JP2004201818A - 超音波探触子 - Google Patents

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Abstract

【課題】超音波振動子を揺動させるための揺動機構の駆動に伴う振動を低減し、且つ、超音波振動子の位置ずれを抑制できる超音波探触子を提供する。
【解決手段】体腔内に挿入される挿入部と、体腔外にて操作者により把持されるグリップ部１とを有する超音波探触子であり、前記挿入部２は、振動子ユニット４と、これを揺動させる揺動機構とを有し、前記グリップ部１は、前記揺動機構を駆動する駆動力を発生するモータ５を有する。前記モータ５にはシャフト９の一端が連結され、前記シャフト９の他端は前記挿入部２に位置する。前記揺動機構は、前記シャフト９の他端に同軸的に取り付けられた第１のプーリ６と、前記振動子ユニット４の回転軸に同軸的に取り付けられた第２のプーリ７と、前記第１のプーリ６と前記第２のプーリ７とに掛け渡されたワイヤ８とを有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子を体腔内に挿入し、この超音波振動子により生体内に対して超音波の送受信を行なう超音波探触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療分野において使用される超音波診断装置を構成する探触子として、超音波振動子を被検者の体腔内に挿入し、体内において超音波走査を行う、体腔内挿入型超音波探触子が知られている。
【０００３】
図５は、従来の体腔挿入型超音波探触子の構造を示す模式的な断面図である（以下、「従来例１」という。）。このような構造の超音波探触子は、例えば、特開平２００１−３２７５０１号公報に記載されている。この探触子は、体腔内に挿入される挿入部１０２と、体腔外において操作者に把持されるグリップ部１０１とを備えている。挿入部１０２は細長いロッド形状を有しており、その先端付近に振動子ユニット１０３が内蔵されている。更に、挿入部１０２には、この振動子ユニット１０３を揺動させるための揺動機構が内蔵されている。従来例１において、揺動機構は、振動子ユニット１０３を挟持するように互いに平行に配置された一対のアーム部材１０４と、このアーム部材１０４に連結された連結アーム１０５と、この連結アーム１０５と傘歯車１０６を介して連結されたシャフト１０７とで構成されている。一方、グリップ部１０１には、前記揺動機構を駆動するための駆動力を発生するモータ１０８が内蔵されており、このモータ１０８は前記シャフト１０７に連結されている。このような超音波探触子においては、モータ１０８を駆動させると、シャフト１０７が挿入部の軸回りに回転し、この回転力が傘歯車１０６を介して連結アーム１０５に伝達され、連結アーム１０５が挿入部軸に直交する軸（以下、「揺動軸」という。）周りに回転する。この連結アーム１０５の回転により、アーム部材１０４が平行状態を維持したまま相互に逆進退し、これにより振動子ユニット１０３の揺動が実現する。
【０００４】
図６は、従来の体腔挿入型超音波探触子の別の構造を示す模式的な断面図である（以下、「従来例２」という。）。このような構造の超音波探触子は、例えば、特開平１０−１７９５８８号公報に記載されている。この探触子は、従来例１と同様に、振動子ユニット１０３を備えた挿入部１０２と、モータ１０８を備えたグリップ部１０１とを有している。従来例２において、振動子ユニットを揺動させるための揺動機構は、モータ１０８の回転軸に連結された駆動プーリ１０９と、振動子ユニット１０３の揺動軸１１０に連結された従動プーリ１１１と、これらのプーリの間に掛け渡されたワイヤ１１２とを備えている。このような超音波探触子においては、モータ１０８を駆動させると、駆動プーリ１０９が回転し、これによってワイヤ１１２が走行する。このワイヤ１１２の走行によって従動プーリ１１１が回転し、これに連結した振動子ユニット１０３の揺動が実現する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２００１−３２７５０１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１７９５８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例１においては、シャフトの挿入部軸周りの回転運動を、揺動軸周りの回転運動に変換する手段として、傘歯車１０６が使用されている。そのため、この揺動機構を駆動させた時に、歯車同士のあたりによる振動が発生しやすかった。このような振動は、超音波振動子の円滑な揺動運動、すなわち円滑な超音波走査の妨げとなり、正確な超音波画像を得ることを困難とするため、問題であった。
