(57)【要約】  超音波プローブは、送受波器（４６）を含み、送受波器は、機械的に振動される被検者の画像領域に亘って送受波器からのビームを掃引する。送受波器は、気泡捕捉管によって流体充填室の第二区画に結合された流体充填室の第一区画内に配置される。送受波器を振動するために結合される駆動シャフト（５０）は、主区画内の送受波器振動機構で終端する前に、二次区画に進入し且つ二次区画を通過する。これは、シールの如何なる空気漏れも二次区画内に漏れ込み、送受波器が位置する区画内に漏れ込まないよう、流体充填室と外部空気との間に接続される駆動シャフトの運動用シールを位置決める。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する送受波器によって送信される超音波のビームで被検者を走査する超音波プローブであって、
前記送受波器が移動可能に取り付けられる主区画を有する流体充填室と、
該流体充填室の二次区画と、
前記主区画と前記二次区画とを接続する流体充填通路と、
前記送受波器のための起動力を供給する、前記流体充填室内に延びる駆動機構とを含み、該駆動機構は、前記二次区画を通過し、前記流体充填室の前記主区画内で終端する、
超音波プローブ。
【請求項２】
前記駆動機構は、駆動シャフトをさらに含む、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記流体充填室の外部に位置し、且つ、前記駆動シャフトを振動し或いは回転するために前記駆動シャフトに結合されたモータをさらに含む、請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
二次シール及び主シールをさらに含み、前記駆動シャフトは、前記二次シールによって、前記流体充填室の外部から前記二次区画内に通り、前記駆動シャフトは、前記収容シールによって、前記二次区画から前記主区画に通る、請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記主シール及び前記二次シールは、駆動シャフトの動作を許容する運動用シールを含む、請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記流体は前記主シールの両側に位置し、前記流体は前記二次シールの片側にのみ位置し、前記二次シールの漏れは、空気を前記二次区画に入れる、請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記流体充填通路は、気泡捕捉管をさらに含む、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記気泡捕捉管は、前記主区画及び前記二次区画を前記二次区画に分割する壁から延びる管をさらに含む、請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記送受波器は、平面領域に亘ってビームを電子的に操舵するよう制御され得る配列送受波器を含み、該配列送受波器の動作は、前記ビームを容積領域に亘って掃引させる、請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記送受波器は、前記配列送受波器が仰角方向に前後に振動されるのを許容する旋回機構の上に可動に取り付けられ、該旋回機構の旋回は、前記駆動機構によって起動される、請求項９に記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記駆動機構は、歯車機構によって前記旋回機構に接続された駆動シャフトをさらに含む、請求項１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記流体充填室は、音響窓によって封入され、前記配列送受波器が移動されるときに、超音波ビームが前記音響窓を通じて送信される、請求項９に記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
前記配列送受波器が移動されるときに、前記配列送受波器の送信面と前記音響窓との間に配置される流体充填空間をさらに含む、請求項１２に記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
移動する送受波器によって送信される超音波のビームで被検者を走査する超音波プローブであって、
前記送受波器が移動可能に取り付けられる主区画を有する流体充填室と、
該流体充填室の二次区画と、
前記主区画と前記二次区画とを接続する流体充填通路と、
前記送受波器のための起動力を供給する、前記主区画内で終端する駆動機構とを含み、
前記主区画は、前記流体充填通路に向かう前記主区画内の気泡の進行を促進する内面を示し、前記二次区画は、前記流体充填通路から離れる前記二次区画内の気泡の進行を促進する内面を示す、
