JP4632478B2

JP4632478B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus

Info

Publication number: JP4632478B2
Application number: JP2000121226A
Authority: JP
Inventors: 朋之八木; 美喜雄泉
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: JP2001299755A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の体腔内や血管内等に挿入して使用する超音波探触子及び超音波診断装置に関し、特に音響インピーダンスの整合性の改良と小型化した超音波探触子及び超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の体腔内超音波探触子は、超音波探触子の本体部分すなわち検者が超音波探触子を操作する把持部（グリップ部分）と、この本体部分に設けた細長い棒状の挿入部と、この挿入部の先端部分に設けた先端部とから構成されていた。この体腔内超音波探触子の一種である食道用探触子を用いた超音波検査では、挿入部を被検体の口から食道まで挿入することによって先端部を体内に誘導し、この誘導位置から超音波を送受波することによって、食道に近接する臓器の超音波画像を得るものであった。
【０００３】
先端部には、例えば、複数個の振動子素子が当該先端部の軸方向と同一方向となるように配列した振動子部が配置されており、先端部の姿勢を様々に変化させることによって、振動子部を被検体内の目的部位に当接させ、超音波を送受する構成となっていた。振動子部は、一般的には、被検体に当接する側から音響レンズ、音響整合層、振動子素子、バッキング材を積層して構成されていた。このとき、振動子素子から発せられた超音波は、音響整合層および音響レンズを介して被検体内に伝搬され、被検体内の音響インピーダンスが異なる部分でその一部が反射され、再び、振動子素子に入射されていた。一方、振動子素子の背面側すなわちバッキング材側に発せられた超音波は、バッキング材によって吸収・減衰され、再び、超音波振動子に戻ることがないようにされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
【０００５】
従来の体腔内超音波探触子は、超音波検査時における被検体への負担を軽減させるために、挿入部及び先端部の細径化が求められていた。このために、従来の体腔内超音波探触子では、先端部に配置される振動子部の小型化が求められていた。
【０００６】
しかしながら、振動子部を小型化した場合、振動子部から送波する超音波の出力が小さくなってしまうと共に、被検体内で反射された反射波を受波する振動子部の表面積が小さくなることから受波した超音波の強度に応じた受波信号の出力も小さくなってしまうという問題があった。
【０００７】
この問題を解決する体腔内探触子として、例えば、特開平６−２９２６６９号公報（以下、「文献１」と記す）に開示される超音波探触子があった。この文献１に記載の超音波探触子は、異なる長さの振動子素子を配列して振動子部を円形に形成することによって、振動子部における超音波の送波及び受波に使用可能な表面積を最大にし、送受波における超音波探触子の感度を向上させるものであった。
【０００８】
しかしながら、文献１に記載の体腔内超音波探触子では、振動子部の中心部に配置される振動子素子と、外周部に配置される振動子素子とでは、その長さ（機械的な長さ）が異なることとなってしまうので、振動子素子の配置位置によって振動子素子の電気インピーダンスが異なってしまい、超音波像の画質が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、超音波像の画質を向上することが可能な超音波診断装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、振動子素子の機械的な長さの差に伴う電気インピーダンスの差を縮小させることが可能な超音波探触子を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１３】
（１）短冊形の振動子素子を複数並べた超音波振動子部が配置された先端部と、該先端部へ取付けられ前記先端部を被検体の体腔内の所望の部位に位置させる把持部とを有する超音波探触子において、前記超音波振動子部の送波面側形状は凹面状に形成され、前記超音波振動子部の一部もしくは全ては前記振動子素子が積層された振動子で形成された。
【００１４】
（２）前述した（１）の超音波探触子において、前記振動子素子の配置位置に応じて、前記振動子の積層数を変化させた。
【００１５】
（３）前述した（１）もしくは（２）の超音波探触子において、前記振動子素子間の入力インピーダンスが所定の範囲内に収まるように、各振動子の積層数を変化させる。
【００１６】
（４）前述した（１）乃至（３）の内の何れかに記載の超音波探触子において、挿入部の太さに応じて、前記超音波振動子部の送波面側の凹面の曲率を変化させた。
【００１７】
（５）前述した（１）乃至（４）の内の何れかに記載の超音波探触子において、前記超音波振動子部の送波面側に、各振動子素子を保護する膜を形成した。
【００１８】
（６）前述した（１）乃至（５）の内の何れかに記載の超音波探触子において、前記振動子素子は、電気的に並列接続された２以上の圧電素子からなる。
【００１９】
（７）前述した（１）乃至（６）の内の何れかに記載の超音波探触子において、前記超音波振動子部は、円形状に形成された。
【００２０】
（８）短冊形の振動子素子を複数並べた超音波振動子部が配置された先端部と、該先端部へ取付けられ前記先端部を被検体の体腔内の所望の部位に位置させる把持部とを有する超音波探触子を備え、前記超音波振動子部から送受波した超音波信号に基づいて、当該被検体の超音波像を形成する超音波診断装置において、前記超音波探触子は、前記超音波振動子部の送波面側形状が凹面状に形成され、前記超音波振動子は前記振動子素子を積層して形成された。
【００２１】
前述した（１）〜（７）の手段によれば、超音波振動子部の送波面側の形状を凹面状に形成すると共に、振動子を積層した振動子素子で超音波振動子部を構成することによって、例えば、超音波振動子部を円形状に形成した場合であっても、超音波振動子部に配列される振動子素子を、その機械的な長さに応じて振動子を積層することによって、各振動子素子の静電容量すなわち電気的インピーダンスを変化させることができるので、振動子素子の配置位置による電気的なインピーダンスの差を小さくできる。このとき、超音波振動子部の送波面側の形状を凹型に形成する構成となっているので、音響レンズを用いることなく送受波時における超音波の焦点を形成することができる。従って、超音波振動子部を小型化することができるので、少なくとも体腔内超音波探触子の先端部及び挿入部を細径化することが可能となる。その結果、検査時における被検体の負担を低減できるという効果が得られる。
【００２２】
前述した（８）の手段によれば、超音波振動子部の送波面側の形状を凹面状に形成すると共に、振動子を積層した振動子素子で超音波振動子部を構成することによって、例えば、超音波振動子部を円形状に形成した場合であっても、超音波振動子部に配列される振動子素子を、その機械的な長さに応じて振動子を積層することによって、各振動子素子の静電容量すなわち電気的インピーダンスを変化させることができるので、振動子素子の配置位置による電気的なインピーダンスの差を小さくできる。その結果、振動子素子の配置位置による送波出力及び受波信号出力の差を小さくできるので、超音波像の画質を向上させることができる。このとき、超音波振動子部の送波面側の形状を凹型に形成する構成となっているので、音響レンズを用いることなく送受波時における超音波の焦点を形成することができる。従って、超音波振動子部を小型化することができるので、少なくとも体腔内超音波探触子の先端部及び挿入部を細径化することが可能となる。その結果、検査時における被検体の負担を低減できるという効果が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の超音波診断装置の概略構成を説明するための図であり、１０１はヘッド部（先端部）、１０２は挿入部、１０３はヘッド操作部（グリップ部）、１０４はケーブル、１０５はコネクタ、１０６は超音波診断装置本体部、１０７はモニタを示す。ただし、実施の形態１では、ヘッド部１０１に配置される超音波振動子部を除く他の構成は、周知の機構を用いるものである。また、本願明細書中では、圧電素子に駆動用の電極層を配したものを振動子と記し、1以上の層からなる振動子を必要な信号数にカットし、そのカットされた1つを振動子素子と記す。
【００２６】
図１に示すように、実施の形態１の超音波探触子は、細長く柔軟性に富んだ部材で形成された挿入部１０２と、該挿入部１０２の一端に配置され図示しない振動子部が配置されるヘッド部１０１と、挿入部１０２の他端に配置されヘッド部１０１の傾斜角の操作等を行うヘッド操作部１０３とから構成される。振動子部に配置された振動子素子からの配線は、挿入部１０２及びヘッド操作部１０３を介してこのヘッド操作部１０３から延びるケーブル１０４の一端に接続されており、ケーブル１０４の他端はコネクタ１０５を介して、超音波診断装置本体１０６に接続されている。
【００２７】
