JP2007175110A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動子を含む振動子部とハウジングとの相対位置を、音軸の傾きを低く抑えた状態で、容易に微調整することができる超音波探触子を提供する。
【解決手段】音響レンズ２の周囲に開口縁部を位置させて超音波振動子１及びバッキング３を内包するハウジング９、１１を有する超音波探触子において、ハウジングの内部に設けられ、一端部がバッキングよりも背面側におけるハウジングに固定され、その他端部が超音波振動子の方向に延出して自由端部を形成するとともに、超音波振動子、バッキング及び音響レンズを振動子部として一体的に保持ばね部材４と、ハウジングの開口縁部に対する振動子部の位置をユーザが調整することを可能にする位置調整機構５、６とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波振動子の超音波発生面側に音響レンズが配置され、その超音波振動子の背面側にバッキングが一体的に装着され、かつ、音響レンズの周囲に開口縁部を位置させて超音波振動子及びバッキングを内包するハウジングを備えた超音波探触子に関する。

図６は下記の特許文献１に記載された従来の超音波探触子の構成を示す縦断面図である。図６において、超音波振動子２３は紙面と垂直の方向に複数の超音波振動素子が配列されたもので、その上面（図面の上方の面）が超音波発生面になっている。この超音波振動子２３の超音波発生面には電極２３ａが、その背面には電極２３ｂがそれぞれ形成されている。電極２３ａ、２３ｂは超音波振動素子のそれぞれに超音波を発生させるための電圧を印加し、また、外部からの超音波を受波して発生する電圧を取り出すためのものである。

また、超音波振動子２３の背面（図面の下方の面）側にはバッキング２４が装着されている。このバッキング２４は超音波振動子２３の背面から出る超音波が再び超音波振動子２３の背面に戻ってこないようにするものである。さらに、超音波振動子２３の超音波発生面側には音響整合層２５が配置されている。この音響整合層２５は、超音波振動子２３の音響インピーダンスが生体の音響インピーダンスよりも著しく大きいため、これを整合し、超音波振動子２３の振動が効率よく生体に伝播されるように設けられている。

さらに、音響整合層２５の外側には超音波ビームを集束するための音響レンズ２１が配置されている。そして、音響レンズ２１を露呈させた状態で超音波振動子２３及びバッキング２４などを内包するハウジング２２が設けられている。このため、ハウジング２２の開口縁部が音響レンズ２１の周囲に位置づけられることになる。

また、音響レンズ２１の周辺の全域には、その周辺に沿って形成された爪部２１ａが音響レンズ２１と一体的に設けられている。この爪部２１ａはハウジング２２の端部に沿って周方向に設けられた溝部２２ａと嵌め合わされている。なお、上述した各部材は適当な接着剤などで互いに固定され、それぞれ一体化されている。
特開平７−３９５４８号公報（段落０００８〜００１２及び図１）

上述したハウジング２２に対する超音波振動子２３の組み付け精度は、穿刺術に使用される超音波探触子においては特に重要で、穿刺針の導入路となる穿刺ガイドの中心と、探触子の短軸方向（図６では紙面の左右方向）における音軸との誤差をできるだけ少なくすることが望まれており、穿刺針の径が小さい場合ほど、さらにビーム幅が狭い場合ほどその誤差を少なくするような高い組み付け精度が要求されている。

しかしながら、上記の特許文献１に記載された従来の超音波探触子は、超音波振動子２３及び音響整合層２５などを、音響レンズ２１の裏面側に形成された枠部２１ｂの内側に挿入し、さらに、この枠部２１ｂをハウジング２２の内側に挿入する構成になっていたため、ハウジング２２に対する超音波振動子２３の組み付け位置精度が音響レンズ２１、ハウジング２２及び超音波振動子２３の成形精度や機械加工精度に左右されてしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、超音波振動子を含む振動子部とハウジングとの相対位置を、音軸の傾きを低く抑えた状態で、容易に微調整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。

