(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】
(24)【登録日】2024-07-19
(45)【発行日】2024-07-29
(54)【発明の名称】音響結合インターフェイス
(51)【国際特許分類】
H04R 1/00 20060101AFI20240722BHJP
G01N 29/28 20060101ALI20240722BHJP
H04R 17/00 20060101ALI20240722BHJP
G10K 11/24 20060101ALI20240722BHJP
A61B 8/00 20060101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
H04R1/00 330A
G01N29/28
H04R17/00 330J
G10K11/24
A61B8/00
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021547737
(86)(22)【出願日】2020-02-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-21
(86)【国際出願番号】 EP2020054016
(87)【国際公開番号】W WO2020182416
(87)【国際公開日】2020-09-17
【審査請求日】2022-11-24
(31)【優先権主張番号】19162705.8
(32)【優先日】2019-03-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】514156563
【氏名又は名称】アイメック・ヴェーゼットウェー
【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ ＶＺＷ
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100112911
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 晴夫
(72)【発明者】
【氏名】ロッテンベルク，グザヴィエ
【審査官】毛利 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２５７０１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５８６０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３２６２２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０７１３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２２６００６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４６１５８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０５６８０８６３（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／００１１８６５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｒ １／００ － ３１／００
Ｇ１０Ｋ １１／００ － １１／３６
Ｇ０１Ｎ ２９／２８
Ａ６１Ｂ ８／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
フレキシブル超音波トランスデューサ（２）と検査される湾曲した対象物（３）との間で使用するための音響結合インターフェイス（１）であって、前記インターフェイス（１）は、フレキシブル超音波トランスデューサ（２）の動作中に、シート（４）が前記湾曲した対象物（３）との連続的な接触を形成して、前記湾曲した対象物（３）の形状または曲率をフレキシブル超音波トランスデューサ（２）に伝達できる、曲げ可撓性を有するシート（４）の形態であり、前記シート（４）は、バルク材料（５）と、前記バルク材料（５）内に配置された複数の音響導波路構造（６）とを含み、前記複数の音響導波路構造（６）は、前記超音波トランスデューサ（２）によって放出される超音波信号（７）の双方向の結合を提供することを特徴とする音響結合インターフェイス。
【請求項2】
前記シートは、前記フレキシブル超音波トランスデューサ（２）に接触するように配置された第１の平面（４ａ）と、前記第１の平面（４ａ）とは反対側にあって、検査される前記湾曲した対象物（３）に接触するように配置された第２の平面（４ｂ）とを有し、前記シート（４）は、動作中に前記シート（４）が前記湾曲した対象物（３）に接触しているときに、前記第１の平面（４ａ）と前記第２の平面（４ｂ）の両方の表面プロファイルが、前記第２の平面（４ｂ）が前記湾曲した対象物（３）に適合した状態で変化するような曲げ可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項3】
前記第１の平面（４ａ）および前記第２の平面（４ｂ）は、長さおよび幅がともにシートの厚さの少なくとも５倍であることを特徴とする請求項２に記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項4】
前記シート（４）は、５ｃｍ未満の曲率半径（Ｒｃ）でシートを曲げることができる曲げ可撓性を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項5】
前記複数の音響導波路構造（６）は、細長い形態を有する導波路構造を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項6】
