JP2001321377A - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波探触子の駆動時の表面温度をシンプル
な構造で、高信頼度で検出することのできる超音波探触
子を提供する。 【解決手段】 複数の超音波振動子で構成される振動子
アレイ部１４の前面に固定されたシリコンレンズ１６
は、振動子ホルダ１８ａと共に回動する。そして、振動
子アレイ部１４の超音波送受面と振動子ケース２８の下
部カバー２８ｂを構成する超音波透過部３０の内壁面と
の間に満たされた油３２の温度を熱電対３６により測定
し、その温度に基づいて、超音波探触子１０の生体接触
面の温度を管理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探触子及び
超音波診断装置、特に、超音波振動子が液状の音響整合
材と共に、ケース内に収納されているタイプの超音波探
触子の改良、及びその超音波探触子を接続可能な超音波
診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、生体内に超音波を放射して前
記生体からの反射してくる超音波を受信することによ
り、画像情報を取得して生体内部の超音波画像を形成し
観察する超音波診断装置が広く普及している。超音波診
断装置には、実際に超音波の送受波を行う超音波振動子
を含む超音波探触子が接続されるが、この超音波探触子
は診断対象部位によって、様々な形態、形状、サイズを
有し、適宜使い分けられている。例えば、図３に示す超
音波探触子１００は、経食道探触子であり、経口によっ
て食道壁から心臓等の超音波画像を得るための探触子で
ある。図３において、体腔内に挿入される先端部１０２
は、複数の超音波振動子を配列した振動子アレイ部１０
４の超音波送受面側から見たものである。そして、先端
部１０２は体腔外から当該先端部１０２の位置や向きを
操作する操作部１０６に、挿入部１０８を介して接続さ
れている。前記挿入部１０８内には、超音波振動子の超
音波送受を行うための信号線や振動子アレイ１０４をメ
カニカルに駆動するためのワイヤ等が挿通されている。
この挿入部１０８は柔軟であり、挿入される例えば食道
等の体腔に沿って屈曲可能であり、先端部１０２の挿入
時の被検者の肉体的、精神的不快感を軽減しつつ、目的
とする診断位置に先端部１０２を容易に到達させること
ができる。例えば挿入部１０８は操作部１０６のダイア
ル１０６ａ，１０６ｂでの操作により先端部１０２を上
下、左右に屈曲可能であり、振動子アレイ１０４の超音
波送受面を適切な位置で適切な方向に向けることができ
る。

【０００３】ところで、超音波探触子の超音波振動子は
駆動時に発熱することが知られている。前述したように
超音波探触子は生体に直接接触させるため、接触させた
時に生体組織に熱傷を与えないように配慮する必要があ
る。従来の超音波探触子は、駆動時の探触子表面温度が
所定温度（例えば、４１℃）以下になるように温度制御
が行われている。この温度制御は、例えば、設計段階で
駆動時の表面温度が所定温度を越えないように、超音波
振動子を駆動する駆動制御部のチューニングを行った
り、駆動時の超音波振動子や当該超音波振動子の超音波
送受面に配置される音響レンズの表面温度を測定し、所
定温度を越える場合に、超音波振動子の駆動を停止した
りすることにより行い、生体組織の熱傷を防止してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、超音波探触子
の表面温度は、使用時の周囲温度や生体温度等、使用状
況により変化してしまう。前者のように設計時のチュー
ニングにより表面温度管理を行う場合、チューニングに
より設定された温度と実際の温度との間に誤差が生じ
る。この場合、使用状態が高温側にシフトした場合（周
囲温度や生体温度等が想定される平均温度より高い場
合）の安全性を考慮して前記チューニングは、より低温
側に設定する必要があり、通常状態（周囲温度や生体温
度が想定される平均温度以下の場合）においては、超音
波振動子の駆動を効率的かつ最適状態で行うことができ
ないという問題が生じる。この場合、形成される超音波
画像の品質に制限を与えてしまうという問題も生じる。

