JP4532294B2 - 超音波探触子 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子に関する。

超音波の送受信面がコンベックス形状（凸形状）をなすように配列された複数の超音波振動子によって、これらの超音波振動子の配列方向（電子走査方向）に行われる電子走査と、この電子走査方向と直交する方向に移動又は回動させる機械走査とにより、複数の断層画像の取得及び立体画像の構築を可能にする医用超音波診断装置に使用される超音波探触子が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

図４は上述した従来の超音波探触子の主要部の構成を示す斜視図である。図４において、超音波振動子アセンブリ１０１は、超音波の送受信面１０１ａがコンベックス形状をなすように配列された複数の超音波振動子（図示せず）を含んで構成され、超音波の送受信面１０１ａとは反対方向におけるコンベックス形状の弦に相当する部分に、回転軸１０２がその端部がそれぞれ固定された状態で一体的に結合されている。回転軸１０２は図示省略の支持部によって回動可能に支持され、さらに、歯車などの駆動伝達機構１０９を介して、図示省略のモータなどの駆動部に係合される。超音波振動子アセンブリ１０１に対する電気信号の送受信は、図４において超音波振動子アセンブリ１０１の下方に配置され、駆動伝達機構１０９の側方の空いたスペースに引き回された可とう性接続部材１０７によって行われる。

このような構成により、駆動部を正・逆回転駆動することによって、回転軸１０２を中心にして超音波振動子アセンブリ１０１を矢印Ｘ方向に揺動させることができる。したがって、超音波振動子アセンブリ１０１を構成する複数の超音波振動子に対する電子走査と、回転軸１０２を中心とする超音波振動子アセンブリ１０１の揺動による機械走査とによって、被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することが可能になる。
特公平７−３８８５１号公報（第３頁左欄下から第１行から右欄第３９行、並びに第１図（Ａ）及び（Ｂ））

体腔内で使用する超音波探触子は、被検者の苦痛を低減させるために体腔内に挿入する挿入部を小型化しなければならないことから、寸法上の制約が発生する。上述した従来の超音波探触子では、このような寸法上の制約から超音波振動子アセンブリ１０１の回転軸１０２の近傍の狭い空間に可とう性接続部材１０７及び駆動伝達機構１０９の両方を配置する構成であるため、可とう性接続部材１０７を所定の位置に所定の形状で配置するには音響窓部材の直径を大きくしなければならなかった。これにより、被検者の体腔内挿入部が大きくなって、被検者の苦痛を大きくしてしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、体腔内挿入部を小型化することを可能にする超音波探触子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る超音波探触子は、部品取付面及びその略中央部で突出する支持部を備えた基台と、超音波の送受信面がコンベックス形状をなすように複数の超音波振動子が配列され、コンベックス形状の弦に相当する部分に一体的に結合された回転軸を有し、支持部に回転軸が回動可能に支持された超音波振動子アセンブリと、回転軸を駆動して超音波振動子アセンブリを揺動させる駆動伝達機構と、回転軸及び駆動伝達機構の両側部を覆う保護部材と、保護部材の外側部にそれぞれ配置され、少なくとも一方が超音波振動子に対して電気信号を送受信する一対の可とう性接続部材と、ドーム状に形成されたドーム部及びこのドーム部に連続形成されて末端が開口端となる筒状包囲部を有し、超音波振動子アセンブリの超音波の送受信面にドーム部の内面を対向させ、超音波振動子アセンブリ、駆動伝達機構、保護部材及び可とう性接続部材を内部に収納して開口端が基台の外側に嵌装される音響窓部材とを備え、一対の可とう性接続部材は、それぞれがリボン状をなして相互に略対称に配置され、一端部が超音波振動子から保護部材の外側方を通って基台に向けて導出され、中間部が保護部材と音響窓部材との間で第１及び第２の屈曲部を形成するようにＳ字形に屈曲し、第１の屈曲部が保護部材に接触し、第２屈曲部が音響窓部材に接触するように装着され、他端部が基台を貫通し保持された構成としている。

