(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、前記本体の内部に移動可能に収納されて超音波信号と電気信号を相互変換するトランスデューサを備える超音波プルーブにおいて前記トランスデューサを駆動させるための装置であって、前記本体の内部に設けられるフレームと、前記フレームに固定され、前記トランスデューサを移動させる駆動力を発生させるためのモータと、前記フレームに回転可能に設けられる縦動軸と、前記トランスデューサの移動をガイドするためにフレームに設けられる一対のガイドレールと、前記モータの駆動力を前記縦動軸に伝達して前記縦動軸を回転させるための手段と、前記縦動軸の回転力を前記トランスデューサに伝達して前記トランスデューサを移動させるための手段とからなり、前記モータの駆動力を前記縦動軸に伝達して前記縦動軸を回転させるための手段として、前記モータの駆動軸と前記縦動軸に結合する複数のプーリと前記複数のプーリに巻かれて連動するようにする複数のベルトを備えることを特徴とする超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【請求項２】
前記トランスデューサが前記一対のガイドレール間に位置し、前記トランスデューサと対向する前記ガイドレールの側面に長手方向にスロットが形成され、前記ガイドレールと対向する前記トランスデューサの両側面に前記スロットに収容され、転がり接触するベアリングが装着されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【請求項３】
前記プーリとベルトの相互接触する面に多数の歯が形成されて歯合されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【請求項４】
前記縦動軸の回転力を前記トランスデューサに伝達して前記トランスデューサを移動させるための手段はワイヤであり、前記ワイヤの一部は前記縦動軸の周りに巻かれ、両端部は前記トランスデューサの両反対面にそれぞれ固定されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【請求項５】
外周面に螺旋形のグルーブが形成されたリールが前記縦動軸の周りに共に回転可能に結合し、前記ワイヤの一部が前記螺旋形のグルーブに沿って巻かれていることを特徴とする請求項４に記載の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【請求項６】
前記ワイヤの張力を一定に維持させるための手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【請求項７】
前記ワイヤの張力を一定に維持させるための手段は前記トランスデューサの両反対面に固設された弾性部材であり、前記ワイヤの両端は前記弾性部材の端部に連結されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【請求項８】
前記ワイヤの移動をガイドするためのローラが前記フレームに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波プルーブに関するものであり、より詳細には被検体内３次元領域のエコーデータを得ることができる超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は超音波プルーブを通じて被検体に超音波を送受信することによって得られるエコーデータを処理し、被検体内の断層画像または血流画像などを示す装置である。超音波プルーブ(以下、プルーブという)は超音波信号と電気信号を相互変換するトランスデューサを備えるが、従来のプルーブではトランスデューサがプルーブ内部に固定的に配置されるため、エコーデータの測定位置を変えるために被検体の表面に接触させたプルーブ自体を傾けなければならなかった。
【０００３】
最近、画像処理技術の発達で３次元超音波画像を表示することができる超音波診断装置が開発されており、３次元超音波画像を得るための方法としてプルーブのトランスデューサを揺動させることによって平面上の走査面を移動させ、走査面の移動範囲である３次元領域に対してエコーデータを得る方法が適用されている。
【０００４】
トランスデューサを駆動させるための装置を備える従来のプルーブは日本公開特許公報第２００４−２９０２７２号に開示されており、図６は従来の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置を示した斜視図である。
【０００５】
図６に示された通り、従来のプルーブ１は超音波透過性カバー８とフレーム５が接合されて収容部を形成し、この収容部内にはカップリング液が充填されている。フレーム５の内部にはモータ４が設けられ、モータ４の出力軸はフレーム５に形成された貫通孔を通じて収容部の内部に挿入される。収容部内にはトランスデューサ２がホルダ３により支持された状態で収容されており、モータ４の出力軸にホルダ３と接触する駆動アーム６が結合して収容されている。
【０００６】