【０００８】
また、従来例２においては、揺動機構として、従来例1のような歯車を用いることなく、プーリおよびワイヤで構成された駆動機構を採用している。しかしながら、このワイヤ１１２が、グリップ部１０１のモータ１０８に設けられた駆動プーリ１０９と、挿入部１０２先端の振動子ユニット１０３に設けられた従動プーリ１１１との間に掛け渡されるため、ワイヤ長が長くなる。そのため、ワイヤの弛みが発生しやすく、従動プーリの位置ずれ、ひいてはこれに連結された超音波振動子の位置ずれが発生しやすかった。このような位置ずれもまた、正確な超音波画像を得ることを困難とするため、問題であった。
【０００９】
本発明は、超音波振動子を円滑に揺動運動させ、かつ、超音波振動子の位置ずれを低減することによって、正確な超音波画像を得ることを可能とする超音波探触子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の超音波探触子は、体腔内に挿入される挿入部と、体腔外にて操作者により把持されるグリップ部とを有する超音波探触子であって、前記挿入部は、超音波を送受信するための振動子ユニットと、これを揺動させる揺動機構とを有し、前記グリップ部は、前記揺動機構を駆動するためのモータを有しており、前記振動子ユニットは回転軸を有し、前記モータにはシャフトの一端が連結し、前記シャフトの他端は前記挿入部に位置し、前記揺動機構は、前記シャフトの他端に同軸的に取り付けられた第１のプーリと、前記振動子ユニットの回転軸に同軸的に取り付けられた第２のプーリと、前記第１のプーリおよび第２のプーリに掛け渡されたワイヤとを有し、前記モータで発生した揺動は、前記揺動機構における前記第１のプーリ、前記ワイヤおよび前記第２のプーリによって振動子ユニットに伝達されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記の超音波探触子において、グリップ部のモータによる駆動力を、シャフトを介して第１のプーリに伝達してこれを回転させ、第１のプーリの回転運動をワイヤを介して第２のプーリに伝達してこれを回転させることにより、振動子ユニットを揺動させることができる。このように、振動子ユニットを、歯車を使用することなく、ワイヤ駆動により揺動させるため、揺動機構を駆動させる際に発生する望ましからざる振動を低減することができる。
【００１２】
また、モータの駆動力はシャフトを通じて挿入部の揺動機構に伝達され、ここで前記駆動力はワイヤによって振動子ユニットに伝達される。そのため、ワイヤの長さを比較的短くすることができ、ワイヤの弛みを低減することができ、振動子ユニットの位置ずれを低減することが可能となる。
【００１３】
前記超音波探触子においては、前記第１のプーリの直径と前記第２のプーリの直径とが、同一であることが好ましい。この好ましい例によれば、第１のプーリと第２のプーリの回転角度が同一となるため、超音波振動子の揺動運動の制御が容易となる。
【００１４】
また、前記超音波探触子においては、前記シャフト他端の回転軸方向と前記振動子ユニットの回転軸の回転軸方向とが直交するように、前記両者が配置されており、前記揺動機構において、前記第１のプーリおよび前記第２のプーリに掛け渡されている前記ワイヤの走行方向が、途中で鉛直方向に変化していることが好ましい。この好ましい例によれば、ワイヤの走行方向を、第１のプーリの外周面上においては第１のプーリの回転軸と直交し、第２のプーリの外周面上においては第２のプーリの回転軸と直交させることができる。そのため、プーリの外周面上においてワイヤがプーリの回転軸方向に滑ることを抑えることができる。
【００１５】
この好ましい例を実現するための形態としては、例えば、前記ワイヤの走行方向を鉛直方向に変えるための第３のプーリを有する形態が挙げられる。
【００１６】
また、前記超音波探触子においては、前記第１のプーリおよび前記第２のプーリの外周面に、前記ワイヤを掛止するための溝が形成されていることが好ましい。この好ましい例によっても、プーリの外周面上においてワイヤがプーリの回転軸方向に滑ることを抑えることができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の超音波探触子の一例を示す模式的な断面図である。この超音波探触子は、体腔内に挿入される挿入部２と、体腔外において操作者によって把持されるグリップ部１とを備えている。
【００１９】
