(57)【要約】【課題】超音波のフォーカス点の変更を容易に行う。【解決手段】超音波プローブ１は、音響レンズの役割を果たすシース２の内部にフレキシブルシャフト６を備えており、フレキシブルシャフト６の先端に超音波振動子３が取り付けられている。シース２の内側には超音波伝播媒体５が充填されている。シース２は、音速がそれぞれ異なる材料からなるシース基本部２ｃ、シース副構成部２ａ、及びシース副構成部２ｂを含む構成となっている。シース２内で超音波振動子３を長手軸方向に進退させることで、超音波プローブのフォーカス点を変更する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音速特性の異なる構成部分を有する音響レンズと、
超音波振動子を前記音響レンズの異なる音速特性部分の間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体と
を備えたことを特徴とする音響レンズ保持体。
【請求項２】
第１の音速特性を有する材質の第１の音響レンズ部と、
第２の音速特性を有する材質の第２の音響レンズ部と、
超音波振動子を前記第１、第２の音響レンズ郁との間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体と
を備えたことを特徴とする音響レンズ保持体。
【請求項３】
超音波振動子と、
音速特性の異なる構成部分を有する音響レンズおよび前記超音波振動子を前記音響レンズの異なる音速特性部分の間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体とを備えた音響レンズ保持体と
を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項４】
超音波振動子と、
第１の音速特性を有する材質の第１の音響レンズ部、第２の音速特性を有する材質の第２の音響レンズ部、および前記超音波振動子を前記第１、第２の音響レンズ部との間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体とを備えた音響レンズ保持体と
を備え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、ラジアル走査させる超音波振動子を保持する音響レンズ保持体及び該音響レンズ保持体を有する超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波内視鏡や超音波プローブのように、単板式の超音波振動子が使われることが多い超音波探触子では、超音波振動子の音響レンズと、超音波伝播媒体、音響レンズの役割も備えたシースによって超音波のフォーカス点及び指向性が定まっていた。
【０００３】
そのような超音波探触子のフォーカス点を変更する従来技術として、特開平７−１１１９９６号公報がある。また、超音波カテーテルの指向性を変更する従来技術として特公表２００１−５００３９９号がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１１１９９６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特公表２００１−５００３９９号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平７−１１１９９６号公報には、数種類のフォーカス点を設定することができる超音波内視鏡が提案されている。しかし、この超音波内視鏡は、図１６のように超音波画像（ラジアル断面）の方向によってフォーカス点（第１フォーカス点、第２フォーカス点、第３フォーカス点等）が決まっており、超音波画像上の関心領域に所望のフォーカス点を設定するためには超音波内視鏡を捻って合わせなければならず、フォーカス点の変更操作は容易ではなかった。また、例えば超音波画像の３時方向と９時方向など、離れた部位は同一のフォーカス点で観察することができないという問題点もあった。
【０００７】
特公表２００１−５００３９９号には、音響レンズの形状や材質を変更することで、異なった指向性が得られる超音波カテーテルが提案されている。しかし、この超音波カテーテルは１本で複数の指向性が得られるというものではなく、異なった指向性を得るためには、一度超音波カテーテルを抜いてから異なる指向性を持った超音波カテーテルを再度挿入する必要があった。
【０００８】
従って、特公表２００１−５００３９９号の発明では、検査中に超音波カテーテルの指向性を容易に変更することはできなかった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波のフォーカス点の変更を容易に行うことのできる音響レンズ保持体及び超音波プローブを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の音響レンズ保持体は、音速特性の異なる構成部分を有する音響レンズと、超音波振動子を前記音響レンズの異なる音速特性部分の間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体とを備えて構成される。
