JP2000333948A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波探触子用音響カプラ内部での多重反射
を低減し、超音波画像の画質を向上させる。 【解決手段】 音響カプラ２６は音響カプラ取付部２８
の開口３２内に緩挿される。プローブ２２を保持するプ
ローブ取付部２４は音響カプラ取付部２８から延びる支
柱３４に取り付けられる。支柱３４はプローブ取付部２
４の円弧形状の孔３６に沿って移動可能である。操作者
がプローブ取付部２４に設けられたギヤ４０を回転させ
るとそれに連動して音響カプラ取付部２８がプローブ取
付部２４に対して回転する。これにより音響カプラ２６
はプローブ２２に当接されたまま水平面内で回転する。
この回転より、音響カプラ２６の側面とプローブ２２と
の位置関係が変化する。これにより音響カプラ２６内部
での反射波に対する境界条件が変化し、プローブ２２に
入射する多重反射成分が低減する状態が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療診断等に用い
られる超音波探触子に関し、特に超音波画像の画質の改
善に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探触子を直接、生体表面に当接し
たのではフォーカス外となる表在部位をスキャンする場
合や、セクタ走査を行う超音波探触子においてスキャン
領域を拡大するといった目的のために、超音波探触子を
生体表面から距離を置いて使用するという方法がある。
このとき、空気中では超音波の減衰が大きいため、超音
波探触子と生体表面との間に音響カプラ（音響伝搬部
材）を介在させる。

【０００３】この音響カプラは、数ｍｍ〜数ｃｍの厚み
のある物質であり、高分子ポリマーなどを用いた固形タ
イプのものや、ラテックスの袋に水を注入した水袋タイ
プのものがある。ちなみにいずれも、超音波の減衰が少
ない材質であるとともに、一般に曲面であったり凹凸を
有したりする被検体表面にフィットするように柔軟性に
優れた材質で構成される。

【０００４】図５は、従来の音響カプラの使用状態を示
す模式的な縦断面図である。音響カプラ２は、超音波探
触子４の使用時において、超音波探触子４の超音波送受
波面と被検体６との間に挟まれ押しつぶされる。これに
より音響カプラ２はそれら両者に密接し、超音波探触子
４と被検体６との間で送受波される超音波を良好に伝達
させる。

【０００５】また図６は、図５に示す従来の音響カプラ
の使用状態の模式的な平面図である。また、図７は、平
面形状が矩形である他の従来の音響カプラの使用状態の
模式的な斜視図である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、音響カプラと外
界との境界面は図５〜７に示されるように、曲率半径の
大きな曲面や平面といった単調な形状である。また図７
に示す矩形の音響カプラにおいては、向き合う側面は互
いにほぼ平行な面となる。このため、超音波探触子から
発せられた超音波、また被検体からの反射波が音響カプ
ラ内で多重反射を起こしやすく、そのため超音波画像の
画質が低下する問題があった。

【０００７】特に、この多重反射には音響カプラの側面
での反射の影響が大きい。つまり、空気に接する側面の
内側においては超音波はほぼ全反射するため、例えば、
超音波探触子の送受波面や被検体表面で反射された超音
波が側面に達しても外部へ逃げることなく再び音響カプ
ラ内部に戻ることにより、多重反射が助長される。ま
た、向き合う側面は上述のように平行平面に近いため、
超音波は側面にて鏡面反射に近い状態で反射されるとと
もに、向き合う側面間を往復しやすくなり、このことも
多重反射が助長される一因となっていると考えられる。

【０００８】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、多重反射を抑制し超音波画像の画質を向上
することができる音響カプラを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波探触
子用音響カプラは、先端面で超音波の送受波を行う探触
子本体と、前記先端面と生体表面との間に介在配置さ
れ、前記先端面が上面に接合される音響伝搬部材と、前
記探触子本体に対して前記音響伝搬部材の姿勢を可変可
能にしつつ両者を連結する可変機構とを含むことを特徴
とする。

