JP6069848B2 - プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び診断装置等に関する。

対象物に向けて超音波を照射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置として、例えば人体の内部を検査するための超音波診断装置が知られている。超音波診断装置に用いられる超音波プローブとして、例えば特許文献１には圧電素子をマトリックスアレイ状に配列して超音波ビームを放射させる手法が開示されている。

しかしながらこの手法では、異なる診断対象に応じてプローブを交換した場合に、プローブ内の処理装置等の動作設定をユーザー自身が行う必要があるなどの問題がある。

特開２００７−１４２５５５号公報

本発明の幾つかの態様によれば、交換可能で自動的に動作設定ができるヘッドユニット、超音波プローブ、電子機器及び診断装置等を提供できる。

本発明の一態様は、超音波プローブのヘッドユニットであって、超音波プローブのプローブ本体と当該ヘッドユニットとを電気的に接続する接続部と、アレイ状に配置された複数の開口を有する基板と、前記複数の開口の各開口ごとに各超音波トランスデューサー素子が設けられる複数の超音波トランスデューサー素子と、を有する超音波素子アレイを含み、前記接続部を介して前記プローブ本体が有する処理装置と電気的に接続される素子チップと、前記接続部を介して前記処理装置に出力される前記処理装置の動作設定情報を、記憶する記憶部とを含むヘッドユニットに関係する。

本発明の一態様によれば、接続部によりヘッドユニットをプローブ本体に脱着可能にすることができる。さらに記憶部に記憶された動作設定情報に基づいて処理装置の動作設定を行うことができるから、ヘッドユニットをプローブ本体に装着することにより、ヘッドユニットの用途などに対応する動作設定を行うことができる。その結果、ヘッドユニットを交換することにより、例えば異なる診断対象に適した動作設定を自動で行うことなどが可能になる。

また本発明の一態様では、前記処理装置は、前記超音波素子アレイからの受信信号の受信処理を行うアナログフロントエンド部を有し、前記記憶部は、前記動作設定情報として、前記アナログフロントエンド部が有する低雑音増幅器及びプログラマブルゲインアンプの少なくとも一方のゲインを設定するゲイン設定情報を記憶してもよい。

このようにすれば、記憶部に記憶された動作設定情報に基づいて、アナログフロントエンド部のゲインを設定することができるから、ヘッドユニットの用途などに応じたゲインを設定することができる。

また本発明の一態様では、前記記憶部は、前記動作設定情報として、前記アナログフロントエンド部が有するローパスフィルターの周波数特性を設定する周波数特性設定情報を記憶してもよい。

このようにすれば、記憶部に記憶された動作設定情報に基づいて、アナログフロントエンド部の周波数特性を設定することができるから、ヘッドユニットの用途などに応じた周波数特性を設定することができる。

また本発明の一態様では、前記記憶部は、前記超音波プローブのプローブ対象に対応する前記動作設定情報を記憶してもよい。

このようにすれば、記憶部に記憶された動作設定情報に基づいて、超音波プローブのプローブ対象に対応する動作設定を行うことができるから、例えば異なる診断対象に適した動作設定を自動で行うことなどが可能になる。

また本発明の一態様では、前記超音波プローブのプローブ対象に対応する前記動作設定情報は、超音波診断画像処理に対応する動作設定情報、又は血圧測定処理に対応する動作設定情報であってもよい。

このようにすれば、第１のヘッドユニットの記憶部１００には超音波診断画像処理に対応する動作設定情報を記憶し、第２のヘッドユニットには血圧測定処理に対応する動作設定情報を記憶することができる。こうすることで、第１のヘッドユニットを装着した場合には、超音波診断画像処理に対応する動作設定を行い、第２のヘッドユニットを装着した場合には、血圧測定処理に対応する動作設定を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記素子チップ及び前記記憶部を支持する支持部材を含んでもよい。

このようにすれば、支持部材により素子チップ及び記憶部をプローブ筐体内に支持することができる。

また本発明の一態様では、前記接続部は、前記プローブ本体に接続される複数の接続端子を有し、前記支持部材の第１の面側に前記記憶部と前記複数の接続端子とが設けられ、前記支持部材の前記第１の面の裏面である第２の面側に前記素子チップが支持されてもよい。

このようにすれば、素子チップが支持される第２の面側から超音波を放射することができる。また、接続部が設けられる第１の面側をプローブ本体の方向に向けることができるから、プローブ本体に妨げられることなく超音波を放射することができる。

また本発明の一態様では、前記接続部は、前記複数の接続端子を有するコネクターと、前記コネクターと前記素子チップとを接続する配線が形成されるフレキシブル基板とを有し、前記フレキシブル基板に前記記憶部が設けられてもよい。

このようにすれば、コネクターを支持部材の第１の面側に設け、コネクターと支持部材の第２の面側に支持された素子チップとをフレキシブル基板によって接続することができる。また。記憶部とコネクターとをフレキシブル基板によって接続することができる。こうすることで、素子チップ及び記憶部をプローブ本体と電気的に接続することができる。