超音波プローブ。
【請求項１５】
前記流体充填通路は、前記流体充填室の中心に或いは中心近傍に位置する、請求項１４に記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
前記流体充填通路は、気泡捕捉管をさらに含む、請求項１４に記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
前記送受波器は、平面領域に亘ってビームを電子的に操舵するよう制御され得る配列送受波器を含み、前記配列送受波器の動作は、前記ビームを容積領域に亘って掃引させる、請求項１４に記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
前記駆動機構は、前記流体充填室の外部に位置するモータに結合される、請求項１４に記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
前記駆動機構は、駆動シャフトを含む、請求項１８に記載の超音波プローブ。
【請求項２０】
前記駆動機構は、歯車機構をさらに含む、請求項１９に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断撮像システムに関し、より詳細には、送受波器が患者を通じる超音波のビームを走査するよう機械的に掃引する、超音波撮像システムのためのプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
送受波器素子又は複数素子が画像のために一連の超音波ビームで患者を走査するよう掃引される機械的超音波プローブは、当該技術分野において既知である。例えば、米国特許第４，４２６，８８６号（Ｆｉｎｓｔｅｒｗａｌｄ  ｅｔ  ａｌ．）は、モータがシャフトを回転し、シャフトがかさ歯車駆動を通じて旋回シャフトに取り付けられた超音波送受波器を振動するプローブを例証している。送受波器が振動されると、送信ビームが患者の体内の平面を通じて掃引するよう、送受波器が超音波を送受信するために面する方向が絶えず変化する。同一の目的のための機械的プローブの他の実施例は、米国特許第４，５１５，０１７号（ＭｃＣｏｎａｇｈｙ）に示されている。この特許では、モータがロータに接続され、ロータ上に送受波器が取り付けられている。モータが回転すると、それはロータを相応して駆動し、画像場を横断して送受波器のビームを掃引する。患者を走査するために送受波器がプローブ内部に移動されると、送受波器と超音波が通るプローブの音響窓との間に良好なカップリング媒体が絶えず存在することが重要である。撮像周波数にある超音波は空気によって大きく減衰されるので、並びに、本体は水の音響インピーダンスと近似する音響インピーダンスを有するので、そのような機械的プローブの送受波器は、送受波器と音響窓との間の流体通路を絶えず提供する流体槽内に位置付けられる。第８８６号特許において、流体は水であり、第０１７号特許において、流体は鉱油である。運動用シールを通じて発達し得る漏れの問題を防止するために、送受波器機構及び駆動モータの双方は、流体室内に配置され、流体によって取り囲まれる。よって、全ての移動構成部品は流体室内に収容され、モータ及び送受波器への導体のような静的接続だけが、流体室の壁を通過しなければならない。
【０００３】
振動される送受波器が単一素子送受波器或いは環状配列であるとき、患者の画像平面を走査するシングルビームが生成される。患者の容積領域を走査するために、直線又は位相配列を振動することも既知である。そのような配列は、電子ビームステアリングを通じて平面を静的に走査し、配列が仰角方向に移動されると、平面は容積を通じて掃引し、それによって、患者の三次元撮像を可能にする。米国特許第５，１５９，９３１号（Ｐｉｎｉ）は、配列送受波器がその中心について連続的に回転され、それによって、円筒形容積を通じてビームの平面を掃引するプローブを示している。米国特許第５，１５２，１７９号（Ｏｋｕｎｕｋｉ  ｅｔ  ａｌ．）及び第５，１５２，２９４号（Ｍｏｃｈｉｚｕｋｉ  ｅｔ  ａｌ．）は、ピラミッド型容積を通じてビームのセクタ形状平面を掃引するために、湾曲配列送受波器が前後に振動されるプローブを示している。平面撮像プローブと同様に、これらのプローブの機械的掃引送受波器配列は、送受波器配列とプローブの音響窓との間の超音波を効果的に送る流体経路を使用する。
【０００４】
