(57)【要約】【課題】  特に超音波心臓検査のためのマルチプレーン超音波プローブを提供する。【解決手段】  フェーズドアレイ・トランスジューサーおよびこのトランスジューサーアレイを先端にて回転させるためのモータを具備してなる。更に、液状フィルムが音響窓と上記トランスジューサーとの間に設けられている。上記トランスジューサーを上記液状フィルムおよび音響窓に対し押圧するバネ体も設けられている。それにより音響結合および摺動支持作用の双方が達成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響窓と、フェーズドアレイ・トランスジューサーと、該フェーズドアレイ・トランスジューサーを回転させるためのモータとを備え、プローブチップを有するマルチプレーン超音波プローブであって、該音響窓と該トランスジューサーとの間に介在させた液状フィルムと、該トランスジューサーを該フィルムおよび該音響窓に対して押圧するバネ手段とを具備してなり、それにより音響的結合と、摺動軸受け作用との双方を同時に達成するようにしたマルチプレーン超音波プローブ。
【請求項２】
更に、前記液状フィルムに接続された膨張容積部を有してなる請求項１記載のマルチプレーン超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイ・トランスジューサーと、トランスジューサーアレイを回転させるためのモータとを含むプローブチップを備えたマルチプレーン（多面）超音波プローブに係わる。より具体的形態として、本発明は超音波心臓検査のための経食道プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓の超音波画像化（超音波心臓検査とも呼ばれる）は通常、身体の外側から超音波プローブを用いて行われる。従って、超音波パルスは、体の表面と、心臓との間のエコーデータに影響を及ぼす異なる構造を通過しなければならない。従って、画像の品質はしばしば損なわれることになる。経胸腔超音波プローブを適用する代りに、経食道プローブを使用することもできる。食道の内側に超音波プローブを配置させることにより、トランスジューサーから心臓並びに中間構造体までの距離を短縮することができ、その結果、画像性能が向上する。
【０００３】
この経食道プローブは内視鏡の先端に超音波トランスジューサーを装着させたものからなる。この超音波トランスジューサーは通常、フェーズドアレイであり、二次元画像面を走査することができる。心臓の異なる断面を画像化できるようにするため、トランスジューサーは、その軸心を中心として回転させる機構の上に装着される。
【０００４】
この回転は内視鏡の基端ハンドルにあるノブにより手動で制御することができる。この制御ノブの回転は、内視鏡内の可撓性ワイヤーガイドシステムによりトランスジューサーの回転機構に伝達される。この内視鏡のハンドルにある手動回転ノブは、モータおよび対応する電子制御システムにより置き換えることができ、これにより走査面位置決めの再現性を改善させることができる。それにも拘らず、内視鏡の全長に亘る機械的ワイヤーガイドシステム内の機械的遅延のため、走査面の角度の正確性は不十分なものである。
【０００５】
三次元容積構造は、異なって配向させた面で二次元画像を走査させることにより再構築することができる。異なる画像の位置情報の正確度は、３D再構築の品質、主に容積測定の達成可能な正確性に基本的に影響を及ぼす。
【０００６】
走査面の位置決めの正確度の改善は、内視鏡の先端の超音波トランスジューサーの脇にマイクロモータを直接、配置させることにより達成されてきた。
【０００７】
この超音波トランスジューサーは、音響的に整合させたインターフェースを介して身体に音響的に結合させる必要がある。さもなければ、超音波エネルギーがトランスジューサーの表面で反射され、体内へ浸透しなくなる。
【０００８】
超音波トランスジューサーが回転するとき、プローブの表面は結合されている身体との関連で移動させてはならない。これは通常、内視鏡表面に固定された音響窓を一体化させることにより達成される。移動する超音波トランスジューサーと、上記音響窓との間の音響的結合は、音響的に適当な液体又はグリースにより中間空隙を満たすことにより達成される。なお、この中間空隙はこの音響媒体で完全に満たされ、この音響路に空気が浸透しないように注意する必要がある。
【０００９】
米国特許No.6,425,870には、フェーズドアレイ・トランスジューサーおよびモータが双方ともプローブヘッドに配置された経食道プローブが記載されている。超音波結合のため、このプローブヘッドには音響的結合流体が満たされる。従って、モータ、機械的ギアおよび電気回路全体が結合流体中に浸漬される。これは幾つかの面で不利であり、特に移動又は回転部材の封止との関連で不利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、プローブ先端にモータを配置させた電動経食道プローブを提供することにより上述の不利を回避することであり、この場合、モータ、ギアおよび電気的接続は上記音響的結合流体の外側に存在することになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、音響窓と、トランスジューサーとの間に液状フィルムを介在させ、更に、これら液状フィルムおよび音響窓に対し上記トランスジューサーを押圧するバネ手段を設け、それにより音響的結合および摺動ベアリング作用を同時に達成することにより上記目的が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい具体例を、添付図面を参照して記載する。
図示のように、トランスジューサー装置１は、扁平な円筒状をなし、そのハウジング3内にて円筒状壁面４と一体化されたフェーズドアレイ・トランスジューサー２と、このトランスジューサーを収容する支持プレート５とを具備してなる。この円筒状壁面４の外側は、駆動ギアと係合する鋸歯状リムを備えた環状フランジ６により囲繞されている。支持プレート５の背後側には円筒状シャフト７が設けられている。
【００１３】
トランスジューサー装置は、上部円筒部9を備えたケージ形ガイドホルダー8内に回転自在に装着されている。数個のブレース10が、上部円筒部と、トランスジューサーハウジング3のシャフト7のための一体化ベアリング16を備えた下部ポット形部材11との間に延在している。
【００１４】
音響窓又は薄膜12は逆コップ形状をなし、その周縁に沿ってフランジ13が形成されている。このフランジ13は上記ガイドホルダー8の上部円筒部9の内側に形成された環状溝14に嵌挿されている。