上記の目的を達成するために、本発明は、複数の超音波振動素子が超音波発生面とその背面とを形成するように１次元又は２次元に配列された超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波発生面側に配置される音響レンズと、前記超音波振動子の背面側に装着されるバッキングと、前記音響レンズの周囲に開口縁部を位置させて前記超音波振動子及び前記バッキングを内包するハウジングとを備えた超音波探触子において、
前記ハウジングの内部に設けられ、一端部が前記バッキングよりも背面側における前記ハウジングに固定され、その他端部が前記超音波振動子方向に延出して自由端部を形成するとともに、前記超音波振動子、前記バッキング及び前記音響レンズを振動子部として一体的に保持するばね部材と、
前記ハウジングの前記開口縁部に対する前記振動子部の位置をユーザが調整することが可能な位置調整機構とを備える。
この構成により、ばね部材の自由端部に一体的に保持された振動子部が位置調整機構によってその位置が調整されると、超音波振動子を含む振動子部は超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内にその移動が制限されるため、音軸の傾きを低く抑えた状態で、容易に微調整することができる。

また、本発明の前記ばね部材は、平面形状が平行四辺形の基板部と、前記平行四辺形の１組の対辺からそれぞれ前記基板部の表面方向に互いに平行に延出する第１のばね部と、前記平行四辺形の他の１組の対辺からそれぞれ前記基板部の裏面方向に互いに平行に延出する第２のばね部とを有し、前記第１のばね部の先端部を前記一端部とし、前記第２のばね部の先端部を前記自由端部とする板ばねである。
この構成により、弾性を有する板を成形加工するだけで、超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内で振動子部を移動させることができる。

また、本発明の前記ばね部材は、前記バッキングよりも背面側における前記ハウジングの内部に横設された支持部材と、一端部が前記支持部材に固定され、その他端部が自由端部として前記超音波振動子方向に延設され、前記自由端部が前記振動子部を保持するように互いに離隔配置された複数の弾性柱状体である。
この構成により、コストの点から見て安価な弾性柱状体により、超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内で振動子部を移動させることができる。

また、本発明の前記位置調整機構は、前記振動子部の外側の前記ハウジングに設けられたねじ孔及びこのねじ孔に螺合された押しねじを備える。
この構成により、ハウジングの開口縁部と振動子部との相対位置を容易に微調整することができる。

本発明に係る超音波探触子は、超音波振動子、バッキング及び音響レンズを振動子部として一体的に保持するばね部材により、振動子部の移動を超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内に制限し、さらに、位置調整機構によってハウジングの開口縁部に対する振動子部の位置をユーザが調整できるようにしたので、超音波振動子を含む振動子部とハウジングとの相対位置を、音軸の傾きを低く抑えた状態で、容易に微調整することができる。

以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の外形形状を示す斜視図であり、図２は図１に示した超音波探触子のＣ矢視拡大平面図であり、図３（ａ）は図１に示した超音波探触子のＡ−Ａ矢視断面図であり、図３（ｂ）は図１に示した超音波探触子のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図４は図３に示した超音波探触子を構成する板ばねの斜視図である。これらの各図中、同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。

図１において、下ハウジング９は、超音波発生面となる図面の下方に開口を有し、上方に向かうにしたがって対向壁部の距離が次第に大きくなり、かつ、角部が円弧をなす角筒状に形成されている。また、上ハウジング１１は、図面の下方における対向壁部の距離が最も大きく、上方に向かうにしたがって対向壁部の距離が次第に小さくなり、かつ、角部が円弧をなす角筒状に形成されている。下ハウジング９の軸方向寸法に比較して上ハウジング１１の軸方向寸法は２〜３倍になっているが、下ハウジング９の上端面の外形寸法と上ハウジング１１の下端面の外形寸法はほぼ同一に形成され、これらの端面が互いに接着又は嵌合されて１つのハウジングを構成している。

