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JPWO2008010558A1 - 超音波探触子 - Google Patents

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Abstract

生体に密着しやすいように超音波探触子の生体接触部を比較的大きな曲率形状とし、かつ超音波探触子を小型にすることが開示され、その技術によれば、探触子外筐７に固定された第１の円筒プーリ５と、第１のプーリを貫通したモータ軸１７に固定されたアーム１６と、その反対側に回転できるように配置された第２の円筒プーリ８とをワイヤ６で結合し、第２のプーリにはスライダ軸受１５で伸縮可能に配置されたスライダ軸１４を設け、スライダ軸には探触子外筐のガイドレール１２に接するローラ１０を設けて、スライダ軸が伸縮自在な構成としてスライダ軸の先端に超音波素子２を取り付けることで、大きな曲率で超音波素子を揺動走査する機構を小型化する。

Description

本発明は、超音波を送受信する超音波探触子に関し、特に、短冊状に圧電素子を配列して電気的に走査することで断層画像を得るアレイ型素子又は単一の素子の電気的又は機械的走査方向と直交する方向に機械的に平行移動又は揺動させることによって、生体内の３次元断層像を得る小型の手持ち式の超音波探触子に関するもので、乳腺、甲状腺、頚動脈、体表血管、体表表層部など（以下、表在性組織と呼ぶ）の３次元断層像を得ること、並びに、体表から走査する際に肋骨や大泉門などが間に存在しても、狭い体表接触領域から走査を行い３次元断層像を得ることを主な目的とした機械的走査方式に好適な超音波探触子に関する。
表在性組織の超音波診断画像を短時間で簡便に取得するには、体表近傍のアレイ型素子又は単一の素子による幅広い視野領域を得ると同時に、アレイ型素子又は単一の素子の走査方向と直交する方向への、体表の形状に沿った広い機械的走査が必要となる。手持ち型超音波探触子では、１つの３次元超音波探触子であらゆる表在性組織の３次元画像が得られることによって、探触子を交換する診断上の手間を省くことができることに加え、複数の３次元超音波探触子を必要とせず、コスト的にも大きな利点があるが、頚動脈や甲状腺などの３次元断層像を得るための超音波探触子としては、顎の下に存在する診断部位の関係上、探触子の形状を極力小さくすることが必要となり、広い３次元診断領域の実現と、小型の３次元超音波探触子の実現という相反する要求がある。また、手持ち型超音波探触子であることから、探触子は小型で軽量であることが加えて要求されている。
従来、この種の表在性組織断層画像取得方法として、超音波探触子に乳房用アプリケータを介在させて、探触子そのものを回転させ乳房全領域の断層像を得るようにしたものがある（例えば、下記の特許文献１参照）。
また、水槽中にて超音波探触子を配置し、探触子を平行移動させることによって、乳房全体の断層像を得るようにしたものがある（例えば、下記の特許文献２参照）。また、超音波探触子を、ベルトなどを用いて並行に移動させて超音波画像を取得するようにしたものがある（例えば、下記の特許文献３参照）。
また、アレイ型素子の電子走査方向の端部を中心に回転させることによって、手持ち型の３次元超音波探触子を実現するようにしたものがある（例えば、下記の特許文献４参照）。
さらに、コンベックス状のアレイ型素子を機械的に揺動させることで３次元超音波断層像を得る、手持ち型の３次元超音波探触子を実現するようにしたものがある（例えば、下記の特許文献５参照）。
一方、体表からの走査で心臓などの超音波診断画像を取得するには、体表近傍に存在する音響インピーダンスの大きな肋骨などでの反射による肋骨の下に存在する心臓の超音波診断画像の欠損を避けるため、肋骨の間の狭い領域から超音波を送受信する必要がある。そして、上記体表近傍の狭い超音波送受信領域を実現するには体表近傍若しくは体表内部の浅い領域に超音波素子の揺動運動中心を設ける必要があった。
しかしながら、超音波素子を機械的に揺動し走査を行う手持ち型機械走査式超音波探触子は、揺動する超音波素子を生体に直接接触させることが不可能であるため、ウインドウと探触子筐体で音響結合液体を封止し、この液体内部で超音波素子を揺動又は回転させて走査する必要があった。このような超音波素子は、超音波ビームをより細いビームとすることで画像分解能を向上させることが可能であるが、そのためには、超音波素子は最適な開口径が要求され、素子の大きさと揺動動作でのウインドウとのクリアランスが必要であることから、生体の体表近傍の超音波送受信領域を狭くすることや、体表近傍又は体表の浅い部位に超音波素子の揺動中心を設けることは困難であった。
従来のこの種の機械走査式セクタ超音波探触子として、モータの回転運動をロータに固定されたローラとアームに設けられた軸を中心に揺動可能に取り付けられた支持体の背面に設けた平行な溝で、モータの回転運動を支持体の揺動運動に変換し、支持体に固定された音響素子を揺動させることによって機械的に素子を揺動させ走査を行う手段を備えたものがある（例えば、下記の特許文献６参照）。
また、特許文献６に記載の機構を、音速が生体より遅い音響結合液体と組み合わせることで、モータ回転角度と音響素子の揺動角度を比例関係に近くする構成のものがある（例えば、下記の特許文献７参照）。
さらに、円弧状のガイドレールとベルトを用い、体表近傍に仮想の揺動中心で肋骨の間から超音波を走査する構成のものがある（例えば、下記の特許文献８参照）。
実公昭５９−１９０２０８号公報 実公昭５９−１１１１１０号公報 特開昭６１−１３９４２号公報 特開平４−２８２１３６号公報 特開平３−１８４５３２号公報 実開昭５９-４２９７０号公報 特公平７-２４６５９号公報 特開平６−３８９６２号公報
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、既存のアレイ型超音波探触子を回転させて画像を取得する乳腺診断専用の装置であり、手持ち型超音波探触子のように、医者が探触子を直接持って操作するようなものではなく、加えて、頚動脈や甲状腺などの別の診断領域を、１つの３次元超音波探触子で診断できるようなものでもない。
また、特許文献２に記載の発明は、特許文献１と同様に、手持ち型３次元超音波探触子ではなく、装置も大掛かりなもので事前の準備などの手間を必要とし、頚動脈や甲状腺などの別の診断領域もあわせて簡便に診断できるものではない。
また、特許文献３に記載の発明を応用して、超音波素子をベルトなどで平行に移動させる機構を、手持ち型超音波探触子に応用することも類推することができるが、ワイヤ、タイミングベルトなどを用いてアレイ型素子を平行移動させる場合には、移動させる素子の両端にプーリを配置する必要がある。このような構造を用いた場合には、素子の幅と、プーリの径によって、必ず、機械的移動範囲より大きな生体接触部形状となってしまうため、手持ち型３次元超音波探触子としては好ましい形態ではない。特に、頚動脈や甲状腺などを診断する場合には、手持ち型３次元超音波探触子を生体の対象部位に当てる際に、顎などが邪魔になって所望する位置に探触子を当てることができないという課題を有していた。
また、特許文献４に記載の発明は、アレイ型素子の電子走査方向の端部を中心に回転させて３次元の超音波画像を取得するもので、機械的回転の中心近傍の回転移動量と比べ、回転中心から離れた部分の回転移動量が大きくなってしまうため、３次元断層像を構築するための元データとなる２次元断層面のピッチが、回転中心に近いほど細かくなる反面、回転中心から離れるにしたがってピッチが粗くなり、回転中心からの距離に比例して、２次元断層面のスライスした断面のピッチが粗く、回転中心から離れた位置の断層像データを用いた３次元画像を構築した際に、回転中心から離れた部位の分解能が粗くなってしまうという問題点を有していた。
また、アレイ型素子の電子走査方向の端部を中心に回転しているため、アレイ型素子の電子走査方向の素子の長さからはみ出した位置に回転中心軸を設ける機構が必要となるため、頚動脈、甲状腺などの部位を診断する場合には、当該診断部位の診断の際に、素子の長さより大きな生体接触部が顎の部分に当たってしまい、超音波探触子を所望の位置に接触させることが困難であるという課題を有していた。
さらに、上記特許文献５に記載の３次元超音波探触子は、コンベックス状のアレイ型素子を機械的に揺動させることで３次元超音波断層像を得るため、素子の揺動回転中心からアレイ型素子先端までの距離で、探触子先端の生体接触部の曲率が決まってしまい、比較的平坦な形状である表在性組織部位に接触させる際に、機械的揺動走査による両端部で生体に確実に接触するような生体接触部形状を実現するためには、機械的揺動の回転中心からアレイ型素子先端までの距離を大きくし、生体接触部の曲率を大きくする必要があった。また、機械的揺動の回転中心からアレイ型素子先端までの距離を大きくすることは、手持ち型３次元超音波探触子の大きさが、上記距離を大きくすることで大きくなり、手持ち型３次元超音波探触子として、その大きさや質量の増加が、診断を行う際に探触子の取り扱いがしづらくなるという課題を有していた。
一方、特許文献６に記載の発明は、モータの回転運動をロータに固定されたローラとアームに設けられた軸を中心に揺動可能に取り付けられた支持体の背面に設けた平行な溝で、モータの回転運動を支持体の揺動運動に変換し、支持体に固定された音響素子を揺動させることによって機械的に素子を揺動させ走査を行う機構であるために、モータの回転角度に対して、素子の揺動角度が比例せず、モータを一定速度で回転させた場合に超音波ビームの角度を等しい角度で振らせることができないという課題を有していた。
また、モータを一方向に連続回転させ上記の機構で揺動運動に変換しているために、素子の揺動角度、すなわち音響走査の角度は常に一定の角度となり、例えば心臓などの動きの早い臓器を超音波診断対象とする場合に、臓器の動きに対する超音波画像の描出追従性を良くするためにモータを高速で回転させると、音響走査線の密度が粗くなり画像劣化を招くこととなる。生体からの超音波反射エコーを取得するには生体の音速に依存する時間が必要であり、動きの早い臓器を対象に画像の劣化なく超音波診断画像を得るためには、狭い走査角度を揺動させる必要があるが、特許文献６に記載の発明は、揺動角度を自由に設定して揺動速度を上げることが困難であった。また、この走査線密度は揺動角速度と反比例する関係であり、上記の機構では特に重要な揺動角度の中央部で揺動角速度が速く、すなわち走査線密度が粗くなるという課題を有していた。
さらに、特許文献６に記載の発明は、生体に接触するウインドウの内側に配置した素子揺動中心軸を中心として揺動運動を行っており、その構造上、生体に接触するウインドウから、すなわち生体から離れた位置に素子の揺動中心を配置せざるを得ないため、実際の音響走査線はウインドウ表面、すなわち生体接触部では広がってしまい、生体近傍に肋骨などの音響インピーダンスが大きく超音波を反射してしまうものが介在すると、肋骨などにさえぎられその下に存在する生体内部の臓器を描出できないという課題を有していた。
また、特許文献７に記載の発明は、特許文献６に記載の機構を、音速が生体より遅い音響結合液体と組み合わせるものであるが、モータ回転角度と音響素子の揺動角度は完全な比例関係とはならない。また、特許文献７に記載の発明では、特許文献６と同様に、生体に接触するウインドウの内側に配置した素子揺動中心軸を中心として揺動運動を行っており、その構造上、生体に接触するウインドウから離れた位置に素子の揺動中心を配置せざるを得ないため、実際の音響走査線はウインドウ表面、すなわち生体接触部では広がってしまい、生体近傍に肋骨などの音響インピーダンスが大きく超音波を反射してしまうものが介在すると、肋骨などにさえぎられその下に存在する生体内部の臓器を描出できないという課題を有していた。また、特許文献６と同様に、動きの早い臓器に対して時間的な追従性を向上させるためには、揺動角度を狭くして揺動速度を上げることが困難であり、診断部位に応じた走査線密度と揺動速度を自由に設定することが困難であった。
さらに、特許文献８に記載の発明では、ガイドレールに嵌合して摺動するアームの幅と、ガイドレールの外側に設けたローラの干渉の制限から、実際の素子揺動範囲の外側にローラを配置する必要があり、探触子の外側の形状は上記ローラの配置により大きくする必要があり、探触子の小型化及び軽量化にとっての課題となっている。また、肋骨弓下、すなわち肋骨の下側から心臓などを走査する際には、探触子を肋骨の下側から体表と平行に近い方向に移動させて走査を行う必要があり、ローラの配置による探触子の揺動方向の膨らみが超音波走査を行う上での妨げとなっている。また、ガイドレールや複数個のローラやベルトなどの多数の機構部品が必要となっており、部品のコストや組み立ての複雑性なども課題となっている。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、生体接触面の広い走査領域を実現するための大きな曲率で超音波素子を走査することができ、かつ探触子を小型化及び軽量化することができ、乳房、頚動脈、甲状腺などの表在性組織に適した手持ち型機械走査式超音波探触子を提供することを目的とするものである。
また、本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、肋骨や大泉門の隙間などの狭い生体接触領域、又は肋骨弓下、すなわち肋骨の下側から心臓などを走査する際のセクタ走査に適した小型、軽量、かつ安価な機械走査式超音波探触子を提供するものである。
また、本発明は肋骨の下側から心臓などを走査する際のセクタ走査に適した機械走査式超音波探触子であって生体の体表近傍の狭い領域から超音波を送受信することが可能な超音波探触子を提供するものである。
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、探触子外筐の外側に固定されたモータと、前記探触子外筐の内側に固定され、前記モータのモータ軸が貫通する第１の円筒プーリと、前記第１の円筒プーリを貫通して突出した前記モータ軸に固定されたアームと、前記アームのモータ軸固定端とは反対側端に固定されたプーリ軸を中心として回動可能に設けられた第２の円筒プーリと、前記第２の円筒プーリに固定されたスライダ軸受と、前記スライダ軸受により摺動可能に取り付けられ、前記スライダ軸受を介して前記モータ軸とは反対側に超音波素子を固定したスライダ軸と、前記探触子外筐の内側に固定され、前記超音波素子から前記モータ軸方向の延長線上に曲率中心を有する円弧状に形成されたガイドレールと、前記スライダ軸に連結され前記ガイドレールに対し接触状態で移動するローラとを、超音波探触子のウインドウと外筐で囲われた領域であって、かつ音響結合液体が封止された領域中に備えたことを特徴とする。
この構成により、超音波素子は、ガイドレール曲率中心を中心とした傾きと同時に、伸縮運動によりガイドレール曲率中心を中心とした大きな曲率を持った揺動運動をすることとなり、ガイドレール曲率中心から超音波素子までの長いアームを持った揺動機構と等価な揺動運動を実現することができ、かつ超音波探触子を小型化することができる。
また、前記ローラを前記ガイドレールの接触面に押し付けるように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に弾性体を設けたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、ばねが、前記ローラを前記ガイドレールのスライダ軸受側面に押し付けるように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記ローラとして、前記ガイドレールのスライダ軸受側面と反スライダ軸受側面とにそれぞれ接して前記ガイドレールを挟み込むように複数のローラが配置されることを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールを挟み込むように配置される前記複数のローラとして、回動可能に前記スライダ軸に取り付けられたローラと、前記スライダ軸に取り付けられた前記ローラに対してばねで引き合うように設けられたローラとを有することを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールは複数備えられ、ガイドレール間に前記ローラが挟み込まれるように配置されることを特徴とする。
この構成により、ローラは、ガイドレール間に挟み込まれ、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレール間に挟み込まれた前記ローラは、互いにばねで反発するように複数取り付けられることを特徴とする。
この構成により、ローラは、互いにばねで反発するように取り付けられて、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収することができる。
また、前記第１の円筒プーリの直径と前記第２の円筒プーリの直径の比率を１対２とし、前記ガイドレールの曲率中心から前記モータ軸までの長さと、前記アームの前記モータ軸から前記第２の円筒プーリまでの長さを等しくしたことを特徴とする。
この構成により、第２の円筒プーリは、アームの傾きにより、第２の円筒プーリを中心にモータ軸の回転方向とは逆に１／２回転し、モータ軸を回転させると、超音波素子を固定したスライダ軸は、ガイドレール曲率中心を揺動の中心として、常にモータ軸回転角の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行う。
また、前記アームのモータ軸固定端からプーリ軸を固定した他端までの長さを、前記プーリ軸から前記ローラ軸までの長さと同等かそれ以上の長さとしたことを特徴とする。
この構成により、ガイドレール曲率中心は、モータ軸に対してより遠方に配置することとなり、超音波素子を大きな曲率半径の揺動軌跡で揺動動作させる機構をより小型化することができる。
さらに、前記スライダ軸に固定された超音波素子は、電子走査型のアレイ型超音波素子であって、前記アレイ型超音波素子の電子走査方向と直交する方向に機械走査することで、電子走査と機械走査による直交する２つの断面の走査を可能にすることを特徴とする。
この構成により、表在性組織に密着させやすい大きな曲率で機械走査する３次元超音波探触子を実現することができる。
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、外側にモータが固定された探触子外筐の内側に固定され、前記モータのモータ軸が貫通する第１のプーリと、前記第１のプーリを貫通して突出した前記モータ軸に固定されたアームと、前記アームのモータ軸固定端とは反対側に固定されたプーリ軸を中心として回動可能に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと第２のプーリを結合する連結部材と、前記第２のプーリに固定されたスライダ軸受と、前記スライダ軸受により摺動可能に取り付けられ、一端に超音波素子を固定したスライダ軸と、前記スライダ軸の他端に設けられたローラ軸と、前記探触子外筐の内側に固定され、かつ前記スライダ軸の前記ローラ軸固定端から前記超音波素子方向への延長線上に曲率中心を有する円弧状に形成されたガイドレールと、前記スライダ軸に連結されたローラ軸を介して前記ガイドレールに対し接触状態で移動するローラとを、超音波探触子のウインドウと外筐で囲われた領域であって、かつ音響結合液体が封止された領域中に備えたことを特徴とするものである。
この構成により、モータ軸が回転又は揺動動作を行うと、超音波素子が揺動動作する軌跡はガイドレールの曲率中心を揺動動作の中心として揺動動作を行うこととなり、音響結合液体を封止したウインドウの表面又はその前後にセクタ型音響走査の中心を設ける機構が実現でき、なおかつ、モータの回転角度と音響素子の揺動角度の比例関係と、音響素子からウインドウまでの距離を一定に保つことができ、生体の体表近傍の狭い領域から超音波を送受信することが可能な超音波探触子を実現できる。
また、前記ローラを前記ガイドレールの接触面に押し付けるように前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に弾性体を設けたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記弾性体であるばねが前記ローラを前記ガイドレールの前記スライダ軸受側に接するように前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記弾性体であるばねが前記ローラを前記ガイドレールの前記スライダ軸受とは反対側に接するように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記ガイドレールのスライダ軸受側面とスライダ軸受側面の反対側とにそれぞれ接して前記ガイドレールを挟み込むように複数のローラが配置されることを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールを挟み込むように配置される前記複数のローラとして、回動可能に前記スライダ軸に取り付けられたローラと、前記スライダ軸に取り付けられた前記ローラに対してばねで引き合うように設けられたローラとを有することを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールは複数備えられ、ガイドレール間に前記ローラが挟み込まれるように配置されることを特徴とする。
この構成により、ローラは、ガイドレール間に挟み込まれ、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレール間に挟み込まれた前記ローラは、互いにばねで反発するように複数取り付けられることを特徴とする。
この構成により、ローラは、互いにばねで反発するように取り付けられて、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収することができる。
また、前記第１のプーリの直径と前記第２のプーリの直径の比率を１対２とし、前記ガイドレールの曲率中心から前記モータ軸までの長さと、前記アームの前記モータ軸から前記第２のプーリまでの長さを等しくしたことを特徴とする。
この構成により、第２のプーリは、アームの傾きにより、第２のプーリを中心にモータ軸の回転方向とは逆に１／２回転し、モータ軸を回転させると、超音波素子を固定したスライダ軸は、ガイドレール曲率中心を揺動の中心として、常にモータ軸回転角の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行う。
また、前記アームのモータ軸固定端からプーリ軸固定端までの長さを、前記プーリ軸から前記ローラ軸までの長さと同等かそれ以上の長さとしたことを特徴とする。
この構成により、ガイドレール曲率中心は、モータ軸に対してより遠方に配置することとなり、超音波素子を大きな曲率半径の揺動軌跡で揺動動作させる機構をより小型化することができる。
さらに、前記スライダ軸に固定された前記超音波素子は、電子走査型のアレイ型超音波素子であって、前記アレイ型超音波素子の電子走査方向と直交する方向に機械走査することで、電子走査と機械走査による直交する２つの断面の走査を可能にすることを特徴とする。
この構成により、表在性組織に密着させやすい大きな曲率で機械走査する３次元超音波探触子を実現することができる。