本発明の他の態様は、前記プローブ本体と、前記プローブ本体に脱着可能な上記いずれかに記載のヘッドユニットとを含む超音波プローブに関係する。

また本発明の他の態様では、前記プローブ本体は、前記処理装置を有し、前記処理装置は、前記超音波素子アレイからの受信信号の受信処理を行う前記アナログフロントエンド部と、前記超音波素子アレイに対して駆動信号を出力する送信部と、前記アナログフロントエンド部及び前記送信部の制御を行う制御部とを有し、前記制御部は、前記ヘッドユニットの前記記憶部から読み出された前記動作設定情報に基づいて、前記アナログフロントエンド部及び前記送信部の動作を設定してもよい。

このようにすれば、記憶部に記憶された動作設定情報に基づいて、アナログフロントエンド部及び送信部の動作設定を行うことができるから、ヘッドユニットを交換することで、例えば異なる診断対象に適した動作設定を自動で行うことなどが可能になる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載のヘッドユニットを含む電子機器に関係する。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載のヘッドユニットと、表示用画像データを表示する表示部とを含む診断装置に関係する。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の基本的な構成例。 素子チップの第１の構成例。 素子チップの第２の構成例。 ヘッドユニットの第１の構成例。 ヘッドユニットの第２の構成例。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、ヘッドユニットの第２の構成例の詳細な構成例。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、超音波プローブの構成例。 処理装置の基本的な構成例。 超音波診断画像処理及び血圧測定処理に対応する動作設定の一例。 電子機器の基本的な構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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．超音波トランスデューサー素子
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に、本実施形態のヘッドユニットに含まれる超音波トランスデューサー素子（超音波素子）ＵＥの基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波トランスデューサー素子ＵＥは、第１電極層ＥＬ１、圧電体層ＰＥ、第２電極層ＥＬ２、メンブレン（支持部材）ＭＢ、空洞領域（空洞部）ＣＡＶを含む。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子ＵＥは図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

図１（Ａ）は、基板（シリコン基板）ＳＵＢに形成された超音波トランスデューサー素子ＵＥの、素子形成面側の基板に垂直な方向から見た平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層ＥＬ１は、メンブレンＭＢの上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層（下部電極層）ＥＬ１は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子ＵＥに接続される配線であってもよい。

圧電体層ＰＥは、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層ＥＬ１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層ＰＥの材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを用いてもよい。

第２電極層（上部電極層）ＥＬ２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層ＰＥの少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層ＥＬ２は、図１（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子ＵＥに接続される配線であってもよい。

メンブレンＭＢは、例えばＳｉＯ_２薄膜とＺｒＯ_２薄膜との２層構造により空洞領域ＣＡＶの上層に設けられる。このメンブレンＭＢは、圧電体層ＰＥ及び第１、第２電極層ＥＬ１、ＥＬ２を支持すると共に、圧電体層ＰＥの伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。

空洞領域ＣＡＶは、シリコン基板ＳＵＢの裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域ＣＡＶの開口部ＯＰより超音波が放射される。

超音波トランスデューサー素子ＵＥの第１の電極は、第１電極層ＥＬ１により形成され、第２の電極は、第２電極層ＥＬ２により形成される。具体的には、第１電極層ＥＬ１のうちの圧電体層ＰＥに覆われた部分が第１の電極を形成し、第２電極層ＥＬ２のうちの圧電体層ＰＥを覆う部分が第２の電極を形成する。即ち、圧電体層ＰＥは、第１の電極と第２の電極に挟まれて設けられる。

圧電体層ＰＥは、第１の電極と第２の電極との間、即ち第１電極層ＥＬ１と第２電極層ＥＬ２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。圧電体層ＰＥの一方の面は第１電極層ＥＬ１を介してメンブレンＭＢに接合されているが、他方の面には第２電極層ＥＬ２が形成されるものの、第２電極層ＥＬ２上には他の層が形成されない。そのため圧電体層ＰＥのメンブレンＭＢ側が伸縮しにくく、第２電極層ＥＬ２側が伸縮し易くなる。従って、圧電体層ＰＥに電圧を印加すると、空洞領域ＣＡＶ側に凸となる撓みが生じ、メンブレンＭＢを撓ませる。圧電体層ＰＥに交流電圧を印加することで、メンブレンＭＢが膜厚方向に対して振動し、このメンブレンＭＢの振動により超音波が開口部ＯＰから放射される。圧電体層ＰＥに印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

２．素子チップ
図２に、本実施形態のヘッドユニットに含まれる素子チップ２００の第１の構成例を示す。第１の構成例の素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲを含む。超音波素子アレイＵＡＲは、アレイ状に配置された複数の開口を有する基板と、複数の開口の各開口ごとに各超音波トランスデューサー素子が設けられる複数の超音波トランスデューサー素子ＵＥとを有する。超音波素子アレイＵＡＲは、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の信号線ＬＸ１〜ＬＸｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍをさらに含む。また、素子チップ２００は、第１〜第ｎの信号端子Ｘ１〜Ｘｎ及びコモン端子ＣＯＭをさらに含む。図２では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の素子チップ２００は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