グリップ部１には、後述する揺動機構を駆動させる駆動力を発生するためのモータ５が内蔵されている。更に、図示を省略するが、グリップ部１には、このモータ５の回転角度、回転方向および回転速度などを制御するためのモータ制御系が内蔵されている。また、図示を省略するが、このグリップ部１からはケーブルが引き出されており、このケーブルによって超音波診断装置本体に接続することができる。
【００２０】
挿入部２は、その先端部に配置される超音波振動子格納部２ａと、この超音波振動子格納部２ａを体腔内の所望の位置に配するためのロッド部２ｂとを含む。
【００２１】
挿入部２において、その超音波振動子格納部２ａ内には、振動子ユニット４が格納されている。振動子ユニット４は、超音波振動子４ｂと、これを保持するホルダ４ａと、ホルダ４ａを支持する支持軸４ｃとを備えている。この支持軸４ｃは、超音波振動子格納部２ａの筐体３の内壁面に設けられた軸受け（図示せず。）によって、その両端部を回動自在に支持される。これにより、ホルダ４ａに保持された超音波振動子４ｂを、支持軸４ｃの回転に連動させて、この支持軸４ｃを軸として揺動させることが可能となる。
【００２２】
また、図示を省略するが、振動子ユニット４においては、超音波振動子４ｂの超音波の送受信面と対向するように音響レンズが配置され、超音波振動子４ｂと音響レンズとの間に音響結合媒体が充填され、超音波振動子４ｂの送受信面の背面に、超音波を吸収するバッキング層が配置されている。また、振動子ユニット４からは、超音波振動子に対して電気信号の送受信を行なうための複数の信号線が引き出されており、この信号線は、ロッド部２ｂを通してグリップ部１に導かれる。
【００２３】
更に、挿入部２には、この振動子ユニット４を揺動させるための揺動機構が内蔵されている。図２（ａ）は、この揺動機構の構造の一例を示す模式的な断面図であり、（ｂ）はこれを下方から観察したものである。この揺動機構は、前記モータ５に連結されたシャフト９と、シャフト９の先端に取り付けられた第１のプーリ６と、振動子ユニット４に取り付けられた第２のプーリ７と、これらのプーリ間に掛け渡されたワイヤ８とを備えている。
【００２４】
シャフト９は、例えばフレキシブルシャフトであり、ロッド部２ｂ内に配置される。なお、ロッド部２ｂ内には、前述したように、超音波振動子から引き出された信号線が配置されるため、この信号線との接触を防止するため、シャフト９にはカバーが設けられていることが好ましい。
【００２５】
一方、第１のプーリ６、第２のプーリ７およびワイヤ８は、超音波振動子格納部２ａ内に配置される。第１のプーリ６は、その回転軸がシャフト９の回転軸（以下、「シャフト軸」という。）と一致し、第２のプーリ７は、その回転軸が振動子ユニット４の回転軸（すなわち、支持軸４ｃ）と一致するように取り付けられる。そして、これらのプーリ間に、無端（すなわち、ループ状）のワイヤ８が走行可能なように掛け渡されている。これにより、シャフト９の回転に連動させて第１のプーリ６を回転させ、この回転運動をワイヤ８を介して第２のプーリ７に伝達してこれを回転させ、この第２のプーリ７の回転に連動させて振動子ユニット４を回転（揺動）させることができる。
【００２６】
第１のプーリ６の直径と、第２のプーリ７の直径とは同一であることが好ましい。なお、「直径」とは、プーリのワイヤが掛止される部分の直径を意味する。例えば、プーリの外周面にワイヤ溝が形成されている場合、プーリの直径とは、この溝に沿ってプーリを切断した断面の直径となる。
【００２７】
図３に示すように、第１および第２のプーリの直径を、それぞれ、ｄ１およびｄ２とし、第１および第２のプーリの回転角度を、それぞれ、θ１およびθ２とすると、これらの値には、通常、θ１×ｄ１＝θ２×ｄ２なる関係が成立する。よって、第１のプーリ６の直径ｄ１と、第２のプーリ７の直径ｄ２とを同じにすることで、θ１＝θ２とすることができ、第１のプーリ６の回転角度と第２のプーリ７の回転角度を同じにすることができる。
【００２８】
例えば、モータ５の回転が第１のプーリ６にそのまま伝達され（すなわち、モータ５の回転角度が第１のプーリ６の回転角度と同一である。）、第２のプーリ７の回転が振動子ユニット４にそのまま伝達される（すなわち、第２のプーリ７の回転角度が振動子ユニット４の回転角度と同一である。）場合、第１のプーリ６の回転角度と第２のプーリ７の回転角度が同一であれば、モータ５と振動子ユニット４の回転角度を同一とすることができる。その結果、比較的簡単なモータ制御系によって、容易に超音波振動子の揺動運動の制御することが可能となる。
【００２９】
