JP2005334107A

JP2005334107A - 超音波探触子

Info

Publication number: JP2005334107A
Application number: JP2004154227A
Authority: JP
Inventors: Takeo Yasuhara; 健夫安原
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】超音波窓と振動子アレイの送受波面の隙間に入った泡を容易に取り除くことができる機構を有する超音波探触子の提供。
【解決手段】ハウジング３７と金属ケース３８と先端部２１の内部の油１０が充填される密閉空間の中に、超音波窓９と振動子アレイ７の送受波面の隙間に向けて開口した開口部４を有する泡取り込み管３を設け、この泡取り込み管３の他端が充填した油の膨張や収縮を油充填密閉空間外で吸収するために設けられたダイアフラム１の流通管２に接続された構造とする。また、ダイアフラム１の後端に泡溜り５を有して泡を閉じ込めることができる構造とする。さらに、超音波窓９を透明や半透明な材質として超音波窓９の内側の泡の有無や動きを視認できるようにすることにより、泡を泡取り込み管３の開口部４へ導き易くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断に用いる超音波探触子の技術分野に属する。

超音波断層像を得る超音波探触子は、体内の腫瘍などの診断に用いられ、超音波の送受波を行なう振動子アレイなどを内蔵した先端部と、先端部を体内の所定の位置まで挿入するための挿入部と、全体を把握して操作する把持部から構成されている。

このような超音波探触子は、周辺の媒体と異なった音響特性インピーダンス（密度と音速の積）を有し波長よりも大きな物質の表面で反射するという超音波の特性を利用したもので、臓器の壁面や腫瘍等の異物から反射して戻ってくる超音波を受信して処理することにより、超音波断層像を得ている。

臓器の壁面の微妙な形状の診断や微小な腫瘍の発見のためには、分解能の高い超音波断層像が必要となり、一般の超音波探触子では、１ｍｍ以下の分解能を得るために波長が１ｍｍ以下となる高周波超音波（周波数が数ＭＨｚ程度）が用いられている。超音波探触子の先端部は、体内に挿入することから直径約２ｃｍ程度の球形状をしており、高周波超音波の送受波を行う振動子アレイはこの先端部に収納されている。

このような高周波超音波を用いる超音波探触子では、振動子アレイを機械的に揺動することによって超音波ビームを走査するメカニカルスキャン方式が採用されており、先端部には振動子アレイとともに振動子アレイを機械的に揺動する揺動機構が内蔵され、揺動機構を駆動するモータや駆動機構などは、把持部や挿入部に内蔵されている。

先端部の振動子アレイの送受波面に面する部分には、超音波が透過し易い材質で作られた超音波窓が設けられており、振動子アレイの送受波面と超音波窓の間の隙間には、音響媒体として油が充填されている。

この油は、振動子アレイの送受波面と超音波窓との間を音響的に整合させて効果的に超音波の送受波を行なうためのものであり、原理的には振動子アレイの送受波面と超音波窓の間の隙間だけに充填すればよい。しかし、現実的にはこの隙間だけに充填することは難しく、一般的には、振動子アレイが内蔵される空間を密閉し、その密閉空間内に充填する方法がとられている。

油は、一般に、温度によって膨張収縮するもので、油を密閉空間に充填した場合、油の膨張によって、密閉空間を形成するケースの内圧が上り油漏れやき裂等の不具合を発生することになる。このような不具合を防止するために、油を充填した密閉空間と接続されて油の膨張収縮を吸収する膨張収縮部（ダイアフラム）が、密閉空間の外に設けられている。

以上のように、超音波窓を設けた密閉空間を有し、その密閉空間の中に高周波超音波を送受波する振動子アレイとそれを揺動させる機構部などを内蔵し、その密閉空間の内部に音響媒体の油を充填するとともに、密閉空間の外に密閉空間と接続された膨張収縮部（ダイアフラム）を設けた構造の超音波探触子が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来の超音波探触子の全体構造を示す断面図である。
図４に示すように、先端部２１には、超音波窓９が設けられて振動子アレイ７と揺動機構３５が内蔵されており、揺動機構３５は、挿入部２２の金属ケース３８に取り付けられた軸受け３３ｂによって保持されたシャフト３２と連結している。外側をケース４０と樹脂ケース３９の後端で覆われた把持部２３には、モータ３１がモータ取付台３６に取り付けられて内蔵され、そのモータの回転軸は連結部３４でシャフト３２に連結されて、モータの回転力がシャフト３２を通して先端部２１の揺動機構３５に伝えられ振動子アレイ７を揺動中心４１を中心として揺動させるものとなっている。

