(57)【要約】  小型の超音波探触子により生体に密着させやすいような大きな曲率半径が得られ、表在性組織に適した超音波探触子を提供する技術が開示され、この技術によれば、筺体の一部を構成するフレーム５と、前記フレームに固定したモータ１と、前記モータの回転軸７に一端が固定された第1のアーム６と、前記第1のアームの他方の端部に連結軸９を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に超音波素子を取り付けた第２のアーム８とを設け、前記第２のアームは縦長の溝１１を有して前記フレームの固定軸と長さ方向に摺動可能に嵌合し、前記第２のアームの前記超音波素子を取り付けた端部と前記連結軸までの長さを前記回転軸から前記連結軸までの長さよりも長くするとともに前記回転軸から前記固定軸までの長さよりも長く構成し、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置する。
2010064415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームは縦長の溝を有して第２の軸部材と長さ方向に摺動可能に嵌合し、前記第２のアームの前記超音波素子を取り付けた端部と前記連結軸までの長さを前記第１の軸部材から前記第1のアームの連結軸までの長さよりも長くするとともに前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成し、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置して、前記超音波素子を揺動走査するように構成された超音波探触子。
【請求項２】
前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さと、前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さを同じ長さとして、前記第１の軸部材と、前記第１のアームと前記第２のアームの連結軸と、前記第２の軸部材とからなる三角形が二等辺三角形となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さを前記第１の軸部材と前記第２のアームと摺動可能に嵌合した前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。
【請求項４】
筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームはスライド軸受部を介して第２の軸部材に摺動可能とし、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置し、前記超音波素子を揺動走査するように構成された超音波探触子。
【請求項５】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸が前記溝状のレールと嵌合するように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられた２つ以上のガイド軸で前記凸状のレールを挟みこむように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して反発するように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記溝状のレールに嵌合するように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して引き合うように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記凸状のレールを挟みこむように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する先端部に、ベアリング又は摩擦抵抗の小さな樹脂材料などを設けた請求項５から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する面の部分に、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の両方又はいずれか一方にゴムや樹脂のような弾性体を設けた請求項５から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記超音波素子が電子走査型素子であって、電子走査と直交する方向に前記揺動機構により機械的揺動する請求項１から１０のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に用いられ、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）の三次元断層像を得ることを主な目的とした超音波探触子に関し、特に、超音波素子を機械的に揺動させることにより走査を行う超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記表在性組織の三次元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による幅広い視野領域と同時に、アレイ型素子の走査方向と直交する方向に、体表の形状に沿った広い機械的走査が必要となる。しかしながら、手持ち型超音波探触子では、1つの三次元超音波探触子であらゆる表在性組織の三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、複数の三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、その一方で、頚動脈や甲状腺などの三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、広い三次元診断領域の実現と、小型の三次元超音波探触子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。【０００３】
本発明は上記のように、より広い診断領域の実現とより小型の探触子であることという相反する要求と、小型軽量という課題と、比較的平坦な生体接触部に対して探触子の密着性を確保するという課題に対して解決する手段を提供するものである。【０００４】
従来の表在性組織断層画像の取得方法としては、例えば下記の特許文献１に、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手段が記載されている。【０００５】
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、医者が直接探触子を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つの三次元超音波探触子で診断できるようなものでもない。【０００６】
また、下記の特許文献２には、水槽中に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手段が記載されている。また、下記の特許文献３の実施例にも、超音波探触子をベルトなどを用い並行に移動させて超音波画像を取得する手段が記載されている。【０００７】
しかしながら、特許文献２は特許文献１と同様に、手持ち型三次元超音波探触子ではなく、装置も大掛かりな物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の実施例を応用して、図２０に示すように、超音波素子をワイヤー３１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、ワイヤー、タイミングベルトなどを用いてアレイ型素子３０を平行移動させる場合には、移動させる素子の両端にワイヤー３１などを駆動するためのプーリ３２を配置する必要がある。したがって、この様な構造を用いた場合には、図２１に示すように素子３０の幅と、プーリ３２の径によって移動範囲が規制され、機械的移動範囲より大きな生体接触部が必要となってしまうため、手持ち型三次元超音波探触子としては適用できない。特に、頚動脈や甲状腺などを診断する場合には、手持ち型三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。なお、図２０及び図２１には、スライド軸受３３にて平行移動可能に取り付けられた超音波素子３０を、モータ３４の回転運動とプーリ３２とワイヤー３１で構成された伝達機構で平行に超音波素子を移動させる構成を示している。【０００８】
また、下記の特許文献４には、アレイ型素子の電子走査方向の一方の端部を中心に回転させることによって、手持ち型の三次元超音波探触子を実現する手段が記載されている。【０００９】
しかしながら、特許文献４の発明のようにアレイ型素子の電子走査方向の一方の端部を中心に回転させて三次元の超音波画像を取得する手段では、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、三次元断層像を構築するための元データとなる二次元断層面のピッチが、回転中心に近いほど細かく、回転中心から離れるにしたがってピッチが荒くなり、回転中心からの距離に比例して、二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三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、素子の長さより大きな生体接触部が前記診断部位の診断の際に、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。【００１０】
また、下記の特許文献５に記載の三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三次元超音波断層像を得る手持ち型の三次元超音波探触子を実現する手段が記載されている。【００１１】
しかしながら、特許文献５に記載の三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三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を備えた先端までの距離で、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場合には、すなわち、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。しかしながら、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、手持ち型三次元超音波探触子の全体の大きさが、大きくなり手持ち型三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いという課題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実開昭５９−１９０２０８号公報（第１０頁、第３図、第６図）
