JP2004298463A

JP2004298463A - 超音波探触子

Info

Publication number: JP2004298463A
Application number: JP2003096244A
Authority: JP
Inventors: Shigeyoshi Hasegawa; 重好長谷川; Kiyoshi Fujii; 清藤井; Yukio Sakagaito; 征雄坂垣内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Also published as: US20060191345A1; WO2004086975A1; US7481115B2

Abstract

【課題】外部からの衝撃に対する耐性に優れた、信頼性の高い超音波探触子を提供する。
【解決手段】超音波を走査しながら送受信する超音波素子ユニット５と、前記超音波素子ユニット５を格納する格納部１と、前記格納部１内に充填された音響媒体液７とを備えた超音波探触子において、前記超音波素子ユニット５を、弾性を有する台座６によって支持し、前記格納部１を、前記台座６によって液密に封止した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探触子に関するものであり、更に詳しくは、外部からの衝撃に対する耐性に優れた超音波探触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置に用いられる超音波探触子としては、超音波を送受信する超音波素子を、生体に近い音響インピーダンスを有する音響結合媒体を封入した格納部内で回転させるものが知られている。このような超音波探触子においては、超音波素子と、これを回転させるための回転機構部とが格納部内に配置されているが、これらの素子は、ネジによる締結、接着剤による接着などによって、格納部を構成する筐体またはフレームに固定されていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２７４９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波探触子においては、例えば取り扱い不注意などによる落下または打撃など、外部から強い機械的衝撃が与えられた場合に、格納部内に衝撃が伝わり、精密な機構で構成されている超音波素子および回転機構部が応力を直接的に受けてしまうという問題があった。なかでも、体腔内の診断を主な用途とする超音波探触子は、極めて小型化であるため、その内部の精密機構が衝撃を受けるということは、破損や故障の面から特に問題であった。
【０００５】
また、従来の超音波探触子において、格納部は、通常、樹脂製のウインドウとフレームとを接合することによって構成されているが、外部から衝撃が加えられた場合、このウインドウとフレームとの間に間隙が生じ、格納部内に気泡が混入するおそれがあった。格納部に気泡が混入すると、これが超音波の反射体となり、超音波の送受信を阻害するため、問題であった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、外部からの衝撃に対する耐性に優れた、信頼性の高い超音波探触子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】
前記目的を達成するため、本発明の超音波探触子は、超音波を走査しながら送受信する超音波素子ユニットと、前記超音波素子ユニットを格納する格納部と、前記格納部内に充填された音響媒体液とを備え、前記超音波素子ユニットが、弾性を有する支持部材によって支持されており、前記格納部が、前記支持部材によって液密に封止されていることを特徴とする。
【０００８】
上記超音波探触子によれば、格納部内において、超音波素子ユニットが弾性を有する支持部材によって支持されている。そのため、外部から衝撃が加えられた場合であっても、支持部材が衝撃を吸収し、超音波素子ユニットにかかる応力が緩和される。
【０００９】
更に、支持部材は、その弾性を利用して、格納部内を液密に封止するシール部材としても機能する。よって、外部から衝撃が加えられた場合であっても、この支持部材によるシール機能により、格納部内の液密状態が破れて気泡が混入することを抑制できる。
【００１０】