超音波素子アレイＵＡＲは、例えばｍ行ｎ列のマトリックスアレイ状（広義にはアレイ状）に配置される複数の超音波トランスデューサー素子（超音波素子）ＵＥを含む。超音波トランスデューサー素子ＵＥは、例えば図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示した構成とすることができる。具体的には、図２に示すように、第３の方向Ｄ３に向かって第１行〜第８行（広義には第ｍ行）の超音波トランスデューサー素子ＵＥが配置され、第３の方向Ｄ３に交差する第１の方向Ｄ１に向かって第１列〜第１２列（広義には第ｎ列）の超音波トランスデューサー素子ＵＥが配置される。なお、以下の説明において、超音波トランスデューサー素子ＵＥのアレイ内での位置を特定する場合には、例えば第４行第６列に位置する超音波トランスデューサー素子をＵＥ４６と表記する。

超音波トランスデューサー素子（超音波素子）ＵＥの配置は、図２に示すｍ行ｎ列のマトリックス配置に限定されない。例えば奇数番目の列にｍ個の超音波トランスデューサー素子が配置され、偶数番目の列にｍ−１個の超音波トランスデューサー素子が配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。

第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８は、超音波素子アレイＵＡＲにおいて第１の方向Ｄ１又は第２の方向Ｄ２に沿って配線される。第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦８である整数）のコモン電極線ＬＹｉは、超音波素子アレイＵＡＲの第ｉ行に配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥがそれぞれ有する第１の電極及び第２の電極のうちの一方の電極に接続される。

第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２は、超音波素子アレイＵＡＲにおいて第３の方向Ｄ３又は第４の方向Ｄ４に沿って配線される。第１〜第１２の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の信号線ＬＸｊは、超音波素子アレイＵＡＲの第ｊ列に配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥがそれぞれ有する第１の電極及び第２の電極のうちの一方とは異なる他方の電極に接続される。

具体的には、例えば図２に示す超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１については、第１の電極が信号線ＬＸ１に接続され、第２の電極が第１のコモン電極線ＬＹ１に接続される。また、例えば図２に示す超音波トランスデューサー素子ＵＥ４６については、第１の電極が第６の信号線ＬＸ６に接続され、第２の電極が第４のコモン電極線ＬＹ４に接続される。

第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号端子Ｘ１〜Ｘ１２は、例えば素子チップ２００の第３の方向Ｄ３の辺側に設けられ、第１〜第１２の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２が接続される。超音波を放射する送信期間には、超音波トランスデューサー素子ＵＥを駆動する駆動信号が信号端子Ｘ１〜Ｘ１２に入力される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子ＵＥからの受信信号が信号端子Ｘ１〜Ｘ１２から出力される。

コモン端子ＣＯＭは、例えば素子チップ２００の第３の方向Ｄ３の辺側に設けられ、第１〜第８のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８が共通接続される。コモン端子ＣＯＭには、コモン電圧が供給される。このコモン電圧は一定の直流電圧であればよく、０Ｖ即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

図３に、本実施形態のヘッドユニットに含まれる素子チップ２００の第２の構成例を示す。第２の構成例の素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲ、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の信号線ＬＸ１〜ＬＸｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹｍ、第１の辺側の第１〜第ｎの信号端子（広義には第１のチップ端子群）Ｘ１〜Ｘｎ、第２の辺側の第１〜第ｎの信号端子（広義には第２のチップ端子群）Ｘ１’〜Ｘｎ’及びコモン端子ＣＯＭを含む。図３では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の素子チップ２００は図３の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

超音波素子アレイＵＡＲ、第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８及びコモン端子ＣＯＭは、上述した第１の構成例（図２）と同じであるから、ここでは詳細な説明を省略する。

第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２は、超音波素子アレイＵＡＲにおいて第３の方向Ｄ３又は第４の方向Ｄ４に沿って配線される。信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の一端は素子チップ２００の第１の辺（第３の方向Ｄ３側の辺）側に設けられる信号端子Ｘ１〜Ｘ１２に接続され、他端は素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺（第４の方向Ｄ４側の辺）側に設けられる信号端子Ｘ１’〜Ｘ１２’に接続される。

第１の辺側の第１〜第１２（広義には第ｎ）の信号端子Ｘ１〜Ｘ１２は、素子チップ２００の第１の辺（第３の方向Ｄ３側の辺）側に設けられ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の一端が接続される。また、第２の辺側の第１〜第ｎの信号端子Ｘ１’〜Ｘｎ’は、素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺（第４の方向Ｄ４側の辺）側に設けられ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の他端が接続される。

素子チップ２００の第１の辺側に設けられる信号端子Ｘ１〜Ｘ１２と素子チップ２００の第２の辺側に設けられる信号端子Ｘ１’〜Ｘ１２’とに、複数の超音波トランスデューサー素子ＵＥを駆動する駆動信号が入力される。このようにすることで、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の一端だけに駆動信号が入力される場合と比較して、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の配線抵抗に起因する駆動信号電圧の降下が低減されるから、より高い放射強度（放射音圧）を得ることができる。

