９ａの時間当たり供給量と後方の供給口５９ａの時間当たり供給量との差を傾斜をなしと判断した場合の差よりも大きくなるように音響結合材の供給量を制御する。その結果、降り傾斜で音響結合材が素子アレイ３２の前方から失われても、供給量の増量に応じて音響結合材は補填される。したがって、体表ＢＤに対する音響レンズ２１の前進に伴って音響結合材は効果的に体表ＢＤと音響レンズ２１との間を満たすことができる。

ここでは、制御部６９は、降りの傾斜角度θが大きければ大きいほど、時間当たりの供給量が多い量となるように制御する。降りの傾斜角度θが大きいほど、音響結合材の流動速度は高まる。したがって、傾斜角度θの増大に応じて音響結合材の供給量が増大すれば、音響結合材は効果的に体表ＢＤと音響レンズ２１との間を満たすことができる。

同様に、制御部６９は、進行方向に超音波プローブ１３の移動速度が高まるほど、時間当たりの供給量が少ない量となるように制御する。超音波プローブ１３の移動速度が高まれば、音響結合材の流動速度は相対的に低下する。時間当たりの損失量は低下する。したがって、時間当たりの供給量が減少しても、十分に体表ＢＤと音響レンズ２１との間は音響結合材で満たされることができる。

例えば図１０に示されるように、体表ＢＤが超音波プローブ１３の進行方向に関して登りに傾斜すると、音響レンズ２１は体表ＢＤに接触することから、音響結合材は音響レンズ２１で堰き止められる。このとき、慣性センサー５２は移動速度および姿勢変化に応じた加速度および角速度を検出する。検出された加速度および角速度は検出信号として制御部６９に送信される。制御部６９は加速度および角速度に基づき進行方向に関して超音波プローブ１３の傾斜角度θを算出する。制御部６９が傾斜を登りと判断すると、制御部６９は、傾斜をなしと判断した場合の第１供給量よりも少ない第３供給量で音響結合材を供給するように制御を実施する。すなわち、制御部６９からの制御信号の出力に応じて、進行方向に関して素子アレイ３２の前方に位置する供給口５９ａに接続される流量制御弁６６の開度は減少する。制御部６９は、前方の供給口５９ａの時間当たり供給量と後方の供給口５９ａの時間当たり供給量との差を傾斜をなしと判断した場合の差よりも小さくなるように音響結合材の供給量を制御する。音響結合材の供給量が減少しても、音響結合材は効果的に体表ＢＤと音響レンズ２１との間を満たすことができる。

ここでは、制御部６９は、前方の供給口５９ａの時間当たり供給量と後方の供給口５９ａの時間当たり供給量との差を傾斜をなしと判断した場合の差よりも小さくなるように音響結合材の供給量を制御する。こうして素子アレイ３２の後方で音響結合材の供給量は増大する。その結果、素子アレイ３２の後方で登り傾斜に応じて音響結合材が失われても、素子アレイ３２の後方には十分に音響結合材が補填される。したがって、音響結合材は効果的に体表ＢＤと音響レンズ２１との間を満たすことができる。

制御部６９は、登りの傾斜角度θが所定の傾斜角度を超えると、後方の供給口５９ａから音響結合材の供給を停止するように制御する。登りの傾斜角度θが増大すると、進行方向の後方に音響結合材の流動速度は高まる。登りの傾斜角度θが所定の角度に達すると、後方の供給口５９ａから吐出される音響結合材は超音波の伝達に寄与しなくなる。このとき、音響結合材の供給が停止されれば、無用な音響結合材の供給は回避される。音響結合材は効率的に利用される。

同様に、制御部６９は、進行方向に超音波プローブ１３の移動速度が所定の速度を超えると、後方の供給口５９ａから音響結合材の供給を停止するように制御する。超音波プローブ１３の移動速度が高まれば、進行方向の後方に音響結合材の流動速度は相対的に高まる。速度の高まりに応じて進行方向の後方では音響結合材の損失量は増大していく。移動速度が所定の速度に達すると、後方の供給口５９ａから吐出される音響結合材は超音波の伝達に寄与しなくなる。このとき、音響結合材の供給が停止されれば、無用な音響結合材の供給は回避される。音響結合材は効率的に利用される。