複数の音響導波路構造（６）は、バルク材料（５）と、バルク材料（５）とは異なる他の材料（６ｃ）とを交互に配置した配列（７）を含み、前記配列（７）は、第１の平面（４ａ）から第２の平面（４ｂ）まで延びていることを特徴とする請求項２～５のいずれかに記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項7】
前記複数の音響導波路構造（６）は、前記第１の平面（４ａ）から前記第２の平面（４ｂ）まで延びる導波路構造を含むことを特徴とする請求項２～６のいずれかに記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項8】
複数の音響導波路構造（６）は、バルク材料（５）とは異なる固体材料を含むことを特徴とする請求項１～７のいずれかに音響結合インターフェイス（１）。
【請求項9】
複数の音響導波路構造（６）は、第１の平面（４ａ）および／または第２の平面（４ｂ）から突出していることを特徴とする請求項７に記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項10】
複数の音響導波路構造（６）は、バルク材料（５）内に空隙（８ａ）の形で導波路構造を規定するように、バルク材料（５）内の内壁（８）を含むことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項11】
バルク材料（５）は、ポリマーを含むことを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の音響結合インターフェイス（１）。
【請求項12】
湾曲した対象物（３）の特徴を表すデータを作成するためのシステム（１０）であって、フレキシブル超音波トランスデューサ（２）と、
請求項１～１１のいずれか１項に記載の音響結合インターフェイス（１）であって、前記超音波トランスデューサ（２）に取り外し可能に取り付けられ、前記超音波トランスデューサ（２）が発する超音波信号（１１）が前記対象物（３）に送信され、前記対象物（３）からの結果のエコー信号（１２）が前記超音波トランスデューサ（２）に戻るように送信されるように構成された音響結合インターフェイス（１）と、を含むシステム（１０）。
【請求項13】
前記フレキシブル超音波トランスデューサ（２）は、超音波トランスデューサ（１３ａ）のアレイ（１３）を含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム（１０）。
【請求項14】
湾曲した対象物の特徴を表すデータを得る方法（１００）であって、請求項１２または１３に記載のシステムを用いて対象物に超音波信号を照射するステップ（１０１）と、
対象物からの結果のエコー信号を分析し、それにより結果のエコー信号に基づいて前記対象物の特徴を表すデータを得るステップ（１０２）と、を含む方法（１００）。
【請求項15】
対象物に超音波信号を照射するステップは、音響結合インターフェイスと対象物の直接接触、および／または音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサの直接接触で行われることを特徴とする請求項１４に記載の方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の概念は、超音波検査の分野に関する。より詳細には、フレキシブル超音波トランスデューサと一緒に使用するための音響結合インターフェイスに関する。
【背景技術】
【0002】
大規模な２Ｄアレイの超音波アレイは、医療市場や民生用電子機器において多くの用途がある。例えば、医療用イメージング、ジェスチャー認識、指向性サウンド、指紋検出、空中ハプティクスなどである。
【0003】
圧電マイクロマシン加工された超音波トランスデューサ（ｐＭＵＴ）の標準的な構造は、当該技術分野では知られている。小型のドラムを作り、その上に吊り下げ式の膜を載せて小さなキャビティを作製する。このキャビティの寸法と膜の剛性との組み合わせによって、特定のＭＵＴの共振周波数が決まる。一例として、ＭＵＴは圧電効果（ｐＭＵＴ）で駆動する。圧電材料に共振周波数の交流電界を印加すると、圧電材料と膜の間に応力差が発生し、これにより振動と音響波の放出が誘発される。典型的な周波数は５０ｋＨｚ～２０ＭＨｚの範囲である。ビームフォーミングを利用して発光時に焦点スポットを形成したり、受信時に小さなスポットを画像化したりするアプリケーションでは、連携して動作する超音波トランスデューサのより大きなアレイが必要となる。
【0004】
当該技術分野では、平坦で剛性の高い基板上で製造された超音波トランスデューサは湾曲した対象物の走査に適していない場合があるため、湾曲した対象物の検査、例えばイメージングや対象物の特徴を表すデータを得るための超音波トランスデューサおよびシステムの改良設計が必要とされる。オペレータは、検査対象の湾曲した対象物に対して平らなトランスデューサを移動させたり押し付けたりしなければならず、画像の再生などが困難になる。
【0005】
フレキシブル超音波トランスデューサは、例えばＵＳ２０１０１６８５４４において知られており、このＵＳ２０１０１６８５４４は、フレキシブルトランスデューサを対象物に結合するための方法およびシステムを開示している。トランスデューサ位置決め装置は、膨張可能なブラダーとストラップとを含む。膨張可能なブラダーは、膨張したときに対象物に対して位置を維持するために、トランスデューサアレイに力を加えてもよい。ストラップは、トランスデューサアレイに対してブラダーを保持することができる。所定の位置に配置された後、ブラダーは流体で膨張させることができる。
【0006】
しかしながら、当該技術分野では、フレキシブル超音波トランスデューサを使用して湾曲した対象物の超音波検査を改善することができる解決策が必要とされている。
