特許 6913011 超音波撮像プローブおよびその製造方法ならびに超音波撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6913011

(24)【登録日】2021年7月13日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】超音波撮像プローブおよびその製造方法ならびに超音波撮像装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/13 20060101AFI20210727BHJP

   A61B 8/12 20060101ALI20210727BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/13

   A61B8/12

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-232365(P2017-232365)

(22)【出願日】2017年12月4日

(65)【公開番号】特開2019-97906(P2019-97906A)

(43)【公開日】2019年6月24日

【審査請求日】2020年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹崎 泰一

(72)【発明者】

【氏名】町田 俊太郎

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 浩章

(72)【発明者】

【氏名】田中 智彦

(72)【発明者】

【氏名】今井 亮

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 欣穂

(72)【発明者】

【氏名】松田 孝弘

(72)【発明者】

【氏名】尾上 愼介

【審査官】 門 良成

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０３９６９１９２（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５１０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１４４５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０６４７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００

Ａ６１Ｂ ５／００

Ｇ０１Ｎ ２１／００

Ｇ０１Ｎ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を検知する超音波トランスデューサが形成され、表裏面に貫通する貫通孔を備えた基板と、
レーザを発振する光ファイバと、
前記レーザを集光し、前記貫通孔内に配置されたレンズと、
筒状のハウジングと、
前記ハウジングの内壁から延びる支持部によって支持され、前記光ファイバの先端部を回転可能に保持するアクチュエータと、
を有し、
前記基板と前記光ファイバは、前記ハウジングに固定され、
前記アクチュエータにより前記レーザを回転させながら照射し得る、超音波撮像プローブ。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波撮像プローブにおいて、
前記レンズは、前記レーザの発振方向に交差する第１面とその反対側の第２面とを有し、
前記第１面と前記第２面のうち外側に位置する前記第２面は、前記第２面に接触するガラスカバーによって覆われ、
前記第１面と前記第２面との間に位置する第３面は、樹脂によって覆われている、超音波撮像プローブ。

【請求項3】

請求項１に記載の超音波撮像プローブにおいて、
前記レンズおよび前記貫通孔のそれぞれは、円筒形であり、
前記貫通孔の直径と前記レンズの直径との差は、１５０μｍ以内である、超音波撮像プローブ。

【請求項4】

請求項１に記載の超音波撮像プローブにおいて、
前記超音波トランスデューサは、シリコン基板上に形成された静電容量型のセンサであり、かつ平面視で前記貫通孔の周囲に配置され、
前記超音波トランスデューサの内周側に円筒形の前記レンズが配置されている、超音波撮像プローブ。

【請求項5】

請求項１に記載の超音波撮像プローブにおいて、
前記基板は、円板状であり、
前記ハウジングは、円筒形であり、
前記基板の外周部は、前記ハウジングの内周壁に接触している、超音波撮像プローブ。

【請求項6】

（ａ）超音波を検知する超音波トランスデューサが形成され、表裏面に貫通する貫通孔を備えた基板を準備する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、筒状のハウジングの内部に前記基板を固定する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記基板の前記貫通孔内にレンズを配置する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記ハウジングの内部にレーザを発振する光ファイバを固定する工程、
を有し、
前記基板と前記光ファイバを前記ハウジングに固定し、
前記（ｄ）工程において、前記光ファイバの先端部を回転可能に保持するアクチュエータが、前記ハウジングの内壁から延びる支持部によって支持されるように前記光ファイバを固定する、超音波撮像プローブの製造方法。

【請求項7】

請求項６に記載の超音波撮像プローブの製造方法において、
前記（ａ）工程は、
（ａ１）前記基板はシリコン基板であり、前記シリコン基板上に静電容量型の前記超音波トランスデューサを形成する工程、
（ａ２）前記（ａ１）工程の後、前記シリコン基板に表裏面に貫通する前記貫通孔を形成する工程、
を有する、超音波撮像プローブの製造方法。

【請求項8】

請求項７に記載の超音波撮像プローブの製造方法において、
前記（ａ２）工程では、エッチング加工により前記貫通孔を形成する、超音波撮像プローブの製造方法。

【請求項9】

請求項６に記載の超音波撮像プローブの製造方法において、
前記（ｃ）工程では、前記レンズを前記貫通孔に嵌め込み、前記レンズと前記貫通孔の隙間に樹脂を充填する、超音波撮像プローブの製造方法。

