JP7187165B2 - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。

従来、超音波プローブにおいては、超音波振動子の直近に、超音波を送受信させる機能を有するＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などの集積回路が内蔵されるものが知られている。このような超音波プローブは、例えば、超音波振動子が格子状に配列される２次元アレイプローブの場合に、一定数の超音波振動子からの受信信号に遅延加算処理を行うことで、診断装置に転送する信号数を減らすことができる。また、このような超音波プローブは、受信信号をデジタル化する機能を持たせたり、受信時の信号ロスを軽減させる機能を持たせたりすることもできる。

ここで、超音波プローブに内蔵される集積回路としては、例えば、シリコンウェファ（silicon wafer）上に形成される能動回路を集積したものが用いられる。そして、集積回路は、例えば、超音波振動子に適切な遅延を掛けた送信用の電気パルスを与えたり、被検体から反射して超音波振動子で受信されて電気信号に変換された受信信号に対して増幅を行い、一定数の受信信号に遅延加算処理を行ったりする。

特開２０１１－００４３９５号公報 特表２００８－５０９７７５号公報 特開２００６－０９４１２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、集積回路における振動の伝播を抑止することを可能にする超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することである。

実施の形態の超音波プローブは、複数の振動素子と、集積回路とを備える。集積回路は、前記複数の振動素子側に配置される第１の面の、振動素子同士の間隙に対応する位置に溝が形成され、前記第１の面の裏面である第２の面に、前記複数の振動素子を駆動する回路および前記複数の振動素子で発生したエコー信号に対して信号処理を施す回路のうち少なくとも一つが形成される。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。 図２Ａは、従来技術にかかる超音波プローブを説明するための図である。 図２Ｂは、従来技術にかかる超音波プローブを説明するための図である。 図２Ｃは、従来技術にかかる超音波プローブを説明するための図である。 図３Ａは、第１の実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を示す図である。 図３Ｂは、第１の実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を示す図である。 図３Ｃは、第１の実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る溝を説明するための図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る超音波プローブの一例を説明するための図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係る超音波プローブの一例を説明するための図である。 図６は、第２の実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を示す図である。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る超音波プローブが接続される超音波診断装置の全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、超音波プローブ１００と、装置本体２００と、入力部２１０と、ディスプレイ２２０とを有する。

超音波プローブ１００は、操作者によって把持される本体部と、装置本体２００との間で信号を送受信するためのケーブルなどを有し、コネクタなどによって装置本体２００と着脱自在に接続される。そして、超音波プローブ１００は、図１に示すように、本体部に送受信回路１１０を有し、超音波を送受信する。例えば、超音波プローブ１００は、複数の超音波振動子を有し、これら複数の超音波振動子は、送受信回路１１０から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ１００は、被検体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ１００は、超音波振動子に設けられる整合層と、超音波振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。

例えば、超音波プローブ１００から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ１００が有する複数の超音波振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。

ここで、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、超音波により被検体Ｐを２次元で走査するとともに、被検体Ｐを３次元で走査することが可能な超音波プローブである。具体的には、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、複数の超音波振動子がマトリックス状に配置されることで、被検体Ｐを３次元で超音波走査することが可能な２Ｄプローブである。なお、２Ｄプローブは、超音波を集束して送信することで、被検体Ｐを２次元で走査することも可能である。

送受信回路１１０は、パルス発生器、送信遅延回路、パルサ等を有し、超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生器は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、送信遅延回路は、超音波振動子から発生される超音波をビーム状に集束し、かつ送信指向性を決定するために必要な超音波振動子ごとの遅延時間を、パルス発生器が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサは、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動信号（駆動パルス）を印加する。すなわち、送信遅延部は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、超音波振動子面から送信される超音波の送信方向を任意に調整する。

なお、送受信回路１１０は、後述する処理回路２７０の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬時にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。

