超音波探触子および超音波診断装置
【課題】故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子のみを交換できるようにし、低コストで故障から回復可能な超音波探触子、および超音波診断装置を提供する。
【解決手段】少なくとも前記音響レンズと、複数の受信用圧電素子とが一体となってユニット化され、ユニットが交換可能なように超音波探触子を構成し、超音波診断装置に、受信用圧電素子の性能を計測するための計測用圧電素子、または累積使用時間を計測するカウンタと、ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段とを設け、制御手段は、受信用圧電素子の性能が所定基準に以下に劣化した場合、または累積使用時間が所定時間を経過した時に、通知を実施する。
【解決手段】少なくとも前記音響レンズと、複数の受信用圧電素子とが一体となってユニット化され、ユニットが交換可能なように超音波探触子を構成し、超音波診断装置に、受信用圧電素子の性能を計測するための計測用圧電素子、または累積使用時間を計測するカウンタと、ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段とを設け、制御手段は、受信用圧電素子の性能が所定基準に以下に劣化した場合、または累積使用時間が所定時間を経過した時に、通知を実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波信号を送信し、反射波を受信する超音波探触子と、超音波探触子が変換した電気信号に基づいて被検体内部の超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいい、非破壊、無害および略リアルタイムでその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内から来た超音波の反射波から生成した受信信号に基づいて該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてＸ線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、ドップラ効果を応用した血流表示が可能であること等の様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系（例えば心臓の冠動脈等）、消化器系（例えば胃腸等）、内科系（例えば肝臓、膵臓および脾臓等）、泌尿器系（例えば腎臓および膀胱等）および産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
超音波診断装置には、被検体に対して超音波（超音波信号）を送受信する超音波探触子が用いられている。超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動して超音波（超音波信号）を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波（超音波信号）の反射波を受けて電気信号である受信信号を生成する複数の圧電素子を備え、これら複数の圧電素子が例えばアレイ状に２次元配列されて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来、超音波探触子の長期間使用等により、超音波探触子が故障した場合には、超音波探触子自体の交換が実施されていた。しかし、超音波探触子の故障原因は、超音波探触子の筐体の中身の部品等にあることが殆どであった。そこで、超音波探触子自体を交換せず、超音波探触子の筐体の中に備えられた圧電素子や、圧電素子周辺の部品等の殆どの部品を一括して交換する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０８８０５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１８８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波探触子の故障の原因は、内部に備えられた圧電素子の故障によるものが殆どであり、特に、有機圧電材料を用いた圧電素子は、無機圧電材料を用いた圧電素子に比べて劣化し易く、故障の原因となる場合が多い。そのため、超音波探触子の筐体の中身の全てを一括して交換すると、本来は未だ使用可能な部品をも交換することになり、コスト高を免れない。
【０００７】
本発明は、故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子を交換可能とし、低コストで故障から回復可能な超音波探触子および超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【０００９】
１．被検体内に第１超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子と、
前記第１超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された第２超音波信号を受信して電気信号に変換し、有機圧電材料で構成される複数の受信用圧電素子と、
前記電気信号を外部へ出力する出力手段と、
該複数の受信用圧電素子と前記被検体との間に配置される音響レンズと、を備え、
少なくとも前記音響レンズと、前記複数の受信用圧電素子とが一体となってユニット化され、該ユニットが交換可能に構成されていることを特徴とする超音波探触子。
【００１０】
２．前記有機圧電材料は、フッ化ビニリデンの重合体、または、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体であることを特徴とする前記１に記載の超音波探触子。
【００１１】
３．前記複数の送信用圧電素子は無機圧電素子で構成されていることを特徴とする前記１または２に記載の超音波探触子。
【００１２】
４．前記複数の受信用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子が前記被検体に前記第１超音波信号を送信する方向に、前記複数の送信用圧電素子上に積層されていることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
【００１３】
５．前記１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子の性能を計測するために超音波信号を送信する計測用圧電素子と、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記計測用圧電素子とを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記性能が所定基準以下に劣化した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【００１４】
６．前記計測用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子の中の少なくとも一つの送信用圧電素子であることを特徴とする前記５に記載の超音波診断装置。
【００１５】
７．前記所定基準は、前記受信用圧電素子が変換した電気信号が、所定値以上であることを特徴とする前記５または６に記載の超音波診断装置。
【００１６】
８．前記１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子若しくは前記送信用圧電素子の使用時間を累積した累積使用時間を計測するカウンタと、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記カウンタとを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記累積使用時間が所定時間を経過した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１７】
故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子のみを交換できるようにし、低コストで故障から回復可能な超音波探触子および超音波診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態における超音波診断装置Ｓ外観構成を示す図である。
【図２】実施形態における超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態における超音波診断装置Ｓにおける超音波探触子２の構成を示す図である。
【図４】実施形態における超音波探触子２の部品構成を、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３に分離した状態の概要図である。
【図５】実施形態における超音波探触子２の部品構成を、第１圧電部２２１と、第２圧電部２２３とが離れるように分離し、斜めから見た概要斜視図である。
【図６】実施形態における超音波探触子２の筐体の斜視図である。
【図７】ユニット７１を分離した状態の超音波探触子２の概要斜視図である。
【図８】実施形態におけるユニット７１の破断斜視図である。
【図９】実施形態における信号線３４とソケット７３の嵌め込み方法を表す模式図である。
【図１０】実施形態における超音波探触子２の部品構成の斜視図である。
【図１１】実施形態における超音波探触子筐体本体１１２から蓋装部１１１を分離可能な構成とした超音波探触子２において、蓋装部１１１が分離された状態を示す概要図である。
【図１２】実施形態における有機圧電素子２１の累積使用時間をカウントするフローチャート図である。
【図１３】実施形態における有機圧電素子２１の性能を電気信号への変換能力で計測するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２０】
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の部品構成を示す図である。
【００２１】
超音波診断装置Ｓは、図１および図２に示すように、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波（以後、第１超音波信号とも称す）を送信すると共に、被検体Ｈで反射した超音波の反射波（以後、第２超音波信号とも称す）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体Ｈに対して第１超音波信号を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体Ｈ内からの第２超音波信号に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体Ｈ内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２２】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、信号処理部１４と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、通知灯駆動部１８、記憶部２０とを備えて構成されている。
【００２３】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体Ｈの個人情報等のデータを入力するものであり、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００２４】
送信部１２は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子２に第１超音波信号を発生させる回路である。送信部１２は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を信号処理部１４へ出力する。受信部１３は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器、および、この増幅器で増幅された受信信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル変換器等を備えて構成される。