前記超音波探触子は、更に、前記音響媒体液を加圧し、前記格納部内を正圧とする加圧手段を備えることが好ましい。この好ましい例によれば、格納部内の圧力が外圧よりも高くなるため、格納部を構成する樹脂などの材料を透過して気泡が混入することを抑制することができる。
【００１１】
前記超音波探触子は、更に、前記音響媒体液が前記格納部との間で流通可能なように、前記格納部に連結されたリザーバを備えることが好ましい。この好ましい例によれば、リザーバによって、温度変化などによる音響媒体液の体積変化にともなった格納部の内圧変動を吸収することができる。その結果、格納部の内圧を所望範囲に維持して、格納部への気泡の混入を抑制することができる。
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る超音波探触子の構造の一例を示す断面図である。この超音波探触子は、超音波診断に用いられる探触子であり、その一部を被検者の体腔内に挿入し、この体腔内において超音波走査を行う、体腔内挿入型探触子である。この超音波探触子は、体腔内に挿入される挿入部１００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２００とを備えている。
【００１４】
挿入部１００は、その先端部に配置される格納部１と、この格納部１を体腔内の所望の位置に配するためのロッド部２とを含む。図２は、格納部１の構造を示す斜視図である。格納部１は、ウインドウ３とフレーム４が接合されて構成されており、その内部には超音波素子ユニット５が格納されている。なお、図２は、格納部内部の構造が容易に理解できるよう、ウインドウを外した状態を示している。
【００１５】
超音波素子ユニット５は、振動子５ａと、これを保持し、回転させる回転機構部とを含む。回転機構部は、磁気により回転が誘導される自己回転型モータであり、振動子を搭載したロータ５ｂと、このロータを回転自在に支持するブラケット５ｃと、ロータに回転力を付与するための磁石（図示せず。）とを備えている。このような回転機構部によれば、ロータ５ｂの回転に連動させて、振動子５ａを回転させ、円軌道による超音波の機械走査を実現することができる。また、図示を省略するが、超音波素子ユニット５からは、振動子５ａおよび回転機構部を駆動させるための電気信号を送受信する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２を通してグリップ部２００に導かれる。
【００１６】
更に、格納部１には台座６が設けられており、前記回転機構部のブラケット５ｃは、この台座６上に固定されている。台座６は、回転機構部を支持する弾性部材であり、その弾性によって、回転機構部に加わる外部からの衝撃を緩衝する。また、台座６は、ウインドウ３の内壁に密接するように設けられており、格納部１を液密に封止している。
【００１７】
台座６の材料は、弾性を有するものであれば特に限定するものではないが、ゴムが好適に使用される。また、台座６の弾性については、回転機構部に加わる外部からの衝撃を緩衝でき、且つ、回転機構部を支持することができる範囲に設定され、例えば、ゴムを使用する場合であれば、その硬度は３０〜９５（ＪＩＳスプリング式、単位：Ｈｓ）の範囲に設定されることが好ましい。また、台座６の形状については、特に限定するものではないが、例えば、回転機構部が搭載される部分を中空の凸部とした形状（例えば、ハット（Ｈａｔ）のような形状）や、回転機構部が搭載される面に同心円状の複数の溝が形成された形状などが挙げられる。
【００１８】
格納部１には、脱気した音響媒体液７が充填されている。また、台座６およびフレーム４には貫通孔が設けられており、この貫通孔には、ロッド部２を通ってグリップ部２００にまで伸びたパイプが連結され、このパイプ８内にも音響媒体液７が充填されている。これにより、格納部１は、このパイプ８を介して、後述する加圧手段９およびリザーバ１０との間で音響媒体液７が連通するように構成される。
【００１９】
グリップ部２００には、格納部１の内圧を調整するための、加圧手段９およびリザーバ１０が格納されている。また、グリップ部２００からはケーブル３００が引き出されており、超音波探触子は、このケーブル３００を介して超音波診断装置に接続される。図３は、この加圧手段９およびリザーバ１０の構造を示す断面図である。
【００２０】