【００１１】
本発明の請求項２の音響レンズ保持体は、第１の音速特性を有する材質の第１の音響レンズ部と、第２の音速特性を有する材質の第２の音響レンズ部と、超音波振動子を前記第１、第２の音響レンズ郁との間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体とを備えて構成される。
【００１２】
本発明の請求項３の超音波プローブは、超音波振動子と、音速特性の異なる構成部分を有する音響レンズおよび前記超音波振動子を前記音響レンズの異なる音速特性部分の間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体とを備えた音響レンズ保持体とを備えて構成される。
【００１３】
本発明の請求項４の超音波プローブは、超音波振動子と、第１の音速特性を有する材質の第１の音響レンズ部、第２の音速特性を有する材質の第２の音響レンズ部、および前記超音波振動子を前記第１、第２の音響レンズ部との間で相対的に移動可能に対向させる空間を形成する構造体とを備えた音響レンズ保持体とを備えて構成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１５】
第１の実施の形態：
図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は超音波プローブの構成を示す構成図、図２は図１の超音波プローブのプローブコネクタを接続するプローブ駆動ユニットの構成を示す構成図、図３は図２の内シャフトと外シャフトの接続部の断面を示すＡ−Ａ線断面図、図４は音響レンズの役割を果たす図１のシースの構造を詳細に示した図、図５は図１の超音波プローブの作用を説明する第１の図、図６は図１の超音波プローブの作用を説明する第２の図、図７は図１の超音波プローブの作用を説明する第３の図、図８は図１の超音波プローブの作用を説明する第４の図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態の超音波プローブ１は、音響レンズの役割を果たすシース２（詳細は後述する）の内部にフレキシブルシャフト６を備えており、フレキシブルシャフト６の先端に超音波振動子３が取り付けられている。硬性シャフト７はフレキシブルシャフト６と連結されており、フレキシブルシャフト６と一体となって円周方向に回転可能となっている。シース２の内側には超音波伝播媒体５（例えば流動パラフィン等）が充填されている。Ｏリング４は、超音波伝播媒体５をシース２内に封入する働きをする。
【００１７】
超音波振動子３には図示しない信号ケーブルが接続されており、信号ケーブルはフレキシブルシャフト６の内部を通って電気接点８に導通されている。電気接点８は、例えばスリップリングとブラシの組み合わせにより構成する。プローブコネクタ９は後述するプローブ駆動ユニット１０と連結する役割を果たす。
【００１８】
図２に示すように、プローブ駆動ユニット１０では、コネクタ１１が超音波プローブ１の電気接点８と電気的に導通される。コネクタ１１は、超音波診断装置１９と電気的に接続され、超音波診断装置１９からの振動子駆動信号は、コネクタ１１から電気接点８を経由し、フレキシブルシャフト６内部の信号ケーブルを通って超音波振動子３に伝達され、超音波振動子３で超音波となって放射される。
【００１９】
一方、図示しない被検体から帰ってきたエコーは、超音波振動子３で電気信号に変換され、フレキシブルシャフト６内部の信号ケーブル、電気接点８、コネクタ１１を経由して超音波診断装置１９に伝達される。内シャフト１２は一端が超音波プローブ１の硬性シャフト７と連結され、もう一端は外シャフト１４を介して回転用モータ１７に接続される。
【００２０】
内シャフト１２には、図３に示す凸部１２ａが図２における左右方向に設けられており、外シャフト１４には、内シャフト１２の凸部に対向する位置に溝１４ａが設けられている。内シャフト１２は円周方向には外シャフト１４と一体となって回転するとともに、図２における左右方向には自由にスライドできる機構となっている。回転用モータ１７の回転は、外シャフト１４、内シャフト１２、硬性シャフト７、及びフレキシブルシャフト６を介して超音波振動子３を円周方向に回転させる。
【００２１】
また、内シャフト１２はボールベアリング１３を介してアーム１５に連結されている。ボールベアリング１３は、内シャフト１２の円周方向の回転は可能にする一方、図２中の左右方向へのスライド方向に対してはアーム１５と内シャフト１２を一体となって移動させる働きをする。
【００２２】
スライド用モータ１８は、ボールネジ１６と連結されており、アーム１５を前後方向に進退動させることで、超音波振動子３を長手軸方向に進退させる。回転用モータ１７及びスライド用モータ１８は超音波診断装置１９に接続され、超音波診断装置１９からの回転制御信号によって制御される。
【００２３】
超音波診断装置１９では、超音波振動子３から伝達された電気信号に基づき超音波画像を生成し、超音波画像をモニタ２０に表示する。
【００２４】