把持部２３には、ハウジング３７が内蔵されてハウジング３７に取り付けられた軸受け３３ａでシャフト３２が保持されている。軸受け３３ａは、油などの液体を通過させない密封型であるのに対して、先端部２１の軸受け３３ｂは、油などの液体を通過させる開放型が用いられ、ハウジング３７の内部と金属ケース３８内部と先端部２１の内部は、連通した密封空間となっており、この密封空間に油１０が充填されている。

図５は、図４に示した従来の超音波探触子の把持部の内部詳細構造を示す断面図である。
図５に示すように、内部に油１０が充填されたハウジング３７には、流通管２が取り付けられているとともに、流通管２によってハウジング３７の内部空間と連結されて油１０が充填されたダイアフラム１が取り付けられている。このダイアフラム１は、ゴムなどの弾力性のある材質で作られたもので、ハウジング３７の内部と金属ケース３８内部と先端部２１の内部に充填された油１０の膨張収縮を吸収して、油の膨張による油漏れや部材の破損を防止するものである。また、ハウジング３７には油を注入するための油孔１１が設けられて油栓１２によって閉じられている。
特開２００１−３２７４９９（図１）

振動子アレイなどが内蔵された密閉空間に充填される油には、一般に気体が溶けておりこれが温度が上がったり圧力が下がったときに気泡となって出てくることがあり、また、油を密封空間に注入する工程でも泡が混入してしまうことがある。
このような気泡が振動子アレイ７と超音波窓９の間に入り込むと、送受波される超音波が気泡により、減衰したり、反射を起したりして鮮明な超音波断層像が得られなくなるという問題がある。

そこで従来は、充填する前に油の脱気処理を行ったり、密閉空間を真空にして油を充填したりしているが、先端部２１の内部の複雑微細な構造の小さな隙間や凹部の空気を完全に除去することができず、また、振動子アレイの発熱や揺動による撹拌によって後で気泡が出てくることがある。
このような場合従来は、油の充填のし直し（再充填）を行ったり、或いは探触子の姿勢をいろいろ変えるなどして気泡をハウジング３７の油孔１１まで導いて油栓１２をあけて気泡を外部へ逃がすなどの方法を採っていた。

しかしながら、油の再充填は、設備が必要で大掛かりな作業になり、また、最初の充填と同様に気泡を混入させる危険が伴うという問題がある。
また、気泡を油孔１１まで導いて外部へ逃がすという方法も気泡の誘導が困難であるうえ、誘導できたとしても油栓１２を開栓したときに逆に空気が入ってしまうという問題があった。

本発明の解決しようとする課題は、上記従来の問題点に鑑みて、振動子アレイ７と超音波窓９の間に気泡が存在した場合、これをできるだけ容易に把持部２３のハウジング３７まで誘導できるようにし、誘導されて来た気泡を油栓１２を開栓することなくハウジング３７の油充填空間外へ導き出せるようにした超音波探触子を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の超音波探触子の基本構成である第１の構成は、振動子アレイの送受波面と超音波窓との間に油が音響媒体として行き渡るように、内部空間に油が充填密封されており、この充填油の膨張や収縮を油が充填されている空間外で吸収するために充填空間外に設けられ充填空間と流通管が通じているダイアフラムを有する超音波探触子において、超音波窓と振動子アレイとの間隙に生じた泡を取り込むために、先端がこの間隙に向けて開口し、後端が前記ダイアフラムの流通管に接続されている泡取り込み管を有することを特徴とする超音波探触子である。

本発明の超音波探触子の第２の構成は、前記第１の構成において、ダイアフラムが、その後端に泡が入った後、開閉部を閉めることにより泡を閉じ込めることができる泡溜りを有することを特徴とする超音波探触子である。

