(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波透過材質で形成された先端部のケースを兼ねる超音波透過窓と、
超音波を送受信する超音波素子と、
前記超音波素子を保持し、回転軸を中心とした運動が可能なように取り付けられた部材である回転枠と、
前記超音波素子から発せられる超音波が前記超音波素子の背面側へ伝搬することを防止するために前記回転枠に取り付けられた背面音波吸収体と、
非運動部側に取り付けられたコイルと、
前記超音波透過窓内に充填された流動体である超音波伝搬媒体と、
を備える超音波プローブであって、
前記超音波素子、前記回転枠、前記背面音波吸収体、前記コイルおよび前記超音波伝達媒体は前記超音波透過窓内に収容され、
前記背面音波吸収体は、前記コイルと共に前記回転枠を運動させるための電動機を構成するように配設されたことを特徴とする超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体腔内に挿入され、超音波振動子を機械的に走査する機械走査式の超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば直腸や膣等の体腔内に挿入し、体腔内に向けて発信した超音波ビームのエコー信号を取得する超音波プローブを備え、このエコー信号を画像化して診断を行う超音波診断装置が広く用いられるようになった。
【０００３】
一般に、超音波プローブの先端部には、超音波を送受信するための超音波振動子が配設されており、この超音波振動子をモータの駆動力により回転運動或いは揺動運動させて超音波ビームの走査を行っている。
【０００４】
従来、この種の機械走査式の超音波プローブは、超音波振動子がこの超音波振動子を保持する回転枠に取り付けられ、この回転枠がシャフトを中心にして回転運動或いは揺動運動するようになっている構成が一般的である。
【０００５】
超音波振動子は、超音波素子やこの超音波素子の背面側への超音波の送信や背面側からの受信を防止するための背面音波吸収体等を有して構成され、背面音波吸収体は回転枠の超音波素子の背面側の位置に取り付けられている。
【０００６】
回転枠がシャフトの周りを回転或いは回動する構成の場合、モータからの駆動力は例えばプーリやタイミングベルト等からなる回転駆動伝達系を介して回転枠に伝えられる構成が一般的であった。
【０００７】
ところが、このような回転駆動伝達系を介してモータの駆動力を伝達する構成では、画像ひずみや画像揺れが生じる場合があるという問題、回転駆動伝達系から超音波伝搬媒体が漏れることを防止するシールを設けるので回転負荷の増大や信頼性に影響を及ぼす場合があるという問題等が例えば特開平７−１２８３１２号で指摘されている。
【０００８】
そこで、特開平７−１２８３１２号では、例えば回転枠にモータ磁石を配設し、シャフトにモータコイルを配設し、回転枠及びシャフト自体をモータとして構成することで、回転駆動伝達系を廃した構成を提案している。この構成では、回転駆動伝達系を介して駆動力を伝達することに起因する上記問題を回避できるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−１２８３１２号で提案される従来の技術では、回転枠及びシャフトに、モータ磁石及びモータコイルが配設されるので、超音波振動子や回転枠等からなる回転体の径が太くなってしまい、超音波プローブの先端部の細径化を追求する上での妨げとなっていた。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、
先端部を細径化できる超音波プローブを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波プローブは、超音波透過材質で形成された先端部のケースを兼ねる超音波透過窓と、超音波を送受信する超音波素子と、前記超音波素子を保持し、回転軸を中心とした運動が可能なように取り付けられた部材である回転枠と、前記超音波素子から発せられる超音波が前記超音波素子の背面側へ伝搬することを防止するために前記回転枠に取り付けられた背面音波吸収体と、非運動部側に取り付けられたコイルと、前記超音波透過窓内に充填された流動体である超音波伝搬媒体と、備える超音波プローブであって、前記超音波素子、前記回転枠、前記背面音波吸収体、前記コイルおよび前記超音波伝達媒体は前記超音波透過窓内に収容され、前記背面音波吸収体は、前記コイルと共に前記回転枠を運動させるための電動機を構成するように配設されたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１ないし図３は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は超音波プローブの先端部の構造を示す断面図、図２は超音波プローブの先端部の構造を示す別の断面図、図３は超音波プローブの先端部の径の形状を説明する図２のＢ矢視図である。
【００１４】
なお、図１ないし図３内の二点鎖線は、従来技術で超音波プローブを構成した際の超音波透過窓の形状を比較のために描いたものである。
【００１５】
（構成）
図１及び図２を使用して、超音波プローブ１の先端部の構造を説明する。