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、モータと、前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回動可能な第１のアームと、先端部に超音波素子が取り付けられた第２のアームと、前記第２のアームに設けられて、前記第１のアームの先端を前記第２のアームと平行移動可能にするよう前記第１のアームの先端を収容する溝部と、一端が前記第２のアームの前記超音波素子の固定端と反対側の端部に設けられた第１の軸により前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、他端が前記第１のアームの回転中心と前記第２のアームの溝部との間の任意の位置に設けられた第２の軸とにより前記第１のアームに対して回動可能に取り付けられて、両端が回動可能なリンク機構を構成する第３のアームと、前記第２のアームと第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部を、モータ軸垂線上でかつ前記第２のアームの前記超音波素子の固定端とは反対側に引き付けるばねとを備え、前記モータの前記回転軸の回転により前記超音波素子が取り付けられた前記第２のアームを揺動走査させるものである。
この構成により、モータ軸に固定された第１のアームがモータ軸を中心として回動することにより、第１のアームの先端は第２のアームに設けられた溝部を平行に移動しながら第２のアームを揺動させる。第３のアームの第１の軸固定端は第２のアームの第１の軸固定端と回動可能に取り付けられ、第３のアームの第２の軸固定端は、第１のアームの間の位置に回動可能になるように取り付け、第１のアームの先端、第３のアームの第２の軸固定端、第３のアームの第１の軸固定端により三角形となるように構成されている。この構成で第１のアームを回転させると、第２のアームの先端はモータ軸を中心とした揺動より大きな曲率を持った軌跡で揺動させることができる。
また、前記第３のアームの前記第１のアームとの連結点から前記第２のアームとの連結点までの長さと、前記第１のアームと前記第３のアームの連結点から前記第２のアームの連結点までの長さを同じ長さにして、前記モータ軸垂線と前記第１のアーム先端の軌跡との交点であって、前記超音波素子の固定端と反対側の交点と、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部との間に、前記ばねを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを所定角度回転させると、第２のアームの先端は揺動時の第３のアームと第２のアームとの連結点が描く円弧軌跡の中心点を仮想の中心点として、所定角度の１／２で回転することになり、仮想の中心点を中心として揺動する長いアームを用いた揺動軌跡と同様の揺動軌跡を短いアームを用いて実現することができる。
また、前記第１のアームと前記第３のアームとを連結する前記第２の軸は、前記第１のアームの前記回転中心からその先端までの距離の中間点より前記第１のアームの先端側に配置されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを揺動させたときに、第３のアームと第２のアームとの連結点がモータ軸より外側に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となる。
また、前記モータの前記回転軸に減速機構を設け、前記減速機構により減速させた回転軸に前記第１のアームの前記回転中心を固定して揺動することを特徴とする。
この構成により、超音波素子の揺動角度よりはるかに大きな回転角度でモータを回転制御することとなり、ピッチの粗いパルスモータやピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。
さらに、前記超音波素子は電子走査型素子であって、電子走査と電子走査と直交する方向に機械的に揺動することを特徴とする。
この構成により、電子走査と機械走査による３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
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、モータと、前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回動可能な第１のアームと、ウインドウ側先端部に超音波素子が取り付けられた第２のアームと、前記第２のアームに設けられて、前記第１のアームの先端を前記第２のアームと平行移動可能にするよう前記第１のアームの先端を収容する溝部と、一端が前記第２のアームに取り付けられた前記超音波素子の固定端と前記溝部との間に設けられた第１の軸により前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、他端が前記第１のアームの回転中心と前記第２のアームの溝部との間の任意の位置に設けられた第２の軸により前記第１のアームに対して回動可能に取り付けられて、両端が回動可能なリンク機構を構成する第３のアームと、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部を、モータ軸垂線上でかつ前記第２のアームの前記超音波素子の固定端側に引っ張るばねとを備え、前記モータの前記回転軸の回転により前記超音波素子が取り付けられた前記第２のアームを揺動走査させるものである。
この構成により、モータ軸に固定された第１のアームがモータ軸を中心として回動することにより、第１のアームの先端は第２のアームに設けられた溝部を平行に移動しながら第２のアームを揺動させる。第３のアームの第１の軸固定端は第２のアームの超音波素子固定端と溝部の間に設けられた第１の軸により回動可能に取り付けられ、第３のアームの第２の軸固定端は、第１のアームの先端と回転中心の間に設けられた第２の軸により回動可能になるように取り付けられ、第１のアームの先端、第３のアームの第２の軸固定端、第３のアームの第１の軸固定端により三角形となるように構成され、第２のアームと第３のアームを第１の軸で回動可能に連結された部分をばねにより第２のアームの超音波素子固定端側に引っ張るように構成している。この構成で第１のアームを回転させると、第２のアームのウインドウ側に固定された超音波素子は、ウインドウ近傍を仮想の揺動中心として揺動動作をすることができる。
また、前記第３のアームの前記第１のアームとの連結点から前記第２のアームとの連結点までの長さと、前記第１のアームと前記第３のアームの連結点から前記第２のアームの連結点までの長さとを同じ長さにして、前記モータ軸垂線と前記第１のアーム先端の軌跡との交点であって、超音波素子固定端側の交点と、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部との間に、前記ばねを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを所定角度回転させると、第２アームの先端は揺動時の第１のアーム先端が描く円弧軌跡とモータ軸から図面上、下に引いた垂線との交点を仮想の揺動中心として、所定角度の１／２で回転することになり、仮想の揺動中心を中心として揺動動作を行うことができる。
また、前記第１のアームと前記第３のアームとを連結する前記第２の軸は、前記第１のアームの前記回転中心からその先端までの距離の中間点より前記第１のアームの先端側に配置されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを揺動させたときに、第３のアームと第２のアームとの連結点がモータ軸より下方に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子の揺動中心点、すなわちウインドウ近傍より内側に超音波素子及び機構を配置することができ、揺動時に超音波素子がウインドウに当たらないような構成が実現できる。
また、前記モータの前記回転軸に減速機構を設け、前記減速機構により減速させた回転軸に前記第１のアームの前記回転中心を固定し、前記モータを超音波探触子のウインドウから離れた方向に配置して揺動することを特徴とする。
この構成により、超音波素子の揺動角度よりはるかに大きな回転角度でモータを回転制御することが可能となり、ピッチの粗いパルスモータやピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。また、モータ軸を直接第１のアームに固定せずに減速機構を介在させることで、超音波探触子のウインドウより上方に離れた位置にモータを配置することが可能となり、体表接触部であるウインドウからモータを突出せずに配置することが可能となる。
さらに、前記超音波素子は、電子走査型素子であって、電子走査と電子走査と直交する方向に機械的揺動する、又は単一素子であって独立して回転又は揺動することで機械走査を行い、前記機械走査と直交する方向に機械的揺動することを特徴とする。
この構成により、３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
本発明によれば、大きな揺動曲率で超音波素子を機械的に揺動させる機構を短いアーム、すなわち小型の揺動機構で実現することが可能で、手持ち型超音波探触子の小型軽量化を実現することが可能となり、診断時の操作性を改善した超音波探触子を実現することができる。特に表在性組織を診断する超音波探触子で要求される大きな体表近傍の広い視野領域の実現と小型軽量化の実現との相反する要求を満たし、乳房、頚動脈、甲状腺などの表在性組織に適した手持ち型機械走査式超音波探触子を提供することができる。
また、本発明によれば、上記の構成により、生体接触面の狭い領域から超音波の走査を実現することが可能となり、モータなどの駆動源の回転角度と超音波素子の回転角度を一定の関係に保つことでき、モータなどの駆動源の回転速度を一定に保つことで音響走査線の密度を一定に保つことができるという効果を有する。また、モータ軸の回転角度と超音波素子の揺動角度は常に一定の関係を保つため、モータ軸を一定速度で回転させることで超音波素子の揺動速度を一定とすることができ、超音波画像を構築する走査線の密度を一定に保つことが可能となる。さらに、モータ軸の正逆回転を狭い角度で行えば、動きの早い臓器の特定の部位を描出する際の音響走査線密度を均一に上げることが可能となる。上記効果から肋骨の間から心臓の超音波診断画像を取得したり、新生児の大泉門を経由して脳の超音波診断画像を取得するのに適した機械走査式超音波探触子を実現することができる。
また、本発明によれば、大きな揺動曲率で超音波素子を機械的に揺動させる機構を短いアームすなわち小型の揺動機構で実現することが可能で、手持ち型超音波探触子の小型軽量化を実現することが可能となり、診断時の操作性を改善した超音波探触子を実現することができる。特に表在性組織を診断する超音波探触子で要求される大きな体表近傍の広い視野領域の実現と小型軽量の実現との相反する要求を満たし、乳房、頚動脈、甲状腺などの表在性組織に適した手持ち型機械走査式超音波探触子を提供することができる。
また、本発明によれば、モータの回動運動により超音波素子を機械的に揺動させ走査を行うことで、超音波素子の揺動動作の軌跡は生体に接触するウインドウの近傍を中心とした運動とすることができ、超音波素子のセクタ状放射の中心点をウインドウ近傍に設定することで超音波送受信経路の障害物を避け走査することが可能となる。
本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の正面図 本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する正面図 本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第４の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第５の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第６の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第７の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第８の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の正面図 本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する正面図 本発明の第１０の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１１の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１２の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１３の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１４の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子を説明する正面図 本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子を説明する側面図 本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する図 本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子を説明するもので、探触子外筐を除去して見た正面図 本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子を説明するもので、探触子外筐を含めて側方から見た断面図 本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する模式図
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る超音波探触子について説明する。図１と図２は、それぞれ本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の正面図と側面図である。図２において、モータ１のモータ軸１７は、図示しない超音波診断装置などの外部からの駆動電気信号により、回転又は揺動動作を行う。超音波素子２は、ウインドウ３と探触子外筐７とで囲われた領域内に納められ、当該領域内には超音波素子２により送受信される超音波信号を伝播するための音響結合液体４が注入されている。
探触子外筐７の外側に固定されたモータ１のモータ軸１７は、図示しないオイルシールなどの密封材を介して探触子外筐７及び当該探触子外筐７に固定された第１の円筒プーリ５を貫通し、探触子外筐７内のアーム１６に固定されている。アーム１６の他方の端部にはプーリ軸２０が固定され、第２の円筒プーリ８は、プーリ軸２０を中心に回動可能となるように取り付けられている。第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８とは、ワイヤ６と第１のワイヤ固定具９及び第２のワイヤ固定具１８とでそれぞれ固定されている。
第２の円筒プーリ８には、スライダ軸受１５が固定されており、スライダ軸受１５には、スライダ軸１４が摺動可能に取り付けられている。スライダ軸１４には、ローラ軸１３が固定され、ローラ軸１３を中心にローラ１０が回動可能に取り付けられ、ローラ１０は、探触子外筐７の内側に設けたガイドレール１２と常に接触するように、スライダ軸１４の一部とスライダ軸受１５の一部との間に配設されたばね１１により引き付けられる構成となっている。
このような構成において、モータ軸１７の回転によりアーム１６が傾くと、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８がワイヤ６で固定され、かつ第１の円筒プーリ５が探触子外筐７に固定されているため、第２の円筒プーリ８は、アーム１６による傾きと同時にプーリ軸２０を中心に回転動作を行う。第２の円筒プーリ８には、スライダ軸受１５が固定されており、スライダ軸受１５は、第２の円筒プーリ８と同様にモータ軸１７の回転により傾きと回転を同時に行うこととなる。スライダ軸受１５により摺動可能に取り付けられたスライダ軸１４も同様の動作を行うが、スライダ軸１４に固定されたローラ軸１３を中心に回動可能に取り付けられたローラ１０は、探触子外筐７の内側に設けたガイドレール１２と常に接触するように、ばね１１により引き付けられる構成を持たせており、スライダ軸１４は、モータ軸１７の回転により、傾きと回転と同時にガイドレール１２の形状に沿って伸縮動作を行う。
ここで、図１に示すように、ガイドレール１２のガイドレール曲率中心を１９とすると、ガイドレール曲率中心１９から第１の円筒プーリ５の中心、すなわちモータ軸１７の中心までの距離Ｌ2と、第１の円筒プーリ５の中心から第２の円筒プーリ８の中心までの距離Ｌ1を等しくし、かつ第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径の寸法の比率を１対２とする。
以下、図３を用いて超音波素子２を揺動させた状態について詳細な説明をする。本発明の構成で、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さＬ2と、アーム１６のモータ軸１７固定点の中心から第２の円筒プーリ８の中心までの長さＬ1を等しくすることにより、第２の円筒プーリ８の中心とモータ軸１７の中心とガイドレール曲率中心１９で形成される三角形は二等辺三角形となり、図３に示すモータ軸回転角２１と素子揺動角２２とは２対１の関係を常に保つこととなる。また、第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径を１対２とし、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８をワイヤ又はスチールベルトなどで固定することで、アーム１６の傾きにより、第２の円筒プーリ８は、第２の円筒プーリ８を中心にモータ軸１７の回転方向とは逆の方向に１／２回転する。
したがって、モータ軸１７を回転させると、超音波素子２を固定したスライダ軸１４は、ガイドレール曲率中心１９を揺動の中心として、常にモータ軸回転角２１の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行うこととなる。
さらに、超音波素子２を固定したスライダ軸１４にローラ１０を設け、ガイドレール１２に対してばね１１により常に接触するように構成することで、超音波素子２は、左右に揺動した状態ではスライダ軸受１５に対して摺動し、スライダ軸受１５を固定した第２の円筒プーリ８のプーリ軸２０と超音波素子２との距離は相対的に伸縮運動を行う。
以上のように、超音波素子２は、ガイドレール曲率中心１９を中心とした傾きと同時に、伸縮運動によりガイドレール曲率中心１９を中心とした大きな曲率を持った揺動運動をすることとなる。よって、ガイドレール曲率中心１９から超音波素子２までの長いアームを持った揺動機構と等価な揺動運動を実現することができ、超音波探触子を小型化することができる。
なお、本実施の形態では、ガイドレール１２に対して、ローラ１０は、スライダ軸受１５と反対側に設けたばね１１により引き込む構成、すなわち、ばね１１により、ローラ１０をガイドレール１２の反スライダ軸受側面に押し付ける構成を示しているが、ローラ１０をガイドレール１２の内側（スライダ軸受側）に設け、ばね１１により押し付ける構成、すなわち、ばね１１により、ローラ１０をガイドレール１２のスライダ軸受側面に押し付ける構成にしてもよい。また、ローラ１０は、摺動抵抗を低減させるために、ローラ軸１３により回動可能としているが、ガイドレール１２やローラ１０の材質に摺動抵抗の少ないテフロン（登録商標）樹脂などを用い、必ずしもローラ軸１３により回動可能とする必要はない。
また、ガイドレール１２に対してローラ１０を常に接触させる方法としては、ガイドレールを２つ以上のローラで挟み込むようにしてもよい。また、ガイドレール１２を２本設けてその２本のガイドレールの間にローラが挟み込まれるような構成でもよく、この場合に２つ以上のローラをお互いがばねで反発するように取り付け、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収してもよい。
また、本実施の形態では、超音波素子２の傾き角度の中心を常に１つの点で揺動させる構成であり、かつ、超音波素子２の揺動の軌跡も同一の中心位置となるような実施の形態で説明したが、揺動角度の中心及び素子揺動軌跡の中心が同一でなくてもよい場合には、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さと、モータ軸１７中心から第２の円筒プーリ８までの長さを等しくすることや、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８の直径の比率を１対２とする必要は必ずしもない。
また、超音波素子２は、単一の素子のものであって、上記の揺動機構により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が電子走査型の超音波素子であって、機械的揺動方向と直交する方向に電子走査するように超音波素子を配置することで、電子走査による走査と機械的揺動による走査とで３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
また、アーム１６のモータ軸１７の固定端からプーリ軸２０の固定端までの長さを、プーリ軸２０からローラ１０の中心までの長さより同等若しくは長くすることで、ガイドレール曲率中心１９は、モータ軸１７に対してより遠方に配置されることとなり、超音波素子２を大きな曲率半径の揺動軌跡で揺動動作させる機構をより小型化することができる。
また、超音波素子２を電子走査型のアレイ素子とし、アレイ素子による電子走査方向と直交する方向に上記の機構を用いて機械走査することで、表在性組織に密着しやすい大きな曲率で機械走査する３次元超音波探触子を実現することができる。
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態の超音波探触子を図４に示す。第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と大きく異なる点は、ガイドレール１２ａを探触子外筐７と一体化している点である。このような構成にすることで、金型で探触子外筐７を作成する場合にアンダーカットとなる部分が無いため、ウインドウ３の方向に成型後の探触子外筐７の方向に金型を引き上げることが可能となり、スライダ金型などを使用する必要がなく、金型の費用を削減し、低コストで構成することが出来る。また、ばね１１によりローラ１０が常にガイドレール１２ａの方向に押し付けられているため、超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定の間隔に保つことが出来る。
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態の超音波探触子を図５に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、ウインドウ側を下に向けて使用する場合に有効である。超音波素子２は自重にてウインドウ３側にガイドレール１２とローラ１０ａが接しながら揺動動作を行うことができ、ばね１１がなくても超音波素子２とウインドウ３は一定の距離を一定に保ちながら、超音波素子２を揺動させることが出来る。また、本実施の形態によれば、探触子を落下させたような場合でも、超音波素子２とウインドウ３は常に一定の距離を保つ構造を成しており、探触子を落下させた場合に、超音波素子２がウインドウ３に衝突して、素子を破損させることを避けることが可能となる。
＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態の超音波探触子を図６に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、第３の実施の形態に加えて、ばね１１により常に超音波素子２とウインドウ３をばね１１の力で一定の距離に保つことが可能となるため、探触子を上下逆の向きで生体に接触させる場合でも、常に超音波素子２とウインドウ３との距離を、あらゆる探触子の姿勢においても一定に保つことが出来る。