【００２５】
信号処理部１４は、制御部１７の制御に従って、所定の信号を処理する回路であり、その信号処理した反射受信信号を画像処理部１５へ出力する。反射受信信号は、第２超音波信号を受信することによって生成された信号である。
【００２６】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、信号処理部１４で信号処理された反射受信信号に基づいて例えばハーモニックイメージング技術等を用いて被検体Ｈ内の内部状態の超音波画像を生成する回路である。第２超音波信号に含まれる高調波周波数成分を受信してハーモニックイメージング技術を用いれば、基本周波数成分を用いて生成した超音波画像よりも高精細な超音波画像を得ることができる。本実施形態では、高調波周波数成分または基本周波数成分のどちらを採用してもよい。高調波周波数成分を用いる場合には３次以上の高調波を用いることで、より高精細な超音波画像を生成することができる。
【００２７】
表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像処理部１５で生成された被検体Ｈ内の内部状態の画像を表示する装置である。表示部１６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００２８】
通知灯駆動部１８は、後述するように、第２超音波信号を受信する受信用圧電素子の寿命が到来した際に、使用者に通知する通知灯１９を駆動する機能を有する。
【００２９】
記憶部２０は、制御部１７で実施される制御の手順に関するプログラム、定数、画像処理部１５で得られた結果等を記憶させる。
【００３０】
制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、信号処理部１４、画像処理部１５、表示部１６、通知灯駆動部１８および記憶部２０を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３１】
超音波探触子２は、通知灯１９、入出力端子４を備える。通知灯１９は、第２超音波信号を受信する受信用圧電素子の寿命が到来する前に、発光することで使用者に受信用圧電素子の寿命の到来が近づきつつあることを知らせ、受信用圧電素子の交換を促す。
【００３２】
入出力端子４は、後述するように圧電部２２が第２超音波信号を変換した電気信号を外部に出力する出力手段である。本実施形態では、送信部１２からの信号を超音波探触子２に伝える入力手段としての機能を併せ持つ。入出力端子４は、ケーブル３の一端と着脱可能になるように構成されている。
【００３３】
超音波探触子２の部品構造は、通知灯１９の他に、図３に示すように、音響制動部材２６と、音響整合層３１と、圧電部２２と、音響整合層２３と、音響レンズ２４とを備えて構成される。
【００３４】
音響制動部材２６は、超音波を吸収する材料から構成された平板状の部材であり、圧電部２２から音響制動部材２６方向へ放射される超音波を吸収するものである。
【００３５】
圧電部２２は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換するものである。圧電部２２は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して入力された送信の電気信号を第１超音波信号へ変換してこの第１超音波信号を送信すると共に、受信した第２超音波信号を電気信号へ変換してこの電気信号（受信信号）をケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。超音波探触子２が被検体Ｈに当接されることによって圧電部２２で生成された第１超音波信号が被検体Ｈ内へ送信され、被検体Ｈ内からの第２超音波信号が圧電部２２で受信される。
【００３６】
圧電部２２は、例えば、本実施形態では、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第１および第２圧電部２２１、２２３を備え、第１および第２圧電部２２１、２２３は、互いに積層されている。
【００３７】
本実施形態では、第１および第２圧電部２２１、２２３は、中間層２２２を介して互いに積層されている。この中間層２２２は、第１圧電部２２１と第２圧電部２２３とを積層するための部材であり、第１圧電部２２１と第２圧電部２２３との音響インピーダンスを整合させるものである。
【００３８】
このように圧電部２２が２層の第１および第２圧電部２２１、２２３を備える。第１圧電部２２１は第１超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子からなる。第２圧電部２２３は第２超音波信号を受信する複数の受信用圧電素子からなる。
【００３９】
このため、第１圧電部２２１を送信用により適したものとすることができると共に、第２圧電部２２３を受信用により適したものとすることができる。従って、第１および第２圧電部２２１、２２３がそれぞれ第１超音波信号の送信用圧電素子、および第２超音波信号の受信用圧電素子として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第１および第２圧電部２２１、２２３が積層されているので、小型化が可能となる。
【００４０】
第１圧電部２２１は、例えば複数の無機圧電素子を備えた無機圧電素子アレイを有する。第２圧電部２２３は、例えば複数の有機圧電素子を備えた有機圧電素子アレイを有する。
【００４１】
無機圧電素子アレイは、複数の無機圧電素子３０と、無機圧電素子３０同士の隙間に音響分離材を充填して作製される音響分離部３２と、無機圧電素子３０上に積層された共通接地電極２５とを有す。
【００４２】
音響整合層３１は、音響制動部材２６と無機圧電素子３０の各々の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響制動部材２６と無機圧電素子３０の音響インピーダンスの整合を図る。
【００４３】
各無機圧電素子３０は、無機圧電材料から構成される圧電素子１０１における互いに対向する両面にそれぞれ電極１０２、１０３を備えて構成される。複数の無機圧電素子３０は、互いに所定の間隔を空けて平面視にて１次元状（または２次元状）に配列され、音響制動部材２６上に配置されている。
【００４４】
複数の無機圧電素子３０は、超音波を送信するように構成されている。より具体的には、複数の無機圧電素子３０には、送信部１２からケーブル３と図示しない信号線３３を介して電気信号が入力される。電気信号は、無機圧電素子３０の電極１０２と電極１０３との間に入力される。複数の無機圧電素子３０は、この電気信号を超音波信号に変換することによって第１超音波信号を送信する。
【００４５】
音響分離部３２は、無機圧電素子３０の音響インピーダンスに比して値が大きく異なる低音響インピーダンス樹脂から構成され、音響インピーダンスが大きく異なることにより、音響分離材として働き、これら複数の無機圧電素子３０の相互干渉を低減する機能を有する。音響分離部３２によって各無機圧電素子３０間におけるクロストークの低減が可能となる。
【００４６】
共通接地電極２５は、導電性の材料から構成され、図略の配線によって接地されており、そして、複数の無機圧電素子３０上にまたがって直線状に積層されることによってこれら無機圧電素子３０における各電極１０３を電気的に接地している。
【００４７】
音響整合層２３は、第２圧電部２２３の音響インピーダンスと音響レンズ２４の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。
【００４８】
有機圧電素子２１は、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電素子１０５と、圧電素子１０５の一方主面に形成された互いに分離した複数の電極１０６と、圧電素子１０５の他方主面に略全面に亘って一様に形成された電極１０７とを備えて構成されている。圧電素子１０５は一つのシート状の圧電素子である。
【００４９】
複数の電極１０６が圧電素子１０５の一方主面に形成されることによって、有機圧電素子アレイ４は、１個の電極１０７と圧電素子１０５と電極１０６とから成る有機圧電素子２１を２次元状に備えおり、各圧電素子が個別に動作する。
【００５０】
有機圧電素子アレイ４における複数の有機圧電素子２１は、個別に機能させるために無機圧電素子２２のように個々に分離する必要がなく、一体的なシート状で構成することが可能である。
【００５１】
図３では、２１で示される部分のように、電極１０７と圧電素子１０５と電極１０６とで形成される部分を一つの各々有機圧電素子、すなわち有機圧電素子２１とみなすことができる。
【００５２】
無機圧電素子の厚さは、例えば、送信すべき超音波の周波数や無機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。無機圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等である。本実施形態では、このように送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子が第１圧電部２２１に用いられている。
【００５３】
そして、本実施形態における有機圧電素子の厚さは、例えば、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数８ＭＨｚの超音波を受信する場合では、この有機圧電素子の厚さは、約５０μｍである。
【００５４】
有機圧電材料には、例えば、フッ化ビニリデンの重合体や、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体を用いることができる。フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体の場合、共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、前者の共重合比が６０〜９９モル％が好ましいが、無機圧電素子と有機圧電素子を重ねる時に使用する有機結合剤の使用方法にもよるので、その最適値は変化する。最も好ましい前者の共重合比の範囲は８５〜９９モル％である。フッ化ビニリデンを８５〜９９モル％にして、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアルコキシエチレン、パーフルオロヘキサエチレン等を１〜１５モル％にしたポリマーは、送信用無機圧電素子と受信用有機圧電素子との組み合わせにおいて、送信における基本周波波を抑制して、高調波周波数成分（例えば３次高調波周波数成分）の受信の感度を高めることができる。
【００５５】
フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体は、薄膜化、大面積化等の加工性に比較的優れ、任意の形状、形態の物が作ることができ、弾性率が低い、誘電率が低い等の特徴を持つため、超音波信号を受信する圧電素子としての使用に際しては、高感度な検出を可能とする特徴を持っている。また、これらの有機圧電材料は、高周波特性、広帯域特性を必要とするハーモニックイメージング技術における圧電材料として適している。
【００５６】
この他、例えば、ポリシアノビニリデン、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）のようなジイソシアネート化合物と４，４′−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）のようなジアミン化合物よりつくるウレイン基から構成されるポリウレア樹脂等の有機圧電材料も好適である。
【００５７】