【請求項10】

超音波を検知する超音波トランスデューサが形成された基板と、レーザを発振する光ファイバと、を備えた超音波撮像プローブと、
前記レーザを制御するレーザ制御部と、
前記超音波トランスデューサにより前記超音波から変換された信号を取り込む受信部と、
前記受信部が受信した信号を画像処理する画像処理部と、
前記画像処理部により画像処理された像を表示する表示部と、
を有し、
前記超音波撮像プローブにおいて、前記レーザは、前記基板が備える貫通孔内に配置されたレンズによって集光され、前記基板と前記光ファイバとが筒状のハウジングに固定され、
前記超音波撮像プローブは、前記ハウジングの内壁から延びる支持部によって支持され、かつ、前記光ファイバの先端部を回転可能に保持するアクチュエータにより前記レーザを回転させながら照射し得る、超音波撮像装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の超音波撮像装置において、
前記超音波撮像プローブに設けられた前記レンズは、前記レーザの発振方向に交差する第１面とその反対側の第２面とを有し、
前記第１面と前記第２面のうち外側に位置する前記第２面は、前記第２面に接触するガラスカバーによって覆われ、
前記第１面と前記第２面との間に位置する第３面は、樹脂によって覆われている、超音波撮像装置。

【請求項12】

請求項１０に記載の超音波撮像装置において、
前記超音波撮像プローブに設けられた前記レンズおよび前記基板が備える前記貫通孔は、それぞれ円筒形であり、
前記貫通孔の直径と前記レンズの直径との差は、１５０μｍ以内である、超音波撮像装置。

【請求項13】

請求項１０に記載の超音波撮像装置において、
前記超音波撮像プローブが備える前記超音波トランスデューサは、シリコン基板上に形成された静電容量型のセンサであり、かつ平面視で前記貫通孔の周囲に配置され、
前記超音波トランスデューサの内周側に円筒形の前記レンズが配置されている、超音波撮像装置。

【請求項14】

請求項１０に記載の超音波撮像装置において、
前記超音波撮像プローブに設けられた前記基板は、円板状であり、
前記ハウジングは、円筒形であり、
前記基板の外周部は、前記ハウジングの内周壁に固定されている、超音波撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波トランスデューサを用いた超音波撮像プローブおよびその製造方法ならびに超音波撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

医療分野などで使用される血管カテーテルが取り付けられた超音波撮像装置では、血管の検査対象部に超音波を照射し、そこから反射した超音波を検知することで、例えば、ステントと血管壁の圧着状態などを撮像している。

【0003】

血管内の超音波検査では、カテーテルの前方を撮像することを目的とした前方視用のものもある。前方視カテーテルは、主に血管が腫瘍などで閉塞した部位（血栓）を撮像するために用いられる。そのため、前方視カテーテルでは、血管内を広視野で、撮像することが求められる。また、血栓の長さは数ｃｍに及ぶこともあり、深部まで撮像することが求められる。従来の超音波を照射し、そこから反射した超音波を検知する方法では、深部までの撮像は可能であるものの、血栓を含む血管内全体を撮像する視野の確保が困難である。

【0004】

そこで、血栓を含む血管内全体にレーザを広角に照射し、そこから出てくる超音波を超音波トランスデューサによって検知して撮像する光音響カテーテルが有効となる。

【0005】

例えば、特開２０１３−９９５８９号公報（特許文献１）には、撮像プローブにおいて、トランスデューサ自体に孔が形成され、この孔にレンズが配置された構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−９９５８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

光音響カテーテルでは、超音波トランスデューサなどの音響素子と、光ファイバやレンズなどの光学素子と、を１００μｍ以下の精度で配置および固定する必要がある。上述のような超音波を送受信する血管カテーテルの組立てでは、顕微鏡下において、１ｍｍ以下の素子部品を手作業で目視により位置合わせを行っており、この組立て方法で光音響カテーテルの組立てを行うのは困難であり、光音響カテーテルの組立て精度を確保可能な技術の確立が課題となっている。

【0008】

なお、上記特許文献１に記載された撮像プローブは、超音波トランスデューサの素子が形成された基板（シリコン基板）を用いるものではなく、上記撮像プローブの組立て方法を光音響カテーテルの部品実装に適用することはできない。

【0009】

本発明の目的は、超音波撮像プローブにおける組立て精度を確保して得られる画像の分解能を向上させることができる技術を提供することにある。

【0010】

本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0012】

一実施の形態における超音波撮像プローブは、超音波を検知する超音波トランスデューサが形成され、表裏面に貫通する貫通孔を備えた基板と、レーザを発振する光ファイバと、上記レーザを集光し、上記貫通孔内に配置されたレンズと、筒状のハウジングと、を有し、上記基板と上記光ファイバは、上記ハウジングに固定されている。