また、送受信回路１１０は、プリアンプ、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換器、受信遅延部、加算器等を有し、超音波振動子が受信した反射波信号に対して各種処理を行って反射波データを生成する。プリアンプは、反射波信号をチャネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅された反射波信号をＡ／Ｄ変換する。受信遅延回路は、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延回路によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。なお、送受信回路１１０からの出力信号の形態は、ＲＦ（Radio Frequency）信号と呼ばれる位相情報が含まれる信号である場合や、包絡線検波処理後の振幅情報である場合等、種々の形態が選択可能である。

入力部２１０は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等を有し、超音波診断装置１の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体２００に対して受け付けた各種設定要求を転送する。

ディスプレイ２２０は、超音波診断装置１の操作者が入力部２１０を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、装置本体２００において生成された各種画像データ等を表示したりする。

装置本体２００は、図１に示すように、Ｂモード処理回路２３０と、ドプラ処理回路２４０と、画像メモリ２５０と、記憶回路２６０と、処理回路２７０とを有する。図１に示す超音波診断装置１においては、各処理機能がコンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路２６０へ記憶されている。送受信回路１１０、Ｂモード処理回路２３０、ドプラ処理回路２４０、及び、処理回路２７０は、記憶回路２６０からプログラムを読み出して実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各回路は、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。

なお、上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。

Ｂモード処理回路２３０は、送受信回路１１０から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理等を行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。

ドプラ処理回路２４０は、送受信回路１１０から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、速度、分散、パワー等の移動体情報を多点について抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。本実施形態の移動体は、血管内を流動する血液や、リンパ管内を流動するリンパ液等の流体である。

なお、第１の実施形態に係るＢモード処理回路２３０及びドプラ処理回路２４０は、２次元の反射波データ及び３次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、Ｂモード処理回路２３０は、２次元の反射波データから２次元のＢモードデータを生成し、３次元の反射波データから３次元のＢモードデータを生成する。また、ドプラ処理回路２４０は、２次元の反射波データから２次元のドプラデータを生成し、３次元の反射波データから３次元のドプラデータを生成する。３次元のＢモードデータは、３次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点（サンプル点）それぞれに位置する反射源の反射強度に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。また、３次元のドプラデータは、３次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点（サンプル点）それぞれに、血流情報（速度、分散、パワー）の値に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。

画像メモリ２５０は、後述する処理回路２７０が生成した表示用の画像データを記憶するメモリである。また、画像メモリ２５０は、Ｂモード処理回路２３０やドプラ処理回路２４０が生成したデータを記憶することも可能である。画像メモリ２５０が記憶するＢモードデータやドプラデータは、例えば、診断の後に操作者が呼び出すことが可能となっており、処理回路２７０を経由して表示用の超音波画像データとなる。

記憶回路２６０は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見等）や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、記憶回路２６０は、必要に応じて、画像メモリ２５０が記憶する画像データの保管等にも使用される。また、記憶回路２６０が記憶するデータは、図示しないインターフェースを経由して、外部の装置へ転送することができる。

処理回路２７０は、超音波診断装置１の処理全体を制御する。具体的には、処理回路２７０は、図１に示す画像生成機能２７１及び制御機能２７２に対応するプログラムを記憶回路２６０から読み出して実行することで、種々の処理を行う。

画像生成機能２７１は、Ｂモード処理回路２３０及びドプラ処理回路２４０が生成したデータから超音波画像データを生成する。すなわち、画像生成機能２７１は、Ｂモード処理回路２３０が生成した２次元のＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像データを生成する。Ｂモード画像データは、超音波走査された領域内の組織形状が描出されたデータとなる。また、画像生成機能２７１は、ドプラ処理回路２４０が生成した２次元のドプラデータから移動体情報を表すドプラ画像データを生成する。ドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又は、これらを組み合わせた画像データである。ドプラ画像データは、超音波走査された領域内を流動する流体に関する流体情報を示すデータとなる。