なお、図２、図３に従って本実施形態の素子チップ２００の構成例を説明したが、信号端子及びコモン端子の配置は図２、図３に示すものに限定されない。例えばコモン端子を信号端子Ｘ１〜Ｘ１２の第１の方向Ｄ１側に設けてもよいし、或いは第２の辺側の信号端子Ｘ１’〜Ｘ１２’の第１の方向Ｄ１側又は第２の方向Ｄ２側に設けてもよい。

３．ヘッドユニット
図４に、本実施形態のヘッドユニット２２０の第１の構成例を示す。第１の構成例のヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、接続部２１０、記憶部１００及び支持部材ＳＵＰを含む。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は図４の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

素子チップ２００は、図２に示した第１の構成例の素子チップを用いることができる。上述したように、素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８、信号端子Ｘ１〜Ｘ１２及びコモン端子ＣＯＭを含む。素子チップ２００は、接続部２１０を介してプローブ本体が有する処理装置と電気的に接続される。

接続部２１０は、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続するものであって、プローブ本体に接続される複数の接続端子を有するコネクターＣＮと、コネクターＣＮと素子チップ２００とを接続する配線が形成されるフレキシブル基板ＦＰとを有する。接続部２１０を設けることで、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続することができ、さらにヘッドユニット２２０をプローブ本体に脱着可能にすることができる。

コネクターＣＮは、フレキシブル基板ＦＰに形成された配線を介して信号端子Ｘ１〜Ｘ１２及びコモン端子ＣＯＭに接続される複数の接続端子と、記憶部１００のメモリー端子（図示せず）に接続されるメモリー接続端子とを有する。

記憶部１００は、フレキシブル基板ＦＰに設けられ、接続部２１０を介して処理装置に出力される、処理装置の動作設定情報を記憶する。記憶部１００はメモリー端子（図示せず）を有し、メモリー端子はフレキシブル基板ＦＰ上の配線を介してコネクターＣＮのメモリー接続端子に接続される。処理装置は、記憶部１００から読み出された動作設定情報に基づいて、超音波の送受信処理に関する設定を行う。なお、処理装置及び動作設定情報の詳細については、後述する。

支持部材ＳＵＰは、素子チップ２００及び記憶部１００を支持する部材であって、後述するように、支持部材ＳＵＰの第１の面側に記憶部１００と複数の接続端子とが設けられ、支持部材ＳＵＰの第１の面の裏面である第２の面側に素子チップ２００が支持される。なお、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材ＳＵＰの具体的な構造については後述する。

図５に、本実施形態のヘッドユニット２２０の第２の構成例を示す。第２の構成例のヘッドユニット２２０は、素子チップ２００、接続部２１０、記憶部１００及び支持部材ＳＵＰを含む。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は図５の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

素子チップ２００は、図３に示した第２の構成例の素子チップを用いることができる。上述したように、素子チップ２００は、超音波素子アレイＵＡＲ、信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２、コモン電極線ＬＹ１〜ＬＹ８、信号端子（広義には第１のチップ端子群）Ｘ１〜Ｘ１２、信号端子（広義には第２のチップ端子群）Ｘ１’〜Ｘ１２’及びコモン端子ＣＯＭを含む。素子チップ２００は、接続部２１０を介してプローブ本体が有する処理装置と電気的に接続される。

接続部２１０は、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続するものであって、複数の接続端子を有するコネクターＣＮと、コネクターＣＮと素子チップ２００とを接続する配線が形成されるフレキシブル基板ＦＰとを有する。具体的には、接続部２１０は、コネクターとして第１のコネクターＣＮ１及び第２のコネクターＣＮ２を有し、フレキシブル基板として第１のフレキシブル基板ＦＰ１及び第２のフレキシブル基板ＦＰ２を有する。

第１のフレキシブル基板ＦＰ１には、素子チップ２００の第１の辺（図３において第３の方向Ｄ３側の辺）側に設けられる第１のチップ端子群Ｘ１〜Ｘ１２と第１のコネクターＣＮ１とを接続する第１の配線群が形成される。また、第２のフレキシブル基板ＦＰ２には、素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺（図３において第４の方向Ｄ４側の辺）側に設けられる第２のチップ端子群Ｘ１’〜Ｘ１２’と第２のコネクターＣＮ２とを接続する第２の配線群が形成される。

コネクターＣＮ１は、フレキシブル基板ＦＰ１に形成された第１の配線群を介して、第１のチップ端子群Ｘ１〜Ｘ１２の信号が入力又は出力される複数の接続端子と、記憶部１００のメモリー端子（図示せず）の信号が入力又は出力されるメモリー接続端子とを有する。コネクターＣＮ２は、フレキシブル基板ＦＰ２に形成された第２の配線群を介して、第２のチップ端子群Ｘ１’〜Ｘ１２’の信号が入力又は出力される複数の接続端子を有する。