【０００５】また、後者のように、駆動時の超音波振動
子の表面温度を測定する場合、超音波画像形成のために
超音波振動子がメカニカル走査される場合、超音波振動
子や音響レンズが移動するため直接センサを設けること
は困難である。さらに、超音波振動子や音響レンズに直
接センサを配置すると、配置したセンサが形成される超
音波画像に映り込んでしまったり、ノイズの原因になる
おそれがあり、形成する超音波画像の品質低下を招くと
いう問題がある。また、単一のセンサで振動子アレイや
音響レンズ全体の温度を測定することは、困難であり、
信頼性のある温度測定を行うためには、複数のセンサを
設ける必要がある。その結果、構造の複雑化、超音波探
触子の大型化、コストの増加等を招いてしまうという問
題を有する。つまり、シンプルな構成で信頼度の高い温
度管理を行うことができないという問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、超音波探触子の駆動時の表面
温度をシンプルな構造で、高信頼度で検出することので
きる超音波探触子を提供することにある。また、高信頼
度温度検出が可能な超音波探触子を接続し、最適条件で
超音波探触子の駆動を行うことのできる超音波診断装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、生体内に超音波を放射して前記生体から超
音波の反射波を受信する超音波振動子と、前記超音波振
動子を内包し、超音波透過部を有する振動子ケースと、
少なくとも前記超音波振動子の超音波送受面と超音波透
過部の内面との間に満たされた液状の音響整合材と、前
記音響整合材の温度を検出する温度検出センサと、を含
むことを特徴とする。

【０００８】ここで、液状の音響整合材とは、粘度の高
いゲル状の物質から粘度の低い油等、流動性を有する物
質である。

【０００９】この構成によれば、超音波振動子の超音波
送受面と超音波透過部の内面との間に満たされた液状の
音響整合材の温度を測定することにより、超音波送受信
に影響を与えることなく、超音波探触子の表面近傍の温
度測定が可能になり、信頼度の高い超音波探触子の温度
管理を行うことができる。また、音響整合材は流動可能
な液状なので、音響整合材の温度の均一化が容易で、音
響整合材の任意の位置の温度を音響整合材全体の温度と
見なすことが可能になり、シンプルな構成で信頼度の高
い温度管理を行うことができる。

【００１０】上記のような目的を達成するために、上記
構成において、前記超音波振動子は、メカニカル走査機
構に支持され、前記温度検出センサは、メカニカル走査
によって流動した音響整合材の温度を検出することを特
徴とする。

【００１１】この構成によれば、超音波振動子のメカニ
カル走査により液状の音響整合材が流動・攪拌され、音
響整合材の温度分布を容易に均一化することができる。
その結果、別途音響整合材の流動手段を設けることな
く、信頼度の高い温度測定を容易に行うことができる。

【００１２】上記のような目的を達成するために、上記
構成において、前記温度検出センサは、前記超音波振動
子の超音波透過経路から外れた位置に配置され、前記音
響整合材の温度を検出することを特徴とする。

【００１３】この構成によれば、超音波振動子の超音波
送受信に影響を与えることなく、つまり、温度検出セン
サの存在が取得する超音波画像のノイズ要因になること
なく、音響整合材の温度を検出することができる。

【００１４】上記のような目的を達成するために、上記
構成において、前記温度検出センサは、前記振動子ケー
スの側方内壁面でセンサ部を音響整合材中に浸けた状態
で固定されていることを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、超音波振動子の走査動
作を阻害することなく音響整合材の温度を安定的に検出
することができる。

【００１６】上記のような目的を達成するために、上記
構成の超音波探触子を接続可能な超音波診断装置であっ
て、前記温度検出センサの検出情報に基づいて、前記超
音波振動子の温度制御を行う制御部を有することを特徴
とする。

【００１７】ここで、制御部とは、超音波振動子の駆動
パワーを制御し、実質的な超音波振動子の温度制御を行
うものであり、超音波振動子の駆動パワーの増減及び停
止制御を含む。