【0013】

また、一実施の形態における超音波撮像プローブの製造方法は、（ａ）超音波を検知する超音波トランスデューサが形成され、表裏面に貫通する貫通孔を備えた基板を準備する工程、（ｂ）上記（ａ）工程の後、筒状のハウジングの内部に上記基板を固定する工程、を有する。さらに、超音波撮像プローブの製造方法は、（ｃ）上記（ｂ）工程の後、上記基板の上記貫通孔内にレンズを配置する工程、（ｄ）上記（ｃ）工程の後、上記ハウジングの内部にレーザを発振する光ファイバを固定する工程、を有し、上記基板と上記光ファイバを上記ハウジングに固定する。

【0014】

また、一実施の形態における超音波撮像装置は、超音波を検知する超音波トランスデューサが形成された基板およびレーザを発振する光ファイバを備えた超音波撮像プローブと、上記レーザを制御するレーザ制御部と、上記超音波トランスデューサにより上記超音波から変換された信号を取り込む受信部と、を有する。さらに、超音波撮像装置は、上記受信部が受信した信号を画像処理する画像処理部と、上記画像処理部によって画像処理された像を表示する表示部と、を有し、上記超音波撮像プローブにおいて、上記レーザは、上記基板が備える貫通孔内に配置されたレンズによって集光され、上記基板と上記光ファイバとが筒状のハウジングに固定されている。

【発明の効果】

【0015】

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以下のとおりである。

【0016】

超音波撮像プローブにおいて音響素子と光学素子の位置精度を高めて、超音波撮像プローブの組立て精度を確保し、得られる画像の分解能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態の超音波撮像装置の一例を示す概略構成図である。

【図2】図１の超音波撮像装置の使用状況の一例を示す部分斜視図である。

【図3】図１の超音波撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図4】図１の超音波撮像装置に設けられたカテーテルの構造の一例を示す斜視図である。

【図5】図４のカテーテルにおける先端部の構造の一例を示す拡大部分断面図である。

【図6】図５のカテーテルにおける各部材の位置関係の一例を透過して示す平面図である。

【図7】図５のカテーテルにおける貫通孔とレンズの位置ずれの関係の一例（ずれ無し）を示す部分断面図である。

【図8】図５のカテーテルにおける貫通孔とレンズの位置ずれの関係の一例（ずれ最大）を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は本発明の実施の形態の超音波撮像装置の一例を示す概略構成図、図２は図１の超音波撮像装置の使用状況の一例を示す部分斜視図、図３は図１の超音波撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。

【0019】

図１に示す本実施の形態の超音波撮像装置について説明する。

【0020】

図１に示す超音波撮像装置１は、医療分野などで使用されるカテーテルが取り付けられた検査装置であり、例えば、血管の検査対象部にレーザを照射し、そこから返って来る超音波を検知することで、ステントと血管壁の圧着状態などを撮像して検査するものである。

【0021】

本実施の形態の超音波撮像装置１では、取り付けられたカテーテルが、光音響カテーテル５とも呼ばれる超音波撮像プローブである。

【0022】

図１〜図３を用いて超音波撮像装置１の構成について説明すると、図３に示すようなレーザ制御部２ｂ、受信回路部（受信部）２ｅおよび画像処理部２ｆなどを備えた本体部２と、図１に示す本体部２の接続部２ａに接続されたカテーテル接続部６と、カテーテル接続部６に接続された超音波撮像プローブである光音響カテーテル５と、を有している。

【0023】

さらに、超音波撮像装置１は、検査対象部の画像を映し出す表示部３と、検査の際に、キー操作で様々な情報を入力する入力部４と、を有している。

【0024】

そして、検査時は、図２に示すように、まず、検査対象部に対して光音響カテーテル５に設けられた光ファイバ５ｄからレーザ７を発振し、そこから出る超音波８を検知して取り込み、表示部３に検査対象部の状態を写し出す。その後、状況に応じて、例えば、検査対象部である血管９の血栓９ａにレーザ７を照射し、血栓９ａを焼き切るなどの治療を施す。