また、上述したように本実施形態では、圧電部２２の第１圧電部２２１は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して電気信号が入力され、この電気信号を第１超音波信号へ変換し、この変換した第１超音波信号を中間層２２２、第２圧電部２２３、音響整合層２３および音響レンズ２４を介して被検体Ｈへ送信する。そして、圧電部２２の第２圧電部２２３は、第２超音波信号が音響レンズ２４および音響整合層２３を介して被検体Ｈから受信され、この受信された第２超音波信号を電気信号へ変換し、この変換した電気信号を受信信号としてケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。本実施形態では、上述したように第１圧電部２２１が無機圧電素子であり、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となるため、このような圧電部２２を備えた超音波探触子２は、高調波の反射波を得るために比較的大きなパワーで基本波の第１超音波信号を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、本実施形態では、上述したように第２圧電部２２３が有機圧電素子であり、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となるため、このような圧電部２２を備えた超音波探触子２は、高調波の第２超音波信号を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００５８】
そして、本実施形態では、圧電部２２における第１および第２圧電部２２１、２２３は、第１圧電部２２１が被検体Ｈの方向へ第１超音波信号を送信する方向に、第２圧電部２２３が第１圧電部２２１上に積層されている。より具体的には、第１圧電部２２１上に中間層２２２を介して第２圧電部２２３が積層されている。このように、第１圧電部２２１上に第２圧電部２２３が積層されて一体化することで、小型の超音波探触子２を構成することができる。
【００５９】
このような、超音波診断装置Ｓにおいては、経年変化等により、超音波探触子２が故障する場合がある。超音波探触子の故障の原因は、内部に備えられた圧電素子の故障によるものが殆どである。特に、有機圧電材料を用いた圧電素子は、無機圧電材料を用いた圧電素子に比べて、劣化により、性能が許容レベルを示す所定基準以下になり易く、故障の原因となる場合が多い。
【００６０】
そこで、本実施形態では、故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子を交換できるようにし、低コストで故障から回復可能な超音波診断装置を提供する。
【００６１】
故障は機能劣化により発生するので、性能が所定基準以下に劣化したと判断される時に有機圧電素子を交換する。
【００６２】
最初に有機圧電素子が交換可能な超音波探触子２の部品構成について説明する。
【００６３】
図４は、超音波探触子２の部品構成を、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３に分離した状態の概要図である。
【００６４】
超音波探触子２の部品構成は、上記のように、音響制動部材２６と、音響整合層３１と、圧電部２２と、音響整合層２３と、音響レンズ２４とを備えて構成される。圧電部２２における第２圧電部２２３が有機圧電素子を有し、第１圧電部２２１が無機圧電素子を有す。使用者は、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３を、図４に示すように第１圧電部２２１から切り離して交換する。図４では、第２圧電部２２３と第１圧電部２２１との間にある中間層２２２が第２圧電部２２３側に備えられるように示したが、第１第２圧電部２２３、第２圧電部２２３のどちらに備えられるようにしてもよい。また、同じ音響インピーダンスの中間層２２２を二つ設けて、第１圧電部２２１、第２圧電部２２３の各々に備えられるように分離してもよい。
【００６５】
図５は、超音波探触子２の部品構成を、第１圧電部２２１と、第２圧電部２２３とが離れるように分離し、斜めから見た概要斜視図である。本超音波探触子２の部品構成においては、圧電素子が１次元に配列された圧電素子アレイを例に説明するが、２次元に配列された圧電素子アレイであってもよい。
【００６６】
無機圧電素子３０における電極１０３には外部から電圧を印加するための信号線３３が接続されている。信号線３３は、無機圧電素子３０の各々に外部からの信号を伝達する導線の集合体である。
【００６７】
有機圧電素子２１における電極１０６には外部から電圧を印加するための信号線３４が接続されている。信号線３４は、有機圧電素子２１の各々に外部からの信号を伝達する導線の集合体である。
【００６８】
次に超音波探触子２の筐体について説明する。図６は超音波探触子２の筐体の斜視図である。超音波探触子２の上部には音響レンズ２４の上面が露出しており、超音波探触子２を被検体Ｈに当接すると音響レンズ２４の上面が被検体Ｈに接するようになっており、第１超音波信号が空気を介さずに被検体Ｈ内に伝播する。超音波探触子２には後述するように、有機圧電素子２１の性能が所定基準以下に劣化したことを使用者に通知するためにＬＥＤ（不図示）が備えられ、ＬＥＤ窓６１を通してＬＥＤの発光が使用者に目視できるようになっている。
【００６９】
超音波探触子２において、前述のように、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３に分離可能に構成するには、例えば、図７に示すように、超音波探触子２を超音波探触子筐体本体７２と交換部であるユニット７１とに分離できるように構成する。図７は、ユニット７１を分離した状態の超音波探触子２の概要斜視図である。超音波探触子筐体本体７２とユニット７１との取り外しは、使用者が簡単にできるように、図示しないネジ穴を超音波探触子筐体本体７２とユニット７１の接触部分に空け、ユニット７１側から図示しないネジを締めることで固定する機構など、公知の固定機構を採用できる。また、超音波探触子筐体本体７２とユニット７１の接触面にＯリング用の溝７４を形成し、Ｏリングを嵌め込むことで、超音波探触子筐体本体７２とユニット７１とが密着性よく固定でき、防水性能も確保することができる。ユニット７１側には有機圧電素子を有する第２圧電部２２３が備えられている。
【００７０】
図８は、ユニット７１の破断斜視図である。ユニット７１の中には前述のように、第２圧電部２２３等が備えられており、図示しない機構を用いて、ユニット７１の筐体と固定されている。ユニット７１を超音波探触子筐体本体７２に装荷し固定することで、分離されていた無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３とが負荷なく接触するように設計する。ユニット７１を超音波探触子筐体本体７２に装荷する際には、ユニット７１にある第２圧電部２２３に備えられた信号線３４を、超音波探触子筐体本体７２側に設けたソケット７３に嵌め込む。こうすることで、被検体Ｈからの反射してきた第２超音波信号を、第２圧電部２２３における有機圧電素子２１の各々が受信して電気信号に変換し、ケーブル３を介して超音波診断装置本体１に備えられた受信部１３へ伝達される。
【００７１】
信号線３４をソケット７３に嵌め込む概要を、図９を用いて説明する。図９は、信号線３４とソケット７３の嵌め込み方法を表す模式図である。図９（ａ）に示すように、ソケット７３は雌の端子であり、信号線３４は雄の端子である。信号線３４は、各有機圧電素子２１に接続する導線９１と、当該導線を束ねる筐体からなる。ソケット７３には、各有機圧電素子２１と導通する導通部９２が並列されている。図９（ｂ）に示すように、ソケット７３から離れた位置にある信号線３４を、図（ｃ）、（ｄ）に示すように嵌め込むと、各導線９１と、導通部９２とが接触し導通するようになっている。
【００７２】
なお、第１圧電部２２１における無機圧電素子３０へは、超音波診断装置本体１に備えられた送信部１２からケーブル３と信号線３３を介して電気信号が供給される。
【００７３】
このように、超音波探触子２において、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子２１を有する第２圧電部２２３に分離できるよう構成する。
【００７４】
第１圧電部２２１と第２圧電部２２３との間には中間層２２２が存在するので、有機圧電素子２１を交換する際には、中間層２２２を分離することになる。
【００７５】
ところで、無機圧電素子３０は有機圧電素子２１より、性能が所定基準以下に劣化して超音波診断の使用に耐えなくなる時間、すなわち寿命が長いとは言え、無機圧電素子３０にも寿命が存在する。そのため、無機圧電素子３０を交換したいという要求がある。無機圧電素子３０は有機圧電素子２１の筐体本体側に存在するので、無機圧電素子３０のみを交換するより、有機圧電素子２１と供に交換することが構造として簡単であり、コストの面でも望ましい。そこで、上記のように有機圧電素子２１を無機圧電素子３０と分離して交換する場合以外にも、超音波探触子２自体を一つのユニットと看做して超音波探触子筐体本体から交換可能としてもよい。このように、有機圧電素子２１と供にする無機圧電素子３０の交換について以下に説明する。図１０は超音波探触子２の部品構成の斜視図である。この超音波探触子２の部品構成全体を一体として交換する。
【００７６】
図１１は超音波探触子筐体本体１１２から蓋装部１１１を分離可能な構成とした超音波探触子２において、蓋装部１１１が分離された状態を示す概要図である。
【００７７】
超音波探触子２は超音波探触子筐体本体１１２と蓋装部１１１とからなる。超音波探触子２の部品構成は超音波探触子筐体本体１１２側に据え付けられるよう、超音波探触子筐体本体１１２と超音波探触子２に図示しない着脱機構が搭載されている。超音波探触子２における信号線３３、３４は各々ソケット７３、１１３に嵌め込む。
【００７８】
超音波探触子筐体本体１１２と蓋装部１１１との取り外しや固定機構は図７で説明した取り外しや固定機構と同様である。また、超音波探触子筐体本体１１２と蓋装部１１１の接触面にＯリング用の溝１１４を形成し、Ｏリングを嵌め込むことで、防水性能等を確保することも同様である。
【００７９】
以上のような交換可能なユニットは、上記のように、有機圧電素子２１や無機圧電素子３０が故障した場合に交換される。特に有機圧電素子２１は、無機圧電素子３０に比べて性能の劣化の進み具合が早い。また、有機圧電素子２１の性能が所定基準以下に劣化したこと、または、所定基準以下に劣化しそうな状態であることを使用者が知ることができれば、超音波診断装置Ｓに故障が発生することを未然に防ぐことができる。そこで、本実施形態では、有機圧電素子１の性能が所定基準以下に劣化したことを使用者に通知するフロー（以下、通知フローとも称する）を採用する。具体的には、有機圧電素子２１の性能をオンデマンドで計測して判断する方法を採用する（以下、通知フロー１とも称す）。
【００８０】
また、実際に有機圧電素子２１の性能を計測しなくとも、予め、有機圧電素子２１の性能が所定時間を下回る累積使用時間を求めておき、超音波診断において有機圧電素子２１の使用時間をカウントして性能が所定基準を下回る累積使用時間に到達したか否かを判断するという方法でもよい（以下、通知フロー２とも称す）。ここで、累積使用時間とは、受信用圧電素子としての有機圧電素子２１の使用時間である。本通知フロー２は送信用圧電素子としての無機圧電素子３０にも適用できる。
【００８１】
最初に、通知フロー１について説明する。通知フロー１は、所定の計測用圧電素子に所定の超音波信号を送信させ、有機圧電素子２１が変換した電気信号をオンデマンドで計測し、有機圧電素子２１の性能、すなわち電気信号（電圧値）に変換する能力が、所定基準以下に劣化しているか判断するというものである。
【００８２】
所定の超音波信号を発生させる圧電素子である計測用圧電素子は、別途設けてもよいし、既に超音波探触子２に備えられた圧電素子を用いてもよい。例えば、無機圧電素子３０を用いても良いし、有機圧電素子２１の一部の圧電素子を用いても良い。例として、無機圧電素子３０を用いて超音波信号を送信し、送信された超音波信号を直接に有機圧電素子２１で受信して有機圧電素子２１の性能を計測するフローについて図１３を用いて説明する。図１３は、有機圧電素子２１の性能を電気信号への変換能力で計測するフローチャート図である。
【００８３】