【発明の概要】
【0007】
本発明の目的は、先行技術の１つまたは複数の制限を少なくとも部分的に克服することである。特に、湾曲した対象物の改善された超音波検査を提供する、フレキシブル超音波トランスデューサのための結合インターフェイスを提供することを目的とする。
【0008】
本発明の第１の態様として、フレキシブル超音波トランスデューサと検査対象の湾曲した対象物との間で使用する音響結合インターフェイスが提供され、このインターフェイスは、フレキシブル超音波トランスデューサの動作中にシートが湾曲した対象物と連続的な接触を形成することを可能にする曲げ可撓性を有するシートの形態であり、このシートは、バルク材料と、バルク材料内に配置された複数の音響導波路構造とを含み、複数の音響導波路構造は、超音波トランスデューサによって放出された超音波信号の双方向のカップリングを提供するためのものである。
【0009】
音響結合インターフェイスは、使い捨てのインターフェイスであってもよく、フレキシブル超音波トランスデューサと湾曲した検査対象物の間で使用される。
【0010】
検査対象物とは、超音波診断装置を用いた検査時に音響結合インターフェイスと接触する対象物をいう。検査中に、湾曲していないが、検査された湾曲した対象物内に存在する特徴を表すデータが収集されるにもかかわらず、この対象物はこのように湾曲していてもよい。
【0011】
好適な湾曲した対象物は、２０ｃｍ未満、例えば１０ｃｍ未満の曲率半径を有する曲率を含む対象物であってもよい。湾曲した対象物は、腕や脚など、患者の身体の一部であってもよい。音響結合インターフェイスは、湾曲した対象物の超音波検査時に、フレキシブル超音波トランスデューサの屈曲に追従し得るフレキシブルインターフェイスである。
【0012】
音響結合インターフェイスは、さらに、シートの形態である。音響結合インターフェイスのシートは、一般に、互いに対向して配置された、即ち、２つの異なった平行な方向を向く法線ベクトルを有する２つの平面である第１および第２の平面で構成されている。
【0013】
このように第１および第２の平面はＸ－Ｙ平面上に延び、シートはＸ方向およびＹ方向に垂直なＺ方向に定義された厚さを有してもよい。シートはさらに、曲げ可撓性、例えば正または負のＺ方向のＸ－Ｙ平面における曲げ可撓性を有しており、これにより、音響結合インターフェイスが湾曲した対象物の周りで曲がることができ、湾曲した対象物の検査中に壊れることなく湾曲した対象物と連続的に接触することができる。シートの表面上の２つの点の間に引かれた想像上の線は、シートがＺ方向に曲げられているときには、この点はＺ方向に離れて、直線ではなく曲線になる。
【0014】
音響インターフェイスのバルク材料は、複数の音響導波路構造を含む。このように、シートはバルク材料で構成されてもよい。
【0015】
バルク材料は、それ自体がフレキシブル材料であってもよい。
【0016】
バルク材料は、ゴムやポリマー材料を含んでもよいし、それらで構成されてもよい。このように、第１の態様の実施形態では、バルク材料はポリマーを含む。また、バルク材料はゴムであってもよいし、ゴムを含んでもよい。さらに、バルク材料は、ＳＵ－８、窒化珪素およびポリイミドからなる群から選択されてもよい。
【0017】
さらに、バルク材料は層状の材料であってもよい。このように、バルク材料は、互いに積層された個々の層を含む多層構造であってもよい。このような個々の層の１つはフレキシブルである必要はないが、多層構造全体はフレキシブルである。一例として、多層構造の個々の層は、酸化シリコンを含んでも、酸化シリコンで構成されてもよい。
【0018】
また、導波路構造は、音響導波路のアレイのような音響導波路を含んでも良い。さらに、音響導波路構造は、一緒になって音響導波路構造として機能する、バルク材料中に配置された一連の音響散乱体を含んでもよい。
【0019】
複数の音響導波路構造は、超音波トランスデューサによって放出される超音波信号の双方向の結合を提供するものである。このように、音響結合インターフェイスは、フレキシブル超音波トランスデューサによって放出された超音波信号の検査対象物への透過を容易にし、その結果、対象物からのエコー信号がフレキシブル超音波トランスデューサに戻って送信されることを可能にする。したがって、音響導波路構造は、超音波トランスデューサから放射された超音波および被検物から受信したエコー信号に対する音響レンズとして機能することができる。
【0020】
本発明の第１の態様は、フレキシブル音響インターフェイスが、人などの検査対象物と、超音波変換素子のアレイを含むフレキシブル超音波トランスデューサのようなフレキシブル超音波トランスデューサとの間の良好な音響的接触を可能にするという洞察に基づく。これにより、フレキシブル音響インターフェイスは、検査対象物の形状や曲率をフレキシブル超音波トランスデューサに伝達する。さらに、フレキシブル音響インターフェイスは、例えば人体の超音波検査を行う際に従来使用されていたゲルの代替品または補完品としても機能する。導波管構造により、音響インターフェイスは、検査対象物との不均一な、場合によっては非粘着性の接触を可能にする方法で音響波を結合する。
【0021】
さらに、音響インターフェイスは、使い捨てパッチとして機能してもよく、これにより、フレキシブル超音波トランスデューサの再利用が可能になる。
【0022】
第１の態様の実施形態では、シートは、フレキシブル超音波トランスデューサに接触するように配置された第１の平面と、第１の平面とは反対側の、湾曲した検査対象物に接触するように配置された第２の平面とを有し、シートは、動作中にシートが湾曲した検査対象物に接触しているときに、第２の平面が湾曲した検査対象物に適合するように、第１および第２の平面の両方の表面プロファイルが変更されるような曲げ可撓性を有している。