この構成により、超音波振動子アセンブリが支持された中央部に駆動伝達機構が配置され、一対の可とう性接続部材がその両外側に配置されることとなり、この可とう性接続部材の径方向の広がりが音響窓部材の内面で抑えられ、音響窓部材に接触させない従来の超音波探触子に比べて体腔内挿入部を小型化することができる。

本発明は、上記のように構成したことにより、体腔内挿入部を小型化することができる超音波探触子を提供することができる。

以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波探触子の実施の形態の構成を説明するために、一部を破断して示した斜視図である。図１において、超音波探触子１０は、筐体６の円筒状の開口端部に基台５が装着され、さらに、超音波の送受信を行うように外周面及び内周面が球面をなしてドーム状に形成されたドーム部３ａ及びこのドーム部３ａに連続形成されて末端が開口端となる円筒状包囲部３ｂを有する音響窓部材３の開口端部が基台５に嵌装されており、基台５と音響窓部材３とで囲まれた密閉空間に超音波振動子アセンブリ１を含む主要な構成要素が収納されている。

基台５は部品取付面と、その略中央部で突出する支持部５ａと、信号線を貫通させてこれを保持する貫通孔５ｂを備えている。超音波振動子アセンブリ１は、それぞれ図示を省略したが、超音波を送受信する超音波振動子、超音波の焦点を機械的に定めるレンズ、超音波を送受信する方向に対してその背面へ超音波が伝達することを抑える背面緩衝材、音響インピーダンスを整合する整合層、超音波振動子に電気信号を送受信するための接続部を含み、これらが一体的に組み立てられている。その外形々状は、複数の超音波振動子がコンベックス形状をなすように配列されてコンベックス形状の弦に相当する部分に一体的に結合された回転軸（軸芯を一点鎖線で示す）２を備えている。

また、基台５の支持部５ａには、超音波振動子アセンブリ１の回転軸２が矢印Ｙ方向に回動可能に支持されている。さらに、基台５には、縦断面形状が逆Ｕ字形に形成されて回転軸２を跨ぐようにしてその脚部を固定することによって、回転軸２の両側部を覆う保護部材８と、保護部材８の内側に設けられ、回転軸２を駆動して超音波振動子アセンブリ１を揺動させる図示省略の駆動伝達機構とが設けられている。

さらに、保護部材８の両側部には、基台５の貫通孔５ｂを通してそれぞれ超音波振動子に対して電気信号を送受信する一対の可とう性接続部材７が配置されている。これらの可とう性接続部材７は、それぞれリボン状をなして相互に略対称に配置され、一端部が超音波振動子から保護部材８の外側方を通って基台５に向けて導出され、中間部が第１の屈曲部７ａ及び第２の屈曲部７ｂを形成するようにＳ字形に屈曲され、他端部が基台５の貫通孔５ｂに挿入されて保持されている。

また、上記の超音波振動子アセンブリ１、支持部５ａ、駆動伝達機構、保護部材８及び可とう性接続部材７を内部に密閉状態で収納する音響窓部材３を備えている。この音響窓部材３は、超音波振動子アセンブリ１にドーム状に形成されたドーム部３ａの内面を対向させ、円筒状包囲部３ｂの開口端が基台５の外側に嵌装されている。この状態で可とう性接続部材７の第１の屈曲部７ａが保護部材８に接触し、第２の屈曲部７ｂが音響窓部材３の内面に接触することになる。また、基台５と音響窓部材３とで囲まれた超音波振動子アセンブリ１などの周囲には液状の音響伝搬媒質４が充填されている。