以下のフローは超音波診断を実施する直前に行っても良いし、超音波診断を実施している間に行っても良い。例えば、制御部１７が本フローを所定の時期に自動的に行うように予め制御部１７にプログラムしておいてもよい。また、例えば、使用者が超音波診断を実施するために超音波診断装置Ｓの電源を投入した後に、制御部１７が本フローを行うようにプログラムしておいてもよい。以下のフローでは、最初に、使用者が超音波診断を実施するために超音波診断装置Ｓの電源を投入した後に、実施されることとする。最初に使用者は超音波診断装置Ｓに設けられた電源スイッチをＯＮにし、電源を投入する（ステップＳ１）。すると制御部１７は所定の時間経過後に、無機圧電素子３０に所定の振幅値を有する超音波信号を送信させる（ステップＳ２）。この時、超音波探触子２は被検体Ｈに当接されていないことが望ましい。被検体Ｈに当接されていると、被検体Ｈから反射してくる超音波信号を受信することになり、好ましくない。表示部１６に、超音波探触子２を被検体Ｈに当接させないような通知を表示させてもよい。
【００８４】
無機圧電素子３０が送信した超音波信号は被検体を介さずに有機圧電素子２１で直接受信される（ステップＳ３）。有機圧電素子２１は複数用意されており、その中の少なくとも一つの有機圧電素子２１を用いて、無機圧電素子３０が送信した超音波信号を受信させる。選択した有機圧電素子２１は、無機圧電素子３０が送信した超音波信号を電気信号、具体的には電圧に変換する。有機圧電素子２１の性能は、変換された電圧値が所定の電圧値以上であるかどうかで判断する。従って、変換された電気信号の電圧値が所定の電圧値以上であれば（ステップＳ４のＹｅｓ）、制御部１７は有機圧電素子２１を交換する必要はないと判断し、フローは終了する。変換された電気信号の電圧値が所定の電圧値より小さければ（ステップＳ４のＮｏ）、制御部１７は有機圧電素子２１を交換する必要があると判断し、制御部１７は通知灯駆動部１８に命じて超音波探触子２に備え付けた通知灯１９を点灯させて使用者に有機圧電素子２１の交換時期であることを通知して（ステップＳ５）、フローを終了する。
【００８５】
各々の有機圧電素子２１の性能が劣化する早さに差は少ないので、少なくとも一つの有機圧電素子２１の性能を計測することで、全ての有機圧電素子２１の性能を凡そ計測できる。計測する有機圧電素子２１の数を増やして各々が変換した電気信号を計測し、例えば、その平均値を使って、所定の電圧値と比較してやれば、有機圧電素子２１の性能を、より実際に即して判断できるので望ましい。
【００８６】
理想的には、全ての有機圧電素子２１が変換する電気信号を基に、有機圧電素子２１の性能を計測することが望ましい。アレイ状に並べられた無機圧電素子３０が送信する超音波信号は、アレイの中程では、アレイの周辺部より超音波信号の振幅値が大きいと予想される。従って、無機圧電素子アレイに積層された有機圧電素子アレイにおいては、有機圧電素子アレイの中程のほうが、周辺部より大きな振幅値の超音波信号を受信する。
【００８７】
そこで、全ての有機圧電素子２１が変換する電気信号を計測する場合には、有機圧電素子アレイの中程と周辺部等の位置の違いに即して、各々の有機圧電素子２１の性能を判断できるよう、有機圧電素子アレイの中程の有機圧電素子２１が変換した電気信号を比較する所定の電圧値は高めに設定することが望ましい。
【００８８】
以上のように、本フローでは、無機圧電素子３０が計測用圧電素子に相当し、有機圧電素子２１の性能を計測するための超音波信号を送信し、有機圧電素子２１が変換した電気信号から有機圧電素子２１の性能を計測することができる。
【００８９】
なお、無機圧電素子３０を用いて超音波信号を送信し、送信された超音波信号を直接に有機圧電素子２１で受信するのではなく、送信された超音波信号が被検体の基準物（例えば、ＫＹＯＴＯ ＫＡＧＡＫＵ社製、商品名乳房超音波精度管理ファントム）から反射して戻ってきた超音波信号を受信して、有機圧電素子２１の性能を計測してもよい。
【００９０】
次に、通知フロー２について図１２を用いて説明する。図１２は、有機圧電素子２１の性能を累積使用時間で計測するフローチャート図である。
【００９１】
まず、使用者は超音波診断装置Ｓにおける操作入力部１１において被検体Ｈに対する超音波診断を実施するため、第１超音波信号の送信指示を入力する。使用者の入力指示を受け、制御部１７は送信部１２に命じて第１超音波信号の送信が開始される（ステップＳ１１）。第１超音波信号の送信と同時に、制御部１７は、例えば制御部１７内に設けられている図示しないクロックカウンタを用いて送信時間をカウントする（ステップＳ１２）。使用者の超音波診断が終了すると、使用者は、同じく操作入力部１１において、第１超音波信号の送信を終了する操作を実施する（ステップＳ１３）。制御部１７は送信部１２に命じて第１超音波信号の送信を終了させ、クロックカウンタを用いた送信時間のカウントを終了する（ステップＳ１４）。制御部１７が送信部１２に第１超音波信号を送信させている時間は、第１超音波信号の送信が終了する毎にそれまでに第１超音波信号の累積使用時間に累積加算し、記録部２０に記録する（ステップＳ１５）。
【００９２】
制御部１７は、第１超音波信号の累積使用時間と、記録部２０に予め記録させておいた有機圧電素子２１を交換すべき規定交換時間を記録部２０からアクセスして取り出す。そして、第１超音波信号の累積使用時間が規定交換時間以上であると判断した場合には（ステップＳ１６のＹｅｓ）、制御部１７は通知灯駆動部１８に命じて超音波探触子２に備え付けた通知灯１９を点灯させて使用者に有機圧電素子２１の交換時期であることを通知して（ステップＳ１７）、フローを終了する。
【００９３】
第１超音波信号の累積使用時間が規定交換時間より小さいと判断した場合には（ステップＳ１６のＮｏ）、継続して有機圧電素子２１は使用可能であるのでフローは終了する。
【００９４】
規定交換時間は、有機圧電素子２１の性能が所定基準以下に劣化する時間であり、予め実験等により確認しておく。規定交換時間は、有機圧電素子２１の性能が所定基準に達する少し前の時間に設定してもよい。有機圧電素子２１の性能が所定基準に達して故障が発生する前に、余裕のある交換時間を設定することができる。
【００９５】
また、第１超音波信号の累積使用時間と規定交換時間との比較は、第１超音波信号が送信されている間に行っても良い。より現実的に有機圧電素子２１の交換時期を使用者に通知することができる。
【００９６】
以上のように本実施形態に係る超音波診断装置においては、受信用圧電素子の性能を計測するために超音波信号を送信する計測用圧電素子、または、受信用圧電素子の累積使用時間を計測するカウンタと、ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、制御手段を有し、性能が所定基準に以下に劣化した場合、または累積使用時間が所定時間を経過した時に、使用者に通知を実施することで、使用者に受信用圧電素子の寿命の到来が近づきつつあることを知らせ、受信用圧電素子の交換を促すことができ、超音波診断中に寿命が到来することで診断に支障を来すことを未然に防止することができる。故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子のみを交換できるようにし、低コストで故障から回復可能な超音波探触子および超音波診断装置を提供できる。
【００９７】
また、本実施形態に係る超音波診断装置においては、計測用圧電素子は、複数の送信用圧電素子の中の少なくとも一つの送信用圧電素子が兼用されて構成され、送信用圧電素子に所定出力値の超音波信号を送信させ、受信用圧電素子が超音波信号を直接受信して変換した電気信号から、ユニットの交換時期を所定基準に基づいて判断するので、有機圧電素子２１の性能を、オンデマンドで計測でき、少なくとも一つの有機圧電素子２１の性能を計測することで、全ての有機圧電素子２１の性能を凡そ計測できる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、有機圧電材料には、フッ化ビニリデンの重合体や、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体を用いることで、第２超音波信号の高感度な検出が可能となり、より鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００９９】
また、本実施の形態によれば、無機圧電素子を送信用圧電素子に用いることで、送信パワーを大きくすることが可能であり、大きな第２超音波信号を得ることができるので、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【０１００】
また、本実施の形態によれば、複数の受信用圧電素子は、複数の送信用圧電素子が被検体に第１超音波信号を送信する方向に、複数の送信用圧電素子上に積層されていることで、超音波探触子２を小型化することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
３ ケーブル
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 信号処理部
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 通知灯駆動部
１９ 通知灯
２０ 記憶部
２１ 有機圧電素子
２２ 圧電部
２３ 音響整合層
２４ 音響レンズ
２５ 共通接地電極
２６ 音響制動部材
３０ 無機圧電素子
３１ 音響整合層
３２ 音響分離部
３３，３４ 信号線
６１ ＬＥＤ窓
７１ ユニット
７２ 超音波探触子筐体本体
７３ ソケット
７４ 溝
１０３ 電極
１０６ 電極
２２１ 第１圧電部
２２２ 中間層
２２３ 第２圧電部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波信号を送信し、反射波を受信する超音波探触子と、超音波探触子が変換した電気信号に基づいて被検体内部の超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいい、非破壊、無害および略リアルタイムでその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内から来た超音波の反射波から生成した受信信号に基づいて該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてＸ線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、ドップラ効果を応用した血流表示が可能であること等の様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系（例えば心臓の冠動脈等）、消化器系（例えば胃腸等）、内科系（例えば肝臓、膵臓および脾臓等）、泌尿器系（例えば腎臓および膀胱等）および産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
超音波診断装置には、被検体に対して超音波（超音波信号）を送受信する超音波探触子が用いられている。超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動して超音波（超音波信号）を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波（超音波信号）の反射波を受けて電気信号である受信信号を生成する複数の圧電素子を備え、これら複数の圧電素子が例えばアレイ状に２次元配列されて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来、超音波探触子の長期間使用等により、超音波探触子が故障した場合には、超音波探触子自体の交換が実施されていた。しかし、超音波探触子の故障原因は、超音波探触子の筐体の中身の部品等にあることが殆どであった。そこで、超音波探触子自体を交換せず、超音波探触子の筐体の中に備えられた圧電素子や、圧電素子周辺の部品等の殆どの部品を一括して交換する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０８８０５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１８８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波探触子の故障の原因は、内部に備えられた圧電素子の故障によるものが殆どであり、特に、有機圧電材料を用いた圧電素子は、無機圧電材料を用いた圧電素子に比べて劣化し易く、故障の原因となる場合が多い。そのため、超音波探触子の筐体の中身の全てを一括して交換すると、本来は未だ使用可能な部品をも交換することになり、コスト高を免れない。