【００１６】
超音波プローブ１の先端部のフレーム２には、後述する回転体の回転軸に位置するシャフト３が固定されている。
【００１７】
シャフト３には、エンコーダ４及びスリップリング６が回転可能に取り付けられており、エンコーダ４及びスリップリング６は、後述する超音波素子１０を保持する両端部に内向きフランジが形成された略円筒状の回転枠９に取り付けられている。つまり、エンコーダ４、スリップリング６、回転枠９からなる回転体が構成されている。
【００１８】
エンコーダ４及びスリップリング６には、シャフト３の周りを滑らかに回転するためのベアリング８がシャフト３とのそれぞれの接触部に備えられている。
【００１９】
回転枠９の外周の２箇所には、切り欠きが形成されており、これらの切り欠きには、超音波を送受するための超音波素子１０がそれぞれ配設されている。
【００２０】
超音波素子１０は、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛等の圧電素子からなる。また、高分子圧電体や複合圧電体でもよい。
【００２１】
超音波素子１０の上層には音響整合層１１、音響整合層１１の上層には音響レンズ１２が配設されている。
【００２２】
超音波素子１０の背面側には、音響的制動作用を行う背面音波吸収体１４が、回転枠９の内向きフランジの内側に挟み込まれるように配設されている。
【００２３】
これら音響レンズ１２、音響整合層１１、超音波素子１０、背面音波吸収体１４により、超音波振動子１３が構成されている。
【００２４】
背面音波吸収体１４は、例えばフェライト入りのポリクロロプレンゴムで形成されている。ポリクロロプレンゴムは、音響インピーダンスの高いエポキシ系の樹脂に比して、効果的に超音波を吸収することができる。背面音波吸収体１４は、同様の効果を有する他の材質でも当然良い。
【００２５】
フレーム２の外周には、先端側から超音波透過性の材質例えばポリメチルペンテンで形成された超音波透過窓１６が嵌合して固定され、先端部に配設される超音波振動子１３等の部材はこの超音波透過窓１６の内部に収納される。
【００２６】
超音波透過窓１６で囲まれた内部には、電気絶縁油である超音波伝搬媒体１７が充填されている。
【００２７】
フレーム２には、スリップリング６に接触する位置にブラシ７が固定されている。スリップリング６は、図示しない電線で超音波素子１０と電気的に接続されており、ブラシ７は、図示しない電線で手元側の図示しない駆動回路等と接続されており、スリップリング６とブラシ７とが接触していることで、回転体が回転しても、回転体側の超音波素子１０と手元側の駆動回路等とは電気的に接続されるようになっている。
【００２８】
シャフト３の背面音波吸収体１４と対向する位置には、モータコイル１５が配設されており、手元側から図示しない電線を通じて電流が供給されるようになっている。
【００２９】
また、背面音波吸収体１４は、着磁されており、界磁束供給体としての役割を併せ持っている。
【００３０】
これらモータコイル１５及び界磁束供給体としての背面音波吸収体１４により電動機が構成されており、モータコイル１５に電流を供給すると、回転体が回転するようになっている。
【００３１】
回転体が回転すると、超音波振動子１３によりシャフト３を回転軸とした回転走査が行われ、回転走査した超音波のエコー信号は、スリップリング６、ブラシ７を介して手元側に送られるようになっている。
【００３２】
エンコーダ４は、回転体の回転角度を検出するための回転角度検出手段である。エンコーダ４からは、図示しない電線が延出し、手元側の図示しない制御回路等に接続されている。
【００３３】
超音波振動子１３及びエンコーダ４から手元側に送られた信号により、超音波断層像が生成され、モニタ表示することができるようになっている。
【００３４】
エンコーダ４から送られる回転角度の情報は、相対的な回転角度であり、超音波断層像を生成することはできるが、超音波プローブ１先端部の挿入されている向きと超音波断層像の向きとの関係を知る情報が含まれていない。
【００３５】
そこで、エンコーダ４外周の一部に磁石を配設し、この磁石に対向するフレーム２の位置に磁石の通過を検出するＭＲセンサ５を配設し、ＭＲセンサ５から延出する図示しない電線を通じて手元側へ送られる信号を得ることで、回転体が１回転する毎の原点を検出することができ、超音波プローブ１先端部の向きと超音波断層像の向きとの関係を知ることができるようになっている。つまり、ＭＲセンサ５は原点位置検出手段を構成している。
【００３６】
（作用・効果）
以上述べた本実施の形態による作用・効果を挙げる。
【００３７】
本実施の形態では、電動機を構成する界磁束供給体を背面音波吸収体１４が兼ねる構成としたので、界磁束供給体の厚み分だけ回転体の径が小さくなった。これにより、図２及び図３に示すように、二点鎖線の形状に比べて、超音波透過窓１６のシャフト３に垂直な方向の径を小さくでき、超音波プローブ１先端部を細径化できる。
【００３８】
