JP2007222247A - 短軸遥動型超音波探触子 - Google Patents

短軸遥動型超音波探触子 Download PDF

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Abstract

【課題】超音波の伝播効率を維持して軽量化を計り、操作性を良好にした短軸遥動型超音波探触子を提供する。
【解決手段】長軸方向に並べられた圧電素子群2を回転保持台1上に設けて、前記圧電素子群2の短軸方向に前記回転保持台1を回転遥動する密閉容器3内に収容し、前記圧電素子群2の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査するとともに、前記密閉容器3内に音響媒質としての液体を充填してなる短軸遥動型超音波探触子において、前記超音波送受波面からの超音波の送受波方向とは反対方向であって、前記保持台の下方となる前記密閉容器3内に前記液体よりも比重の小さい軽量体11を設けた構成とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は圧電素子群を短軸方向に回転遥動して立体画像を得る短軸遥動型超音波探触子(以下、短軸遥動探触子とする)を技術分野とし、特に信頼性を高めて軽量化を計った短軸遥動探触子に関する。
(発明の背景)
短軸遥動探触子は圧電素子群を長軸方向に電子走査し、短軸方向に機械的に走査(遥動)して立体画像を得るものとして知られる(特許文献1〜3)。このことから、例えば圧電素子を縦横に配列して二次元方向に電子走査するマトリクス型等に比較し、例えば配線(結線)及び走査回路を容易にするので、現実化されている。
(従来技術の一例)第3図は一従来例を説明する短軸遥動探触子の図で、同図(a)は長軸方向の、同図(b)は短軸方向の断面図である。
短軸遥動探触子は回転保持台1上に設けられた圧電素子群2を密閉容器3内に収容してなる。回転保持台1は水平部の両端側に脚部を有するコ字状とし、水平部上には圧電素子群2を設けて、一方の脚部の内側面には第1かさ歯車4aが固定される。
圧電素子群2は多数の圧電素子2aを長軸方向に配列してなり、ここでは回転保持台1の水平部上に設けられて曲面状とした基台5上のバッキング材5aに固着される。これにより、超音波探触子を所謂コンベックス型とする。圧電素子群2の表面には、通常では、音響インピーダンスを生体(人体)に接近させて伝播効率を高める図示しない音響整合層を、さらには短軸方向に曲率を有する音響レンズが設けられる。
密閉容器3はいずれも凹状とした容器本体3aとカバー3bとを図示しない嵌合構造によって着脱自在とする。容器本体3aの一組の対向側壁には、回転保持台1(圧電素子群2)を短軸方向に回転遥動する中心軸6を有し、回転保持台1の両端側の脚部の軸受けに連結する。容器本体3aの底壁にはモータ等の回転機構に連結して回転シャフト7が密閉貫通した第2かさ歯車4bが設けられ、第1かさ歯車4aと歯合する。
これにより、第2かさ歯車4bの回転によって第1かさ歯車4aが圧電素子群2の短軸方向に回転遥動し、これと一体化した回転保持台1(圧電素子群2)が同方向に回転遥動する。図中の一点鎖線で示す符号8は裏面カバーであり、密閉容器3の底部に一体化してモータ等の回転機構を覆う。符号9はケーブルであり、裏面カバー8から導出して図示しない診断装置と連結する。
そして、特許文献1では、圧電素子群2から送受波される超音波の減衰を防止するため、カバー3bの内周面に可撓性材で仕切られた超音波媒質10としての液体例えばオイルを、圧電素子群2の表面との間に介在させる。また、カバー3bの長軸方向となる内周面には図示しない超音波吸収材を塗布して、圧電素子群2の超音波送受波面となる表面とカバー3bの表面内周面との間を伝播する不要超音波を吸収する。
なお、カバー3b内周面と圧電素子群2の表面との間が空気の場合は、超音波の減衰が大きくて伝播効率が悪化し、超音波の送受波が望めない。これに対し、オイルは超音波の伝播が良好で、しかも音響インピーダンスを1.43Mraylとして、生体(人体)の1.5Mraylに接近するため、伝播効率を高められる。
特公平7−38851号公報 特開2003−175033号公報 特願2005−175700号
(従来技術の問題点)
しかしながら、上記構成の短軸遥動探触子では、超音波媒質10としてのオイルを可撓性材で仕切り、圧電素子群2の表面が可撓性材に直接に接触して移動する。このため、例えば可撓性材に破損を生じて、超音波の送受波を実質的に損なう問題があった。
このことから、例えば第4図に示したように、現実的には、超音波媒質10としてのオイルを密閉容器3内に充填させて使用される。なお、オイルは例えば底壁に設けた図示しない注入孔から充填されて密閉される。しかし、この場合には、オイルの比重が1.03であることから、重量感を増して医師による操作性が低下する。
ちなみに、モータ等の回転機構を含めて短軸遥動型探触子の重量が約0.3Kgとすると、圧電素子群2の収容されたオイルを含める密閉容器3の重量は0.15Kgになる。そして、密閉容器3の内積は90cm3程度で、オイルの占有積は60cm3(67%)になる。したがって、オイルの重量は0.062Kgとなって、密閉容器3に対する重量比は41.3%、短軸遥動探触子に対する重量比は20.67%になる。これらにより、密閉容器3内を充填する超音波媒質10としてのオイルの重量は、短軸遥動探触子の操作性に無視できないことになる。
(発明の目的)
本発明は超音波の伝播効率を維持して軽量化を計り、操作性を良好にした短軸遥動探触子を提供することを目的とする。
本発明は、特許請求の範囲(請求項1)に示したように、長軸方向に並べられた圧電素子群を回転保持台上に設けて、前記圧電素子群の短軸方向に前記回転保持台を回転遥動する密閉容器内に収容し、前記圧電素子群の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査するとともに、前記密閉容器内に音響媒質としての液体を充填してなる短軸遥動型超音波探触子において、前記超音波送受波面からの超音波の送受波方向とは反対方向であって、前記保持台の下方となる前記密閉容器内に前記液体よりも比重の小さい軽量体を設けた構成とする。