【０００７】
本発明は、故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子を交換可能とし、低コストで故障から回復可能な超音波探触子および超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【０００９】
１．被検体内に第１超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子と、
前記第１超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された第２超音波信号を受信して電気信号に変換し、有機圧電材料で構成される複数の受信用圧電素子と、
前記電気信号を外部へ出力する出力手段と、
該複数の受信用圧電素子と前記被検体との間に配置される音響レンズと、を備え、
少なくとも前記音響レンズと、前記複数の受信用圧電素子とが一体となってユニット化され、該ユニットが交換可能に構成されていることを特徴とする超音波探触子。
【００１０】
２．前記有機圧電材料は、フッ化ビニリデンの重合体、または、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体であることを特徴とする前記１に記載の超音波探触子。
【００１１】
３．前記複数の送信用圧電素子は無機圧電素子で構成されていることを特徴とする前記１または２に記載の超音波探触子。
【００１２】
４．前記複数の受信用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子が前記被検体に前記第１超音波信号を送信する方向に、前記複数の送信用圧電素子上に積層されていることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
【００１３】
５．前記１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子の性能を計測するために超音波信号を送信する計測用圧電素子と、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記計測用圧電素子とを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記性能が所定基準以下に劣化した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【００１４】
６．前記計測用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子の中の少なくとも一つの送信用圧電素子であることを特徴とする前記５に記載の超音波診断装置。
【００１５】
７．前記所定基準は、前記受信用圧電素子が変換した電気信号が、所定値以上であることを特徴とする前記５または６に記載の超音波診断装置。
【００１６】
８．前記１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子若しくは前記送信用圧電素子の使用時間を累積した累積使用時間を計測するカウンタと、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記カウンタとを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記累積使用時間が所定時間を経過した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１７】
故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子のみを交換できるようにし、低コストで故障から回復可能な超音波探触子および超音波診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態における超音波診断装置Ｓ外観構成を示す図である。
【図２】実施形態における超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態における超音波診断装置Ｓにおける超音波探触子２の構成を示す図である。
【図４】実施形態における超音波探触子２の部品構成を、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３に分離した状態の概要図である。
【図５】実施形態における超音波探触子２の部品構成を、第１圧電部２２１と、第２圧電部２２３とが離れるように分離し、斜めから見た概要斜視図である。
【図６】実施形態における超音波探触子２の筐体の斜視図である。
【図７】ユニット７１を分離した状態の超音波探触子２の概要斜視図である。
【図８】実施形態におけるユニット７１の破断斜視図である。
【図９】実施形態における信号線３４とソケット７３の嵌め込み方法を表す模式図である。
【図１０】実施形態における超音波探触子２の部品構成の斜視図である。
【図１１】実施形態における超音波探触子筐体本体１１２から蓋装部１１１を分離可能な構成とした超音波探触子２において、蓋装部１１１が分離された状態を示す概要図である。
【図１２】実施形態における有機圧電素子２１の累積使用時間をカウントするフローチャート図である。
【図１３】実施形態における有機圧電素子２１の性能を電気信号への変換能力で計測するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２０】
図１は、実施形態における超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態における超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、実施形態の超音波診断装置における超音波探触子の部品構成を示す図である。
【００２１】
超音波診断装置Ｓは、図１および図２に示すように、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波（以後、第１超音波信号とも称す）を送信すると共に、被検体Ｈで反射した超音波の反射波（以後、第２超音波信号とも称す）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体Ｈに対して第１超音波信号を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体Ｈ内からの第２超音波信号に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体Ｈ内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。
【００２２】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、信号処理部１４と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、通知灯駆動部１８、記憶部２０とを備えて構成されている。
【００２３】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体Ｈの個人情報等のデータを入力するものであり、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００２４】
送信部１２は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子２に第１超音波信号を発生させる回路である。送信部１２は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を信号処理部１４へ出力する。受信部１３は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器、および、この増幅器で増幅された受信信号をアナログ信号からディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル変換器等を備えて構成される。
【００２５】
信号処理部１４は、制御部１７の制御に従って、所定の信号を処理する回路であり、その信号処理した反射受信信号を画像処理部１５へ出力する。反射受信信号は、第２超音波信号を受信することによって生成された信号である。
【００２６】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、信号処理部１４で信号処理された反射受信信号に基づいて例えばハーモニックイメージング技術等を用いて被検体Ｈ内の内部状態の超音波画像を生成する回路である。第２超音波信号に含まれる高調波周波数成分を受信してハーモニックイメージング技術を用いれば、基本周波数成分を用いて生成した超音波画像よりも高精細な超音波画像を得ることができる。本実施形態では、高調波周波数成分または基本周波数成分のどちらを採用してもよい。高調波周波数成分を用いる場合には３次以上の高調波を用いることで、より高精細な超音波画像を生成することができる。
【００２７】
表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像処理部１５で生成された被検体Ｈ内の内部状態の画像を表示する装置である。表示部１６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００２８】
通知灯駆動部１８は、後述するように、第２超音波信号を受信する受信用圧電素子の寿命が到来した際に、使用者に通知する通知灯１９を駆動する機能を有する。
【００２９】
記憶部２０は、制御部１７で実施される制御の手順に関するプログラム、定数、画像処理部１５で得られた結果等を記憶させる。
【００３０】
制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、信号処理部１４、画像処理部１５、表示部１６、通知灯駆動部１８および記憶部２０を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３１】
超音波探触子２は、通知灯１９、入出力端子４を備える。通知灯１９は、第２超音波信号を受信する受信用圧電素子の寿命が到来する前に、発光することで使用者に受信用圧電素子の寿命の到来が近づきつつあることを知らせ、受信用圧電素子の交換を促す。
【００３２】
入出力端子４は、後述するように圧電部２２が第２超音波信号を変換した電気信号を外部に出力する出力手段である。本実施形態では、送信部１２からの信号を超音波探触子２に伝える入力手段としての機能を併せ持つ。入出力端子４は、ケーブル３の一端と着脱可能になるように構成されている。
【００３３】
超音波探触子２の部品構造は、通知灯１９の他に、図３に示すように、音響制動部材２６と、音響整合層３１と、圧電部２２と、音響整合層２３と、音響レンズ２４とを備えて構成される。
【００３４】
音響制動部材２６は、超音波を吸収する材料から構成された平板状の部材であり、圧電部２２から音響制動部材２６方向へ放射される超音波を吸収するものである。
【００３５】
圧電部２２は、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換するものである。圧電部２２は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して入力された送信の電気信号を第１超音波信号へ変換してこの第１超音波信号を送信すると共に、受信した第２超音波信号を電気信号へ変換してこの電気信号（受信信号）をケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。超音波探触子２が被検体Ｈに当接されることによって圧電部２２で生成された第１超音波信号が被検体Ｈ内へ送信され、被検体Ｈ内からの第２超音波信号が圧電部２２で受信される。
【００３６】
圧電部２２は、例えば、本実施形態では、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第１および第２圧電部２２１、２２３を備え、第１および第２圧電部２２１、２２３は、互いに積層されている。