上ハウジング１１の上端部はほぼ円形の開口になっており、この開口にケーブル１０の一端部が差し込まれるとともに、ブッシュ１２の下端部がケーブル１０を保持し、かつ、上ハウジング１１の上端を封止するように嵌装されている。ケーブル１０の他端部は図示を省略した超音波診断装置本体に接続される。下ハウジング９の外側面の１つに突起９ａが設けられ、この突起９ａに図示省略の穿刺針を装着するための溝９ｂが形成されている。この穿刺針の先端部は超音波による走査面に関係付けられる。また、下ハウジング９の超音波発生面側の開口には、図２に示すように、適当な空間１３が確保される大きさの音響レンズ２が、後述する超音波振動子１、バッキング３などと一体的に保持される。すなわち、音響レンズ２の周囲に下ハウジング９の開口縁部を位置させて、下ハウジング９及び上ハウジング１１で構成されるハウジングが音響レンズ２、超音波振動子１及びバッキング３を内包することとなる。

下ハウジング９及び上ハウジング１１で構成されるハウジングの内部には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ばね部材としての板ばね４を介して、例えば接着剤で一体化された超音波振動子１、音響レンズ２及びバッキング３が装着される。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）においては、図面の簡単化のために、図６を用いて説明した電極２３ａ、２３ｂ及び音響整合層２５を省略するが、これらは超音波振動子１、音響レンズ２及びバッキング３とともに一体化されるもので、以下、これらを振動子部とも称することとする。

上ハウジング１１の内部には、一対の中継コネクタ８が設けられ、この中継コネクタ８にケーブル１０の信号線の末端が接続されるとともに、接続線７の一端が接続され、この接続線７の他端は振動子部に接続されている。これによって、図示省略の超音波診断装置本体からのパルス信号により、超音波振動子１が駆動されて超音波を発生し、さらに、超音波振動子１が外部からの超音波を受波して発生する信号を超音波診断装置本体に返信することができる。

ここで、図３（ａ）は、多数の超音波振動素子が紙面と直交する方向に１次元に配列された超音波振動子１を見る断面図であり、図３（ｂ）は多数の超音波振動素子が紙面に沿って左右方向に配列された超音波振動子１を見る断面図である。多数の超音波振動素子が配列される方向は一般に長軸方向と呼ばれ、これと直交する方向は短軸方向と呼ばれている。そして、板ばね４によって保持された振動子部を短軸方向に移動させることにより、ハウジングの開口縁部に対する振動子部の位置をユーザが調整することが可能な位置調整機構として、図３（ａ）に示すように、下ハウジング９の対向壁部に形成されたねじ孔及びこのねじ孔に螺合された短軸押しねじ５を備え、さらに、図３（ｂ）に示すように、下ハウジング９の対向壁部に形成されたねじ孔及びこのねじ孔に螺合された長軸押しねじ６を備えている。

板ばね４は、その詳細を図４に示すように、平面形状が矩形の基板部４ａと、矩形の１組の対辺からそれぞれ基板部４ａの表面方向に互いに平行に延出する第１のばね部４ｂ、４ｂと、矩形の他の１組の対辺からそれぞれ基板部４ａの裏面方向に互いに平行に延出する先端部４ｄ、４ｄとを有し、第１のばね部４ｂ、４ｂの先端部４ｃ、４ｃがそれぞれ外側にほぼ直角に折り曲げられている。板ばね４の先端部４ｃ、４ｃは下ハウジング９の上端部に、例えば接着剤などで固定され、第２のばね部４ｄ、４ｄの先端部４ｅ、４ｅは自由端部として超音波振動子１の方向に延出して振動子部を挟んだ状態で保持している。なお、板ばね４の材質は金属材料で形成することができるが、電気的絶縁を要する場合には樹脂を成形したものを用いる。また、接続線７の超音波振動子１側の端部は板ばね４と下ハウジング９の間に配線されているため、この接続線７には短軸押しねじ５を挿通させる孔（図示せず）が設けられている。