超音波診断装置本体１０６は、振動子素子を駆動する駆動電力を供給する図示しない送波手段と、図示しない被検体内で反射された反射波を受波した受波信号の位相を揃える受波整相手段と、受波整相後の受波信号から超音波像を生成する画像手段と、生成された超音波像をに対して周知の画像処理やモニタ１０７での表示用の信号に変換するデジタルスキャンコンバータ（以下、「ＤＳＣ」と略記する）とからなる。また、超音波診断装置本体１０６には、超音波の送波条件や受波条件、及び画像処理条件等を入力するための図示しない操作パネルが配置される。
【００２８】
図２は実施の形態１の超音波探触子の振動子部の概略構成を説明するための図であり、特に、図２の（ａ）は振動子部の概略構成を説明するための斜視図であり、図２の（ｂ）は図２中に示すＡ−Ａ’での断面図である。
【００２９】
図２において、２０１は保護カバー、２０２はマッチング層、２０３は振動子素子、２０４はバッキング材、２０５は信号線、２０６はハウジングを示している。
【００３０】
図２の（ａ）から明らかなように、実施の形態１の振動子部は、異なる長さの振動子素子２０３を配列することによって、振動子部が円形すなわち送波面の形状が円形となるように形成されている。また、実施の形態１の超音波探触子では、音響レンズによる超音波の減衰を防止するために、音響レンズによる超音波の集束の代わりに、振動子部の送波面形状を凹型の球面形状に形成することによって、その凹型形状の焦点位置に振動子部から送波された超音波の焦点が形成されるようになっている。すなわち、振動子部の表面形状である凹型形状によって音響レンズ面を形成し、振動子部から送波した超音波を収束して焦点を結ばせる構成となっている。
【００３１】
また、図２の（ｂ）に示すように、実施の形態１の振動子部は、送波面側すなわち図示しない被検体に当接される側から、保護カバー２０１、マッチング層２０２、振動子素子２０３、及びバッキング材２０４が積層配置されている。各振動子素子２０３には、それぞれ信号線２０５の一端が接続されており、各振動子素子２０３への駆動電力である送波信号の供給、及び各振動子素子２０３が受波した反射波に応じた受波信号の超音波診断装置本体１０６への供給を行う構成となっている。振動子部はその送波面側を除く他の部分が、ヘッド部１０１を構成するハウジング２０６によって覆われており、このハウジング２０６の開口部分に保護カバー２０１の端部が密着配置される構成となっている。また、ハウジング２０６は、図示しない被検体の食道への挿入に適した形状に成型されている。
【００３２】
特に実施の形態1の振動子部では機械的な長さが異なる複数個の振動子素子203で構成されている。この振動子部の端部あるいは端部に近い位置に配置される振動子素子203の構造は、振動子部の中心部あるいは中心部分に近い位置に配置される振動子素子203よりも機械的な長さが短いので振動子を積層にした構成となっている。また、積層された振動子は、一層の振動子が電気的に並列接続されているのと同様である。
【００３３】
その結果、振動子が一層で形成された振動子素子２０３の静電容量Ｃ（＝εｓ／ｄ、ただし、εは圧電素子の誘電率、ｓは振動子素子の面積）を基準とした場合には、二層に積層された振動子素子の静電容量Ｃ’は、一層目の振動子の容量Ｃ１と二層目の振動子の容量Ｃ２とによって、Ｃ’＝Ｃ１＋Ｃ２と表すことができる。ここでＣ１＝εｓ／（ｄ／２）、Ｃ２＝εｓ／（ｄ／２）となるので、静電容量Ｃ’はＣ’＝εｓ／（ｄ／２）＋εｓ／（ｄ／２）＝４εｓ／ｄ＝４Ｃと表すことができる。すなわち、振動子を二層で形成した振動子素子２０３の静電容量Ｃ’は、振動子を一層で形成した振動子素子２０３の静電容量Ｃの４倍にすることが可能となるので、電気的インピーダンスを１／４にすることが可能となる。
【００３４】
従って、実施の形態1では、一層のみの振動子で形成されるものよりも、電気的なインピーダンスをより小さくすることが可能なことから超音波像の画質を向上することができる。
【００３５】
図３は実施の形態１の超音波探触子である体腔内超音波探触子の振動子素子の概略構成を説明するための図であり、３０１ａ，３０１ｂは圧電素子、３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃは第１〜第３の外部電極層、３０３は第４の外部電極層、３０４は内部電極層を示す。なお、図３において、第１〜３の外部電極層３０２ａ〜ｃ、第４の外部電極層３０３、及び内部電極層３０４は、その構成を説明するために、各層の相対的な厚さは実際の厚さとは異なるものである。
【００３６】
図３において、圧電素子３０１ａ，３０１ｂはＰＺＴや高分子圧電体等の周知の圧電体材料からなり、送受波面側すなわち第１の外部電極３０２ａが形成されている側が凹面状に形成されている。一方、送受波面と対向する側すなわち第３の外部電極３０２ｃが形成されている側は、凸面状に形成されている。また、実施の形態１では、圧電素子３０１ａ，３０１ｂは、それぞれほぼ同一の厚さ（Ｔ／２）で形成されており、その面積も同一である。なお、圧電素子３０１ａ，３０１ｂは、例えばリラクサ系圧電体結晶（ＰＺＮ−ＰＴ）やコンポジット材もしくはその他の有機圧電体等を用いてもよいことはいうまでもない。
【００３７】
第１〜３の外部電極層３０２ａ〜３０２ｃは、例えば銀の焼き付けで形成された電極層であり、特に、第１の外部電極層３０２ａは第１の圧電素子３０１ａの送受波面側に形成される。また、第３の外部電極層３０２ｃは、第２の圧電素子３０１ｂの裏面側すなわち振動子素子２０３の送受波面側と対向する面側に形成される。さらには、第２の外部電極層３０２ｂは、振動子素子２０３の側面部に形成され、特に実施の形態１では、第１の外部電極層３０２ａと第３の外部電極層３０２ｃとを電気的に接続するように形成されている。
【００３８】
第４の外部電極層３０３は、例えば銀の焼き付けで形成された電極層であり、振動子素子２０３の側面部の内で例えば第２の外部電極層３０２ｂに対向する側面部に形成される。また、第４の外部電極層３０３は、第１の圧電素子３０１ａ及び第２の圧電素子３０１ｂとの間に形成される内部電極層３０４と電気的に接続されると共に、第１〜３の外部電極層３０１ａ〜３０１ｃとは電気的に接続されないように形成される。
【００３９】
内部電極層３０４は、例えばパラジュームや白金等からなる電極層であり、第１の圧電素子３０１ａの裏面側と第２の圧電素子３０１ｂの送受波面側との間に形成された電極層である。また、内部電極層３０４は、第２の外部電極層３０２ｂの側の端部がこの第２の外部電極層３０２ｂに接続されないように形成されると共に、第４の外部電極層３０３の側の端部がこの第４の外部電極層３０３に接続される構成となっている。
【００４０】
このように、実施の形態１の振動子素子２０３では、第１の圧電素子３０１ａと、該第１の圧電素子３０１ａの送受波面側に配置される第１の外部電極層３０２ａと、第１の圧電素子３０１ａの裏面側に配置される内部電極層３０４とによって、第１の振動子が形成される。また、第２の圧電素子３０１ｂと、該第２の圧電素子３０１ｂの送受波面側に配置される内部電極層３０４と、第２の圧電素子３０１ｂの裏面側に配置される第３の外部電極層３０２ｃとによって、第２の振動子が形成される。このとき、前述するように、第１の外部電極層３０２ａと第３の外部電極層３０２ｃとが第２の外部電極層３０２ｂによって電気的に接続され、内部電極層３０４が第４の外部電極層３０３に電気的に接続されるているので、第２の外部電極層３０２ｂと第４の外部電極層３０３とをこの振動子素子２０３の駆動電極とした場合、第１の振動子と第２の振動子とが並列に接続された構造となる。従って、第１〜３の外部電極層３０１ａ〜３０１ｃと第４の外部電極層３０３とを送波手段及び受波整相手段に接続することによって、厚さＴを有する圧電素子の両端面に電極を形成した振動子に比較して、ほぼ同じ容積で静電容量を４倍すなわち電気的なインピーダンスを１／４とする振動子素子２０３を形成することが可能となる。
【００４１】
次に、図２及び図３に基づいて、実施の形態１の振動子部の製造手順の一例を説明する。ただし、以下に示す製造手順では、説明を簡単にするために、全ての振動子素子２０３を２層で形成する場合について説明する。
【００４２】
まず、第１及び第２の圧電素子３０１ａ，３０１ｂとして、ＰＺＴを用いる場合について説明する。
【００４３】
例えば周知の押し出し成形器やドクターブレード等によって、焼結後に第１及び第２の圧電素子３０１ａ，３０１ｂとなる部材である板状のグリーンシートを成形する。次に、このグリーンシートを振動子部の形状である円形に打ち抜きする。次に、円形に打ち抜きされたグリーンシート上の一方の面に、内部電極層３０４となるパラジウムまたは白金等の導電ペーストをスクリーン印刷する。次に、導電ペーストが印刷された２枚の円形グリーンシートの印刷面同士を合うように、２枚のグリーンシートを重ね合わせる。次に、重ね合わせたグリーンシートを加熱しながら、所定の曲率を有する型を用いたプレス機によって圧力を加えることによって、重ね合わせたグリーンシートの形状を凹面形状に成形する。次に、このグリーンシートを炉中で焼結させることによって、第１及び第２の圧電素子３０１ａ，３０１ｂとなる層を形成した後に、第１〜３の外部電極層３０２ａ〜３０２ｃ及び第４の外部電極層３０３となる銀ペーストをそれぞれ所望の位置に印刷した後に、加熱することによって、電極層を形成する。次に、凸面側の電極層と、フェライトゴム等からなるバッキング材２０４を凹面形状に形成した側とを、例えばエポキシ系の樹脂で接着する。一方、凹面側の電極層には、マッチング層２０２をとなる送波波長の１／４の厚さの樹脂膜を接着する。この後に、送波面側すなわち凹面形状側からバッキング材２０４の方向に切り込みを入れることによって、短冊状の振動子素子２０３を形成する。なお、以上の説明では、第１及び第２の圧電素子３０１ａ，３０１ｂとなるグリーンシートのそれぞれの面に導電ペーストを印刷した後に、このグリーンシートを重ね合わせることとしたが、これに限定されることはなく、第１の圧電素子３０１ａとなるグリーンシートあるいは第２の圧電素子３０１ｂとなるグリーンシートの内の何れか一方のグリーンシートに対してのみ導電ペーストを印刷し、この導電ペーストを印刷したグリーンシートと導電ペーストを印刷していないグリーンシートを重ね合わせることとしてもよいことはいうまでもない。