加圧手段９は、音響媒体液７を加圧することにより、格納部１内を正圧にするものである。図３において、この加圧手段９は、音響媒体液７を格納部１内に押し出すように構成されたシリンジポンプである。このシリンジポンプは、パイプ８に連結されたシリンダと、このシリンダ内に配置されたピストン９ａとを備えている。なお、シリンダとしては、図３に示すように、パイプ８の一部をそのまま使用することも可能である。また、シリンダ（パイプ８）とピストン９ａとの間は、その両者間にＯリング９ｂが配置されることにより、液密性が確保されている。
【００２１】
更に、グリップ部２００には、パイプ８にノズル１１を介して連結されたリザーバ１０が格納されている。このリザーバ１０には音響媒体液７が充填されており、前述したように、格納部１との間で音響媒体液７が連通するよう構成されている。リザーバ１０は、内部に液体が充填された場合に、その充填量に応じた容積変化が可能な弾性容器で構成される。
【００２２】
リザーバ１０の容積変化は、材料の伸びによる容積変化だけでなく、容器の形状変化による容積変化であることが好ましい。換言すれば、容器の表面積を変化させることなく、その容積を変化させることが可能であることが好ましい。更に、材料の伸びによる容積変化よりも、容器の形状変化による容積変化のほうが優先的に生じることが好ましい。
【００２３】
図４は、この好適なリザーバに液体を充填した場合の、液体充填量と内部圧力との関係の一例を示す特性図である。このリザーバにおいては、液体充填量が比較的少ない領域では、材料の伸びは生じず、容器の形状変化による容積変化が優先的に生じる。通常、容器の形状変化を生じさせるのに要する内部圧力は、材料の伸び生じさせるのに要する内部圧力に比べて小さい。よって、前記リザーバにおいては、液体充填量が比較的少ない領域（Ｖ１）では、本図に示すように、リザーバの内部圧力の変化が小さくなる。これに対して、液体充填量が、容器の変形による容積変化の限界を超えて多くなる領域（Ｖ２）では、材料の伸びが生じるため、リザーバの内部圧力の変化が大きくなる。この変形による容積変化の限界における内部圧力（Ｐ）は、特に限定するものではないが、例えば８００ｈＰａ〜１００ｈＰａ、好ましくは５００ｈＰａ〜３００ｈＰａである。なお、図４において、Ｖ１およびＶ２領域での特性変化は、直線に限定されることなく、曲線であっても何ら問題はない。
【００２４】
図５は、上記のような好適な特性を有するリザーバ１０の形状の一例を示す断面図であり、図３のＢ−Ｂ’断面に相当する。本図に示すように、リザーバ１０は、凹部を有する容器で構成されることが好ましい。特に、例えば断面が星型となる容器など、Ｖ字溝状の凹部を有する容器であることが好ましい。また、このリザーバ１０は、内部に液体が存在しない状態においても上記形状を維持することが可能であり、且つ、その内部に液体が自然流入した状態では変形が生じないことが好ましい。
【００２５】
なお、前記リザーバ１０に用いられる容器としては、弾性を有するものであれば、特に限定するものではないが、例えば、ゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどの樹脂材料、または、容易に変形可能な程度の厚みを有する金属材料などを用いることができる。
【００２６】
次に、上記超音波探触子の動作について説明する。
【００２７】
まず、被検物の近傍に超音波探触子を配置し、回転機構部を駆動させ、ロータ９ｂを回転させる。これにより、ロータ９ｂに搭載された振動子９ａが回転運動を行う。次に、超音波診断装置からの電気信号（送信信号）が振動子９ａに送信される。この送信信号は、振動子９ａにおいて超音波に変換され、音響媒体液７を伝播し、ウインドウ３から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振動子９ａで受波され、電気信号（受信信号）に変換されて、超音波診断装置に送信される。受信信号は、超音波診断装置において、画像データに変換される。
【００２８】
