JP2007082629A - 超音波プローブ - Google Patents
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Abstract
【課題】 超音波の深達性を十分に向上させることができる超音波プローブを提供する。
【解決手段】 超音波プローブ１１の超音波トランスデューサ３０は、圧電体と高分子材料とからなる複合圧電体４２で形成され、シース１７の長手方向（Ｙ軸方向）および短手方向（Ｘ軸方向）における超音波の焦点位置ＦX、ＦYが略一致するように、曲面形状を有するバッキング材に固着されている。超音波の深達性を向上させることができる。したがって、より高画質な超音波断層画像を取得することができ、正確な医療診断を行うことができる。
【選択図】 図３
【解決手段】 超音波プローブ１１の超音波トランスデューサ３０は、圧電体と高分子材料とからなる複合圧電体４２で形成され、シース１７の長手方向（Ｙ軸方向）および短手方向（Ｘ軸方向）における超音波の焦点位置ＦX、ＦYが略一致するように、曲面形状を有するバッキング材に固着されている。超音波の深達性を向上させることができる。したがって、より高画質な超音波断層画像を取得することができ、正確な医療診断を行うことができる。
【選択図】 図３
Description
本発明は、超音波トランスデューサを機械的に変位させ、被検体の被観察部位に超音波を走査する超音波プローブに関する。
近年、医療分野において、超音波画像を利用した医療診断が実用化されている。超音波画像は、超音波プローブから被検体の被観察部位に超音波を照射し、そのエコー信号を電気的に検出することによって得られる。また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能で、超音波を送受信する超音波トランスデューサを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン機構を備えた超音波プローブも知られている。このような超音波プローブで被検体内の超音波画像を取得する際には、超音波プローブを内視鏡の鉗子口に挿通して、内視鏡の先端に設けられたカメラで超音波プローブの先端が被検体内のどの箇所にあるかを観測しながら行う。
内視鏡の鉗子口に挿入するタイプの超音波プローブは、患者の負担を減らすために径を細くする必要があり、このために超音波トランスデューサには小型のものが用いられている。また、超音波の使用周波数帯域が１０ＭＨｚ以上と高く、超音波が短い距離で減衰してしまうため、超音波の深達性が悪いという問題があった。
上記問題を解決するために、従来は、超音波トランスデューサに音響レンズを取り付け、この音響レンズで超音波ビームを集束させることで、超音波の深達性を向上させていた。また、同様の目的で、超音波トランスデューサが内蔵されたシース表面を凸面形状に形成して、音響レンズの役割を担わせた超音波プローブ（特許文献１参照）や、超音波プローブに用いられる材料と被観察部位の音響インピーダンスの違いにより、超音波ビームが自然に集束することを利用して、シースの材質を変えて超音波の焦点を変更するようにした超音波プローブ（特許文献２参照）も提案されている。さらには、凹面音響レンズと凸面ミラーとを組み合わせて、超音波ビームを集束させるようにした超音波プローブ（特許文献３）が提案されている。
特開平１０−７１１４９号公報
特開２００４−１４７６７３号公報
特開平７−１８４８９８号公報
しかしながら、特許文献１〜３に記載の超音波プローブでは、図１０に示すように、シース１００の長手方向（Ｙ軸方向）および短手方向（Ｘ軸方向）の両方における、超音波トランスデューサ１０１からの超音波の焦点位置ｆX、ｆYを考慮しておらず、長手方向と短手方向とで超音波の焦点位置ｆX、ｆYが異なるため、Ｚ軸上の超音波の強度は、図１１に示すように、２つの焦点位置付近でピークをもつ、全体的に強度の弱い特性となり、超音波の深達性を十分に向上させているとは言い難かった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、超音波の深達性を十分に向上させることができる超音波プローブを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、超音波伝達媒体が充填されたシース内で超音波トランスデューサを機械的に変位させ、前記シースを介して被検体の被観察部位に超音波を走査する超音波プローブにおいて、前記シースの長手方向および短手方向における前記超音波の焦点位置が略一致するように、前記超音波トランスデューサを曲面上に配置したことを特徴とする。
なお、前記超音波トランスデューサは、圧電体と高分子材料とからなる複合圧電体で形成され、曲面形状を有するバッキング材に固着されていることが好ましい。
前記複合圧電体は、ポリマーマトリックス中に角柱または円柱状の圧電体ロッドが立設された１−３型、あるいは、ポリマー中に圧電体の粉体が分散された０−３型であることが好ましい。
前記曲面は、シリンドリカル形状であることが好ましい。
本発明の超音波プローブによれば、シースの長手方向および短手方向における超音波の焦点位置が略一致するように、超音波トランスデューサを曲面上に配置したので、超音波の深達性を十分に向上させることができる。