【００３７】
本実施形態では、第１および第２圧電部２２１、２２３は、中間層２２２を介して互いに積層されている。この中間層２２２は、第１圧電部２２１と第２圧電部２２３とを積層するための部材であり、第１圧電部２２１と第２圧電部２２３との音響インピーダンスを整合させるものである。
【００３８】
このように圧電部２２が２層の第１および第２圧電部２２１、２２３を備える。第１圧電部２２１は第１超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子からなる。第２圧電部２２３は第２超音波信号を受信する複数の受信用圧電素子からなる。
【００３９】
このため、第１圧電部２２１を送信用により適したものとすることができると共に、第２圧電部２２３を受信用により適したものとすることができる。従って、第１および第２圧電部２２１、２２３がそれぞれ第１超音波信号の送信用圧電素子、および第２超音波信号の受信用圧電素子として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第１および第２圧電部２２１、２２３が積層されているので、小型化が可能となる。
【００４０】
第１圧電部２２１は、例えば複数の無機圧電素子を備えた無機圧電素子アレイを有する。第２圧電部２２３は、例えば複数の有機圧電素子を備えた有機圧電素子アレイを有する。
【００４１】
無機圧電素子アレイは、複数の無機圧電素子３０と、無機圧電素子３０同士の隙間に音響分離材を充填して作製される音響分離部３２と、無機圧電素子３０上に積層された共通接地電極２５とを有す。
【００４２】
音響整合層３１は、音響制動部材２６と無機圧電素子３０の各々の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有し、音響制動部材２６と無機圧電素子３０の音響インピーダンスの整合を図る。
【００４３】
各無機圧電素子３０は、無機圧電材料から構成される圧電素子１０１における互いに対向する両面にそれぞれ電極１０２、１０３を備えて構成される。複数の無機圧電素子３０は、互いに所定の間隔を空けて平面視にて１次元状（または２次元状）に配列され、音響制動部材２６上に配置されている。
【００４４】
複数の無機圧電素子３０は、超音波を送信するように構成されている。より具体的には、複数の無機圧電素子３０には、送信部１２からケーブル３と図示しない信号線３３を介して電気信号が入力される。電気信号は、無機圧電素子３０の電極１０２と電極１０３との間に入力される。複数の無機圧電素子３０は、この電気信号を超音波信号に変換することによって第１超音波信号を送信する。
【００４５】
音響分離部３２は、無機圧電素子３０の音響インピーダンスに比して値が大きく異なる低音響インピーダンス樹脂から構成され、音響インピーダンスが大きく異なることにより、音響分離材として働き、これら複数の無機圧電素子３０の相互干渉を低減する機能を有する。音響分離部３２によって各無機圧電素子３０間におけるクロストークの低減が可能となる。
【００４６】
共通接地電極２５は、導電性の材料から構成され、図略の配線によって接地されており、そして、複数の無機圧電素子３０上にまたがって直線状に積層されることによってこれら無機圧電素子３０における各電極１０３を電気的に接地している。
【００４７】
音響整合層２３は、第２圧電部２２３の音響インピーダンスと音響レンズ２４の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。
【００４８】
有機圧電素子２１は、所定の厚さを持った平板状の有機圧電材料から成る圧電素子１０５と、圧電素子１０５の一方主面に形成された互いに分離した複数の電極１０６と、圧電素子１０５の他方主面に略全面に亘って一様に形成された電極１０７とを備えて構成されている。圧電素子１０５は一つのシート状の圧電素子である。
【００４９】
複数の電極１０６が圧電素子１０５の一方主面に形成されることによって、有機圧電素子アレイ４は、１個の電極１０７と圧電素子１０５と電極１０６とから成る有機圧電素子２１を２次元状に備えおり、各圧電素子が個別に動作する。
【００５０】
有機圧電素子アレイ４における複数の有機圧電素子２１は、個別に機能させるために無機圧電素子２２のように個々に分離する必要がなく、一体的なシート状で構成することが可能である。
【００５１】
図３では、２１で示される部分のように、電極１０７と圧電素子１０５と電極１０６とで形成される部分を一つの各々有機圧電素子、すなわち有機圧電素子２１とみなすことができる。
【００５２】
無機圧電素子の厚さは、例えば、送信すべき超音波の周波数や無機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。無機圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等である。本実施形態では、このように送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子が第１圧電部２２１に用いられている。
【００５３】
そして、本実施形態における有機圧電素子の厚さは、例えば、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数８ＭＨｚの超音波を受信する場合では、この有機圧電素子の厚さは、約５０μｍである。
【００５４】
有機圧電材料には、例えば、フッ化ビニリデンの重合体や、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体を用いることができる。フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体の場合、共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、前者の共重合比が６０〜９９モル％が好ましいが、無機圧電素子と有機圧電素子を重ねる時に使用する有機結合剤の使用方法にもよるので、その最適値は変化する。最も好ましい前者の共重合比の範囲は８５〜９９モル％である。フッ化ビニリデンを８５〜９９モル％にして、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアルコキシエチレン、パーフルオロヘキサエチレン等を１〜１５モル％にしたポリマーは、送信用無機圧電素子と受信用有機圧電素子との組み合わせにおいて、送信における基本周波波を抑制して、高調波周波数成分（例えば３次高調波周波数成分）の受信の感度を高めることができる。
【００５５】
フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体は、薄膜化、大面積化等の加工性に比較的優れ、任意の形状、形態の物が作ることができ、弾性率が低い、誘電率が低い等の特徴を持つため、超音波信号を受信する圧電素子としての使用に際しては、高感度な検出を可能とする特徴を持っている。また、これらの有機圧電材料は、高周波特性、広帯域特性を必要とするハーモニックイメージング技術における圧電材料として適している。
【００５６】
この他、例えば、ポリシアノビニリデン、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）のようなジイソシアネート化合物と４，４′−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）のようなジアミン化合物よりつくるウレイン基から構成されるポリウレア樹脂等の有機圧電材料も好適である。
【００５７】
また、上述したように本実施形態では、圧電部２２の第１圧電部２２１は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して電気信号が入力され、この電気信号を第１超音波信号へ変換し、この変換した第１超音波信号を中間層２２２、第２圧電部２２３、音響整合層２３および音響レンズ２４を介して被検体Ｈへ送信する。そして、圧電部２２の第２圧電部２２３は、第２超音波信号が音響レンズ２４および音響整合層２３を介して被検体Ｈから受信され、この受信された第２超音波信号を電気信号へ変換し、この変換した電気信号を受信信号としてケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。本実施形態では、上述したように第１圧電部２２１が無機圧電素子であり、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となるため、このような圧電部２２を備えた超音波探触子２は、高調波の反射波を得るために比較的大きなパワーで基本波の第１超音波信号を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、本実施形態では、上述したように第２圧電部２２３が有機圧電素子であり、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となるため、このような圧電部２２を備えた超音波探触子２は、高調波の第２超音波信号を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００５８】
そして、本実施形態では、圧電部２２における第１および第２圧電部２２１、２２３は、第１圧電部２２１が被検体Ｈの方向へ第１超音波信号を送信する方向に、第２圧電部２２３が第１圧電部２２１上に積層されている。より具体的には、第１圧電部２２１上に中間層２２２を介して第２圧電部２２３が積層されている。このように、第１圧電部２２１上に第２圧電部２２３が積層されて一体化することで、小型の超音波探触子２を構成することができる。
【００５９】
このような、超音波診断装置Ｓにおいては、経年変化等により、超音波探触子２が故障する場合がある。超音波探触子の故障の原因は、内部に備えられた圧電素子の故障によるものが殆どである。特に、有機圧電材料を用いた圧電素子は、無機圧電材料を用いた圧電素子に比べて、劣化により、性能が許容レベルを示す所定基準以下になり易く、故障の原因となる場合が多い。
【００６０】
そこで、本実施形態では、故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子を交換できるようにし、低コストで故障から回復可能な超音波診断装置を提供する。
【００６１】
故障は機能劣化により発生するので、性能が所定基準以下に劣化したと判断される時に有機圧電素子を交換する。
【００６２】
最初に有機圧電素子が交換可能な超音波探触子２の部品構成について説明する。
【００６３】
図４は、超音波探触子２の部品構成を、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３に分離した状態の概要図である。
【００６４】
超音波探触子２の部品構成は、上記のように、音響制動部材２６と、音響整合層３１と、圧電部２２と、音響整合層２３と、音響レンズ２４とを備えて構成される。圧電部２２における第２圧電部２２３が有機圧電素子を有し、第１圧電部２２１が無機圧電素子を有す。使用者は、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３を、図４に示すように第１圧電部２２１から切り離して交換する。図４では、第２圧電部２２３と第１圧電部２２１との間にある中間層２２２が第２圧電部２２３側に備えられるように示したが、第１第２圧電部２２３、第２圧電部２２３のどちらに備えられるようにしてもよい。また、同じ音響インピーダンスの中間層２２２を二つ設けて、第１圧電部２２１、第２圧電部２２３の各々に備えられるように分離してもよい。
【００６５】
図５は、超音波探触子２の部品構成を、第１圧電部２２１と、第２圧電部２２３とが離れるように分離し、斜めから見た概要斜視図である。本超音波探触子２の部品構成においては、圧電素子が１次元に配列された圧電素子アレイを例に説明するが、２次元に配列された圧電素子アレイであってもよい。
【００６６】
無機圧電素子３０における電極１０３には外部から電圧を印加するための信号線３３が接続されている。信号線３３は、無機圧電素子３０の各々に外部からの信号を伝達する導線の集合体である。
【００６７】