＜第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態の超音波探触子を図７に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、ガイドレール１２を２つのローラ１０、１０ａにより挟み込むように配置しており、２つのローラによりガイドレール１２に沿って超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定に保つ構造としており、ばね１１の力でスライダ軸、すなわち超音波素子２が伸縮するときに、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることが可能となり、揺動をさせるためのモータ１の制御に、上記の負荷変動を考慮する必要がなくなる。
＜第６の実施の形態＞
本発明の第６の実施の形態の超音波探触子を図８に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、ガイドレール１２を２つのローラ１０、１０ａで挟みこんでおり、さらに２つのローラ１０、１０ａがお互いにばね１１ａで引き合うように構成されているため、２つのローラ１０、１０ａにより挟み込まれるガイドレール１２の幅が多少不均一であっても、ばね１１ａの力でローラ１０、１０ａが引き合っているために、ガイドレールの幅が広い場合に増加する負荷を軽減できると同時に、ガイドレールの幅が狭い場合のがたつきを軽減することが可能である。
＜第７の実施の形態＞
本発明の第７の実施の形態の超音波探触子を図９に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、第６の実施の形態とは異なり、ガイドレール１２を２本設け、その間にローラ１０を配置することで、スライダ軸、すなわち超音波素子２が伸縮する構成となっており、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることが可能となり、揺動をさせるためのモータ１の制御に、上記負荷変動を考慮する必要がなくなる。さらに本実施の形態では伸縮運動を行う機構部に対しては１つのローラで規制しているため、伸縮運動を行う機構部の質量を軽減することが可能となり、揺動動作時の伸縮運動による振動を軽減することが可能となる。また、ガイドレール１２は機械加工により作成する場合に、フライス加工などでガイドレールの形状に沿って１回の加工で溝を形成することが可能であり、溝の幅は第６の実施の形態の超音波探触子に記載の突起状のレールより簡易にかつ精度良く形成しやすい。
＜第８の実施の形態＞
本発明の第８の実施の形態の超音波探触子を図１０に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、複数のガイドレール１２、１２ａ間を複数のローラ１０、１０ａがばね１１で互いに反発して、ローラ１０、１０ａがガイドレールの摺動面に押し付けられた状態で移動するように構成したことで、ガイドレールの溝幅とローラ径の誤差によるがたつきや、負荷変動をばね１１により吸収することが可能となり、揺動動作時の負荷変動によるモータ１を安定して容易に制御して、比較的簡便な制御方法にて目的とする揺動速度と速度変動を軽減することが可能となる。
＜第９の実施の形態＞
図１１と図１２は、それぞれ本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の側面図と正面図である。これらの図において、モータ１のモータ軸１７は、図示しない超音波診断装置などの外部からの駆動電気信号により、回転又は揺動動作を行う。超音波素子２は、ウインドウ３と探触子外筐７で囲われた領域に納められ、当該領域内には超音波素子２から送受信される超音波信号を伝播するための音響結合液体４が注入されている。
探触子外筐７の外側に固定されたモータ１のモータ軸１７は、図示しないオイルシールなどの密封材を介して探触子外筐７及び当該探触子外筐７に固定された第１の円筒プーリ５を貫通し、探触子外筐７内のアーム１６に固定されている。アーム１６の他方の端部にはプーリ軸２０が固定され、第２の円筒プーリ８は、プーリ軸２０を中心に回転可能となるように取り付けられている。第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８とは、ワイヤ６と第１のワイヤ固定具９及び第２のワイヤ固定具１８とでそれぞれ固定されている。
このような構成において、モータ軸１７の回転によりアーム１６が傾くと、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８がワイヤ６で固定され、かつ第１の円筒プーリ５が探触子外筐７に固定されているため、第２の円筒プーリ８は、アーム１６による傾きと同時にプーリ軸２０を中心に回転動作を行う。第２の円筒プーリ８には、スライダ軸受１５が固定されており、スライダ軸受１５は、第２の円筒プーリ８と同様にモータ軸１７の回転により傾きと回転を同時に行うこととなる。スライダ軸受１５により摺動可能に取り付けられたスライダ軸１４も同様の動作を行うが、スライダ軸１４に固定されたローラ軸１３を中心に回転可能に取り付けられたローラ１０は、探触子外筐７の内側に設けたガイドレール１２と常に接触するように、ばね１１により引き付けられる構成を持たせており、スライダ軸１４は、モータ軸１７の回転により、傾きと回転と同時にガイドレール１２の形状に沿って伸縮動作を行う。超音波素子２は、スライダ軸１４のローラ軸１３固定端とは反対側に固定されている。
ここで、図１２に示すように、ガイドレール１２をガイドレール曲率中心１９を中心とする円弧状の形状とすると、ガイドレール曲率中心１９から第１の円筒プーリ５の中心、すなわちモータ軸１７の中心までの距離Ｌ2と、第１の円筒プーリ５の中心から第２の円筒プーリ８の中心までの距離Ｌ1を等しくし、かつ第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径の比率を１対２の寸法とする。
以下、図１３を用いて超音波素子２を揺動させた状態について詳細な説明をする。本発明の構成で、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さＬ2と、アーム１６のモータ軸１７固定点の中心から第２のプーリ軸８の中心までの長さＬ1を等しくすることにより、第２のプーリ軸８の中心とモータ軸１７の中心とガイドレール曲率中心１９で形成される三角形は二等辺三角形となり、図１３に示すモータ軸回転角２１と素子揺動角２２とは２対１の関係を常に保つこととなる。また、第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径を１対２とし、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８とをワイヤ又はスチールベルトなどで固定することで、アーム１６の傾きにより、第２の円筒プーリ８は、プーリ軸２０を中心にモータ軸１７の回転方向とは逆の方向にモータ軸１７の回転角度の１／２だけ回転する。
したがって、モータ軸１７を回転させると、超音波素子２を固定したスライダ軸１４は、ガイドレール曲率中心１９を揺動の中心として、常にモータ軸回転角２１の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行うこととなる。
さらに、超音波素子２を固定したスライダ軸１４にローラ１０を設け、ガイドレール１２に対してばね１１で常に接触するように構成することで、超音波素子２は、左右に揺動した状態ではスライダ軸受１５に対して摺動し、スライダ軸受１５を固定した第２の円筒プーリ８のプーリ軸２０と超音波素子２との距離は相対的に伸縮運動を行う。
以上のように、超音波素子２は、ガイドレール曲率中心１９を中心とした傾きと同時に、伸縮運動によりガイドレール曲率中心１９を中心とした大きな曲率を持ち、ガイドレール曲率中心１９から常に一定の距離を保ちながら揺動動作をすることとなる。
なお、本実施の形態では、ばね力が作用する位置関係において、スライダ軸１４とスライダ軸受１５との間に設けたばね１１、すなわちスライダ軸受１５と反対側に設けたばね１１でローラ１０をガイドレール１２側に引き込む構成、すなわち、ばね１１により、ローラ１０をガイドレール１２のスライダ軸受側の面とは逆の反対側に押し付ける構成を示しているが、ローラ１０をガイドレール１２の内側（スライダ軸受側）に設け、ばね位置を反対側に変更する、あるいは圧縮ばねを引張りばねに変更して押し付けるようにしてもよい。また、ローラ１０は、摺動抵抗を低減させるために、ローラ軸１３により回転可能としているが、ガイドレール１２やローラ１０の材質に摺動抵抗の少ないテフロン（登録商標）樹脂などを用いれば、ローラ１０は、必ずしもローラ軸１３により回転可能とする必要はない。
また、ガイドレール１２に対してローラ１０を常に接触させる方法としては、ガイドレールを２つ以上のローラで挟み込むようにしてもよい。また、ガイドレール１２を２本設けてその２本のガイドレールの間にローラが挟み込まれるような構成でもよく、この場合に２つ以上のローラにお互いがばねで反発するように取り付け、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収してもよい。ここで、揺動の中心、すなわちガイドレール曲率中心１９と、ウインドウ３の位置関係は、診断用途に応じて、揺動中心をウインドウ３の前後の位置に配置してもよい。
また、本実施の形態では、超音波素子２の傾き角度の中心を常に１つの点で揺動させ、かつ揺動中心から超音波素子２までの距離を常に一定に保つ構成となるような実施の形態で説明したが、揺動角度の中心及び素子揺動軌跡の中心が同一でなくてもよい場合には、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さと、モータ軸１７の中心からプーリ軸２０（第２の円筒プーリ８の中心）までの長さを等しくすることや、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８の直径の比率を１対２とする必要は必ずしもない。
また、超音波素子２は、単一の超音波素子であって、上記の揺動機構により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が電子走査型の超音波素子２又は機械走査を行う構造であって、走査方向と直交する方向に本発明の機械走査をするようにすることで、３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
さらに、図１１に示す構成では、ローラ１０をガイドレール１２の接触面に押し付けるように、スライダ軸１４とスライダ軸受１５との間に弾性体としてのばね１１を設けることで、ローラ１０とガイドレール１２が常に接触するように引き付けられており、超音波素子２とウインドウ３の間隔を一定に保つことができる。なお、弾性体としてはばね以外のものも代用することができる。
＜第１０の実施の形態＞
本発明の第１０の実施の形態に係る超音波探触子を図１４に示す。第９の実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。第１０の実施の形態において、第９の実施の形態と大きく異なる点は、ガイドレール１２ａを探触子外筐７と一体化している点である。このような構成にすることで、金型で探触子外筐７を作成する場合にアンダーカットとなる部分がないため、ウインドウ３の方向に成型後の探触子外筐７の金型を引き上げることが可能となり、スライダ金型などを使用する必要がなく、金型の費用を削減し、低コストで構成することができる。また、ばね１１によりローラ１０が常にガイドレール１２ａの方向に押し付けられているため、超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定の間隔に保つことができる。
＜第１１の実施の形態＞
本発明の第１１の実施の形態に係る超音波探触子を図１５に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子では、ガイドレール１２を２つのローラ１０により挟み込むように配置しており、ローラ１０をガイドレール１２に常に接触させておくために、図１１に示すばね１１は削除でき、２つのローラ１０によりガイドレール１２に沿って超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定に保つ構造としている。このため、ばね１１の力でスライダ軸１４、すなわちスライダ軸受１５に対する超音波素子２までの距離が伸縮するときに、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることができ、揺動をさせるためのモータ１の制御に、負荷変動を考慮する必要がなくなる。
＜第１２の実施の形態＞
本発明の第１２の実施の形態に係る超音波探触子を図１６に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子では、ガイドレール１２を２つのローラ１０で挟みこんでおり、さらに２つのローラ１０がお互いにばね１１ａで引き合うように構成されているため、２つのローラ１０により挟み込まれるガイドレール１２の幅が多少不均一な厚みであっても、ばね１１ａの力で２つのローラ１０が引き合っているために、ガイドレール１２の幅が広い場合に増加する負荷を軽減できると同時に、ガイドレール１２の幅が狭い場合のガタツキを軽減することが可能となる。なお、２本のローラ軸の剛性（弾性）を異なったものにすることで、一方を基準とし、ガタツキを抑えると同時に、位置精度も向上させることができる。
＜第１３の実施の形態＞
本発明の第１３の実施の形態に係る超音波探触子を図１７に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子は、第４の実施の形態と異なり、ガイドレール１２を２本設け、その間にローラ１０を配置することで、スライダ軸１４、すなわち超音波素子２が伸縮する構成となっており、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることが可能となり、揺動をさせるためのモータ１の制御に、負荷変動を考慮する必要がなくなる。さらに、本実施の形態では伸縮運動を行う機構部は１つのローラで規制しているため、伸縮運動を行う機構部の質量を軽減することが可能となり、揺動動作時の伸縮運動による振動を軽減することが可能となる。また、ガイドレール１２は機械加工により作成する場合に、フライス加工などでガイドレールの形状に沿って１回の加工で溝を形成することが可能であり、溝の幅は突起状のレールを加工する場合より簡易にかつ精度良く形成しやすい。
＜第１４の実施の形態＞
本発明の第１４の実施の形態に係る超音波探触子を図１８に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子は、第１３の実施の形態の改善案であり、複数のガイドレール１２間を複数のローラ１０がばね１１で互いに反発して、ローラ１０がガイドレール１２の摺動面に押し付けられた状態で移動するように構成したことで、第１３の実施の形態のガイドレール形成方法の特長に加えて、ガイドレール１２の溝幅とローラ１０の径の誤差によるガタツキや、負荷変動をばね１１により吸収することが可能となり、揺動動作時の負荷変動によるモータ１の制御を安定して容易に制御して、比較的簡便な制御方法にて目的とする揺動速度と速度変動を軽減することが可能となる。
＜第１５の実施の形態＞
図１９Ａ、１９Ｂは、本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子の正面図と側面図である。図１９Ａ、１９Ｂにおいて、モータ１に減速機構３１を介して連結されたモータ軸２３は、図示しない超音波診断装置などの外部からの駆動電気信号により、回転又は揺動動作を行う。モータ軸２３に一端部が固定された第１のアーム２４は、モータ軸２３の回転によりモータ軸２３を中心に回転又は揺動運動を行う。また、第１のアーム２４の長手方向中間部には第２の軸２８が回動可能に固定され、第１のアーム２４は第２の軸２８に対しても回動可能に接続されている。そして、第２の軸２８の他端部には第３のアーム２６が回動可能に固定され、第３のアーム２６の他端部には第１の軸２７が回動可能に固定され、第１の軸２７の他端部は、第２のアーム２５の端部に回動可能に接続されている。第２のアーム２５と第３のアーム２６が第１の軸２７で回動可能に固定された部分は探触子外筺７に対してばね１１ａで引っ張られるように構成されている。さらに、第２のアーム２５の他端部の先端には、電気信号と超音波信号を変換する超音波素子２が固定されている。超音波素子２は、ウインドウ３と探触子外筺７とで囲われた領域内に納められ、当該領域内には超音波素子２により送信される超音波信号を伝播するための音響結合液体４が注入されている。
第２のアーム２５の超音波素子２の固定端と第１の軸２７の固定端との間には、縦長の溝部２９が設けられ、第１のアーム２４のＬ字型に曲がった先端部が溝嵌合部３０に嵌合する。溝部２９は、第１のアーム２４のＬ字型先端部の直径とほぼ同じ幅の溝であって、超音波素子固定端方向に縦長の溝となっており、超音波素子２方向に平行に移動可能となっている。モータ軸２３に固定されたＬ字型の第１のアーム２４は、モータ軸２３の回転又は揺動運動により第２のアーム２５の溝部２９に回動運動を発生させ、これにより超音波素子２が回動運動を行う。ここで、第３のアーム２６は、第２のアーム２５の超音波素子固定端と反対側の端部に設けられた第１の軸２７と、第１のアーム２４の回転中心と第２のアーム２５の溝部２９との間に設けられた第２の軸２８とにより、両端が回動可能なリンク機構を構成し、第２のアーム２５の超音波素子固定端は、上記のリンク機構により、モータ軸２３が回動したとき、実際のモータ軸２３との間の長さよりも長い回転半径を持った回動運動を行うことになる。
以下、図２０を用いてモータ軸２３を回転させた状態の詳細な説明を行う。モータ軸２３をＤ点とすると、モータ軸２３が回転することにより、モータ軸２３に固定された第１のアーム２４はＤ点を中心として回転する。第１のアーム２４の先端部の位置をＡ点とし、Ａ点とモータ軸固定点の間に設けた第２の軸２８の位置をＢ点とし、第１の軸２７の位置をＣ点とすると、第２のアーム２５の先端部には超音波素子２が固定され、もう一方の端部は第１の軸２７にて第３のアーム２６と回動可能に固定され、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が構成される。ここで、第２のアーム２５と第３のアーム２６との結合点である第１の軸２７（Ｃ点）を、モータ軸２３から伸びる第１のアーム２４の長さと等しい距離だけモータ軸２３の垂線方向に隔てたＦ点よりばね１１ａで引っ張る構成とし、第１のアーム２４を、モータ軸２３を中心として回転させた場合、上記ＡＢＣとＡＤＦは三角形の関係を保ちながら回転するため、第１のアーム２４を回転させたときに、Ｃ点、すなわち、第１の軸２７が描く軌跡が円となり、その円の中心であるＦ点を中心とした円の軌跡を超音波素子２の先端も同様に描くことになる。図２０からも明らかなように、超音波素子２の回転運動の軌跡は、Ｆ点を中心とした軌跡となるため、Ｆ点に回転中心を持つアームを回転させた場合と等価となる。このような構成によれば、見かけ上の回転中心を超音波素子２から見てモータ軸２３より遠方に配置することが可能となり、回転中心を実際に遠方に配置した場合と比較して小型化が実現できる。
すなわち、モータ軸２３の位置であるＤ点に固定された第１のアーム２４がＤ点を中心として回動することにより、第１のアーム２４の先端位置であるＡ点は、第２のアーム２５に設けられた溝部２９を平行に移動しながら第２のアーム２５を揺動させる。第３のアーム２６の図２０中の下の端部位置であるＣ点を、第２のアーム２５の下の端部と回動可能に取り付け、第３のアーム２６の図２０中の上の端部位置であるＢ点を、第１のアーム２４の両端部の間の位置に回動可能になるように取り付け、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により三角形が形成されるように構成することで、第１のアーム２４を回転させると、第２のアーム２５の先端は、モータ軸２３の位置であるＤ点を中心とした揺動より大きな曲率を持った軌跡で揺動させることができる。
また、Ａ点からＢ点の距離と、Ｂ点からＣ点の距離を同じ長さにし、さらにＡ点からＤ点までの長さとＤ点からＦ点までの長さを同じ長さとすることで、三角形ＡＢＣ及び三角形ＡＤＦは、常に相似の二等辺三角形を形成することとなる。三角形ＡＢＣ及びＡＤＦを二等辺三角形とすると、第１のアーム２４の回転角度に対して、超音波素子２の回転角度は常に１／２の角度で傾くこととなるため、超音波素子２の揺動角度は、モータ１の回転角度と２対１の関係を常に保つこととなり、モータ回転角度を一定角度で揺動させれば、超音波素子２もＦ点を中心として常に均等な回転角度を実現することができる。
すなわち、第１のアーム２４上の第２の軸２８の位置であるＢ点を、線分Ａ−Ｂと線分Ｂ−Ｃの長さが同じ長さとなるように固定し線分Ａ−Ｄと線分Ｄ−Ｆの長さが同じ長さとなるように固定することで、上記三角形ＡＢＣ及びＡＤＦが二等辺三角形となるように構成され、第１のアーム２４を回転させると、三角形ＡＢＣ及びＡＤＦは常に二等辺三角形を構成し、三角形ＡＤＦは三角形ＡＢＣと相似の二等辺三角形を構成することになる。この構成により、第１のアーム２４を角度θ度回転させると、第２のアーム２５の先端は仮想の回転中心Ｅ点を中心に（１／２）θ度回転することとなる。すなわち、Ｆ点を中心として揺動する長いアームを用いた揺動角度と同様の揺動角度を短いアームを用いて実現することができる。
また、第１のアーム２４と第３のアーム２６の連結点、すなわちこれらのアームを連結する第２の軸２８の中心軸位置を、第１のアーム２４のモータ軸２３との固定点と第２のアーム２５との摺動点の中心より摺動点側に近く配置し、三角形ＡＢＣが二等辺三角形になるように構成することにより、モータ１の回転角度に対して１／２の回転角を保ちつつ、かつ、揺動させたときに、第２のアーム２５と第３のアーム２６の連結点であるＣ点の図２０中の上下方向の移動量が少なくなり、最大揺動角度でＣ点が下に下がる領域を少なくすることが可能となり、結果として、小型化を実現することが可能となる。
すなわち、第１のアーム２４と第３のアーム２６とが回動可能に接続されたＢ点を、第１のアーム２４のモータ軸２３との固定点であるＤ点と第１のアーム２４の先端部位置であるＡ点との間の距離の１／２の位置よりＡ点側に配置することで、第１のアーム２４を揺動させたときに、Ｃ点がモータ軸２３のＤ点より下方に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となる。
換言すれば、第３のアーム２６の第１のアーム２４との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さと、第１のアーム２４の第３のアーム２６との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さとを同じ長さにして、モータ軸垂線と第１のアーム２４先端の軌跡との交点であって、超音波素子２の固定端と反対側の交点と、第２のアーム２５と第３のアーム２６とを第１の軸２７で結合した端部との間に、ばね１１ａを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成することで、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となる。