【００１０】本発明によれば、可変機構によって探触子
本体と音響伝搬部材との相対姿勢が、並進と３軸の周り
の回転との合計６次元の自由度のすべて、又はそれらの
自由度の一部に関して可変にされる。超音波は、上述の
ように音響伝搬部材とその外部との境界面において、音
響インピーダンスの相違に起因する反射や屈折を生じ
る。本発明は可変機構によって探触子本体と音響伝搬部
材との姿勢を変化させることにより、探触子本体が音響
伝搬部材を介して生体との間で送受波する超音波に対す
る音響伝搬部材の作用を制御することができる。すなわ
ち、可変機構を操作することにより、前記超音波に対す
る音響伝搬部材の境界条件を変化することができ、これ
によって音響伝搬部材中での多重反射やその探触子への
入射が抑制されるように探触子と音響伝搬部材との相対
姿勢を制御することが可能となる。

【００１１】本発明の好適な態様は、前記可変機構が、
前記上面と前記先端面との面接合状態を保ったまま前記
探触子本体に対して前記音響伝搬部材を回転させる機構
であることを特徴とする超音波探触子である。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明の実施形態である音響カプ
ラを装着した超音波探触子の斜視図である。プローブ２
２本体はプローブ取付部２４に取り付けられる。一方、
音響カプラ２６は音響カプラ取付部２８に取り付けられ
る。図２はプローブ取付部２４及び音響カプラ取付部２
８それぞれを示す斜視図である。プローブ取付部２４と
音響カプラ取付部２８とは後述するように組み合わされ
て使用されるが、図２においては分離されて示されてい
る。プローブ取付部２４は、例えばプローブ２２の水平
断面形状に応じた開口３０を有した枠である。プローブ
２２はこの開口３０にその上部を差し込まれて保持され
る。音響カプラ取付部２８は例えば矩形の開口３２を有
し、水袋等の弾力性を有した音響カプラ２６はこの開口
３２に押し込まれる。これにより音響カプラ２６はその
側面を開口３２の形状によって規定される。

【００１４】音響カプラ取付部２８は、例えば垂直方向
に延びる２本の支柱３４を有する。この支柱はプローブ
取付部２４の枠に設けられた孔３６に差し込まれる。こ
のプローブ取付部２４と音響カプラ取付部２８とが組み
合わされた状態では、プローブ取付部２４に保持された
プローブ２２の先端面が、音響カプラ取付部２８に保持
された音響カプラ２６の上面に当接される。なお、音響
カプラ取付部２８の開口３２から露出する音響カプラ２
６の下面は、超音波探触子の使用時に生体表面に当接さ
れる。

【００１５】図３は、プローブ２２と音響カプラ２６と
が省略された図であり、プローブ取付部２４と音響カプ
ラ取付部２８のみが組み合わされた構成を示す斜視図で
ある。音響カプラ取付部２８の２つの支柱３４に対応し
て、プローブ取付部２４には２つの孔３６が設けられ
る。この孔３６の平面形状はそれぞれ円弧であり、それ
ら円弧は共通の曲率中心を有する。プローブ取付部２４
と音響カプラ取付部２８とが組み合わされた状態では、
支柱３４がそれぞれこの孔３６を貫通する。例えば支柱
３４はその断面を、孔３６の平面形状に応じた曲率半径
を有した円弧形状に構成される。ここで、曲率中心から
見た支柱３４の幅は、当該孔３６の幅よりも小さく構成
される。つまり、支柱３４は孔３６の円弧に沿って水平
方向に揺動することが可能であり、プローブ取付部２４
と音響カプラ取付部２８とは垂直軸の周りを所定角度範
囲内で相対的に回転可能であるように構成される。