【0023】
シートの可撓性と厚さは、検査中、すなわち、フレキシブルトランスデューサが検査対象物に押し付けられたときに、第１および第２の平面の表面形状が影響を受けるようになっている。この結果、対象物の曲率をフレキシブル超音波トランスデューサに「転送」することができる。
【0024】
一例として、第１および第２の平面は、シートの厚さの少なくとも５倍、例えば少なくとも１０倍、例えば少なくとも２０倍、例えば少なくとも５０倍の長さおよび幅を有してもよい。このように、シートの長さだけでなく、シートの幅も、厚さの５倍以上の長さを有してもよい。
【0025】
一例として、シートは、少なくとも０．２ｃｍ、例えば少なくとも１ｃｍ、例えば少なくとも５ｃｍ、例えば少なくとも１０ｃｍ、例えば少なくとも５０ｃｍの長さと幅を有してもよい。
【0026】
一例として、シートは、０．２０ｃｍ２から０．５０ｃｍ２の間の表面積を有してもよい。さらなる例として、シートは、１ｃｍ２から２５ｃｍ２の間の表面積を有してもよい。さらなる例として、シートは、３０ｃｍ２から７０ｃｍ２の間の表面積を有してもよい。
【0027】
さらなる例として、シートは、少なくとも８０ｃｍ２、例えば約１００ｃｍ２のような表面積を有してもよい。
【0028】
さらにシートは、０．１０ｍ２以上、例えば０．２０ｍ２以上の表面積を有してもよい。
【0029】
さらに、シートは、１０μｍと１ｃｍの間の厚さ、例えば０．５ｍｍと１．０ｍｍの間の厚さを有してもよい。
【0030】
一例として、第１および第２の平面は、Ｘ方向およびＹ方向に延びてもよく、シートは、Ｘ方向およびＹ方向に垂直なＺ方向に延びる厚さを有してもよい。シートは、少なくとも３０度、例えば少なくとも４５度、例えば少なくとも９０度の曲げ角度でＺ方向に曲げることができるような可撓性を有してもよい。
【0031】
第１の態様の実施形態では、シートは５ｃｍ未満、好ましくは３ｃｍ未満、より好ましくは２ｃｍ未満の曲率半径（Ｒｃ）でシートを曲げることができる曲げ可撓性を有する。
【0032】
第１の態様の他の実施形態では、シートは、１０～３０ｃｍ、例えば１５～２０ｃｍの曲率半径（Ｒｃ）でシートを曲げることができる曲げ可撓性を有する。
【0033】
曲率半径は、正または負のＺ方向、すなわち、第１および／または第２の平面の法線に沿った方向に曲げるときに定義されてもよい。最小曲率半径は、５ｃｍ未満、例えば１～４ｃｍであってもよい。
【0034】
さらに、第１の態様の実施形態では、シート全体またはバルク材料は、フレキシブル超音波トランスデューサの動作中にシートが湾曲した対象物との連続的な接触を形成することを可能にする曲げ弾性率（modulus of elasticity）を有する。
【0035】
材料の曲げ弾性率は、その材料が曲がる能力を示す物理的特性である。機械的に言えば、曲げ変形、つまり曲げるときの応力とひずみの比である。シートがプラスチックの場合は、ポリマーの種類や分子量、厚さなどが可撓性に影響する。
【0036】
一例として、シート全体またはバルク材料は、５０ＧＰａ未満、例えば２０ＧＰａ未満の曲げ弾性率を有してもよく、それにより、フレキシブル超音波トランスデューサの動作中に、シートが湾曲した対象物との連続的な接触を形成することが可能になる。
【0037】
材料の曲げ弾性率は、幅ｗと高さｈを持つ材料の長方形の梁に対して、既知の３点分析を用いて測定することができる。パラメータＬは、梁の第１の面にある２つの支持点間の長さを規定し、梁の他の面に力Ｆが加えられる。変位またはたわみｄが測定され、曲げ弾性率Ｅｂｅｎｄ（面積当たりの力）は次のように計算される。
Ｅｂｅｎｄ＝（Ｌ３Ｆ）／（４ｗｈ３ｄ）
Ｅｂｅｎｄ＝（Ｌ３Ｆ）／（４ｗｈ３ｄ）
【0038】
第１の態様の実施形態では、複数の音響導波路構造が、バルク材料中にアレイ状に配置されている。アレイは、一次元、二次元及び／又は三次元であってもよい。
【0039】
一例として、複数の音響導波路構造は、２０以上、例えば５０以上の個々の音響導波路構造または音響導波路を含んでいてもよい。
【0040】
第１の態様の実施形態では、シートは伸縮可能なシートである。これにより、音響結合インターフェイスのシートは、可逆的に歪みに耐えることができる材料でもよい。このように、シートはまた、弾性材料を含んでも、弾性材料から構成されてもよい。
【0041】
しかしながら、シートは非弾性材料を含んでも、非弾性材料から構成されてもよい。
【0042】
第１の態様の実施形態では、複数の音響導波路構造は、細長い形状を有する導波路を含む。
【0043】
このように、導波管は、バルク材料の一部または全体を通って延びる柱の形態であってもよい。
【0044】
第１の態様の実施形態では、複数の音響導波路構造は、バルク材料とバルク材料とは異なる他の材料を交互に配置して構成され、この配置は、第１の平面から第２の平面まで延びている。
【0045】
代わりに、音響導波路構造は、バルク材料によって完全に囲まれてもよい。
【0046】
バルク材料と異なる材料は、空隙またはバルク材料と異なる音響インピーダンスを有する材料であってもよい。
【0047】
バルク材料と「他の材料」を交互に配置することで、バルク材料の中に「別の材料」の個別の要素の３次元アレイを形成してもよい。三次元アレイの個別の要素の列のような個別の要素は、音響導波構造として共に機能してもよい。
【0048】
一例として、複数の音響導波路構造は、第１の平面から第２の平面に向かって延びる導波路で構成されてもよい。この結果、音響導波路構造は、Ｚ方向全体またはシートの厚さ全体に広がってもよい。したがって、導波管は、シートの第１または第２の平面に実質的に垂直な方向に、シートの厚さを通ってバルク材料内に延びる複数のピラーを形成してもよい。
【0049】
第１の態様の実施形態では、複数の音響導波路構造は、バルク材料とは異なる固体材料を含む。