図１において、超音波診断装置２は、内視鏡１０と、超音波プローブ１１と、超音波観測器１２とからなる。内視鏡１０は、軟性部材からなり、被検体内に挿入される挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、内視鏡用モニタ（図示せず）に接続されるコード１５とを備えている。挿入部１３の先端１３ａには、被検体内撮影用のカメラ（図示せず）が内蔵されており、このカメラで撮影した画像を内視鏡用モニタを介して観測することが可能となっている。
超音波プローブ１１は、内視鏡１０の鉗子口１６に挿通される。超音波プローブ１１は、軟性部材からなる円筒形のシース１７と、後述するモータ４９など（図３参照）が内蔵されたトランスレータ１８と、超音波観測器１２に接続されるコード１９とを備えている。
超音波観測器１２は、超音波断層画像を表示するモニタ２０を備えている。なお、内視鏡用モニタとモニタ２０とを兼用してもよい。
図２において、シース１７の先端１７ａには、超音波トランスデューサ３０が内蔵されている。超音波トランスデューサ３０は、コントロールケーブル３１が連結された台座３２に載置されている。コントロールケーブル３１は、フレキシブルシャフト３１ａと、フレキシブルシャフト３１ａを被覆する可撓チューブ３１ｂとからなる。
フレキシブルシャフト３１ａの先端は台座３２に連結され、その基端はトランスレータ１８内に延長されており、トランスレータ１８に内蔵されたモータ４９（図３参照）により、所定の回転速度（例えば１０〜４０回転／秒）で回転駆動される。これにより、超音波トランスデューサ３０は、フレキシブルシャフト３１ａを回転軸として所定の回転速度で回転される。なお、以下の説明では、シース１７の短手方向（紙面に垂直な方向）をＸ軸方向、長手方向をＹ軸方向、超音波トランスデューサ３０から発せられる超音波ビームの照射方向をＺ軸方向と規定する。
先端１７ａの空間内には、超音波伝達媒体３３が充填されている。この超音波伝達媒体３３は、超音波の伝達効率を向上させるとともに、超音波トランスデューサ３０の回転を円滑にする潤滑油として働く。なお、超音波伝達媒体３３としては、水、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）水溶液、生理食塩水、ひまし油、流動パラフィンなどが用いられる。
図３に示すように、超音波トランスデューサ３０は、フェライトゴム製のバッキング材４０上に、電極４１ａ、４１ｂ、複合圧電体４２、およびエポキシ樹脂製の音響整合層４３が積層されてなる。バッキング材４０の表面は、ＹＺ平面で切り取った断面が略半楕円形状の凹み４４をもつ曲面形状となっており、電極４１ａ、４１ｂで挟まれた複合圧電体４２が固着されている。
複合圧電体４２は、例えば、図４（Ａ）に示すように、ポリマーマトリックス５０中に角柱（または円柱）状の圧電体（圧電体ロッド）５１がＺ軸方向に立設された１−３型複合圧電体５２、あるいは、（Ｂ）に示すように、ポリマー５３中に圧電体の粉体５４が分散された０−３型複合圧電体５５などからなり、可撓性を有している。これにより、曲面形状を有するバッキング材４０の表面に、複合圧電体４２を固着することが可能となっている。
図３に戻って、両電極４１ａ、４１ｂには、配線４５ａ、４５ｂがそれぞれ接続されている。電極４１ｂ側の配線４５ｂは、アースに接続されている。一方、電極４１ａ側の配線４５ａは、コントロールケーブル３１内に挿通され、トランスレータ１８内の送信部４６、および受信部４７に接続されている。
送信部４６は、コントローラ４８の制御の下に、超音波トランスデューサ３０から超音波を発生させる際（超音波の送信時）に、電極４１ａ、４１ｂを介して複合圧電体４２にパルス電圧を印加する。これにより、超音波トランスデューサ３０は、所定の周波数帯域、例えば１０〜３０ＭＨｚの超音波を発生する。
図５に示すように、超音波トランスデューサ３０から発せられる超音波は、超音波トランスデューサ３０自体の曲面形状、およびシース１７のレンズ効果により、Ｘ、Ｙ軸方向における焦点位置ＦX、ＦYが一致している。これにより、Ｚ軸上の超音波の強度は、図６に示すように、焦点位置ＦX＝ＦY付近で強いピークをもつ特性となる。
再び図３に戻って、受信部４７は、コントローラ４８の制御の下に、被観察部位からのエコー信号を超音波トランスデューサ３０で受信した際（超音波の受信時）に、複合圧電体４２に発生する電圧を測定し、この測定結果をコントローラ４８に送信する。コントローラ４８は、受信部４７から送信された測定結果を元に超音波断層画像を生成し、これを超音波観測器１２に送信する。
被検体内の超音波断層画像を取得する際には、超音波プローブ１１が鉗子口１６に挿通された内視鏡１０の挿入部１３が被検体内に挿入され、内視鏡用モニタにより被検体内が観測されながら、被観察部位が探索される。
被観察部位にシース１７の先端１７ａが到達し、フリーズが解除されて超音波断層画像を取得する指示がなされると、フレキシブルシャフト３１ａを回転軸として、超音波トランスデューサ３０が所定の回転速度で回転される。
そして、コントローラ４８により超音波トランスデューサ３０の超音波の送受信が切り替えられながら、送信部４６からのパルス電圧の印加により、超音波トランスデューサ３０から超音波が発せられ、シース１７を介して被観察部位に超音波が走査される。また、被観察部位からのエコー信号が超音波トランスデューサ３０で受信され、受信部４７により複合圧電体４２に発生した電圧が測定される。
被観察部位に超音波が走査される際には、超音波トランスデューサ３０から発せられる超音波のＸ、Ｙ軸方向における焦点位置ＦX、ＦYが、超音波トランスデューサ３０自体の曲面形状、およびシース１７のレンズ効果により一点に集束される。
