(57)【要約】【課題】小型で振動問題の少ない２次元走査超音波探触子を提供すること。【解決手段】複数の超音波振動子を１次元配列した振動子５を有する１次元走査探触子４の送受波面の前方に、送受波面に対して傾斜した音響反射面２を送受波面を貫く回動軸線３を中心に回動可能に保持する反射面回動保持体７を設け、１次元走査探触子４による１次元走査の超音波送受波ビームを反射させ、反射面回動保持体７の円筒部内周に設けられたラック８に噛み合っているピニオン９を回転させることにより反射面回動保持体７を回動させそれにより音響反射面２を回動させて２次元走査にする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波振動素子を１次元配列した１次元走査探触子の送受波面の前方で、送受波面に対して傾斜した音響反射面を、送受波面を貫く軸線を中心に回動可能に保持する反射面回動保持体を設け、１次元走査探触子による１次元走査の超音波送受波ビームを反射させ音響反射面を回動させることにより、２次元走査にすることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
反射面回動保持体が、一部筒状の円柱体で、筒状部は１次元走査探触子に、送受波面を貫く軸線回りに回動可能に被さっており、送受波面の前方円柱体部分内に音響反射面が埋設されているものである請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
音響反射面が金属平面である請求項２記載の超音波探触子。
【請求項４】
音響反射面が円柱体部分内に設けられた空隙平面である請求項２記載の超音波探触子。
【請求項５】
反射面回動保持体を回動可能にする回動機構が、反射面回動保持体の筒状部内周に沿って設けられた円弧状ラックと、この円弧状ラックに噛み合うように１次元走査探触子の外周の一部に設けられたピニオンとからなる請求項２、３又は４に記載の超音波探触子。
【請求項６】
反射面回動保持体を回動可能にする回動機構が、反射面回動保持体の筒状部内周に沿って設けられた、Ｎ極Ｓ極が交互配列されている円弧磁石と、この円弧磁石に吸引反撥し合うように１次元走査探触子の外周の一部に設けられた、円周上Ｎ極Ｓ極が交互の円柱磁石とからなる請求項２、３又は４記載の超音波探触子。
【請求項７】
反射面回動保持体から１次元走査探触子にかけて保護ケースを被せた請求項２ないし６のいずれか１項に記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体内に挿入して３次元超音波画像を得るための超音波探触子の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３次元超音波画像を得る超音波探触子としては探触子先端部に超音波振動素子を２次元に配列した構造のものや（例えば、特許文献１、２参照）、超音波振動素子を１次元配列したものを、モータの回転運動を往復運動又は揺動運動に変換するメカニカル機構によって探触子の先端部を機械的に走査するものがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３１７３０９号公報（図３）
【特許文献２】
特開平５−９５９４５公報（図１）
【非特許文献１】
日本電子機械工業会、「改訂医用超音波機器ハンドブック」、改訂版第１刷、コロナ社、１９９７年１月２０日、７７頁
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波振動素子を２次元配列するものにあっては、１次元配列に較べて当然のことながら超音波振動素子の数が多く送受波面の面積が大きくなるとともに、超音波振動素子１個々々に対応する電子回路および、超音波振動素子と電子回路を結ぶ配線の数も多く、体内へ挿入できる寸法に抑えるのが困難であるという問題がある。
【０００５】
また、１次元配列の探触子先端部を機械的に往復あるいは揺動走査させるものにあっては、多数の配線が曲げ伸びを繰り返すことにより配線同士の摩擦を起したり、接続部分にストレスがかかって断線し易くなるという問題がある他、多数の超音波振動素子からなる超音波送受波器は重量があるため慣性負荷がかかり機械振動が問題となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、超音波振動素子の配列は１次元配列とし、２次元走査を行わせるための手段として軽量の音響反射面を用い、これを、送受波器の中心軸線回りに回動往復運動をさせることにより、実用上振動を無視することができ、２次元走査が得られる超音波探触子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の超音波探触子は下記の各構成を有する。
第１の構成（基本構成）は、複数の超音波振動素子を１次元配列した１次元走査探触子の送受波面の前方で、送受波面に対して傾斜した音響反射面を、送受波面を貫く軸線を中心に回動可能に保持する反射面回動保持体を設け、１次元走査探触子による１次元走査の超音波送受波ビームを反射させ音響反射面を回動させることにより、２次元走査にすることを特徴とする超音波探触子である。
【０００８】
第２の構成は、前記第１の構成において、反射面回動保持体が、一部筒状の円柱体で、筒状部は１次元走査探触子に、送受波面を貫く軸線回りに回動可能に被さっており、送受波面の前方円柱体部分内に音響反射面が埋設されているものである超音波探触子である。