図４は、音響レンズの役割を果たすシース２の構造を詳細に示したものである。シース２は、音速がそれぞれ異なる材料からなるシース基本部２ｃ、シース副構成部２ａ、及びシース副構成部２ｂを含む構成となっている。
【００２５】
シース副構成部２ａの音速をｖ１、シース副構成部２ｂの音速をｖ２、シース基本部２ｃの音速をｖ３としたとき、ｖ１＞ｖ２＞ｖ３もしくはｖ３＞ｖ２＞ｖ１のようにシース２の先端側もしくは根本側から順に音速が大きくなるように、シース基本部２ｃ、及びシース副構成部２ａ、２ｂを配置するのが望ましい。
【００２６】
例えば、シース副構成部２ａをポリウレタン（音速：約１７００ｍ／ｓ）、シース副構成部２ｂをポリエーテルブロックアミド（音速：約１８００ｍ／ｓ）、シース基本部２ｃをポリエチレン（音速：約１９５０ｍ／ｓ）とすればシース２の先端側から順に音速が大きくなる構成となる。
【００２７】
シース基本部２ｃ及びシース副構成部２ａ、２ｂのそのような配置は、後述する原理に従って、シース２の先端側（シース副構成部２ａ側）から順にフォーカス位置が近づく配置となる。
【００２８】
図５及び図６は、音速の異なる媒体間での超音波ビームの屈折の様子を示したものである。一般に、媒質ａから媒質ｂに超音波が入射するとき、媒質ａの音速をｖａ、媒質ｂの音速をｖｂ、両媒体の境界への入射角をθａ、出射角をθｂとすると、スネルの法則より
ｖａ／ｓｉｎθａ＝Ｖｂ／ｓｉｎθｂ
という式が成り立つ。仮にｖａ＜ｖｂとすると、θａ＜θｂという関係が成り立つ。
【００２９】
従って、図５のように音速ｖ１、ｖ２、ｖ３をもつ３つの媒体があり、ｖ１＜ｖ２、ｖ２＞ｖ３という関係が成り立つとき、超音波ビームの角度はθ１＜θ２、θ２＞θ３という関係が成り立ち、例えば図５のような経路を進行する。
【００３０】
次に、音速ｖ２の媒体の代わりに、音速がｖ２よりも大きい音速ｖ２’の媒体を持ってきたとすると、θ２’＞θ２となり、超音波は図６のような経路を進行する。
【００３１】
図７及び図８は、超音波ビームの屈折の様子を超音波プローブに当てはめて説明したものである。図７及び図８のように、超音波振動子３の周囲には超音波伝播媒体５があり、その外側にシース２がある。シース２の外側には被検体、もしくは被検体とシース２のすき間を埋めるために使われるカップリング材（例えば水やゼリーであり、被検体の音速とほぼ一致する）がある。
【００３２】
このとき、（超音波伝播媒体５の音速）＜（シース２の音速）及び（シース２の音速）＞（被検体もしくはカップリング材の音速）という関係式が成り立つように超音波伝播媒体５及びシース２の材質を設定すると、超音波ビームは図７のような経路をたどり集束する。
【００３３】
例えば、超音波伝播媒体５として流動パラフィン（音速は約１４２０ｍ／ｓ）、シース２の材質をポリエーテルブロックアミド（音速は約１８００ｍ／ｓ）とすると、被検体もしくはカップリング材の音速は約１５３０ｍ／ｓであるため、前記関係式を満たし超音波は所定の位置にフォーカス点をもつ。
【００３４】
次に、シース２がポリエーテルブロックアミドより音速が速い材料（例えばポリエチレン：音速１９５０ｍ／ｓ）の場合、超音波ビームは図８のような経路をたどり、図７よりも近点にフォーカス点がくるようになる。また、図示しないが、シース２が遅い音速の材料（例えばポリウレタン）の場合、フォーカス点をより通点にもってくることができる。
【００３５】
従って、シース２の音速を変えることで、超音波プローブのフォーカス点を近点もしくは速点に変更することができる。
【００３６】
以上の原理（図５ないし図８）を基に、本実施の形態における各部の作用を説明する。初め、超音波振動子３はシース副構成部２ａの直下に位置するものとする。このとき、超音波は超音波伝播媒体５、シース副構成部２ａの音速、被検体もしくはカップリング材の音速で決まるフォーカス位置に焦点をもつ。
【００３７】
超音波診断装置１９は、回転用モータ１７に制御信号を送り、一定の速度で回転させると同時に、超音波振動子３に送信駆動信号を与え、受信した信号を処理してラジアル面の超音波画像を生成する。
【００３８】
次に、図示しない操作部により操作者がフォーカス点の変更を指示すると、超音波診断装置１９はスライド用モータ１８に制御信号を送り、シース副構成部２ａとシース副構成部２ｂの間の距離分（例えば５ｍｍ）だけアーム１５を後退させる。
【００３９】
このとき、超音波振動子３は、シース副構成部２ｂの直下に移動し、超音波は超音波伝播媒体５、シース副構成部２ｂの音速、被検体もしくはカップリング材の音速で決まるフォーカス位置に焦点位置を変える。
【００４０】
シース副構成部２ｂをポリエーテルブロックアミド、シース副構成部２ａをポリウレタンで構成している場合、シース材の音速が速いものに変わるため、近点側にフォーカス点が移動することになる。次のフォーカス点への変更、または元のフォーカス点への変更は同様に実現できる。
【００４１】
従って、本発明の第１の実施の形態によれば、操作者はコントロールパネルの操作により、スライド用モータ１８を駆動し超音波振動子３を長手軸方向に進退させることで、超音波プローブのフォーカス点を変更することができる。