上記のように構成された第１の実施の形態の動作について以下に説明する。超音波振動子１の背面にはバッキング３が装着され、この超音波振動子１の超音波発生面には音響レンズ２が接着され、これらが一体化されて板ばね４の一対の先端部４ｅ、４ｅに保持されている。超音波振動子１は、接続線７、中継コネクタ８及びケーブル１０を経由して図示省略の超音波診断装置本体に接続されて電気的信号のやりとりと、超音波振動子１による超音波の送受波とがなされる。このとき、板ばね４の先端部４ｅ、４ｅは下ハウジング９の上端部に固定された先端部４ｃ、４ｃを支点として超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内で、２次元に移動させることができる。

そこで、一対の短軸押しねじ５、５及び／又は長軸押しねじ６、６をユーザがハウジングの外部から回転させて前進、後退をさせると、音響レンズ２及びバッキング３と一体化された超音波振動子１を、音響レンズ２と下ハウジング９の開口縁部との間の空間１３の範囲内で移動させることができる。このとき、超音波振動子１の移動距離は少ないため、超音波振動子１が下ハウジング９の開口から出入りする寸法はほぼゼロに抑えられる。ちなみに、板ばね４の軸方向の長さが１０ｍｍ、空間１３内の移動距離が０．５ｍｍである場合、超音波振動子１の軸方向の移動距離は０．０１ｍｍである。これによって、下ハウジング９の開口縁部に対する振動子部の位置を調整することができる。すなわち、下ハウジング９の突起９ａに装着される穿刺針の位置に対応する基準位置に超音波振動子１の音軸を合わせることができる。このような位置合わせを終了した後、短軸押しねじ５、５及び長軸押しねじ６、６の各表面部、並びに空間１３は接着剤などで封止される。なお、下ハウジング９の上端部と上ハウジング１１の下端部との接合は接着でもよく、パッキングを介して、互いに嵌挿させても、あるいは接着とパッキングを併用したものであってもよく、要はハウジングの内部を水密状態に維持するものであればよい。

以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、板ばね４の自由端部に一体的に保持された振動子部が位置調整機構によってその位置が調整されると、超音波振動子１を含む振動子部は超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内にその移動が制限されるため、音軸の傾きを低く抑えた状態で、ハウジングの開口縁部に対する振動子部の位置を容易に微調整することができる。

なお、上述した第１の実施の形態では、矩形の基板部４ａを有する板ばね４を用いたが、基板部４ａの形状は正方形を含む平行四辺形であってもよく、１組の対辺からそれぞれ基板部４ａの表面方向に互いに平行に延出する第１のばね部４ｂ、４ｂと、他の１組の対辺からそれぞれ基板部４ａの裏面方向に互いに平行に延出する先端部４ｄ、４ｄとを有するものであれば、上述したと同様な調整が可能である。

また、上述した第１の実施の形態では複数の超音波振動素子が１次元に配列された超音波振動子を用いる場合について説明したが、本発明はこれに適用を限定されるものではなく、２次元に配置された超音波振動子を用いる超音波探触子にも適用することができる。

＜第２の実施の形態＞
図５は本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子の主要部の構成を示す断面図であり、図中、第１の実施の形態と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。これは第１の実施の形態で用いた板ばね４の代わりに、弾性柱状体としての円柱ピン１４及び支持板１５を用いてばね部材とするものである。すなわち、バッキング３（図３（ａ）又は図３（ｂ）参照）よりも背面側における下ハウジング９の内部に支持板１５を横設し、この支持板１５に対して複数本の円柱ピン１４の一端部を固定し、その他端部を自由端部として、超音波振動子１、音響レンズ２及びバッキング３を含む振動子部を保持するように構成したものである。この場合、円柱ピン１４として弾性部材が用いられ、バッキング３の背面部に受台１６を装着して、この受台１６に円柱ピン１４を結合する。なお、円柱ピン１４は板ばね４と同様に金属材料であっても樹脂を成形したものであってもよく、例えば４本で構成することができる。