ここで、画像生成機能２７１は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成機能２７１は、超音波プローブ１００による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成機能２７１は、スキャンコンバート以外に種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理（平滑化処理）や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理（エッジ強調処理）等を行なう。また、画像生成機能２７１は、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。

すなわち、Ｂモードデータ及びドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成機能２７１が生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Ｂモードデータ及びドプラデータは、生データ（Raw Data）とも呼ばれる。

更に、画像生成機能２７１は、Ｂモード処理回路２３０が生成した３次元のＢモードデータに対して座標変換を行なうことで、３次元のＢモード画像データを生成する。また、画像生成機能２７１は、ドプラ処理回路２４０が生成した３次元のドプラデータに対して座標変換を行なうことで、３次元のドプラ画像データを生成する。３次元Ｂモードデータ及び３次元ドプラ画像データは、スキャンコンバート処理前のボリュームデータとなる。すなわち、画像生成機能２７１は、「３次元のＢモード画像データや３次元のドプラ画像データ」を「３次元の超音波画像データであるボリュームデータ」として生成する。

更に、画像生成機能２７１は、ボリュームデータをディスプレイ２２０にて表示するための各種の２次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対してレンダリング処理を行なう。画像生成機能２７１が行なうレンダリング処理としては、断面再構成法（ＭＰＲ：Multi Planer Reconstruction）を行なってボリュームデータからＭＰＲ画像データを生成する処理がある。また、画像生成機能２７１が行なうレンダリング処理としては、ボリュームデータに対して「Curved MPR」を行なう処理や、ボリュームデータに対して「Maximum Intensity Projection」を行なう処理がある。また、画像生成機能２７１が行なうレンダリング処理としては、３次元の情報を反映した２次元画像データを生成するボリュームレンダリング（ＶＲ：Volume Rendering）処理がある。

制御機能２７２は、上述した装置全体における種々の制御を実行する。例えば、制御機能２７２は、入力部２１０を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶回路２６０から読込んだ各種データに基づき、送受信回路１１０、Ｂモード処理回路２３０、ドプラ処理回路２４０の処理を制御する。また、制御機能２７２は、画像メモリ２５０や記憶回路２６０が記憶する表示用の超音波画像データをディスプレイ２２０にて表示するように制御する。

以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係る超音波プローブ及び超音波診断装置においては、集積回路における振動を低減することを可能にする。具体的には、超音波プローブ１００は、送受信回路１１０における振動の伝播を抑止するように構成される。

ここで、まず、超音波プローブに配置された送受信回路における振動について、図２Ａ～図２Ｃを用いて説明する。図２Ａ～図２Ｃは、従来技術にかかる超音波プローブを説明するための図である。ここで、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、超音波プローブの本体部に送受信回路を配置した従来例を示す図であり、本体部の内部の断面図を示す。また、図２Ｃにおいては、超音波プローブに配置された送受信回路を伝わる振動の一例を示す図である。

例えば、従来の超音波プローブにおいては、図２Ａに示すように、送受信回路１１０ａにおいて超音波を送受信するための回路が積層される回路形成面（アクティブ面）上に金バンプ１３０ａが設置され、超音波振動子１２０ａの信号電極と導電接合されることにより、信号配線が行われる。そして、図２Ａに示す従来の超音波プローブでは、超音波振動子の領域外において、ワイヤボンディング１６０ａによって、送受信回路１１０ａから基板（例えば、ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits等）１４０ａに信号が引き出される。なお、図２Ａに示す従来の超音波プローブにおいては、送受信回路１１０ａの基材面（アクティブ面に対向する面）側に背面材１５０ａが配置される。

また、例えば、従来の超音波プローブにおいては、図２Ｂに示すように、基板１４０ａに両面を独立したスルーホールで導通する貫通電極１７０ａが設けられ、超音波振動子１２０ａの信号電極と送受信回路１１０ａのアクティブ面とが貫通電極１７０ａを介して導電接合されることにより信号配線が行われる。なお、図２Ｂに示す従来の超音波プローブにおいても、送受信回路１１０ａの基材面側に背面材１５０ａが配置される。