【0050】
バルク材料と異なる固体材料は、バルク材料と異なる音響インピーダンスを有してもよい。固体材料は、金属材料でもよいし、ポリマー材料でもよい。
【0051】
一例として、複数の音響導波路構造の固体材料は、第１の平面および／または第２の平面から突出してもよい。このように、複数の音響導波路構造は、シートの第１の平面からのみ突出してもよいし、シートの第１の平面および第２の平面の両方から突出してもよいし、シートの第２の平面からのみ突出してもよい。これは、突出した導波管構造が、動作中に、検査対象の湾曲した対象物の表面やフレキシブル超音波トランスデューサの表面のような他の平面への接着を容易にするという点で有利である。このように、固体材料の突出した導波路構造は、音響結合インターフェイスの接着特性を高める突出した素子のアレイを形成してもよい。
【0052】
第１の態様の実施形態では、複数の音響導波路構造は、バルク材料内の空隙の形で、導波路構造を規定する、バルク材料内の内壁を含む。上述のように、空隙は、細長い形態を有し、シートの第１の平面から第２の平面まで延びてもよい。
【0053】
本発明の第２の態様として、
フレキシブル超音波トランスデューサと、
超音波トランスデューサに取り外し可能に取り付けられるように構成され、超音波トランスデューサが発する超音波信号が対象物に送信され、対象物からの結果のエコー信号が超音波トランスデューサに戻るように送信される、第１の態様にかかる音響結合インターフェイスと、を含む、湾曲した対象物の特徴を表すデータを作成するシステムが提供される。この態様は、一般に、前者の態様と同じまたは対応する利点を提示することができる。
フレキシブル超音波トランスデューサと、
超音波トランスデューサに取り外し可能に取り付けられるように構成され、超音波トランスデューサが発する超音波信号が対象物に送信され、対象物からの結果のエコー信号が超音波トランスデューサに戻るように送信される、第１の態様にかかる音響結合インターフェイスと、を含む、湾曲した対象物の特徴を表すデータを作成するシステムが提供される。この態様は、一般に、前者の態様と同じまたは対応する利点を提示することができる。
【0054】
形成される湾曲した対象物の特徴を表すデータは、湾曲した対象物の撮像に使用されてもよい。
【0055】
フレキシブル超音波トランスデューサは、超音波変換素子のアレイを含んでもよい。超音波変換素子は、主変換軸（Ｚ）に沿って伝搬する超音波エネルギーを形成するように構成されてもよい。フレキシブル超音波トランスデューサは、検査中の湾曲した対象物に面し、主変換軸に平行な法線ベクトルを有する第１の外面を含んでもよい。このように、音響結合インターフェイスは、フレキシブル超音波トランスデューサのそのような第１の外面に取り外し可能に取り付けられるように構成されてもよい。超音波トランスデューサの第１の外面は、少なくとも１００ｃｍ２、例えば少なくとも４００ｃｍ２の表面積を有してもよい。このように、このようなフレキシブル超音波トランスデューサの変換素子のアレイは、少なくとも１００ｃｍ２、例えば少なくとも４００ｃｍ２の面積をカバーしてもよい。
【0056】
このように、システムは、上記第１の態様にかかるフレキシブル超音波トランスデューサおよび少なくとも１つの音響結合インターフェイスを備えたキットとして提供されてもよい。フレキシブル超音波トランスデューサは再利用可能であり、一方、音響結合インターフェイスは、超音波検査の間に交換される使い捨てのインターフェイスであってもよい。本システムは、例えば、検査対象物と超音波トランスデューサとの間の音響結合のために従来のゲルを使用することなく、撮像のような超音波検査を提供するという点で有利である。
【0057】
本発明の第３の態様として、
上記第２の態様にかかるシステムを用いて、対象物に超音波信号を照射するステップと、
対象物からの結果のエコー信号を分析し、これによって結果のエコー信号に基づいて対象物の特徴を表すデータを得るステップと、含む対象物の特徴を表すデータを取得する方法が提供される。
上記第２の態様にかかるシステムを用いて、対象物に超音波信号を照射するステップと、
対象物からの結果のエコー信号を分析し、これによって結果のエコー信号に基づいて対象物の特徴を表すデータを得るステップと、含む対象物の特徴を表すデータを取得する方法が提供される。
【0058】
この態様は、一般に、上述した前者の態様と同じまたは対応する利点を提示することができる。対象物は、２０ｃｍ未満、例えば１０ｃｍ未満のような曲率半径の曲率を有する曲率を含む湾曲対象物のような湾曲対象物であってもよい。湾曲した対象物は、腕や脚など、患者の身体の一部であってもよい。
【0059】
結果のエコー信号を分析するステップは、検査対象物の内部など、検査対象物の一部の画像を形成することを含んでもよい。
【0060】
第３の態様の実施形態では、対象物に超音波信号を与えるステップは、音響結合インターフェイスと対象物の直接接触、および／または、音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサの直接接触で実行される。
【0061】
一例として、対象物に超音波信号を照射するステップは、音響結合インターフェイスと対象物を直接接触させて行うことができ、例えば、対象物と音響結合インターフェイスの間にゲルがない状態で行うことができる。
【0062】
さらなる例として、対象物に超音波信号を照射するステップは、音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサを直接接触させて行ってもよく、例えば、音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサとの間にゲルを介さずに行ってもよい。
【0063】