上記のように構成された本発明の実施の形態に係る超音波探触子の動作について、図２及び図３をも参照して以下に説明する。ここで、図２及び図３はそれぞれ本発明の実施の形態に係る超音波探触子の動作を説明するために、超音波探触子の一部を破断して示した側面図であり、特に、図２は超音波振動子アセンブリ１が揺動の中央基準面（回転軸２の軸芯と音響窓部材３の中心軸を通る面）にある状態を示し、図３は超音波振動子アセンブリ１が揺動の中央基準面から揺動されてその位置を変えた状態を示している。なお、図２又は図３中、図１と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。

超音波探触子１０の操作者が筐体６（図１参照）を把持して音響窓部材３を被検体に接触させるように装着する。そして、駆動伝達機構を介して、超音波振動子アセンブリ１に係合されているモータなどの駆動部を動作させるとともに、複数の超音波振動子に対する電子走査が行われるように操作する。このとき、駆動部の正転により超音波振動子アセンブリ１は図２に示す中央基準面に一致する位置から図３に示す所定の角度位置まで傾けられ、さらに、駆動部の逆転により図３とは反対方向の所定の角度位置まで傾けられる。このように駆動部の正転及び逆転の繰り返しによって超音波振動子アセンブリ１は回転軸２を中心として揺動することになり、これによって機械走査をすることが可能となる。この機械走査と超音波振動子の配列方向に行われる電子走査とにより、被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することができる。

このとき、音響窓部材３の内側に液状の音響伝搬媒質４が充填されているので、超音波振動子アセンブリ１によって送受信される超音波は、空気層を通過せずに、音響伝搬媒質４及び音響窓部材３を通して被検体内に効率良く伝搬する。可とう性接続部材７の第１の屈曲部７ａの近傍の内側面は逆Ｕ字状の保護部材８の外側に接触するが、保護部材８よりも内側に入り込むことはない。可とう性接続部材７の第２の屈曲部７ｂの外側面は音響窓部材３の内側に当接して、可とう性接続部材７自体の広がりが規制される。超音波振動子アセンブリ１が揺動する際、第１の屈曲部７ａ及び第２の屈曲部７ｂが形成される位置及びその曲率が変化して保護部材８や音響窓部材３に当接する位置が異なったとしても、保護部材８と音響窓部材３の間の限られた空間にのみ位置することになる。

また、超音波振動子アセンブリ１の揺動に対して、可とう性接続部材７は屈曲部７ａ及び屈曲部７ｂを有しているため、突っ張ることもなく柔軟な変形を行わせることが可能となり、低負荷での駆動を実現することができる。さらに、図２に示すように、超音波振動子アセンブリ１が揺動の中央基準面に位置するとき、一対の可とう性接続部材７は揺動の中央基準面に対して略対称の形状に折り曲げられているため、揺動時の負荷が揺動の中央基準面に対して略対称となる。本実施の形態では、第１の屈曲部７ａ及び第２の屈曲部７ｂの曲率を含めた形状を種々に変化させて最適な形状を選定することによって、回転軸２に関して負荷トルクを約０．７ｍＮ・ｍ（ミリニュートン・メートル）に抑えることができる。

このように、保護部材８と音響窓部材３との間の限られた空間に、第１の屈曲部７ａ及び第２の屈曲部７ｂを形成するようにＳ字形に屈曲し、第１の屈曲部７ａが保護部材８に接触し、第２の屈曲部７ｂが音響窓部材３に接触するような可とう性接続部材７を配置したことによって、保護部材８で囲われた回転軸２の近傍の空間のすべてを、超音波振動子アセンブリ１を揺動させるための駆動伝達機構の設置空間として使用することができるため、音響窓部材３の直径を短縮することができて体腔内挿入部を小型化することができる。このように、全体の小型化が可能になったことにより、被検者にとって苦痛の少ない超音波探触子を実現することができる。