ホルダ３はトランスデューサ２を支持して駆動アーム６によりモータ４の駆動によって揺動する支持部３ａと、支持部３ａの両側と支持軸９に接続される一対のアーム部３ｂを備える。支持軸９は収容部の内壁面に設けられたベアリング(図示せず)により回転可能に支持されている。これにより、支持軸９を回転軸としてホルダ３を揺動させることが可能であり、このようなホルダ３の揺動により連動してトランスデューサ２を揺動させる構成からなっている。
【０００７】
しかし、このような従来のプルーブのトランスデューサ駆動装置において、トランスデューサが駆動アーム及びホルダによりモータと直結するためパルス当りのモータの駆動軸の回転角が直接的にトランスデューサの移動角に反映されるので、トランスデューサの移動が滑らかでなく、照影間隔が広い問題点を有し、これを解決するために高精密モータを適用する場合には費用が高くなるという問題点を有する。
【０００８】
また、トランスデューサの回転半径は支持軸とトランスデューサ間の距離、即ちホルダのアーム部の長さにより決定されるので、トランスデューサの回転半径が大きいプルーブを製造する場合にはプルーブの大きさが非効率的に増大したり、またはプルーブの大きさが制限されることにより設置上多くの制約が伴うといった問題点を有する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２９０２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためのものであり、トランスデューサの移動精密性を高めて移動を滑らかにして照影間隔を狭めることによって高い品質の３次元画像を得ることができるような超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置を提供するものである。
【００１１】
本発明の他の目的は、プルーブの全体の大きさは変化させないながらもトランスデューサの回転半径がそれぞれ異なる多様なプルーブを容易に製造することができる超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するための本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置は、本体と、本体の内部に移動可能に収納されて超音波信号と電気信号を相互変換するトランスデューサを備える超音波プルーブにおいて本体の内部に設けられるフレームと、フレームに固定され、トランスデューサを移動させる駆動力を発生させるためのモータと、フレームに回転可能に設けられる縦動軸と、トランスデューサの移動をガイドするためにフレームに設けられる一対のガイドレールと、モータの駆動力を縦動軸に伝達して縦動軸を回転させるための手段と、縦動軸の回転力をトランスデューサに伝達してトランスデューサを移動させるための手段とからなり、前記モータの駆動力を前記縦動軸に伝達して前記縦動軸を回転させるための手段として、前記モータの駆動軸と前記縦動軸に結合する複数のプーリと前記複数のプーリに巻かれて連動するようにする複数のベルトを備える。
【００１３】
トランスデューサは一対のガイドレールの間に位置し、トランスデューサと対向するガイドレールの側面には長手方向にスロットが形成され、ガイドレールと対向するトランスデューサの両側面にスロットに収容されて転がり接触するベアリングが装着されている。
【００１４】
プーリとベルトの相互接触する面に多数の歯が形成されて歯合される。
【００１５】
縦動軸の回転力をトランスデューサに伝達してトランスデューサを移動させるための手段はワイヤである。ワイヤの一部は縦動軸の周りに巻かれ、両端部はトランスデューサの両反対面にそれぞれ固定される。外周面に螺旋形のグルーブが形成されたリールが縦動軸の周りに共に回転可能に結合し、ワイヤの一部が螺旋形のグルーブに沿って巻かれて備えられる。
【００１６】
本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置は、ワイヤの張力を一定に維持させるための手段をさらに備える。望ましくは、トランスデューサの両反対面に弾性部材が固設され、ワイヤの両端が弾性部材の端部に連結される。
【００１７】
また、望ましくはワイヤの移動をガイドするためのローラがフレームに設けられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置は駆動モータの駆動力をトランスデューサに伝達するための手段であり、駆動モータの駆動軸に所定の減速比を有して連結される縦動軸と、縦動軸に結合して共に回転するリールと、一部がリールに巻かれて両端がトランスデューサに連結されるワイヤが備えられることによって、限定されたプルーブの内部空間内で駆動モータの駆動速度に対する減速を極大化してパルス当りの駆動モータの駆動軸の回転角に対してトランスデューサの移動精密性を高め、照影間隔を狭めることによって高い品質の３次元画像を得ることができるという効果がある。
【００１９】
また、ワイヤの張力を一定に維持させるための張力印加手段が備えられることによって、長期間の反復的な作動によりワイヤが少しずつ伸びても張力印加手段の弾性復元力が継続して印加されるためにワイヤには常に一定の張力が作用するようになるので、プルーブの作動信頼性が向上するという効果がある。