有機圧電素子２１における電極１０６には外部から電圧を印加するための信号線３４が接続されている。信号線３４は、有機圧電素子２１の各々に外部からの信号を伝達する導線の集合体である。
【００６８】
次に超音波探触子２の筐体について説明する。図６は超音波探触子２の筐体の斜視図である。超音波探触子２の上部には音響レンズ２４の上面が露出しており、超音波探触子２を被検体Ｈに当接すると音響レンズ２４の上面が被検体Ｈに接するようになっており、第１超音波信号が空気を介さずに被検体Ｈ内に伝播する。超音波探触子２には後述するように、有機圧電素子２１の性能が所定基準以下に劣化したことを使用者に通知するためにＬＥＤ（不図示）が備えられ、ＬＥＤ窓６１を通してＬＥＤの発光が使用者に目視できるようになっている。
【００６９】
超音波探触子２において、前述のように、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３に分離可能に構成するには、例えば、図７に示すように、超音波探触子２を超音波探触子筐体本体７２と交換部であるユニット７１とに分離できるように構成する。図７は、ユニット７１を分離した状態の超音波探触子２の概要斜視図である。超音波探触子筐体本体７２とユニット７１との取り外しは、使用者が簡単にできるように、図示しないネジ穴を超音波探触子筐体本体７２とユニット７１の接触部分に空け、ユニット７１側から図示しないネジを締めることで固定する機構など、公知の固定機構を採用できる。また、超音波探触子筐体本体７２とユニット７１の接触面にＯリング用の溝７４を形成し、Ｏリングを嵌め込むことで、超音波探触子筐体本体７２とユニット７１とが密着性よく固定でき、防水性能も確保することができる。ユニット７１側には有機圧電素子を有する第２圧電部２２３が備えられている。
【００７０】
図８は、ユニット７１の破断斜視図である。ユニット７１の中には前述のように、第２圧電部２２３等が備えられており、図示しない機構を用いて、ユニット７１の筐体と固定されている。ユニット７１を超音波探触子筐体本体７２に装荷し固定することで、分離されていた無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子を有する第２圧電部２２３とが負荷なく接触するように設計する。ユニット７１を超音波探触子筐体本体７２に装荷する際には、ユニット７１にある第２圧電部２２３に備えられた信号線３４を、超音波探触子筐体本体７２側に設けたソケット７３に嵌め込む。こうすることで、被検体Ｈからの反射してきた第２超音波信号を、第２圧電部２２３における有機圧電素子２１の各々が受信して電気信号に変換し、ケーブル３を介して超音波診断装置本体１に備えられた受信部１３へ伝達される。
【００７１】
信号線３４をソケット７３に嵌め込む概要を、図９を用いて説明する。図９は、信号線３４とソケット７３の嵌め込み方法を表す模式図である。図９（ａ）に示すように、ソケット７３は雌の端子であり、信号線３４は雄の端子である。信号線３４は、各有機圧電素子２１に接続する導線９１と、当該導線を束ねる筐体からなる。ソケット７３には、各有機圧電素子２１と導通する導通部９２が並列されている。図９（ｂ）に示すように、ソケット７３から離れた位置にある信号線３４を、図（ｃ）、（ｄ）に示すように嵌め込むと、各導線９１と、導通部９２とが接触し導通するようになっている。
【００７２】
なお、第１圧電部２２１における無機圧電素子３０へは、超音波診断装置本体１に備えられた送信部１２からケーブル３と信号線３３を介して電気信号が供給される。
【００７３】
このように、超音波探触子２において、無機圧電素子を有する第１圧電部２２１と、有機圧電素子２１を有する第２圧電部２２３に分離できるよう構成する。
【００７４】
第１圧電部２２１と第２圧電部２２３との間には中間層２２２が存在するので、有機圧電素子２１を交換する際には、中間層２２２を分離することになる。
【００７５】
ところで、無機圧電素子３０は有機圧電素子２１より、性能が所定基準以下に劣化して超音波診断の使用に耐えなくなる時間、すなわち寿命が長いとは言え、無機圧電素子３０にも寿命が存在する。そのため、無機圧電素子３０を交換したいという要求がある。無機圧電素子３０は有機圧電素子２１の筐体本体側に存在するので、無機圧電素子３０のみを交換するより、有機圧電素子２１と供に交換することが構造として簡単であり、コストの面でも望ましい。そこで、上記のように有機圧電素子２１を無機圧電素子３０と分離して交換する場合以外にも、超音波探触子２自体を一つのユニットと看做して超音波探触子筐体本体から交換可能としてもよい。このように、有機圧電素子２１と供にする無機圧電素子３０の交換について以下に説明する。図１０は超音波探触子２の部品構成の斜視図である。この超音波探触子２の部品構成全体を一体として交換する。
【００７６】
図１１は超音波探触子筐体本体１１２から蓋装部１１１を分離可能な構成とした超音波探触子２において、蓋装部１１１が分離された状態を示す概要図である。
【００７７】
超音波探触子２は超音波探触子筐体本体１１２と蓋装部１１１とからなる。超音波探触子２の部品構成は超音波探触子筐体本体１１２側に据え付けられるよう、超音波探触子筐体本体１１２と超音波探触子２に図示しない着脱機構が搭載されている。超音波探触子２における信号線３３、３４は各々ソケット７３、１１３に嵌め込む。
【００７８】
超音波探触子筐体本体１１２と蓋装部１１１との取り外しや固定機構は図７で説明した取り外しや固定機構と同様である。また、超音波探触子筐体本体１１２と蓋装部１１１の接触面にＯリング用の溝１１４を形成し、Ｏリングを嵌め込むことで、防水性能等を確保することも同様である。
【００７９】
以上のような交換可能なユニットは、上記のように、有機圧電素子２１や無機圧電素子３０が故障した場合に交換される。特に有機圧電素子２１は、無機圧電素子３０に比べて性能の劣化の進み具合が早い。また、有機圧電素子２１の性能が所定基準以下に劣化したこと、または、所定基準以下に劣化しそうな状態であることを使用者が知ることができれば、超音波診断装置Ｓに故障が発生することを未然に防ぐことができる。そこで、本実施形態では、有機圧電素子１の性能が所定基準以下に劣化したことを使用者に通知するフロー（以下、通知フローとも称する）を採用する。具体的には、有機圧電素子２１の性能をオンデマンドで計測して判断する方法を採用する（以下、通知フロー１とも称す）。
【００８０】
また、実際に有機圧電素子２１の性能を計測しなくとも、予め、有機圧電素子２１の性能が所定時間を下回る累積使用時間を求めておき、超音波診断において有機圧電素子２１の使用時間をカウントして性能が所定基準を下回る累積使用時間に到達したか否かを判断するという方法でもよい（以下、通知フロー２とも称す）。ここで、累積使用時間とは、受信用圧電素子としての有機圧電素子２１の使用時間である。本通知フロー２は送信用圧電素子としての無機圧電素子３０にも適用できる。
【００８１】
最初に、通知フロー１について説明する。通知フロー１は、所定の計測用圧電素子に所定の超音波信号を送信させ、有機圧電素子２１が変換した電気信号をオンデマンドで計測し、有機圧電素子２１の性能、すなわち電気信号（電圧値）に変換する能力が、所定基準以下に劣化しているか判断するというものである。
【００８２】
所定の超音波信号を発生させる圧電素子である計測用圧電素子は、別途設けてもよいし、既に超音波探触子２に備えられた圧電素子を用いてもよい。例えば、無機圧電素子３０を用いても良いし、有機圧電素子２１の一部の圧電素子を用いても良い。例として、無機圧電素子３０を用いて超音波信号を送信し、送信された超音波信号を直接に有機圧電素子２１で受信して有機圧電素子２１の性能を計測するフローについて図１３を用いて説明する。図１３は、有機圧電素子２１の性能を電気信号への変換能力で計測するフローチャート図である。
【００８３】
以下のフローは超音波診断を実施する直前に行っても良いし、超音波診断を実施している間に行っても良い。例えば、制御部１７が本フローを所定の時期に自動的に行うように予め制御部１７にプログラムしておいてもよい。また、例えば、使用者が超音波診断を実施するために超音波診断装置Ｓの電源を投入した後に、制御部１７が本フローを行うようにプログラムしておいてもよい。以下のフローでは、最初に、使用者が超音波診断を実施するために超音波診断装置Ｓの電源を投入した後に、実施されることとする。最初に使用者は超音波診断装置Ｓに設けられた電源スイッチをＯＮにし、電源を投入する（ステップＳ１）。すると制御部１７は所定の時間経過後に、無機圧電素子３０に所定の振幅値を有する超音波信号を送信させる（ステップＳ２）。この時、超音波探触子２は被検体Ｈに当接されていないことが望ましい。被検体Ｈに当接されていると、被検体Ｈから反射してくる超音波信号を受信することになり、好ましくない。表示部１６に、超音波探触子２を被検体Ｈに当接させないような通知を表示させてもよい。
【００８４】
無機圧電素子３０が送信した超音波信号は被検体を介さずに有機圧電素子２１で直接受信される（ステップＳ３）。有機圧電素子２１は複数用意されており、その中の少なくとも一つの有機圧電素子２１を用いて、無機圧電素子３０が送信した超音波信号を受信させる。選択した有機圧電素子２１は、無機圧電素子３０が送信した超音波信号を電気信号、具体的には電圧に変換する。有機圧電素子２１の性能は、変換された電圧値が所定の電圧値以上であるかどうかで判断する。従って、変換された電気信号の電圧値が所定の電圧値以上であれば（ステップＳ４のＹｅｓ）、制御部１７は有機圧電素子２１を交換する必要はないと判断し、フローは終了する。変換された電気信号の電圧値が所定の電圧値より小さければ（ステップＳ４のＮｏ）、制御部１７は有機圧電素子２１を交換する必要があると判断し、制御部１７は通知灯駆動部１８に命じて超音波探触子２に備え付けた通知灯１９を点灯させて使用者に有機圧電素子２１の交換時期であることを通知して（ステップＳ５）、フローを終了する。
【００８５】
各々の有機圧電素子２１の性能が劣化する早さに差は少ないので、少なくとも一つの有機圧電素子２１の性能を計測することで、全ての有機圧電素子２１の性能を凡そ計測できる。計測する有機圧電素子２１の数を増やして各々が変換した電気信号を計測し、例えば、その平均値を使って、所定の電圧値と比較してやれば、有機圧電素子２１の性能を、より実際に即して判断できるので望ましい。
【００８６】
理想的には、全ての有機圧電素子２１が変換する電気信号を基に、有機圧電素子２１の性能を計測することが望ましい。アレイ状に並べられた無機圧電素子３０が送信する超音波信号は、アレイの中程では、アレイの周辺部より超音波信号の振幅値が大きいと予想される。従って、無機圧電素子アレイに積層された有機圧電素子アレイにおいては、有機圧電素子アレイの中程のほうが、周辺部より大きな振幅値の超音波信号を受信する。
【００８７】
そこで、全ての有機圧電素子２１が変換する電気信号を計測する場合には、有機圧電素子アレイの中程と周辺部等の位置の違いに即して、各々の有機圧電素子２１の性能を判断できるよう、有機圧電素子アレイの中程の有機圧電素子２１が変換した電気信号を比較する所定の電圧値は高めに設定することが望ましい。
【００８８】
以上のように、本フローでは、無機圧電素子３０が計測用圧電素子に相当し、有機圧電素子２１の性能を計測するための超音波信号を送信し、有機圧電素子２１が変換した電気信号から有機圧電素子２１の性能を計測することができる。
【００８９】
なお、無機圧電素子３０を用いて超音波信号を送信し、送信された超音波信号を直接に有機圧電素子２１で受信するのではなく、送信された超音波信号が被検体の基準物（例えば、ＫＹＯＴＯ ＫＡＧＡＫＵ社製、商品名乳房超音波精度管理ファントム）から反射して戻ってきた超音波信号を受信して、有機圧電素子２１の性能を計測してもよい。
【００９０】
次に、通知フロー２について図１２を用いて説明する。図１２は、有機圧電素子２１の性能を累積使用時間で計測するフローチャート図である。
【００９１】