【００１８】この構成によれば、検出温度に基づく効率
的かつ最適な状態での超音波探触子の駆動を行うことが
可能になり、高品質の超音波画像を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。な
お、本実施形態の超音波探触子は、先端部の内部構造が
図３に示す従来の超音波探触子１００と異なるのみで、
外形形状は、超音波探触子１００と略同一であるため、
外形形状や全体構造の説明に関しては、図３を流用し、
その詳細な説明は省略する。

【００２０】図１は、本実施形態の超音波探触子１０の
先端部１２の内部構造の概略断面図であり、複数の超音
波振動子（圧電振動素子）を配列した振動子アレイ部１
４の超音波送受面１４ａに垂直な面に沿った構造を表す
縦断面図である。なお、図１に示す超音波探触子１０
は、振動子アレイ部１４が紙面上下方向に延びる回転軸
（不図示）の回りを回転し、三次元の超音波画像を形成
するものである。

【００２１】前記振動子アレイ部１４の超音波送受面１
４ａの前面には、音響整合層となり音響レンズ等の機能
も果たすシリコンレンズ１６が接着される。このシリコ
ンレンズ１６、まず、振動子アレイ部１４に接着し、次
に振動子ホルダ１８ａに組込み接着する。さらに振動子
ホルダ１８ａがプーリー１８に接着される。そして、プ
ーリー１８をステータ２２に対して回転自在になるよう
に固定配置する。また、前記振動子アレイ部１４を構成
する各超音波振動子に接続された信号線２０ａは振動子
ホルダ１８ａの中を通して、プーリー１８の他面側、す
なわち、超音波送受面１４ａの反対側に引き出されると
共に束ねられ、信号ケーブル２０として、図３における
挿入部１０８及び操作部１０６を介して後述する超音波
診断装置に導かれ電気的に接続される。

【００２２】前述したように、前記プーリー１８は、後
述する探触子ケースに対して固定的に配置されるステー
タ２２に回動自在に支持されている。本実施形態の場
合、プーリー１８は、メカニカル走査機構として、挿入
部１０８及び操作部１０６の内部に挿通された駆動用ワ
イヤ２４の動作に基づくトルクを受けることにより所望
の方向に所定量回動する。この時のトルク制御は操作部
１０６のダイアル１０６ａ，１０６ｂの操作に基づいて
決定され、プーリー１８が振動子アレイ部１４及びシリ
コンレンズ１６と共に回動する。また、プーリー１８に
は、駆動用ワイヤ２４とは別に、プーリー１８の回動角
度を検出する角度検出用ワイヤ２６が取り付けられてい
る。この角度検出用ワイヤ２６は、駆動用ワイヤ２４と
同様に、挿入部１０８を通って操作部１０６まで延びて
いる。なお、駆動用ワイヤ２４及び角度検出用ワイヤ２
６ともに、プーリー１８の両方向の回転に対応できるよ
うに、それぞれプーリー１８と操作部１０６との間を往
復して渡されている。例えば、操作部１０６から駆動用
ワイヤ２４の一方端を引くことによりプーリー１８が右
回転し、それに応じて角度検出用ワイヤ２６の一方端に
先端部１２側への張力が生じ、また駆動用ワイヤ２４の
他方端を引くことによりプーリー１８が左回転し、それ
に応じて角度検出用ワイヤ２６の他方端に先端部１２側
への張力が生じる。

【００２３】プーリー１８、すなわち振動子アレイ部１
４の回転に伴う角度検出用ワイヤ２６の動きは、操作部
１０６内に設けられたポテンショメータ（図示せず）に
伝達され、ポテンショメータはその動きに基づいて、振
動子アレイ部１４の回転角に応じて電気信号を発生す
る。超音波診断装置は、生体で反射して受信された超音
波信号と角度を示す電気信号等に基づいて、超音波画像
形成のための演算を行う。なお、振動子アレイ部１４の
回転と駆動用ワイヤ２４の動きとは連動するので、振動
子アレイ部１４の回転角度を駆動用ワイヤ２４の動きに
基づいて検出してもよい。