このような従来の超音波プローブの場合、配線の長さが短いために、信号が劣化しにくいというメリットがある。しかしながら、送受信回路１１０ａの基材は音響減衰が小さいため、超音波振動子によって発生した振動が減衰されず、送受信回路１１０ａに定在化することとなる。例えば、従来の超音波プローブでは、図２Ｃに示すように、超音波振動子１２０ａが超音波の送信時に発生させた振動が、一定の比率で図中の矢印６０の方向に伝わり、送受信回路１１０ａの基材内を矢印６１及び矢印６２の向きで伝わる。

ここで、送受信回路１１０ａを形成する基材は、例えば、シリコン単結晶であり、縦波音速が約５５００ｍ／ｓｅｃで、ほとんど無減衰である。従って、送受信回路１１０ａに伝播された振動は、内部で反射を繰り返し、定在化することとなる。この定在化した振動の一部が超音波振動子１２０ａに返り、画像上にノイズとなって現れるため、この振動は不要振動である。特に、一定の方向に超音波ビームを変更するために送信タイミングを素子ごとに変化させる場合、素子Ａと素子Ｂとの間に与える遅延時間と、素子Ａから送受信回路１１０ａに入射して送受信回路１１０ａの背面で反射して素子Ｂに至る伝達時間が一致する角度では、共鳴現象により強く不要振動が現れる。

従来、これを避けるために、送受信回路自体を非常に薄く（５０～１００μｍ）する方法が用いられる。通常、送受信回路１１０ａの厚みは約５００μｍであるが、送受信回路１１０ａの裏面（基材面）をグラインディングする技術によって１００μｍ以下に薄くすることが可能である。しかしながら、グラインディングした送受信回路の場合、脆弱となるため、基材面側に高硬度、高平面度で、背面への放射エネルギーを吸収するために高減衰である、特殊な背面負荷材が必要となる。また、グラインディングを行うため、余分な工程が必要となり、コストアップの原因ともなる。

さらに、受信信号の出力や、電源及び制御信号の入力は音響的無効部で行う必要があるため、上述した手法を用いた場合、超音波プローブとしての総面積を大きくすることになる。そこで、本実施形態では、通常の厚みの送受信回路を用い、面方向への不要振動伝達を阻害し、信号の入出力に要する音響的無効部の面積を最小にすることが可能な、超音波プローブの構造を提供する。

図３Ａ～図３Ｃは、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００の構成の一例を示す図である。ここで、図３Ａにおいては、超音波プローブ１００の本体部の内部の断面図を示す。また、図３Ｂにおいては、送受信回路１１０の外観図を示す。また、図３Ｃにおいては、送受信回路１１０の上面図を示す。なお、図３Ａ～図３Ｃにおいては、超音波プローブ１００の本体部の内部の一部を示す。

例えば、超音波プローブ１００は、図３Ａに示すように、送受信回路（例えば、ＡＳＩＣなど）１１０と、超音波振動子１２０と、バンプ１８０と、基板（例えば、ＦＰＣなど）１４０と、背面材（バッキング材）１５０とを有する。

超音波振動子１２０は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などであり、音響放射面側（図中、上側）と背面側（図中、下側）に対向する電極を有し、送受信回路１１０による制御のもと超音波を送受信する。本実施形態に係る超音波プローブ１００においては、超音波振動子１２０が２次元マトリクス状に配列された超音波振動子群を形成する。なお、超音波振動子１２０の音響放射面側には、さらに、超音波振動子と被検体との間の音響インピーダンスの不整合を緩和する音響整合層や、被検体との接触部材などが設けられる。