【特許文献２】実開昭５９−１１１１１０号公報（第３頁〜第４頁、第３図）
【特許文献３】特開昭６１−１３９４２号公報（第２頁左下欄〜第３頁左上欄）
【特許文献４】特開平４−２８２１３６号公報（段落００３８〜００４３）
【特許文献５】特開平３−１８４５３２号公報（第３頁左下欄〜第４頁左上欄）
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、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の超音波探触子を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の超音波探触子は、筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームは縦長の溝を有して第２の軸部材と長さ方向に摺動可能に嵌合し、前記第２のアームの前記超音波素子を取り付けた端部と前記連結軸までの長さを前記第１の軸部材から前記第1のアームの連結軸までの長さよりも長くするとともに前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成し、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置して、前記超音波素子を揺動走査する。
【００１５】
この構成により、第１の軸部材又は第２の軸部材にモータの回転軸を固定して回動することにより、第２のアームは第２の軸部材を支点として第２のアームの長さ方向に移動しながら揺動する。このようにして第1のアームと第２の軸部材の作用により、第２のアームの先端部に取り付けられた超音波素子は大きな曲率を持った軌跡で揺動させることができる。
【００１６】
また、本発明の超音波探触子は、前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さと、前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さを同じ長さとして、前記第１の軸部材と、前記第１のアームと前記第２のアームの連結軸と、前記第２の軸部材とからなる三角形が二等辺三角形となるように構成されている。
【００１７】
この構成により、第１のアームを回転させると、三角形は常に二等辺三角形を構成し、第１の軸部材の回転角度に対して超音波素子を取り付けた第２のアームの傾き角度は常に１/２の角度となり、第１の軸部材の回転角度と超音波素子を取り付けたアームの傾き角度を常に一定の関係に保つことが可能となる。
【００１８】
また、本発明の超音波探触子は、前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さを前記第１の軸部材と前記第２のアームと摺動可能に嵌合した前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成されている。
【００１９】
この構成により、第２のアームの先端に固定された超音波素子を第１のアームのより小さな揺動角度で大きく移動させることができる。
【００２０】
また、本発明の超音波探触子は、筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームはスライド軸受部を介して第２の軸部材に摺動可能とし、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置し、前記超音波素子を揺動走査する。
【００２１】
この構成により、第２のアームにスライド軸受を取り付けることにより、第２のアームを第２の軸部材に摺動させて長さ方向に移動可能とすることで、前記のような溝と第２の軸部材による構成と比較して隙間の移動によるがたつきがなく第２のアームの滑らかな移動が可能となる。
【００２２】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸が前記溝状のレールと嵌合するように構成している。
【００２３】
この構成により、超音波素子から送受信する超音波をウインドウに対して垂直方向に送受信することが可能となる。また、レールの形状を工夫することにより、超音波を生体に対して送受信する角度を自由に設定することが可能となり、生体に対して平行や扇方など、診断用途に応じて構成することが可能となる。
【００２４】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられた２つ以上のガイド軸で前記凸状のレールを挟みこむように構成されている。
【００２５】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して反発するように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記溝状のレールに嵌合するように構成されている。
【００２６】
この構成により、溝状のレールの内側に、1つのガイド軸が超音波素子を有する素子部に固定され、もう１つのガイド軸がばねの力で反発するようにしてレールの溝部の内壁に圧接するように構成することで素子部のがたつきを軽減することが可能である。
【００２７】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して引き合うように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記凸状のレールを挟みこむように構成されている。
【００２８】
この構成により、1つのガイド軸が超音波素子を有する素子部に固定され、もう一つのガイド軸はばねの力を利用してお互いが引き合うように構成することで、ガイド軸と凸状のレールのがたつきを軽減することが可能である。
【００２９】
また、本発明の超音波探触子は、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する先端部に、ベアリング又は摩擦抵抗の小さな樹脂材料などを設けている。
【００３０】
この構成により、ガイド軸先端にベアリングを設け、又はガイド軸先端に摩擦抵抗の小さなテフロン系樹脂などを取り付けることにより、レールの形状に沿って滑らかに超音波素子を有する素子部を回動運動させることができる。
【００３１】
また、本発明の超音波探触子は、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する面の部分に、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の両方又はいずれか一方にゴムや樹脂のような弾性体を設けている。
【００３２】
この構成により、ガイド軸と溝状のレール又は凸状のレールの接触する面にゴムのような弾性体を設けることにより、ガイド軸と溝状のレール又は凸状のレールとのがたつきを軽減することが可能となる。
【００３３】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が電子走査型素子であって、電子走査と直交する方向に前記揺動機構により機械的揺動する構成である。
【００３４】
この構成により、超音波素子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をあわせて行うことにより、電子走査と機械走査とによる三次元走査が可能な超音波探触子を提供することが出来る。
【００３５】
本発明の超音波探触子では、小型の揺動機構により大きな揺動曲率で超音波素子を機械的に揺動させることが可能となるため、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、これによ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比較的大きな体表近傍に対し広い視野領域を小型軽量の超音波探触子で得ることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図２】図１に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の動作説明図
【図３】図１に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の原理説明図
【図４】図１に示す超音波探触子に用いられる素子部の揺動の軌跡の一例を示す図
【図５】図１に示す超音波探触子に用いられる素子部の揺動の軌跡の他の例を示す図
【図６】図１に示す超音波探触子に用いられる素子部の揺動の軌跡のさらに他の例を示す図
【図７】本発明の第２の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図８】本発明に係る超音波探触子の第１の実施の形態における素子部の接続を示す図
【図９】図８に示す超音波探触子の素子部の接続構造を示す図
【図１０】本発明に係る超音波探触子の第２の実施の形態における素子部の接続を示す図
【図１１】図１０に示す超音波探触子の素子部の第１の実施の形態における接続構造を示す図
【図１２】図１０に示す超音波探触子の素子部の第２の実施の形態における接続構造を示す図
【図１３】図１０に示す超音波探触子の素子部の第３の実施の形態における接続構造を示す図
【図１４】本発明の第３の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図１５Ａ】図１４に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の右傾斜位置における動作説明図
【図１５Ｂ】図１４に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の中央位置における動作説明図
【図１５Ｃ】図１４に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の左傾斜位置における動作説明図
【図１６】本発明の第４の実施の形態における超音波探触子に用いられる揺動機構の動作説明図
【図１７】本発明の第５の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図１８】本発明の第６の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図１９】本発明の第７の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図２０】従来の超音波探触子の構成図