このような構成であれば、超音波媒質としての液体中に、これより比重の小さい軽量体を設けたので、密閉容器内の全てに超音波媒質の液体を充填した従来例に比較し、密閉容器の重量を小さくできる。したがって、短軸遥動探触子の軽量化を計れて、その操作性を良好に向上できる。
(実施態様項)
本発明の請求項2では、請求項1において、前記軽量体は内部を中空状とした中空体とする。これにより、軽量体自体の比重は液体よりも大きかったとしても、中空部を含めた軽量体の比重を液体よりも小さくできる。
同請求項3では、請求項1において、前記回転保持台は水平部の両端側に脚部を有するコ字状とし、前記密閉容器はいずれも凹状とした容器本体とカバーとからなり、前記容器本体の側壁には前記回転保持台の脚部に設けた回転軸受けと結合した長軸方向の回転中心軸を有し、前記回転保持台の一方の脚部には短軸方向に回転遥動する第1かさ歯車を有し、前密閉容器の底壁には回転シャフトが密閉貫通して前記第1かさ歯車と歯合する第2かさ歯車を有する。これにより、圧電素子群を端軸方向に回転遥動できる。
同請求項4では、請求項1において、前記圧電振動子群の両端側には前記長軸方向に伝播する超音波を吸収する超音波吸収部材を設ける。これにより、圧電素子群の超音波送受波面と容器本体の内周面との間を伝播する不要超音波を吸収して排除できる。この場合、超音波吸収板は圧電素子群の両端側に直接的に設けられて圧電素子群とともに回転遥動するので、不要超音波の吸収を確実にする。
第1図は本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の図で、同図(a)は長軸方向の、同図(b)は短軸方向の断面図(但し、裏面カバーを除く)である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
短軸遥動探触子は、前述したように、長軸方向に並べられた圧電素子群2をコ字状とした回転保持台1の水平部上に設けて、いずれも凹状とした容器本体3aとカバー3bとからなる密閉容器3内に収容する。回転保持台1の両端側の脚部には軸受けを有し、容器本体3aの側壁に設けられた長軸方向の回転中心軸6と結合する。
回転保持台1の一方の脚部に設けられた短軸方向に回転遥動する第1かさ歯車4aは、密閉容器3の底壁を回転シャフト7が密閉貫通した第2かさ歯車4bと歯合する。これにより、回転保持台1(圧電素子群2)を短軸方向に回転遥動し、圧電素子群2の超音波送受波面から送受波される超音波を短軸方向に機械的に走査する。密閉容器3内には超音響媒質10としての液体例えばオイルが充填される。
ここでは、圧電素子群2の超音波送受波面からの超音波の送受波方向とは反対方向であって、回転保持台1の下方となる密閉容器3内に、超音波媒質としてのオイル10よりも比重の小さい軽量体11を設ける。軽量体11は内部を中空状として空気が充満した中空体とし、例えば楕円状とした樹脂ボールとする。そして、圧電素子群2の長軸方向の両端側には、幅及び高さが圧電素子群2よりも大きいシリコン等の超音波吸収板12が例え接着剤によって固着される。
樹脂ボールは図示しない接着剤によって容器本体3aの例えば底面に固着される。これにより、回転保持台1等との接触を防止して、圧電素子群2の超音波送受波面と密閉容器3(カバー3b)の内表面との間に、超音波媒質10としてのオイルが充填されることを確保する。
このような構成であれば、密閉容器3内に軽量体11としての樹脂ボールが設けられるので、著音波媒質(オイル)10の充填量を少なくできる。そして、中空体とした樹脂ボールは、超音波媒質10としてのオイルよりも比重を小さくするので、密閉容器3内のすべてにオイルを充填した場合に比較し、重量を小さくできる。
この例では、密閉容器3の前述した内積約90cm3に対し、樹脂ボールの体積を30cm3とし、オイルの充填量を30cm3とする。そして、樹脂ボール及びオイルの比重はそれぞれ0.08及び1.03となることから、樹脂ボールの重量は0.0024Kg、オイルの重量は0.031Kgになる。したがって、合計重量は0.0334Kgになり、密閉容器3内のすべてをオイルとした場合の0.062Kgに対して0.0286Kg減となる。
この場合、密閉容器3及びモータ等の回転機構を含めた従来例の短軸遥動探触子の重量を前述した0.3Kgとすると、本実施形態では同様に0.0286Kg減の0.2714Kgとなる。したがって、本実施形態では、従来例に対して9.5%の軽量化となるので、医師等による操作性を向上できる。
また、圧電素子群2の両端側には超音波吸収板12が直接的に設けられるので、圧電素子群2とともに短軸方向に遥動回転する。したがって、従来例の超音波吸収材をカバー3bの内周側面に塗布する場合に比較して、位置や厚みを一定にして、不要超音波の吸収を確実にする。
(他の事項)
上記実施形態では軽量体11は樹脂ボールとしたが、例えば第 図に示したように、回転保持体の下方に密閉容器3の内周に倣った形状として軽量体11の占有積を大きくすることもできる。また、軽量体11は中空体としたが、必ずしも中空体に限らず例えば材質をPE(ポリエチレン)として、超音波媒質10としての液体よりも比重が小さければよい。
本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の図で、同図(a)は長軸方向の、同図(b)は短軸方向の断面図である。 本発明の他の例を説明する超音波探触子の長軸方向の断面図である。 従来例の本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の図で、同図(a)は長軸方向の、同図(b)は短軸方向の断面図である。 従来例を説明する短軸遥動探触子の長軸方向の断面図である。
符号の説明
1 回転保持台、2 圧電素子群、3 密閉容器、3a 容器本体、3b カバー、4a 第1かさ歯車、4b 第2かさ歯車、5 基台、6 回転中心軸、7 回転シャフト、8 裏面カバー、9 ケーブル、10 超音波媒質、11 軽量体(樹脂ボール)。