【００４４】
一方、第１及び第２の圧電素子３０１ａ，３０１ｂとして、高分子圧電体を用いる場合には、二枚の圧電体シートを円形に外周加工した後に、それぞれの片面のみに内部電極層３０４となるパラジウムまたは白金等の導電ペーストを印刷する。次に、張り合わせる面すなわち導電ペーストを印刷した面に、周知の接着剤を均一に塗布し、内部電極層３０３を形成する。次に、接着剤を塗布した面を重ね合わせ、プレス機により加圧しながら温度を上げることによって、できる限り接着剤を薄くさせ硬化させる。以降、前述した手順によって、第１〜３の外部電極層３０２ａ〜３０２ｃ及び第４の外部電極層３０３を形成し、バッキング材２０４及びマッチング層２０２となる樹脂膜を接着した後に、送波面側すなわち凹面形状側からバッキング材２０４の方向に切り込みを入れることによって、短冊状の振動子素子２０３を形成する
以上説明したように、実施の形態１の体腔内超音波探触子では、円形状に形成された振動子部の送波面側の形状を凹型に形成する構成となっているので、音響レンズを用いることなく送受波時における超音波の焦点を形成することができる。従って、振動子部を小型化することが可能となり、体腔内超音波探触子を細径化することが可能となる。その結果、検査時における被検体の負担を低減できるという効果がある。
【００４５】
また、実施の形態１の体腔内超音波探触は、振動子部に配列される振動子素子２０３を、その機械的な長さに応じて圧電素子３０１を積層することによって静電容量すなわち電気的インピーダンスを変化させる構成となっているので、振動子素子２０３の配置位置による電気的なインピーダンスの差を小さくできる。その結果、振動子素子２０３の配置位置による送波出力及び受波信号出力の差を小さくできるので、超音波像の画質を向上することができる。
【００４６】
なお、実施の形態１の体腔内超音波探触子では、振動子部の送波面側の形状を円形としたが、これに限定されることはなく、例えば楕円や４角形以上の多角形に本発明を適応した場合であっても、前述した効果を得られることはいうまでもない。
【００４７】
また、円形状に形成された振動子部の送波面側の凹型形成の曲率を変化させることによって、送受波時における焦点位置を変えることが可能である。
【００４８】
実施形態1の体腔内用超音波探触子では主として経食道用マルチプレーンＴＥＥ（振動子部を回転させる機構を持つ）で説明したが、振動子を回転させる機構がない経食道用バイプレーン探触子（振動子を２個搭載した走査断面が異なる）等も実施の形態1として含む。
【００４９】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２の超音波診断装置の体腔内超音波探触子である血管内用探触子の概略構成を説明するための図であり、４０１は振動子素子、４０２は保護カバー、４０３はバッキング材、４０４は血管を示す。ただし、実施の形態２の超音波診断装置は、体腔内超音波探触子である血管用探触子の先端部に形成される振動子部を除く他の構成及び機構は、周知の血管用探触子を備える超音波診断装置と同様となるので、以下の説明では血管用探触子の振動子部についてのみ詳細に説明する。また、以下の説明では、血管用探触子の延在方向すなわち振動子素子４０１の配列方向を長軸方向、各振動子素子４０１の延在方向を短軸方向と記す。
【００５０】
図４から明らかなように、実施の形態２の振動子部では、短軸方向すなわち延在方向に凹型に形成された振動子素子４０１が長軸方向に複数個配列された構成となっており、各振動子素子４０１の短軸方向に形成された凹型形状によって、各振動子部から送波された超音波の短軸方向への焦点が形成されるようになっている。一方、実施の形態２の血管用探触子での送受波時における長軸方向への焦点の設定は、周知のリニア走査型やコンベックス走査型の探触子と同様に、各振動子素子４０１に印加する送波信号の位相制御と、各振動子素子４０１から出力される受波信号の位相制御とによって行う構成となっている。
【００５１】
また、実施の形態２の振動子部は、送波面側すなわち図４中に示す血管４０４の内壁に当接される側から、保護カバー４０２、図示しないマッチング層、振動子素子４０１、及びバッキング材４０４が積層配置されている。
【００５２】
実施の形態２の全ての振動子素子４０１は、実施の形態１の振動子部に配置される短い振動子素子と同様に、例えば２層に形成された図示しない圧電素子である第１の圧電素子及び第２の圧電素子を有する構成となっている。第１の振動子は、第１の圧電素子と、この第１の圧電素子の送受波面側に配置される第１の外部電極層と、第１の圧電素子の裏面側に配置される内部電極層とによって形成されている。また、第２の振動子は、第２の圧電素子と、この第２の圧電素子の送受波面側に配置される内部電極層と、第２の圧電素子の裏面側に配置される第３の外部電極層とによって形成されている。
【００５３】
第１の外部電極層と第３の外部電極層とは第２の外部電極層によって電気的に接続され、内部電極層が第４の外部電極層に電気的に接続される構成となっている。従って、第２の外部電極層と第４の外部電極層とを実施の形態２の振動子素子４０１の駆動電極とした場合、第１の振動子と第２の振動子とが並列に接続された構造となる。従って、第１〜３の外部電極層と第４の外部電極層とを送波手段及び受波整相手段に接続することによって、実施の形態２の振動子素子４０１と同じ厚さを有する圧電素子の両端面に電極を形成した振動子に比較して、ほぼ同じ容積で静電容量を４倍すなわち電気的なインピーダンスを１／４とする振動子素子４０１を形成することが可能となる。従って、実施の形態２の血管用探触子では、音響レンズの形成に必要となる容積相当分を削減できると共に、同じ形状の積層構造の振動子素子を用いた場合の効果ですが、実施の形態1と同様に振動子の構造を積層することで静電容量を大きくすることかでき、そのことから電気的インピーダンスが小さくなり超音波像の画質を向上することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態２では、血管用探触子に、同一構造である２層の圧電素子からなる凹型の振動子素子４０１をアレイ状に配列して構成される振動子部を適用する場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、図５に示す汎用のリニア走査型探触子や図６に示す汎用のコンベックス走査型探触子にも適用可能なことはいうまでもない。
【００５５】
図５に示す汎用のリニア走査型探触子では、バッキング材５０３の送受波面側に、振動子素子５０１の配列方向（長軸方向）と垂直となる方向（短軸方向）に凹型に形成された振動子素子５０１が長軸方向に複数個配列された構成となっており、各振動子素子５０１の短軸方向に形成された凹型形状によって、各振動子部から送波された超音波の短軸方向への焦点が形成されるようになっている。一方、このリニア走査型探触子での送受波時における長軸方向への焦点の設定は、同軸ケーブル５０６の信号線５０７からフレキシブル基板５０４を介して各振動子素子５０１に印加する送波信号の位相制御と、各振動子素子５０１から出力される受波信号の位相制御とによって行う構成となっている。また、同軸ケーブル５０６のグランド線５０８は、フレキシブル基板５０４のグランド端子であるＧＮＤ５０５に接続される。
【００５６】
また、図５に示す振動子部は、送波面側すなわち図示しない被検体に当接される側から、保護カバー５０２、図示しないマッチング層、振動子素子５０１、及びバッキング材５０４が積層配置されている。このとき、バッキング材５０４は長軸方向には直線的に形成されているので、各振動子素子５０１も直線状に配列される。
【００５７】
各振動子素子５０１は、実施の形態１の振動子部に配置される短い振動子素子と同様に、例えば２層に形成された図示しない圧電素子である第１の圧電素子及び第２の圧電素子を有する構成となっている。第１の振動子は、第１の圧電素子と、この第１の圧電素子の送受波面側に配置される第１の外部電極層と、第１の圧電素子の裏面側に配置される内部電極層とによって形成されている。また、第２の振動子は、第２の圧電素子と、この第２の圧電素子の送受波面側に配置される内部電極層と、第２の圧電素子の裏面側に配置される第３の外部電極層とによって形成されている。
【００５８】