【００１５】
フェーズドアレイ・トランスジューサー2は、64個のトランスジューサー素子からなり、これらはトランスジューサーハウジング3のシャフト7に巻回された可撓性プリント18により電気的に接続されている。
【００１６】
組み立て時において、トランスジューサーハウジング3のフランジ6の上部環状表面は音響薄膜12の下方縁部を圧接、支持し、摺動自在な支承を構成している。更に、円筒状壁面４の外側表面は音響薄膜12の円筒状内側表面により案内されるようになっている。シャフト7の下端は、ホルダー8の底面に一体化された摺動ベアリング16内に案内されている。支持プレート５と、ホルダー8の下部11との間にコイルバネ17が配置され、トランスジューサーを薄膜12に向けて上方に押圧するようになっている。
【００１７】
この組立て構造において、トランスジューサー2の上面は薄膜12の後方又は内側平坦面に正確に嵌合しているが、0.1mm程度の狭い隙間15が残されている。この薄膜12と、回転トランスジューサー2との間の隙間15には薄い液状膜を形成する液体が充填されている。この中間液状膜は音響結合媒体としての役目を果すものである。
【００１８】
この液体は、毛細管力の作用によりギャップ１５内に保持され、従って特別の密封部材を必要としない。円筒状壁面4の上方縁部と支持プレート5の下面との間の狭い穴19およびこの穴19内に装着され、支持プレート5の下面を横切って延びた毛細管20により膨張空間が設けられている。本実施例において、2つのこのような膨張空間が径方向反対側に設けられている。これらの膨張空間は、温度変化により上記音響結合液の容積変化を吸収することができる。
【００１９】
毛管作用により上記音響結合液をトランスジューサーと音響薄膜との間の隙間内に保持するようにしているから、この結合液を外部に対し封止する必要はない。移動自在なトランスジューサーと、上記静的案内システムとの間の摩擦は極めて小さい。
【００２０】
弱いトルクを有するマイクロ・ステッパー・モータ21が超音波フェーズドアレイを回転させるのに使用される。このモータ21は超音波トランスジューサーの近傍に配置される。このモータ軸の歯車22が第2の歯車23内に嵌挿され、他方、この第2の歯車23はトランスジューサーハウジング2の鋸歯リムと歯合している。
【００２１】
ステッパー・モータを使用することにより、超音波トランスジューサーの位置情報が、実行されたステップをカウントすることにより求められる。この回転機構において、追加の位置センサーは必要でない。
【００２２】
ステップ・プーリ24がシャフト7に固定され、2つの機械的エンドスイッチ25と連動するようになっている。このスイッチ配列により、最大回転角度を180°と190°との間の角度に制限されている。
【００２３】
トランスジューサー配列がモータおよびギアと共に周知構造の内視鏡チューブ26の先端内部に装着されている。
【００２４】
モータの制御は内視鏡チューブ26の他端から公知の方式により行われる。マイクロ・コントローラ（図示しない)が超音波プローブのコネクター内に配置されていて、モータの回転速度および回転方位を制御し、モータが実行した工程を計数するようになっている。従って、このコントローラは常に、超音波トランスジューサーの実際の回転角度の航跡を有する。このコントローラは更に、エンドスイッチの状態をチェックする。上記トランスジューサーが2つのスイッチ終点位置の一方に到達すると、上記コントローラは求めた実際の回転角度を、終点位置の有効角度と比較する。もし、これらに食違いがある場合は、上記コントローラは位置追跡の誤差を発信することができる。
【００２５】
内視鏡の先端の超音波プローブ内の温度センサー(図示しない)も又、上記マイクロ・コントローラにより読み取られるようになっている。もし、求めた温度が或る限界（例えば、41℃）を超えたとき、上記マイクロ・コントローラによりモータの回転を停止させ、対応するメッセージを発信するようになっている。
【００２６】
本発明の上記実施例は超音波心臓検査のための経食道プローブについて記述したが、本発明は勿論、この実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明は直腸内、膣内、経胸腔、その他の医療的超音波検査並びに非医療的超音波検査などの任意のマルチプレーン（multiplane）超音波検査に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】内視鏡の模式的断面図。
【図２】図1中の“A”の領域の拡大図。
【図３】実際のトランスジューサー構成体の分解斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
１        トランスジューサー構成体
２        フェーズドアレイ・トランスジューサー
３        ハウジング
４        円筒状壁面
５        支持プレート
６        環状フランジ
７        円筒状シャフト
８        ケージ形ガイドホルダー
９        上部円筒部
１０      ブレース
１１      下部ポット形部材
１２      薄膜
１３      フランジ
１４      環状溝
１５      隙間
１６      ベアリング
１７      コイルバネ
１８      可撓性プリント
１９      穴
２０      毛細管
２１      モータ
２２      歯車
２３      第2の歯車
２４      ステップ・プーリ
２５      エンドスイッチ
２６      内視鏡チューブ
【図１】
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【図２】
2004358263.tif 000003
【図３Ａ】
2004358263.tif 000004
【図３Ｂ】
2004358263.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月25日(2004.6.25)
【手続補正１】
【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】
2004358263.tif 000006
【図２】
2004358263.tif 000007
【図３】
2004358263.tif 000008
【外国語明細書】
2004358263000001.pdf