また、ワイヤ８は、第１のプーリ６の外周面上においては第１のプーリ６の回転軸に直交する方向に走行し、第２のプーリ７の外周面上においては第２のプーリ７の回転軸に直交する方向に走行することが好ましい。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、例えば、プーリ７の回転軸４ｃに対してワイヤ８の走行方向が直交していない場合（図中の角度αが９０度でない場合）、ワイヤを引っ張る力（Ｆ）としては、プーリの回転軸４ｃに直交する方向に働く力（Ｆ１）のほかに、プーリの回転軸４ｃと平行な方向に働く力（Ｆ２）とが発生する。このような回転軸と平行な方向に働く力（Ｆ２）が発生すると、プーリの周面上において、ワイヤがプーリの回転軸方向に滑るという現象が生じやすくなる。
【００３１】
これに対して、図４（ａ）に示すように、プーリ７の回転軸４ｃに対してワイヤ８の走行方向が直交する場合（図中の角度αが９０度である場合）、プーリの回転軸と平行な方向に働く力が発生しないため、プーリの周面上におけるワイヤの滑りを抑制することができる。
【００３２】
上記のようなワイヤ滑り抑制効果は、プーリの回転軸とワイヤの走行方向との角度が９０度に近いほど大きくなる。しかしながら、この角度は厳密に９０度である必要はなく、ワイヤの滑りが生じないか、または生じたとしても許容できる程度に抑制できる範囲であればよい。このような角度の範囲は、プーリおよびワイヤの材料および表面状態などにもよるが、例えば９０±１０度、好ましくは９０±５度である。
【００３３】
第１のプーリ６の回転軸と第２のプーリ７の回転軸とが互いに平行でない場合、両プーリにおいて回転軸に直交する方向にワイヤ８を走行させるためには、第１のプーリ６周面上と第２のプーリ７周面上とで、ワイヤ８の走行方向を変化させる必要がある。このような場合、図に示すように、第１のプーリ６と第２のプーリ７との間に、ワイヤ８の走行方向を変化させるための中間プーリ１０、１１を設ければよい。
【００３４】
また、上記のようなワイヤの滑りを抑制する別の方法としては、プーリの外周面に周方向に伸びるワイヤ溝を形成し、このワイヤ溝にワイヤを掛止するという方法が挙げられる。更に、このワイヤ溝の形成と、中間プーリによるワイヤの走行方向の変換とを併用すれば、ワイヤの滑りをほぼ確実に防止することも可能である。
【００３５】
次に、上記超音波探触子の動作について説明する。
【００３６】
モータ５を駆動させ、この回転運動をシャフト９を介して第１のプーリ６に伝達し、これを回転させる。この第１のプーリ６の回転運動を、ワイヤ８を介して第２のプーリ７に伝達し、これを回転させる。このとき、ワイヤ８は、第１のプーリ６上では第１のプーリ６の回転軸に直行する方向に走行するが、中間プーリ１０および１１において走行方向が変化し、第２のプーリ上７では第２のプーリ７の回転軸に直行する方向に走行する。これにより、第１のプーリ６の回転軸（すなわち、シャフト軸）周りの運動を、第２のプーリ７の回転軸（すなわち、支持軸４ｃ）周りの運動に変換して伝達することができる。この第２のプーリ７の回転に連動して、振動子ユニット４が支持軸４ｃ周りに揺動運動する。
【００３７】
このように、上記超音波探触子においては、超音波振動子をワイヤ駆動により揺動運動させるため、前述の従来例１で問題とされていたような歯車の当たりがなくなり、揺動機構を駆動させる際に発生する望ましからざる振動を低減することができる。また、モータの駆動力を、プーリおよびワイヤに直接伝達するのではなく、シャフトを介して伝達するため、ワイヤの長さを比較的短くすることができる。その結果、ワイヤの弛みを低減することができ、超音波振動子の位置ずれを低減することが可能となる。
【００３８】
次に、上記超音波探触子を用いた超音波診断装置の一例について説明する。この超音波診断装置は、主な構成要素として、超音波探触子および装置本体を備えている。超音波探触子は、前述したような本実施形態にかかる超音波探触子である。装置本体は、探触子を駆動させる制御部と、探触子に対して信号の送受信を行なう送受信部と、受信された信号に基づいて被検物の画像を作成する画像構成部と、作成された断層像を表示する画像表示部とを備えている。
【００３９】
上記超音波診断装置の動作について以下に説明する。まず、体腔外にて操作者が探触子のグリップ部を保持して、挿入部を体腔内に挿入して、被検物の近傍に超音波振動格納部を配置する。次に、超音波診断装置の送受信部から、電気信号（送信信号）を超音波探触子に送信する。送信信号は、探触子の超音波振動子において超音波に変換されて、被検物に送波される。この超音波は被検物で反射され、その反射波の一部が超音波振動子で受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波診断装置の送受信部に送信される。この送受信動作を、探触子において超音波振動子の揺動運動を実施しながら、繰り返し行なうことにより、超音波の走査が可能となる。なお、超音波振動子の揺動は、超音波診断装置の制御部からの駆動信号によりモータを駆動させて、探触子の揺動機構を前述したように動作させることによって実現する。そして、受信信号が各種の処理を受けた後に画像構成部に出力され、画像構成部において受信信号に基づいて被検物の超音波画像（断層像など）が作成され、これが画像表示部に出力される。