【００１６】またプローブ取付部２４の孔３６の位置に
は、窓孔３８が設けられ、この窓孔３８には垂直軸の周
りに回転可能なギヤ４０（図１参照）が取り付けられ
る。ギヤ４０は、孔３６に通された支柱３４の表面に接
する。ギヤ４０に接する支柱３４の表面部分は、ギヤ４
０に対応した歯を有したラック４２を構成し、当該ラッ
ク４２とギヤ４０とは噛み合わされる。ギヤ４０はプロ
ーブ取付部２４の外側に露出しており、操作者はこの部
分を指などで操作してギヤ４０を回転させ、支柱３４を
孔３６に沿って移動させることができる。これにより、
プローブ取付部２４に対して音響カプラ取付部２８を回
転させることができる。

【００１７】図４は、音響カプラ取付部２８及びそれに
保持された音響カプラ２６が、図１に示す状態からプロ
ーブ２２に対して回転された状態を示す斜視図である。

【００１８】上述したように、観察に有効な超音波は、
被検体である生体からプローブ２２に直接帰ってくる反
射波、またプローブ２２から被検体に直接に入射する送
信波であり、音響カプラ２６の内側側面で反射する超音
波は観察に利用されない成分である。この無用な成分が
多重反射の末にプローブ２２にて受信されたり、被検体
に入射されると、超音波画像の画質の劣化を生じる。

【００１９】さて、本装置では、音響カプラ２６が音響
カプラ取付部２８と共に垂直軸の周りに回転されること
により、プローブ２２に対する音響カプラ２６の側面の
配置が変化する。つまり、反射が起こる境界面の配置条
件の変化に応じて、音響カプラ２６内部での多重反射の
程度も変動する。そこで操作者はプローブ２２により得
られる超音波断層画像を見ながらギヤ４０を操作して、
多重反射が低減する好適な状態に回転角を調整し、その
状態で被検体に対する超音波画像の観察を行うことがで
きる。

【００２０】本装置において、回転角に応じて多重反射
が低減する要因としてはいくつか考える。基本的には、
音響カプラ２６の回転により、音響カプラ２６の側面で
反射する超音波の行路が変化する。この行路の変化によ
り、プローブ２２へ反射波が達するまでの行路長が十分
長くなれば、その間に反射波は減衰し、プローブ２２に
入射する多重反射成分は低減する。例えば、音響カプラ
２６の回転により、音響カプラ２６の側面への超音波の
入射方向と出射方向との水平面内でのずれが大きくなれ
ば、超音波の行路は平行面間を斜めに横切ることにな
る。そのため音響カプラ２６の回転位置によっては、反
射波が垂直方向に移動してプローブ２２に達するまでの
伝搬距離が増大する状態が実現されることが期待され
る。また、音響カプラ２６の回転により、反射波が音響
カプラ２６の水平面方向に広く拡散し、減衰・消失が促
進される状態が実現され得る。

【００２１】また、音響カプラ２６の回転によって、対
向する側面の一方にて超音波の反射が起こるタイミング
と他方にて反射が起こるタイミングとの関係を変化させ
ることができる。それにより、一方側からの反射波と他
方側からの反射波との位相差が変化し、干渉により互い
を弱め合うような状態が生じることも考えられる。

【００２２】このように、本超音波探触子を用いると、
多重反射等に起因する強度の大きな不要超音波の形成が
防止される。そしてそのような不要超音波がプローブ２
２や被検体に入射することが抑制され、アーチファクト
の減少した良好な画像が得られる。また、不要超音波成
分が音響カプラ２６内で減衰することにより、プローブ
２２により観測されるノイズレベルの低減も図られる。

【００２３】本装置は、ギヤ４０の回転によって音響カ
プラ取付部２８を回転させる。音響カプラ取付部２８の
支柱３４表面が形成する円弧の曲率半径は、ギヤ４０の
半径より大きいので、音響カプラ取付部２８の回転角は
ギヤ４０の回転角に比べて小さい。この構成によれば、
音響カプラ取付部２８の微妙な回転角の変更を、ギヤ４
０の比較的大きな回転角によって得ることができる。つ
まり、微妙な音響カプラ取付部２８の回転操作を精度良
く制御することが操作者にとって容易となる。また、好
ましい態様の例としては、一旦、実現された良好な回転
状態を保ちやすいように、ギヤ４０の回転を抑制する構
成を設け、あるいはストッパーを設けた構成とすること
ができる。