流体充填プローブも、流体内に気泡を発達することが既知である。これらの気泡が送受波器と音響窓との間の領域に進行すると、それらは流体を通じて超音波の通路と干渉し、それによって、プローブの性能を劣化する。そのような気泡は周囲温度及び流体室外部の圧力の変化から、並びに、室の封止及び継目内の小さな漏れから発達し得る。少量の残留空気が、室が流体で充填された後、室内及び室内部の構成部品の周りに残ることも可能である。この問題に対処するために、気泡を流体区画内に捕捉するプローブ流体室が開発され、気泡は流体区画で送受波器の音響経路から離れて保持される。米国特許第４，４７４，１８４号（Ｈａｒｕｉ）は、振動する送受波器が配置される主区画を備えるプローブ流体室を示している。送受波器の後方には、主区画に接合された二次区画があり、二次区画内に延びる管によって接合されている。送受波器が横臥する患者に向かって下向きに面する状態で通常の向きに保持されるとき、主区画内の気泡は浮上し、管を通じて、二次区画に至る。特許に示されるように、二次区画内への管の延長は、プローブが反転されるときのようにプローブの向きが変化するときに、気泡が主区画に流れ戻るのを阻止する。よって、気泡は二次区画内に捕捉され、流体室が次回修理されるときに、それらを二次区画から排出し得る。
【０００５】
これらの機械的プローブの殆どにおいて、モータは流体室内部に配置されることが分かり、良く封止されたモータを必要とし、さらに、モータの修理又は置換を困難にする。第１７９号特許及び第２９４号特許において、モータは流体区画の外部に配置され、膜壁が流体区画を送受波器及びモータから封止する。しかし、送受波配列が振動されるとき、隔壁は絶えず移動しなければならないので、隔壁材料の疲労の問題が、このアプローチの問題につながり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、モータを流体室の外部に配置し、且つ、送受波器の音響経路と干渉する気泡の可能性を低減し得る機械的プローブを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原理によれば、画像場を通じて超音波のビームを走査するために送受波器が振動し或いは移動される、機械的超音波プローブが提供される。送受波器は、流体充填室の主区画内に配置される。二次室が主室の後に配置され、気泡捕捉によって主室に接続される。送受波器を移動するための起動力が、二次室を通じて主室内に延びる駆動シャフトによってもたらされ、駆動シャフトは主室で送受波器に接続する。駆動シャフトは、流体室の外部に位置するモータによって駆動される。この構成は、モータが、流体室を妨害することなしに、容易に修理され或いは置換されることを可能にする。駆動シャフトは、二次室の壁内の主運動用シール及び二次運動用シールを通過する。周囲環境に接続し且つ漏れの影響を最も受け易い二次シールは、二次室内に漏れ込み、結果として発生する気泡は二次室でのみ捕捉され、主室に接続する主シールは流体によって取り囲まれ、よって、空気漏れしない。例証される実施態様において、送受波器は、電子的に操舵される配列送受波器であり、その動作は患者の容積領域を通じてビームを掃引する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、本発明のプローブ流体室７０の第一実施態様が断面図で示されている。流体室７０は、移動する送受波器（この実施態様においては図示されていない）が位置する主区画７２を有する。送受波器は、主区画の端部７８に位置する音響窓を通じて超音波を送受信する。送受波器は、流体室の外部に位置するモータによって振動され或いは回転される駆動シャフト８０によってもたらされる駆動力によって、その走査動作において移動される。主区画７２の後には、二次区画７４がある。主区画は、気泡捕捉管７６によって、二次区画７４に接続されている。二次区画の目的は、送受波器の周りで主区画内に発達し、送受波器と音響窓との間を浮動し、よって、送受波器の前の流体を通じた超音波の送受信と干渉し得る如何なる気泡をも捕捉することである。これは、気泡を二次区画に伝えるために気泡捕捉管７６を提供することによって達成される。気泡捕捉管は比較的小さく、２つの区画を分割する壁１０２を越えて二次区画内に延びるので、気泡は二次区画内に残る傾向があり、プローブ及びその流体室が反転されるときでさえ、主区画内に浮動して戻ることは起こりそうもない。二次区画が図１に示されるように主区画の上にある状態で、プローブがその通常動作向きにあるとき、二次区画内に浮上する気泡は、二次区画の上方壁９４に接して留まる。プローブが反転されると、気泡は、プローブの反転時及び反転中に気泡捕捉管７６の直ぐ上に位置する気泡を除き、二次区画の反対側の壁９６まで浮上する。
【０００９】