図６に示す汎用のコンベックス走査型探触子においても、図５に示すリニア走査型探触子と同様に、バッキング材６０３の送受波面側に、振動子素子６０１の配列方向（長軸方向）と垂直となる方向（短軸方向）に凹型に形成された振動子素子６０１が長軸方向に複数個配列された構成となっており、各振動子素子６０１の短軸方向に形成された凹型形状によって、各振動子部から送波された超音波の短軸方向への焦点が形成されるようになっている。一方、このコンベックス走査型探触子での送受波時における長軸方向への焦点の設定は、同軸ケーブル６０６の信号線６０７からフレキシブル基板６０４を介して各振動子素子６０１に印加する送波信号の位相制御と、各振動子素子６０１から出力される受波信号の位相制御とによって行う構成となっている。また、同軸ケーブル６０６のグランド線６０８は、フレキシブル基板６０４のグランド端子であるＧＮＤ６０５に接続される。
【００５９】
また、図６に示す振動子部は、送波面側すなわち図示しない被検体に当接される側から、保護カバー６０２、図示しないマッチング層、振動子素子６０１、及びバッキング材６０４が積層配置されている。このとき、バッキング材６０４は長軸方向には円弧状（凸形状）に形成されているので、各振動子素子６０１も円弧状に配列される。
【００６０】
各振動子素子６０１は、実施の形態１の振動子部に配置される短い振動子素子と同様に、例えば２層に形成された図示しない圧電素子である第１の圧電素子及び第２の圧電素子を有する構成となっている。第１の振動子は、第１の圧電素子と、この第１の圧電素子の送受波面側に配置される第１の外部電極層と、第１の圧電素子の裏面側に配置される内部電極層とによって形成されている。また、第２の振動子は、第２の圧電素子と、この第２の圧電素子の送受波面側に配置される内部電極層と、第２の圧電素子の裏面側に配置される第３の外部電極層とによって形成されている。
【００６１】
なお、本実施の形態では、体腔内用の超音波探触子に本願発明を適用した場合について説明したが、これに限定されることはなく、血管、消化管、胆管、膵管および尿管などの管腔壁にできた腫瘤の深達度の診断などを目的とする、例えば直径が概ね５ｍｍ以下の超音波探触子である血管内超音波探触子あるいは細径超音波探触子などと称され、管腔内に挿入できる径の細い、屈曲可能な超音波探触子にも適用可能なことはいうまでもない。
【００６２】
また、本実施の形態では、アレイ型の体腔内超音波探触子について説明したが、これに限定されることはなく、単片型の体腔内超音波探触子に適用した場合であっても前述した効果を得ることができることはいうまでもない。
【００６３】
さらには、本実施の形態では、振動子素子を２層の圧電素子で形成した場合の効果について説明したが、３層以上の圧電素子で振動子素子を形成した場合にはさらに電気的インピーダンスを低減できることはいうまでもない。
【００６４】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【００６６】
（１）振動子素子の機械的な長さが異なることに起因する電気的インピーダンスの差を補償することができる。
【００６７】
（２）超音波像の画質を向上することができる。
【００６８】
（３）超音波検査での被検体にかかる負担を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１の超音波探触子の振動子部の概略構成を説明するための図である。
【図３】実施の形態１の体腔内超音波探触子の振動子素子の概略構成を説明するための図である。
【図４】実施の形態２の超音波診断装置の体腔内超音波探触子である血管内用探触子の概略構成を説明するための図である。
【図５】汎用のリニア走査型探触子の概略構成を説明するための図である。
【図６】汎用のコンベックス走査型探触子の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…ヘッド部（先端部）、１０２…挿入部、１０３…ヘッド操作部（グリップ部）、１０４…ケーブル、１０５…コネクタ、１０６…超音波診断装置本体部、１０７…モニタ、２０１，４０２，５０２，６０２…保護カバー、２０２…マッチング層、２０３，４０１，５０１，６０１…振動子素子、２０４，４０３５０２，６０３…バッキング材、２０５…信号線、２０６…ハウジング、３０１ａ，３０１ｂ…圧電素子、３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ…第１〜第３の外部電極層、３０３…第４の外部電極層、３０４…内部電極層、４０４…血管、５０４，６０４…フレキシブル基板、５０５，６０５…ＧＮＤ、５０６，６０６…同軸ケーブル、５０７，６０７…信号線、５０８，６０８…グランド線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus that are used by being inserted into a body cavity or blood vessel of a subject, and in particular, improved acoustic impedance matching and miniaturized ultrasonic probe and ultrasonic probe. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus.
[0002]
[Prior art]
A conventional intracavity ultrasonic probe includes a main body portion of the ultrasonic probe, that is, a grip portion (grip portion) where the examiner operates the ultrasonic probe, and an elongated rod-shaped insertion portion provided on the main body portion. And a tip portion provided at the tip portion of the insertion portion. In ultrasonic examination using an esophageal probe, which is a kind of this intracavitary ultrasound probe, the distal end is guided into the body by inserting the insertion portion from the mouth of the subject to the esophagus, and this guidance position By transmitting and receiving ultrasonic waves, the ultrasonic images of the organs close to the esophagus were obtained.
[0003]
For example, a transducer part in which a plurality of transducer elements are arranged in the same direction as the axial direction of the tip part is disposed at the tip part, and by changing the attitude of the tip part variously, The transducer unit is configured to contact a target site in the subject and transmit and receive ultrasonic waves. In general, the transducer unit is configured by laminating an acoustic lens, an acoustic matching layer, a transducer element, and a backing material from the side in contact with the subject. At this time, the ultrasonic wave emitted from the transducer element is propagated into the subject via the acoustic matching layer and the acoustic lens, and a part of the ultrasonic wave is reflected at a portion where the acoustic impedance in the subject is different. It was incident on the child element. On the other hand, ultrasonic waves emitted from the back side of the transducer element, that is, the backing material side, are absorbed and attenuated by the backing material, so that they do not return to the ultrasonic transducer again.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of examining the prior art, the present inventor has found the following problems.