【００２４】本実施形態の超音波探触子１０の振動子ア
レイ部１４を含む上述の回転可能部分は、故障防止や超
音波探触子１０使用後の洗浄を容易とするといった観点
から、上部カバー２８ａ及び下部カバー２８ｂで構成さ
れる振動子ケース２８で密閉状態で覆われている。上部
カバー２８ａは、所定強度を有する樹脂等で構成されて
いる。一方、下部カバー２８ｂは、底面に向けて配置さ
れる振動子アレイ部１４の超音波送受面１４ａ（シリコ
ンレンズ１６）と対向する面に振動子アレイ部１４から
発せられた超音波を透過できる超音波透過部３０を有し
ている。図１の場合、下部カバー２８ｂ全体を超音波透
過性の材料、例えば、樹脂で構成し、部材の一体化、部
品点数の削減、シール性の向上等を行っている。なお、
超音波透過部３０は、例えば、０．５ｍｍ程度の膜で構
成され、振動子アレイ部１４を含む可動部分を外界から
完全に遮蔽しつつ、良好な超音波の送受信ができるよう
にしている。

【００２５】前述したように、振動子アレイ部１４に設
けられる超音波振動子は、信号ケーブル２０により操作
部１０６側から伝達される駆動パルスで励振され超音波
を発生し、その超音波は超音波透過部３０を介して生体
の被検部位へ放射される。また被検部位からのエコーは
超音波透過部３０を介して超音波振動子に達し受信さ
れ、さらに電気信号に変換され、この電気信号が信号ケ
ーブル２０を経由して操作部１０６側に伝達される。こ
のようにして、超音波探触子１０は、被検部位の超音波
画像を得るための信号を生成する。ここで、シリコンレ
ンズ１６は振動子アレイ部１４とともに回転する。すな
わち、シリコンレンズ１６は超音波透過部３０と相対的
に回転するため、それら両者を互いに固着することはで
きない。一方、前述のように超音波振動子と被検部位と
の間での超音波の送受信を良好に行うためには、シリコ
ンレンズ１６と超音波透過部３０との間での超音波の伝
達損失を低減する必要がある。そこで、シリコンレンズ
１６と超音波透過部３０との間の微小間隙には、音響整
合材として油３２が充填される。この油３２は、上に述
べたこの境界での音響的な損失を低減できると共に、シ
リコンレンズ１６を含む振動子アレイ部１４の回動の抵
抗と成らない低粘度のものが選択されることが好まし
い。本実施形態の場合、後述する熱伝達性のことを更に
考慮すると、例えば、油が好適である。なお、油３２が
振動子ケース２８内のステータ２２側に漏れ出さないよ
うにするため、各所にＯリング３４を配置しシールして
いる。これにより音響整合材である油３２は、超音波振
動子で構成される振動子アレイ部１４の超音波送受面１
４ａ（図１では超音波送受面１４ａに固定されたシリコ
ンレンズ１６）と超音波透過部３０の内面との間に満た
され、振動子ケース２８内に封入される。

【００２６】本実施形態の特徴的事項は、超音波探触子
１０の使用中に前記音響整合材である油３２の温度を測
定することにより、超音波探触子１０の表面温度を管理
するところである。本実施形態においては、油３２の温
度を測定するために、温度検出センサとして熱電対３６
を超音波振動子の超音波透過経路から外れた位置、つま
り、振動子ケース２８の下部カバー２８ｂの側方内壁面
でセンサ部を油３２中に浸けた状態で固定配置してい
る。もちろん、熱電対３６の配置にあたって、油３２に
漏れを防止するために、熱電対３６の装着部は樹脂等で
シールしている。