接続部２１０は、図５に示す構成に限定されるものではない。接続部２１０は、素子チップ２００の第１の辺側に設けられる第１のチップ端子群の信号が入力又は出力される第１の接続端子群と、素子チップ２００の第１の辺に対向する第２の辺側に設けられる第２のチップ端子群の信号が入力又は出力される第２の接続端子群とを有してもよい。

接続部２１０を設けることで、プローブ本体とヘッドユニット２２０とを電気的に接続することができ、さらにヘッドユニット２２０をプローブ本体に脱着可能にすることができる。

記憶部１００は、フレキシブル基板ＦＰ１に設けられ、接続部２１０を介してプローブ本体の処理装置に出力される、処理装置の動作設定情報を記憶する。記憶部１００はメモリー端子（図示せず）を有し、メモリー端子はフレキシブル基板ＦＰ１に形成された第１の配線群を介して、コネクターＣＮ１のメモリー接続端子に接続される。処理装置は、記憶部１００から読み出された動作設定情報に基づいて、超音波の送受信処理に関する設定を行う。なお、処理装置及び動作設定情報の詳細については、後述する。

なお、記憶部１００を第２のフレキシブル基板ＦＰ２に設けて、メモリー端子をフレキシブル基板ＦＰ２に形成された第２の配線群を介してコネクターＣＮ２のメモリー接続端子に接続してもよい。

支持部材ＳＵＰは、素子チップ２００及び記憶部１００を支持する部材であって、後述するように、支持部材ＳＵＰの第１の面側に記憶部１００と複数の接続端子が設けられ、支持部材ＳＵＰの第１の面の裏面である第２の面側に素子チップ２００が支持される。なお、素子チップ２００、接続部２１０及び支持部材ＳＵＰの具体的な構造については後述する。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に、本実施形態のヘッドユニット２２０の第２の構成例の詳細な構成例を示す。図６（Ａ）は支持部材ＳＵＰの第２の面ＳＦ２側を示し、図６（Ｂ）は支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１側を示し、図６（Ｃ）は支持部材ＳＵＰの側面側を示す。なお、本実施形態のヘッドユニット２２０は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１側には、コネクターＣＮ１、ＣＮ２（広義には複数の接続端子）及び記憶部１００が設けられる。コネクターＣＮ１、ＣＮ２には、フレキシブル基板ＦＰ１、ＦＰ２の一端がそれぞれ接続される。フレキシブル基板ＦＰ１には、記憶部１００が設けられる。また、フレキシブル基板ＦＰ１、ＦＰ２には、例えばプリアンプＰＡ１、ＰＡ２などの回路を設けることができる。コネクターＣＮ１、ＣＮ２は、プローブ本体側の対応するコネクターに脱着可能である。

支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２側には、素子チップ２００が支持される。素子チップ２００の端子にはフレキシブル基板ＦＰ１、ＦＰ２の他端が接続される。固定用部材ＨＬは、支持部材ＳＵＰの各コーナー部に設けられ、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体に固定するために用いられる。

ここで支持部材ＳＵＰの第１の面側とは、支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１の法線方向側であり、支持部材ＳＵＰの第２の面側とは、支持部材ＳＵＰの第１の面ＳＦ１の裏面である第２の面ＳＦ２の法線方向側である。なお、「第１の（第２の）面側に設けられる」とは、第１の面ＳＦ１（第２の面ＳＦ２）に接して設けられること、及び別の部材を介して設けられることを含む。

図６（Ｃ）に示すように、素子チップ２００の裏面（図１（Ｂ）において開口部ＯＰが設けられる面）には、素子チップ２００を保護する保護部材（保護膜）ＰＦが設けられる。

４．超音波プローブ
図７（Ａ）、図７（Ｂ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の構成例を示す。図７（Ａ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０に装着された場合を示し、図７（Ｂ）はプローブヘッド３１０がプローブ本体３２０から分離された場合を示す。

プローブヘッド３１０は、ヘッドユニット２２０、被検体と接触する接触部材２３０及びヘッドユニット２２０を格納するプローブ筐体２４０を含む。素子チップ２００は、接触部材２３０と支持部材ＳＵＰとの間に設けられる。

プローブ本体３２０は、処理装置３３０及びプローブ本体側コネクターＣＮｂを含む。処理装置３３０は、送信部ＴＸ、アナログフロントエンド部ＡＦＥ及び制御部ＣＴＬを含む。送信部ＴＸは、制御部ＣＴＬの制御に基づいて、超音波トランスデューサー素子を駆動する駆動信号の送信処理を行い、アナログフロントエンド部ＡＦＥは、超音波トランスデューサー素子からの超音波エコー信号（受信信号）の受信処理を行う。