[0005]
The conventional intracavity ultrasonic probe is required to reduce the diameter of the insertion portion and the distal end portion in order to reduce the burden on the subject during the ultrasonic examination. For this reason, in the conventional intracavitary ultrasonic probe, a reduction in the size of the transducer portion disposed at the distal end portion has been demanded.
[0006]
However, when the transducer unit is downsized, the output of the ultrasonic wave transmitted from the transducer unit is reduced, and the surface area of the transducer unit that receives the reflected wave reflected in the subject is reduced. For this reason, there is a problem that the output of the received signal corresponding to the intensity of the received ultrasonic wave is also reduced.
[0007]
As an intracavity probe that solves this problem, there has been an ultrasonic probe disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-292669 (hereinafter referred to as “Document 1”). The ultrasonic probe described in this document 1 can be used for transmitting and receiving ultrasonic waves in the transducer unit by arranging transducer elements of different lengths and forming the transducer unit in a circular shape. The maximum surface area is maximized, and the sensitivity of the ultrasonic probe in transmitting and receiving waves is improved.
[0008]
However, in the intra-body-cavity ultrasonic probe described in Document 1, the length (mechanical) of the transducer element disposed in the center portion of the transducer section and the transducer element disposed in the outer peripheral section is large. Therefore, there is a problem in that the electrical impedance of the transducer element differs depending on the arrangement position of the transducer element, and the image quality of the ultrasonic image is deteriorated.
[0009]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of improving the image quality of an ultrasonic image.
[0010]
Another object of the present invention is to provide an ultrasonic probe capable of reducing a difference in electrical impedance accompanying a difference in mechanical length of transducer elements.
[0011]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
[0013]
(1) A distal end portion on which an ultrasonic transducer section in which a plurality of strip-shaped transducer elements are arranged is arranged, and a gripping portion that is attached to the distal end portion and positions the distal end portion at a desired site in the body cavity of the subject. In the ultrasonic probe having the above structure, the shape of the transmission surface side of the ultrasonic transducer unit is formed in a concave shape, and a part or all of the ultrasonic transducer unit is a transducer in which the transducer elements are stacked. Formed with.
[0014]
(2) In the ultrasonic probe of (1) described above, the number of stacked layers of the transducers is changed according to the arrangement position of the transducer elements.
[0015]
(3) In the ultrasonic probe of (1) or (2) described above, the number of stacked layers of each transducer is changed so that the input impedance between the transducer elements is within a predetermined range.
[0016]
(4) In the ultrasonic probe according to any one of (1) to (3) described above, the curvature of the concave surface on the transmission surface side of the ultrasonic transducer unit according to the thickness of the insertion unit. Changed.
[0017]
(5) In the ultrasonic probe according to any one of (1) to (4) described above, a film for protecting each transducer element is formed on the transmission surface side of the ultrasonic transducer section. .
[0018]
(6) In the ultrasonic probe according to any one of (1) to (5) described above, the transducer element includes two or more piezoelectric elements electrically connected in parallel.
[0019]
(7) In the ultrasonic probe according to any one of (1) to (6) described above, the ultrasonic transducer section is formed in a circular shape.
[0020]
(8) A distal end portion in which an ultrasonic transducer unit in which a plurality of strip-shaped transducer elements are arranged is arranged, and a gripping unit that is attached to the distal end unit and positions the distal end unit at a desired site in the body cavity of the subject. In an ultrasonic diagnostic apparatus that forms an ultrasonic image of the subject based on an ultrasonic signal transmitted / received from the ultrasonic transducer unit, the ultrasonic probe The transmission surface side shape of the ultrasonic transducer part is formed in a concave shape, and the ultrasonic transducer is formed by laminating the transducer elements.
[0021]
According to the above-mentioned means (1) to (7), the shape of the ultrasonic transducer section on the transmission surface side is formed in a concave shape, and the ultrasonic transducer section is composed of the transducer elements in which the transducers are stacked. For example, even when the ultrasonic transducer unit is formed in a circular shape, the transducer elements arranged in the ultrasonic transducer unit are stacked according to their mechanical length. By doing so, the capacitance, that is, the electrical impedance of each transducer element can be changed, so that the difference in electrical impedance depending on the position of the transducer element can be reduced. At this time, since the shape on the transmission surface side of the ultrasonic transducer part is formed in a concave shape, the focal point of the ultrasonic wave at the time of transmission / reception can be formed without using an acoustic lens. Therefore, since the ultrasonic transducer part can be reduced in size, it is possible to reduce the diameter of at least the distal end part and the insertion part of the body cavity ultrasonic probe. As a result, it is possible to reduce the burden on the subject at the time of examination.
[0022]
According to the means (8) described above, by forming the shape of the ultrasonic transducer section on the transmission surface side in a concave shape, and configuring the ultrasonic transducer section with a transducer element in which the transducers are stacked, For example, even when the ultrasonic transducer part is formed in a circular shape, the transducer elements arranged in the ultrasonic transducer unit are laminated according to the mechanical length thereof, Since the capacitance, that is, the electrical impedance of each transducer element can be changed, the difference in electrical impedance depending on the position of the transducer element can be reduced. As a result, the difference between the transmission output and the reception signal output depending on the arrangement position of the transducer elements can be reduced, so that the image quality of the ultrasonic image can be improved. At this time, since the shape on the transmission surface side of the ultrasonic transducer part is formed in a concave shape, the focal point of the ultrasonic wave at the time of transmission / reception can be formed without using an acoustic lens. Therefore, since the ultrasonic transducer part can be reduced in size, it is possible to reduce the diameter of at least the distal end part and the insertion part of the body cavity ultrasonic probe. As a result, it is possible to reduce the burden on the subject at the time of examination.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings together with embodiments of the invention.
[0024]
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment of the invention, and the repetitive description thereof is omitted.
[0025]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, where 101 is a head portion (tip portion), 102 is an insertion portion, and 103 is a head operation portion (grip portion). , 104 is a cable, 105 is a connector, 106 is an ultrasonic diagnostic apparatus main body, and 107 is a monitor. However, in the first embodiment, a known mechanism is used for the configuration other than the ultrasonic transducer unit arranged in the head unit 101. Further, in the present specification, a piezoelectric element provided with a driving electrode layer is referred to as a vibrator, a vibrator composed of one or more layers is cut into a necessary number of signals, and the cut one is This is referred to as a transducer element.
[0026]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic probe according to the first embodiment includes an insertion portion 102 formed of an elongated and flexible member, and a transducer portion (not shown) disposed at one end of the insertion portion 102. The head unit 101 is disposed, and the head operation unit 103 that is disposed at the other end of the insertion unit 102 and operates the tilt angle of the head unit 101 and the like. The wiring from the transducer element arranged in the transducer unit is connected to one end of a cable 104 extending from the head operation unit 103 via the insertion unit 102 and the head operation unit 103, and the other end of the cable 104 is a connector. It is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 106 via 105.
[0027]
The ultrasonic diagnostic apparatus main body 106 receives a wave transmission means (not shown) that supplies driving power for driving the transducer elements and a received wave that matches the phase of the received wave signal that is received by the reflected wave reflected in the subject (not shown). Phasing means, image means for generating an ultrasonic image from the received signal after wave phasing, and converting the generated ultrasonic image into a signal for display on a known image processing or monitor 107 Digital scan converter (hereinafter abbreviated as “DSC”). The ultrasonic diagnostic apparatus main body 106 is provided with an operation panel (not shown) for inputting ultrasonic transmission conditions, reception conditions, image processing conditions, and the like.
[0028]
2 is a diagram for explaining a schematic configuration of the transducer part of the ultrasonic probe according to the first embodiment. In particular, FIG. 2A is a perspective view for explaining the schematic configuration of the transducer unit. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG.
[0029]
In FIG. 2, 201 indicates a protective cover, 202 indicates a matching layer, 203 indicates a transducer element, 204 indicates a backing material, 205 indicates a signal line, and 206 indicates a housing.