【０００９】
第３の構成は、前記第２の構成において、音響反射面が金属平面である超音波探触子である。
【００１０】
第４の構成は、前記第２の構成において、音響反射面が円柱体部分内に設けられた空隙平面である超音波探触子である。
【００１１】
第５の構成は、前記第２、第３又は第４の構成において、反射面回動保持体を回動可能にする回動機構が、反射面回動保持体の筒状部内周に沿って設けられた円弧状ラックと、この円弧状ラックに噛み合うように１次元走査探触子の外周の一部に設けられたピニオンとからなる超音波探触子である。
【００１２】
第６の構成は、前記第２、第３又は第４の構成において、反射面回動保持体を回動可能にする回動機構が、反射面回動保持体の筒状部内周に沿って設けられた、Ｎ極Ｓ極が交互配列されている円弧磁石と、この円弧磁石に吸引反撥し合うように１次元走査探触子の外周の一部に設けられた、円周上Ｎ極Ｓ極が交互の円柱磁石とからなる超音波探触子である。
【００１３】
第７の構成は、前記第２ないし第６の構成のいずれかの構成において、反射面回動保持体から１次元走査探触子にかけて保護ケースを被せた超音波探触子である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、複数の超音波振動素子が１次元配列され、その送受波ビームが配列方向のみの１次元方向走査を行う超音波探触子の送受波面の前方に、送受波面に対して傾斜した音響反射面を置き、１次元走査面に対する音響反射面の角度を変化させることにより、反射された送受波ビームの走査が、角度の変化に応じた方向に移動して行き結果的に２次元走査が可能になるというものである。
【００１５】
図２は、１次元走査を、音響反射面を設けることにより２次元走査にする説明図である。
１次元走査探触子４の振動子５は、複数の超音波振動素子を１次元（図では上下方向）配列されたものであり、この振動子５により送受波される送受波ビーム６は予め定まっている角度θで上下方向の１次元走査を行う。この振動子５の前方（図では左方）には振動子５の送受波面に対して傾斜している音響反射面２が設けられている。この音響反射面２は、振動子５の送受波面を貫く回動軸線３を中心にして回動するようになっている。今、この音響反射面２を固定しておいて、振動子５で送受ビームの走査を行えば、音響反射面２で反射されて、例えばａ、ｂ間を矢印Ａ方向に走査する。これは、反射により向きが変っただけの１次元走査に過ぎない。
【００１６】
これに対して、音響反射面２を回動軸線３回りに回動させて例えば実線の状態から点線の状態になるように送受波ビーム６の走査面に対する角度を変化させると、反射された送受波ビームは矢印Ａで示される方向の走査を繰り返しながら、矢印Ｂ方向に移動することになる。即ち、テレビ画面の水平走査を繰り返しながら垂直走査を行っているのと同様になり結果的に２次元走査が行われることになる。
【００１７】
本発明で用いる音響反射面の例としては、まず金属面で構成することが考えられる。
金属は音響インピーダンスが非常に大きいから空間その他の材質との間でインピーダンスギャップを生じ反射が生じる。これとは逆に、合成樹脂や油の中に平面空隙を設けることによっても反射が生ずる。これは空気の音響インピーダンスが非常に小さいため他の材質との間でインピーダンスギャップを生じやはり反射が生ずるからである。
【００１８】
音響反射面の回動保持体としては、金属板を反射面の裏面側で、回動軸或いは回動筒等からなる回動機構に保持する構成が考えられる。
平面空隙による場合は、内部に空隙を設けた合成樹脂等による円柱円筒状の構造体を１次元走査探触子に回動可能に被せる構成が考えられる。
この場合、空隙の代わりに金属板を埋め込んでもよい。
【００１９】
この他、反射面回動保持体へ回動力を伝達する機構としては、反射面回動保持体の内周面に設けられたラックにトルクワイヤや歯車、シャフト等で回転するピニオンを噛み合わせたものや、ラック、ピニオンに代えてこれらの歯と谷間に相当するＮ極とＳ極を設けた磁石式駆動のものがある。
【００２０】
以上のように、本発明の超音波探触子は、１次元走査探触子に円弧状に回動する音響反射面を設けて２次元走査を得ているので、２次元方向に超音波振動素子を配列した２次元走査探触子よりも超音波振動素子の数もまたこれら対応して設けられる送受信回路の数も少なくて済み体内へ挿入するための小型化が実現できる。また反射面回動保持体は、従来機械走査を行っていた超音波探触子の振動子を含む先端部よりも当然軽いので慣性負荷が小さくまた動きも円弧運動であるため機械振動が非常に少ないという利点がある。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明超音波探触子の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明超音波探触子の実施例の構成を示す図である。１次元走査探触子４の先端部（図では左方）には、複数の超音波振動素子が１次元配列された振動子５が設けられている。振動子５の送受波面の前方（図では左方）に、送受波面に対して傾斜した音響反射面２が設けられている。この音響反射面２は斜線で示された反射面回動保持体７の中に金属板が埋め込まれているものか或いは平面状の空隙を設けたものである。この反射面回動保持体７のうち振動子５の位置より右の方は円筒状になっており、１次元走査探触子４に回動可能に被さるようになっている。従って、音響反射面２は振動子５の送受波面を貫く回動軸線３を中心にして回動することになる。この回動は、反射面回動保持体７の円筒部分（１次元走査探触子４に被さった部分）の円周面に設けられたラック８に噛み合っているピニオン９がトルクワイヤ１２によって回転することによって行われる。