送受信回路１１０は、図３Ａに示すように、シリコン単結晶などで形成された基材１１１と、超音波の送受信を制御する回路が積層された回路層１１２とを有する。ここで、第１の実施形態に係る送受信回路１１０は、複数の超音波振動子１２０側に配置される第１の面（基材１１１側の面）の、超音波振動子１２０同士の間隙に対応する位置に溝１１３が形成され、第１の面の裏面である第２の面（回路層側の面）に、複数の超音波振動子１２０を駆動する回路および複数の超音波振動子１２０で発生したエコー信号に対して信号処理を施す回路のうち少なくとも一つが形成される。

すなわち、送受信回路１１０では、図３Ａに示すように、音響放射面側（超音波振動子１２０側）が基材１１１となり、背面側が回路層１１２となるように配置される。そして、送受信回路１１０は、図３Ａに示すように、基材１１１に溝１１３が形成される。ここで、溝１１３は、基材１１１において超音波振動子１２０が配置される位置の間に空間が形成されるように設けられる。例えば、溝１１３は、図３Ａに示すように、超音波振動子１２０同士の間隙に対応する位置に形成される。すなわち、溝１１３は、超音波振動子１２０同士の間隙と同一の幅、かつ、回路層１１２に到達しない程度の深さで形成される。

さらに、送受信回路１１０は、各超音波振動子１２０の信号電極と、回路層１１２に積層された各超音波振動子１２０に対応する回路とを電気的に接続するために、貫通電極１１４を有する。例えば、図３Ａに示すように、各超音波振動子１２０の信号電極と回路層１１２とを接続するように、基材１１１内を貫通する貫通電極１１４が形成される。

そして、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００においては、基板１４０が、回路層１１２側の面に配置され、送受信回路１１０に形成された回路に対する入力および送受信回路１１０に形成された回路からの出力のうち少なくとも一つが実行される。すなわち、送受信回路１１０の回路層１１２側にＩ／Ｏ用の基板１４０が配置される。ここで、送受信回路１１０は、基板１４０にフリップチップ実装される。例えば、図３Ａに示すように、送受信回路１１０と基板１４０とが、超音波振動子１２０の直下を含む領域に形成されたバンプ１８０を介して接続される。なお、基板１４０は、装置本体２００と接続するためのケーブルに含まれる信号線と接続される。また、背面材１５０は、超音波振動子１２０から後方への超音波を減衰吸収することで、後方への超音波の伝播を防止する。

上述したように、本実施形態に係る超音波プローブ１００においては、送受信回路１１０の基材１１１が超音波振動子１２０側となるように送受信回路１１０が配置され、基材１１１における超音波振動子１２０の間に対応する位置に溝１１３が形成される。すなわち、送受信回路１１０は、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、基材１１１に設けられた複数の貫通電極１１４の間に溝１１３がそれぞれ設けられる。従って、超音波振動子１２０から振動が伝わり、基材１１１内を横方向に伝播したとしても、隣接する超音波振動子１２０に伝わる不要振動を減衰することができ、画像内のノイズを低減することができる。

ここで、溝１１３は、不要振動の伝播をより抑止するために、より深い位置まで形成されることが望ましい。図４は、第１の実施形態に係る溝１１３を説明するための図である。ここで、図４は、送受信回路１１０の断面図を示す。例えば、溝１１３は、回路層１１２側の面から０．１ｍｍ以下の深さまで形成される。すなわち、溝１１３は、図４に示す距離「ａ」が０．１ｍｍ以下となる深さまで形成される。これにより、不要振動波の超音波帯域（～１０ＭＨｚ）内での伝播を確実に阻害することができる。