【００２４】また、支柱３４の表面に形成されるラック
４２の歯を当該支柱３４の縦方向に延在させ、プローブ
取付部２４のギヤ４０が音響カプラ取付部２８の支柱３
４のどの高さでもラック４２に噛み合うように構成する
ことができる。この構成では、プローブ２２の大きさに
応じてプローブ取付部２４を支柱３４に沿ってスライド
させて用いることができ、本発明を様々な種類のプロー
ブ２２に適用することができる。また、プローブ取付部
２４の開口３０に、プローブ２２の上部を挟み込むよう
なクリップ機構を設け、様々なプローブ２２の上部形状
に対応できるようにすることができる。

【００２５】また、プローブ取付部２４と音響カプラ取
付部２８とを着脱可能に構成し、プローブ取付部２４を
プローブ２２に応じて交換したり、音響カプラ取付部２
８をプローブ２２の先端面に応じて交換することができ
るように構成してもよい。音響カプラ取付部２８の開口
３２の形状は矩形に限られず、他の多角形や楕円などで
あってもよいが、回転によって反射波に対する境界条件
の変化の効果を得るためには、なんらかの方向性を有し
た形状が好ましいであろう。

【００２６】なお、上述の装置のプローブ取付部２４、
音響カプラ取付部２８、ギヤ４０、ラック４２によって
構成される可変機構は、水平面内での音響カプラ２６の
回転により、反射波に対する音響カプラ２６の境界条件
を変更し、多重反射によるプローブ２２への影響を抑制
することを図ったものであった。しかし、音響カプラ２
６の移動に関しては６次元の自由度があり、そのいずれ
の自由度を操作して音響カプラ２６の反射波に対する境
界条件を変更してもよい。すなわち、音響カプラ２６を
プローブ２２に対して水平面内でスライドさせるような
可変機構や、プローブ２２の先端面の角度を生体表面に
対して傾斜させるような可変機構も、本発明の効果を奏
し得る。また、複数の自由度に関し変更を行うことがで
きる可変機構も好適である。

【００２７】

【発明の効果】本発明の超音波探触子によれば、探触子
本体に対して音響伝搬部材の姿勢が可変可能とされる。
これにより、反射波が生じる音響伝搬部材の境界面の条
件が変更され、音響伝搬部材内部での多重反射成分が探
触子本体へ入射することが抑制される。結果として、多
重反射に起因する超音波画像の画質劣化等の悪影響が抑
制され、画像が向上するという効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態である音響カプラを装着し
た超音波探触子の斜視図である。

【図２】 プローブ取付部及び音響カプラ取付部それぞ
れを示す斜視図である。

【図３】 プローブ取付部と音響カプラ取付部が組み合
わされた構成を示す斜視図である。

【図４】 音響カプラ取付部及び音響カプラが図１に示
す状態から回転された状態を示す斜視図である。

【図５】 従来の音響カプラの使用状態を示す模式的な
縦断面図である。

【図６】 図５に示す従来の音響カプラの使用状態の模
式的な平面図である。

【図７】 平面形状が矩形である他の従来の音響カプラ
の使用状態の模式的な斜視図である。

【符号の説明】

２２ プローブ、２４ プローブ取付部、２６ 音響カ
プラ、２８ 音響カプラ取付部、３０，３２ 開口、３
４ 支柱、３６ 孔、３８ 窓孔、４０ ギヤ、４２
ラック。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端面で超音波の送受波を行う探触子本
   体と、 前記先端面と生体表面との間に介在配置され、前記先端
   面が上面に接合される音響伝搬部材と、 前記探触子本体に対して前記音響伝搬部材の姿勢を可変
   可能にしつつ両者を連結する可変機構と、 を含むことを特徴とする超音波探触子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波探触子において、 前記可変機構は、前記上面と前記先端面との面接合状態
   を保ったまま前記探触子本体に対して前記音響伝搬部材
   を回転させる機構であることを特徴とする超音波探触
   子。