【0025】

図１〜図３に示すように、超音波撮像装置１の本体部２にカテーテル接続部６を介して接続される光音響カテーテル（超音波撮像プローブ）５には、超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers））５ｂと、レーザ７を発振する光ファイバ５ｄと、が設けられている。超音波トランスデューサ５ｂは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems) センサでもあり、本実施の形態の超音波トランスデューサ５ｂは、例えば、アレイ型に形成された音響素子である。

【0026】

一方、超音波撮像装置１の本体部２には、光ファイバ５ｄから照射されるレーザ７の発振を制御するレーザ制御部２ｂ、超音波トランスデューサ５ｂにバイアス電流を供給するバイアス部２ｃ、光音響カテーテル５に設けられている超音波トランスデューサ５ｂが検知した超音波８から変換された信号を取り込む受信回路部（受信部）２ｅおよび受信回路部２ｅが受信した信号を画像処理する画像処理部２ｆが設けられている。

【0027】

さらに、本体部２には、超音波トランスデューサ５ｂにバイアス電流を供給するバイアス部２ｃや光ファイバ５ｄの駆動や画像処理部２ｆを制御する制御部２ｄが設けられている。

【0028】

また、超音波撮像装置１の表示部３は、画像処理部２ｆによって画像処理された像を表示するモニタである。

【0029】

これにより、超音波撮像装置１では、光音響カテーテル５によるカテーテル前方の撮像を実施することができる。

【0030】

超音波撮像装置１を用いた血栓の撮像および治療では、まず、Ｘ線像によるガイド下で光音響カテーテル５を血栓の近傍まで進める、そして、図２に示すように、光ファイバ５ｄを回転駆動させ、レーザ７を血栓９ａに対して照射し、そこから出てくる超音波８を超音波トランスデューサ５ｂによって検知して血栓９ａの状態を表示部３に映し出す。

【0031】

次に、表示部３の画像を確認しながら血栓９ａに対して同様にレーザ７を照射し、血栓９ａを焼き切って除去する。これにより、血管９の詰まっていた箇所を貫通させる。その後、血管９内にステントを配置し、ステントを拡張させる。

【0032】

さらに、光音響カテーテル５によってレーザ７を照射してステントの留置状態を撮像するとともに確認する。

【0033】

次に、本実施の形態の超音波撮像プローブである光音響カテーテル５の詳細構造について説明する。

【0034】

図４は図１の超音波撮像装置に設けられたカテーテルの構造の一例を示す斜視図、図５は図４のカテーテルにおける先端部の構造の一例を示す拡大部分断面図、図６は図５のカテーテルにおける各部材の位置関係の一例を透過して示す平面図である。

【0035】

図１に示すように、光音響カテーテル（超音波撮像プローブ）５は、超音波撮像装置１の本体部２の接続部２ａに接続されたカテーテル接続部６に接続されており、図４に示すように、細長いチューブ状の部材である。

【0036】

図５に示すように、光音響カテーテル５の先端部付近には、図２に示す超音波８を検知する超音波トランスデューサ５ｂが表面上に形成され、かつ表裏面に貫通する貫通孔５ｃを備えたシリコン基板（基板）５ａと、レーザ７を集光し、かつ貫通孔５ｃ内に配置されたレンズ５ｅと、が設けられている。つまり、シリコン基板５ａとレンズ５ｅは、ハウジング５ｆの先端部の内部に配置されている。なお、ハウジング５ｆは、円筒形（筒状）であり、かつ細長いチューブ状の部材である。なお、図５では、超音波トランスデューサ５ｂの信号を伝達させるために必要な電子回路基板やケーブルは省略されている。なお、図５では、アクチュエータ５ｎを駆動させるために必要な電圧信号を伝達させるためのケーブルは省略されている。

【0037】

また、レーザ７を発振する光ファイバ５ｄは、ハウジング５ｆの内部にその中心軸に沿った状態で納められている。

【0038】

そして、本実施の形態の光音響カテーテル５では、シリコン基板５ａと光ファイバ５ｄが、ハウジング５ｆ内でハウジング５ｆの一部に固定されている。

【0039】

また、シリコン基板５ａは、中央部に円筒形の貫通孔５ｃが形成されているため、その平面視の形状は、リング状であり、かつ円板状である。一方、ハウジング５ｆは、外観形状が円筒形であり、内部にも略円筒形の中空部を有している。そして、シリコン基板５ａの外周部は、ハウジング５ｆの内周壁５ｆｃに固定されている。