他の例として、対象物に超音波信号を照射するステップは、音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサの直接接触、および音響結合インターフェイスと対象物の直接接触、例えば、音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサの間にゲルがなく、対象物と音響結合インターフェイスの間にゲルがない状態で行われてもよい。
【0064】
しかしながら、対象物に超音波信号を照射するステップは、代替として、音響結合インターフェイスと対象物の間接的な接触、および／または、音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサの間接的な接触を用いて行うことができる。このように、音響結合インターフェイスと対象物の間、または音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサの間にゲルを使用してもよい。さらに例を挙げると、音響結合インターフェイスと対象物の間、および音響結合インターフェイスとフレキシブル超音波トランスデューサの間にゲルを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0065】
本発明の概念の上記および追加の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照した、以下の例示的かつ非限定的な詳細な説明によって、より良く理解されるであろう。図面では、特に断らない限り、同様の要素には同様の参照数字が使用される。
【0066】
【図1】本開示の音響結合インターフェイスの模式的な透視図である。
【図2a】シートのバルク材料に配置された音響導波路構造の例示的な実施形態である。
【図2b】シートのバルク材料に配置された音響導波路構造の例示的な実施形態である。
【図2c】シートのバルク材料に配置された音響導波路構造の例示的な実施形態である。
【図2d】シートのバルク材料に配置された音響導波路構造の例示的な実施形態である。
【図2e】シートのバルク材料に配置された音響導波路構造の例示的な実施形態である。
【図2f】シートのバルク材料に配置された音響導波路構造の例示的な実施形態である。
【図3】音響結合インターフェイスが負のＺ方向に曲げられた場合の曲げ角度と曲率半径を示す模式図である。
【図4a】対象物の検査中に湾曲した対象物の特徴を表すデータを形成するためのシステムｓの例示的な実施形態である。
【図4b】対象物の検査中に湾曲した対象物の特徴を表すデータを形成するためのシステムｓの例示的な実施形態である。
【図4c】対象物の検査中に湾曲した対象物の特徴を表すデータを形成するためのシステムｓの例示的な実施形態である。
【図4d】対象物の検査中に湾曲した対象物の特徴を表すデータを形成するためのシステムｓの例示的な実施形態である。
【図5】対象物の特徴を表すデータを取得する方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0067】
図１は、本開示にかかる音響結合インターフェイス１の模式的な例を示す。インターフェイス１は、Ｘ－Ｙ平面に延びるシート４の形態をしており、Ｘ方向とＹ方向の両方に垂直なＺ方向に延びる厚さを有している。シート４は、第１の平面４ａと、第１の平面４ａに対向する第２の平面４ｂとを有しており、インターフェイス１は、フレキシブル超音波トランスデューサ２と、湾曲した対象物３のような対象物との間で使用するためのものであるため、例えば、使用中に、平面の１つが検査される対象物３に面するのに対し、反対側の平面は超音波トランスデューサに面する。その結果、シート４は、フレキシブル超音波トランスデューサ２に接触するように配置された第１の平面４ａと、第１の平面４ａとは反対側の、湾曲した検査対象物３に接触するように配置された第２の平面４ｂとを有している。
【0068】
シート４は、この例では、Ｘ方向の長さｄ１が約５～２０ｃｍ、例えば約１０ｃｍ、Ｙ方向の長さｄ２が約５～２０ｃｍ、例えば約１０ｃｍの長方形または四角形の形状を有している。シートは、第１の平面２ａおよび第２の平面２ｂの表面積に比べてさらに薄く、例えば、Ｚ方向の厚さｄ３が約０．１ｍｍ～１．０ｍｍである。このように、第１の平面４ａおよび第２の平面４ｂは、ともにシートの厚さの５０倍以上の長さおよび幅を有してもよい。
【0069】
さらに、シート４は、バルク材料５と、バルク材料５に配置された複数の音響導波路構造６とを備えている。図１の例では、音響導波路構造６は、バルク材料５内に２次元アレイ９として配置されている。
【0070】
複数の音響導波路構造６は、対象物３の検査時に超音波トランスデューサ２から発せられる超音波信号７の双方向の結合を行うためのものである。
【0071】
【0072】
図２ａは、バルク材料５内に配置された音響導波路構造６の概略的な実施形態を示している。導波管構造６は、第１の平面４ａから第２の平面４ｂまで延びる細長い形態を有している。したがって、導波路構造６は、Ｚ方向、すなわち、シート４の厚さが規定される方向に延びている。細長い導波管構造、または細長い導波管６は、円柱の形態、または凸状もしくは凹状の外形を有するなど、任意の適切な形態を有してもよい。
【0073】
図２ｂは、バルク材料５内に配置された音響導波路構造６の概略的な実施形態を示している。この例では、導波路構造６は、第２の平面４ｂから突出している。このように、導波路構造６は、第２の平面６ｂから延びる又は突出する部分６ｂを含んでいる。したがって、第２の平面４ｂは、突出部分６ｂのアレイを含んでもよい。突出部６ｂは、シート４の第２外側平面４ｂをより粘着性のあるものにすることによって、すなわち、検査中のインターフェイス１と対象物３との間の摩擦を増加させることによって、検査中の音響結合インターフェイス１と対象物３との間の接触を維持することを助けてもよい。