また、モータ軸２３に減速機構３１などを設けることで、揺動機構の負荷に応じたトルクを小型のモータで駆動することが可能となることは当然であるが、超音波素子２の揺動角度を微細なピッチで制御することが可能となる。仮に超音波素子２の揺動角度を±３０度揺動させる場合には、二等辺三角形ＡＢＣによって軸の回転角度相当では±６０度となり、加えて、１対６の減速機構３１をモータ軸２３と第１のアーム２４の回転中心の中間に設けることで、超音波素子２の揺動角度±３０度をモータ回転角度として±３６０度とすることが可能となり、ブラシ付きモータのコミュテータの偏磨耗による寿命劣化を軽減することが可能となる。また、モータとしてパルスモータを用いた場合には、パルスモータのステップ角度が超音波素子２の揺動角度の微少位置決め精度を支配してしまい、マイクロステップ駆動などの高価な制御回路によるパルスモータ制御が必要となるが、上記のリンク機構と減速機構３１を併用することで、安価で粗いステップ角度のパルスモータと制御回路及び比較的小型で安価な減速機構により微細な揺動角度制御が実現できる。
すなわち、第１のアーム２４の回転中心Ｄ点をモータ軸２３に直接接続するのではなく、モータ軸２３にギヤボックスやタイミングプーリなどの減速機構３１にて減速させた軸を接続する構成とすることにより、超音波素子２の揺動角度よりはるかに大きな回転角度でモータを回転制御することとなり、ピッチの粗いパルスモータや、ＤＣモータとエンコーダで揺動制御する場合でもピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。
また、超音波素子２は、単一素子のものであって、揺動機構１１により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が電子走査型の超音波素子であって、機械的揺動方向と直交する方向に電子走査するように超音波素子２を配置することで、電子走査による走査と機械揺動による走査で３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
すなわち、超音波素子２が電子走査型の素子で、機械的揺動による走査と直交する方向に電子走査とを併せて実現することにより、電子走査と機械走査による３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
＜第１６の実施の形態＞
図２１Ａ、２１Ｂは、本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子のそれぞれ探触子外筐を除去して見た正面図と探触子外筐を含めて側方から見た断面図である。図２１Ａ、２１Ｂにおいて、モータ１に減速機構３１を介して探触子外筺７を貫通して連結されたモータ軸２３は、図示しない超音波診断装置本体などの外部からの駆動電気信号により、図示しないオイルシールやウインドウ３などで封止された探触子外筺７内の音響結合液体４の中で任意に設定した範囲内で回動又は揺動運動を行う。
モータ軸２３に基端部が固定された第１のアーム２４は、モータ軸２３の回動又は揺動運動によりモータ軸２３を中心に回動又は揺動運動を行う。また、第１のアーム２４の長手方向中間部には第２の軸２８が回動可能に固定され、第２の軸２８に対して第３のアーム２６の一端部が回動可能に結合されている。第３のアーム２６の他端部には第１の軸２７が回動可能に固定され、第１の軸２７に対して第２のアーム２５の長手方向中間部が回動可能に結合されている。第２のアーム２５と第３のアーム２６が第１の軸２７で回動可能に結合された部分は、ばね１１ａにより第２のアーム２５の超音波素子固定端側に引っ張るように構成されている。第２のアーム２５の第１の軸２７の延長線上、すなわちウインドウ３側の先端には、電気信号と超音波信号を変換する超音波素子２が固定されている。
上記第１の軸２７及び第２の軸２８により、第１のアーム２４と第２のアーム２５及び第３のアーム２６とが各々回動可能に接続されており、各軸はいずれか一方のアームに固定され、他方が回動可能な構成であれば必ずしも上記の構成でなくてもよい。第２のアーム２５の第１の軸２７の固定部の超音波素子固定端とは反対側の延長端部には縦長の溝部２９が設けられ、第１のアーム２４の先端のＬ字型に曲がった溝嵌合部３０が溝部２９に嵌合する。第１のアーム２４の溝嵌合部３０は、必ずしもアームを一体物のＬ字型とする必要は無く、アームに別の軸を固定するようにして、溝嵌合部３０を構成してもよい。溝部２９は、第１のアーム２４のＬ字型先端部の直径とほぼ同じ幅の溝であって、第２のアーム２５の長手方向に縦長の溝となっており、平行移動可能となっている。また、応答性、超音波素子の位置精度を上げるためには、できる限り幅方向のガタツキは少ない方が好ましい。
モータ軸２３に基端部が固定されたＬ字型の第１のアーム２４は、モータ軸２３の回動又は揺動運動により第２のアーム２５の溝部２９に回動運動を発生させ、これにより超音波素子２が回動運動を行う。ここで、第２のアーム２５のウインドウ３側に固定された超音波素子２は、ウインドウ近傍を仮想の揺動中心として回動運動を行うことになる。溝嵌合部３０は、摺動摩擦抵抗を軽減するためにベアリングや低摩擦抵抗樹脂材料などを設けてもよい。また、溝嵌合部３０は、第２のアーム２５に設けた溝部２９に嵌合する構成を例としてあげているが、第２のアーム２５を２つ以上のベアリングなどで挟み込むようにしてもよい。
以下、図２２を用いてモータ軸２３を回動させた状態の詳細な説明を行う。図２２はアームの位置関係を分かり易くするため、長さの短いアーム程、前面に表示した模式図である。モータ軸２３をＤ点とすると、モータ軸２３が回動することにより、モータ軸２３に固定された第１のアーム２４はＤ点を中心として回動する。第１のアーム２４の先端部の位置をＡ点とし、Ａ点とモータ軸固定点の間に設けた第２の軸２８の位置をＢ点とし、第１の軸２７の固定点をＣ点とすると、第２のアーム２５のウインドウ３側端部には超音波素子２が固定され、第２のアーム２５の超音波素子固定端とＡ点の間に第１の軸２７によって第３のアーム２６が回動可能に固定され、各アームが直線状に重なり合う位置以外では、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が構成される。
ここで、第２のアーム２５と第３のアーム２６との結合点である第１の軸２７（Ｃ点）を、図２２においてモータ軸２３から下方に伸びる第１のアーム２４の長さと等しい距離にモータ軸２３方向と直交する垂線（図２２の上下方向に一致する線）方向にばね１１ａでＦ点に引っ張る構成とし、第１のアーム２４を、モータ軸２３を中心として回動させた場合、上記Ａ点、Ｂ点、Ｃ点とＡ点、Ｄ点、Ｆ点は三角形の関係を保ちながら回動するため、第１のアーム２４を回動させたときに、ばね１１ａで引っ張られるＦ点を中心とした揺動の軌跡を超音波素子２の先端は描くことになる。図２２からも明らかなように、超音波素子２の回動運動の軌跡は、Ｆ点を中心とした軌跡となるため、見かけ上の回動中心をモータの回動中心より実際に遠方でウインドウ近傍を中心とした揺動運動が実現できる。
すなわち、モータ軸２３の位置であるＤ点に固定された第１のアーム２４がＤ点を中心として回動することにより、第１のアーム２４の先端位置であるＡ点は、第２のアーム２５に設けられた溝部２９を平行に移動しながら第２のアーム２５を揺動させる。第３のアーム２６の図２２中の下の端部位置であるＣ点を、第２のアーム２５の下の端部と回動可能に取り付け、第３のアーム２６の図２２中の上の端部位置であるＢ点を、第１のアーム２４の両端部の間の位置に回動可能になるように取り付け、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により三角形が形成されるように構成することで、第１のアーム２４を回動させると、第２のアーム２５の先端は、ウインドウ近傍に設けたＦ点を中心とした軌跡で揺動させることができる。
また、Ａ点からＢ点までの距離と、Ｂ点からＣ点までの距離を同じ長さにし、さらにＡ点からＤ点までの長さとＤ点からＦ点までの長さを同じ長さとすることで、三角形ＡＢＣ及び三角形ＡＤＦは、常に相似の二等辺三角形を形成することとなる。三角形ＡＢＣ及びＡＤＦを二等辺三角形とすると、第１のアーム２４の回動角度に対して、超音波素子２の回動角度は常に１／２の角度で傾くこととなるため、超音波素子２の揺動角度は、モータ１の回動角度と２対１の関係を常に保つこととなり、モータ回動角度を単位時間一定角度で揺動させれば、超音波素子２もＦ点を中心として単位時間で常に均等な回動角度での揺動を実現することができる。
すなわち、第１のアーム２４上の第２の軸２８の位置であるＢ点を、線分Ａ−Ｂと線分Ｂ−Ｃの長さが同じ長さとなるように固定し、線分Ａ−Ｄと線分Ｄ−Ｆの長さが同じ長さとなるように固定することで、上記三角形ＡＢＣ及びＡＤＦが二等辺三角形となるように構成され、第１のアーム２４を回動させると、三角形ＡＢＣ及びＡＤＦは常に二等辺三角形を構成し、三角形ＡＤＦは三角形ＡＢＣと相似の二等辺三角形を構成することになる。この構成により、第１のアーム２４を角度θ度回動させると、第２のアーム２５の先端は仮想の回動中心Ｆ点を中心に（１／２）θ度回動することとなる。すなわち、ウインドウ近傍を揺動の中心として、モータ回転角度の１／２の角度を常に保ちながら揺動をさせることができる。
また、第１のアーム２４と第３のアーム２６の接続点を、第１のアーム２４のモータ軸固定点と第２のアーム２５との摺動点の中心より摺動点側に近く配置し三角形ＡＢＣが二等辺三角形になるように構成することにより、モータの回動角度に対して１／２の回動角を保ちつつ、なおかつ、揺動させたときに、第２のアーム２５と第３のアーム２６とが接続されてＣ点の上下方向移動量が少なくなり、最大揺動角度でＣ点が下に下がる領域を少なくすることが可能となり、結果として、小型化を実現することが可能となり、第２のアーム２５に固定された超音波素子２を超音波探触子のウインドウ３の中で揺動運動を行いかつ超音波素子２の揺動中心をウインドウ３の近傍に設ける構成が実現できる。
すなわち、第１のアーム２４と第３のアーム２６とが回動可能に接続されたＢ点を、第１のアーム２４のモータ軸２３との固定点であるＤ点と第１のアーム２４の先端部位置であるＡ点との間の距離の１／２の位置よりＡ点側に配置することで、第１のアーム２４を揺動させたときに、Ｃ点がモータ軸２３のＤ点より下方に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型かつ揺動機構を超音波探触子のウインドウ内部に配置し広い角度の揺動走査をすることが可能となる。
換言すれば、第３のアーム２６の第１のアーム２４との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さと、第１のアーム２４の第３のアーム２６との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さとを同じ長さにして、モータ軸垂線と第１のアーム２４先端の軌跡との交点であって、超音波素子固定端側の交点と、第２のアーム２５と第３のアーム２６とを第１の軸２７で結合した端部との間に、ばね１１ａを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成することで、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となると同時に、モータの回転角度と超音波素子の揺動角度を常に２対１の関係を保ちながら揺動走査することができる。
また、モータ軸２３に減速機構３１などを組み合わせて減速機構３１の出力軸を第１のアーム２４に固定することで、揺動機構の負荷に応じたトルクを小型のモータで駆動することが可能となることは当然であるが、超音波素子２の揺動角度を微細なピッチで制御することが可能となる。仮に、超音波素子２の揺動角度を±３０度揺動させる場合には、二等辺三角形ＡＢＣによって軸の回動角度相当では±６０度となり、加えて、１対６の減速機構３１をモータ軸２３と第１のアーム２４の回動中心の中間に設けることで、超音波素子２の揺動角度±３０度をモータ回動角度として±３６０度とすることが可能となり、ブラシ付きモータのコミュテータの偏摩耗による寿命劣化を軽減することが可能となる。また、モータとしてパルスモータを用いた場合には、パルスモータのステップ角度が超音波素子２の揺動角度の微少位置決め精度を支配してしまい、マイクロステップ駆動などの高価な制御回路によるパルスモータ制御が必要となるが、上記のリンク機構と減速機構を併用することで、安価で粗いステップ角度のパルスモータと制御回路及び比較的小型で安価な減速機構により微細な揺動角度制御が実現できる。また、減速機構３１を設けることで、モータの配置場所を揺動機構自身の寸法からウインドウ３側からはみ出す部分を軽減することが可能となり、超音波探触子の生体接触部と超音波探触子そのものを小型化することも可能となる。
すなわち、第１のアーム２４の回動中心Ｄ点をモータ軸２３に直接接続するのではなく、モータ軸２３にギヤボックスやタイミングプーリなどの減速機構３１にて減速させた軸を接続する構成とすることにより、超音波素子２の揺動角度よりはるかに大きな回動角度でモータを回転制御することとなり、ピッチの粗いパルスモータや、ＤＣモータとエンコーダで揺動制御する場合でもピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。
また、超音波素子２は、単一素子のものであって、減速機構３１により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が独立して機械的に回動又は揺動する機構を持った機械走査型探触子又は電子走査型の超音波素子であって、本発明の機械的揺動方向と直交する方向に機械的又は電子走査するように超音波素子を配置することで、３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
すなわち、超音波素子２が電子走査型の素子で、機械的揺動による走査と直交する方向に電子走査とを併せて実現することにより、電子走査と機械走査による３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
以上のように、本発明によれば、モータ軸２３を中心に回動可能に固定された第１のアーム２４と、モータ軸固定端と反対側がＬ字型に曲がった第１のアーム２４の先端が長手方向に平行に移動可能に嵌合された第２のアーム２５と、第１のアーム２４のモータ固定端とＬ字型に曲がった嵌合部の間に固定された第２の軸２８と第２のアーム２５の第１のアーム２４との嵌合部とウインドウ３側に超音波素子２を固定した端部の間に固定した第１の軸２７に対して、第１の軸２７及び第２の軸２８で回動可能に取り付けられた第３のアーム２６で三角形のリンク機構を構成し、第２のアーム２５と第３のアーム２６を第１の軸２７で回動可能に連結された部分をばね１１ａにより第２のアーム２５の超音波素子２の固定端側に引っ張るようにした簡単な構成により、モータ１の回動運動により超音波素子２を機械的に揺動させ走査を行うことで、超音波素子２の揺動動作の軌跡は生体に接触するウインドウ３の近傍を中心とした運動とすることができ、超音波素子２のセクタ状放射の中心点をウインドウ近傍に設定することで超音波送受信経路の障害物を避け走査することが可能となる。このため、肋骨や大泉門の隙間などの狭い生体接触領域、又は肋骨弓下、すなわち肋骨の下側から心臓などを走査する際のセクタ走査に適した小型、軽量、かつ安価な超音波探触子を提供することができる。
また、第３のアーム２６の第１の軸２７の中心から第２の軸２８の中心までの長さと、第２の軸２８から第１のアーム２４と第２のアーム２５の連結点までの長さを同じにして、第１のアーム２４と第２のアーム２５の各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるようにし、第１のアーム２４のモータ軸固定端２と第２のアーム２５の長さを、モータ軸２３とモータ軸垂線上で図面下側にばね１１ａを固定したＦ点との長さを等しくして、各点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成することで、モータの回動角度と超音波素子の揺動角度が常に２対１の関係を保ちモータの回動角速度を一定にすることで時間的に一定間隔で超音波を送受信することで音響走査線の密度を常に一定に保つことができる。
また、第１のアーム２４と第３のアーム２６の結合点を、第１のアーム２４の回動中心、すなわちモータ軸固定点と第１のアーム２４の先端までの距離の中間点より先端側に配置することで、リンク機構を小型化することができ、手持ち型超音波探触子に要求される小型化と軽量化を実現することができる。
また、モータ軸２３に減速ギヤ又はタイミングベルトやスチールベルトなどの減速機構３１を取り付け、減速した回転軸に揺動用の第１のアーム２４の回動中心を固定し、モータ１をウインドウ３から離れた方向に配置することで、小型軽量のモータで揺動が可能となると同時に、体表接触部つまりウインドウ部分を小型にすることが可能となり、狭い生体接触領域からの走査に適した超音波探触子を実現できる。
さらに、超音波素子２が単一素子であって独立して機械的に回動又は揺動することで機械走査を行い、機械走査と直交する方向に機械的揺動するか、超音波素子２が電子走査型素子であって電子走査の方向と直交する方向に本発明のリンク機構を組み合わせることにより、狭い領域から超音波を送受信する３次元用超音波探触子を実現することができる。
本発明は、超音波素子を機械的に揺動させて超音波断層像を取得するもので、探触子の生体接触部の形状を生体に密着させやすいように大きな曲率半径とする機構であって、さらに手持ち型超音波探触子として利便性を向上させるために小型な超音波探触子を実現できるという効果を有し、機械式超音波探触子又は３次元用超音波探触子に利用することができる。
また、本発明は、超音波素子を機械的に揺動させて超音波断層像を取得するもので、生体の診断時に肋骨や大泉門などの骨の間から走査するようなセクタ走査を行うことを目的とした探触子として、生体接触部近傍の超音波走査線を狭い領域から走査する、機械走査式超音波探触子又は３次元用超音波探触子に利用することができる。
本発明は、超音波を送受信する超音波探触子に関し、特に、短冊状に圧電素子を配列して電気的に走査することで断層画像を得るアレイ型素子又は単一の素子の電気的又は機械的走査方向と直交する方向に機械的に平行移動又は揺動させることによって、生体内の３次元断層像を得る小型の手持ち式の超音波探触子に関するもので、乳腺、甲状腺、頚動脈、体表血管、体表表層部など（以下、表在性組織と呼ぶ）の３次元断層像を得ること、並びに、体表から走査する際に肋骨や大泉門などが間に存在しても、狭い体表接触領域から走査を行い３次元断層像を得ることを主な目的とした機械的走査方式に好適な超音波探触子に関する。
表在性組織の超音波診断画像を短時間で簡便に取得するには、体表近傍のアレイ型素子又は単一の素子による幅広い視野領域を得ると同時に、アレイ型素子又は単一の素子の走査方向と直交する方向への、体表の形状に沿った広い機械的走査が必要となる。手持ち型超音波探触子では、１つの３次元超音波探触子であらゆる表在性組織の３次元画像が得られることによって、探触子を交換する診断上の手間を省くことができることに加え、複数の３次元超音波探触子を必要とせず、コスト的にも大きな利点があるが、頚動脈や甲状腺などの３次元断層像を得るための超音波探触子としては、顎の下に存在する診断部位の関係上、探触子の形状を極力小さくすることが必要となり、広い３次元診断領域の実現と、小型の３次元超音波探触子の実現という相反する要求がある。また、手持ち型超音波探触子であることから、探触子は小型で軽量であることが加えて要求されている。
従来、この種の表在性組織断層画像取得方法として、超音波探触子に乳房用アプリケータを介在させて、探触子そのものを回転させ乳房全領域の断層像を得るようにしたものがある（例えば、下記の特許文献１参照）。
また、水槽中にて超音波探触子を配置し、探触子を平行移動させることによって、乳房全体の断層像を得るようにしたものがある（例えば、下記の特許文献２参照）。また、超音波探触子を、ベルトなどを用いて並行に移動させて超音波画像を取得するようにしたものがある（例えば、下記の特許文献３参照）。
また、アレイ型素子の電子走査方向の端部を中心に回転させることによって、手持ち型の３次元超音波探触子を実現するようにしたものがある（例えば、下記の特許文献４参照）。
さらに、コンベックス状のアレイ型素子を機械的に揺動させることで３次元超音波断層像を得る、手持ち型の３次元超音波探触子を実現するようにしたものがある（例えば、下記の特許文献５参照）。
一方、体表からの走査で心臓などの超音波診断画像を取得するには、体表近傍に存在する音響インピーダンスの大きな肋骨などでの反射による肋骨の下に存在する心臓の超音波診断画像の欠損を避けるため、肋骨の間の狭い領域から超音波を送受信する必要がある。そして、上記体表近傍の狭い超音波送受信領域を実現するには体表近傍若しくは体表内部の浅い領域に超音波素子の揺動運動中心を設ける必要があった。
しかしながら、超音波素子を機械的に揺動し走査を行う手持ち型機械走査式超音波探触子は、揺動する超音波素子を生体に直接接触させることが不可能であるため、ウインドウと探触子筐体で音響結合液体を封止し、この液体内部で超音波素子を揺動又は回転させて走査する必要があった。このような超音波素子は、超音波ビームをより細いビームとすることで画像分解能を向上させることが可能であるが、そのためには、超音波素子は最適な開口径が要求され、素子の大きさと揺動動作でのウインドウとのクリアランスが必要であることから、生体の体表近傍の超音波送受信領域を狭くすることや、体表近傍又は体表の浅い部位に超音波素子の揺動中心を設けることは困難であった。
従来のこの種の機械走査式セクタ超音波探触子として、モータの回転運動をロータに固定されたローラとアームに設けられた軸を中心に揺動可能に取り付けられた支持体の背面に設けた平行な溝で、モータの回転運動を支持体の揺動運動に変換し、支持体に固定された音響素子を揺動させることによって機械的に素子を揺動させ走査を行う手段を備えたものがある（例えば、下記の特許文献６参照）。
また、特許文献６に記載の機構を、音速が生体より遅い音響結合液体と組み合わせることで、モータ回転角度と音響素子の揺動角度を比例関係に近くする構成のものがある（例えば、下記の特許文献７参照）。
さらに、円弧状のガイドレールとベルトを用い、体表近傍に仮想の揺動中心で肋骨の間から超音波を走査する構成のものがある（例えば、下記の特許文献８参照）。
実公昭５９−１９０２０８号公報 実公昭５９−１１１１１０号公報 特開昭６１−１３９４２号公報 特開平４−２８２１３６号公報 特開平３−１８４５３２号公報 実開昭５９-４２９７０号公報 特公平７-２４６５９号公報 特開平６−３８９６２号公報
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、既存のアレイ型超音波探触子を回転させて画像を取得する乳腺診断専用の装置であり、手持ち型超音波探触子のように、医者が探触子を直接持って操作するようなものではなく、加えて、頚動脈や甲状腺などの別の診断領域を、１つの３次元超音波探触子で診断できるようなものでもない。
また、特許文献２に記載の発明は、特許文献１と同様に、手持ち型３次元超音波探触子ではなく、装置も大掛かりなもので事前の準備などの手間を必要とし、頚動脈や甲状腺などの別の診断領域もあわせて簡便に診断できるものではない。
また、特許文献３に記載の発明を応用して、超音波素子をベルトなどで平行に移動させる機構を、手持ち型超音波探触子に応用することも類推することができるが、ワイヤ、タイミングベルトなどを用いてアレイ型素子を平行移動させる場合には、移動させる素子の両端にプーリを配置する必要がある。このような構造を用いた場合には、素子の幅と、プーリの径によって、必ず、機械的移動範囲より大きな生体接触部形状となってしまうため、手持ち型３次元超音波探触子としては好ましい形態ではない。特に、頚動脈や甲状腺などを診断する場合には、手持ち型３次元超音波探触子を生体の対象部位に当てる際に、顎などが邪魔になって所望する位置に探触子を当てることができないという課題を有していた。