また、回転体の径が小さくなったことで、図１に示すように、回転軸を含む断面での超音波透過窓１６の形状は、二点鎖線の形状に比べて、曲率中心が手元側に移動した形状となり、図２に示すように、回転軸に垂直な断面での超音波透過窓１６の形状は、２点鎖線の形状に比べて、曲率半径が小さくなった形状となっており、つまり、超音波透過窓１６の先端位置が手元側に移動している。これにより、超音波振動子１３と超音波透過窓１６との距離が短くなり、超音波伝搬媒体１７を通過する超音波の経路が短くなる。本実施の形態では、スリップリング６及びブラシ７の接触箇所で導電体が露出しているので、超音波伝搬媒体１７は、水よりも超音波減衰の大きい電気絶縁油を使用している。従って、超音波伝搬媒体１７を通過する超音波の経路が短くなると、超音波の送受信感度が向上する。
【００３９】
また、図１に示すように、二点鎖線の形状に比べて、超音波透過窓１６先端の形状が扁平になった。先端形状が鋭利でなくなる分、超音波プローブ１を体腔内に挿入した際の安全性が向上する。
【００４０】
また、本実施の形態では、背面音波吸収体１４をフェライト入りのポリクロロプレンゴムで形成したことで、音響インピーダンスの高いエポキシ系の樹脂に比して、効果的に超音波を吸収することができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係り、図４は超音波プローブの先端部の構造を示す断面図である。
【００４２】
なお、図４内の二点鎖線は、従来技術で超音波プローブを構成した際の超音波透過窓の形状を比較のために描いたものである。
【００４３】
また、本実施の形態で述べない部位の構成は、第１の実施の形態で述べた構成と同様である。
【００４４】
（構成）
図４に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態のスリップリング６及びブラシ７の代わりに、非接触に信号を伝えるロータリトランスを構成するコイル２１及びコイル２２を設けた。
【００４５】
回転枠９の内周の一部には、コイル２１が配設され、コイル２１に対向するシャフト３の位置には、コイル２２が配設されている。コイル２１とコイル２２とは非接触であり、電磁的に結合している。
【００４６】
コイル２１は、図示しない電線により超音波素子１０と接続されている。超音波素子１０からの信号は、コイル２１とコイル２２との電磁的結合により、コイル２２から図示しない電線で手元側に伝えられるようになっている。
【００４７】
（作用・効果）
以上述べた本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、ロータリトランスを使用したので、スリップリング及びブラシを使用した場合よりも回転トルクが減り、電動機の消費電流が減少し、発熱が減少する。
【００４９】
（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態に係り、超音波プローブの先端部の構造を示す断面図である。
【００５０】
なお、図５内の二点鎖線は、従来技術で超音波プローブを構成した際の超音波透過窓の形状を比較のために描いたものである。
【００５１】
また、本実施の形態で述べない部位の構成は、第１の実施の形態で述べた構成と同様である。
【００５２】
（構成）
図５に示す本実施の形態の超音波プローブ３１は、第１ないし第２の実施の形態と異なり、超音波をラジアル走査つまり超音波プローブ３１長手方向に垂直な平面を回転走査する構成となっている。
【００５３】
フレーム３２と超音波透過窓４６の先端中央部との間には、超音波プローブ３１長手方向と平行にシャフト３３が固定されている。シャフト３３は、フレーム３２と超音波透過窓４６とで両持ちとなっているが片持ちであっても良い。
【００５４】
シャフト３３の周りには、回転枠３９が回転可能に取り付けられ、回転枠３９には、第１の実施の形態と同様に、超音波素子４０、音響整合層４１、音響レンズ４２、界磁束供給体としての役割を兼ねた背面音波吸収体４４からなる超音波振動子４３が取り付けられている。
【００５５】
背面音波吸収体４４に対向するシャフト３３の位置には、界磁束供給体としての背面音波吸収体４４とともに電動機を構成するモータコイル４５が固定されている。
【００５６】
回転枠３９の手元側には、回転枠３９とともにシャフト３３周りを回転する回転角度検出手段としてのエンコーダ３４が取り付けられている。エンコーダ３４外周の一部には、磁石が配設されている。
【００５７】
また、エンコーダ３４の手元側には、エンコーダ３４とともにシャフト３３周りを回転するスリップリング３６が取り付けられている。
【００５８】
フレーム３２の前端には、超音波透過窓４６内壁面の一部に沿って、突起部が形成されており、エンコーダ３４に対向する突起部の位置には、エンコーダ３４に配設された磁石とともに原点検出手段を構成するＭＲセンサ３５が取り付けられている。また、スリップリング３６に対向する突起部の位置には、スリップリング３６外周に接触するようにブラシ３７が取り付けられている。
【００５９】
なお、スリップリング３６及びブラシ３７の代わりに、ロータリトランスを設けても良い。
【００６０】
（効果）
以上述べた本実施の形態よるる効果を以下に挙げる。
【００６１】
