JP2007006990A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波振動子の周辺に位置センサを設置することなく、超音波振動子の位置を検出できる超音波探触子を提供する。
【解決手段】 筐体部３ｂと、筐体部内に設けられた超音波振動子４と、超音波振動子を揺動運動させる揺動機構とを有する超音波探触子において、筐体部の内面に対向して超音波振動子が揺動するとき、その使用揺動範囲外にあたる位置に該当する筐体の内部に反射体１５Ａ、１５Ｂを設けたことにより、起動時に使用する揺動範囲外に設置された反射体にあたる位置に超音波振動子を移動させて、超音波振動子で反射体によるエコーから、超音波振動子の位置情報を読み取ることができ、よって、新たに検出センサを用いることなく、超音波振動子の位置検出と変化分を補正することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体内に超音波を照射して、そのエコー信号を受け取り、超音波診断装置に接続して使用する超音波探触子に関する。

従来の超音波探触子は、図８、図９にそれぞれ示すように、モータ５による駆動プーリ１０２を揺動又は回転させる駆動機構と、駆動プーリ１０２から超音波振動子４に設置された揺動プーリ７へ駆動力を伝達するワイヤ駆動機構１００と、揺動プーリ７に対して位置角度センサ１０３が設置された構成をしており、モータ５の回転をワイヤ駆動機構１００により揺動プーリ７に伝えて超音波振動子４を揺動又は回転させ、そのときの超音波振動子４の回転角度位置を回転角度センサ１０３で検出する構成となっている（例えば下記の特許文献１参照）。
特開平１０―１７９５８８号公報（要約書、図３、図５）

従来の超音波探触子においては、揺動時にワイヤがプーリ上を滑ることからの角度位置の変化や揺動機構の経時変化による角度位置の変化のため、揺動プーリに設置された位置角度センサにより揺動プーリの位置角度を検出する方法をとっているため、揺動プーリ周辺に検出センサを設置しなければならないという問題があった。
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、超音波振動子の使用揺動範囲外の筐体内部に反射体を設置することで、揺動プーリ周辺に新たに検出センサを設置することなく、超音波振動子の位置検出することができる超音波探触子を提供することを目的とする。

本発明の超音波探触子は、筐体と、前記筐体内に設けられた超音波振動子と、前記超音波振動子を揺動運動させる揺動機構とを有する超音波探触子において、
前記筐体の内面に対向して前記超音波振動子が揺動するとき、その使用揺動範囲外にあたる位置に該当する前記筐体の内部に反射体を設けている。
この構成により、起動時に使用する揺動範囲外に設置された反射体にあたる位置に超音波振動子を超音波診断装置に接続して使用する移動をさせて、超音波振動子で反射体によるエコーから、超音波振動子の位置情報を読み取るこができる。よって、新たに検出センサを設けることなく、超音波振動子の位置を検出することができる。

また、本発明の超音波探触子は、前記反射体が反射面にスリット状の模様を有しているという特徴を有している。
この構成により、反射体のスリットを超音波振動子でスキャンすることでできる波形における波数を数えることにより、駆動側の移動揺動角度に対する超音波振動子の移動揺動角度の変化分を検出することができ、双方の移動時の変化分を補正することができる。

また、本発明の超音波探触子は、前記反射体の反射面の面積が揺動方向に沿って変化しているという特徴を有している。
この構成により、反射体を超音波振動子でスキャンすることでできる反射波の強度変化から、駆動側の移動揺動角度に対する超音波振動子の移動揺動角度の変化分を検出することができ、双方の移動時の変化分を補正することができる。