また、特許文献４に記載の発明は、アレイ型素子の電子走査方向の端部を中心に回転させて３次元の超音波画像を取得するもので、機械的回転の中心近傍の回転移動量と比べ、回転中心から離れた部分の回転移動量が大きくなってしまうため、３次元断層像を構築するための元データとなる２次元断層面のピッチが、回転中心に近いほど細かくなる反面、回転中心から離れるにしたがってピッチが粗くなり、回転中心からの距離に比例して、２次元断層面のスライスした断面のピッチが粗く、回転中心から離れた位置の断層像データを用いた３次元画像を構築した際に、回転中心から離れた部位の分解能が粗くなってしまうという問題点を有していた。
また、アレイ型素子の電子走査方向の端部を中心に回転しているため、アレイ型素子の電子走査方向の素子の長さからはみ出した位置に回転中心軸を設ける機構が必要となるため、頚動脈、甲状腺などの部位を診断する場合には、当該診断部位の診断の際に、素子の長さより大きな生体接触部が顎の部分に当たってしまい、超音波探触子を所望の位置に接触させることが困難であるという課題を有していた。
さらに、上記特許文献５に記載の３次元超音波探触子は、コンベックス状のアレイ型素子を機械的に揺動させることで３次元超音波断層像を得るため、素子の揺動回転中心からアレイ型素子先端までの距離で、探触子先端の生体接触部の曲率が決まってしまい、比較的平坦な形状である表在性組織部位に接触させる際に、機械的揺動走査による両端部で生体に確実に接触するような生体接触部形状を実現するためには、機械的揺動の回転中心からアレイ型素子先端までの距離を大きくし、生体接触部の曲率を大きくする必要があった。また、機械的揺動の回転中心からアレイ型素子先端までの距離を大きくすることは、手持ち型３次元超音波探触子の大きさが、上記距離を大きくすることで大きくなり、手持ち型３次元超音波探触子として、その大きさや質量の増加が、診断を行う際に探触子の取り扱いがしづらくなるという課題を有していた。
一方、特許文献６に記載の発明は、モータの回転運動をロータに固定されたローラとアームに設けられた軸を中心に揺動可能に取り付けられた支持体の背面に設けた平行な溝で、モータの回転運動を支持体の揺動運動に変換し、支持体に固定された音響素子を揺動させることによって機械的に素子を揺動させ走査を行う機構であるために、モータの回転角度に対して、素子の揺動角度が比例せず、モータを一定速度で回転させた場合に超音波ビームの角度を等しい角度で振らせることができないという課題を有していた。
また、モータを一方向に連続回転させ上記の機構で揺動運動に変換しているために、素子の揺動角度、すなわち音響走査の角度は常に一定の角度となり、例えば心臓などの動きの早い臓器を超音波診断対象とする場合に、臓器の動きに対する超音波画像の描出追従性を良くするためにモータを高速で回転させると、音響走査線の密度が粗くなり画像劣化を招くこととなる。生体からの超音波反射エコーを取得するには生体の音速に依存する時間が必要であり、動きの早い臓器を対象に画像の劣化なく超音波診断画像を得るためには、狭い走査角度を揺動させる必要があるが、特許文献６に記載の発明は、揺動角度を自由に設定して揺動速度を上げることが困難であった。また、この走査線密度は揺動角速度と反比例する関係であり、上記の機構では特に重要な揺動角度の中央部で揺動角速度が速く、すなわち走査線密度が粗くなるという課題を有していた。
さらに、特許文献６に記載の発明は、生体に接触するウインドウの内側に配置した素子揺動中心軸を中心として揺動運動を行っており、その構造上、生体に接触するウインドウから、すなわち生体から離れた位置に素子の揺動中心を配置せざるを得ないため、実際の音響走査線はウインドウ表面、すなわち生体接触部では広がってしまい、生体近傍に肋骨などの音響インピーダンスが大きく超音波を反射してしまうものが介在すると、肋骨などにさえぎられその下に存在する生体内部の臓器を描出できないという課題を有していた。
また、特許文献７に記載の発明は、特許文献６に記載の機構を、音速が生体より遅い音響結合液体と組み合わせるものであるが、モータ回転角度と音響素子の揺動角度は完全な比例関係とはならない。また、特許文献７に記載の発明では、特許文献６と同様に、生体に接触するウインドウの内側に配置した素子揺動中心軸を中心として揺動運動を行っており、その構造上、生体に接触するウインドウから離れた位置に素子の揺動中心を配置せざるを得ないため、実際の音響走査線はウインドウ表面、すなわち生体接触部では広がってしまい、生体近傍に肋骨などの音響インピーダンスが大きく超音波を反射してしまうものが介在すると、肋骨などにさえぎられその下に存在する生体内部の臓器を描出できないという課題を有していた。また、特許文献６と同様に、動きの早い臓器に対して時間的な追従性を向上させるためには、揺動角度を狭くして揺動速度を上げることが困難であり、診断部位に応じた走査線密度と揺動速度を自由に設定することが困難であった。
さらに、特許文献８に記載の発明では、ガイドレールに嵌合して摺動するアームの幅と、ガイドレールの外側に設けたローラの干渉の制限から、実際の素子揺動範囲の外側にローラを配置する必要があり、探触子の外側の形状は上記ローラの配置により大きくする必要があり、探触子の小型化及び軽量化にとっての課題となっている。また、肋骨弓下、すなわち肋骨の下側から心臓などを走査する際には、探触子を肋骨の下側から体表と平行に近い方向に移動させて走査を行う必要があり、ローラの配置による探触子の揺動方向の膨らみが超音波走査を行う上での妨げとなっている。また、ガイドレールや複数個のローラやベルトなどの多数の機構部品が必要となっており、部品のコストや組み立ての複雑性なども課題となっている。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、生体接触面の広い走査領域を実現するための大きな曲率で超音波素子を走査することができ、かつ探触子を小型化及び軽量化することができ、乳房、頚動脈、甲状腺などの表在性組織に適した手持ち型機械走査式超音波探触子を提供することを目的とするものである。
また、本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、肋骨や大泉門の隙間などの狭い生体接触領域、又は肋骨弓下、すなわち肋骨の下側から心臓などを走査する際のセクタ走査に適した小型、軽量、かつ安価な機械走査式超音波探触子を提供するものである。
また、本発明は肋骨の下側から心臓などを走査する際のセクタ走査に適した機械走査式超音波探触子であって生体の体表近傍の狭い領域から超音波を送受信することが可能な超音波探触子を提供するものである。
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、探触子外筐の外側に固定されたモータと、前記探触子外筐の内側に固定され、前記モータのモータ軸が貫通する第１の円筒プーリと、前記第１の円筒プーリを貫通して突出した前記モータ軸に固定されたアームと、前記アームのモータ軸固定端とは反対側端に固定されたプーリ軸を中心として回動可能に設けられた第２の円筒プーリと、前記第２の円筒プーリに固定されたスライダ軸受と、前記スライダ軸受により摺動可能に取り付けられ、前記スライダ軸受を介して前記モータ軸とは反対側に超音波素子を固定したスライダ軸と、前記探触子外筐の内側に固定され、前記超音波素子から前記モータ軸方向の延長線上に曲率中心を有する円弧状に形成されたガイドレールと、前記スライダ軸に連結され前記ガイドレールに対し接触状態で移動するローラとを、超音波探触子のウインドウと外筐で囲われた領域であって、かつ音響結合液体が封止された領域中に備えたことを特徴とする。
この構成により、超音波素子は、ガイドレール曲率中心を中心とした傾きと同時に、伸縮運動によりガイドレール曲率中心を中心とした大きな曲率を持った揺動運動をすることとなり、ガイドレール曲率中心から超音波素子までの長いアームを持った揺動機構と等価な揺動運動を実現することができ、かつ超音波探触子を小型化することができる。
また、前記ローラを前記ガイドレールの接触面に押し付けるように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に弾性体を設けたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、ばねが、前記ローラを前記ガイドレールのスライダ軸受側面に押し付けるように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記ローラとして、前記ガイドレールのスライダ軸受側面と反スライダ軸受側面とにそれぞれ接して前記ガイドレールを挟み込むように複数のローラが配置されることを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールを挟み込むように配置される前記複数のローラとして、回動可能に前記スライダ軸に取り付けられたローラと、前記スライダ軸に取り付けられた前記ローラに対してばねで引き合うように設けられたローラとを有することを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールは複数備えられ、ガイドレール間に前記ローラが挟み込まれるように配置されることを特徴とする。
この構成により、ローラは、ガイドレール間に挟み込まれ、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレール間に挟み込まれた前記ローラは、互いにばねで反発するように複数取り付けられることを特徴とする。
この構成により、ローラは、互いにばねで反発するように取り付けられて、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収することができる。
また、前記第１の円筒プーリの直径と前記第２の円筒プーリの直径の比率を１対２とし、前記ガイドレールの曲率中心から前記モータ軸までの長さと、前記アームの前記モータ軸から前記第２の円筒プーリまでの長さを等しくしたことを特徴とする。
この構成により、第２の円筒プーリは、アームの傾きにより、第２の円筒プーリを中心にモータ軸の回転方向とは逆に１／２回転し、モータ軸を回転させると、超音波素子を固定したスライダ軸は、ガイドレール曲率中心を揺動の中心として、常にモータ軸回転角の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行う。
また、前記アームのモータ軸固定端からプーリ軸を固定した他端までの長さを、前記プーリ軸から前記ローラ軸までの長さと同等かそれ以上の長さとしたことを特徴とする。
この構成により、ガイドレール曲率中心は、モータ軸に対してより遠方に配置することとなり、超音波素子を大きな曲率半径の揺動軌跡で揺動動作させる機構をより小型化することができる。
さらに、前記スライダ軸に固定された超音波素子は、電子走査型のアレイ型超音波素子であって、前記アレイ型超音波素子の電子走査方向と直交する方向に機械走査することで、電子走査と機械走査による直交する２つの断面の走査を可能にすることを特徴とする。
この構成により、表在性組織に密着させやすい大きな曲率で機械走査する３次元超音波探触子を実現することができる。
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、外側にモータが固定された探触子外筐の内側に固定され、前記モータのモータ軸が貫通する第１のプーリと、前記第１のプーリを貫通して突出した前記モータ軸に固定されたアームと、前記アームのモータ軸固定端とは反対側に固定されたプーリ軸を中心として回動可能に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと第２のプーリを結合する連結部材と、前記第２のプーリに固定されたスライダ軸受と、前記スライダ軸受により摺動可能に取り付けられ、一端に超音波素子を固定したスライダ軸と、前記スライダ軸の他端に設けられたローラ軸と、前記探触子外筐の内側に固定され、かつ前記スライダ軸の前記ローラ軸固定端から前記超音波素子方向への延長線上に曲率中心を有する円弧状に形成されたガイドレールと、前記スライダ軸に連結されたローラ軸を介して前記ガイドレールに対し接触状態で移動するローラとを、超音波探触子のウインドウと外筐で囲われた領域であって、かつ音響結合液体が封止された領域中に備えたことを特徴とするものである。
この構成により、モータ軸が回転又は揺動動作を行うと、超音波素子が揺動動作する軌跡はガイドレールの曲率中心を揺動動作の中心として揺動動作を行うこととなり、音響結合液体を封止したウインドウの表面又はその前後にセクタ型音響走査の中心を設ける機構が実現でき、なおかつ、モータの回転角度と音響素子の揺動角度の比例関係と、音響素子からウインドウまでの距離を一定に保つことができ、生体の体表近傍の狭い領域から超音波を送受信することが可能な超音波探触子を実現できる。
また、前記ローラを前記ガイドレールの接触面に押し付けるように前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に弾性体を設けたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記弾性体であるばねが前記ローラを前記ガイドレールの前記スライダ軸受側に接するように前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記弾性体であるばねが前記ローラを前記ガイドレールの前記スライダ軸受とは反対側に接するように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする。
この構成により、スライダ軸の先端に固定された超音波素子は、左右に揺動した状態でスライダ軸受に対して伸縮運動を行う。
また、前記ガイドレールのスライダ軸受側面とスライダ軸受側面の反対側とにそれぞれ接して前記ガイドレールを挟み込むように複数のローラが配置されることを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールを挟み込むように配置される前記複数のローラとして、回動可能に前記スライダ軸に取り付けられたローラと、前記スライダ軸に取り付けられた前記ローラに対してばねで引き合うように設けられたローラとを有することを特徴とする。
この構成により、複数のローラは、ガイドレールを挟み込み、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレールは複数備えられ、ガイドレール間に前記ローラが挟み込まれるように配置されることを特徴とする。
この構成により、ローラは、ガイドレール間に挟み込まれ、ガイドレールに沿って摺動することができる。
また、前記ガイドレール間に挟み込まれた前記ローラは、互いにばねで反発するように複数取り付けられることを特徴とする。
この構成により、ローラは、互いにばねで反発するように取り付けられて、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収することができる。
また、前記第１のプーリの直径と前記第２のプーリの直径の比率を１対２とし、前記ガイドレールの曲率中心から前記モータ軸までの長さと、前記アームの前記モータ軸から前記第２のプーリまでの長さを等しくしたことを特徴とする。
この構成により、第２のプーリは、アームの傾きにより、第２のプーリを中心にモータ軸の回転方向とは逆に１／２回転し、モータ軸を回転させると、超音波素子を固定したスライダ軸は、ガイドレール曲率中心を揺動の中心として、常にモータ軸回転角の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行う。
また、前記アームのモータ軸固定端からプーリ軸固定端までの長さを、前記プーリ軸から前記ローラ軸までの長さと同等かそれ以上の長さとしたことを特徴とする。
この構成により、ガイドレール曲率中心は、モータ軸に対してより遠方に配置することとなり、超音波素子を大きな曲率半径の揺動軌跡で揺動動作させる機構をより小型化することができる。
さらに、前記スライダ軸に固定された前記超音波素子は、電子走査型のアレイ型超音波素子であって、前記アレイ型超音波素子の電子走査方向と直交する方向に機械走査することで、電子走査と機械走査による直交する２つの断面の走査を可能にすることを特徴とする。
この構成により、表在性組織に密着させやすい大きな曲率で機械走査する３次元超音波探触子を実現することができる。
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、モータと、前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回動可能な第１のアームと、先端部に超音波素子が取り付けられた第２のアームと、前記第２のアームに設けられて、前記第１のアームの先端を前記第２のアームと平行移動可能にするよう前記第１のアームの先端を収容する溝部と、一端が前記第２のアームの前記超音波素子の固定端と反対側の端部に設けられた第１の軸により前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、他端が前記第１のアームの回転中心と前記第２のアームの溝部との間の任意の位置に設けられた第２の軸とにより前記第１のアームに対して回動可能に取り付けられて、両端が回動可能なリンク機構を構成する第３のアームと、前記第２のアームと第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部を、モータ軸垂線上でかつ前記第２のアームの前記超音波素子の固定端とは反対側に引き付けるばねとを備え、前記モータの前記回転軸の回転により前記超音波素子が取り付けられた前記第２のアームを揺動走査させるものである。
この構成により、モータ軸に固定された第１のアームがモータ軸を中心として回動することにより、第１のアームの先端は第２のアームに設けられた溝部を平行に移動しながら第２のアームを揺動させる。第３のアームの第１の軸固定端は第２のアームの第１の軸固定端と回動可能に取り付けられ、第３のアームの第２の軸固定端は、第１のアームの間の位置に回動可能になるように取り付け、第１のアームの先端、第３のアームの第２の軸固定端、第３のアームの第１の軸固定端により三角形となるように構成されている。この構成で第１のアームを回転させると、第２のアームの先端はモータ軸を中心とした揺動より大きな曲率を持った軌跡で揺動させることができる。
また、前記第３のアームの前記第１のアームとの連結点から前記第２のアームとの連結点までの長さと、前記第１のアームと前記第３のアームの連結点から前記第２のアームの連結点までの長さを同じ長さにして、前記モータ軸垂線と前記第１のアーム先端の軌跡との交点であって、前記超音波素子の固定端と反対側の交点と、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部との間に、前記ばねを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを所定角度回転させると、第２のアームの先端は揺動時の第３のアームと第２のアームとの連結点が描く円弧軌跡の中心点を仮想の中心点として、所定角度の１／２で回転することになり、仮想の中心点を中心として揺動する長いアームを用いた揺動軌跡と同様の揺動軌跡を短いアームを用いて実現することができる。
また、前記第１のアームと前記第３のアームとを連結する前記第２の軸は、前記第１のアームの前記回転中心からその先端までの距離の中間点より前記第１のアームの先端側に配置されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを揺動させたときに、第３のアームと第２のアームとの連結点がモータ軸より外側に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となる。
また、前記モータの前記回転軸に減速機構を設け、前記減速機構により減速させた回転軸に前記第１のアームの前記回転中心を固定して揺動することを特徴とする。
この構成により、超音波素子の揺動角度よりはるかに大きな回転角度でモータを回転制御することとなり、ピッチの粗いパルスモータやピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。
さらに、前記超音波素子は電子走査型素子であって、電子走査と電子走査と直交する方向に機械的に揺動することを特徴とする。
この構成により、電子走査と機械走査による３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
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、モータと、前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回動可能な第１のアームと、ウインドウ側先端部に超音波素子が取り付けられた第２のアームと、前記第２のアームに設けられて、前記第１のアームの先端を前記第２のアームと平行移動可能にするよう前記第１のアームの先端を収容する溝部と、一端が前記第２のアームに取り付けられた前記超音波素子の固定端と前記溝部との間に設けられた第１の軸により前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、他端が前記第１のアームの回転中心と前記第２のアームの溝部との間の任意の位置に設けられた第２の軸により前記第１のアームに対して回動可能に取り付けられて、両端が回動可能なリンク機構を構成する第３のアームと、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部を、モータ軸垂線上でかつ前記第２のアームの前記超音波素子の固定端側に引っ張るばねとを備え、前記モータの前記回転軸の回転により前記超音波素子が取り付けられた前記第２のアームを揺動走査させるものである。
この構成により、モータ軸に固定された第１のアームがモータ軸を中心として回動することにより、第１のアームの先端は第２のアームに設けられた溝部を平行に移動しながら第２のアームを揺動させる。第３のアームの第１の軸固定端は第２のアームの超音波素子固定端と溝部の間に設けられた第１の軸により回動可能に取り付けられ、第３のアームの第２の軸固定端は、第１のアームの先端と回転中心の間に設けられた第２の軸により回動可能になるように取り付けられ、第１のアームの先端、第３のアームの第２の軸固定端、第３のアームの第１の軸固定端により三角形となるように構成され、第２のアームと第３のアームを第１の軸で回動可能に連結された部分をばねにより第２のアームの超音波素子固定端側に引っ張るように構成している。この構成で第１のアームを回転させると、第２のアームのウインドウ側に固定された超音波素子は、ウインドウ近傍を仮想の揺動中心として揺動動作をすることができる。
また、前記第３のアームの前記第１のアームとの連結点から前記第２のアームとの連結点までの長さと、前記第１のアームと前記第３のアームの連結点から前記第２のアームの連結点までの長さとを同じ長さにして、前記モータ軸垂線と前記第１のアーム先端の軌跡との交点であって、超音波素子固定端側の交点と、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部との間に、前記ばねを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを所定角度回転させると、第２アームの先端は揺動時の第１のアーム先端が描く円弧軌跡とモータ軸から図面上、下に引いた垂線との交点を仮想の揺動中心として、所定角度の１／２で回転することになり、仮想の揺動中心を中心として揺動動作を行うことができる。
また、前記第１のアームと前記第３のアームとを連結する前記第２の軸は、前記第１のアームの前記回転中心からその先端までの距離の中間点より前記第１のアームの先端側に配置されたことを特徴とする。