[0030]
As is clear from FIG. 2A, the transducer unit of the first embodiment has a circular transducer unit, that is, a circular transmission surface, by arranging transducer elements 203 having different lengths. It is formed as follows. Further, in the ultrasonic probe of the first embodiment, in order to prevent the attenuation of the ultrasonic wave by the acoustic lens, instead of focusing the ultrasonic wave by the acoustic lens, the transmission surface shape of the transducer part is a concave spherical shape. In this way, the focal point of the ultrasonic wave transmitted from the transducer part is formed at the concave focal point. In other words, the acoustic lens surface is formed by a concave shape which is the surface shape of the transducer unit, and the ultrasonic wave transmitted from the transducer unit is converged to focus.
[0031]
Further, as shown in FIG. 2B, the vibrator unit according to the first embodiment includes a protective cover 201, a matching layer 202, and a vibrator element from the wave transmitting surface side, that is, the side in contact with a subject (not shown). 203 and a backing material 204 are stacked. One end of a signal line 205 is connected to each transducer element 203, and a transmission signal that is driving power to each transducer element 203 is supplied, and a reflected wave received by each transducer element 203 is received. The configuration is such that a corresponding received signal is supplied to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 106. The vibrator portion is covered with a housing 206 constituting the head portion 101 except for the transmission surface side, and the end portion of the protective cover 201 is arranged in close contact with the opening portion of the housing 206. ing. The housing 206 is molded into a shape suitable for inserting a subject (not shown) into the esophagus.
[0032]
In particular, the vibrator unit according to the first embodiment includes a plurality of vibrator elements 203 having different mechanical lengths. The structure of the transducer element 203 arranged at the end of the transducer unit or a position close to the end is more mechanical than the transducer element 203 arranged at the center of the transducer unit or a position near the central portion. Since the length is short, the vibrator is laminated. Further, the stacked vibrators are the same as a single-layer vibrator electrically connected in parallel.
[0033]
As a result, when the capacitance C (= εs / d, where ε is the dielectric constant of the piezoelectric element and s is the area of the transducer element) of the transducer element 203 in which the transducer is formed of one layer is used as a reference. The capacitance C ′ of the transducer elements stacked in two layers can be expressed as C ′ = C1 + C2 by the capacitance C1 of the first-layer transducer and the capacitance C2 of the second-layer transducer. Here, since C1 = εs / (d / 2) and C2 = εs / (d / 2), the capacitance C ′ is C ′ = εs / (d / 2) + εs / (d / 2) = 4εs. / D = 4C. That is, the capacitance C ′ of the transducer element 203 formed with two layers of the vibrator can be made four times the capacitance C of the transducer element 203 formed with one layer of the transducer. The electrical impedance can be reduced to ¼.
[0034]
Therefore, in the first embodiment, since the electrical impedance can be made smaller than that formed by only one layer of the vibrator, the image quality of the ultrasonic image can be improved.
[0035]
FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of a transducer element of the intracavitary ultrasonic probe that is the ultrasonic probe of the first embodiment. 301a and 301b are piezoelectric elements, and 302a, 302b, and 302c. Denotes first to third external electrode layers, 303 denotes a fourth external electrode layer, and 304 denotes an internal electrode layer. In FIG. 3, the relative thicknesses of the first to third external electrode layers 302a to 302c, the fourth external electrode layer 303, and the internal electrode layer 304 are actually shown in order to explain their configurations. It is different from the thickness.
[0036]
In FIG. 3, the piezoelectric elements 301a and 301b are made of a known piezoelectric material such as PZT or a polymer piezoelectric material, and the transmitting / receiving surface side, that is, the side on which the first external electrode 302a is formed is formed in a concave shape. On the other hand, the side facing the transmission / reception surface, that is, the side on which the third external electrode 302c is formed is formed in a convex shape. In the first embodiment, the piezoelectric elements 301a and 301b are formed with substantially the same thickness (T / 2), and the areas thereof are also the same. Needless to say, the piezoelectric elements 301a and 301b may use, for example, a relaxor piezoelectric crystal (PZN-PT), a composite material, or another organic piezoelectric material.
[0037]
The first to third external electrode layers 302a to 302c are electrode layers formed by, for example, silver baking, and in particular, the first external electrode layer 302a is formed on the wave transmitting / receiving surface side of the first piezoelectric element 301a. . The third external electrode layer 302c is formed on the back surface side of the second piezoelectric element 301b, that is, the surface side facing the wave transmitting / receiving surface side of the transducer element 203. Furthermore, the second external electrode layer 302b is formed on the side surface portion of the transducer element 203. In particular, in the first embodiment, the first external electrode layer 302a and the third external electrode layer 302c are electrically connected. It is formed to connect.
[0038]
The fourth external electrode layer 303 is an electrode layer formed by, for example, silver baking, and is formed on the side surface portion facing the second external electrode layer 302b among the side surface portions of the transducer element 203, for example. The fourth external electrode layer 303 is electrically connected to the internal electrode layer 304 formed between the first piezoelectric element 301a and the second piezoelectric element 301b, and the first to third external electrodes. The electrode layers 301a to 301c are formed so as not to be electrically connected.
[0039]
The internal electrode layer 304 is an electrode layer made of, for example, palladium or platinum, and is an electrode layer formed between the back surface side of the first piezoelectric element 301a and the wave transmitting / receiving surface side of the second piezoelectric element 301b. The internal electrode layer 304 is formed so that the end portion on the second external electrode layer 302b side is not connected to the second external electrode layer 302b, and the end portion on the fourth external electrode layer 303 side is formed. The portion is connected to the fourth external electrode layer 303.
[0040]
As described above, in the vibrator element 203 according to the first embodiment, the first piezoelectric element 301a, the first external electrode layer 302a disposed on the wave transmitting / receiving surface side of the first piezoelectric element 301a, and the first A first vibrator is formed by the internal electrode layer 304 disposed on the back side of the piezoelectric element 301a. The second piezoelectric element 301b, the internal electrode layer 304 disposed on the wave transmitting / receiving surface side of the second piezoelectric element 301b, and the third external electrode layer disposed on the back surface side of the second piezoelectric element 301b. The second vibrator is formed by 302c. At this time, as described above, the first external electrode layer 302a and the third external electrode layer 302c are electrically connected by the second external electrode layer 302b, and the internal electrode layer 304 is the fourth external electrode layer. 303, when the second external electrode layer 302b and the fourth external electrode layer 303 are the drive electrodes of the transducer element 203, the first transducer and the second transducer The vibrator is connected in parallel. Accordingly, by connecting the first to third external electrode layers 301a to 301c and the fourth external electrode layer 303 to the wave transmitting means and the wave receiving phasing means, electrodes are formed on both end faces of the piezoelectric element having a thickness T. Compared to the vibrator in which the vibrator is formed, it is possible to form the vibrator element 203 having substantially the same volume and quadruple capacitance, that is, an electrical impedance of ¼.
[0041]
Next, an example of the manufacturing procedure of the vibrator unit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. However, in the following manufacturing procedure, a case where all the transducer elements 203 are formed in two layers will be described for the sake of simplicity.
[0042]
First, the case where PZT is used as the first and second piezoelectric elements 301a and 301b will be described.
[0043]
For example, a plate-shaped green sheet, which is a member that becomes the first and second piezoelectric elements 301a and 301b after sintering, is formed by a known extruder or doctor blade. Next, this green sheet is punched into a circle that is the shape of the vibrator portion. Next, a conductive paste such as palladium or platinum that becomes the internal electrode layer 304 is screen-printed on one surface of the green sheet punched into a circle. Next, the two green sheets are overlapped so that the printed surfaces of the two circular green sheets on which the conductive paste is printed are aligned with each other. Next, while the stacked green sheets are heated, pressure is applied by a press using a mold having a predetermined curvature, thereby forming the shape of the stacked green sheets into a concave shape. Next, this green sheet is sintered in a furnace to form the first and second piezoelectric elements 301a and 301b, and then the first to third external electrode layers 302a to 302c and the fourth piezoelectric element are formed. After the silver paste to be the external electrode layer 303 is printed at a desired position, the electrode layer is formed by heating. Next, the electrode layer on the convex surface side and the side on which the backing material 204 made of ferrite rubber or the like is formed in a concave shape are bonded with, for example, an epoxy resin. On the other hand, a resin film having a thickness of ¼ of the transmission wavelength that becomes the matching layer 202 is adhered to the concave electrode layer. Thereafter, a strip-shaped transducer element 203 is formed by making a cut in the direction of the backing material 204 from the transmission surface side, that is, the concave shape side. In the above description, after the conductive paste is printed on each surface of the green sheets to be the first and second piezoelectric elements 301a and 301b, the green sheets are superimposed, but the present invention is not limited to this. The conductive paste was printed only on one of the green sheets to be the first piezoelectric element 301a or the green sheet to be the second piezoelectric element 301b, and this conductive paste was printed. Needless to say, the green sheet and the green sheet on which the conductive paste is not printed may be overlapped.