本発明の超音波探触子は、筐体内に超音波振動子を揺動運動させる揺動機構を有する超音波探触子において、前記超音波振動子の使用揺動範囲外にあたる位置に該当する筐体の内部に反射体を有している。
この構成により、起動時に使用する揺動範囲外に設置された反射体にあたる位置に超音波振動子を移動させて、超音波振動子で反射体によるエコーから、超音波振動子の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに検出センサを用いることなく、超音波振動子の位置検出と変化分を補正することができる効果を有する超音波探触子を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態の超音波探触子について、図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態の超音波探触子を図２に示す。図１は、図２の部分拡大図である。図３は、第１の実施の形態における駆動系のブロック図である。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂは、第１の実施の形態の動作を説明する図である。図２において、超音波探触子の筐体（ケーシング）は、グリップ部１と挿入部２とを有し、グリップ部１の内部にはモータ５を有し、挿入部２の先端部３のベース部３ａと筐体部３ｂの内部には、モータ５のシャフト１０に設置された駆動プーリ６と、超音波振動子４が設置された超音波振動子ユニット４ａの回転軸９に設置された揺動プーリ７とが中間プーリ１３、１４を介してワイヤ８により連結されて構成された駆動機構及び揺動機構を有している。先端部３の筐体部３ｂの内部には、超音波振動子４の使用する揺動範囲外の左右２箇所に反射体１５Ａ、１５Ｂが設置されている。なお、モータ５は、ステッピングモータ又はエンコーダ付きモータ５とし、図３に示すようにコントローラ２２側から位置指定をできるものとする（図３では、エンコーダ５ａ付きの例が示されている）。なお、使用する揺動範囲は、例えば中央位置に対して±４５度であり、使用範囲外とは、例えば中央位置に対して±５０度の位置となる。ここで揺動範囲とは、最大可動範囲より狭く設定された範囲であり、よって超音波振動子４は、通常の使用時には上記揺動範囲（使用範囲）内で揺動するが、反射体１５Ａ、１５Ｂを用いた測定を行うときは、揺動範囲外（使用範囲外）へ超音波振動子４を駆動して行う。なお、反射体１５Ａ、１５Ｂは、本実施の形態のように複数あってもよい。なお、反射体の材質は、使用する周波数帯の超音波を反射する材質とする。例えば、金属などが望ましい。なお、本実施の形態に示した反射体１５Ａ、１５Ｂの形状は長方形であるが、円形などであってもよい。なお、本実施の形態は、体腔に挿入してエコー信号を受け取る形式の超音波探触子だが、体表からエコー信号を受け取る形式の超音波探触子でもよい。

以上のように構成された超音波探触子について、図１、図２、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂを用いてその動作を説明する。図２において、体腔外にて操作者がグリップ部１を保持して、挿入部２を体腔内に挿入することができる。モータ５によりシャフト１０に設置された駆動プーリ６を回転運動させて、駆動プーリ６の回転運動を、中間プーリ１３を介してワイヤ８により揺動プーリ７に伝達して、超音波振動子４が設置された超音波振動子ユニット４ａを回転軸９の回りに揺動運動させることができる。

なお、図１、図２、図４Ａ、図５Ａにおいては、駆動プーリ６の軸方向と回転軸９の軸方向とは直交する場合を示している。なお、各軸とシャフトの軸受けは、図中、省略してある。なお、図中、裏側にも正面と同様な中間プーリ１３が設置され、表面と同様にワイヤ８がかけられている。なお、図中のように中間プーリ１３は複数あってもよい。なお、各プーリにはワイヤ８がかかる円周状の溝を有していてもよい。なお、筐体内部の中には、超音波及びそのエコーを伝播する液体のカップリング液などが充填されていてもよい。

次に図３に示すコントローラ２２について詳しく説明する。このコントローラ２２は、超音波振動子４の動作を制御するものであり、図２に示すモータ５を制御する駆動制御部２８と、超音波振動子４からの出力波形を整形しカウントする波形カウント部３０と、初期データなどを記憶するデータ記憶部２６と、これらを制御する主制御部２４から構成される。また、図示省略のＣＰＵなどで構成される主制御部２４は、超音波診断装置２０からの制御信号のやり取りを行い、波形カウント部３０からのデータをデータ記憶部２６のデータと比較演算できる手段を備えている。なお、主制御部２４は、超音波振動子４の筐体内又は、超音波診断装置２０内又は超音波診断装置２０と超音波振動子４を繋ぐケーブルやコネクタに設置されていてもよい。なお、波形カウント部３０は、図示省略のコンパレータとデータをカウントする図示省略の手段を備えている。