（３）第２実施形態に係る素子ユニット
図１１は第２実施形態に係る素子ユニット１７ｂを概略的に示す。この素子ユニット１７ｂの音響レンズ２１ｂではスリット７１は湾曲面２７の母線に平行な平面で挟まれて形成される。スリット７１は、素子接続面２２と湾曲面２７との間で音響レンズ２１ｂを分断する。音響レンズ２１は複数の音響整合片７２に分断される。個々の音響整合片７２は、湾曲面２７と、湾曲面２７の母線に平行な１対の平面とで超音波デバイス１８ｂ上で仕切られる。音響整合片７２は、１対の母線で仕切られる湾曲面２７を有しつつ超音波デバイス１８上で相互に分離される。その他、スリットの構造は前述のスリット２８と同様である。

図１２に示されるように、超音波デバイス１８ｂの基体３１では素子アレイ３２の外側であって第１辺３１ａおよび第２辺３１ｂ以外の辺と素子アレイ３２の輪郭との間に貫通孔７３が形成される。貫通孔７３に対応して保護層１９ｂおよびバッキング材２５には前述と同様に貫通孔７３に同軸に貫通孔がそれぞれ形成される。一連の貫通孔で流路は形成される。個々の貫通孔７３はスリット７１内の空間に開口する供給口に接続される。体内組織を探り当てる際に超音波プローブ１３が湾曲面２７の母線に平行に動かされると、超音波プローブ１３の移動方向の前方で供給口から水は供給されることができる。移動時でも十分に湾曲面２７と体表ＢＤとの間は水で満たされることができる。その他、素子ユニット１７ｂの構造は第１実施形態に係る素子ユニット１７と同様である。

第１実施形態と同様に、慣性センサー５２は重力加速度に応じて超音波デバイス１８ｂの姿勢を検出する。例えば、超音波デバイス被検体の測定面すなわち体表ＢＤが重力方向に直交する水平であれば、体表ＢＤに接触する超音波デバイス１８ｂはそれに倣って水平の姿勢と検出される。また、例えば図１３に示されるように、体表ＢＤが傾斜している場合に超音波プローブ１３が体表ＢＤに接触させられると、慣性センサー５２は姿勢変化に応じた加速度および角速度を検出する。検出された加速度および角速度は検出信号として制御部６９に送信される。制御部６９は加速度および角速度に基づき重力方向に関して超音波プローブ１３の傾斜角度θを算出する。そして次に超音波プローブ１３が体表ＢＤの傾斜に直交する方向、すなわち、体表ＢＤの傾斜の等高線に沿って動かされると、制御部６９は、超音波プローブ１３の進行方向が体表ＢＤの傾斜に直交すると判断し、体表ＢＤの傾斜に対し低い位置の供給口５９ａの時間当たり供給量に比べて高い位置の供給口５９ａの時間当たり供給量を大きくするように流量制御弁６６を制御する。こうして体表ＢＤの傾斜で音響結合材が低い側に流動しても、音響結合材は十分に補充される。したがって、音響結合材は効果的に体表ＢＤと音響レンズ２１との間を満たすことができる。

ここでは、制御部６９は、超音波プローブ１３が体表ＢＤの傾斜に直交する方向、すなわち体表ＢＤの傾斜の等高線に沿って動かされるときに、超音波プローブ１３の傾斜角度θが大きいほど、時間当たりの供給量を増大させるように制御する。超音波プローブ１３の傾斜角度θが大きいほど、音響結合材の流動速度は高まる。したがって、傾斜角度θの増大に応じて音響結合材の供給量が増大すれば、音響結合材は効果的に体表ＢＤと音響レンズ２１との間を満たすことができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、超音波診断装置１１や超音波プローブ１３、素子ユニット１７、１７ｂ、超音波デバイス１８、１８ｂ、音響レンズ２１、２１ｂ、素子３３、慣性センサー５２等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。超音波デバイス１８、１８ｂの傾斜の測定にあたって例えば球面内を転がる球体（球面よりも直径の小さいもの）の動きが利用されてもよい。その他、慣性センサー５２は少なくとも超音波デバイス１８、１８ｂの傾斜角度θを検出すればよい。