【0040】

また、超音波トランスデューサ５ｂは、平面視がリング状を成すシリコン基板５ａ上に形成された静電容量型のセンサであり、その平面視は、図６に示すように貫通孔５ｃを囲むように配置されている。そして、超音波トランスデューサ５ｂの内周側に円筒形のレンズ５ｅが配置されている。つまり、シリコン基板５ａの中央部の円筒形の貫通孔５ｃ内に、円筒形のレンズ５ｅが配置されている。

【0041】

また、円筒形のレンズ５ｅとシリコン基板５ａの貫通孔５ｃとの隙間１０には、透明な樹脂５ｇが充填されている。そして、これらハウジング５ｆとシリコン基板５ａと超音波トランスデューサ５ｂと樹脂５ｇとレンズ５ｅの平面視における形状と位置関係が、図６に示されている。

【0042】

また、図５に示すように、シリコン基板５ａ上に形成された超音波トランスデューサ５ｂは、保護膜５ｈによって覆われており、この保護膜５ｈによって保護されている。

【0043】

そして、レンズ５ｅは、レーザ７の発振方向Ｐに対して交差する第１面５ｅａとその反対側の第２面５ｅｂとを有しており、第１面５ｅａと第２面５ｅｂのうち外側（先端側）に位置する第２面５ｅｂは、この第２面５ｅｂに接触する透明なガラスカバー５ｉによって覆われている。つまり、ガラスカバー５ｉは、円板状であり、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃの先端側の開口部分を塞ぐように配置されている。

【0044】

なお、円板状のガラスカバー５ｉの円周方向の外側には、超音波トランスデューサ５ｂが配置され、ガラスカバー５ｉとハウジング５ｆとの間の位置に充填された保護膜５ｈによって覆われている。

【0045】

また、レンズ５ｅの第１面５ｅａと第２面５ｅｂとの間に位置する側面（第３面）５ｅｃは、その一部分が上述のように透明な樹脂５ｇによって覆われている。詳細には、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃ内において、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃの内壁と、レンズ５ｅの側面５ｅｃと、ガラスカバー５ｉの一部とによって形成される上述の隙間１０には、透明な樹脂５ｇが充填されている。

【0046】

また、ハウジング５ｆの外側には、ハウジング５ｆを覆うように樹脂製のシース５ｋが設けられており、これにより、シース５ｋとハウジング５ｆとの間の領域は、血液除去液の流路５ｍとなっている。

【0047】

ここで、本実施の形態の光音響カテーテル５では、シリコン基板５ａと光ファイバ５ｄは、ハウジング５ｆに固定されている。詳細には、シリコン基板５ａは、ハウジング５ｆ内においてその中心に向かって内周壁５ｆｃから迫り出したリング状の支持部５ｆａ上に配置され、この支持部５ｆａに固定されている。

【0048】

一方、光ファイバ５ｄは、円筒形のハウジング５ｆの内部の中心部に、ハウジング５ｆの延在方向に沿った状態で配置され、ハウジング５ｆの内周壁５ｆｃから迫り出した支持部５ｆｂに回転自在に支持されている。

【0049】

これにより、本実施の形態の光音響カテーテル５では、シリコン基板５ａと光ファイバ５ｄがハウジング５ｆに固定されていることにより、シリコン基板５ａ上に形成されている超音波トランスデューサ５ｂと、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃに配置されたレンズ５ｅと、光ファイバ５ｄと、の３つの軸を揃えることができる。

【0050】

すなわち、レンズ５ｅがシリコン基板５ａの貫通孔５ｃによって位置決めされ、シリコン基板５ａと光ファイバ５ｄはハウジング５ｆによって位置決めされるため、超音波トランスデューサ５ｂと、レンズ５ｅと、光ファイバ５ｄと、の３つの軸を揃えることができる。言い換えると、図５に示す光ファイバ５ｄの中心Ｃ３と、後述する図８に示すシリコン基板５ａの中心Ｃ１と、レンズ５ｅの中心Ｃ２と、を高い位置精度で合わせることができる。

【0051】

その結果、光音響カテーテル（超音波撮像プローブ）５における組立て精度を確保することができる。別の表現をすると、光音響カテーテル５において、レーザ７（レンズ５ｅ）と超音波トランスデューサ５ｂの位置精度を高めた部品実装方法を確立することができる。

【0052】

本実施の形態の光音響カテーテル５では、例えば、音響素子（超音波トランスデューサ５ｂ）と、光学素子（光ファイバ５ｄやレンズ５ｅ）とを１００μｍ程度の精度で配置・固定することができる。