まず、使用者は超音波診断装置Ｓにおける操作入力部１１において被検体Ｈに対する超音波診断を実施するため、第１超音波信号の送信指示を入力する。使用者の入力指示を受け、制御部１７は送信部１２に命じて第１超音波信号の送信が開始される（ステップＳ１１）。第１超音波信号の送信と同時に、制御部１７は、例えば制御部１７内に設けられている図示しないクロックカウンタを用いて送信時間をカウントする（ステップＳ１２）。使用者の超音波診断が終了すると、使用者は、同じく操作入力部１１において、第１超音波信号の送信を終了する操作を実施する（ステップＳ１３）。制御部１７は送信部１２に命じて第１超音波信号の送信を終了させ、クロックカウンタを用いた送信時間のカウントを終了する（ステップＳ１４）。制御部１７が送信部１２に第１超音波信号を送信させている時間は、第１超音波信号の送信が終了する毎にそれまでに第１超音波信号の累積使用時間に累積加算し、記録部２０に記録する（ステップＳ１５）。
【００９２】
制御部１７は、第１超音波信号の累積使用時間と、記録部２０に予め記録させておいた有機圧電素子２１を交換すべき規定交換時間を記録部２０からアクセスして取り出す。そして、第１超音波信号の累積使用時間が規定交換時間以上であると判断した場合には（ステップＳ１６のＹｅｓ）、制御部１７は通知灯駆動部１８に命じて超音波探触子２に備え付けた通知灯１９を点灯させて使用者に有機圧電素子２１の交換時期であることを通知して（ステップＳ１７）、フローを終了する。
【００９３】
第１超音波信号の累積使用時間が規定交換時間より小さいと判断した場合には（ステップＳ１６のＮｏ）、継続して有機圧電素子２１は使用可能であるのでフローは終了する。
【００９４】
規定交換時間は、有機圧電素子２１の性能が所定基準以下に劣化する時間であり、予め実験等により確認しておく。規定交換時間は、有機圧電素子２１の性能が所定基準に達する少し前の時間に設定してもよい。有機圧電素子２１の性能が所定基準に達して故障が発生する前に、余裕のある交換時間を設定することができる。
【００９５】
また、第１超音波信号の累積使用時間と規定交換時間との比較は、第１超音波信号が送信されている間に行っても良い。より現実的に有機圧電素子２１の交換時期を使用者に通知することができる。
【００９６】
以上のように本実施形態に係る超音波診断装置においては、受信用圧電素子の性能を計測するために超音波信号を送信する計測用圧電素子、または、受信用圧電素子の累積使用時間を計測するカウンタと、ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、制御手段を有し、性能が所定基準に以下に劣化した場合、または累積使用時間が所定時間を経過した時に、使用者に通知を実施することで、使用者に受信用圧電素子の寿命の到来が近づきつつあることを知らせ、受信用圧電素子の交換を促すことができ、超音波診断中に寿命が到来することで診断に支障を来すことを未然に防止することができる。故障の原因となり易い圧電素子、特に有機圧電素子のみを交換できるようにし、低コストで故障から回復可能な超音波探触子および超音波診断装置を提供できる。
【００９７】
また、本実施形態に係る超音波診断装置においては、計測用圧電素子は、複数の送信用圧電素子の中の少なくとも一つの送信用圧電素子が兼用されて構成され、送信用圧電素子に所定出力値の超音波信号を送信させ、受信用圧電素子が超音波信号を直接受信して変換した電気信号から、ユニットの交換時期を所定基準に基づいて判断するので、有機圧電素子２１の性能を、オンデマンドで計測でき、少なくとも一つの有機圧電素子２１の性能を計測することで、全ての有機圧電素子２１の性能を凡そ計測できる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、有機圧電材料には、フッ化ビニリデンの重合体や、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体を用いることで、第２超音波信号の高感度な検出が可能となり、より鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００９９】
また、本実施の形態によれば、無機圧電素子を送信用圧電素子に用いることで、送信パワーを大きくすることが可能であり、大きな第２超音波信号を得ることができるので、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【０１００】
また、本実施の形態によれば、複数の受信用圧電素子は、複数の送信用圧電素子が被検体に第１超音波信号を送信する方向に、複数の送信用圧電素子上に積層されていることで、超音波探触子２を小型化することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
３ ケーブル
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 信号処理部
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 通知灯駆動部
１９ 通知灯
２０ 記憶部
２１ 有機圧電素子
２２ 圧電部
２３ 音響整合層
２４ 音響レンズ
２５ 共通接地電極
２６ 音響制動部材
３０ 無機圧電素子
３１ 音響整合層
３２ 音響分離部
３３，３４ 信号線
６１ ＬＥＤ窓
７１ ユニット
７２ 超音波探触子筐体本体
７３ ソケット
７４ 溝
１０３ 電極
１０６ 電極
２２１ 第１圧電部
２２２ 中間層
２２３ 第２圧電部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に第１超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子と、
前記第１超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された第２超音波信号を受信して電気信号に変換し、有機圧電材料で構成される複数の受信用圧電素子と、
前記電気信号を外部へ出力する出力手段と、
該複数の受信用圧電素子と前記被検体との間に配置される音響レンズと、を備え、
少なくとも前記音響レンズと、前記複数の受信用圧電素子とが一体となってユニット化され、該ユニットが交換可能に構成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記有機圧電材料は、フッ化ビニリデンの重合体、または、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記複数の送信用圧電素子は無機圧電素子で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記複数の受信用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子が前記被検体に前記第１超音波信号を送信する方向に、前記複数の送信用圧電素子上に積層されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子の性能を計測するために超音波信号を送信する計測用圧電素子と、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記計測用圧電素子とを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記性能が所定基準以下に劣化した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
前記計測用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子の中の少なくとも一つの送信用圧電素子であることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記所定基準は、前記受信用圧電素子が変換した電気信号が、所定値以上であることを特徴とする請求項５または６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子若しくは前記送信用圧電素子の使用時間を累積した累積使用時間を計測するカウンタと、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記カウンタとを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記累積使用時間が所定時間を経過した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
被検体内に第１超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子と、
前記第１超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された第２超音波信号を受信して電気信号に変換し、有機圧電材料で構成される複数の受信用圧電素子と、
前記電気信号を外部へ出力する出力手段と、
該複数の受信用圧電素子と前記被検体との間に配置される音響レンズと、を備え、
少なくとも前記音響レンズと、前記複数の受信用圧電素子とが一体となってユニット化され、該ユニットが交換可能に構成されていることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記有機圧電材料は、フッ化ビニリデンの重合体、または、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記複数の送信用圧電素子は無機圧電素子で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記複数の受信用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子が前記被検体に前記第１超音波信号を送信する方向に、前記複数の送信用圧電素子上に積層されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の超音波探触子。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子の性能を計測するために超音波信号を送信する計測用圧電素子と、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記計測用圧電素子とを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記性能が所定基準以下に劣化した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
前記計測用圧電素子は、前記複数の送信用圧電素子の中の少なくとも一つの送信用圧電素子であることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記所定基準は、前記受信用圧電素子が変換した電気信号が、所定値以上であることを特徴とする請求項５または６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
請求項１から４の何れか１項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子が出力する電気信号に含まれ、前記第１超音波信号の少なくとも基本周波数、または高調波周波数に相当する周波数を有する電気信号から、前記被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像を表示する表示部と、
前記受信用圧電素子若しくは前記送信用圧電素子の使用時間を累積した累積使用時間を計測するカウンタと、
前記ユニットの交換時期を使用者に知らせる通知を実施する通知手段と、
少なくとも前記通知手段と前記カウンタとを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記累積使用時間が所定時間を経過した場合に、前記通知を実施することを特徴とする超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２５２８３９（Ｐ２０１０−２５２８３９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０２８２０（Ｐ２００９−１０２８２０）
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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