次に、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂを用いて本発明の実施の形態の動作を説明する。起動時にまず、超音波振動子４を使用する揺動範囲外に移動させて、先端部３の筐体部３ｂに設置してある反射体１５Ａ、１５Ｂからのエコーを読み取る。そのときのエコーの反射強度から、その最大値又は波形カウント部３０内のコンパレータを用いてあるスレッシュホールド値を、超音波が反射体１５Ａ、１５Ｂに当たる超音波振動子４の位置とする。このとき、モータ５がステッピングモータの場合は送りステップからモータ位置（回転角度）を読み取り、エンコーダ５ａ付きモータ５の場合はそのエンコーダ５ａによりエンコードされた値からモータ位置を読み取る。よって、超音波が反射体１５Ａ、１５Ｂに当たる超音波振動子４の位置を、そのときのモータ位置と関係付けることにより検出することができる。あらかじめ反射体１５Ａ、１５Ｂの設定位置情報をデータ記憶部２６に持っているため、揺動機構の経年変化などでその設定位置情報に変化がある場合は、その変化分を補正することにより、正確な揺動位置を検出できるようになる。

図４Ａ、図４Ｂのように、超音波振動子４を揺動範囲外の左右に移動させて、設置された反射体１５Ａ、１５Ｂの２つで比較値を設定することも可能である。この場合は、左右の２点で比較することにより、その間の揺動範囲の移動量についても補正をすることができるようになる。

このような本発明の第１の実施の形態によれば、起動時に使用する揺動範囲外に設置された反射体１５Ａ、１５Ｂに当たる位置に超音波振動子４を移動させて、超音波振動子４で反射体１５Ａ、１５Ｂからのエコーから、超音波振動子４の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに検出センサを用いることなく、超音波振動子４の位置検出と変化分を補正することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に本発明の第２の実施の形態にかかる超音波振動子４に用いられる反射体１５Ｃを図６Ａに示す。第２の実施の形態は反射体１５Ｃの構成以外は、第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態と異なる点について説明する。図６Ａにおいて、反射体１５Ｃは、スリット１６を有している。なお、スリット１６は、揺動の方向に等間隔になっている方が望ましい。

以上のように構成された超音波探触子について、図６Ａ、図６Ｂを用いてその動作を説明する。図６Ａにおいて、起動時にまず、超音波振動子４を使用する揺動範囲外に移動させて、先端部３の筐体部３ｂに設置してある反射体１５Ｃからのエコーを図中の矢印の方向に移動させながら受信し、その反射強度の波形を読み取り、その最大値又はコンパレータを用いてあるスレッシュホールド値を数えることにより、その移動量を読み取ることができる。そのときのモータ駆動側の移動量とスリットから読み取った移動量を比較して、双方間での移動量の変化が生じている場合は、補正をかける。このとき、揺動範囲外の左右の反射体で同様に補正を行うことも可能である。なお、モータ位置、すなわち回転角度は、ステッピングモータの場合はステップ送り数から読み取り、エンコーダ５ａの付いているモータ５の場合はエンコーダから読み取る。

このような本発明の第２の実施の形態によれば、スリット１６を有する反射体１５Ｃを超音波振動子４でスキャンすることで得られる波形における波数を数えることにより、駆動側の移動揺動角度に対する超音波振動子４の移動揺動角度の変化分を検出することができ、双方の移動時の変化分を補正することができる。

＜第３の実施の形態＞
次に本発明の第３の実施の形態にかかる超音波探触子を図７Ａに示す。図７Ａにおいて、反射体１５Ｄは、図中の矢印の揺動方向（走査走行）に沿って側面がテーパー状に変化して反射面の面積が変化（増加）している特徴を有している。なお、反射体１５Ｄの外形は、図７Ａのようにテーパー形状を構成する両側部が直線からなっているが、これに限らず、例えば、図７Ｂに示すように反射体１５Ｅは、テーパー形状を構成する両側部が曲線からなっていてもよい。なお、反射体１５Ｄ、１５Ｅは、第２の実施の形態と同様に複数のスリットを有していてもよい。なお、複数のスリットは、揺動の線方向に等間隔になっているほうが望ましい。図５Ａ、図５Ｂの例では、矢印の揺動方向に沿って、それに直行する方向のスリット１６の長さが順次大きくなっている。