本発明の超音波探触子の第３の構成は、第１又は第２の構成において、先端部の外側から泡の動きが見えるように超音波窓が透明ないし半透明な材質で構成されていることを特徴とする超音波探触子である。

本発明の超音波探触子の基本構成（第１の構成）は、超音波窓と振動子アレイの送受波面との隙間に向けて開口した泡取り込み管を有し、この泡取り込み管の他端が充填した油の膨張や収縮を吸収するために設けられたダイアフラムの流通管に接続された構造である。このため、振動子アレイが内蔵された先端部を下側になるように超音波探触子を立てた状態で、先端部に熱や振動を加えたり、一定時間放置することにより、超音波窓と振動子アレイとの隙間にある泡は、泡取り込み管の開口部に入り込んで自然に上昇してダイアフラムに入り、取り除かれるという効果がある。

また、第２の構成ではダイアフラムの後端に、泡が入った後、閉めることにより泡を閉じ込めることのできる泡溜りを有しているので、泡取り込み管を上昇しダイアフラムの中に入った泡をこの泡溜りへ閉じ込めて閉めることにより、一旦泡溜りに取り込まれた泡は、超音波探触子をどのように動かそうと出て来ることがなく、再度超音波窓と振動子アレイとの隙間に入ることはないという効果がある。

さらに、第３の構成では、超音波窓を透明や半透明な材質としているために、超音波窓と振動子アレイの送受波面の隙間の中の泡の有無や動きを視認できるので泡を泡取り込み管の開口へ導き易いという効果がある。

このように、本発明の超音波探触子は、超音波断層像の画質を低下させる原因となる超音波窓と振動子アレイの送受波面の隙間に入った泡を容易に除去することができるもので、泡による超音波診断画像の画質の低下を防止でき、高品質の超音波断層像を得ることができ、正確で信頼性の高い診断ができるという効果を有するものである。

超音波窓と振動子アレイの送受波面の隙間の中に入っている泡はできるだけ早く除去することが求められ、その処置を効率的に行なうために、泡取り込み管の先端の開口は、超音波窓と振動子アレイの送受波面の隙間の形状に合わせた形状で、できるだけ近接して設けることが最良である。

また、泡取り込み管に入った泡が、泡取り込み管に付着することなく円滑に上昇してダイアフラムや泡溜りに早期に入ることが求められ、このために泡取り込み管の内面は、滑らかで表面張力が小さくなるように加工や表面処理を行なったものであることが最良である。

さらに、ダイアフラムの後端に設けられる泡溜りは、中に入った泡の状況や分量が外から視認できるように透明又は半透明の材質を用いたものであることが最良である。

図１は、本発明の超音波探触子の実施例の全体構造を示す断面図であり、図４に示す従来の経膣探触子に本発明の要素を付加した構造を示したものである。

図１に示すように、先端部２１には、超音波窓９が設けられて振動子アレイ７と揺動機構３５が内蔵されており、揺動機構３５は、挿入部２２の金属ケース３８に取り付けられた軸受け３３ｂで保持されたシャフト３２と連結している。外側をケース４０で覆われた把持部２３には、モータ３１がモータ取付台３６に取り付けられて内蔵され、そのモータの回転軸は連結部３４でシャフト３２に連結されて、モータの回転力がシャフト３２を通して先端部２１の揺動機構３５に伝えられ振動子アレイ７を揺動中心４１を中心として揺動させる機構となっている。

把持部２３には、ハウジング３７が内蔵されて、ハウジング３７に取り付けられた軸受け３３ａでシャフト３２が保持されている。軸受け３３ａは、油などの液体を通過させない密封型であるのに対して、先端部２１の軸受け３３ｂは、油などの液体を通過させる開放型が用いられ、ハウジング３７の内部と金属ケース３８内部と先端部の内部は、連通した密封空間となっており、この空間に油１０が充填されている。

ハウジング３７の内部と金属ケース３８の内部と先端部の内部が連通されて油１０が充填された密封空間には、図示の通り泡取り込み管３が設けられており、この泡取り込み管３はハウジング３７に取り付けられた流通管２に接続されている。