【００２７】ところで、超音波探触子１０の使用時の温
度を正確に管理するためには、実際に生体が接触する超
音波透過部３０表面の温度を測定することが望ましい
が、生体と接触する超音波透過部３０の表面に熱電対３
６を配置することは、実質的に不可能であり、また、極
薄い超音波透過部３０の内部に熱電対３６を配置して温
度の測定を行うことも困難である。また、比較的広い面
積を有する超音波透過部３０全体の温度を測定すること
も困難である。そこで、本実施形態の場合、超音波透過
部３０に最も近い油３２の温度を測定している。この
時、油３２が熱伝導性の高い場合、油３２全体の温度が
容易に均一化可能であり、単一の熱電対３６で温度測定
を行っても、油３２全体の温度と見なすことができる。
また、油３２が均一温度であると見なせる場合、油３２
内であれば、超音波振動子の超音波透過経路から外れた
位置で温度測定を行うことが可能になる。この場合、熱
電対３６の存在が超音波の送受信に影響を与えること、
つまり、熱電対３６が超音波画像に映り込んでしまうこ
とやノイズの原因に成ることを防止できる。さらに、熱
電対３６を超音波振動子の超音波透過経路から外れた位
置に配置できることにより、超音波診断装置側に引き出
される信号線３６ａの配置も容易になる。

【００２８】また、本実施形態の場合、超音波探触子１
０の振動子アレイ部１４、シリコンレンズ１６を含むプ
ーリー１８が回動することにより、油３２が攪拌され流
動する。その結果、特別な機構を設けることなく、油３
２の温度の均一化を容易かつ迅速に行うことが可能にな
る。もちろん、油３２の攪拌は別途、攪拌手段を設けて
行ってもよい。

【００２９】このように、超音波振動子の超音波送受面
１４ａ（シリコンレンズ１６）と超音波透過部３０の内
面との間に満たされ、流動可能な液状の音響整合材、つ
まり油３２の温度を測定することにより、超音波送受信
に影響を与えることなく、超音波探触子１０の表面近傍
の温度測定が可能になり、信頼度の高い超音波探触子の
温度管理を行うことができる。また、温度測定位置も複
数設ける必要はなく、１カ所の温度測定で、全体的な温
度管理を行うことが可能になる。

【００３０】図２には、本実施形態の超音波探触子１０
を接続した超音波診断装置３８の概略構成図が示されて
いる。超音波診断装置３８は、信号ケーブル２０を介し
て接続された超音波探触子１０における超音波の送受信
を制御する超音波送受信制御部４０、当該超音波送受信
制御部４０で受信された超音波やケーブル２６ａを介し
てポテンショメータから得られる振動子アレイ部１４の
回動角度に関する情報等に基づいて、超音波画像を形成
する画像形成部４２、形成した超音波画像や各種データ
の表示を行うディスプレイ４４、超音波の送受信に関す
る設定（送受信パワーやフォーカス、照射深度等）や画
像形成に関する各種設定を行う設定部４６等を含んでい
る。

【００３１】さらに、本実施形態の超音波診断装置３８
は、熱電対３６で測定した油３２の温度に基づいて、超
音波診断装置３８の制御を行う温度制御部４８を有して
いる。この温度制御部４８は、測定温度に基づいて、例
えば、超音波送受信制御部４０に対して超音波の送信パ
ワーの増減を行う制御を行ったり、必要に応じて、超音
波振動子の駆動を停止を制御することができる。本実施
形態の場合、極薄い超音波透過部３０の内側で流動する
油３２の温度を測定しているので、油３２の温度をほぼ
超音波探触子１０の生体接触部の温度と見なすことが可
能で、その温度に基づいて、超音波の送信パワー等の制
御が可能であるが、必要に応じて、超音波透過部３０に
おける温度減衰や油３２における測定誤差等を考慮した
温度補正を行った後、超音波の送信パワー等の制御を行
ってもよい。

【００３２】また、前記温度制御部４８には、警報部５
０が接続され、温度異常が認められた時にディスプレイ
４４に対して、メッセージやランプにより警報表示を出
力したり、図示しないスピーカを介して音声メッセージ
やアラームを出力して、超音波診断装置３８の使用者に
注意を促すことを可能にしている。

【００３３】このように、本実施形態の超音波診断装置
３８によれば、超音波探触子１０の生体接触部の温度に
基づいて、超音波の送信パワーの制御を容易に行うこと
が可能に成り、常に最適な状態で超音波探触子１０の駆
動を行うことが可能になり、効率よく高品質の超音波画
像を得ることができる。