この構成により、第１のアームを揺動させたときに、第３のアームと第２のアームとの連結点がモータ軸より下方に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子の揺動中心点、すなわちウインドウ近傍より内側に超音波素子及び機構を配置することができ、揺動時に超音波素子がウインドウに当たらないような構成が実現できる。
また、前記モータの前記回転軸に減速機構を設け、前記減速機構により減速させた回転軸に前記第１のアームの前記回転中心を固定し、前記モータを超音波探触子のウインドウから離れた方向に配置して揺動することを特徴とする。
この構成により、超音波素子の揺動角度よりはるかに大きな回転角度でモータを回転制御することが可能となり、ピッチの粗いパルスモータやピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。また、モータ軸を直接第１のアームに固定せずに減速機構を介在させることで、超音波探触子のウインドウより上方に離れた位置にモータを配置することが可能となり、体表接触部であるウインドウからモータを突出せずに配置することが可能となる。
さらに、前記超音波素子は、電子走査型素子であって、電子走査と電子走査と直交する方向に機械的揺動する、又は単一素子であって独立して回転又は揺動することで機械走査を行い、前記機械走査と直交する方向に機械的揺動することを特徴とする。
この構成により、３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
本発明によれば、大きな揺動曲率で超音波素子を機械的に揺動させる機構を短いアーム、すなわち小型の揺動機構で実現することが可能で、手持ち型超音波探触子の小型軽量化を実現することが可能となり、診断時の操作性を改善した超音波探触子を実現することができる。特に表在性組織を診断する超音波探触子で要求される大きな体表近傍の広い視野領域の実現と小型軽量化の実現との相反する要求を満たし、乳房、頚動脈、甲状腺などの表在性組織に適した手持ち型機械走査式超音波探触子を提供することができる。
また、本発明によれば、上記の構成により、生体接触面の狭い領域から超音波の走査を実現することが可能となり、モータなどの駆動源の回転角度と超音波素子の回転角度を一定の関係に保つことでき、モータなどの駆動源の回転速度を一定に保つことで音響走査線の密度を一定に保つことができるという効果を有する。また、モータ軸の回転角度と超音波素子の揺動角度は常に一定の関係を保つため、モータ軸を一定速度で回転させることで超音波素子の揺動速度を一定とすることができ、超音波画像を構築する走査線の密度を一定に保つことが可能となる。さらに、モータ軸の正逆回転を狭い角度で行えば、動きの早い臓器の特定の部位を描出する際の音響走査線密度を均一に上げることが可能となる。上記効果から肋骨の間から心臓の超音波診断画像を取得したり、新生児の大泉門を経由して脳の超音波診断画像を取得するのに適した機械走査式超音波探触子を実現することができる。
また、本発明によれば、大きな揺動曲率で超音波素子を機械的に揺動させる機構を短いアームすなわち小型の揺動機構で実現することが可能で、手持ち型超音波探触子の小型軽量化を実現することが可能となり、診断時の操作性を改善した超音波探触子を実現することができる。特に表在性組織を診断する超音波探触子で要求される大きな体表近傍の広い視野領域の実現と小型軽量の実現との相反する要求を満たし、乳房、頚動脈、甲状腺などの表在性組織に適した手持ち型機械走査式超音波探触子を提供することができる。
また、本発明によれば、モータの回動運動により超音波素子を機械的に揺動させ走査を行うことで、超音波素子の揺動動作の軌跡は生体に接触するウインドウの近傍を中心とした運動とすることができ、超音波素子のセクタ状放射の中心点をウインドウ近傍に設定することで超音波送受信経路の障害物を避け走査することが可能となる。
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る超音波探触子について説明する。図１と図２は、それぞれ本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の正面図と側面図である。図２において、モータ１のモータ軸１７は、図示しない超音波診断装置などの外部からの駆動電気信号により、回転又は揺動動作を行う。超音波素子２は、ウインドウ３と探触子外筐７とで囲われた領域内に納められ、当該領域内には超音波素子２により送受信される超音波信号を伝播するための音響結合液体４が注入されている。
探触子外筐７の外側に固定されたモータ１のモータ軸１７は、図示しないオイルシールなどの密封材を介して探触子外筐７及び当該探触子外筐７に固定された第１の円筒プーリ５を貫通し、探触子外筐７内のアーム１６に固定されている。アーム１６の他方の端部にはプーリ軸２０が固定され、第２の円筒プーリ８は、プーリ軸２０を中心に回動可能となるように取り付けられている。第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８とは、ワイヤ６と第１のワイヤ固定具９及び第２のワイヤ固定具１８とでそれぞれ固定されている。
第２の円筒プーリ８には、スライダ軸受１５が固定されており、スライダ軸受１５には、スライダ軸１４が摺動可能に取り付けられている。スライダ軸１４には、ローラ軸１３が固定され、ローラ軸１３を中心にローラ１０が回動可能に取り付けられ、ローラ１０は、探触子外筐７の内側に設けたガイドレール１２と常に接触するように、スライダ軸１４の一部とスライダ軸受１５の一部との間に配設されたばね１１により引き付けられる構成となっている。
このような構成において、モータ軸１７の回転によりアーム１６が傾くと、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８がワイヤ６で固定され、かつ第１の円筒プーリ５が探触子外筐７に固定されているため、第２の円筒プーリ８は、アーム１６による傾きと同時にプーリ軸２０を中心に回転動作を行う。第２の円筒プーリ８には、スライダ軸受１５が固定されており、スライダ軸受１５は、第２の円筒プーリ８と同様にモータ軸１７の回転により傾きと回転を同時に行うこととなる。スライダ軸受１５により摺動可能に取り付けられたスライダ軸１４も同様の動作を行うが、スライダ軸１４に固定されたローラ軸１３を中心に回動可能に取り付けられたローラ１０は、探触子外筐７の内側に設けたガイドレール１２と常に接触するように、ばね１１により引き付けられる構成を持たせており、スライダ軸１４は、モータ軸１７の回転により、傾きと回転と同時にガイドレール１２の形状に沿って伸縮動作を行う。
ここで、図１に示すように、ガイドレール１２のガイドレール曲率中心を１９とすると、ガイドレール曲率中心１９から第１の円筒プーリ５の中心、すなわちモータ軸１７の中心までの距離Ｌ2と、第１の円筒プーリ５の中心から第２の円筒プーリ８の中心までの距離Ｌ1を等しくし、かつ第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径の寸法の比率を１対２とする。
以下、図３を用いて超音波素子２を揺動させた状態について詳細な説明をする。本発明の構成で、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さＬ2と、アーム１６のモータ軸１７固定点の中心から第２の円筒プーリ８の中心までの長さＬ1を等しくすることにより、第２の円筒プーリ８の中心とモータ軸１７の中心とガイドレール曲率中心１９で形成される三角形は二等辺三角形となり、図３に示すモータ軸回転角２１と素子揺動角２２とは２対１の関係を常に保つこととなる。また、第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径を１対２とし、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８をワイヤ又はスチールベルトなどで固定することで、アーム１６の傾きにより、第２の円筒プーリ８は、第２の円筒プーリ８を中心にモータ軸１７の回転方向とは逆の方向に１／２回転する。
したがって、モータ軸１７を回転させると、超音波素子２を固定したスライダ軸１４は、ガイドレール曲率中心１９を揺動の中心として、常にモータ軸回転角２１の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行うこととなる。
さらに、超音波素子２を固定したスライダ軸１４にローラ１０を設け、ガイドレール１２に対してばね１１により常に接触するように構成することで、超音波素子２は、左右に揺動した状態ではスライダ軸受１５に対して摺動し、スライダ軸受１５を固定した第２の円筒プーリ８のプーリ軸２０と超音波素子２との距離は相対的に伸縮運動を行う。
以上のように、超音波素子２は、ガイドレール曲率中心１９を中心とした傾きと同時に、伸縮運動によりガイドレール曲率中心１９を中心とした大きな曲率を持った揺動運動をすることとなる。よって、ガイドレール曲率中心１９から超音波素子２までの長いアームを持った揺動機構と等価な揺動運動を実現することができ、超音波探触子を小型化することができる。
なお、本実施の形態では、ガイドレール１２に対して、ローラ１０は、スライダ軸受１５と反対側に設けたばね１１により引き込む構成、すなわち、ばね１１により、ローラ１０をガイドレール１２の反スライダ軸受側面に押し付ける構成を示しているが、ローラ１０をガイドレール１２の内側（スライダ軸受側）に設け、ばね１１により押し付ける構成、すなわち、ばね１１により、ローラ１０をガイドレール１２のスライダ軸受側面に押し付ける構成にしてもよい。また、ローラ１０は、摺動抵抗を低減させるために、ローラ軸１３により回動可能としているが、ガイドレール１２やローラ１０の材質に摺動抵抗の少ないテフロン（登録商標）樹脂などを用い、必ずしもローラ軸１３により回動可能とする必要はない。
また、ガイドレール１２に対してローラ１０を常に接触させる方法としては、ガイドレールを２つ以上のローラで挟み込むようにしてもよい。また、ガイドレール１２を２本設けてその２本のガイドレールの間にローラが挟み込まれるような構成でもよく、この場合に２つ以上のローラをお互いがばねで反発するように取り付け、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収してもよい。
また、本実施の形態では、超音波素子２の傾き角度の中心を常に１つの点で揺動させる構成であり、かつ、超音波素子２の揺動の軌跡も同一の中心位置となるような実施の形態で説明したが、揺動角度の中心及び素子揺動軌跡の中心が同一でなくてもよい場合には、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さと、モータ軸１７中心から第２の円筒プーリ８までの長さを等しくすることや、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８の直径の比率を１対２とする必要は必ずしもない。
また、超音波素子２は、単一の素子のものであって、上記の揺動機構により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が電子走査型の超音波素子であって、機械的揺動方向と直交する方向に電子走査するように超音波素子を配置することで、電子走査による走査と機械的揺動による走査とで３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
また、アーム１６のモータ軸１７の固定端からプーリ軸２０の固定端までの長さを、プーリ軸２０からローラ１０の中心までの長さより同等若しくは長くすることで、ガイドレール曲率中心１９は、モータ軸１７に対してより遠方に配置されることとなり、超音波素子２を大きな曲率半径の揺動軌跡で揺動動作させる機構をより小型化することができる。
また、超音波素子２を電子走査型のアレイ素子とし、アレイ素子による電子走査方向と直交する方向に上記の機構を用いて機械走査することで、表在性組織に密着しやすい大きな曲率で機械走査する３次元超音波探触子を実現することができる。
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態の超音波探触子を図４に示す。第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と大きく異なる点は、ガイドレール１２ａを探触子外筐７と一体化している点である。このような構成にすることで、金型で探触子外筐７を作成する場合にアンダーカットとなる部分が無いため、ウインドウ３の方向に成型後の探触子外筐７の方向に金型を引き上げることが可能となり、スライダ金型などを使用する必要がなく、金型の費用を削減し、低コストで構成することが出来る。また、ばね１１によりローラ１０が常にガイドレール１２ａの方向に押し付けられているため、超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定の間隔に保つことが出来る。
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態の超音波探触子を図５に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、ウインドウ側を下に向けて使用する場合に有効である。超音波素子２は自重にてウインドウ３側にガイドレール１２とローラ１０ａが接しながら揺動動作を行うことができ、ばね１１がなくても超音波素子２とウインドウ３は一定の距離を一定に保ちながら、超音波素子２を揺動させることが出来る。また、本実施の形態によれば、探触子を落下させたような場合でも、超音波素子２とウインドウ３は常に一定の距離を保つ構造を成しており、探触子を落下させた場合に、超音波素子２がウインドウ３に衝突して、素子を破損させることを避けることが可能となる。
＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態の超音波探触子を図６に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、第３の実施の形態に加えて、ばね１１により常に超音波素子２とウインドウ３をばね１１の力で一定の距離に保つことが可能となるため、探触子を上下逆の向きで生体に接触させる場合でも、常に超音波素子２とウインドウ３との距離を、あらゆる探触子の姿勢においても一定に保つことが出来る。
＜第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態の超音波探触子を図７に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、ガイドレール１２を２つのローラ１０、１０ａにより挟み込むように配置しており、２つのローラによりガイドレール１２に沿って超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定に保つ構造としており、ばね１１の力でスライダ軸、すなわち超音波素子２が伸縮するときに、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることが可能となり、揺動をさせるためのモータ１の制御に、上記の負荷変動を考慮する必要がなくなる。
＜第６の実施の形態＞
本発明の第６の実施の形態の超音波探触子を図８に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、ガイドレール１２を２つのローラ１０、１０ａで挟みこんでおり、さらに２つのローラ１０、１０ａがお互いにばね１１ａで引き合うように構成されているため、２つのローラ１０、１０ａにより挟み込まれるガイドレール１２の幅が多少不均一であっても、ばね１１ａの力でローラ１０、１０ａが引き合っているために、ガイドレールの幅が広い場合に増加する負荷を軽減できると同時に、ガイドレールの幅が狭い場合のがたつきを軽減することが可能である。
＜第７の実施の形態＞
本発明の第７の実施の形態の超音波探触子を図９に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、第６の実施の形態とは異なり、ガイドレール１２を２本設け、その間にローラ１０を配置することで、スライダ軸、すなわち超音波素子２が伸縮する構成となっており、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることが可能となり、揺動をさせるためのモータ１の制御に、上記負荷変動を考慮する必要がなくなる。さらに本実施の形態では伸縮運動を行う機構部に対しては１つのローラで規制しているため、伸縮運動を行う機構部の質量を軽減することが可能となり、揺動動作時の伸縮運動による振動を軽減することが可能となる。また、ガイドレール１２は機械加工により作成する場合に、フライス加工などでガイドレールの形状に沿って１回の加工で溝を形成することが可能であり、溝の幅は第６の実施の形態の超音波探触子に記載の突起状のレールより簡易にかつ精度良く形成しやすい。
＜第８の実施の形態＞
本発明の第８の実施の形態の超音波探触子を図１０に示す。上記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の超音波探触子は、複数のガイドレール１２、１２ａ間を複数のローラ１０、１０ａがばね１１で互いに反発して、ローラ１０、１０ａがガイドレールの摺動面に押し付けられた状態で移動するように構成したことで、ガイドレールの溝幅とローラ径の誤差によるがたつきや、負荷変動をばね１１により吸収することが可能となり、揺動動作時の負荷変動によるモータ１を安定して容易に制御して、比較的簡便な制御方法にて目的とする揺動速度と速度変動を軽減することが可能となる。
＜第９の実施の形態＞
図１１と図１２は、それぞれ本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の側面図と正面図である。これらの図において、モータ１のモータ軸１７は、図示しない超音波診断装置などの外部からの駆動電気信号により、回転又は揺動動作を行う。超音波素子２は、ウインドウ３と探触子外筐７で囲われた領域に納められ、当該領域内には超音波素子２から送受信される超音波信号を伝播するための音響結合液体４が注入されている。
探触子外筐７の外側に固定されたモータ１のモータ軸１７は、図示しないオイルシールなどの密封材を介して探触子外筐７及び当該探触子外筐７に固定された第１の円筒プーリ５を貫通し、探触子外筐７内のアーム１６に固定されている。アーム１６の他方の端部にはプーリ軸２０が固定され、第２の円筒プーリ８は、プーリ軸２０を中心に回転可能となるように取り付けられている。第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８とは、ワイヤ６と第１のワイヤ固定具９及び第２のワイヤ固定具１８とでそれぞれ固定されている。
このような構成において、モータ軸１７の回転によりアーム１６が傾くと、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８がワイヤ６で固定され、かつ第１の円筒プーリ５が探触子外筐７に固定されているため、第２の円筒プーリ８は、アーム１６による傾きと同時にプーリ軸２０を中心に回転動作を行う。第２の円筒プーリ８には、スライダ軸受１５が固定されており、スライダ軸受１５は、第２の円筒プーリ８と同様にモータ軸１７の回転により傾きと回転を同時に行うこととなる。スライダ軸受１５により摺動可能に取り付けられたスライダ軸１４も同様の動作を行うが、スライダ軸１４に固定されたローラ軸１３を中心に回転可能に取り付けられたローラ１０は、探触子外筐７の内側に設けたガイドレール１２と常に接触するように、ばね１１により引き付けられる構成を持たせており、スライダ軸１４は、モータ軸１７の回転により、傾きと回転と同時にガイドレール１２の形状に沿って伸縮動作を行う。超音波素子２は、スライダ軸１４のローラ軸１３固定端とは反対側に固定されている。
ここで、図１２に示すように、ガイドレール１２をガイドレール曲率中心１９を中心とする円弧状の形状とすると、ガイドレール曲率中心１９から第１の円筒プーリ５の中心、すなわちモータ軸１７の中心までの距離Ｌ2と、第１の円筒プーリ５の中心から第２の円筒プーリ８の中心までの距離Ｌ1を等しくし、かつ第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径の比率を１対２の寸法とする。
以下、図１３を用いて超音波素子２を揺動させた状態について詳細な説明をする。本発明の構成で、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さＬ2と、アーム１６のモータ軸１７固定点の中心から第２のプーリ軸８の中心までの長さＬ1を等しくすることにより、第２のプーリ軸８の中心とモータ軸１７の中心とガイドレール曲率中心１９で形成される三角形は二等辺三角形となり、図１３に示すモータ軸回転角２１と素子揺動角２２とは２対１の関係を常に保つこととなる。また、第１の円筒プーリ５の直径と第２の円筒プーリ８の直径を１対２とし、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８とをワイヤ又はスチールベルトなどで固定することで、アーム１６の傾きにより、第２の円筒プーリ８は、プーリ軸２０を中心にモータ軸１７の回転方向とは逆の方向にモータ軸１７の回転角度の１／２だけ回転する。
したがって、モータ軸１７を回転させると、超音波素子２を固定したスライダ軸１４は、ガイドレール曲率中心１９を揺動の中心として、常にモータ軸回転角２１の１／２の角度を保ちながら揺動動作を行うこととなる。
さらに、超音波素子２を固定したスライダ軸１４にローラ１０を設け、ガイドレール１２に対してばね１１で常に接触するように構成することで、超音波素子２は、左右に揺動した状態ではスライダ軸受１５に対して摺動し、スライダ軸受１５を固定した第２の円筒プーリ８のプーリ軸２０と超音波素子２との距離は相対的に伸縮運動を行う。
以上のように、超音波素子２は、ガイドレール曲率中心１９を中心とした傾きと同時に、伸縮運動によりガイドレール曲率中心１９を中心とした大きな曲率を持ち、ガイドレール曲率中心１９から常に一定の距離を保ちながら揺動動作をすることとなる。
なお、本実施の形態では、ばね力が作用する位置関係において、スライダ軸１４とスライダ軸受１５との間に設けたばね１１、すなわちスライダ軸受１５と反対側に設けたばね１１でローラ１０をガイドレール１２側に引き込む構成、すなわち、ばね１１により、ローラ１０をガイドレール１２のスライダ軸受側の面とは逆の反対側に押し付ける構成を示しているが、ローラ１０をガイドレール１２の内側（スライダ軸受側）に設け、ばね位置を反対側に変更する、あるいは圧縮ばねを引張りばねに変更して押し付けるようにしてもよい。また、ローラ１０は、摺動抵抗を低減させるために、ローラ軸１３により回転可能としているが、ガイドレール１２やローラ１０の材質に摺動抵抗の少ないテフロン（登録商標）樹脂などを用いれば、ローラ１０は、必ずしもローラ軸１３により回転可能とする必要はない。
また、ガイドレール１２に対してローラ１０を常に接触させる方法としては、ガイドレールを２つ以上のローラで挟み込むようにしてもよい。また、ガイドレール１２を２本設けてその２本のガイドレールの間にローラが挟み込まれるような構成でもよく、この場合に２つ以上のローラにお互いがばねで反発するように取り付け、ガイドレールの溝に対する遊びを吸収してもよい。ここで、揺動の中心、すなわちガイドレール曲率中心１９と、ウインドウ３の位置関係は、診断用途に応じて、揺動中心をウインドウ３の前後の位置に配置してもよい。