【図２１】従来の超音波探触子の構成の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態として図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の側面図を図１に示し、超音波探触子に接続されている図示しない超音波診断装置本体からの駆動電気信号により、超音波探触子外筐（フレーム）５に固定したモータ１の回転軸又はモータ１に減速機構が設けられている場合には減速機構の出力軸（以後、回転軸７として説明する）は探触子外筐５を貫通し、オイルシールやウインドウなどで封止された超音波の伝搬を助ける音響結合液体４の中で所定の角度だけ回転又は反転動作を行う。すなわち、第１の軸部材である回転軸７に一端が固定された第１のアーム６は回転軸７の回転に伴って回転軸７を中心に所定の角度だけ回転又は反転して揺動運動を行う。第１のアーム６の他方の端部には連結軸９が固定され第２のアーム８が連結軸９に対して回動可能に結合されている。第２のアーム８のもう一方の端部の先端には、電気信号と超音波信号を相互に変換することができる超音波素子を有する素子部２が取り付けられている。超音波素子には図示しないフレキシブルプリント基板などで超音波診断装置本体との間で電気信号の伝達を行っている。連結軸９は第１のアーム６と第２のアーム８が各々回動可能となるように接続されており、連結軸９は第１のアーム６又は第２のアーム８の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よい。第２のアーム８の素子部２を取り付けた固定端と連結軸９との間には縦長の溝１１が設けられ、探触子外筐５に固定された第２の軸部材である固定軸１０が溝１１に嵌合している。溝１１は固定軸１０の嵌合部の直径とほぼ同じ幅の溝であって、第２のアーム８の長さ方向に沿って縦長の溝となっており、溝の長さは回転軸７が所定角度の回転又は反転により第２のアーム８が移動できる長さであれば足り、第１のアーム６の回転又は反転に伴って第２のアーム８が縦長の溝１１に沿って長さ方向に移動することができる。
【００３８】
モータ１の回転軸７に固定された第1のアーム６は、回転軸７の回転又は反転による揺動運動により連結軸９により回動可能に固定された第２のアーム８を固定軸１０を支点として回動運動させ、固定軸１０を支点として、素子部２が揺動運動を行う。ここで、第２のアーム８に取り付けられた素子部２は、回転軸７の回動に伴って第1のアーム６が回動し連結軸９の移動により、第２のアーム８が長さ方向に固定軸１０に嵌合した溝１１に沿って移動するため、素子部２の移動する軌跡は第２のアーム８の連結軸９を固定の回転軸とした場合とは異なる軌跡をたどることになる。
【００３９】
図２は、本発明に係る第１のアーム６と第２のアーム８からなる揺動機構の動作説明図であり、以下に図２を用いて揺動回転の詳細な説明をする。
【００４０】
モータの回転軸７が回転又は反転することにより、一方の端部が回転軸７に固定された第1のアーム６も回転又は反転する。ここで、第1のアーム６の回転軸７に固定されていない他方の端部をＡ点とし、回転軸７をＢ点とし、第２のアーム８の溝１１に嵌合する固定軸１０をＣ点とすると、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が形成されるように揺動し、連結軸９が回転する方向に従って図２（ａ）から図２（ｂ）又は、図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように揺動して、モータの回転軸７の回転角度が大きくなるほど第２のアーム８の動作点である連結軸９が第２のアーム８を長さ方向に素子部２を伸長するように回転し、素子部２の移動軌跡は第２のアーム８の連結軸９を揺動中心とする場合とは異なる大きな曲率の軌跡をえがくこととなり、簡単な揺動機構を用いて、超音波素子を有する素子部２を大きな曲率で移動させることが可能となる。よって、比較的平坦な患部に対して診断する場合でも超音波探触子との密着性を向上させることができる。
【００４１】
図３は、第１のアーム６と第２のアーム８からなる上記の揺動機構の原理を説明する図であり、以下に図３を用いて、モータの回転軸7が回転又は反転したときの素子部２の軌跡をさらに詳細に説明する。
【００４２】
固定軸１０（Ｃ点）を原点としてＸ―Ｙ座標をとり、モータの回転軸７（Ｂ点）と第1のアーム６の連結軸９（Ａ点）との距離をＬ１、連結軸９（Ａ点）と第２のアーム８の素子部２を有する先端（Ｄ点）までの距離をＬ２、モータ軸７（Ｂ点）と固定軸１０（Ｃ点）との距離をＬ３とし、Ｌ２はＬ１及びＬ３より十分長いとする。上記条件のもとで第１のアーム６がＹ軸に対して揺動角度をθだけ傾けると、第1のアーム６と第２のアーム８の結合点であるＡ点の座標は、
（Ｌ１×sinθ、-Ｌ１×cosθ-Ｌ３）
となり、第2のアーム８は、固定軸１０（Ｃ点）を原点としたＸ−Ｙ座標で直線  
Ｙ=-((Ｌ１×cosθ-Ｌ３)/Ｌ１×sinθ)Ｘ
上にあることになる。
よって、原点（Ｃ点）から２本の腕の結合点（Ａ点）までの距離ＤＬは
【００４３】
【数１】
2010064415.tif 000003
【００４４】
の関係がある。したがって、第２のアーム８の先端であるＤ点の座標は  
(−Ｌ１×sinθ×（Ｌ２−ＤＬ）/ＤＬ、(Ｌ１cosθ+Ｌ３) ×（Ｌ２−ＤＬ）/ＤＬ)
となる。
【００４５】
図４は、Ｌ１＝３０ｍｍ、Ｌ２=１００ｍｍ、Ｌ３=１５ｍｍとし、第1のアーム６をＹ軸から±４５度まで揺動させた場合の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を示す図であり、曲率の大きな凸状の軌跡を示している。
【００４６】
図５は、Ｌ１＝３０ｍｍ、Ｌ２=１００ｍｍ、Ｌ３=３０ｍｍとして、第1のアーム６をＹ軸から±４５度まで揺動させた場合の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を示す図であり、わずかに凹面を形成しているが、ほぼ平坦な軌跡を示している。
【００４７】
ここで、図４及び図５に示した第２のアーム８の先端の軌跡は一例であり、Ｌ１とＬ２とＬ３の長さをそれぞれ調整することにより所望の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を実現することが可能である。
【００４８】
図６は、Ｌ１＝３０ｍｍ、Ｌ２=１００ｍｍ、 Ｌ３=２６ｍｍとし、第1のアーム６をＹ軸から±４５度まで揺動させた場合の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を示す図であり、この図で示すように、Ｙ軸方向の変位は約０．１ｍｍ程度にすることが可能で、ほぼ水平に素子部２を移動させることができる。
【００４９】
また、図３において、Ａ点からＢ点の距離と、Ｂ点とＣ点の距離を同じ長さにすることで、三角形ＡＢＣは常に二等辺三角形を形成することができる。三角形ＡＢＣを二等辺三角形にすると２∠ＡＣＢ＝θの関係があり、第1のアーム６の回転角度θに対して、素子部２の回転角度は常に二分の一の角度で傾くこととなるため、超音波素子の揺動角度はモータの回転角度と２対１の関係を常に保つことができ、モータの回転角度を一定角度で揺動させれば、超音波素子も常に均等な揺動角度を実現することができる。
【００５０】
図７は本発明の第２の実施の形態における超音波探触子の側面図を示している。すなわち、図１の場合における第２のアーム８の溝１１と固定軸１０との嵌合のかわりに、本実施の形態では第２のアーム８を滑らかに移動させるために、第２のアーム８にスライド軸受１２を取り付けて固定軸１０と結合している。また、図１の実施の形態において溝１１に嵌合する固定軸１０の先端部に２つ以上のベアリングを設けて滑らかな移動が可能となるように構成してもよい。この構成の場合には、ばねなどを利用して、２つ以上のベアリングが溝１１の加工精度に起因する溝幅のばらつきに対して、ばねでがたつきを吸収できる構成とすることが望ましい。
【００５１】
図８は、本発明に係る超音波探触子の第１の実施の形態における素子部の接続を示す図である。本実施の形態では、第２のアーム８の先端部に超音波素子を取り付けた素子部２を素子回転軸１３を介して回動可能に取り付け、この素子部２に設けたガイド軸１４が探触子外筐５又はウインドウ３に設けられた溝状のレール１５に嵌合された構成を示しており、素子部２はガイド軸１４によりレール１５に沿って移動することができて、超音波を送受信する超音波素子を患者の生体に対して所望の向きに傾けることが可能となる。また、この構成により超音波素子をウインドウ３に対して常に平行にすることも可能となり、超音波素子から放射される超音波を常にウインドウ３の表面に対して垂直に放射することが可能となる。
【００５２】
図９は、図８に示す超音波探触子の素子部の接続構造を示す図であり、ガイド軸１４は２つのガイド軸で構成されており、一方のガイド軸が素子部２に固定され、他方のガイド軸はばね１６に固定されて、溝状のレール１５と２つのガイド軸１４はばね１６の反発力により嵌合されている。これにより、部品の加工精度などによって生じるレール１５の溝と2つのガイド軸１４とのがたつきをばね１６によって吸収することが可能となり、動作時の振動や騒音を低減すると同時に、素子部２の傾き角度を揺動動作時に安定させることが可能となる。
【００５３】
図１０は、本発明に係る超音波探触子の第２の実施の形態における素子部の接続を示す図を示しており、凸状のレール１５を２つのガイド軸１４で挟み込んで素子部２を支持する構成を示している。この構成により、ウインドウ３の表面に対して超音波を垂直に放射することが可能となるとともに、ウインドウ３又は探触子筐体５に凹面の溝を設けてレールとする場合と比較して、レール１５を機械加工又は金型成型で製作する場合に加工が容易となる。なお、ガイド軸１４は２つに限られず、必要に応じて２つ以上のガイド軸１４で素子部２を支持するようにしてもよい。
【００５４】
図１１は、図１０に示す超音波探触子の素子部の第１の実施の形態における接続構造を示す図であり、ガイド軸１４は２つのガイド軸で構成されており、一方のガイド軸が素子部２に固定され、他方のガイド軸はばね１６に固定されて、ばね１６の吸引力により２つのガイド軸間に挿入されているレール１５の凸部が圧接されている。この構成により、加工精度などによって生じる凸状のレール１５と２つのガイド軸１４のがたつきをばね１６によって吸収することが可能となり、動作時の振動や騒音を低減すると同時に、素子部２の傾き角度を揺動動作時に安定させることが可能となる。また、レール１５を機械加工又は金型成型で製作する場合に、溝を設ける場合と比較して加工が容易となる。
【００５５】
図１２は、図１０に示す超音波探触子の素子部の第２の実施の形態における接続構造を示す図であり、図１１で示した実施の形態に加えて、２つのガイド軸１４の先端部分にベアリング１７がそれぞれ取り付けられており、ガイド軸１４はばね１６の吸引力によりベアリング１７を介してレール１５の凸部と圧接している。この構成により、レール１５とガイド軸１４の摺動摩擦抵抗を低減することが可能となり、駆動するモータ１の負荷低減と同時に滑らかな動きを実現することが可能となる。なお、ベアリング１７に代えてテフロン樹脂などの低摩擦材料を２つのガイド軸１４の先端部分に設けてレール１５の凸部と摺動するようにしても同様の効果が得られる。また、必要に応じて、ばね１６を設けずにベアリング又はテフロン樹脂などの低摩擦材料だけで構成することもできる。
【００５６】