図１の実施態様は、主区画内の気泡を二次区画に急速に送り、それらをそこに捕捉された状態にするさらなる手段を含む。主区画の上面９２は、気泡捕捉管が位置する区画の中心に向かって上向きに傾斜しているのが分かる。よって、主区画内に発達する気泡は、区画の上方面９２まで浮動し、次に、気泡捕捉管に達し且つ気泡捕捉管を通じて浮上するまで、上方面に沿って浮動する傾向がある。二次区画の上方面９４は、気泡捕捉管の上方の区画中心から区画周辺まで上向きに傾斜するのが分かる。よって、気泡捕捉管を通じて二次区画の上方面９４まで浮上する気泡は、区画７４の外周９１に到達するまで、上方面９４に沿って上向きに進行し続ける。次に、気泡は、それらが進行し得る最高地点である二次区画の隅部９１で留まる傾向がある。次に、もしプローブが反転されると、気泡は、プローブが図１に示される向きから反転されるときの二次区画の上方面である二次区画の表面９６の周辺９５まで浮上する。プローブが反転位置にあるとき、この表面９６も区画の中心から周辺に上向きに傾斜し、気泡を区画７４の周辺９５に送るのをさらに助けるのが分かる。区画の内壁のこの傾斜は、気泡を、それらが主区画７２に戻り得ないような二次区画７４内の場所に送る。
【００１０】
送受波器を振動或いは回転する起動力を供給する駆動シャフト８０が、先ず二次区画７４を通過することによって、主区画７２に進入するのが分かる。駆動シャフト８０は移動する構成素子であるので、それは壁内の運動用シール８２，８４を通過しなければならず、駆動シャフトはこの動作を許容する運動用シールを通過する。室の外側と二次区画７４の内部との間の駆動シャフト界面を封止する二次シール８４は、シールの一方（外側）に空気を有し、他方（室の内側）に流体を有する。二次区画から主区画までの駆動シャフトの通路にある主シール８２は、シールの両側に流体を有する。よって、もし双方のシールが漏れ始めるならば、二次シール８４は、主シールよりも、空気を室７０内により一層通しそうである。二次シール８４を通じた空気漏れは、空気のみを二次区画７４内に漏らすので、そのような漏れからの気泡は、二次区画内に収容され且つ捕捉され、主区画に進入することは起こりそうもない。よって、二次区画を通じる駆動シャフトの通路は、漏れているシャフトシールが、送受波器が位置する主区画内へ気泡を入れる可能性を低減する。
【００１１】
さらに、この実施例では、主シール８２は区画間の壁１０２内に単に位置せず、壁からの円筒形の上向き突起９７内に位置しているのが分かる。二次区画の隅部９１に捕捉される如何なる気泡も、プローブが反転されるときに、二次区画の隅部９５に上向きに自然に浮動し、反転時に未だ隅部９１にない如何なる気泡も、表面９６'に浮動して突起９７の周りを進行し、気泡が反転プローブの隅部９５に上向き且つ外向きに進行するときに、封止８２内へ進行しない。
【００１２】
構成されている実施態様では、本発明に従った二重室気泡捕捉が、体内の容積領域を走査する腔内超音波プローブ内で用いられている。図２を今や参照すると、従来技術の典型的な腔内超音波プローブが示されている。このプローブは、約６．６インチ（１６．７センチメートル）の長さ及び１インチ（２．５４センチメートル）の直径のシャフト部分１２を含み、それは使用中に体内に挿入される。超音波送受波器は、シャフトの遠位端１４内に配置されている。このプローブでは、送受波器は静的湾曲配列送受波器であり、プローブの先端の周りの平面セクタを走査し得る。プローブは、使用中、ハンドル１６によって把持され且つ操作される。ハンドルの端部には、約３〜７フィート延在し且つプローブを超音波システムに結合するコネクタ２２で終端するケーブル２０のためのひずみ解法１８がある。図１に示されるような典型的な二次元撮像ＩＶＴプローブは、シャフト及びハンドルを有し、ケーブル２０及びコネクタ２２を含めて１２インチの長さ及び約４８オンス（１５０グラム）の重さであり得る。
【００１３】
図３を今や参照すると、本発明の原理に従って構成された三次元撮像のための腔内超音波プローブが示されている。プローブ３０は、使用者が使用中に操作のためにハンドルを把持するハンドル区画３６を含む。ハンドルの後部には、プローブケーブル（図示せず）のためのひずみ解放１８がある。ハンドル３６の前方端から延在するのは、プローブのシャフト３２であり、シャフトは遠心端にあるドーム形状の音響窓３４で終端し、撮像中、超音波は音響窓を通じて送受波される。シャフトの遠心端内に収容されるのは、送受波器取付組立体４０であり、それは図４及び５の先端組立体の取り外された図面中にも示されている。凸状に湾曲した配列送受波器４６が、送受波器取付組立体４０の遠心端で、送受波器クレードル４８に取り付けられれている。送受波器クレードル４８は、その旋回軸４９によって、プローブの遠心端で前後に揺動されるよう旋回的に取り付けられ、それによって、プローブの前の容積領域を通じて画像平面を掃引する。送受波器クレードル４８は、ハンドル３６内のモータ及び位置センサ６０から送受波器取付組立体４０に延在する、振動する駆動シャフト５０によって揺動される。駆動シャフト５０は、移動する駆動シャフトを、導電体及び送受波器取付組立体４０近傍でシャフト内に位置する容積補償バルーン４４から絶縁するシャフト内の絶縁管５２を通じて延在している。駆動シャフト５０は、カップリング５６によって、送受波器取付組立体４０のピニオンシャフト８０に接続されている。ピニオンシャフト８０は、２つの適合するかさ歯車５４を用いてクレードル４８を揺動し、かさ歯車の一方はピニオンシャフト８０の端部にあり、他方は送受波器クレードル４８上にある。モータは、駆動シャフト５０及びピニオンシャフト８０を回転の１つの方向に、次に、他の方向に交互に駆動し、それは送受波器クレードル４８を１つの方向に、次に、他の方向に交互に揺動し、それは送受波器配列４６の画像平面をプローブの遠心端の前の容積領域を通じて前後に掃引する。送受波器配列４６によって得られるエコー信号はビーム形成され、検出され、且つ、超音波システムによって、プローブによって走査される容積領域の三次元画像を形成するようにされる。