制御部ＣＴＬは、送信部ＴＸ及びアナログフロントエンド部ＡＦＥの制御を行う。具体的には、記憶部１００から読み出された動作設定情報に基づいて、送信部ＴＸ及びアナログフロントエンド部ＡＦＥの動作を設定する。プローブ本体側コネクターＣＮｂは、ヘッドユニット（又はプローブヘッド）側コネクターＣＮａと接続される。プローブ本体３２０は、ケーブルＣＢにより電子機器（例えば超音波診断装置）本体に接続される。

ヘッドユニット２２０は、プローブ筐体２４０に格納されているが、ヘッドユニット２２０をプローブ筐体２４０から取り外すことができる。こうすることで、ヘッドユニット２２０だけを交換することができる。或いは、プローブ筐体２４０に格納された状態で、即ちプローブヘッド３１０として交換することもできる。

図８に、本実施形態の処理装置３３０の基本的な構成例を示す。処理装置３３０は、送信部ＴＸ、アナログフロントエンド部ＡＦＥ、マルチプレクサーＭＵＸ、送受信切換スイッチ部Ｔ／Ｒ＿ＳＷ及び制御部ＣＴＬを含む。なお、本実施形態の処理装置３３０は図８の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

送信部ＴＸは、送信期間において、制御部ＣＴＬの制御に基づいて、超音波トランスデューサー素子ＵＥを駆動するための駆動信号（パルス）を生成し、超音波素子アレイＵＡＲに対して駆動信号を出力する。駆動信号の周波数及び電圧は、制御部ＣＴＬにより設定することができる。

マルチプレクサーＭＵＸは、送信部ＴＸから出力された駆動信号を、例えば信号線ＬＸ１〜ＬＸ１２の各信号線に分配するためのチャネル切換を行う。

送受信切換スイッチ部Ｔ／Ｒ＿ＳＷは、送信期間にはマルチプレクサーＭＵＸとアナログフロントエンド部ＡＦＥとを非接続とし、受信期間にはＭＵＸとＡＦＥとを接続する。こうすることで、送信期間には駆動信号がＡＦＥに入力することを防止し、受信期間には受信信号（超音波エコー信号）がＡＦＥに入力することができる。

アナログフロントエンド部ＡＦＥは、超音波素子アレイＵＡＲからの受信信号の受信処理を行う。アナログフロントエンド部ＡＦＥは、低雑音増幅器ＬＮＡ、電圧制御アッテネーターＶＣＡＴ、プログラマブルゲインアンプＰＧＡ、ローパスフィルターＬＰＦ、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣを含む。超音波素子アレイＵＡＲからの受信信号は低雑音増幅器ＬＮＡにより増幅され、電圧制御アッテネーターＶＣＡＴ及びプログラマブルゲインアンプＰＧＡにより適正な信号レベルに調整される。そしてローパスフィルターＬＰＦにより不要な周波数成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣによりデジタルデータに変換され、受信データとして出力される。

低雑音増幅器ＬＮＡ及びプログラマブルゲインアンプＰＧＡのゲインは、制御部ＣＴＬにより設定することができる。さらに電圧制御アッテネーターＶＣＡＴの減衰量、ローパスフィルターＬＰＦの周波数特性（例えばカットオフ周波数）及びＡ／Ｄ変換器ＡＤＣの収録周期についても、制御部ＣＴＬにより設定することができる。

制御部ＣＴＬは、ヘッドユニット２２０の記憶部１００から読み出された動作設定情報に基づいて、アナログフロントエンド部ＡＦＥ及び送信部ＴＸの動作を設定する。具体的には、記憶部１００は、動作設定情報として、アナログフロントエンド部ＡＦＥが有する低雑音増幅器ＬＮＡ及びプログラマブルゲインアンプＰＧＡの少なくとも一方のゲインを設定するゲイン設定情報を記憶する。制御部ＣＴＬは、記憶部１００から読み出されたゲイン設定情報に基づいて、ＬＮＡ及びＰＧＡの少なくとも一方のゲインを設定する。また具体的には、記憶部１００は、動作設定情報として、アナログフロントエンド部ＡＦＥが有するローパスフィルターＬＰＦの周波数特性を設定する周波数特性設定情報を記憶する。制御部ＣＴＬは、記憶部１００から読み出された周波数特性設定情報に基づいて、ローパスフィルターＬＰＦの周波数特性（例えばカットオフ周波数）を設定する。制御部ＣＴＬは、例えばＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）などで実現することができる。

記憶部１００は、超音波プローブ３００のプローブ対象に対応する動作設定情報を記憶することができる。このプローブ対象に対応する動作設定情報は、具体的には、超音波診断画像処理に対応する動作設定情報、又は血圧測定処理に対応する動作設定情報である。即ち、第１のヘッドユニット２２０の記憶部１００には超音波診断画像処理に対応する動作設定情報を記憶し、第２のヘッドユニット２２０には血圧測定処理に対応する動作設定情報を記憶することができる。こうすることで、第１のヘッドユニットを装着した場合には、制御部ＣＴＬは、アナログフロントエンド部ＡＦＥ及び送信部ＴＸを超音波診断画像処理に対応する動作設定にすることができる。また、第２のヘッドユニットを装着した場合には、制御部ＣＴＬは、ＡＦＥ及びＴＸを血圧測定処理に対応する動作設定にすることができる。