Claims (4)

  1. 長軸方向に並べられた圧電素子群を回転保持台上に設けて、前記圧電素子群の短軸方向に前記回転保持台を回転遥動する密閉容器内に収容し、前記圧電素子群の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査するとともに、前記密閉容器内に音響媒質としての液体を充填してなる短軸遥動型超音波探触子において、前記超音波送受波面からの超音波の送受波方向とは反対方向であって、前記保持台の下方となる前記密閉容器内に前記液体よりも比重の小さい軽量体を設けたことを特徴とする短軸遥動型超音波探触子。
  2. 請求項1において、前記軽量体は内部を中空状とした中空体である短軸遥動型超音波探触子。
  3. 請求項1において、前記回転保持台は水平部の両端側に脚部を有するコ字状とし、前記密閉容器はいずれも凹状とした容器本体とカバーとからなり、前記容器本体の側壁には前記回転保持台の脚部に設けた回転軸受けと結合した長軸方向の回転中心軸を有し、前記回転保持台の一方の脚部には短軸方向に回転遥動する第1かさ歯車を有し、前密閉容器の底壁には回転シャフトが密閉貫通して前記第1かさ歯車と歯合する第2かさ歯車を有する短軸遥動型超音波探触子。
  4. 請求項1において、前記圧電振動子群の両端側には前記長軸方向に伝播する超音波を吸収する超音波吸収板を設けた短軸遥動型超音波探触子。
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