以下、図５Ａ及び図５Ｂを用いて超音波プローブ１００の一例を説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００の一例を説明するための図である。ここで、図５Ａ及び図５Ｂは、超音波プローブ１００の本体部の内部の断面図を示す。例えば、超音波プローブ１００においては、図５Ａに示すように、送受信回路１１０の回路１１２ａが背面側に配置される。そして、送受信回路１１０は、超音波振動子１２０の信号電極と回路１１２ａとを接続する貫通電極１１４が基材１１１に設けられ、バンプ１８０により、ＦＰＣなどの基板１４０にフリップチップボンディングされる。

ここで、超音波振動子１２０によって受信された受信信号は、送受信回路によって一部遅延加算されるため、信号接続数は超音波振動子１２０の数よりも少なくて済む。従って、バンプ１８０は、図５Ａに示すように、回路１１２ａの隙間に配置するようにしてもよい。なお、送受信回路１１０と基板１４０との間にはアンダーフィル材１９０が充填される。

また、送受信回路１１０は、基材１１１に溝１１３が形成される。ここで、例えば、図５Ａに示すように、溝１１３が超音波振動子１２０の分割溝と同じ幅で形成される場合、超音波振動子１２０の分割を行う際に、溝１１３が形成されてもよい。すなわち、超音波振動子１２０がダイヤモンドブレードなどによって切削加工される際に、送受信回路１１０の基材１１１の途中まで一括して切り込むことで、溝１１３が形成されてもよい。

なお、溝１１３の形成は、上述した一括した切り込みの手法に限られず、２段階に分けて形成される場合であってもよい。例えば、一旦、超音波振動子１２０が切削加工した後、送受信回路１１０の基材１１１に対して、超音波振動子１２０の分割溝の幅とは異なる幅の溝を形成するようにしてもよい。或いは、例えば、送受信回路１１０の基材１１１に対して溝１１３を形成させた後に、超音波振動子１２０を積層して、切削加工する場合であってもよい。

また、超音波プローブ１００は、上述した構成に限られない。例えば、図５Ｂに示すように、超音波振動子１２０と送受信回路１１０との間にバンプ１８１を配置して、超音波振動子１２０の信号電極と貫通電極１１４との接続を、バンプ１８１を介して行うようにしてもよい。なお、この場合には、送受信回路１１０と超音波振動子１２０との間にはアンダーフィル材１９１が充填される。このようにバンプ１８１によって接続することにより、超音波振動子１２０の信号電極と貫通電極１１４との接続を容易に確保することができる。

上述したように、第１の実施形態によれば、送受信回路１１０は、複数の超音波振動子１２０側に配置される基材１１１側の面の、超音波振動子１２０同士の間隙に対応する位置に溝が形成され、基材１１１側の面の裏面である回路層１１２側の面に、複数の超音波振動子１２０を駆動する回路および複数の超音波振動子１２０で発生したエコー信号に対して信号処理を施す回路のうち少なくとも一つが形成される。従って、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、送受信回路１１０自体の厚みを変えることなく、送受信回路１１０の基材１１１における面方向の不要振動の伝播を抑止することができる。その結果、超音波プローブ１００は、不要振動に起因する超音波画像の劣化を抑止することができる。

また、第１の実施形態によれば、溝１１３は、振動素子同士の間隙に対応する位置に形成される。従って、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、超音波振動子１２０の分割溝を延長することで溝１１３を形成することができ、容易に実現することができる。

また、第１の実施形態によれば、基板１４０が回路層１１２側に配置され、送受信回路１１０に形成された回路に対する入力および送受信回路１１０に形成された回路からの出力のうち少なくとも一つを行い、送受信回路１１０の回路側の面が基板１４０にフリップチップ実装される。また、基板１４０は、フレキシブルプリント基板である。また、送受信回路１１０と基板１４０の間の電気的な接続部分は、超音波振動子１２０の直下を含む領域に形成される。従って、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、信号の引き出しに音響的有効部（振動子有効部）を利用することができ、プローブを小型化することができる。その結果、操作しやすい超音波プローブを提供することができるとともに、コストを削減することも可能である。なお、上述した音響的有効部（振動子有効部）とは、超音波振動子１２０において、電気的に送受信回路１１０と接続され、受信した反射波が画像に反映される部分を意味する。