このように、本発明の第２の実施の形態によっても、円柱ピン１４の自由端部に一体的に保持された振動子部が位置調整機構によってその位置が調整されると、超音波振動子１を含む振動子部は超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内にその移動が制限されるため、音軸の傾きを低く抑えた状態で、ハウジングの開口縁部に対する振動子部の位置を容易に微調整することができる。また、第１の実施の形態で用いた板ばね４よりも構成の簡素化及びコストの低廉化が実現できるという利点もある。

以上のように、本発明に係る超音波探触子によれば、ばね部材の自由端部に一体的に保持された振動子部が位置調整機構によってその位置が調整されると、超音波振動子を含む振動子部は超音波発生方向とほぼ直交する１つの面内にその移動が制限されるため、音軸の傾きを低く抑えた状態で、ハウジングの開口縁部に対する振動子部の位置の誤差を限りなく小さくするのに有用である。また、ハウジングに設けられたねじ孔及びこのねじ孔に螺合された押しねじにより、ハウジングの開口縁部と振動子部との相対位置を容易に微調整することができ、さらに作業に複雑さがなく、コストの点から見て安価に提供できる効用もある。なお、板ばねにより音響レンズ面は傾斜することなく移動するので、わずかな音軸方向の移動が発生するのにとどまり、例えば板ばねの長さ１０ｍｍ、超音波振動子の横方向の移動距離０．５ｍｍに対して、軸方向の移動距離は０．０１ｍｍ程度であり、深さ方向に影響を与えるものではない。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の外形形状を示す斜視図 図１に示した超音波探触子のＣ矢視拡大平面図 図１に示した超音波探触子の断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図 図３に示した超音波探触子を構成する板ばねの斜視図 本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子の主要部の構成を示す断面図 従来の超音波探触子の構成を示す縦断面図

符号の説明

１ 超音波振動子
２ 音響レンズ
３ バッキング
４ 板ばね（ばね部材）
５ 短軸押しねじ（位置調整機構）
６ 長軸押しねじ（位置調整機構）
７ 接続線
８ 中継コネクタ
９ 下ハウジング
９ａ 突起
９ｂ 溝
１０ ケーブル
１１ 上ハウジング
１２ ブッシュ
１３ 空間
１４ 円柱ピン（ばね部材）
１５ 支持板（ばね部材）
１６ 受台

Claims (4)

1. 複数の超音波振動素子が超音波発生面とその背面とを形成するように１次元又は２次元に配列された超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波発生面側に配置される音響レンズと、前記超音波振動子の背面側に装着されるバッキングと、前記音響レンズの周囲に開口縁部を位置させて前記超音波振動子及び前記バッキングを内包するハウジングとを備えた超音波探触子において、
   前記ハウジングの内部に設けられ、一端部が前記バッキングよりも背面側における前記ハウジングに固定され、その他端部が前記超音波振動子方向に延出して自由端部を形成するとともに、前記超音波振動子、前記バッキング及び前記音響レンズを振動子部として一体的に保持するばね部材と、
   前記ハウジングの前記開口縁部に対する前記振動子部の位置をユーザが調整することが可能な位置調整機構とを、
   備えたことを特徴とする超音波探触子。
2. 前記ばね部材は、平面形状が平行四辺形の基板部と、前記平行四辺形の１組の対辺からそれぞれ前記基板部の表面方向に互いに平行に延出する第１のばね部と、前記平行四辺形の他の１組の対辺からそれぞれ前記基板部の裏面方向に互いに平行に延出する第２のばね部とを有し、前記第１のばね部の先端部を前記一端部とし、前記第２のばね部の先端部を前記自由端部とする板ばねであることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記ばね部材は、前記バッキングよりも背面側における前記ハウジングの内部に横設された支持部材と、一端部が前記支持部材に固定され、その他端部が自由端部として前記超音波振動子方向に延設され、前記自由端部が前記振動子部を保持するように互いに離隔配置された複数の弾性柱状体であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
4. 前記位置調整機構は、前記振動子部の外側の前記ハウジングに設けられたねじ孔及びこのねじ孔に螺合された押しねじを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波探触子。