【００２０】
また、ガイドレールのガイド溝の形態、即ち曲率半径を変更するだけでプルーブの全体の大きさは変化させずにトランスデューサの回転半径がそれぞれ異なる多様なプルーブを容易に製造することができるようになるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付された図面を参照して、本発明に対する望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１乃至図３はそれぞれ本発明による超音波プルーブの外観、内部構造及びトランスデューサ駆動装置を示した斜視図である。
【００２３】
これらに示した通り、本発明による超音波プルーブ１０(以下プルーブという)の本体は相互接合して外観をなす超音波透過性カバー１２とケース１４を備える。カバー１２内にはトランスデューサ２０がカバー１２の内面に隣接して備えられ、ケース１４内にはプルーブの各種構成要素を支持するためのフレーム３０と、トランスデューサ２０を移動させるための駆動力を発生させる駆動モータ４０と、駆動モータ４０の駆動力をトランスデューサ２０に伝達させるための動力伝達手段が設けられる。
【００２４】
フレーム３０はトランスデューサ２０を支持するための支持部３２と、支持部３２の一側底面に一体に形成される収容部３４を備える。支持部３２は略四角形の枠を有する。
【００２５】
フレーム３０の支持部３２の上側には、トランスデューサ２０の移動をガイドするための一対のガイドレール３３がトランスデューサ２０の両端に対向して形成される。トランスデューサ２０の端部に対向するガイドレール３３の側面にガイド溝３３ａが長手方向に形成されてガイドレール３３は略“匸”形状の断面を有する。トランスデューサ２０の両端にはこの円滑な移動のためにガイドレール３３のガイド溝３３ａ内に収容されて転がり接触されるベアリング２２が設けられる。ガイド溝３３ａは、被検体側に向かう方向に凸(convex)、直線(linear)または凹(concave)形態の中から選択された一つの形に形成できる。
【００２６】
駆動モータ４０はフレーム３０の収容部３４の外側面に設けられる。望ましくは、駆動モータ４０は入力信号に対して一定の角度を回転するステップモータである。これはステップモータが正確な角度制御及びモータドライバの特性によってフルステップ、ハーフステップ及びマイクロステップなど多様な駆動が可能であり、他のモータに比べて停止トルクに優れて角度誤差が累積しないという長所を有するためである。駆動モータ４０の駆動軸４２は収容部３４の側壁を貫通して収容部３４の内部に収容される。
【００２７】
図３に示した通り、駆動モータ４０の駆動軸４２には駆動プーリ５２が結合する。駆動プーリ５２の上側には中間プーリ５４と縦動プーリ５６が順に位置する。中間プーリ５４は第１タイミングベルト５３により駆動プーリ５２と連動する第１プーリ５４ａと、第１プーリ５４ａと同軸結合されて第２タイミングベルト５５により縦動プーリ５６と連動する第２プーリ５４ｂを備える組立体からなる。
【００２８】
駆動プーリ５２、中間プーリ５４及び縦動プーリ５６の外周面には歯が形成され、第１及び第２タイミングベルト５３、５５にはプーリ５２、５４、５６の歯と噛合う歯が形成される。縦動プーリ５６の中心には縦動軸５８の一端が結合し、縦動プーリ５６と縦動軸５８が共に回転可能にされ、縦動軸５８の他端はフレーム３０の支持部３２の内側壁に回転可能に結合する。
【００２９】
このように駆動モータ４０と縦動軸５８間に第１及び第２タイミングベルト５３、５５により連動する駆動プーリ５２、中間プーリ５４及び縦動プーリ５６を設けることは、駆動モータ４０の回転速度に対する適切な減速比を得るためであり、これらプーリ５２、５４、５６の直径を調節することによって所望の減速比を得る方式は既に広く公知となった技術であるのでこの詳細な説明は省略する。
【００３０】
縦動軸５８の一側にはワイヤ６０が巻かれるリール(reel)６２が結合して縦動軸５８と共に回転可能になる。リール６２の外周面には螺旋形のグルーブ６３が形成され、グルーブ６３に沿ってリール６２の外周面にワイヤ６０が数回巻かれることによって縦動軸５８及びリール６２の回転時ワイヤ６０のスリップと絡みが防止されて正確な動力伝達がなされるようにする。上述したプーリ５２、５４、５６の直径はもちろんリール６２の直径サイズによっても駆動モータ４０の回転速度に対して所望の減速比でワイヤ６０の移動速度を調節することができるという特徴がある。
【００３１】
フレーム３０の支持部３２の枠上には縦動軸５８と同一の回転軸方向を有して相互対向するように一対のローラ６４が回転可能に設けられる。リール６２から延びるワイヤ６０の両端部は一対のローラ６４にそれぞれ架けられた後、トランスデューサ２０の前面２０ａと後面２０ｂに向かうように方向が転換される。
【００３２】
トランスデューサ２０の前面２０ａと後面２０ｂにはワイヤ６０が架けられる係止部２４と、係止部２４に隣接してワイヤ６０に張力を印加するための張力印加手段２６が設けられる。ローラ６４からトランスデューサ２０の前面２０ａと後面２０ｂに向かってそれぞれ延びるワイヤ６０の両端部は係止部２４に架けられた後、張力印加手段２６側に方向が転換される。