図１３は、図１０に示す超音波探触子の素子部の第３の実施の形態における接続構造を示す図であり、２つのガイド軸１４の先端部に弾性体１８を取り付け、この弾性体１８がレール１５の凸部を圧接している。この構成により、凸状のレール１５のガイド軸１４で挟まれる凸部の厚みにばらつきが有った場合でも、弾性体１８によりがたつきを吸収することが可能となり、振動騒音の低減と同時に滑らかでかつ負荷変動の少ない動きを実現することが可能となる。なお、弾性体１８は２つのガイド軸１４のいずれか一方であってもよい。
【００５７】
図１４は、本発明の第３の実施の形態における超音波探触子の側面図を示している。第１のアーム６は、第１の軸部材である固定軸１９を中心として回動可能に取り付けられている。又、モータ１に固定された回転軸７には第３のアーム２０が取り付けられて、回転軸７の回転又は反転に伴って回転軸７を中心に所定の角度だけ回転又は反転する。第３のアーム２０には、第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２が固定されている。ここで、第２の駆動軸２２は、駆動軸２１と回転軸７を結ぶ線上に配置されておればよく、図１４では回転軸７の軸上に配置された場合を示している。すなわち、第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２と連結軸９は常に一直線上に位置することになるため、第１の駆動軸２１を回転させたときに第１のアーム６が反対方向に回転するのを避けることができる。回転軸７、第３のアーム２０、第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２は第２の軸部材を構成している。
【００５８】
第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２は、第２のアーム８に設けた溝１１に嵌合するように構成されている。そして、溝１１は、第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２の直径とほぼ同じ幅であり、第２のアーム８の長さ方向に縦長に形成されている。回転軸７の回転又は反転により、第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２を介して第２のアーム８を揺動運動させることができる。
【００５９】
第１のアーム６と連結軸９と第２のアーム８はリンク機構を構成しており、このリンク機構を介して回転軸７が回転又は反転することにより第２のアーム８の長さよりも長い回転半径で揺動運動を行うことができる。ここで、第３のアーム２０、第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２は、別々の部品であってもよいし、これらが一体的に形成されてもよい。
【００６０】
図１５Ａから図１５Ｃは、第３の実施の形態における第１のアーム６と第２のアーム８からなる揺動機構の右傾斜位置、中央位置、左傾斜位置における動作説明図であり、以下に図１５Ａから図１５Ｃを用いて揺動回転の詳細な説明をする。
【００６１】
回転軸７が回転又は反転することにより、一方の端部が回転軸７に固定された第３のアーム２０も回転又は反転する。図１５Ａはモータ１により回転軸７を回転させて素子部２を右側に傾けた状態を示している。ここで、回転軸７の中心をＡ点とすると、回転軸７が回転することにより、回転軸７に固定された第３のアーム２０はＡ点を中心として回転する。回転軸７から一定の距離に固定軸１９が配置されており、固定軸１９の中心をＢ点とすると第１のアーム６の一端はＢ点を中心に回動可能に保持されている。第１のアーム６のもう一方の端部は連結軸９を介して第２のアーム８と回動可能に連結されており、連結軸９の中心をＣ点とすると、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が形成されるように揺動する。また、第２のアーム８には、長さ方向に縦長の溝１１が設けられており、第３のアーム２０に設けられた第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２の先端部がこの溝１１と勘合し、第２のアーム８が長さ方向に移動が可能である。
【００６２】
第２のアーム８はＡ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が形成されるように揺動し、回転軸７が回転する方向に従って図１５Ａから図１５Ｂ、図１５Ｃに示すように揺動して、モータの回転軸７の回転角度が大きくなるほど第２のアーム８の動作点である連結軸９が第２のアーム８を長さ方向に素子部２を伸長するように回転する。
【００６３】
ここで、第１の駆動軸２１をD点とし、第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２を、溝１１に勘合させて回転させると、第２のアーム８は、下方の端部がＣ点で位置決めされ、傾きがＣ点とD点で決定されて揺動する。これにより、素子部２の移動軌跡は第２のアーム８の連結軸９を揺動中心とする場合とは異なる大きな曲率の軌跡を描くことができる。
【００６４】
図１６は、本発明の第４の実施の形態における第１のアーム６と第４のアーム２３からなる揺動機構の動作説明図であり、以下に図１６を用いて揺動回転の詳細な説明をする。
【００６５】
すなわち、第４の実施の形態では、前述のような第２のアーム８に溝１１を設けて摺動させる構成ではなく、第３のアーム２０に第１のスライド軸２４、第２のスライド軸２５、第３のスライド軸２６を設け、第４のアーム２３を挟み込む構成としている。第４のアーム２３を第３のアーム２０の回転又は反転により揺動させることができる。これにより、素子部２の移動軌跡は第４のアーム２３の連結軸９を揺動中心とする場合とは異なる大きな曲率の軌跡をえがくことができる。ここで、第１のスライド軸２４、第２のスライド軸２５、第３のスライド軸２６には第４のアーム２３との摺動抵抗を軽減するためにベアリングや低摩擦抵抗の樹脂などを用いて第４のアーム２３と接触させるようにしてもよい。さらに、がたつきを防止するために、ばねや弾性体を用い第１のスライド軸２４と第２のスライド軸２５に向けて第３のスライド軸２６を引っ張る構成としてもよい。
【００６６】
図１７は、本発明の第５の実施の形態における超音波探触子の側面図を示し、第４のアーム２３に嵌合するスライド軸受２７を回転軸７に取り付けている。回転軸７の回転又は反転に伴って第４のアーム２３がスライド軸受２７の内側を揺動できるように構成されている。
【００６７】
図１８は本発明の第６の実施の形態における超音波探触子の側面図、第１９図は第７の実施の形態における超音波探触子の側面図をそれぞれ示している。図１８は、探触子外筐５の内部に第１のアーム６の回転角度を検出する位置検出手段２８を設けて構成し、図１９は、固定軸１９とアーム６が一体となって回転し、フレーム５に対して回転可能に貫通し、探触子外筐９の外部に固定軸１９を介して第１のアーム６の回転角度を検出する位置検出手段２９を設けた構成である。
【００６８】
ここで、回転軸７の中心をＡ点、固定軸１９の中心をＢ点、連結軸９の中心をＣ点とした場合に、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することで三角形ＡＢＣは、常に二等辺三角形を形成する。この構成により、第３のアーム２０が角度θだけ回転すると、第２のアーム８の先端は仮想の回転中心を角度θだけ回転し、第１のアーム６は角度２θ回転する。すなわち、素子部２の傾き角度である回転軸７の回転角度に対して２倍の角度を回転する第１のアーム６の回転角度を位置検出手段２８又は２９により検出することで素子部２の傾き角度を高精度に検出することが可能となる。なお、位置検出手段２８、２９には光学式エンコーダ、磁気式エンコーダやポテンショメータなどを用いることができる。
【００６９】
ここで、上記の第３から７の実施の形態における素子部２の接続構造には、図８から１３に示した接続構造を適用することができる。
【００７０】
このように、本発明によれば、超音波素子が移動する見かけ上の回転半径を大きく設定することが可能となり、小型化が実現できる。また、上述のように従来例のワイヤーとプーリで超音波素子を移動させる構成では、プーリの径で必然的に生ずる走査領域から両端ではみ出す領域ができるが、これを事実上無くすことが可能となり、患者に接触させる部分に対して診断の邪魔となるデッドスペースを排除することができる。
【００７１】
また、上記の超音波素子は単一素子のものであって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、超音波素子が電子走査型の超音波素子であって、機械的な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と、電子走査による走査と機械的揺動による走査で三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。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明によれば、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超音波探触子に関し、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が得られる機構であって、さらに手持ち型超音波探触子として利便性を向上するために小型の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三次元用超音波探触子に利用することができる。
【図１】
2010064415.tif 000004
【図２】
2010064415.tif 000005
【図３】
2010064415.tif 000006
【図４】
2010064415.tif 000007
【図５】
2010064415.tif 000008
【図６】
2010064415.tif 000009
【図７】
2010064415.tif 000010
【図８】
2010064415.tif 000011
【図９】
2010064415.tif 000012
【図１０】
2010064415.tif 000013
【図１１】
2010064415.tif 000014
【図１２】
2010064415.tif 000015
【図１３】
2010064415.tif 000016
【図１４】
2010064415.tif 000017
【図１５Ａ】
2010064415.tif 000018
【図１５Ｂ】
2010064415.tif 000019
【図１５Ｃ】
2010064415.tif 000020
【図１６】
2010064415.tif 000021
【図１７】
2010064415.tif 000022
【図１８】
2010064415.tif 000023
【図１９】
2010064415.tif 000024
【図２０】
2010064415.tif 000025
【図２１】