この超音波の送受信動作を、ロータ９ｂを回転させ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。上記超音波探触子においては、ロータ９ｂの回転に連動して振動子９ａが回転するため、ロータ９ｂの回転軸を中心に３６０°の走査が可能である。このような走査により、回転軸に垂直方向の円板状断層像を得ることができるが、通常、超音波診断装置においては、その一部の選択角度と対応して、扇形状の画像が断層像として表示される。また、ロータ９ｂに振動子９ａを複数搭載した場合、振動子９ａとして同種のものを使用すれば走査速度が倍速となり、異種のものをしようすれば異なる複数種の断層像を得ることができる。
【００２９】
上記超音波探触子においては、超音波素子ユニット５が、弾性を有する台座６上に固定されている。そして、この台座６が外部からの衝撃を吸収するため、この外部衝撃による超音波素子ユニットへの応力を緩和することができる。そのため、落下などの衝撃に伴う変形や破損を抑制することができ、探触子の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
なお、上記説明は、超音波を機械的に走査する超音波素子ユニットを用いた探触子を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アレイ素子を用いた電子走査の超音波素子ユニットを用いた探触子であってもよい。
【００３１】
次に、前記加圧手段の機能について説明する。
【００３２】
前述したように、加圧手段は、格納部内を正圧とするものである。ウインドウが硬質樹脂で構成される場合、これは僅かではあるが気体透過性を示すため、長期間経過すると格納部内に気泡が混入する恐れがある。しかしながら、加圧手段を設けることにより、格納部内を正圧とすることができるため、上記のような気泡の混入を抑制することができる。
【００３３】
また、図１および図３に示すような、シリンジポンプによる加圧手段９を用いれば、探触子の組立において、格納部内へ音響媒体液を充填する際に、加圧手段のシリンダ（図１の例においては、パイプ８）の端部（格納部とは反対側の端部）を液体注入口として利用することができる。以下、この音響媒体液の充填手順について、図１および図３の探触子を例にあげて説明する。まず、ピストン９ａおよびＯリング９ｂが挿入されていない状態で、パイプ８の端部に液体注入用チューブを接続し、このチューブから音響媒体液７を注入する。この液体注入は、例えば、パイプ８内を陰圧にしたり、温度を上昇させるなどの方法によって、液体がパイプ８内に浸入し易い状態として実施することができる。液体を所定量注入した後、パイプ８から液体注入用チューブが外される。このとき、格納部１およびパイプ８内の圧力はほぼ平衡状態に保たれる。その後、パイプ８の前記端部からＯリング９ｂを備えたピストン９ａを挿入する。パイプ８内でのピストン９ａの位置は、その押込み量によって任意の位置に調整される。
【００３４】
このとき、ピストン９ａの挿入によって、パイプ８内の音響媒体液７が加圧され、これによって格納部１の内圧が正圧となる。この格納部１の内圧は、ピストン９ａの押込み量によって調整することができ、例えば、予め押込み量と内圧との関係を調べておけば、ピストン９ａを定位置に止めるという簡単な操作のみで所望の内圧を得ることができる。なお、超音波探触子内の音響媒体液７の初期圧力は、目標あるいは設定する最低温度、例えば零下１０度において、正圧となるように設定される。
【００３５】
このように、上記加圧手段を採用することにより、格納部内を正圧にするための専用の注入口やバルブ機構を必要としない。従って、音響結合媒体液を注入するための注入機構部を簡素化でき、小スペースでの部品配置が可能で、部品点数も少なくなり、総じて探触子の小型化および低価格化を図ることが可能となる。
【００３６】
次に、リザーバの機能について説明する。
【００３７】
前述したように、リザーバは、格納部と連通するように設けられた容積変化可能な容器である。このような容器を設けたことにより、温度変化などに伴う音響媒体液の体積変化を吸収し、格納部の内圧変動を抑制することができる。すなわち、音響媒体液が収縮し、格納部の内圧が低下した場合は、リザーバの容積減少によって、リザーバから格納部内に音響媒体液が補充され、格納部の内圧を上昇させることができる。また、音響媒体液が膨張し、格納部の内圧が上昇した場合は、リザーバの容積増加によって、格納部の内圧を低下させることができる。
【００３８】