図２は、図１に示した本発明の超音波探触子の実施例の先端部の内部詳細構造を示す断面図である。振動子アレイ７、揺動機構３５及び軸受け３３ｂなどが内蔵されて油１０が充填された先端部２１の空間内部には、超音波窓９と振動子アレイ７の送受波面８の隙間に近接した開口部４を有する泡取り込み管３が設けられている。このような開口部４を有する泡取り込み管３によって、超音波窓９と振動子アレイ７の送受波面８の隙間にある泡粒１３が、図示のように開口部４に入り込み、泡取り込み管３の中を矢印のように上昇して行く。

また、図２に示す超音波窓９は、振動子アレイ７の送受波面８と超音波窓９の隙間を視認できるように透明又は半透明の材質で構成され、この隙間の泡の有無や泡の動きなどを確認できるようにしてある。

図３は、図１に示した本発明の超音波探触子の実施例の把持部の内部を示したもので、（ａ）は内部詳細構造を示す断面図で、（ｂ）は２つの開閉部６ａ、６ｂを有する泡溜り５を示したものである。

油栓１２及び軸受３３ａによって内部が密封空間となり油１０が充填されたハウジング３７には流通管２が取り付けられ、ハウジング３７の内部では泡取り込み管３が、外部ではダイアフラム１が、それぞれ流通管２に接続されている。ダイアフラム１には泡溜り５が設けられており、その連結部にはダイアフラム１と泡溜り５の内部に充填された油１０の流通の開閉を行なう開閉部６ａが設けられている。

ダイアフラム１は、ゴムなどの弾力性のある材質で作られたもので、ハウジング３７の内部と金属ケース３８の内部と先端部２１の内部に充填された油１０の膨張収縮を吸収して、油の膨張による油漏れや部材の破損を防止する。

泡取り込み管３は、流通管２、ダイアフラム１及び泡溜り５と接続されており、泡取り込み管３の中を上昇して来た泡粒１３が、流通管２を通ってダイアフラム１に入り、開閉部６ａを開いた状態にすることによって泡粒は泡溜り５に入って集まることになる。泡溜り５に集まった泡粒は、開閉部６ａを閉じることによって他の部分へ移動することができなくなる。

図３の（ｂ）は、泡溜り５にもう一つの開閉部６ｂを設けて２つの開閉部６ａ、６ｂを有する泡溜り５を示している。（ａ）に示すようにハウジング３７には、油孔１１とそれを閉じるための油栓１２が設けられ、密閉空間に油１０が注入された後に油孔１１に真空ポンプを接続して、注入された油１０の脱気処理を行なう時などに使用される。（ｂ）に示した泡溜り５のもう一つの開閉部６ｂも泡粒を抜き取る点で同様の機能を有する。

即ち、泡溜り５の上部に溜まった泡粒は、開閉部６ａ、６ｂを開にした状態でダイアフラム１を圧迫することにより外部へ放出させることができ、その後開閉部６ｂを閉じることにより完全に気泡のない状態にすることができる。

本発明の超音波探触子の実施例の全体構造を示す断面図である。本発明の超音波探触子の実施例の先端部の内部詳細構造を示す断面図である。本発明の超音波探触子の実施例の把持部の内部を示す断面図である。従来の超音波探触子の全体構造を示す断面図である。従来の超音波探触子の把持部の内部詳細構造を示す断面図である。

符号の説明

１ダイアフラム
２流通管
３泡取り込み管
４開口部
５泡溜り
６ａ、６ｂ開閉部
７振動子アレイ
８送受波面
９超音波窓
１０油
１１油孔
１２油栓
１３泡粒
２１先端部
２２挿入部
２３把持部
３１モータ
３２シャフト
３３ａ、３３ｂ軸受け
３４連結部
３５揺動機構
３６モータ取付台
３７ハウジング
３８金属ケース
３９樹脂ケース
４０ケース
４１揺動中心

Claims

振動子アレイの充填空間内の送受波面と超音波窓との間に音響媒体として油が充填密閉され、この油の膨張や収縮を吸収するためのダイアフラムを有する超音波探触子において、前記充填空間内で生じた泡を取り込むために、先端が開口し、後端が前記ダイアフラムに接続された泡取り込み管を有することを特徴とする超音波探触子。
ダイアフラムの上端部に泡溜りを有することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
超音波窓を、透明又は半透明の材質で構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波探触子。