【0074】
また、音響導波路構造６は、第１の平面４ａから突出してもよい。この例は、図２ｃに示されており、導波管構造体６は、第１の平面６ａから延びるまたは突出する部分６ａを構成している。これにより、第１の平面４ａは、突出部分６ａのアレイを含んでもよい。突出部分６ａは、シート４の第１外側平面４ａをより粘着性のあるものにすることによって、すなわち、検査中のインターフェイス１とフレキシブル超音波トランスデューサ２との間の摩擦を増加させることによって、検査中の音響結合インターフェイス１とフレキシブル超音波トランスデューサ２との間の接触を維持することを助けてもよい。
【0075】
また、音響導波路構造６は、第１の平面４ａおよび第２の平面４ｂの両方から突出していてもよい。このような例は、図２ｄに示されており、音響導波路構造６は、ともに第１の平面４ａから突出した部分６ａと、第２の平面４ｂから突出した部分６ｂとを含む。
【0076】
このように突出部６ａおよび／または６ｂが配置されていると、インターフェイス１とトランスデューサアレイ２の間にゲルを使用したり、インターフェイスと検査対象物３の間にゲルを使用したりする必要がなくなる場合がある。
【0077】
図２ｅは、複数の音響導波路構造６がバルク材料６内に配置されたシート４の模式的な実施形態を示しており、バルク材料６とバルク料材６とは異なる別の材料６ｃが交互に配置された配列７を含む。配列７は、第１の平面４ａから第２の平面４ｂに向かってＺ方向に延びている。このように、バルク材料以外の材料６ｃは、バルク４内の離散的な要素として、例えば、第１の平面４ａから第２の平面４ｂに延びる想像上の直線に沿って配置されている。離散的な要素のサイズおよび隣接する離散的な要素間の距離により、配列７は、シート４を伝搬する超音波のガイド構造として機能する。
【0078】
図２ｆは、上記の図２ａに関連して説明した実施形態と同様の複数の音響導波構造を含むシート４のさらなる模式的な実施形態を示すが、音響導波路構造６は、バルク材料５内に配置された空隙８ａの形態である。したがって、複数の音響導波路構造６は、この例では、バルク材料６内の空隙８ａの形態で導波路構造を規定するように、バルク材料６内の内壁８を構成している。
【0079】
なお、音響導波路構造６は、バルク材料６とは異なる音響インピーダンスを有する材料であってもよい。このように、複数の音響導波路構造６は、バルク材料５とは異なる固体材料で構成されてもよい。
【0080】
音響導波路構造６は、金属やポリマーでもよいし、それらを含んでもよく、バルク材料６内に三次元音響インピーダンスオブジェクトを形成してもよい。
【0081】
バルク材料６は、ポリイミド（ＰＩ）などのポリマーを含んでもよい。バルク料材は、シート４がフレキシブルになるように、可撓性材料でもよい。このように、シート４は、フレキシブル超音波トランスデューサ２の動作中に湾曲した対象物３との連続的な接触を形成するように、フレキシブルであってもよい。一例として、シート４は、検査中に第１の平面４ａおよび第２の平面４ｂの両方の表面プロファイルが変更されるような曲げ可撓性を有していてもよい。検査中にシート４が湾曲した対象物３と接触しているときに、検査対象物に接触している表面または最も近い表面である第２の平面は、湾曲した対象物３に適合してもよい。しかし、シート４は、検査中に第１の平面４ａも湾曲した対象物に適合するように十分な可撓性を有していてもよい。その結果、音響結合インターフェイス１は、検査中に、検査対象物３の表面プロファイルをフレキシブル超音波トランスデューサに伝達することを容易にすることができる。
【0082】
図３は、シート４の可撓性がどのように測定されるかを示す図である。図１に示すものと類似して、第１の平面４ａおよび第２の平面４ｂは、Ｘ方向およびＹ方向に延び、シート４は、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向に延びる厚さを有する。シートは、可撓性を有し、破断することなく、少なくとも３０度の曲げ角度（α）で正または負のＺ方向に曲がってもよい。シート４の厚さは、バルク材料の材質との組み合わせで、シート４の可撓性に影響を与える最も重要な要因となる。また、シート４を折り曲げる際の「破断」とは、折り曲げ時に外周面、すなわち折り曲げ時に張力がかかる領域を有する面に現れる亀裂をいう。図３の例では、この面積が第２の平面２ｂの表面積となる。
【0083】
さらに、曲率半径Ｒｃは、シート４が破断しない程度の５ｃｍ以下でもよい。なお、曲率半径は、折り曲げ時の内側の曲率である。したがって、図３では、シート４が負のＺ－方向に曲げられているので、曲率半径は第１の平面３ａで測定される。
【0084】
図４ａ～４ｄは、対象物３の特徴を表すデータを作成するためのシステム１０の異なる概略的かつ例示的な実施形態を示す。
【0085】
図４ａに示すように、システム１０は、フレキシブル超音波トランスデューサ２を含む。この超音波トランスデューサ２は、個々の超音波変換素子１３ａのアレイ１３を含む。超音波トランスデューサ２は、超音波１１を発信するとともに、検査対象物３からのエコー信号１２を受信する。アレイ１３の個々の超音波変換素子１３ａは、当該技術分野で知られているマイクロマシン加工された超音波変換器（ＭＵＴ）でもよい。このような素子１３ａは、小さなキャビティの上に吊り下げられた膜を有する小さなドラムを加工することによって形成されてもよい。このキャビティの寸法と膜の剛性との組み合わせにより、特定のＭＵＴの共振周波数が決定される。ＭＵＴは圧電効果で駆動することができ、ｐＭＵＴを形成する。ｐＭＵＴは、圧電材料に共振周波数の交流電界を印加し、圧電材料と膜の間に応力差を発生させることで機能する。これにより、振動が誘発され、音響波が放出される。一般的な周波数は５０ｋＨｚから２０ＭＨｚの範囲である。これは波長に換算すると、１ｃｍから１００μｍ以下の範囲になる。ビームフォーミングを用いて発光時に焦点スポットを形成したり、受信時に小さなスポットを画像化する応用では、より大きなアレイの超音波変換素子１３ａが必要になる場合がある。