2010064415.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月30日(2011.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に用いられ、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）の三次元断層像を得ることを主な目的とした超音波探触子に関し、特に、超音波素子を機械的に揺動させることにより走査を行う超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記表在性組織の三次元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による幅広い視野領域と同時に、アレイ型素子の走査方向と直交する方向に、体表の形状に沿った広い機械的走査が必要となる。しかしながら、手持ち型超音波探触子では、1つの三次元超音波探触子であらゆる表在性組織の三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、複数の三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、その一方で、頚動脈や甲状腺などの三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、広い三次元診断領域の実現と、小型の三次元超音波探触子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。
【０００３】
本発明は上記のように、より広い診断領域の実現とより小型の探触子であることという相反する要求と、小型軽量という課題と、比較的平坦な生体接触部に対して探触子の密着性を確保するという課題に対して解決する手段を提供するものである。
【０００４】
従来の表在性組織断層画像の取得方法としては、例えば下記の特許文献１に、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手段が記載されている。
【０００５】
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、医者が直接探触子を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つの三次元超音波探触子で診断できるようなものでもない。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、水槽中に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手段が記載されている。また、下記の特許文献３の実施例にも、超音波探触子をベルトなどを用い並行に移動させて超音波画像を取得する手段が記載されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献２は特許文献１と同様に、手持ち型三次元超音波探触子ではなく、装置も大掛かりな物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の実施例を応用して、図２０に示すように、超音波素子をワイヤー３１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、ワイヤー、タイミングベルトなどを用いてアレイ型素子３０を平行移動させる場合には、移動させる素子の両端にワイヤー３１などを駆動するためのプーリ３２を配置する必要がある。したがって、この様な構造を用いた場合には、図２１に示すように素子３０の幅と、プーリ３２の径によって移動範囲が規制され、機械的移動範囲より大きな生体接触部が必要となってしまうため、手持ち型三次元超音波探触子としては適用できない。特に、頚動脈や甲状腺などを診断する場合には、手持ち型三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。なお、図２０及び図２１には、スライド軸受３３にて平行移動可能に取り付けられた超音波素子３０を、モータ３４の回転運動とプーリ３２とワイヤー３１で構成された伝達機構で平行に超音波素子を移動させる構成を示している。
【０００８】
また、下記の特許文献４には、アレイ型素子の電子走査方向の一方の端部を中心に回転させることによって、手持ち型の三次元超音波探触子を実現する手段が記載されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献４の発明のようにアレイ型素子の電子走査方向の一方の端部を中心に回転させて三次元の超音波画像を取得する手段では、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、三次元断層像を構築するための元データとなる二次元断層面のピッチが、回転中心に近いほど細かく、回転中心から離れるにしたがってピッチが荒くなり、回転中心からの距離に比例して、二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三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、素子の長さより大きな生体接触部が前記診断部位の診断の際に、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。
【００１０】
また、下記の特許文献５に記載の三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三次元超音波断層像を得る手持ち型の三次元超音波探触子を実現する手段が記載されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献５に記載の三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三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を備えた先端までの距離で、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場合には、すなわち、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。しかしながら、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、手持ち型三次元超音波探触子の全体の大きさが、大きくなり手持ち型三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いという課題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実開昭５９−１９０２０８号公報（第１０頁、第３図、第６図）
【特許文献２】実開昭５９−１１１１１０号公報（第３頁〜第４頁、第３図）
【特許文献３】特開昭６１−１３９４２号公報（第２頁左下欄〜第３頁左上欄）
【特許文献４】特開平４−２８２１３６号公報（段落００３８〜００４３）
【特許文献５】特開平３−１８４５３２号公報（第３頁左下欄〜第４頁左上欄）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、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の超音波探触子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の超音波探触子は、筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームは縦長の溝を有して第２の軸部材と長さ方向に摺動可能に嵌合し、前記第２のアームの前記超音波素子を取り付けた端部と前記連結軸までの長さを前記第１の軸部材から前記第1のアームの連結軸までの長さよりも長くするとともに前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成し、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置して、前記超音波素子を揺動走査する。
【００１５】
この構成により、第１の軸部材又は第２の軸部材にモータの回転軸を固定して回動することにより、第２のアームは第２の軸部材を支点として第２のアームの長さ方向に移動しながら揺動する。このようにして第1のアームと第２の軸部材の作用により、第２のアームの先端部に取り付けられた超音波素子は大きな曲率を持った軌跡で揺動させることができる。
【００１６】
また、本発明の超音波探触子は、前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さと、前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さを同じ長さとして、前記第１の軸部材と、前記第１のアームと前記第２のアームの連結軸と、前記第２の軸部材とからなる三角形が二等辺三角形となるように構成されている。
【００１７】
この構成により、第１のアームを回転させると、三角形は常に二等辺三角形を構成し、第１の軸部材の回転角度に対して超音波素子を取り付けた第２のアームの傾き角度は常に１/２の角度となり、第１の軸部材の回転角度と超音波素子を取り付けたアームの傾き角度を常に一定の関係に保つことが可能となる。
【００１８】
また、本発明の超音波探触子は、前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さを前記第１の軸部材と前記第２のアームと摺動可能に嵌合した前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成されている。
【００１９】
この構成により、第２のアームの先端に固定された超音波素子を第１のアームのより小さな揺動角度で大きく移動させることができる。
【００２０】
また、本発明の超音波探触子は、筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームはスライド軸受部を介して第２の軸部材に摺動可能とし、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置し、前記超音波素子を揺動走査する。
【００２１】
この構成により、第２のアームにスライド軸受を取り付けることにより、第２のアームを第２の軸部材に摺動させて長さ方向に移動可能とすることで、前記のような溝と第２の軸部材による構成と比較して隙間の移動によるがたつきがなく第２のアームの滑らかな移動が可能となる。
【００２２】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸が前記溝状のレールと嵌合するように構成している。
【００２３】
この構成により、超音波素子から送受信する超音波をウインドウに対して垂直方向に送受信することが可能となる。また、レールの形状を工夫することにより、超音波を生体に対して送受信する角度を自由に設定することが可能となり、生体に対して平行や扇方など、診断用途に応じて構成することが可能となる。