背面音波吸収体４４が電動機の界磁束供給体としての役割を併せ持っているので、ラジアル走査の場合でも、界磁束供給体の厚さ分だけ回転体の径を小さくすることがでる。従って、図５内の二点鎖線の形状よりも、超音波透過窓４６を細径化することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上述の実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００６３】
例えば、電動機は直流電動機に限らず、交流電動機であってもよいし、無刷子直流電動機であってもよい。
【００６４】
また、例えば、回転体の運動は、第１ないし第２の実施の形態で述べた超音波プローブ１長手方向に垂直な回転軸周りの回転運動や第３の実施の形態で述べた超音波プローブ３１長手方向に平行な回転軸周りの回転運動といった回転運動に限らず、揺動運動であってもよい。この場合、電動機は、１方向に回転するのではなく、一定の角度の範囲で回転方向が逆転するように構成する。
【００６５】
また、例えば、超音波振動子１３の数は２個に限らず、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。この時、超音波振動子１３を多く設けると、フレームレートつまり単位時間に得られる超音波断層像の数を増やすことができる。超音波振動子４３も同様である。
【００６６】
また、複数の超音波振動子１３は、異なる周波数の超音波を送受信するように構成してもよい。こうすることにより、１つの超音波プローブ１で、複数の異なる周波数の超音波断層像を同時に得ることができる。超音波振動子４３も同様である。
【００６７】
［付記］
（付記項１）
超音波透過材質で形成された先端部のケースを兼ねる超音波透過窓と、
超音波を送受信する超音波素子と、
前記超音波素子を保持し、回転軸を中心とした運動が可能なように取り付けられた部材である回転枠と、
前記回転枠を運動させるための電動機を構成する該電動機の運動部側に配設された界磁束供給体としての役割を兼ね備え、前記超音波素子から発せられる超音波が前記超音波素子の背面側へ伝搬することを防止するための、前記回転枠に取り付けられた背面音波吸収体と、
非運動部側に取り付けられた前記電動機を構成するコイルと、
前記超音波透過窓内に充填された流動体である超音波伝搬媒体と、
を具備したことを特徴とする超音波プローブ。
【００６８】
（付記項２）
付記項１に記載の超音波プローブであって、
前記超音波伝搬媒体は電気的絶縁性媒体からなり、
前記超音波素子に電気的に接続された、前記電動機の運動部と非運動部との間で接触的に電気信号を送受するためのスリップリング又は非接触的的に電気信号を送受するためのロータリトランスが設けられている。
【００６９】
（付記項３）
付記項１ないし付記項２に記載の超音波プローブであって、
前記回転枠に、回転角度検出手段及び原点検出手段の両者、或いはいづれか一方が設けられている。
【００７０】
（付記項４）
付記項１ないし付記項３に記載の超音波プローブであって、
前記背面音波吸収体は、フェライト入りのポリクロロプレンゴムで形成される。
【００７１】
（付記項５）
付記項１ないし付記項４に記載の超音波プローブであって、
前記回転軸は、前記先端部の挿入方向と直交し、
前記超音波透過窓の形状の曲率中心は、少なくとも前記回転軸より手元寄りの点を含む。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によると、界磁束供給体の厚み分だけ回転体の径を小さくすることができ、したがって超音波透過窓の垂直方向の径を小さくできると共に、先端部の挿入方向の長さも小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図３は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は超音波プローブの先端部の構造を示す断面図
【図２】超音波プローブの先端部の構造を示す別の断面図
【図３】超音波プローブの先端部の径の形状を説明する図２のＢ矢視図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係り、超音波プローブの先端部の構造を示す断面図
【図５】本発明の第３の実施の形態に係り、超音波プローブの先端部の構造を示す断面図
【符号の説明】
１…超音波プローブ
２…フレーム
３…シャフト
４…エンコーダ
５…ＭＲセンサ
６…スリップリング
７…ブラシ
８…ベアリング
９…回転枠
１０…超音波素子
１１…音響整合層
１２…音響レンズ
１３…超音波振動子
１４…背面音波吸収体
１５…モータコイル
１６…超音波透過窓
１７…超音波伝搬媒体
２１…コイル
２２…コイル
３１…超音波プローブ
３２…フレーム
３３…シャフト
３４…エンコーダ
３５…ＭＲセンサ
３６…スリップリング
３７…ブラシ
３９…回転枠
４０…超音波素子
４１…音響整合層
４２…音響レンズ
４３…超音波振動子
４４…背面音波吸収
４５…モータコイル
４６…超音波透過窓
４７…超音波伝搬媒体
【図１】
0003557351.tif 000002
【図２】
0003557351.tif 000003
【図３】
0003557351.tif 000004
【図４】
0003557351.tif 000005
【図５】
0003557351.tif 000006