【００３３】
望ましくは、張力印加手段２６はトーションコイルスプリングなどのような弾性部材からなる。張力印加手段２６はネジ２９などの締結手段によりトランスデューサ２０の前面２０ａと後面２０ｂに装着される。ワイヤ６０と張力印加手段２６との連結のために、ワイヤ６０の先端には決着部６１を形成し、張力印加手段２６の先端にはワイヤ６０の決着部６１がかかることができるように所定の角度にベンディングされた折曲部２７が形成される。
【００３４】
以下では、本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置の作動及び作用効果を図４及び図５を参照して説明することにする。図４及び図５は本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置の作動例を示した側面図である。
【００３５】
図４に示した通り、トランスデューサ２０が最右側(図４基準)に位置した状態を初期状態と仮定する。このような初期状態で、駆動モータ４０を起動して図５に示された矢印方向に駆動軸４２を回転させると、駆動軸４２に結合した駆動プーリ５２、駆動プーリ５２から順に第１及び第２タイミングベルト５３、５５により連結された中間プーリ５４と縦動プーリ５６が共に回転する。
【００３６】
同時に、縦動プーリ５６に一端が結合した縦動軸５８が縦動プーリ５６と共に回転し、縦動軸５８に結合したリール６２の螺旋形グルーブ６３に巻かれているワイヤ６０のうち、図５を基準に縦動軸５８の左側に位置した部分６０ａはリール６２のグルーブ６３に巻かれるようになるが、その反面、図５を基準に縦動軸５８の右側に位置した部分６０ｂはリール６２のグルーブ６３から解除されるようになる。
【００３７】
従って、リール６２からローラ６４を経由して延び、係止部２４及び張力印加手段２６により両端が固定されたワイヤ６０によりトランスデューサ２０は矢印方向(図５を基準に左側)へ移動する。この時、トランスデューサ２０の両側面に装着され、ガイドレール３３のガイド溝３３ａ内に収容されて転がり接触するベアリング２２によりトランスデューサ２０はガイド溝３３ａに沿って円滑に移動する。
【００３８】
また、ワイヤ６０の両端がトランスデューサ２０の前、後面２０ａ、２０ｂに装着された弾性印加手段２６に連結されることによって長期間の反復作動後にも張力が一定に維持されて作動信頼性が向上する特徴を有する。
【００３９】
上述したような駆動メカニズムにより、トランスデューサ２０はガイドレール３３のガイド溝３３ａに沿って往復移動して被検体の被検部位に対する３次元画像を獲得することができるようにする。往復移動するトランスデューサ２０の位置を検出し、検出された位置によって駆動モータ４０の駆動を制御するための装置及び方法は本発明の属する当該技術分野で広く知られた技術であるので、この説明は省略する。
【００４０】
本発明は前記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による超音波プルーブの外観を示した斜視図である。
【図２】本発明による超音波プルーブの内部構造を示した斜視図である。
【図３】本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置を示した斜視図である。
【図４】本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置の作動例を示した側面図である。
【図５】本発明による超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置の他の作動例を示した側面図である。
【図６】従来の超音波プルーブのトランスデューサ駆動装置を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  プルーブ                 １２  カバー
１４  ケース                   ２０  トランスデューサ
２２  ベアリング               ２４  係止部
２６  張力印加手段             ３０  フレーム
３２  支持部                   ３３  ガイドレール
３３ａ  ガイド溝               ３４  収容部
４０  駆動モータ               ４２  駆動軸
５２  駆動プーリ               ５３  第１タイミングベルト
５４  中間プーリ               ５５  第２タイミングベルト
５６  縦動プーリ               ５８  縦動軸
６０  ワイヤ                   ６２  リール
６４  ローラ
【図１】
0004760324.tif 000002
【図２】
0004760324.tif 000003
【図３】
0004760324.tif 000004
【図４】
0004760324.tif 000005
【図５】
0004760324.tif 000006
【図６】
0004760324.tif 000007