[0044]
On the other hand, when a polymer piezoelectric material is used as the first and second piezoelectric elements 301a and 301b, the inner electrode layer 304 is formed only on one side of each of the two piezoelectric sheets after the circular outer periphery is processed. Print a conductive paste such as palladium or platinum. Next, a well-known adhesive is uniformly applied to the surface to be bonded, that is, the surface on which the conductive paste is printed, so that the internal electrode layer 303 is formed. Next, the adhesive-coated surfaces are overlapped, and the temperature is raised while pressing with a press, thereby making the adhesive as thin and hard as possible. Thereafter, after the first to third external electrode layers 302a to 302c and the fourth external electrode layer 303 are formed by the above-described procedure and the backing film 204 and the resin film to be the matching layer 202 are bonded, A strip-shaped transducer element 203 is formed by making a cut in the direction of the backing material 204 from the concave shape side.
As described above, the intracavity ultrasonic probe according to the first embodiment has a configuration in which the shape on the transmission surface side of the transducer unit formed in a circular shape is formed in a concave shape. The focal point of the ultrasonic wave at the time of transmission / reception can be formed without using it. Accordingly, it is possible to reduce the size of the transducer part and to reduce the diameter of the intracavity ultrasonic probe. As a result, there is an effect that the burden on the subject at the time of examination can be reduced.
[0045]
In addition, in the body cavity ultrasonic probe according to the first embodiment, the transducer elements 203 arranged in the transducer section are stacked with the piezoelectric elements 301 according to their mechanical lengths, so that electrostatic capacity, that is, electrical Since the dynamic impedance is changed, the difference in electrical impedance depending on the arrangement position of the transducer element 203 can be reduced. As a result, the difference between the transmission output and the reception signal output due to the arrangement position of the transducer element 203 can be reduced, so that the image quality of the ultrasonic image can be improved.
[0046]
In the intracavity ultrasonic probe according to the first embodiment, the shape on the transmission surface side of the transducer unit is circular, but the shape is not limited to this. For example, the transducer is an ellipse or a polygon having a quadrangular shape or more. Needless to say, the effects described above can be obtained even when the present invention is applied.
[0047]
Further, it is possible to change the focal position at the time of transmission / reception by changing the curvature of the concave formation on the transmission surface side of the transducer portion formed in a circular shape.
[0048]
In the intracavity ultrasonic probe according to the first embodiment, the transplanetary multiplane TEE (having a mechanism for rotating the transducer part) has been described. However, the transplanetary biplane probe having no mechanism for rotating the transducer is described. A touch panel (with different scanning cross-sections on which two vibrators are mounted) and the like are also included as the first embodiment.
[0049]
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a view for explaining a schematic configuration of an intravascular probe that is an ultrasonic probe in a body cavity of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment, 401 is a transducer element, and 402 is a protective cover. , 403 indicates a backing material, and 404 indicates a blood vessel. However, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment has a known configuration for blood vessels other than the transducer portion formed at the distal end portion of the blood vessel probe that is an intracavity ultrasonic probe. Since this is the same as the ultrasonic diagnostic apparatus including the probe, only the transducer part of the blood vessel probe will be described in detail in the following description. In the following description, the extending direction of the blood vessel probe, that is, the arrangement direction of the transducer elements 401 is referred to as a major axis direction, and the extending direction of each transducer element 401 is referred to as a minor axis direction.
[0050]
As is apparent from FIG. 4, the vibrator section of the second embodiment has a configuration in which a plurality of vibrator elements 401 formed in a concave shape in the short axis direction, that is, the extending direction, are arranged in the long axis direction. The concave shape formed in the minor axis direction of each transducer element 401 forms a focal point in the minor axis direction of the ultrasonic wave transmitted from each transducer unit. On the other hand, the setting of the focal point in the major axis direction at the time of wave transmission / reception by the blood vessel probe of the second embodiment is the same as that of the known linear scanning type or convex scanning type probe. In this configuration, phase control is performed on the transmission signal applied to the transducer element and phase control is performed on the reception signal output from each transducer element 401.
[0051]
In addition, the transducer part of the second embodiment has a protective cover 402, a matching layer (not shown), the transducer element 401, and a backing material from the wave transmission surface side, that is, the side in contact with the inner wall of the blood vessel 404 shown in FIG. 404 are stacked.
[0052]
All the transducer elements 401 of the second embodiment are, for example, the first piezoelectric element which is a piezoelectric element (not shown) formed in two layers, like the short transducer element arranged in the transducer section of the first embodiment. It has a configuration having an element and a second piezoelectric element. The first vibrator includes a first piezoelectric element, a first external electrode layer disposed on the wave transmitting / receiving surface side of the first piezoelectric element, and an internal electrode disposed on the back surface side of the first piezoelectric element. Layer. The second vibrator includes a second piezoelectric element, an internal electrode layer disposed on the transmission / reception surface side of the second piezoelectric element, and a third piezoelectric element disposed on the back surface side of the second piezoelectric element. And an external electrode layer.
[0053]
The first external electrode layer and the third external electrode layer are electrically connected by the second external electrode layer, and the internal electrode layer is electrically connected to the fourth external electrode layer. . Therefore, when the second external electrode layer and the fourth external electrode layer are used as the drive electrodes of the transducer element 401 of the second embodiment, the first transducer and the second transducer are connected in parallel. Structure. Therefore, by connecting the first to third external electrode layers and the fourth external electrode layer to the wave transmitting means and the wave receiving phasing means, the piezoelectric element having the same thickness as the transducer element 401 of the second embodiment. Compared with a vibrator in which electrodes are formed on both end faces of the element, it is possible to form a vibrator element 401 having substantially the same volume and quadruple capacitance, that is, an electrical impedance of ¼. Therefore, in the blood vessel probe according to the second embodiment, the volume corresponding to the formation of the acoustic lens can be reduced, and the effect is obtained when the transducer elements having the same shape of the laminated structure are used. As in Embodiment 1, the capacitance can be increased by laminating the structure of the vibrator, which can reduce the electrical impedance and improve the image quality of the ultrasonic image.
[0054]
In the second embodiment, a transducer unit configured by arranging concave transducer elements 401 made of two layers of piezoelectric elements having the same structure in an array is applied to a blood vessel probe. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, the general-purpose linear scanning probe shown in FIG. 5 and the general-purpose convex scanning probe shown in FIG. Nor.
[0055]
In the general-purpose linear scanning probe shown in FIG. 5, a concave shape is formed on the transmitting / receiving surface side of the backing material 503 in a direction (short axis direction) perpendicular to the arrangement direction (long axis direction) of the transducer elements 501. The plurality of transducer elements 501 are arranged in the major axis direction, and the concave shape formed in the minor axis direction of each transducer element 501 allows the ultrasonic waves transmitted from each transducer unit to be transmitted. A focal point in the minor axis direction is formed. On the other hand, the setting of the focal point in the major axis direction at the time of transmission / reception with this linear scanning probe is performed by transmitting signals to be applied to each transducer element 501 from the signal line 507 of the coaxial cable 506 via the flexible substrate 504. And the phase control of the received signal output from each transducer element 501. Further, the ground line 508 of the coaxial cable 506 is connected to the GND 505 that is the ground terminal of the flexible substrate 504.
[0056]
5 includes a protective cover 502, a matching layer (not shown), a transducer element 501, and a backing material 504 that are stacked from the transmission surface side, that is, the side that contacts the subject (not shown). Yes. At this time, since the backing material 504 is linearly formed in the major axis direction, the transducer elements 501 are also arranged linearly.