このように本実施形態のヘッドユニット及び超音波プローブによれば、記憶部１００にプローブ対象に対応する動作設定情報を記憶し、その動作設定情報に基づいて送信処理及び受信処理の動作設定を行うことができる。こうすることで、ヘッドユニットを交換した場合に、装着されたヘッドユニットの用途（診断対象）に適した動作設定を自動で行うことができる。

なお、記憶部１００は、動作設定情報だけではなく、例えば素子チップ２００のＩＤ情報（製造情報）やヘッドユニットの使用履歴などを記憶してもよい。こうすることで、適切なメンテナンスや品質保証などが可能になる。

図９に、超音波診断画像処理（超音波エコー画像処理）及び血圧測定処理に対応する動作設定の一例を示す。

図９に示すように、超音波診断画像処理では、測定深度が３〜３０ｃｍと広いから、例えば３．５ＭＨｚの駆動周波数で超音波を送信する。エコー画像を得るために、走査モードをセクタースキャンに設定する。エコーを受信する際には、測定時間に対して減衰量を可変させることにより、測定深度に応じた受信感度を得ることができる。また、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣでの収録周期を４０ＭＨｚ程度にすることで、エコー画像の表示品質と低消費電力との両立を図ることができる。

一方、血圧測定処理では、手首などの血圧測定箇所において、表層から１ｃｍ以下の浅い位置の血流を測定する。直径数ｍｍ程度の血管の動きを捕らえるために、駆動周波数を１０ＭＨｚ程度に高くして分解能を確保する。このとき、超音波の高周波化により体内への浸透長が浅くなるため、電圧振幅を２０Ｖ程度に大きくする。また、エコー画像の表示と異なり、データの更新頻度は遅くてもよいため、超音波の送信間隔を長くすることができる。受信においては、血管の位置は変化しないため、減衰量を可変にする必要はない。血管径の時間変化を詳細に測定するために、Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣでの収録周期は５０ＭＨｚ程度に設定する。

駆動周波数及び電圧振幅は、記憶部１００に記憶された動作設定情報に基づいて、制御部ＣＴＬが送信部ＴＸの動作設定を行うことで設定される。同様に、走査モードはマルチプレクサーＭＵＸの、減衰量は電圧制御アッテネーターＶＣＡＴの、ゲインはプログラマブルゲインアンプＰＧＡの、遮断周波数はローパスフィルターＬＰＦの、収録周期はＡ／Ｄ変換器ＡＤＣの動作設定を行うことで設定される。

５．電子機器
図１０に、本実施形態のヘッドユニット２２０を含む電子機器（診断装置）の基本的な構成例を示す。電子機器は、超音波プローブ３００及び電子機器本体４００を含む。電子機器本体４００は、制御部４１０、処理部４２０、ＵＩ（ユーザーインターフェース）部４３０、表示部４４０を含む。

制御部４１０は、処理装置３３０の制御部ＣＴＬと共に、超音波の送受信処理の制御を行う。さらに制御部４１０は、処理部４２０に対して検出データの画像処理等の制御を行う。処理部４２０は、アナログフロントエンド部ＡＦＥからの受信データを受けて、必要な画像処理や表示用画像データの生成などを行う。ＵＩ（ユーザーインターフェース）部４３０は、ユーザーの行う操作（例えばタッチパネル操作など）に基づいて制御部４１０に必要な命令（コマンド）を出力する。表示部４４０は、例えば液晶ディスプレイ等であって、処理部４２０からの表示用画像データを表示する。

なお、処理装置３３０の制御部ＣＴＬが行う制御の一部を電子機器本体４００の制御部４１０が行ってもよいし、また電子機器本体４００の制御部４１０が行う制御の一部を処理装置３３０の制御部ＣＴＬが行ってもよい。

上述したように、本実施形態のヘッドユニット、超音波プローブ、電子機器及び診断装置によれば、装着されたヘッドユニットの用途に適した動作設定を自動で行うことができる。従って、例えば超音波診断用ヘッドユニットを装着した場合には、超音波診断画像処理に適した動作設定が行われ、電子機器は超音波診断装置として動作する。また、例えば血圧測定用ヘッドユニットを装着した場合には、血圧測定処理に適した動作設定が行われ、電子機器は血圧測定器として動作する。

なお、以上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。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又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ることができる。またヘッドユニット、超音波プローブ、電子機器及び診断装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１００ 記憶部、２００ 素子チップ、２１０ 接続部、２２０ ヘッドユニット、
２３０ 接触部材、２４０ プローブ筐体、３００ 超音波プローブ、
３１０ プローブヘッド、３２０ プローブ本体、３３０ 処理装置、
４１０ 制御部、４２０ 処理部、４３０ ＵＩ部、４４０ 表示部、
ＵＥ 超音波トランスデューサー素子、ＵＡＲ 超音波素子アレイ、
ＬＹ１〜ＬＹ８ コモン電極線、
ＬＸ１〜ＬＸ１２ 信号線、Ｘ１〜Ｘ１２ 信号端子、ＣＯＭ コモン端子、
ＣＮ、ＣＮ１、ＣＮ２ コネクター、ＦＰ、ＦＰ１、ＦＰ２ フレキシブル基板、
ＳＵＰ 支持部材、ＴＸ 送信部、ＡＦＥ アナログフロントエンド部、
ＣＴＬ 制御部、ＣＢ ケーブル