また、第１の実施形態によれば、溝１１３は、回路層１１２側の面から０．１ｍｍ以下の深さまで形成される。従って、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、不要振動の伝播をより抑止することができる。

また、第１の実施形態によれば、複数の超音波振動子１２０は、略格子状に配置され、溝１１３は、略格子状に配置される。従って、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、２次元アレイプローブにおいて、隣接する超音波振動子間での不要振動の伝播を網羅的に抑止することができる。

また、第１の実施形態によれば、基材１１１側の面には、複数の超音波振動子１２０に接続される電極が形成され、電極と回路層１１２側に形成された回路は、貫通電極１１４で接続される。従って、第１の実施形態に係る超音波プローブ１００は、確実に接続を確保することができる。

（第２の実施形態）
さて、これまで第１の実施形態について説明したが、上述した第１の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。

上述した第１の実施形態においては、溝１１３が超音波振動子１２０の分割溝と同一の幅で形成される場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、溝１１３が超音波振動子１２０の分割溝とは異なる幅で形成される場合であってもよい。図６は、第２の実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を示す図である。ここで、図６においては、図３Ａと比較して、溝１１３のみが異なる。以下、これを中心に説明する。

例えば、第２の実施形態に係る溝１１３は、図６に示すように、超音波振動子１２０の分割溝よりも狭い幅で形成される場合であってもよい。また、溝１１３は、図６に示す例だけではなく、種々の形態で形成させることができる。例えば、溝１１３は、超音波振動子１２０の分割溝よりも広い幅で形成されてもよく、或いは、分割溝の位置とずれた位置に形成される場合であってもよい。すなわち、基材１１１において、超音波振動子１２０の間の基材部分に空間が生じるように溝１１３が形成されれば、どのような形態で形成される場合であってもよい。

以上説明したとおり、第１及び第２の実施形態によれば、本実施形態の超音波プローブ及び超音波診断装置は、集積回路における振動の伝播を抑止することを可能にする。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波診断装置
１００ 超音波プローブ
１１０ 送受信回路
１１３ 溝
１２０ 超音波振動子

Claims (8)

1. 複数の振動素子と、
   前記複数の振動素子側に配置される第１の面の、振動素子同士の間隙に対応する位置に溝が形成され、前記第１の面の裏面である第２の面に、前記複数の振動素子を駆動する回路および前記複数の振動素子で発生したエコー信号に対して信号処理を施す回路のうち少なくとも一つが形成された集積回路と、
   を備え、
   前記集積回路は、前記第１の面側の基材と前記第２の面側の回路とを有し、
   前記溝は、前記振動素子同士の間隙と同一の幅で形成され、前記第１の面から、前記基材と前記回路との境界近傍まで形成される、超音波プローブ。
2. 前記回路に対する入力および前記回路からの出力のうち少なくとも一つを行なう基板を備え、
   前記集積回路の前記第２の面が前記基板にフリップチップ実装される、請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記基板は、フレキシブルプリント基板である、請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記溝は、前記第２の面から０．１ｍｍ以下の深さまで形成される、請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の超音波プローブ。
5. 前記集積回路と前記基板の間の電気的な接続部分は、前記振動素子の直下を含む領域に形成される請求項２に記載の超音波プローブ。
6. 前記複数の振動素子は、略格子状に配置され、
   前記溝は、略格子状に配置される請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の超音波プローブ。
7. 前記第１の面には、前記複数の振動素子に接続される電極が形成され、
   前記電極と前記第２の面に形成された回路は、貫通電極で接続される、請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の超音波プローブ。
8. 請求項１～７のいずれか１つに記載の超音波プローブから出力された信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部と、
   前記超音波画像を表示部に表示させる表示制御部と、
   を備える超音波診断装置。

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