以上のように構成された超音波探触子について、図５Ａ、図５Ｂを用いてその動作を説明する。図７Ａ、図７Ｂにおいて、起動時に超音波振動子４を、まず使用する揺動範囲外に移動させて、先端部３の筐体部３ｂに設置してある反射体１５Ｄ、１５Ｅからのエコーを図中の矢印の方向に移動させながら受信して、その反射強度の変化を読み取る。あらかじめ反射体１５Ｄ、１５Ｅでの位置に対する反射強度の情報をデータ記憶部２６に持っているため、揺動機構の経年変化などでその設定位置情報から変化している場合は、その変化分を補正することにより、正確な揺動位置が分かるようになる。また、スリット１６によりできた波形を読み取り、その最大値又はコンパレータを用いて所定のスレッシュホールド値を、数えることにより、その移動量を読み取ることもできる。そのときのモータ駆動側の移動量とスリット１６から読み取った移動量を比較して、双方間での移動量の変化が生じている場合は、補正をかける。このとき、揺動範囲外の左右の反射体１５Ｄ、１５Ｅで同様に補正を行うことも可能である。なお、モータ位置、すなわち回転角度は、ステッピングモータの場合はステップ送り数から読み取り、エンコーダ５ａの付いているモータ５の場合はエンコーダ５ａから読み取る。

このような本発明の第３の実施の形態によれば、反射体１５Ｄ、１５Ｅを超音波振動子４でスキャンすることができ、反射波の強度変化から、駆動側の移動揺動角度に対する超音波振動子４の移動揺動角度の変化分を検出することができ、双方の移動時の変化分を補正することができる。上記第２の実施の形態及び第３の実施の形態では、スリット１６すなわち貫通口が反射体１５に設けられているが、貫通口に限らず、例えば反射しにくい材質の物質を反射体１５の表面に貼り付けるようにしてもよい。すなわち、反射強度が走査方向に変化するよう構成されていればよいのであり、これらを総称して本発明ではスリット状の模様が付されていると規定する。

以上のように、本発明の超音波探触子は、筐体内に超音波振動子を揺動運動させる揺動機構を有する超音波探触子において、超音波振動子の使用揺動範囲外にあたる位置に該当する筐体の内部に反射体を有している。
この構成により、起動時に使用する揺動範囲外に設置された反射体にあたる位置に超音波振動子を移動させて、超音波振動子で反射体によるエコーから、超音波振動子の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに検出センサを用いることなく、超音波振動子の位置検出と変化分を補正することができる効果を有し、生体内に超音波を照射してそのエコー信号を受け取る超音波探触子などとして有用である。

本発明の第１の実施の形態にかかる超音波探触子の正面部分断面図 図１の超音波探触子の全体の側面断面図 本発明の各実施の形態にかかる超音波振動子の駆動系のブロック図 図１の超音波探触子の動作説明のための正面断面図 図１の超音波探触子の動作説明のための反射強度を示す波形図 図１の超音波探触子の動作説明のための正面断面図 図１の超音波探触子の動作説明のための反射強度を示す波形図 本発明の第２の実施の形態にかかる超音波探触子に用いられる反射体の構造を示す平面図 図６Ａの超音波探触子の動作説明のための反射強度を示す波形図 本発明の第３の実施の形態にかかる超音波探触子に用いられる反射体の構造を示す平面図 図７Ａに示す反射体の変形例としての反射体の構造を示す平面図 図７Ａの超音波探触子の動作説明のための反射強度を示す波形図 従来の超音波探触子の正面断面図 従来の超音波探触子の側面断面図

符号の説明

１ グリップ部
２ 挿入部
３ 先端部
３ａ 先端部のベース部
３ｂ 先端部の筐体部
４ 超音波振動子
４ａ 超音波振動子ユニット
５ モータ
５ａ エンコーダ
６ 駆動プーリ
７ 揺動プーリ
８ ワイヤ
９ 回転軸
１０ シャフト
１２ 回転軸
１３、１４ 中間プーリ
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ 反射体
１６ スリット
２０ 超音波診断装置
２２ コントローラ
２４ 主制御部
２６ データ記憶部
２８ 駆動制御部
３０ 波型カウント部
１００ ワイヤ駆動機構
１０２ 駆動プーリ
１０３ 回転角度センサ

Claims (3)

1. 筐体と、前記筐体内に設けられた超音波振動子と、前記超音波振動子を揺動運動させる揺動機構とを有する超音波探触子において、
   前記筐体の内面に対向して前記超音波振動子が揺動するとき、その使用揺動範囲外にあたる位置に該当する前記筐体の内部に反射体を設けたことを特徴とする超音波探触子。
2. 前記反射体は、反射面にスリット状の模様を有していることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記反射体は、揺動方向に沿って反射面の面積が変化していることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探触子。