【００４０】
上記超音波診断装置によれば、超音波探触子において揺動機構を駆動させる際の望ましからざる振動が低減されるため、超音波振動子の円滑な揺動運動、すなわち円滑な超音波走査を実施することができ、正確な超音波画像を得ることができる。また、超音波探触子において揺動機構のワイヤの弛みを低減することができ、超音波振動子の位置ずれを低減することができるため、正確な超音波画像を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の超音波探触子によれば、超音波振動子をワイヤ駆動により揺動させるため、超音波振動子を揺動させる際に発生する望ましからざる振動を低減することができる。また、モータの駆動力を、プーリおよびワイヤにシャフトを介して伝達するため、ワイヤの長さを比較的短くすることができ、そのため、ワイヤの弛みを低減し、超音波振動子の位置ずれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波探触子の構造の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】上記超音波探触子の挿入部内部の構造を説明するための模式図であり、（ａ）が側面方向から観察した図であり、（ｂ）が下方から観察した図である。
【図３】上記超音波探触子における第１および第２のプーリの直径および回転角度の関係を説明するための模式図である。
【図４】上記超音波探触子におけるプーリの回転軸とワイヤの走行方向との関係を説明するための模式図であり、（ａ）が好ましい例を示す模式図であり、（ｂ）は別の一例を示す模式図である。
【図５】従来例１に係る超音波探触子の構造を示す模式的な断面図である。
【図６】従来例２に係る超音波探触子の構造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１、１０１ グリップ部
２、１０２ 挿入部
３ 筐体
４、１０３ 振動子ユニット
４ａ ホルダ
４ｂ 超音波振動子
４ｃ、１１１ 支持軸
５、１０８ モータ
６ 第１のプーリ
７ 第２のプーリ
８、１１２ ワイヤ
９、１０７ シャフト
１０、１１ 中間プーリ
１０４ アーム部材
１０５ 連結アーム
１０６ 傘歯車
１０９ 駆動プーリ
１１１ 従動プーリ

Claims (5)

  1. 体腔内に挿入される挿入部と、体腔外にて操作者により把持されるグリップ部とを有する超音波探触子であって、
    前記挿入部は、超音波を送受信するための振動子ユニットと、これを揺動させる揺動機構とを有し、前記グリップ部は、前記揺動機構を駆動するためのモータを有しており、前記振動子ユニットは回転軸を有し、前記モータにはシャフトの一端が連結し、前記シャフトの他端は前記挿入部に位置し、
    前記揺動機構は、前記シャフトの他端側に設けられた第１のプーリと、前記振動子ユニットの回転軸に同軸的に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリおよび第２のプーリに掛け渡されたワイヤとを有し、
    前記モータで発生した揺動は、前記揺動機構における前記第１のプーリ、前記ワイヤおよび前記第２のプーリによって振動子ユニットに伝達されることを特徴とする超音波探触子。
  2. 前記第１のプーリの直径と前記第２のプーリの直径とが、同一である請求項１に記載の超音波探触子。
  3. 前記シャフト他端の回転軸方向と前記振動子ユニットの回転軸の回転軸方向とが直交するように、前記両者が配置されており、前記揺動機構において、前記第１のプーリおよび前記第２のプーリに掛け渡されている前記ワイヤの走行方向が、途中で鉛直方向に変化している請求項１または２記載の超音波探触子。
  4. 前記揺動機構において、前記ワイヤの走行方向を鉛直方向に変えるための第３のプーリを有する請求項３記載の超音波探触子。
  5. 前記第１のプーリおよび前記第２のプーリの外周面に、前記ワイヤを掛止するための溝が形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探触子。
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