Claims (13)

1. 超音波プローブのプローブ本体に接続されるプローブヘッドであって、
   ヘッドユニットと、
   被検体と接触する接触部材と、
   前記ヘッドユニットを格納するプローブ筺体と、
   を含み、
   前記ヘッドユニットは、
   前記超音波プローブの前記プローブ本体と当該ヘッドユニットとを電気的に接続する接続部と、
   アレイ状に配置された複数の開口を有する基板と、前記開口に設けられる超音波トランスデューサー素子と、を有する超音波素子アレイを含み、前記接続部を介して前記プローブ本体が有する処理装置と電気的に接続される素子チップと、
   前記素子チップを支持する支持部材と、
   前記接続部を介して前記処理装置に出力される前記処理装置の動作設定情報を、記憶する記憶部と、を含み、
   前記素子チップは、前記接触部材と前記支持部材との間に設けられ、
   前記ヘッドユニットは、前記ヘッドユニットの交換時に前記プローブ筺体から取り外し可能となるように前記プローブ筺体に格納され、
   前記支持部材の厚さは前記素子チップの素子厚よりも大きく、
   前記記憶部は、前記支持部材の素子チップ配置面の裏面に配置されることを特徴とするプローブヘッド。
2. 請求項１において、
   前記素子チップと前記接触部材との間には、前記素子チップを保護する保護部材が設けられていることを特徴とするプローブヘッド。
3. 請求項１又は２において、
   前記処理装置は、
   前記超音波素子アレイからの受信信号の受信処理を行うアナログフロントエンド部を有し、
   前記記憶部は、
   前記動作設定情報として、前記アナログフロントエンド部が有する低雑音増幅器及びプログラマブルゲインアンプの少なくとも一方のゲインを設定するゲイン設定情報を記憶することを特徴とするプローブヘッド。
4. 請求項３において、
   前記記憶部は、
   前記動作設定情報として、前記アナログフロントエンド部が有するローパスフィルターの周波数特性を設定する周波数特性設定情報を記憶することを特徴とするプローブヘッド。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記記憶部は、
   前記超音波プローブのプローブ対象に対応する前記動作設定情報を記憶することを特徴とするプローブヘッド。
6. 請求項５において、
   前記超音波プローブの前記プローブ対象に対応する前記動作設定情報は、超音波診断画像処理に対応する動作設定情報、又は血圧測定処理に対応する動作設定情報であることを特徴とするプローブヘッド。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記接続部は、前記プローブ本体に接続される複数の接続端子を有し、
   前記支持部材の第１の面側に前記記憶部と前記複数の接続端子とが設けられ、
   前記支持部材の前記第１の面の裏面となる前記素子チップ配置面である第２の面側に前記素子チップが支持されることを特徴とするプローブヘッド。
8. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記接続部は、
   前記プローブ本体に接続される複数の接続端子を有し、前記支持部材の第１の面側に設けられる少なくとも１つのコネクターと、
   前記コネクターと前記素子チップとを接続する配線が形成される少なくとも１つのフレキシブル基板と、を有し、
   前記支持部材の前記第１の面の裏面である第２の面側に前記素子チップが支持され、
   前記フレキシブル基板は、前記支持部材の前記第２の面から、前記支持部材の側面を辿って、前記支持部材の前記第１の面に沿うように設けられることを特徴とするプローブヘッド。
9. 請求項８において、
   前記フレキシブル基板に前記記憶部が設けられることを特徴とするプローブヘッド。
10. 前記プローブ本体と、
    前記プローブ本体に脱着可能な請求項１乃至９のいずれかに記載のプローブヘッドとを含むことを特徴とする超音波プローブ。
11. 請求項１０において、
    前記プローブ本体は、
    前記処理装置を有し、
    前記処理装置は、
    前記超音波素子アレイからの受信信号の受信処理を行う前記アナログフロントエンド部と、
    前記超音波素子アレイに対して駆動信号を出力する送信部と、
    前記アナログフロントエンド部及び前記送信部の制御を行う制御部とを有し、
    前記制御部は、
    前記ヘッドユニットの前記記憶部から読み出された前記動作設定情報に基づいて、前記アナログフロントエンド部及び前記送信部の動作を設定することを特徴とする超音波プローブ。
12. 請求項１乃至９のいずれかに記載のプローブヘッドを含むことを特徴とする電子機器。
13. 請求項１乃至９のいずれかに記載のプローブヘッドと、
    表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする診断装置。