受信部４７の測定結果はコントローラ４８に送信され、これを元にコントローラ４８で超音波断層画像が生成される。生成された超音波断層画像は、コード１９を介して超音波観測器１２に送信され、モニタ２０に表示される。
以上説明したように、Ｘ、Ｙ軸方向における超音波の焦点位置ＦX、ＦYが一致するように、超音波トランスデューサ３０を、曲面形状を有するバッキング材４０上に固着したので、超音波の深達性を向上させることができる。したがって、より高画質な超音波断層画像を取得することができ、正確な医療診断を行うことができる。
また、超音波トランスデューサ３０を、圧電体と高分子材料とからなる複合圧電体４２から形成したので、曲面形状を有するバッキング材４０に簡単に固着することができ、工数の削減に寄与することができる。特に、１−３型複合圧電体５２は、電気−機械変換係数が大きいので、より好ましい。
なお、超音波トランスデューサとしては、上記実施形態の超音波トランスデューサ３０に限らず、例えば、図７に示す超音波トランスデューサ６０を用いてもよい。超音波トランスデューサ６０は、ＸＺ、ＹＺ両平面で切り取った断面が略半楕円形状となった、いわゆるシリンドリカル形状の凹み６１を有している。この凹み６１は、超音波トランスデューサ３０の場合と同様に、バッキング材の表面に形成されており、超音波トランスデューサ６０は、この表面に上記実施形態と同様の複合圧電体を固着することで作製される。
超音波トランスデューサ６０から発せられる超音波のＸ、Ｙ軸方向における焦点位置ＦX’、ＦY’は、図８に示すように、略一致しているが若干ずれるようになる。これにより、Ｚ軸上の超音波の強度は、図９に示すように、焦点位置ＦX’、ＦY’付近でブロードなピークをもつ特性となる。このようにすると、超音波の深達性の向上とともに、超音波の焦域を拡大することができる。
上記実施形態では、内視鏡１０の鉗子口１６に挿入して使用される超音波プローブ１１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、内視鏡と一体となった、いわゆる超音波内視鏡にも適用することができる。
２ 超音波診断装置
１０ 内視鏡
１１ 超音波プローブ
１２ 超音波観測器
１７ シース
２０ モニタ
３０、６０ 超音波トランスデューサ
３３ 超音波伝達媒体
４０ バッキング材
４２ 複合圧電体
４８ コントローラ
５０ ポリマーマトリックス
５１ 圧電体ロッド
５２ １−３型複合圧電体
５３ ポリマー
５４ 粉体
５５ ０−３型複合圧電体
１０ 内視鏡
１１ 超音波プローブ
１２ 超音波観測器
１７ シース
２０ モニタ
３０、６０ 超音波トランスデューサ
３３ 超音波伝達媒体
４０ バッキング材
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５１ 圧電体ロッド
５２ １−３型複合圧電体
５３ ポリマー
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Claims (5)
- 超音波伝達媒体が充填されたシース内で超音波トランスデューサを機械的に変位させ、前記シースを介して被検体の被観察部位に超音波を走査する超音波プローブにおいて、
前記シースの長手方向および短手方向における前記超音波の焦点位置が略一致するように、前記超音波トランスデューサを曲面上に配置したことを特徴とする超音波プローブ。 - 前記超音波トランスデューサは、圧電体と高分子材料とからなる複合圧電体で形成され、曲面形状を有するバッキング材に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
- 前記複合圧電体は、ポリマーマトリックス中に角柱または円柱状の圧電体ロッドが立設された１−３型であることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
- 前記複合圧電体は、ポリマー中に圧電体の粉体が分散された０−３型であることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
- 前記曲面は、シリンドリカル形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波プローブ。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010044382A1 (ja) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 超音波プローブ |
| JP2016015354A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-28 | 富士フイルム株式会社 | 電気音響変換フィルムおよび電気音響変換フィルムの導通方法 |
| CN110234056A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-13 | 京东方科技集团股份有限公司 | 换能器及其制备方法、换能装置 |
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2005
- 2005-09-20 JP JP2005272754A patent/JP2007082629A/ja active Pending
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070117 |