【００２４】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられた２つ以上のガイド軸で前記凸状のレールを挟みこむように構成されている。
【００２５】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して反発するように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記溝状のレールに嵌合するように構成されている。
【００２６】
この構成により、溝状のレールの内側に、1つのガイド軸が超音波素子を有する素子部に固定され、もう１つのガイド軸がばねの力で反発するようにしてレールの溝部の内壁に圧接するように構成することで素子部のがたつきを軽減することが可能である。
【００２７】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して引き合うように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記凸状のレールを挟みこむように構成されている。
【００２８】
この構成により、1つのガイド軸が超音波素子を有する素子部に固定され、もう一つのガイド軸はばねの力を利用してお互いが引き合うように構成することで、ガイド軸と凸状のレールのがたつきを軽減することが可能である。
【００２９】
また、本発明の超音波探触子は、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する先端部に、ベアリング又は摩擦抵抗の小さな樹脂材料などを設けている。
【００３０】
この構成により、ガイド軸先端にベアリングを設け、又はガイド軸先端に摩擦抵抗の小さなテフロン（登録商標）系樹脂などを取り付けることにより、レールの形状に沿って滑らかに超音波素子を有する素子部を回動運動させることができる。
【００３１】
また、本発明の超音波探触子は、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する面の部分に、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の両方又はいずれか一方にゴムや樹脂のような弾性体を設けている。
【００３２】
この構成により、ガイド軸と溝状のレール又は凸状のレールの接触する面にゴムのような弾性体を設けることにより、ガイド軸と溝状のレール又は凸状のレールとのがたつきを軽減することが可能となる。
【００３３】
また、本発明の超音波探触子は、前記超音波素子が電子走査型素子であって、電子走査と直交する方向に前記揺動機構により機械的揺動する構成である。
【００３４】
この構成により、超音波素子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をあわせて行うことにより、電子走査と機械走査とによる三次元走査が可能な超音波探触子を提供することが出来る。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の超音波探触子では、小型の揺動機構により大きな揺動曲率で超音波素子を機械的に揺動させることが可能となるため、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、これによ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比較的大きな体表近傍に対し広い視野領域を小型軽量の超音波探触子で得ることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図２】図１に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の動作説明図
【図３】図１に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の原理説明図
【図４】図１に示す超音波探触子に用いられる素子部の揺動の軌跡の一例を示す図
【図５】図１に示す超音波探触子に用いられる素子部の揺動の軌跡の他の例を示す図
【図６】図１に示す超音波探触子に用いられる素子部の揺動の軌跡のさらに他の例を示す図
【図７】本発明の第２の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図８】本発明に係る超音波探触子の第１の実施の形態における素子部の接続を示す図
【図９】図８に示す超音波探触子の素子部の接続構造を示す図
【図１０】本発明に係る超音波探触子の第２の実施の形態における素子部の接続を示す図
【図１１】図１０に示す超音波探触子の素子部の第１の実施の形態における接続構造を示す図
【図１２】図１０に示す超音波探触子の素子部の第２の実施の形態における接続構造を示す図
【図１３】図１０に示す超音波探触子の素子部の第３の実施の形態における接続構造を示す図
【図１４】本発明の第３の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図１５Ａ】図１４に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の右傾斜位置における動作説明図
【図１５Ｂ】図１４に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の中央位置における動作説明図
【図１５Ｃ】図１４に示す超音波探触子に用いられる揺動機構の左傾斜位置における動作説明図
【図１６】本発明の第４の実施の形態における超音波探触子に用いられる揺動機構の動作説明図
【図１７】本発明の第５の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図１８】本発明の第６の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図１９】本発明の第７の実施の形態における超音波探触子の側面図
【図２０】従来の超音波探触子の構成図
【図２１】従来の超音波探触子の構成の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態として図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の側面図を図１に示し、超音波探触子に接続されている図示しない超音波診断装置本体からの駆動電気信号により、超音波探触子外筐（フレーム）５に固定したモータ１の回転軸又はモータ１に減速機構が設けられている場合には減速機構の出力軸（以後、回転軸７として説明する）は探触子外筐５を貫通し、オイルシールやウインドウなどで封止された超音波の伝搬を助ける音響結合液体４の中で所定の角度だけ回転又は反転動作を行う。すなわち、第１の軸部材である回転軸７に一端が固定された第１のアーム６は回転軸７の回転に伴って回転軸７を中心に所定の角度だけ回転又は反転して揺動運動を行う。第１のアーム６の他方の端部には連結軸９が固定され第２のアーム８が連結軸９に対して回動可能に結合されている。第２のアーム８のもう一方の端部の先端には、電気信号と超音波信号を相互に変換することができる超音波素子を有する素子部２が取り付けられている。超音波素子には図示しないフレキシブルプリント基板などで超音波診断装置本体との間で電気信号の伝達を行っている。連結軸９は第１のアーム６と第２のアーム８が各々回動可能となるように接続されており、連結軸９は第１のアーム６又は第２のアーム８の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よい。第２のアーム８の素子部２を取り付けた固定端と連結軸９との間には縦長の溝１１が設けられ、探触子外筐５に固定された第２の軸部材である固定軸１０が溝１１に嵌合している。溝１１は固定軸１０の嵌合部の直径とほぼ同じ幅の溝であって、第２のアーム８の長さ方向に沿って縦長の溝となっており、溝の長さは回転軸７が所定角度の回転又は反転により第２のアーム８が移動できる長さであれば足り、第１のアーム６の回転又は反転に伴って第２のアーム８が縦長の溝１１に沿って長さ方向に移動することができる。
【００３８】
モータ１の回転軸７に固定された第1のアーム６は、回転軸７の回転又は反転による揺動運動により連結軸９により回動可能に固定された第２のアーム８を固定軸１０を支点として回動運動させ、固定軸１０を支点として、素子部２が揺動運動を行う。ここで、第２のアーム８に取り付けられた素子部２は、回転軸７の回動に伴って第1のアーム６が回動し連結軸９の移動により、第２のアーム８が長さ方向に固定軸１０に嵌合した溝１１に沿って移動するため、素子部２の移動する軌跡は第２のアーム８の連結軸９を固定の回転軸とした場合とは異なる軌跡をたどることになる。
【００３９】
図２は、本発明に係る第１のアーム６と第２のアーム８からなる揺動機構の動作説明図であり、以下に図２を用いて揺動回転の詳細な説明をする。
【００４０】
モータの回転軸７が回転又は反転することにより、一方の端部が回転軸７に固定された第1のアーム６も回転又は反転する。ここで、第1のアーム６の回転軸７に固定されていない他方の端部をＡ点とし、回転軸７をＢ点とし、第２のアーム８の溝１１に嵌合する固定軸１０をＣ点とすると、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が形成されるように揺動し、連結軸９が回転する方向に従って図２（ａ）から図２（ｂ）又は、図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように揺動して、モータの回転軸７の回転角度が大きくなるほど第２のアーム８の動作点である連結軸９が第２のアーム８を長さ方向に素子部２を伸長するように回転し、素子部２の移動軌跡は第２のアーム８の連結軸９を揺動中心とする場合とは異なる大きな曲率の軌跡をえがくこととなり、簡単な揺動機構を用いて、超音波素子を有する素子部２を大きな曲率で移動させることが可能となる。よって、比較的平坦な患部に対して診断する場合でも超音波探触子との密着性を向上させることができる。
【００４１】
図３は、第１のアーム６と第２のアーム８からなる上記の揺動機構の原理を説明する図であり、以下に図３を用いて、モータの回転軸7が回転又は反転したときの素子部２の軌跡をさらに詳細に説明する。
【００４２】
固定軸１０（Ｃ点）を原点としてＸ―Ｙ座標をとり、モータの回転軸７（Ｂ点）と第1のアーム６の連結軸９（Ａ点）との距離をＬ１、連結軸９（Ａ点）と第２のアーム８の素子部２を有する先端（Ｄ点）までの距離をＬ２、モータ軸７（Ｂ点）と固定軸１０（Ｃ点）との距離をＬ３とし、Ｌ２はＬ１及びＬ３より十分長いとする。上記条件のもとで第１のアーム６がＹ軸に対して揺動角度をθだけ傾けると、第1のアーム６と第２のアーム８の結合点であるＡ点の座標は、
（Ｌ１×sinθ、-Ｌ１×cosθ-Ｌ３）
となり、第2のアーム８は、固定軸１０（Ｃ点）を原点としたＸ−Ｙ座標で直線  