１１ 電子機器としての超音波画像装置（超音波診断装置）、１９ 音響整合体（保護層）、２１ 音響整合体（音響レンズ）、２１ｂ 音響整合体（音響レンズ）、２７ 送信面（湾曲面）、３３ 超音波トランスデューサー素子、５２ 傾斜センサー（慣性センサー）、５９ａ 供給口、６９ 制御部、θ 傾斜角度。

Claims (8)

1. 超音波の送信面を有する音響整合体と、
   前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、
   前記送信面に対して流動性の音響結合材を供給し、かつ前記音響整合体の厚み方向からの平面視において前記超音波トランスデューサー素子の重心を挟む位置に配置されている２つの供給口と、
   前記音響整合体の進行方向と水平面とのなす傾斜を検出する傾斜センサーと、
   前記傾斜センサーの出力に基づいて前記傾斜を降りと判断した場合には、前記２つの供給口のうちの前記進行方向に関して前方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記傾斜をなしと判断した場合の時間当たりの供給量に比べて多い量とする制御部と、
   を備えることを特徴とする超音波画像装置。
2. 請求項１に記載の超音波画像装置において、
   前記制御部は、
   前記進行方向に関して後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記前方の供給口の時間当たり供給量よりも少ない量に制御し、
   かつ前記傾斜を降りと判断した場合には、前記後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量と前記前方の供給口の時間当たり供給量との差を前記傾斜をなしと判断した場合の前記差よりも大きなものにする制御を行うことを特徴とする超音波画像装置。
3. 請求項１または２に記載の超音波画像装置において、前記制御部は、前記降りの傾斜角度が大きいほど、前記前方の供給口の時間当たりの供給量が多い量となるように制御することを特徴とする超音波画像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波画像装置において、前記制御部は、前記進行方向に前記音響整合体の移動速度が大きいほど、時間当たりの供給量が少ない量となるように制御することを特徴とする超音波画像装置。
5. 超音波の送信面を有する音響整合体と、
   前記音響整合体に接続される超音波トランスデューサー素子と、
   前記送信面に対して流動性の音響結合材を供給し、かつ前記音響整合体の厚み方向からの平面視において前記超音波トランスデューサー素子の重心を挟む位置に配置されている２つの供給口と、
   前記音響整合体の進行方向と水平面とのなす傾斜を検出する傾斜センサーと、
   前記傾斜センサーの出力に基づいて前記傾斜を登りと判断した場合には、前記２つの供給口のうちの前記進行方向に関して前方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記傾斜をなしと判断した場合の時間当たりの供給量に比べて少ない量とする制御部と、
   を備えることを特徴とする超音波画像装置。
6. 請求項５に記載の超音波画像装置において、
   前記制御部は、
   前記進行方向に関して後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量を前記前方の供給口の時間当たり供給量よりも少ない量に制御し、
   かつ前記傾斜を登りと判断した場合には、前記後方の供給口による前記音響結合材の時間当たりの供給量と前記前方の供給口の時間当たり供給量との差を前記傾斜をなしと判断した場合の前記差よりも小さなものにする制御を行うことを特徴とする超音波画像装置。
7. 請求項６に記載の超音波画像装置において、前記制御部は、前記登りの傾斜角度が所定の傾斜角度を超えると、前記後方の供給口による前記音響結合材の供給を停止するように制御することを特徴とする超音波画像装置。
8. 請求項６または７に記載の超音波画像装置において、前記制御部は、前記進行方向に前記音響整合体の移動速度が所定の速度を超えると、前記後方の供給口による前記音響結合材の供給を停止するように制御することを特徴とする超音波画像装置。

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