また、本実施の形態では、超音波素子２の傾き角度の中心を常に１つの点で揺動させ、かつ揺動中心から超音波素子２までの距離を常に一定に保つ構成となるような実施の形態で説明したが、揺動角度の中心及び素子揺動軌跡の中心が同一でなくてもよい場合には、ガイドレール曲率中心１９からモータ軸１７の中心までの長さと、モータ軸１７の中心からプーリ軸２０（第２の円筒プーリ８の中心）までの長さを等しくすることや、第１の円筒プーリ５と第２の円筒プーリ８の直径の比率を１対２とする必要は必ずしもない。
また、超音波素子２は、単一の超音波素子であって、上記の揺動機構により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が電子走査型の超音波素子２又は機械走査を行う構造であって、走査方向と直交する方向に本発明の機械走査をするようにすることで、３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
さらに、図１１に示す構成では、ローラ１０をガイドレール１２の接触面に押し付けるように、スライダ軸１４とスライダ軸受１５との間に弾性体としてのばね１１を設けることで、ローラ１０とガイドレール１２が常に接触するように引き付けられており、超音波素子２とウインドウ３の間隔を一定に保つことができる。なお、弾性体としてはばね以外のものも代用することができる。
＜第１０の実施の形態＞
本発明の第１０の実施の形態に係る超音波探触子を図１４に示す。第９の実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。第１０の実施の形態において、第９の実施の形態と大きく異なる点は、ガイドレール１２ａを探触子外筐７と一体化している点である。このような構成にすることで、金型で探触子外筐７を作成する場合にアンダーカットとなる部分がないため、ウインドウ３の方向に成型後の探触子外筐７の金型を引き上げることが可能となり、スライダ金型などを使用する必要がなく、金型の費用を削減し、低コストで構成することができる。また、ばね１１によりローラ１０が常にガイドレール１２ａの方向に押し付けられているため、超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定の間隔に保つことができる。
＜第１１の実施の形態＞
本発明の第１１の実施の形態に係る超音波探触子を図１５に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子では、ガイドレール１２を２つのローラ１０により挟み込むように配置しており、ローラ１０をガイドレール１２に常に接触させておくために、図１１に示すばね１１は削除でき、２つのローラ１０によりガイドレール１２に沿って超音波素子２とウインドウ３の距離を常に一定に保つ構造としている。このため、ばね１１の力でスライダ軸１４、すなわちスライダ軸受１５に対する超音波素子２までの距離が伸縮するときに、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることができ、揺動をさせるためのモータ１の制御に、負荷変動を考慮する必要がなくなる。
＜第１２の実施の形態＞
本発明の第１２の実施の形態に係る超音波探触子を図１６に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子では、ガイドレール１２を２つのローラ１０で挟みこんでおり、さらに２つのローラ１０がお互いにばね１１ａで引き合うように構成されているため、２つのローラ１０により挟み込まれるガイドレール１２の幅が多少不均一な厚みであっても、ばね１１ａの力で２つのローラ１０が引き合っているために、ガイドレール１２の幅が広い場合に増加する負荷を軽減できると同時に、ガイドレール１２の幅が狭い場合のガタツキを軽減することが可能となる。なお、２本のローラ軸の剛性（弾性）を異なったものにすることで、一方を基準とし、ガタツキを抑えると同時に、位置精度も向上させることができる。
＜第１３の実施の形態＞
本発明の第１３の実施の形態に係る超音波探触子を図１７に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子は、第４の実施の形態と異なり、ガイドレール１２を２本設け、その間にローラ１０を配置することで、スライダ軸１４、すなわち超音波素子２が伸縮する構成となっており、ローラ１０がガイドレール１２に押し付けられる力が揺動している位置によって変化することが避けられるため、モータ１により揺動させる機械的負荷が揺動角度によって変化することを避けることが可能となり、揺動をさせるためのモータ１の制御に、負荷変動を考慮する必要がなくなる。さらに、本実施の形態では伸縮運動を行う機構部は１つのローラで規制しているため、伸縮運動を行う機構部の質量を軽減することが可能となり、揺動動作時の伸縮運動による振動を軽減することが可能となる。また、ガイドレール１２は機械加工により作成する場合に、フライス加工などでガイドレールの形状に沿って１回の加工で溝を形成することが可能であり、溝の幅は突起状のレールを加工する場合より簡易にかつ精度良く形成しやすい。
＜第１４の実施の形態＞
本発明の第１４の実施の形態に係る超音波探触子を図１８に示す。上記実施の形態と同一構成については、同一符号を用いて説明する。本実施の形態に係る超音波探触子は、第１３の実施の形態の改善案であり、複数のガイドレール１２間を複数のローラ１０がばね１１で互いに反発して、ローラ１０がガイドレール１２の摺動面に押し付けられた状態で移動するように構成したことで、第１３の実施の形態のガイドレール形成方法の特長に加えて、ガイドレール１２の溝幅とローラ１０の径の誤差によるガタツキや、負荷変動をばね１１により吸収することが可能となり、揺動動作時の負荷変動によるモータ１の制御を安定して容易に制御して、比較的簡便な制御方法にて目的とする揺動速度と速度変動を軽減することが可能となる。
＜第１５の実施の形態＞
図１９Ａ、１９Ｂは、本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子の正面図と側面図である。図１９Ａ、１９Ｂにおいて、モータ１に減速機構３１を介して連結されたモータ軸２３は、図示しない超音波診断装置などの外部からの駆動電気信号により、回転又は揺動動作を行う。モータ軸２３に一端部が固定された第１のアーム２４は、モータ軸２３の回転によりモータ軸２３を中心に回転又は揺動運動を行う。また、第１のアーム２４の長手方向中間部には第２の軸２８が回動可能に固定され、第１のアーム２４は第２の軸２８に対しても回動可能に接続されている。そして、第２の軸２８の他端部には第３のアーム２６が回動可能に固定され、第３のアーム２６の他端部には第１の軸２７が回動可能に固定され、第１の軸２７の他端部は、第２のアーム２５の端部に回動可能に接続されている。第２のアーム２５と第３のアーム２６が第１の軸２７で回動可能に固定された部分は探触子外筺７に対してばね１１ａで引っ張られるように構成されている。さらに、第２のアーム２５の他端部の先端には、電気信号と超音波信号を変換する超音波素子２が固定されている。超音波素子２は、ウインドウ３と探触子外筺７とで囲われた領域内に納められ、当該領域内には超音波素子２により送信される超音波信号を伝播するための音響結合液体４が注入されている。
第２のアーム２５の超音波素子２の固定端と第１の軸２７の固定端との間には、縦長の溝部２９が設けられ、第１のアーム２４のＬ字型に曲がった先端部が溝嵌合部３０に嵌合する。溝部２９は、第１のアーム２４のＬ字型先端部の直径とほぼ同じ幅の溝であって、超音波素子固定端方向に縦長の溝となっており、超音波素子２方向に平行に移動可能となっている。モータ軸２３に固定されたＬ字型の第１のアーム２４は、モータ軸２３の回転又は揺動運動により第２のアーム２５の溝部２９に回動運動を発生させ、これにより超音波素子２が回動運動を行う。ここで、第３のアーム２６は、第２のアーム２５の超音波素子固定端と反対側の端部に設けられた第１の軸２７と、第１のアーム２４の回転中心と第２のアーム２５の溝部２９との間に設けられた第２の軸２８とにより、両端が回動可能なリンク機構を構成し、第２のアーム２５の超音波素子固定端は、上記のリンク機構により、モータ軸２３が回動したとき、実際のモータ軸２３との間の長さよりも長い回転半径を持った回動運動を行うことになる。
以下、図２０を用いてモータ軸２３を回転させた状態の詳細な説明を行う。モータ軸２３をＤ点とすると、モータ軸２３が回転することにより、モータ軸２３に固定された第１のアーム２４はＤ点を中心として回転する。第１のアーム２４の先端部の位置をＡ点とし、Ａ点とモータ軸固定点の間に設けた第２の軸２８の位置をＢ点とし、第１の軸２７の位置をＣ点とすると、第２のアーム２５の先端部には超音波素子２が固定され、もう一方の端部は第１の軸２７にて第３のアーム２６と回動可能に固定され、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が構成される。ここで、第２のアーム２５と第３のアーム２６との結合点である第１の軸２７（Ｃ点）を、モータ軸２３から伸びる第１のアーム２４の長さと等しい距離だけモータ軸２３の垂線方向に隔てたＦ点よりばね１１ａで引っ張る構成とし、第１のアーム２４を、モータ軸２３を中心として回転させた場合、上記ＡＢＣとＡＤＦは三角形の関係を保ちながら回転するため、第１のアーム２４を回転させたときに、Ｃ点、すなわち、第１の軸２７が描く軌跡が円となり、その円の中心であるＦ点を中心とした円の軌跡を超音波素子２の先端も同様に描くことになる。図２０からも明らかなように、超音波素子２の回転運動の軌跡は、Ｆ点を中心とした軌跡となるため、Ｆ点に回転中心を持つアームを回転させた場合と等価となる。このような構成によれば、見かけ上の回転中心を超音波素子２から見てモータ軸２３より遠方に配置することが可能となり、回転中心を実際に遠方に配置した場合と比較して小型化が実現できる。
すなわち、モータ軸２３の位置であるＤ点に固定された第１のアーム２４がＤ点を中心として回動することにより、第１のアーム２４の先端位置であるＡ点は、第２のアーム２５に設けられた溝部２９を平行に移動しながら第２のアーム２５を揺動させる。第３のアーム２６の図２０中の下の端部位置であるＣ点を、第２のアーム２５の下の端部と回動可能に取り付け、第３のアーム２６の図２０中の上の端部位置であるＢ点を、第１のアーム２４の両端部の間の位置に回動可能になるように取り付け、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により三角形が形成されるように構成することで、第１のアーム２４を回転させると、第２のアーム２５の先端は、モータ軸２３の位置であるＤ点を中心とした揺動より大きな曲率を持った軌跡で揺動させることができる。
また、Ａ点からＢ点の距離と、Ｂ点からＣ点の距離を同じ長さにし、さらにＡ点からＤ点までの長さとＤ点からＦ点までの長さを同じ長さとすることで、三角形ＡＢＣ及び三角形ＡＤＦは、常に相似の二等辺三角形を形成することとなる。三角形ＡＢＣ及びＡＤＦを二等辺三角形とすると、第１のアーム２４の回転角度に対して、超音波素子２の回転角度は常に１／２の角度で傾くこととなるため、超音波素子２の揺動角度は、モータ１の回転角度と２対１の関係を常に保つこととなり、モータ回転角度を一定角度で揺動させれば、超音波素子２もＦ点を中心として常に均等な回転角度を実現することができる。
すなわち、第１のアーム２４上の第２の軸２８の位置であるＢ点を、線分Ａ−Ｂと線分Ｂ−Ｃの長さが同じ長さとなるように固定し線分Ａ−Ｄと線分Ｄ−Ｆの長さが同じ長さとなるように固定することで、上記三角形ＡＢＣ及びＡＤＦが二等辺三角形となるように構成され、第１のアーム２４を回転させると、三角形ＡＢＣ及びＡＤＦは常に二等辺三角形を構成し、三角形ＡＤＦは三角形ＡＢＣと相似の二等辺三角形を構成することになる。この構成により、第１のアーム２４を角度θ度回転させると、第２のアーム２５の先端は仮想の回転中心Ｅ点を中心に（１／２）θ度回転することとなる。すなわち、Ｆ点を中心として揺動する長いアームを用いた揺動角度と同様の揺動角度を短いアームを用いて実現することができる。
また、第１のアーム２４と第３のアーム２６の連結点、すなわちこれらのアームを連結する第２の軸２８の中心軸位置を、第１のアーム２４のモータ軸２３との固定点と第２のアーム２５との摺動点の中心より摺動点側に近く配置し、三角形ＡＢＣが二等辺三角形になるように構成することにより、モータ１の回転角度に対して１／２の回転角を保ちつつ、かつ、揺動させたときに、第２のアーム２５と第３のアーム２６の連結点であるＣ点の図２０中の上下方向の移動量が少なくなり、最大揺動角度でＣ点が下に下がる領域を少なくすることが可能となり、結果として、小型化を実現することが可能となる。
すなわち、第１のアーム２４と第３のアーム２６とが回動可能に接続されたＢ点を、第１のアーム２４のモータ軸２３との固定点であるＤ点と第１のアーム２４の先端部位置であるＡ点との間の距離の１／２の位置よりＡ点側に配置することで、第１のアーム２４を揺動させたときに、Ｃ点がモータ軸２３のＤ点より下方に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となる。
換言すれば、第３のアーム２６の第１のアーム２４との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さと、第１のアーム２４の第３のアーム２６との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さとを同じ長さにして、モータ軸垂線と第１のアーム２４先端の軌跡との交点であって、超音波素子２の固定端と反対側の交点と、第２のアーム２５と第３のアーム２６とを第１の軸２７で結合した端部との間に、ばね１１ａを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成することで、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となる。
また、モータ軸２３に減速機構３１などを設けることで、揺動機構の負荷に応じたトルクを小型のモータで駆動することが可能となることは当然であるが、超音波素子２の揺動角度を微細なピッチで制御することが可能となる。仮に超音波素子２の揺動角度を±３０度揺動させる場合には、二等辺三角形ＡＢＣによって軸の回転角度相当では±６０度となり、加えて、１対６の減速機構３１をモータ軸２３と第１のアーム２４の回転中心の中間に設けることで、超音波素子２の揺動角度±３０度をモータ回転角度として±３６０度とすることが可能となり、ブラシ付きモータのコミュテータの偏磨耗による寿命劣化を軽減することが可能となる。また、モータとしてパルスモータを用いた場合には、パルスモータのステップ角度が超音波素子２の揺動角度の微少位置決め精度を支配してしまい、マイクロステップ駆動などの高価な制御回路によるパルスモータ制御が必要となるが、上記のリンク機構と減速機構３１を併用することで、安価で粗いステップ角度のパルスモータと制御回路及び比較的小型で安価な減速機構により微細な揺動角度制御が実現できる。
すなわち、第１のアーム２４の回転中心Ｄ点をモータ軸２３に直接接続するのではなく、モータ軸２３にギヤボックスやタイミングプーリなどの減速機構３１にて減速させた軸を接続する構成とすることにより、超音波素子２の揺動角度よりはるかに大きな回転角度でモータを回転制御することとなり、ピッチの粗いパルスモータや、ＤＣモータとエンコーダで揺動制御する場合でもピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。
また、超音波素子２は、単一素子のものであって、揺動機構１１により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が電子走査型の超音波素子であって、機械的揺動方向と直交する方向に電子走査するように超音波素子２を配置することで、電子走査による走査と機械揺動による走査で３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
すなわち、超音波素子２が電子走査型の素子で、機械的揺動による走査と直交する方向に電子走査とを併せて実現することにより、電子走査と機械走査による３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
＜第１６の実施の形態＞
図２１Ａ、２１Ｂは、本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子のそれぞれ探触子外筐を除去して見た正面図と探触子外筐を含めて側方から見た断面図である。図２１Ａ、２１Ｂにおいて、モータ１に減速機構３１を介して探触子外筺７を貫通して連結されたモータ軸２３は、図示しない超音波診断装置本体などの外部からの駆動電気信号により、図示しないオイルシールやウインドウ３などで封止された探触子外筺７内の音響結合液体４の中で任意に設定した範囲内で回動又は揺動運動を行う。
モータ軸２３に基端部が固定された第１のアーム２４は、モータ軸２３の回動又は揺動運動によりモータ軸２３を中心に回動又は揺動運動を行う。また、第１のアーム２４の長手方向中間部には第２の軸２８が回動可能に固定され、第２の軸２８に対して第３のアーム２６の一端部が回動可能に結合されている。第３のアーム２６の他端部には第１の軸２７が回動可能に固定され、第１の軸２７に対して第２のアーム２５の長手方向中間部が回動可能に結合されている。第２のアーム２５と第３のアーム２６が第１の軸２７で回動可能に結合された部分は、ばね１１ａにより第２のアーム２５の超音波素子固定端側に引っ張るように構成されている。第２のアーム２５の第１の軸２７の延長線上、すなわちウインドウ３側の先端には、電気信号と超音波信号を変換する超音波素子２が固定されている。
上記第１の軸２７及び第２の軸２８により、第１のアーム２４と第２のアーム２５及び第３のアーム２６とが各々回動可能に接続されており、各軸はいずれか一方のアームに固定され、他方が回動可能な構成であれば必ずしも上記の構成でなくてもよい。第２のアーム２５の第１の軸２７の固定部の超音波素子固定端とは反対側の延長端部には縦長の溝部２９が設けられ、第１のアーム２４の先端のＬ字型に曲がった溝嵌合部３０が溝部２９に嵌合する。第１のアーム２４の溝嵌合部３０は、必ずしもアームを一体物のＬ字型とする必要は無く、アームに別の軸を固定するようにして、溝嵌合部３０を構成してもよい。溝部２９は、第１のアーム２４のＬ字型先端部の直径とほぼ同じ幅の溝であって、第２のアーム２５の長手方向に縦長の溝となっており、平行移動可能となっている。また、応答性、超音波素子の位置精度を上げるためには、できる限り幅方向のガタツキは少ない方が好ましい。
モータ軸２３に基端部が固定されたＬ字型の第１のアーム２４は、モータ軸２３の回動又は揺動運動により第２のアーム２５の溝部２９に回動運動を発生させ、これにより超音波素子２が回動運動を行う。ここで、第２のアーム２５のウインドウ３側に固定された超音波素子２は、ウインドウ近傍を仮想の揺動中心として回動運動を行うことになる。溝嵌合部３０は、摺動摩擦抵抗を軽減するためにベアリングや低摩擦抵抗樹脂材料などを設けてもよい。また、溝嵌合部３０は、第２のアーム２５に設けた溝部２９に嵌合する構成を例としてあげているが、第２のアーム２５を２つ以上のベアリングなどで挟み込むようにしてもよい。
以下、図２２を用いてモータ軸２３を回動させた状態の詳細な説明を行う。図２２はアームの位置関係を分かり易くするため、長さの短いアーム程、前面に表示した模式図である。モータ軸２３をＤ点とすると、モータ軸２３が回動することにより、モータ軸２３に固定された第１のアーム２４はＤ点を中心として回動する。第１のアーム２４の先端部の位置をＡ点とし、Ａ点とモータ軸固定点の間に設けた第２の軸２８の位置をＢ点とし、第１の軸２７の固定点をＣ点とすると、第２のアーム２５のウインドウ３側端部には超音波素子２が固定され、第２のアーム２５の超音波素子固定端とＡ点の間に第１の軸２７によって第３のアーム２６が回動可能に固定され、各アームが直線状に重なり合う位置以外では、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が構成される。
ここで、第２のアーム２５と第３のアーム２６との結合点である第１の軸２７（Ｃ点）を、図２２においてモータ軸２３から下方に伸びる第１のアーム２４の長さと等しい距離にモータ軸２３方向と直交する垂線（図２２の上下方向に一致する線）方向にばね１１ａでＦ点に引っ張る構成とし、第１のアーム２４を、モータ軸２３を中心として回動させた場合、上記Ａ点、Ｂ点、Ｃ点とＡ点、Ｄ点、Ｆ点は三角形の関係を保ちながら回動するため、第１のアーム２４を回動させたときに、ばね１１ａで引っ張られるＦ点を中心とした揺動の軌跡を超音波素子２の先端は描くことになる。図２２からも明らかなように、超音波素子２の回動運動の軌跡は、Ｆ点を中心とした軌跡となるため、見かけ上の回動中心をモータの回動中心より実際に遠方でウインドウ近傍を中心とした揺動運動が実現できる。
すなわち、モータ軸２３の位置であるＤ点に固定された第１のアーム２４がＤ点を中心として回動することにより、第１のアーム２４の先端位置であるＡ点は、第２のアーム２５に設けられた溝部２９を平行に移動しながら第２のアーム２５を揺動させる。第３のアーム２６の図２２中の下の端部位置であるＣ点を、第２のアーム２５の下の端部と回動可能に取り付け、第３のアーム２６の図２２中の上の端部位置であるＢ点を、第１のアーム２４の両端部の間の位置に回動可能になるように取り付け、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により三角形が形成されるように構成することで、第１のアーム２４を回動させると、第２のアーム２５の先端は、ウインドウ近傍に設けたＦ点を中心とした軌跡で揺動させることができる。
また、Ａ点からＢ点までの距離と、Ｂ点からＣ点までの距離を同じ長さにし、さらにＡ点からＤ点までの長さとＤ点からＦ点までの長さを同じ長さとすることで、三角形ＡＢＣ及び三角形ＡＤＦは、常に相似の二等辺三角形を形成することとなる。三角形ＡＢＣ及びＡＤＦを二等辺三角形とすると、第１のアーム２４の回動角度に対して、超音波素子２の回動角度は常に１／２の角度で傾くこととなるため、超音波素子２の揺動角度は、モータ１の回動角度と２対１の関係を常に保つこととなり、モータ回動角度を単位時間一定角度で揺動させれば、超音波素子２もＦ点を中心として単位時間で常に均等な回動角度での揺動を実現することができる。
すなわち、第１のアーム２４上の第２の軸２８の位置であるＢ点を、線分Ａ−Ｂと線分Ｂ−Ｃの長さが同じ長さとなるように固定し、線分Ａ−Ｄと線分Ｄ−Ｆの長さが同じ長さとなるように固定することで、上記三角形ＡＢＣ及びＡＤＦが二等辺三角形となるように構成され、第１のアーム２４を回動させると、三角形ＡＢＣ及びＡＤＦは常に二等辺三角形を構成し、三角形ＡＤＦは三角形ＡＢＣと相似の二等辺三角形を構成することになる。この構成により、第１のアーム２４を角度θ度回動させると、第２のアーム２５の先端は仮想の回動中心Ｆ点を中心に（１／２）θ度回動することとなる。すなわち、ウインドウ近傍を揺動の中心として、モータ回転角度の１／２の角度を常に保ちながら揺動をさせることができる。
また、第１のアーム２４と第３のアーム２６の接続点を、第１のアーム２４のモータ軸固定点と第２のアーム２５との摺動点の中心より摺動点側に近く配置し三角形ＡＢＣが二等辺三角形になるように構成することにより、モータの回動角度に対して１／２の回動角を保ちつつ、なおかつ、揺動させたときに、第２のアーム２５と第３のアーム２６とが接続されてＣ点の上下方向移動量が少なくなり、最大揺動角度でＣ点が下に下がる領域を少なくすることが可能となり、結果として、小型化を実現することが可能となり、第２のアーム２５に固定された超音波素子２を超音波探触子のウインドウ３の中で揺動運動を行いかつ超音波素子２の揺動中心をウインドウ３の近傍に設ける構成が実現できる。