Ｙ=-((Ｌ１×cosθ-Ｌ３)/Ｌ１×sinθ)Ｘ
上にあることになる。
よって、原点（Ｃ点）から２本の腕の結合点（Ａ点）までの距離ＤＬは
【００４３】
【数１】
2010064415.tif 000027
【００４４】
の関係がある。したがって、第２のアーム８の先端であるＤ点の座標は  
(−Ｌ１×sinθ×（Ｌ２−ＤＬ）/ＤＬ、(Ｌ１cosθ+Ｌ３) ×（Ｌ２−ＤＬ）/ＤＬ)
となる。
【００４５】
図４は、Ｌ１＝３０ｍｍ、Ｌ２=１００ｍｍ、Ｌ３=１５ｍｍとし、第1のアーム６をＹ軸から±４５度まで揺動させた場合の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を示す図であり、曲率の大きな凸状の軌跡を示している。
【００４６】
図５は、Ｌ１＝３０ｍｍ、Ｌ２=１００ｍｍ、Ｌ３=３０ｍｍとして、第1のアーム６をＹ軸から±４５度まで揺動させた場合の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を示す図であり、わずかに凹面を形成しているが、ほぼ平坦な軌跡を示している。
【００４７】
ここで、図４及び図５に示した第２のアーム８の先端の軌跡は一例であり、Ｌ１とＬ２とＬ３の長さをそれぞれ調整することにより所望の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を実現することが可能である。
【００４８】
図６は、Ｌ１＝３０ｍｍ、Ｌ２=１００ｍｍ、 Ｌ３=２６ｍｍとし、第1のアーム６をＹ軸から±４５度まで揺動させた場合の第２のアーム８の先端部Ｄ点の軌跡を示す図であり、この図で示すように、Ｙ軸方向の変位は約０．１ｍｍ程度にすることが可能で、ほぼ水平に素子部２を移動させることができる。
【００４９】
また、図３において、Ａ点からＢ点の距離と、Ｂ点とＣ点の距離を同じ長さにすることで、三角形ＡＢＣは常に二等辺三角形を形成することができる。三角形ＡＢＣを二等辺三角形にすると２∠ＡＣＢ＝θの関係があり、第1のアーム６の回転角度θに対して、素子部２の回転角度は常に二分の一の角度で傾くこととなるため、超音波素子の揺動角度はモータの回転角度と２対１の関係を常に保つことができ、モータの回転角度を一定角度で揺動させれば、超音波素子も常に均等な揺動角度を実現することができる。
【００５０】
図７は本発明の第２の実施の形態における超音波探触子の側面図を示している。すなわち、図１の場合における第２のアーム８の溝１１と固定軸１０との嵌合のかわりに、本実施の形態では第２のアーム８を滑らかに移動させるために、第２のアーム８にスライド軸受１２を取り付けて固定軸１０と結合している。また、図１の実施の形態において溝１１に嵌合する固定軸１０の先端部に２つ以上のベアリングを設けて滑らかな移動が可能となるように構成してもよい。この構成の場合には、ばねなどを利用して、２つ以上のベアリングが溝１１の加工精度に起因する溝幅のばらつきに対して、ばねでがたつきを吸収できる構成とすることが望ましい。
【００５１】
図８は、本発明に係る超音波探触子の第１の実施の形態における素子部の接続を示す図である。本実施の形態では、第２のアーム８の先端部に超音波素子を取り付けた素子部２を素子回転軸１３を介して回動可能に取り付け、この素子部２に設けたガイド軸１４が探触子外筐５又はウインドウ３に設けられた溝状のレール１５に嵌合された構成を示しており、素子部２はガイド軸１４によりレール１５に沿って移動することができて、超音波を送受信する超音波素子を患者の生体に対して所望の向きに傾けることが可能となる。また、この構成により超音波素子をウインドウ３に対して常に平行にすることも可能となり、超音波素子から放射される超音波を常にウインドウ３の表面に対して垂直に放射することが可能となる。
【００５２】
図９は、図８に示す超音波探触子の素子部の接続構造を示す図であり、ガイド軸１４は２つのガイド軸で構成されており、一方のガイド軸が素子部２に固定され、他方のガイド軸はばね１６に固定されて、溝状のレール１５と２つのガイド軸１４はばね１６の反発力により嵌合されている。これにより、部品の加工精度などによって生じるレール１５の溝と2つのガイド軸１４とのがたつきをばね１６によって吸収することが可能となり、動作時の振動や騒音を低減すると同時に、素子部２の傾き角度を揺動動作時に安定させることが可能となる。
【００５３】
図１０は、本発明に係る超音波探触子の第２の実施の形態における素子部の接続を示す図を示しており、凸状のレール１５を２つのガイド軸１４で挟み込んで素子部２を支持する構成を示している。この構成により、ウインドウ３の表面に対して超音波を垂直に放射することが可能となるとともに、ウインドウ３又は探触子筐体５に凹面の溝を設けてレールとする場合と比較して、レール１５を機械加工又は金型成型で製作する場合に加工が容易となる。なお、ガイド軸１４は２つに限られず、必要に応じて２つ以上のガイド軸１４で素子部２を支持するようにしてもよい。
【００５４】
図１１は、図１０に示す超音波探触子の素子部の第１の実施の形態における接続構造を示す図であり、ガイド軸１４は２つのガイド軸で構成されており、一方のガイド軸が素子部２に固定され、他方のガイド軸はばね１６に固定されて、ばね１６の吸引力により２つのガイド軸間に挿入されているレール１５の凸部が圧接されている。この構成により、加工精度などによって生じる凸状のレール１５と２つのガイド軸１４のがたつきをばね１６によって吸収することが可能となり、動作時の振動や騒音を低減すると同時に、素子部２の傾き角度を揺動動作時に安定させることが可能となる。また、レール１５を機械加工又は金型成型で製作する場合に、溝を設ける場合と比較して加工が容易となる。
【００５５】
図１２は、図１０に示す超音波探触子の素子部の第２の実施の形態における接続構造を示す図であり、図１１で示した実施の形態に加えて、２つのガイド軸１４の先端部分にベアリング１７がそれぞれ取り付けられており、ガイド軸１４はばね１６の吸引力によりベアリング１７を介してレール１５の凸部と圧接している。この構成により、レール１５とガイド軸１４の摺動摩擦抵抗を低減することが可能となり、駆動するモータ１の負荷低減と同時に滑らかな動きを実現することが可能となる。なお、ベアリング１７に代えてテフロン（登録商標）樹脂などの低摩擦材料を２つのガイド軸１４の先端部分に設けてレール１５の凸部と摺動するようにしても同様の効果が得られる。また、必要に応じて、ばね１６を設けずにベアリング又はテフロン（登録商標）樹脂などの低摩擦材料だけで構成することもできる。
【００５６】
図１３は、図１０に示す超音波探触子の素子部の第３の実施の形態における接続構造を示す図であり、２つのガイド軸１４の先端部に弾性体１８を取り付け、この弾性体１８がレール１５の凸部を圧接している。この構成により、凸状のレール１５のガイド軸１４で挟まれる凸部の厚みにばらつきが有った場合でも、弾性体１８によりがたつきを吸収することが可能となり、振動騒音の低減と同時に滑らかでかつ負荷変動の少ない動きを実現することが可能となる。なお、弾性体１８は２つのガイド軸１４のいずれか一方であってもよい。
【００５７】
図１４は、本発明の第３の実施の形態における超音波探触子の側面図を示している。第１のアーム６は、第１の軸部材である固定軸１９を中心として回動可能に取り付けられている。又、モータ１に固定された回転軸７には第３のアーム２０が取り付けられて、回転軸７の回転又は反転に伴って回転軸７を中心に所定の角度だけ回転又は反転する。第３のアーム２０には、第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２が固定されている。ここで、第２の駆動軸２２は、駆動軸２１と回転軸７を結ぶ線上に配置されておればよく、図１４では回転軸７の軸上に配置された場合を示している。すなわち、第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２と連結軸９は常に一直線上に位置することになるため、第１の駆動軸２１を回転させたときに第１のアーム６が反対方向に回転するのを避けることができる。回転軸７、第３のアーム２０、第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２は第２の軸部材を構成している。
【００５８】
第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２は、第２のアーム８に設けた溝１１に嵌合するように構成されている。そして、溝１１は、第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２の直径とほぼ同じ幅であり、第２のアーム８の長さ方向に縦長に形成されている。回転軸７の回転又は反転により、第１の駆動軸２１及び第２の駆動軸２２を介して第２のアーム８を揺動運動させることができる。
【００５９】
第１のアーム６と連結軸９と第２のアーム８はリンク機構を構成しており、このリンク機構を介して回転軸７が回転又は反転することにより第２のアーム８の長さよりも長い回転半径で揺動運動を行うことができる。ここで、第３のアーム２０、第１の駆動軸２１、第２の駆動軸２２は、別々の部品であってもよいし、これらが一体的に形成されてもよい。
【００６０】
図１５Ａから図１５Ｃは、第３の実施の形態における第１のアーム６と第２のアーム８からなる揺動機構の右傾斜位置、中央位置、左傾斜位置における動作説明図であり、以下に図１５Ａから図１５Ｃを用いて揺動回転の詳細な説明をする。
【００６１】
回転軸７が回転又は反転することにより、一方の端部が回転軸７に固定された第３のアーム２０も回転又は反転する。図１５Ａはモータ１により回転軸７を回転させて素子部２を右側に傾けた状態を示している。ここで、回転軸７の中心をＡ点とすると、回転軸７が回転することにより、回転軸７に固定された第３のアーム２０はＡ点を中心として回転する。回転軸７から一定の距離に固定軸１９が配置されており、固定軸１９の中心をＢ点とすると第１のアーム６の一端はＢ点を中心に回動可能に保持されている。第１のアーム６のもう一方の端部は連結軸９を介して第２のアーム８と回動可能に連結されており、連結軸９の中心をＣ点とすると、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が形成されるように揺動する。また、第２のアーム８には、長さ方向に縦長の溝１１が設けられており、第３のアーム２０に設けられた第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２の先端部がこの溝１１と勘合し、第２のアーム８が長さ方向に移動が可能である。
【００６２】
第２のアーム８はＡ点、Ｂ点、Ｃ点により常に三角形が形成されるように揺動し、回転軸７が回転する方向に従って図１５Ａから図１５Ｂ、図１５Ｃに示すように揺動して、モータの回転軸７の回転角度が大きくなるほど第２のアーム８の動作点である連結軸９が第２のアーム８を長さ方向に素子部２を伸長するように回転する。
【００６３】