【0053】

また、本実施の形態の光音響カテーテル５では、光ファイバ５ｄは、その先端側が、回転自在となるように取り付けられている。具体的には、図５に示すように、光ファイバ５ｄの先端側に、アクチュエータ５ｎが取り付けられており、光ファイバ５ｄの先端側を回転させることができる。

【0054】

これにより、光ファイバ５ｄから発振されるレーザ７の視野角を確保することができる。

【0055】

ここで、ハウジング５ｆは、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属、あるいは樹脂によって形成されていることが好ましい。ハウジング５ｆがＳＵＳによって形成されていることにより、ＳＵＳは加工精度が高い材料であるため、ハウジング５ｆの加工精度も高めることができ、ハウジング５ｆによるシリコン基板５ａや光ファイバ５ｄの位置決め精度も高めることができる。

【0056】

ただし、ハウジング５ｆは、微細加工が可能な樹脂によって形成されていてもよい。

【0057】

また、レンズ５ｅとシリコン基板５ａの貫通孔５ｃとの隙間１０に充填される透明な樹脂５ｇは、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂もしくは２液性硬化型樹脂などである。

【0058】

なお、レンズ５ｅは、例えば、ＧＲＩＮレンズである。

【0059】

次に、シリコン基板５ａに形成された貫通孔５ｃとレンズ５ｅとの位置ずれ量について説明する。図７は図５のカテーテルにおける貫通孔とレンズの位置ずれの関係の一例（ずれ無し）を示す部分断面図、図８は図５のカテーテルにおける貫通孔とレンズの位置ずれの関係の一例（ずれ最大）を示す部分断面図である。

【0060】

シリコン基板５ａの貫通孔５ｃにおけるレンズ５ｅの位置は、図７に示す位置が理想的である。すなわち、貫通孔５ｃの中央にレンズ５ｅが配置されている場合である。ここで、レンズ５ｅの直径Ｌ１＝３５０μｍ、貫通孔５ｃの直径Ｌ２＝５００μｍ、レーザスキャンの範囲Ｌ３＝２００μｍとすると、貫通孔５ｃの中心Ｃ１に対してレンズ５ｅがその中心Ｃ２が一致するように配置されている。そして、レーザスキャンはその範囲Ｌ３が２００μｍであるため、レンズ５ｅの直径Ｌ１の３５０μｍに対して、その中央付近においてレーザスキャンを行うことができる。

【0061】

また、図８は貫通孔５ｃの中心Ｃ１に対してレンズ５ｅの中心Ｃ２が向かって左側に最大限に偏って配置されている場合である（許容するずれ量が最大の場合）。この場合、レーザスキャンの範囲Ｌ３の端部がレンズ５ｅの直径Ｌ１の範囲の端部と重なっており、レーザスキャンの範囲Ｌ３が、レンズ外とならないようにする場合のレンズ５ｅの位置ずれの最大を示す箇所である。

【0062】

シリコン基板５ａの貫通孔５ｃに対するレンズ５ｅの位置ずれについては、レーザスキャンの範囲Ｌ３がレンズ外とならないことが重要である。レーザスキャンの範囲Ｌ３がレンズ外となると、レーザ７のパワーが低下し、所望の光音響信号が発生せず、感度不足となって撮像の画質が低下する。この時、貫通孔５ｃに対するレンズ５ｅのずれ量は、レーザスキャンの範囲Ｌ３とレンズ５ｅの直径Ｌ１とに関わる。

【0063】

したがって、図８に示すレンズ５ｅのずれ量が最大の場合が許容範囲の限界を示しており、図８に示す構造では、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃの直径Ｌ２とレンズ５ｅの直径Ｌ１との差Ｚは、１５０μｍであり、上記Ｚの数値の大きさは、１５０μｍが限界値である。つまり、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃの直径Ｌ２とレンズ５ｅの直径Ｌ１との差Ｚは、１５０μｍ以内が好ましいと言える。

【0064】

このように貫通孔５ｃの直径Ｌ２とレンズ５ｅの直径Ｌ１との差Ｚを１５０μｍ以内とすることにより、レーザ７のパワーの低下を抑制し、撮像の画質の低下を防ぐことができる。

【0065】

なお、図１に示す本実施の形態の超音波撮像装置１では、上述のような図５に示す光音響カテーテル（超音波撮像プローブ）５を備えている。すなわち、上述の光音響カテーテル５において、レーザ７は、シリコン基板５ａが備える貫通孔５ｃ内に配置されたレンズ５ｅによって集光され、かつシリコン基板５ａ（超音波トランスデューサ５ｂ）と光ファイバ５ｄとが、それぞれ筒状のハウジング５ｆの内部でハウジング５ｆの一部に固定されている。