[0057]
Each transducer element 501 is, for example, a first piezoelectric element and a second piezoelectric element, which are piezoelectric elements (not shown) formed in two layers, like the short transducer element arranged in the transducer unit of the first embodiment. It has the structure which has an element. The first vibrator includes a first piezoelectric element, a first external electrode layer disposed on the wave transmitting / receiving surface side of the first piezoelectric element, and an internal electrode disposed on the back surface side of the first piezoelectric element. Layer. The second vibrator includes a second piezoelectric element, an internal electrode layer disposed on the transmission / reception surface side of the second piezoelectric element, and a third piezoelectric element disposed on the back surface side of the second piezoelectric element. And an external electrode layer.
[0058]
Also in the general-purpose convex scanning probe shown in FIG. 6, the transducer elements 601 are arranged on the transmitting / receiving surface side of the backing material 603 (long-axis direction), similarly to the linear scanning probe shown in FIG. A plurality of transducer elements 601 formed in a concave shape in a direction perpendicular to the axis (short axis direction) are arranged in the major axis direction, and a concave shape formed in the minor axis direction of each transducer element 601 Depending on the shape, a focal point in the short axis direction of the ultrasonic wave transmitted from each transducer unit is formed. On the other hand, the setting of the focal point in the major axis direction at the time of wave transmission / reception by the convex scanning probe is performed by transmitting signals to be applied to each transducer element 601 from the signal line 607 of the coaxial cable 606 via the flexible substrate 604. And the phase control of the received signal output from each transducer element 601. Further, the ground line 608 of the coaxial cable 606 is connected to the GND 605 that is the ground terminal of the flexible substrate 604.
[0059]
6 includes a protective cover 602, a matching layer (not shown), a transducer element 601, and a backing material 604 that are stacked from the wave transmission surface side, that is, the side that comes into contact with a subject (not shown). Yes. At this time, since the backing material 604 is formed in an arc shape (convex shape) in the major axis direction, the transducer elements 601 are also arranged in an arc shape.
[0060]
Each transducer element 601 is, for example, a first piezoelectric element and a second piezoelectric element, which are piezoelectric elements (not shown) formed in two layers, like the short transducer element arranged in the transducer unit of the first embodiment. It has the structure which has an element. The first vibrator includes a first piezoelectric element, a first external electrode layer disposed on the wave transmitting / receiving surface side of the first piezoelectric element, and an internal electrode disposed on the back surface side of the first piezoelectric element. Layer. The second vibrator includes a second piezoelectric element, an internal electrode layer disposed on the transmission / reception surface side of the second piezoelectric element, and a third piezoelectric element disposed on the back surface side of the second piezoelectric element. And an external electrode layer.
[0061]
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to an ultrasonic probe for body cavity has been described. However, the present invention is not limited to this, and blood vessels, digestive tracts, bile ducts, pancreatic ducts, ureters, etc. For the purpose of diagnosing the depth of the tumor on the luminal wall, for example, an intravascular ultrasound probe or a small-diameter ultrasound probe that is an ultrasound probe with a diameter of approximately 5 mm or less Needless to say, the present invention is also applicable to a thin, bendable ultrasonic probe that can be inserted into a lumen.
[0062]
In this embodiment, the array-type intracavity ultrasonic probe has been described. However, the present invention is not limited to this, and is applied to a single-piece intracavity ultrasonic probe. Needless to say, the above-described effects can be obtained.
[0063]
Furthermore, in the present embodiment, the effect when the transducer element is formed of two layers of piezoelectric elements has been described. However, when the transducer element is formed of three or more layers of piezoelectric elements, the electrical impedance is further increased. Needless to say, it can be reduced.
[0064]
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention, but the invention is not limited to the embodiment of the invention and does not depart from the gist of the invention. Of course, various changes can be made.
[0065]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0066]
(1) It is possible to compensate for the difference in electrical impedance caused by the mechanical lengths of the transducer elements being different.
[0067]
(2) The image quality of the ultrasonic image can be improved.
[0068]
(3) The burden on the subject in the ultrasonic examination can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a schematic configuration of a transducer part of the ultrasonic probe according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of a transducer element of the body cavity ultrasonic probe according to the first embodiment.
4 is a diagram for explaining a schematic configuration of an intravascular probe that is an intra-body-cavity ultrasonic probe of the ultrasonic diagnostic apparatus according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining a schematic configuration of a general-purpose linear scanning probe.
FIG. 6 is a diagram for explaining a schematic configuration of a general-purpose convex scanning probe.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Head part (tip part), 102 ... Insertion part, 103 ... Head operation part (grip part), 104 ... Cable, 105 ... Connector, 106 ... Ultrasonic diagnostic apparatus main-body part, 107 ... Monitor, 201, 402, 502 , 602 ... Protective cover, 202 ... Matching layer, 203, 401, 501, 601 ... Transducer element, 204, 403502, 603 ... Backing material, 205 ... Signal line, 206 ... Housing, 301a, 301b ... Piezoelectric element, 302a, 302b, 302c ... first to third external electrode layers, 303 ... fourth external electrode layer, 304 ... internal electrode layer, 404 ... blood vessel, 504, 604 ... flexible substrate, 505, 605 ... GND, 506, 606 ... Coaxial cable, 507, 607 ... signal line, 508, 608 ... ground line.

Claims

短冊形の振動子素子を複数並べた超音波振動子部が配置された先端部と、前記先端部を被検体の所望の部位に位置させる把持部とを有する超音波探触子において、
前記超音波振動子部の送波面側形状は円形状であり、前記振動子素子の配置位置に応じて、該振動子素子の積層数が変化されていることを特徴とする超音波探触子。 In an ultrasonic probe having a distal end portion where an ultrasonic transducer section in which a plurality of strip-shaped transducer elements are arranged and a grip portion that positions the distal end portion at a desired portion of a subject,
The ultrasonic transducer is characterized in that the shape of the ultrasonic transducer section on the transmission surface side is a circular shape, and the number of stacked transducer elements is changed in accordance with the arrangement position of the transducer elements. .

前記超音波振動子部の送波面側形状は凹面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the shape of the ultrasonic transducer section on the transmission surface side is formed in a concave shape.

前記超音波振動子部の前記振動子素子は、前記振動子素子の配列方向と垂直となる方向に凹型に形成されていることを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。The ultrasonic probe according to claim 2 , wherein the transducer elements of the ultrasonic transducer section are formed in a concave shape in a direction perpendicular to the arrangement direction of the transducer elements.

前記振動子素子の積層数は、該振動子素子の長さに応じて変化されていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the number of stacked transducer elements is changed according to the length of the transducer elements.

前記振動子素子間の入力インピーダンスが所定の範囲内に収まるように、各振動子素子の積層数が変化されていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。 The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the number of stacked layers of each transducer element is changed so that an input impedance between the transducer elements is within a predetermined range.

前記超音波振動子部の端部あるいは端部に近い位置に配置される前記振動子素子の構造が、積層された構造になっていることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein a structure of the transducer element disposed at an end portion of the ultrasonic transducer portion or a position close to the end portion is a laminated structure. .

短冊形の振動子素子を複数並べた超音波振動子部が配置された先端部と、前記先端部を被検体の所望の部位に位置させる把持部とを有する超音波探触子を備え、前記超音波振動子部から送受波した超音波信号に基づいて、当該被検体の超音波像を形成する超音波診断装置において、前記超音波探触子は、前記超音波振動子部の送波面側形状が円形状であり、前記振動子素子の配置位置に応じて、該振動子素子の積層数が変化させていることを特徴とする超音波診断装置。 An ultrasonic probe having a distal end portion where an ultrasonic transducer section in which a plurality of strip-shaped transducer elements are arranged and a grip portion that positions the distal end portion at a desired site of a subject; In an ultrasonic diagnostic apparatus that forms an ultrasonic image of the subject based on an ultrasonic signal transmitted / received from an ultrasonic transducer unit, the ultrasonic probe is on a transmission surface side of the ultrasonic transducer unit An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that the shape is circular, and the number of stacked transducer elements is changed in accordance with the arrangement position of the transducer elements.