なお、上述の実施の形態では、縦断面形状が逆Ｕ字形に形成されて回転軸２を跨ぐようにしてその脚部を基台５の支持部５ａに固定する保護部材８を用いたが、可とう性接続部材７が駆動伝達機構の配置位置まで入り込まないようにするものであれば、基台５から回転軸２の両側部に先端部が平行に突出するものであってもよく、すなわち、回転軸２の両側部を覆う保護部材であればよい。

また、本実施の形態では、保護部材８の両側に配置された可とう性接続部材７がそれぞれ超音波振動子に電気信号を送受信する構成としたが、機械的な特性がほぼ等しいものであれば、いずれか一方が超音波振動子に対して電気信号を送受信し、いずれか他方が電気信号の送受信をしない構成とすることもできる。また、いずれか一方を送信側とし、他方を受信側とすることもできる。また、一対の可とう性接続部材７は機械的な特性が略等しいものであれば、Ｓ字形に屈曲する形状のみを対称として、その厚さ及び幅を適宜変更することが可能であることは当業者には明らかである。

また、本実施の形態では円筒状包囲部３ｂを有する音響窓部材３を用いたが、その開口端を基台５の外側に嵌装し得るものであれは、基台５を含めて円筒に限らず筒状に形成されていればよい。

以上のように、本発明に係る超音波探触子は、体腔内挿入部を小型化することができ、体腔内挿入部が小型になるため被検者への苦痛を和らげることができる。

本発明に係る超音波探触子の実施の形態の構成を説明するために、一部を破断して示した斜視図 本発明の実施の形態に係る超音波探触子の動作を説明するために、超音波振動子アセンブリが揺動の中央基準面にある状態を、超音波探触子の一部を破断して示した側面図 本発明の実施の形態に係る超音波探触子の動作を説明するために、超音波振動子アセンブリが揺動の中央基準面から揺動されてその位置を変えた状態を、超音波探触子の一部を破断して示した側面図 背景技術を説明するために、従来の超音波探触子の主要部の構成を示した斜視図

符号の説明

１ 超音波振動子アセンブリ
２ 回転軸
３ 音響窓部材
３ａ ドーム部
３ｂ 円筒状包囲部（筒状包囲部）
４ 音響伝搬媒質
５ 基台
５ａ 支持部
５ｂ 貫通孔
６ 筐体
７ 可とう性接続部材
７ａ 第１の屈曲部
７ｂ 第２の屈曲部
８ 保護部材
１０ 超音波探触子

Claims (1)

1. 部品取付面及びその略中央部で突出する支持部を備えた基台と、
   超音波の送受信面がコンベックス形状をなすように複数の超音波振動子が配列され、コンベックス形状の弦に相当する部分に一体的に結合された回転軸を有し、前記支持部に前記回転軸が回動可能に支持された超音波振動子アセンブリと、
   前記回転軸を駆動して前記超音波振動子アセンブリを揺動させる駆動伝達機構と、
   前記回転軸及び駆動伝達機構の両側部を覆う保護部材と、
   前記保護部材の外側部にそれぞれ配置され、少なくとも一方が前記超音波振動子に対して電気信号を送受信する一対の可とう性接続部材と、
   ドーム状に形成されたドーム部及びこのドーム部に連続形成されて末端が開口端となる筒状包囲部を有し、前記超音波振動子アセンブリの超音波の送受信面に前記ドーム部の内面を対向させ、前記超音波振動子アセンブリ、駆動伝達機構、保護部材及び可とう性接続部材を内部に収納して前記開口端が前記基台の外側に嵌装される音響窓部材とを備え、
   前記一対の可とう性接続部材は、それぞれがリボン状をなして相互に略対称に配置され、一端部が前記超音波振動子から前記保護部材の外側方を通って前記基台に向けて導出され、中間部が前記保護部材と前記音響窓部材との間で第１及び第２の屈曲部を形成するようにＳ字形に屈曲し、前記第１の屈曲部が前記保護部材に接触し、前記第２屈曲部が前記音響窓部材に接触するように装着され、他端部が前記基台を貫通し保持された超音波探触子。