ここで、第１の駆動軸２１をD点とし、第１の駆動軸２１と第２の駆動軸２２を、溝１１に勘合させて回転させると、第２のアーム８は、下方の端部がＣ点で位置決めされ、傾きがＣ点とD点で決定されて揺動する。これにより、素子部２の移動軌跡は第２のアーム８の連結軸９を揺動中心とする場合とは異なる大きな曲率の軌跡を描くことができる。
【００６４】
図１６は、本発明の第４の実施の形態における第１のアーム６と第４のアーム２３からなる揺動機構の動作説明図であり、以下に図１６を用いて揺動回転の詳細な説明をする。
【００６５】
すなわち、第４の実施の形態では、前述のような第２のアーム８に溝１１を設けて摺動させる構成ではなく、第３のアーム２０に第１のスライド軸２４、第２のスライド軸２５、第３のスライド軸２６を設け、第４のアーム２３を挟み込む構成としている。第４のアーム２３を第３のアーム２０の回転又は反転により揺動させることができる。これにより、素子部２の移動軌跡は第４のアーム２３の連結軸９を揺動中心とする場合とは異なる大きな曲率の軌跡をえがくことができる。ここで、第１のスライド軸２４、第２のスライド軸２５、第３のスライド軸２６には第４のアーム２３との摺動抵抗を軽減するためにベアリングや低摩擦抵抗の樹脂などを用いて第４のアーム２３と接触させるようにしてもよい。さらに、がたつきを防止するために、ばねや弾性体を用い第１のスライド軸２４と第２のスライド軸２５に向けて第３のスライド軸２６を引っ張る構成としてもよい。
【００６６】
図１７は、本発明の第５の実施の形態における超音波探触子の側面図を示し、第４のアーム２３に嵌合するスライド軸受２７を回転軸７に取り付けている。回転軸７の回転又は反転に伴って第４のアーム２３がスライド軸受２７の内側を揺動できるように構成されている。
【００６７】
図１８は本発明の第６の実施の形態における超音波探触子の側面図、第１９図は第７の実施の形態における超音波探触子の側面図をそれぞれ示している。図１８は、探触子外筐５の内部に第１のアーム６の回転角度を検出する位置検出手段２８を設けて構成し、図１９は、固定軸１９とアーム６が一体となって回転し、フレーム５に対して回転可能に貫通し、探触子外筐９の外部に固定軸１９を介して第１のアーム６の回転角度を検出する位置検出手段２９を設けた構成である。
【００６８】
ここで、回転軸７の中心をＡ点、固定軸１９の中心をＢ点、連結軸９の中心をＣ点とした場合に、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することで三角形ＡＢＣは、常に二等辺三角形を形成する。この構成により、第３のアーム２０が角度θだけ回転すると、第２のアーム８の先端は仮想の回転中心を角度θだけ回転し、第１のアーム６は角度２θ回転する。すなわち、素子部２の傾き角度である回転軸７の回転角度に対して２倍の角度を回転する第１のアーム６の回転角度を位置検出手段２８又は２９により検出することで素子部２の傾き角度を高精度に検出することが可能となる。なお、位置検出手段２８、２９には光学式エンコーダ、磁気式エンコーダやポテンショメータなどを用いることができる。
【００６９】
ここで、上記の第３から７の実施の形態における素子部２の接続構造には、図８から１３に示した接続構造を適用することができる。
【００７０】
このように、本発明によれば、超音波素子が移動する見かけ上の回転半径を大きく設定することが可能となり、小型化が実現できる。また、上述のように従来例のワイヤーとプーリで超音波素子を移動させる構成では、プーリの径で必然的に生ずる走査領域から両端ではみ出す領域ができるが、これを事実上無くすことが可能となり、患者に接触させる部分に対して診断の邪魔となるデッドスペースを排除することができる。
【００７１】
また、上記の超音波素子は単一素子のものであって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、超音波素子が電子走査型の超音波素子であって、機械的な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と、電子走査による走査と機械的揺動による走査で三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。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明によれば、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超音波探触子に関し、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が得られる機構であって、さらに手持ち型超音波探触子として利便性を向上するために小型の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三次元用超音波探触子に利用することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームは縦長の溝を有して第２の軸部材と長さ方向に摺動可能に嵌合し、前記第２のアームの前記超音波素子を取り付けた端部と前記連結軸までの長さを前記第１の軸部材から前記第1のアームの連結軸までの長さよりも長くするとともに前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成し、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置して、前記超音波素子を揺動走査するように構成された超音波探触子。
【請求項２】
前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さと、前記第１の軸部材から前記第２の軸部材までの長さを同じ長さとして、前記第１の軸部材と、前記第１のアームと前記第２のアームの連結軸と、前記第２の軸部材とからなる三角形が二等辺三角形となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第１の軸部材から前記第２のアームを連結する連結軸までの長さを前記第１の軸部材と前記第２のアームと摺動可能に嵌合した前記第２の軸部材までの長さよりも長く構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波探触子。
【請求項４】
筺体の一部を構成するフレームと、一端が第１の軸部材に固定された第1のアームと、前記第1のアームの他方の端部に連結軸を介して一端が回動可能に連結され他方の端部に電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波素子を取り付けた第２のアームとを設け、前記第２のアームはスライド軸受部を介して第２の軸部材に摺動可能とし、前記第１のアームと前記第２のアームからなる揺動機構を超音波ウインドウと前記フレームで囲まれ音響結合液体を封止した前記筺体内に配置し、前記超音波素子を揺動走査するように構成された超音波探触子。
【請求項５】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸が前記溝状のレールと嵌合するように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項６】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられた２つ以上のガイド軸で前記凸状のレールを挟みこむように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項７】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに溝状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して反発するように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記溝状のレールに嵌合するように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記超音波素子が前記第２のアームに対して回動可能に取り付けられ、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに凸状のレールを設けて、前記超音波素子に設けられたガイド軸と、前記ガイド軸に対してばねの力を利用して引き合うように設けられた第２のガイド軸が、前記フレーム又は前記超音波ウインドウに設けられた前記凸状のレールを挟みこむように構成された請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する先端部に、ベアリング又は摩擦抵抗の小さな樹脂材料などを設けた請求項５から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の接触する面の部分に、前記溝状のレール又は前記凸状のレールと前記ガイド軸の両方又はいずれか一方にゴムや樹脂のような弾性体を設けた請求項５から８のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記超音波素子が電子走査型素子であって、電子走査と直交する方向に前記揺動機構により機械的揺動する請求項１から１０のいずれか１つに記載の超音波探触子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010064415.tif 000028
【図２】
2010064415.tif 000029
【図３】
2010064415.tif 000030
【図４】
2010064415.tif 000031
【図５】
2010064415.tif 000032
【図６】
2010064415.tif 000033
【図７】
2010064415.tif 000034
【図８】
2010064415.tif 000035
【図９】
2010064415.tif 000036
【図１０】
2010064415.tif 000037
【図１１】
2010064415.tif 000038
【図１２】
2010064415.tif 000039
【図１３】
2010064415.tif 000040
【図１４】
2010064415.tif 000041
【図１５Ａ】
2010064415.tif 000042
【図１５Ｂ】
2010064415.tif 000043
【図１５Ｃ】
2010064415.tif 000044
【図１６】
2010064415.tif 000045
【図１７】
2010064415.tif 000046
【図１８】
2010064415.tif 000047
【図１９】
2010064415.tif 000048
【図２０】
2010064415.tif 000049
【図２１】
2010064415.tif 000050
【国際調査報告】
2010064415.tif 000051
2010064415.tif 000052
2010064415.tif 000053
2010064415.tif 000054