特に、リザーバとして、前述したような、材料の伸びによる容積変化よりも、容器の形状変化による容積変化のほうが優先的に生じるもの（例えば、図４に示すような特性を有するもの）を使用すれば、格納部の圧力変動を更に抑制することが可能となる。これについて、図１および図３の探触子（すなわち、加圧手段を備えた探触子）であって、そのリザーバが図４に示すような特性を有する場合を例に挙げて、以下に説明する。
【００３９】
まず、前述したような手順に従って音響媒体液７を充填する場合、格納部１内へ音響媒体液７を充填した後であって、加圧手段９による音響媒体液７への加圧を実施する前の状態においては、格納部１内の圧力は外部圧力との平衡状態が得られる。このとき、リザーバ１０は装着初期状態での形状を保っており、その内圧は外部圧力とほぼ同等である。続いて、加圧手段９により音響媒体液７が加圧されると、音響媒体液７が更にリザーバ１０内へ流入し、液体に圧力がかかる。このとき、リザーバ１０においてはまだ材料自体の伸びは発生せず、形状変形のみが発生する。すなわち、図４におけるＶ１−Ｐ１領域の状態である。
【００４０】
このような状態において、温度上昇により液体が膨張した場合、この膨張した液体によってリザーバ１０の容積が増加する。この容積変化は、材料の伸びによるものではなく、形状変化によるものである。すなわち、図４のＶ１−Ｐ１領域に示すように、若干の圧力上昇は招くものの、材料の伸びによる容積変化に比べて、その程度は明らかに小さい。よって、格納部の内圧変化は比較的小さい範囲に抑えられるため、探触子の性能への影が小さい。反対に、温度降下により液体が収縮した場合、リザーバ１０の容積が減少する。この場合においても、同様に、図４のＶ１−Ｐ１領域に示すように、若干の圧力降下を招くがその程度は小さいため、探触子の性能低下は抑制される。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波探触子によれば、格納部内において、超音波素子ユニットが弾性を有する支持部材によって支持されているため、外部から衝撃が加えられた場合であっても、支持部材が衝撃を吸収し、超音波素子ユニットにかかる応力を緩和することができる。更に、支持部材は、その弾性を利用して、格納部内を液密に封止するシール部材としても機能する。よって、外部から衝撃が加えられた場合であっても、この支持部材によるシール機能により、格納部内の液密状態が破れて気泡が混入することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかか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格納部内の構造を示す斜視図である。
【図３】上記超音波探触子の加圧手段およびリザーバの構造を示す斜視図である。
【図４】リザーバに液体を充填した場合の、液体充填量と内部圧力との関係の一例を示す特性図である。
【図５】上記超音波探触子のリザーバの形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１格納部
２ロッド部
３ウインドウ
４フレーム
５超音波素子ユニット
５ａ振動子
５ｂロータ
５ｃブラケット
６台座
７音響媒体液
８パイプ
９加圧手段
９ａピストン
９ｂＯリング
１０リザーバ
１１ノズル
１００挿入部
２００グリップ部
３００ケーブル

Claims

超音波を走査しながら送受信する超音波素子ユニットと、前記超音波素子ユニットを格納する格納部と、前記格納部内に充填された音響媒体液とを備え、
前記超音波素子ユニットが、弾性を有する支持部材によって支持されており、
前記格納部が、前記支持部材によって液密に封止されていることを特徴とする超音波探触子。
前記支持部材が、ゴムである請求項１に記載の超音波探触子。
更に、前記音響媒体液を加圧し、前記格納部内を正圧とする加圧手段を備える請求項１または２に記載の超音波探触子。
前記加圧手段が、前記音響媒体液が前記格納部との間で流通可能なように、前記格納部に連結されたシリンダと、前記シリンダ内に配置されたピストンとを備えたシリンジポンプである請求項３に記載の超音波探触子。
前記シリンダが、前記ピストンによって液密に封止されている請求項４に記載の超音波探触子。
更に、前記音響媒体液が前記格納部との間で流通可能なように、前記格納部に連結されたリザーバを備える請求項１〜５のいずれかに記載の超音波探触子。
前記リザーバが凹面を有する弾性容器である請求項６に記載の超音波探触子