すなわち、第１のアーム２４と第３のアーム２６とが回動可能に接続されたＢ点を、第１のアーム２４のモータ軸２３との固定点であるＤ点と第１のアーム２４の先端部位置であるＡ点との間の距離の１／２の位置よりＡ点側に配置することで、第１のアーム２４を揺動させたときに、Ｃ点がモータ軸２３のＤ点より下方に飛び出す量を少なくすることが可能となり、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型かつ揺動機構を超音波探触子のウインドウ内部に配置し広い角度の揺動走査をすることが可能となる。
換言すれば、第３のアーム２６の第１のアーム２４との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さと、第１のアーム２４の第３のアーム２６との連結点から第２のアーム２５との連結点までの長さとを同じ長さにして、モータ軸垂線と第１のアーム２４先端の軌跡との交点であって、超音波素子固定端側の交点と、第２のアーム２５と第３のアーム２６とを第１の軸２７で結合した端部との間に、ばね１１ａを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成することで、超音波素子２の揺動走査をさせる機構をより小型にすることが可能となると同時に、モータの回転角度と超音波素子の揺動角度を常に２対１の関係を保ちながら揺動走査することができる。
また、モータ軸２３に減速機構３１などを組み合わせて減速機構３１の出力軸を第１のアーム２４に固定することで、揺動機構の負荷に応じたトルクを小型のモータで駆動することが可能となることは当然であるが、超音波素子２の揺動角度を微細なピッチで制御することが可能となる。仮に、超音波素子２の揺動角度を±３０度揺動させる場合には、二等辺三角形ＡＢＣによって軸の回動角度相当では±６０度となり、加えて、１対６の減速機構３１をモータ軸２３と第１のアーム２４の回動中心の中間に設けることで、超音波素子２の揺動角度±３０度をモータ回動角度として±３６０度とすることが可能となり、ブラシ付きモータのコミュテータの偏摩耗による寿命劣化を軽減することが可能となる。また、モータとしてパルスモータを用いた場合には、パルスモータのステップ角度が超音波素子２の揺動角度の微少位置決め精度を支配してしまい、マイクロステップ駆動などの高価な制御回路によるパルスモータ制御が必要となるが、上記のリンク機構と減速機構を併用することで、安価で粗いステップ角度のパルスモータと制御回路及び比較的小型で安価な減速機構により微細な揺動角度制御が実現できる。また、減速機構３１を設けることで、モータの配置場所を揺動機構自身の寸法からウインドウ３側からはみ出す部分を軽減することが可能となり、超音波探触子の生体接触部と超音波探触子そのものを小型化することも可能となる。
すなわち、第１のアーム２４の回動中心Ｄ点をモータ軸２３に直接接続するのではなく、モータ軸２３にギヤボックスやタイミングプーリなどの減速機構３１にて減速させた軸を接続する構成とすることにより、超音波素子２の揺動角度よりはるかに大きな回動角度でモータを回転制御することとなり、ピッチの粗いパルスモータや、ＤＣモータとエンコーダで揺動制御する場合でもピッチの粗いエンコーダなどを用いても素子部をより細かく位置制御することが可能となる。
また、超音波素子２は、単一素子のものであって、減速機構３１により機械的に走査する機械式超音波探触子であってもよいが、超音波素子２が独立して機械的に回動又は揺動する機構を持った機械走査型探触子又は電子走査型の超音波素子であって、本発明の機械的揺動方向と直交する方向に機械的又は電子走査するように超音波素子を配置することで、３次元の超音波画像を取得する超音波探触子を実現することが可能となる。
すなわち、超音波素子２が電子走査型の素子で、機械的揺動による走査と直交する方向に電子走査とを併せて実現することにより、電子走査と機械走査による３次元走査が可能な超音波探触子を実現することができる。
以上のように、本発明によれば、モータ軸２３を中心に回動可能に固定された第１のアーム２４と、モータ軸固定端と反対側がＬ字型に曲がった第１のアーム２４の先端が長手方向に平行に移動可能に嵌合された第２のアーム２５と、第１のアーム２４のモータ固定端とＬ字型に曲がった嵌合部の間に固定された第２の軸２８と第２のアーム２５の第１のアーム２４との嵌合部とウインドウ３側に超音波素子２を固定した端部の間に固定した第１の軸２７に対して、第１の軸２７及び第２の軸２８で回動可能に取り付けられた第３のアーム２６で三角形のリンク機構を構成し、第２のアーム２５と第３のアーム２６を第１の軸２７で回動可能に連結された部分をばね１１ａにより第２のアーム２５の超音波素子２の固定端側に引っ張るようにした簡単な構成により、モータ１の回動運動により超音波素子２を機械的に揺動させ走査を行うことで、超音波素子２の揺動動作の軌跡は生体に接触するウインドウ３の近傍を中心とした運動とすることができ、超音波素子２のセクタ状放射の中心点をウインドウ近傍に設定することで超音波送受信経路の障害物を避け走査することが可能となる。このため、肋骨や大泉門の隙間などの狭い生体接触領域、又は肋骨弓下、すなわち肋骨の下側から心臓などを走査する際のセクタ走査に適した小型、軽量、かつ安価な超音波探触子を提供することができる。
また、第３のアーム２６の第１の軸２７の中心から第２の軸２８の中心までの長さと、第２の軸２８から第１のアーム２４と第２のアーム２５の連結点までの長さを同じにして、第１のアーム２４と第２のアーム２５の各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるようにし、第１のアーム２４のモータ軸固定端２と第２のアーム２５の長さを、モータ軸２３とモータ軸垂線上で図面下側にばね１１ａを固定したＦ点との長さを等しくして、各点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成することで、モータの回動角度と超音波素子の揺動角度が常に２対１の関係を保ちモータの回動角速度を一定にすることで時間的に一定間隔で超音波を送受信することで音響走査線の密度を常に一定に保つことができる。
また、第１のアーム２４と第３のアーム２６の結合点を、第１のアーム２４の回動中心、すなわちモータ軸固定点と第１のアーム２４の先端までの距離の中間点より先端側に配置することで、リンク機構を小型化することができ、手持ち型超音波探触子に要求される小型化と軽量化を実現することができる。
また、モータ軸２３に減速ギヤ又はタイミングベルトやスチールベルトなどの減速機構３１を取り付け、減速した回転軸に揺動用の第１のアーム２４の回動中心を固定し、モータ１をウインドウ３から離れた方向に配置することで、小型軽量のモータで揺動が可能となると同時に、体表接触部つまりウインドウ部分を小型にすることが可能となり、狭い生体接触領域からの走査に適した超音波探触子を実現できる。
さらに、超音波素子２が単一素子であって独立して機械的に回動又は揺動することで機械走査を行い、機械走査と直交する方向に機械的揺動するか、超音波素子２が電子走査型素子であって電子走査の方向と直交する方向に本発明のリンク機構を組み合わせることにより、狭い領域から超音波を送受信する３次元用超音波探触子を実現することができる。
本発明は、超音波素子を機械的に揺動させて超音波断層像を取得するもので、探触子の生体接触部の形状を生体に密着させやすいように大きな曲率半径とする機構であって、さらに手持ち型超音波探触子として利便性を向上させるために小型な超音波探触子を実現できるという効果を有し、機械式超音波探触子又は３次元用超音波探触子に利用することができる。
また、本発明は、超音波素子を機械的に揺動させて超音波断層像を取得するもので、生体の診断時に肋骨や大泉門などの骨の間から走査するようなセクタ走査を行うことを目的とした探触子として、生体接触部近傍の超音波走査線を狭い領域から走査する、機械走査式超音波探触子又は３次元用超音波探触子に利用することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の正面図 本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する正面図 本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第４の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第５の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第６の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第７の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第８の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の正面図 本発明の第９の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する正面図 本発明の第１０の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１１の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１２の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１３の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１４の実施の形態に係る超音波探触子の側面図 本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子を説明する正面図 本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子を説明する側面図 本発明の第１５の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する図 本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子を説明するもので、探触子外筐を除去して見た正面図 本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子を説明するもので、探触子外筐を含めて側方から見た断面図 本発明の第１６の実施の形態に係る超音波探触子の揺動時の状態を説明する模式図

Claims (32)

  1. 探触子外筐の外側に固定されたモータと、
    前記探触子外筐の内側に固定され、前記モータのモータ軸が貫通する第１の円筒プーリと、
    前記第１の円筒プーリを貫通して突出した前記モータ軸に固定されたアームと、
    前記アームのモータ軸固定端とは反対側端に固定されたプーリ軸を中心として回動可能に設けられた第２の円筒プーリと、
    前記第２の円筒プーリに固定されたスライダ軸受と、
    前記スライダ軸受により摺動可能に取り付けられ、前記スライダ軸受を介して前記モータ軸とは反対側に超音波素子を固定したスライダ軸と、
    前記探触子外筐の内側に固定され、前記超音波素子から前記モータ軸方向の延長線上に曲率中心を有する円弧状に形成されたガイドレールと、
    前記スライダ軸に連結され前記ガイドレールに対し接触状態で移動するローラとを、
    超音波探触子のウインドウと外筐で囲われた領域であって、かつ音響結合液体が封止された領域中に備えたことを特徴とする超音波探触子。
  2. 前記ローラを前記ガイドレールの接触面に押し付けるように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に弾性体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  3. ばねが、前記ローラを前記ガイドレールのスライダ軸受側面に押し付けるように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  4. 前記ローラとして、前記ガイドレールのスライダ軸受側面と反スライダ軸受側面とにそれぞれ接して前記ガイドレールを挟み込むように複数のローラが配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  5. 前記ガイドレールを挟み込むように配置される前記複数のローラとして、回動可能に前記スライダ軸に取り付けられたローラと、前記スライダ軸に取り付けられた前記ローラに対してばねで引き合うように設けられたローラとを有することを特徴とする請求項４に記載の超音波探触子。
  6. 前記ガイドレールは複数備えられ、ガイドレール間に前記ローラが挟み込まれるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  7. 前記ガイドレール間に挟み込まれた前記ローラは、互いにばねで反発するように複数取り付けられることを特徴とする請求項６に記載の超音波探触子。
  8. 前記第１の円筒プーリの直径と前記第２の円筒プーリの直径の比率を１対２とし、前記ガイドレールの曲率中心から前記モータ軸までの長さと、前記アームの前記モータ軸から前記第２の円筒プーリまでの長さを等しくしたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  9. 前記アームのモータ軸固定端からプーリ軸を固定した他端までの長さを、前記プーリ軸から前記ローラ軸までの長さと同等かそれ以上の長さとしたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  10. 前記スライダ軸に固定された超音波素子は、電子走査型のアレイ型超音波素子であって、前記アレイ型超音波素子の電子走査方向と直交する方向に機械走査することで、電子走査と機械走査による直交する２つの断面の走査を可能にすることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  11. 外側にモータが固定された探触子外筐の内側に固定され、前記モータのモータ軸が貫通する第１のプーリと、
    前記第１のプーリを貫通して突出した前記モータ軸に固定されたアームと、
    前記アームのモータ軸固定端とは反対側に固定されたプーリ軸を中心として回動可能に設けられた第２のプーリと、
    前記第１のプーリと第２のプーリを結合する連結部材と、
    前記第２のプーリに固定されたスライダ軸受と、
    前記スライダ軸受により摺動可能に取り付けられ、一端に超音波素子を固定したスライダ軸と、
    前記スライダ軸の他端に設けられたローラ軸と、
    前記探触子外筐の内側に固定され、かつ前記スライダ軸の前記ローラ軸固定端から前記超音波素子方向への延長線上に曲率中心を有する円弧状に形成されたガイドレールと、
    前記スライダ軸に連結されたローラ軸を介して前記ガイドレールに対し接触状態で移動するローラとを、
    超音波探触子のウインドウと外筐で囲われた領域であって、かつ音響結合液体が封止された領域中に備えたことを特徴とする超音波探触子。
  12. 前記ローラを前記ガイドレールの接触面に押し付けるように前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に弾性体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  13. 前記弾性体であるばねが前記ローラを前記ガイドレールの前記スライダ軸受側に接するように前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
  14. 前記弾性体であるばねが前記ローラを前記ガイドレールの前記スライダ軸受とは反対側に接するように、前記スライダ軸と前記スライダ軸受との間に配設されたことを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
  15. 前記ガイドレールのスライダ軸受側面とスライダ軸受側面の反対側とにそれぞれ接して前記ガイドレールを挟み込むように複数のローラが配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  16. 前記ガイドレールを挟み込むように配置される前記複数のローラとして、回動可能に前記スライダ軸に取り付けられたローラと、前記スライダ軸に取り付けられた前記ローラに対してばねで引き合うように設けられたローラとを有することを特徴とする請求項５に記載の超音波探触子。
  17. 前記ガイドレールは複数備えられ、ガイドレール間に前記ローラが挟み込まれるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  18. 前記ガイドレール間に挟み込まれた前記ローラは、互いにばねで反発するように複数取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の超音波探触子。
  19. 前記第１のプーリの直径と前記第２のプーリの直径の比率を１対２とし、前記ガイドレールの曲率中心から前記モータ軸までの長さと、前記アームの前記モータ軸から前記第２のプーリまでの長さを等しくしたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  20. 前記アームのモータ軸固定端からプーリ軸固定端までの長さを、前記プーリ軸から前記ローラ軸までの長さと同等かそれ以上の長さとしたことを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  21. 前記スライダ軸に固定された前記超音波素子は、電子走査型のアレイ型超音波素子であって、前記アレイ型超音波素子の電子走査方向と直交する方向に機械走査することで、電子走査と機械走査による直交する２つの断面の走査を可能にすることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  22. モータと、
    前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回動可能な第１のアームと、
    先端部に超音波素子が取り付けられた第２のアームと、
    前記第２のアームに設けられて、前記第１のアームの先端を前記第２のアームと平行移動可能にするよう前記第１のアームの先端を収容する溝部と、
    一端が前記第２のアームの前記超音波素子の固定端と反対側の端部に設けられた第１の軸により前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、他端が前記第１のアームの回転中心と前記第２のアームの溝部との間の任意の位置に設けられた第２の軸とにより前記第１のアームに対して回動可能に取り付けられて、両端が回動可能なリンク機構を構成する第３のアームと、
    前記第２のアームと第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部を、モータ軸垂線上でかつ前記第２のアームの前記超音波素子の固定端とは反対側に引き付けるばねとを、
    備え、
    前記モータの前記回転軸の回転により前記超音波素子が取り付けられた前記第２のアームを揺動走査させる超音波探触子。
  23. 前記第３のアームの前記第１のアームとの連結点から前記第２のアームとの連結点までの長さと、前記第１のアームと前記第３のアームの連結点から前記第２のアームの連結点までの長さとを同じ長さにして、前記モータ軸垂線と前記第1のアーム先端の軌跡との交点であって、前記超音波素子の固定端と反対側の交点と、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部との間に、前記ばねを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  24. 前記第１のアームと前記第３のアームとを連結する前記第２の軸は、前記第１のアームの前記回転中心からその先端までの距離の中間点より前記第１のアームの先端側に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探触子。
  25. 前記モータの前記回転軸に減速機構を設け、前記減速機構により減速させた回転軸に前記第１のアームの前記回転中心を固定して揺動することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  26. 前記超音波素子は電子走査型素子であって、電子走査と電子走査と直交する方向に機械的に揺動することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  27. モータと、
    前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回動可能な第１のアームと、
    ウインドウ側先端部に超音波素子が取り付けられた第２のアームと、
    前記第２のアームに設けられて、前記第１のアームの先端を前記第２のアームと平行移動可能にするよう前記第１のアームの先端を収容する溝部と、
    一端が前記第２のアームに取り付けられた前記超音波素子の固定端と前記溝部との間に設けられた第１の軸により前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、他端が前記第１のアームの回転中心と前記第２のアームの溝部との間の任意の位置に設けられた第２の軸により前記第１のアームに対して回動可能に取り付けられて、両端が回動可能なリンク機構を構成する第３のアームと、
    前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部を、モータ軸垂線上でかつ前記第２のアームの前記超音波素子の固定端側に引っ張るばねとを備え、
    前記モータの前記回転軸の回転により前記超音波素子が取り付けられた前記第２のアームを揺動走査させる超音波探触子。
  28. 前記第３のアームの前記第１のアームとの連結点から前記第２のアームとの連結点までの長さと、前記第１のアームと前記第３のアームの連結点から前記第２のアームの連結点までの長さとを同じ長さにして、前記モータ軸垂線と前記第１のアーム先端の軌跡との交点であって、超音波素子固定端側の交点と、前記第２のアームと前記第３のアームとを前記第１の軸で結合した端部との間に、前記ばねを設け、各連結点で構成される三角形が二等辺三角形となるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
  29. 前記第１のアームと前記第３のアームとを連結する前記第２の軸は、前記第１のアームの前記回転中心からその先端までの距離の中間点より前記第１のアームの先端側に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探触子。
  30. 前記モータの前記回転軸に減速機構を設け、前記減速機構により減速させた回転軸に前記第１のアームの前記回転中心を固定し、前記モータを超音波探触子のウインドウから離れた方向に配置して揺動することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  31. 前記超音波素子は電子走査型素子であって、電子走査と電子走査と直交する方向に機械的揺動することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
  32. 前記超音波素子は単一素子であって独立して回転又は揺動することで機械走査を行い、前記機械走査と直交する方向に機械的揺動することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
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