【００４２】
なお、図４ではシース副構成部２つ（２ａと２ｂ）を含む構成例を示したが、本発明の目的であるフォーカス点の変更のためには、シース副構成部が１つ以上ある構成であれば良い。また、シース副構成部は必ずしも１種類の材質から作る必要はなく、音速の異なる材質を多層にした構成にしても良い。さらに、シース副構成部の音速が連続的に変わるようなシースを用いることで、フォーカス位置を連続的に可変可能な超音波プローブも作成できる。
【００４３】
また、本実施の形態では、シース２は定位置に固定され、フレキシブルシャフト６に固定された超音波振動子３が進退動することによりフォーカス位置を変更する場合について記載したが、反対にフレキシブルシャフト６に固定された超音波振動子３はラジアル回転のみを行い、シース２が進退運動する構成も容易に実現することができる。
【００４４】
第２の実施の形態：
図９及び図１０は本発明の第２の実施の形態に係わり、図９はシースユニットの構成を示す構成図、図１０は図９のシースユニットの使用方法を説明する図である。
【００４５】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００４６】
図９はシースユニット３０の構成を示したものであって、シースユニット３０のシース３１は、第１の実施の形態におけるシース２（シース基本部２ｃ、シース副構成部２ａ、及びシース副構成部２ｂを含む構成）と同じものであり、シース３１にはシースコネクタ３２が連結されている。
【００４７】
図１０はシースユニット３０の使用方法を説明する図である。超音波プローブとして、フォーカス点可変機能のない超音波プローブ３３がプローブ駆動ユニット１０に組み合わされている。フォーカス可変機能のない超音波プローブ３３は、一様な材料（例えばポリエチレン）で作ったシース３４を備えている。シースユニット３０は、フォーカス点可変機能のない超音波プローブ３３のシース３４を覆う形でプローブ駆動ユニット１０に取り付けて使用する。
【００４８】
その際、シースユニット３０とフォーカス点可変機能のない超音波プローブ３３のシース３４の間に超音波伝播媒体（例えば流動パラフィン）を封入するのが望ましい。
【００４９】
本構成にしたとき、第１の実施の形態で記載した超音波のフォーカス点変更の原理が適用できるのは明らかである。
【００５０】
従って、本発明の第２の実施の形態によれば、フォーカス点の可変機構のない従来の超音波プローブにおいても、シースユニット３０を組み合わせることで操作者はフォーカス点を変更することができる。
【００５１】
第３の実施の形態：
図１１ないし図１３は本発明の第３の実施の形態に係わり、図１１は超音波プローブの構成を示す構成図、図１２は図１１の超音波プローブの作用を説明する第１の図、図１３は図１１の超音波プローブの作用を説明する第２の図である。
【００５２】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００５３】
図１１は超音波プローブ４０の構造を示したものであって、超音波プローブ４０は、均一の音速を持ち、かつ段階的に厚みの異なる部分をもつシース４２（例えばポリエチレン）で覆われている。
【００５４】
また、超音波振動子３は振動子フォルダ４１（例えばステンレス）に収める構造を取るのが望ましい。これは、シース４２の肉厚が薄い部分、即ちシース４２の内径が大きい部分でも超音波振動子３の回転軸かぶれないようにするためである。
【００５５】
超音波プローブ４０のそれ以外の部分は、第１の実施の形態で記載した超音波プローブと同じであるため説明を省略する。
【００５６】
図１２及び図１３は超音波プローブ４０がフォーカス点の可変効果があることを説明する原理図である。シース４２の肉厚のみが異なる２つの条件においては、各伝播媒体の境界における屈折角は変わらないが、シース４２の中を進行する距離の違いにより、図１２及び図１３のように全体として超音波の進行する経路が変わり、フォーカス点が変わる。
【００５７】
従って、図１１に示した超音波プローブ４０は、シース４２の肉厚の異なる部分間で異なるフォーカス点を持つことがわかる。
【００５８】
超音波プローブ４０は第１の実施の形態で記載したプローブ駆動ユニット１０と組み合わせて使用する。その際に焦点を変更する機構は、第１の実施の形態で述べた通りである。
【００５９】
従って、本発明の第３の実施の形態によれば、操作者はコントロールパネルの操作により、スライド用モータ１８を駆動し超音波振動子３を長手軸方向に進退させ肉厚の異なる部分に移動させることで、超音波のフォーカス点を変更することができる。
【００６０】
第４の実施の形態：
図１４及び図１５は本発明の第４の実施の形態に係わり、図１４はシースユニットの構成を示す構成図、図１５は図１４のシースユニットの変形例の構成を示す構成図である。
【００６１】
第４の実施の形態は、第３の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００６２】
図１４はシースユニット５０の構成を示したものである。シース５１は、第３の実施例におけるシース４２と同じものである。