【0066】

本実施の形態の超音波撮像装置１によれば、超音波撮像装置１が備える光音響カテーテル５において、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃにレンズ５ｅが配置され、かつシリコン基板５ａと光ファイバ５ｄとがハウジング５ｆに固定されたことにより、シリコン基板５ａ上の超音波トランスデューサ５ｂ（音響素子）と、光ファイバ５ｄやレンズ５ｅなどの光学素子との位置精度を高めることができる。

【0067】

その結果、超音波撮像装置１の音響性能を向上させることができる。詳細には、超音波撮像装置１において、超音波撮像装置１が備える光音響カテーテル５の組立て精度を確保することができ、これにより、超音波撮像装置１において得られる画像の分解能を向上させることができる。

【0068】

また、本実施の形態の超音波撮像装置１では、光音響カテーテル５を備えていることで、主にＣＴＯ（慢性完全閉塞病変）に対して、カテーテルの前方撮像と高パワーのレーザ照射による血栓除去を行うことができる。その結果、困難とされている上記ＣＴＯのステント治療を可能にすることができる。

【0069】

次に、本実施の形態の光音響カテーテル（超音波撮像プローブ）５の製造方法について説明する。本実施の形態では、半導体プロセスの製造工程を利用して光音響カテーテル５を製造する場合を説明する。

【0070】

まず、図５に示すように、半導体プロセスを用いてシリコン基板５ａ上に静電容量型の超音波トランスデューサ５ｂを形成する。すなわち、シリコン基板５ａ上に静電容量型で、かつ平面視において貫通孔５ｃを囲むようにＭＥＭＳセンサである超音波トランスデューサ５ｂを形成する。

【0071】

次に、シリコン基板５ａの中央部に表裏面に貫通する貫通孔５ｃを形成する。なお、ここでは、例えば、エッチング加工により、シリコン基板５ａの略中央部に貫通孔５ｃを形成する。

【0072】

つまり、超音波を検知する超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）５ｂが表面に形成され、かつ超音波トランスデューサ５ｂの内周側に、表裏面に貫通する貫通孔５ｃを備えたシリコン基板５ａを準備し、さらに、筒状の細長いハウジング５ｆを準備する。なお、貫通孔５ｃを形成する際のエッチング加工でシリコン基板５ａの外周形状（円形）も形成する。すなわち、貫通孔５ｃの形成と同じエッチング加工工程で、シリコン基板５ａを円板状に形成する。これにより、シリコン基板５ａも、その平面視がリング状（円板状）となる。

【0073】

ただし、貫通孔５ｃの形成とシリコン基板５ａの外周形状の形成とは、それぞれ別々の工程で加工してもよい。

【0074】

次に、筒状のハウジング５ｆの内部に超音波トランスデューサ５ｂが形成されたシリコン基板５ａを固定する。ここでは、ハウジング５ｆの内部において、その内周壁５ｆｃから迫り出した支持部５ｆａ上にシリコン基板５ａを固定する。この時、シリコン基板５ａの外周部を、ハウジング５ｆの内周壁５ｆｃに固定し、支持部５ｆａ上に配置する。これにより、シリコン基板５ａおよび超音波トランスデューサ５ｂは、ハウジング５ｆの内周壁５ｆｃによって位置決めされる。

【0075】

次に、シリコン基板５ａに対して透明なガラスカバー５ｉを取り付ける。この時、シリコン基板５ａ上に形成された超音波トランスデューサ５ｂの内周側において、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃの先端側の開口部を塞ぐように円板状のガラスカバー５ｉをシリコン基板５ａに取り付ける。

【0076】

これにより、平面視では、ハウジング５ｆとガラスカバー５ｉの間に超音波トランスデューサ５ｂが配置された状態となっている。

【0077】

次に、ガラスカバー５ｉとハウジング５ｆとの間の領域において、超音波トランスデューサ５ｂを保護する保護膜５ｈを充填させる。

【0078】

次に、ハウジング５ｆの表裏を反転させ、この状態（シリコン基板５ａの貫通孔５ｃの開口部が上方を向いた状態）で、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃ内に円筒形のレンズ５ｅを配置する。