【００１４】
超音波エネルギーは空気を効率的に通過しないので、配列送受波器４６は、超音波を伝達可能であり、水の音響インピーダンスと近似する体の音響インピーダンスと緊密に適合する液体によって取り囲まれている。液体は、送受波器取付組立体４０の内部の流体室４２内に収容され、流体室は配列送受波器４６も収容している。水基、油基、及び、合成重合体の液体を用い得る。構成されている実施態様では、送受波器流体室内の音響カップリング流体としてシリコーン油が用いられている。図５を参照すると、送受波器取付組立体４０の一部断面切欠図が示されている。組立体４０の流体室４２は、送受波器クレードル４８及び配列送受波器４６（図４を参照）が位置する主区画７２を有する。ピニオンシャフト８０は、主区画７２内に延び、かさ歯車５４で終端しているのが分かる。ピニオンシャフト８０は、主シール８２及び二次シール８４によって支持されているのが分かる。主区画７２は、気泡捕捉管７６によって、流体室の上方区画７４に接続されている。二次シール８４は、ピニオンシャフトが流体室の外側から室の二次区画内に通るときに、ピニオンシャフト８０を封止している。主シール８２は、ピニオンシャフトが二次区画から流体室の主区画へ通るときに、ピニオンシャフト８０を封止している。この実施態様において、上方区画７４の頂部に配置されているのは、流体室のための充填ポート１０８であり、充填ピン１１０によって封止されている。この実施態様において、気泡捕捉管７６の上方で組立体４０に接続されているのは、流体室のための容積補償バルーン４４であり、その近位端でねじ付きプラグ１１２によって封止されている（図４を参照）。流体が充填ポート１０８を通じて流体室内に注入されると、流体は主区画７２内に直接的に落下し、主区画を先ず満たす。二次区画が次に満たされ、最後に容積補償バルーンが満たされる。流体室及びバルーンが一杯になると、充填ポートが充填ピン１１０で封止され、容積補償バルーンの端部にあるねじ付きプラグ１１２が、その全文を参照としてここに引用する同時出願された「超音波容積補償システム」と題する米国仮特許出願番号第６０／５５９，３７９号に記載されているように、バルーンの近位端を封止する。主区画内に残存する或いは発達する如何なる気泡も、気泡捕捉管７６を通じて二次区画７４まで浮上し、（場合によっては、次に、図３乃至５の実施態様におけるバルーン４４内に至る）傾向を有し、気泡は後に排出されるまでそこに留まる。ピニオンシャフト８０のための２つのシールのうち、空気を漏らすのは、２つの区画管の主シール８２というよりもむしろ、流体室と外部環境との間の二次シール８４である。よって、シャフトの周りの空気漏れに起因する気泡は二次区画７４に進入し、気泡はそこに捕捉されたままであり、送受波器配列４６が位置する主区画内に漸進することは起こりそうもない。
【００１５】
本発明の他の実施態様及び変形は、当業者に直ちに思い浮かぶであろう。例えば、揺動される代わりに、主室内に延びる回転シャフトによってその中心軸について配列送受波器を回転し得る。回転する配列送受波器は、揺動する配列送受波器によって掃引される楔形容積を通じてよりもむしろ、円筒形容積又は円錐形容積を通じてビームを掃引し得る。主区画内の表面が、気泡管が位置する室の側面への気泡の進行を促進し、二次区画内の表面が、管から離れる室の他の側面への気泡の進行を促進する状態で、気泡捕捉管を２つの区画の１つの側面に配置し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の着想を例証する超音波プローブ流体室の第一実施態様を示す断面図である。
【図２】従来技術の典型的な腔内超音波プローブを示す概略図である。
【図３】本発明の原理に従って構成された三次元撮像のための腔内プローブを示す一部切欠き側面図である。
【図４】本発明の原理に従って構成された三次元腔内プローブを示す側断面図である。
【図５】本発明の原理に従って構成された三次元腔内プローブの流体室を示す断面斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2007530207.tif 000008
2007530207.tif 000009
2007530207.tif 000010