【００３４】なお、本実施形態においては、経食道用の
小型の超音波探触子を例にとり説明したが、超音波振動
子の超音波送受面と前記超音波振動子を内包する探触子
ケースの内壁面との間に液状の音響整合材が満たされて
いる超音波探触子であれば、他のタイプや他の大きさの
超音波探触子でも、本実施形態と同様な構成で温度測定
を行うことが可能で、同様な効果を得ることができる。
また、図１の構成では、駆動用ワイヤ２６を用いて、プ
ーリー１８の回動を行う構成を説明しているが、モータ
やギア、その他の機構を利用してプーリー１８を駆動さ
せるタイプの超音波探触子でも、本実施形態と同様な構
成で温度測定を行うことが可能で、同様な効果を得るこ
とができる。さらに、本実施形態では、プーリー１８が
回動駆動するタイプを示したが、直線的な駆動や首振り
駆動するタイプの超音波探触子でも、本実施形態と同様
な構成で温度測定を行うことが可能で、同様な効果を得
ることができる。また、超音波振動子がメカニカル走査
しないタイプ、すなわち電子走査するタイプでも本実施
形態と同様な構成で温度測定を行うことが可能で、同様
な効果を得ることができる。なお、この場合、別途、音
響整合材を攪拌する攪拌手段を設けることが好ましい。
さらに、液状の音響整合材を油を例に取り説明したが、
液状であれば、粘度を有するものでも本実施形態と同様
な構成で温度測定を行うことが可能で、同様な効果を得
ることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、超音波振動子の超音波
送受面と超音波透過部の内面との間に満たされた液状の
音響整合材の温度を測定することにより、超音波送受信
に影響を与えることなく、超音波探触子の表面近傍の温
度測定が可能になり、信頼度の高い超音波探触子の温度
管理を行うことができる。

【００３６】また、超音波診断装置において、液状の音
響整合材の温度検出の結果に基づき、超音波探触子の制
御を行うことにより、効率的かつ最適な状態で超音波探
触子の駆動が可能になり、高品質の超音波画像を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る超音波探触子の先端
部の構造を説明する断面図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構
成を説明する構成ブロック図である。

【図３】 本発明の実施形態に係る超音波探触子の外形
形状を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０ 超音波探触子、１２ 先端部、１４ 振動子アレ
イ部、１４ａ 超音波送受面 １６ シリコンレンズ、
１８ プーリー、１８ａ 振動子ホルダ、２０信号ケー
ブル、２０ａ 信号線、２２ ステータ、２４ 駆動用
ワイヤ、２６角度検出用ワイヤ、２８ 振動子ケース、
２８ａ 上部カバー、２８ｂ 下部カバー、３０ 超音
波透過部、３２ 油（音響整合材）、３６ 熱電対、３
８超音波診断装置、４０ 超音波送受信制御部、４８
温度制御部、５０ 警報部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体内に超音波を放射して前記生体から
   超音波の反射波を受信する超音波振動子と、 前記超音波振動子を内包し、超音波透過部を有する振動
   子ケースと、 少なくとも前記超音波振動子の超音波送受面と超音波透
   過部の内面との間に満たされた液状の音響整合材と、 前記音響整合材の温度を検出する温度検出センサと、 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、 前記超音波振動子は、メカニカル走査機構に支持され、 前記温度検出センサは、 メカニカル走査によって流動した音響整合材の温度を検
   出することを特徴とする超音波探触子。
3. 【請求項３】 請求項２記載の超音波探触子において、 前記温度検出センサは、 前記超音波振動子の超音波透過経路から外れた位置に配
   置され、前記音響整合材の温度を検出することを特徴と
   する超音波探触子。
4. 【請求項４】 請求項３記載の超音波探触子において、 前記温度検出センサは、前記振動子ケースの側方内壁面
   でセンサ部を音響整合材中に浸けた状態で固定されてい
   ることを特徴とする超音波探触子。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の超音波探触子を接続可能な超音波診断装置であって、 前記温度検出センサの検出情報に基づいて、前記超音波
   振動子の温度制御を行う制御部を有することを特徴とす
   る超音波診断装置。