【0079】

この時、レンズ５ｅを貫通孔５ｃに嵌め込み、レンズ５ｅの第２面５ｅｂをガラスカバー５ｉに接触させる。そして、レンズ５ｅをシリコン基板５ａの貫通孔５ｃ内に配置した後、レンズ５ｅと貫通孔５ｃの隙間１０に透明な樹脂５ｇを充填する。

【0080】

詳細には、円筒形のレンズ５ｅと、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃの内壁と、円板状のガラスカバー５ｉとからなる隙間１０に、透明な樹脂５ｇを流し込み、レンズ５ｅを固着する。

【0081】

これにより、円筒形のレンズ５ｅはシリコン基板５ａの貫通孔５ｃによって位置決めされる。

【0082】

次に、ハウジング５ｆの内部に、レーザ７を発振する光ファイバ５ｄを固定する。詳細には、ハウジング５ｆの内部においてその内周壁５ｆｃから迫り出した支持部５ｆｂに、光ファイバ５ｄを固定する。この時、図８に示す円板状のシリコン基板５ａの中心Ｃ１と、図５に示す光ファイバ５ｄの中心Ｃ３とが合うように、光ファイバ５ｄの固定位置を調整する。光ファイバ５ｄの調整方法として、例えば、光ファイバ５ｄから調整用のレーザを照射し、そのレーザが所定の位置に照射されるようにしても良い。調整用のレーザは、例えば、赤色レーザなどの可視光を用いると調整が容易である。

【0083】

さらに、光ファイバ５ｄの固定位置を調整する際に、アクチュエータ５ｎを駆動させて、光ファイバ５ｄから照射されるレーザ７が所定の範囲で回転することを確認するのも良い。

【0084】

次に、ハウジング５ｆの外周部に樹脂製のシース５ｋを被せる。これにより、シリコン基板５ａと光ファイバ５ｄとをハウジング５ｆに固定した光音響カテーテル５の組立てが完了となる。

【0085】

本実施の形態の光音響カテーテル５の組立てでは、半導体製造プロセスのエッチング加工によって、シリコン基板５ａの貫通孔５ｃを形成するとともに、シリコン基板５ａの外周部を円形に形成している。したがって、貫通孔５ｃや基板外周の加工精度を高めることができる。

【0086】

これにより、貫通孔５ｃ内に配置するレンズ５ｅの位置決め精度やハウジング５ｆ内に取り付けるシリコン基板５ａの位置決め精度を高めることができる。その結果、レンズ５ｅとシリコン基板５ａ上の超音波トランスデューサ５ｂとの位置精度を高めることができる。すなわち、光音響カテーテル５の組立て精度を高めることができ、光音響カテーテル５を用いた超音波撮像装置１において、得られる画像の分解能を向上させることができる。

【0087】

また、本実施の形態の光音響カテーテル５では、光ファイバ５ｄを回転させることができるため、レーザ７を回転させながら照射することができ、超音波照射を行うプローブに比較して視野の角度を広げることができる。

【0088】

また、半導体製造プロセスによってシリコン基板５ａ上に超音波トランスデューサ５ｂを形成するため、シリコン基板５ａ上に高い位置精度で超音波トランスデューサ５ｂを形成することができる。

【0089】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0090】

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。

【0091】

上記実施の形態では、光ファイバ５ｄがハウジング５ｆの支持部５ｆｂによって固定されている場合を説明したが、シリコン基板５ａの貼り合わせによりシリコン基板５ａを厚く形成し、半導体製造プロセスを利用した組立てによる構造で光ファイバ５ｄを支持するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0092】

１ 超音波撮像装置
２ 本体部
２ａ 接続部
２ｂ レーザ制御部
２ｃ バイアス部
２ｄ 制御部
２ｅ 受信回路部（受信部）
２ｆ 画像処理部
３ 表示部
４ 入力部
５ 光音響カテーテル（超音波撮像プローブ）
５ａ シリコン基板（基板）
５ｂ 超音波トランスデューサ
５ｃ 貫通孔
５ｄ 光ファイバ
５ｅ レンズ
５ｅａ 第１面
５ｅｂ 第２面
５ｅｃ 側面（第３面）
５ｆ ハウジング
５ｆａ 支持部
５ｆｂ 支持部
５ｆｃ 内周壁
５ｇ 樹脂
５ｈ 保護膜
５ｉ ガラスカバー
５ｋ シース
５ｍ 流路
５ｎ アクチュエータ
７ レーザ
８ 超音波
９ 血管
９ａ 血栓
１０ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】