【００６３】
シース５１にはシースコネクタ５２が連結されている。このシースユニット５０の使用方法は、第２の実施の形態で述べたシースユニット３０の場合と同じであるため省略する。また、シースユニット５０を用いることでフォーカス点の変更ができる原理は、第３の実施の形態に記載した通りである。
【００６４】
従って、本発明の第４の実施の形態によれば、フォーカス点の可変機構のない従来の超音波プローブにおいても、シースユニットを組み合わせることで操作者はフォーカス点を変更することができる。
【００６５】
また、図１５のシースユニット５４のように、シース５３の厚みが連続的に変化する構造とすれば、フォーカス点を連続的に変更することが可能となる。
【００６６】
［付記］
（付記項１）  第１の音速特性を有する材質の第１の音響レンズと、
第２の音速特性を有する材質の第２の音響レンズと
前記第１の音響レンズと前記第２の音響レンズを保持するとともに超音波振動子を前記第１、第２の音響レンズの間で移動可能に対設するための保持手段と、
を備えたことを特徴とする超音波振動子の音響レンズ保持体。
【００６７】
（付記項２）  付記項１に記載の音響レンズ保持体を有し、超音波振動子を移動可能に内部に収容することを特徴とする超音波プローブ。
【００６８】
（付記項３）  部位により異なる音速特性部分を有する音響レンズと、
前記音響レンズを保持するとともに超音波振動子を該音響レンズの異なる音速特性部分の間を移動可能に対設するための保持手段と
を備えたことを特徴とする超音波振動子の音響レンズ保持体。
【００６９】
（付記項４）  付記項３に記載の音響レンズ保持体を有し、超音波振動子を移動可能に内部に収容することを特徴とする超音波プローブ。
【００７０】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波のフォーカス点の変更を容易に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す構成図
【図２】図１の超音波プローブのプローブコネクタを接続するプローブ駆動ユニットの構成を示す構成図
【図３】図２の内シャフトと外シャフトの接続部の断面を示すＡ−Ａ線断面図
【図４】音響レンズの役割を果たす図１のシースの構造を詳細に示した図
【図５】図１の超音波プローブの作用を説明する第１の図
【図６】図１の超音波プローブの作用を説明する第２の図
【図７】図１の超音波プローブの作用を説明する第３の図
【図８】図１の超音波プローブの作用を説明する第４の図
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るシースユニットの構成を示す構成図
【図１０】図９のシースユニットの使用方法を説明する図
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る超音波プローブの構成を示す構成図
【図１２】図１１の超音波プローブの作用を説明する第１の図
【図１３】図１１の超音波プローブの作用を説明する第２の図
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係るシースユニットの構成を示す構成図
【図１５】図１４のシースユニットの変形例の構成を示す構成図
【図１６】従来の数種類のフォーカス点を設定することができる超音波内視鏡の超音波画像（ラジアル断面）の方向におけるフォーカス点を説明する図
【符号の説明】
１…超音波プローブ
２…シース
２ａ、２ｂ…シース副構成部
２ｃ…シース基本部
３…超音波振動子
４…Ｏリング
５…超音波伝播媒体
６…フレキシブルシャフト
７…硬性シャフト
８…電気接点
９…プローブコネクタ
１０…プローブ駆動ユニット
１１…コネクタ
１２…内シャフト
１２ａ…凸部
１３…ボールベアリング
１４…外シャフト
１４ａ…溝
１５…アーム
１６…ボールネジ
１７…回転用モータ
１８…スライド用モータ
１９…超音波診断装置
２０…モニタ
【図１】
2004147673.tif 000003
【図２】
2004147673.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004147673.tif 000006
【図５】
2004147673.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004147673.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004147673.tif 000011
【図１０】
2004147673.tif 000012
【図１１】
2004147673.tif 000013
【図１２】
2004147673.tif 000014
【図１３】
2004147673.tif 000015
【図１４】
2004147673.tif 000016
【図１５】
2004147673.tif 000017
【図１６】
2004147673.tif 000018