【0086】
システム１０は、本明細書に開示されているように、音響結合インターフェイス１をさらに含む。インターフェイス１０は、トランスデューサ２と検査対象物３との間で、トランスデューサ２の外表面２ａ上に着脱可能に取り付けられる。対象物１３は、腕や脚など、身体の一部であってもよい。このように、音響結合インターフェイス１は、トランスデューサ２が発する超音波信号１１が対象物３に伝達され、対象物３からの結果としてのエコー信号１２がトランスデューサ２のアレイ１３ａに戻って伝達されるような双方向の結合を提供する。
【0087】
超音波変換素子１３ａは、Ｚ軸に平行な主変換軸に沿って伝搬する超音波エネルギーを発生させるように構成されており、フレキシブル超音波トランスデューサ２は、検査時に湾曲した対象物３に対向する第１外面２ａを含んでもよい。トランスデューサ２のこの第１の外側表面２ａは、したがって、主変換軸に平行な法線ベクトルを有し、音響結合インターフェイス１は、シート４の第１の外側平面４ａがトランスデューサ２の第１の外側表面２ａに面した状態で、対象物３とトランスデューサ２との間に配置される。図２ａに示す実施形態では、フレキシブル超音波トランスデューサ２と音響結合インターフェイス１との間、および音響結合インターフェイス１と検査対象物１４との間にゲル１４が塗布されている。
【0088】
図４ｂは、音響結合インターフェイス１の導波管構造６が、シート４の第２の平面４ｂ上に突出部６ｂを有するシステム１０の実施形態を示す。これにより、音響結合インターフェイスと対象物３との間にゲルを有することなく、湾曲した対象物３の超音波検査を行うことができる。突起部６ａは、検査される対象物３に対するインターフェイス１およびシステム全体１０の接着を容易にする。また、対象物３とシステム１０との間にドライコンタクトを有することは、特定の用途において有益である。
【0089】
図４ｃは、音響結合インターフェイス１の導波管構造６が、シート４の第１の平面４ａ上に突出部６ａを有するシステム１０の実施形態を示す。これにより、音響結合インターフェイスと超音波トランスデューサとの間にゲルを有することなく、湾曲した対象物３の超音波検査を行うことができる。図４ｂに示す実施形態と類似して、突出部６ｂは、インターフェイス１のフレキシブル超音波トランスデューサ２への接着を助けてもよい。超音波トランスデューサ２と使い捨ての音響結合インターフェイス１との間にドライコンタクトを有することは、特定の用途において有益である。
【0090】
図４ｄは、湾曲した対象物３を検査するためのシステム１０の使用を示している。図４ｄに示すように、シート４の可撓性により、検査中にインターフェイス１全体を対象物３の曲面に適合させることが可能である。さらに、音響結合インターフェイス１の可撓性により、検査中にフレキシブル超音波トランスデューサ２を湾曲した対象物３の曲率に適合させることも可能である。本実施形態では、音響結合インターフェイス１と超音波トランスデューサ２との間のゲルも、音響結合インターフェイスと対象物３との間のゲルも使用していない。この結果、音響結合インターフェイスは、検査中のドライコンタクトを提供し、これにより、ゲルを排除することができ、これは、様々な用途において実用的な利点となり得る。
【0091】
図４ａ～４ｃに開示されているシステムは、対象物３の特徴を表すデータを作成するためのものである。得られたデータは、例えば、対象物３の内部の画像を作成するために、システム１０内の制御ユニット１５によって使用されてもよい。制御ユニット１５は、送受信機などの通信インターフェイスを含んでもよく、それを介して超音波トランスデューサ２との間でデータの送受信を行うことができる。制御ユニット１５は、超音波トランスデューサ２から得られたデータを用いて画像パラメータを計算するための、中央処理装置などの処理ユニットを含んでもよい。このような処理ユニットは、例えば、メモリ上に格納されているコンピュータコード命令を実行するように構成されてもよい。
【0092】
図５は、対象物の特徴を表すデータを取得する方法１００を模式的に示す。この方法１００は、対象物３の特徴を表すデータを作成するために本明細書で開示したようなシステム１０を用いて、対象物に超音波信号に照射するステップ１０１を含む。
【0093】
さらに、方法１００は、対象物３からの結果のエコー信号を分析し１０２し、それによって結果としてのエコー信号に基づいて、対象物の特徴を表すデータを得るステップを含む。分析は、例えば、上述の図４ｄに関連して説明したように、制御ユニットによって実行されてもよい。
【0094】
対象物に超音波信号を照射するステップ１０１は、図４ｂに示すような音響結合インターフェイス１と対象物３との直接接触、図４ｃに示すような音響結合インターフェイス１とフレキシブル超音波トランスデューサ２との直接接触、または、図４ｄに示すような音響結合インターフェイス１と対象物３および超音波トランスデューサ２との直接接触で行われてもよい。
【0095】
上記においては本発明の概念は主に限られた数の例を参照して説明されてきた。しかしながら、当業者には容易に理解されるように、上記において開示した例以外の他の例も、添付の請求項によって規定される本発明の概念の範囲内において同様に可能である。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図2e】
【図2f】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図5】