【００２２】
図３の（ａ）にピニオン９とラック８による回転伝達構造の詳細を断面図によって示す。即ち、反射面回動保持体７の円筒内周面に沿ってラック８が固定されており、これに、回転軸が１次元走査探触子４に固定され、その外周の一部分から歯が出ているピニオン９がラック８に噛み合っている。従ってピニオン９が回転することにより反射面回動保持体７が回動することになる。
【００２３】
図３の（ｂ）は、ピニオン、ラックに代わる磁石を用いた回動機構である。ラック８に相当する円弧磁石１６が筒状部分の内周に固定され、ピニオン９に相当する円柱磁石１７がピニオン９と同様に１次元走査探触子４に設けられる。円弧磁石１６および円柱磁石１７には図に示すように、Ｎ極とＳ極が交互に設けられたものであり、異極間では吸引力、同極間では反撥力が働くので歯車同様に円柱磁石１７から円弧磁石１６へ回転力を伝達することができる。
【００２４】
図１では、回転力が超音波探触子の外部、例えば超音波診断装置に設けられたモータ等からトルクワイヤで伝えられる場合を示しているが、超音波探触子自体にモータが装着されている場合には、トルクワイヤに限らず、ギヤ、シャフト等によりピニオン９に回転力を伝えることもある。
このようにして、反射面回動保持体７が回動することにより音響反射面２が回動することにより２次元走査が得られることになる。
【００２５】
更に、反射面回動保持体７から１次元走査探触子４にかけて保護ケース１０が設けられている。これにより、可動部分が直接人体に触れるのを防止している。保護ケース１０の材質が超音波を透過させにくい材質である場合には、音響反射面２で反射された超音波が透過するための透過窓１１が設けられる。
【００２６】
図１の例では、透過窓１１は保護ケース１０の下方に設けられているが、音響反射面２を回動軸線３回りに１８０度回転させ、そこで走査のための回動を行わせると上方向きの２次元走査が可能となるので、上方にも透過窓を設けてもよい。この場合、ラック８は下方上方の１８０度の向きを変える分に加えて、上向き、下向きそれぞれの点で２次元走査のための回動を行わせるのに充分な長さが必要になる。ピニオン９から外れることのないようにすることも考え合わせると反射面回動保持体７の筒状部の内周全部に渡って設けるのが望ましい。
以上のことは、ピニオン、ラックの代りに図３の（ｂ）の磁石を用いた場合も同様である。
【００２７】
更には、透過窓を全周に渡って設けておくことにより、下方向、上方向に限定されることなく２次元走査の形成が可能な限りの範囲で、体内に挿入された超音波探触子１自体は回転させることなく、２次元走査の方向を返ることができる。
【００２８】
その他、先端内側にはほぞ１８が設けられており、このほぞ１８が、反射面回動保持体７の先端の軸穴１９に嵌合して回動を保持している。
この保護ケース１０は後方で止め具１４により１次元走査探触子４に締め付け密着固定されるようになっている。これにより、体内へ挿入した場合に体液が超音波探触子１内へ浸入するのを防止している。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波探触子は、１次元走査探触子の送受波面の前方に、傾斜した音響反射面を設け、これを１次元走査面に対する角度が変化するように回動させることにより２次元走査を得ているので、超音波振動素子を２次元方向に配列した２次元走査探触子に較べて、超音波振動素子の数も、素子１個々々に対応する送受信回路その他の電子回路の数も、これらの間を接続する配線の数も少なくて済み、体内へ挿入するための小型化の実現が容易になるという利点がある。
【００３０】
また、２次元走査を得るために回動させるのは反射面回動保持体とその内部の反射面だけであり、従来の１次元走査探触子で先端部を往復動或いは揺動させて２次元走査を得ていた場合の先端部に較べて軽く慣性負荷が小さく、また、回動が円弧状であるための機械振動が実用上問題がなくなるという利点があり、更に、回動に伴う配線類の曲げのばしもないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明超音波探触子の実施例の構成を示す側断面図である。
【図２】本発明において１次元走査を音響反射面を用いることにより２次元走査にする説明図である。
【図３】図１の実施例で用いる回転伝達構造の詳細図である。
【符号の説明】
１  超音波探触子
２  音響反射面
３  回動軸線
４  １次元走査探触子
５  振動子
６  送受波ビーム
７  反射面回動保持体
８  ラック
９  ピニオン
１０  保護ケース
１１  透過窓
１２  トルクワイヤ
１３  配線
１４  止め具
１５  ケーブル
１６  円弧磁石
１７  円柱磁石
１８  ほぞ
１９  軸穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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