JP2007289315A - Ultrasonic probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波探触子に関し、例えば、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic probe, for example, an ultrasonic probe used in an ultrasonic diagnostic apparatus that obtains an image in a subject using ultrasonic waves.
超音波振動子の配列方向の電子走査と、この電子走査方向と直交する方向に移動または揺動させる機械走査とによって、任意の断層画像や立体画像の構築を行うことができる医療用の超音波探触子が知られている。 Medical ultrasound capable of constructing an arbitrary tomographic image or stereoscopic image by electronic scanning in the arrangement direction of the ultrasonic transducers and mechanical scanning that moves or swings in a direction orthogonal to the electronic scanning direction A probe is known.
図6は上述した従来の超音波探触子の主要部の構成を示す斜視図である。図6において、複数の配列された超音波振動子(不図示)を含んで構成された超音波振動子アセンブリ101はアーム103に一体に組みつけられ、アーム103には揺動軸104がアーム103の両端で一体的に結合されている。揺動軸104は基台109に組みつけられた軸受105に回動可能に支持され、さらに、揺動軸104に一体に組みつけられた第一のプーリ120とベルト121と第二のプーリ122を介して、駆動モータ123の駆動モータ出力軸124に係合される。超音波振動子アセンブリ101に対する電気信号の送受信は、接続部材102を介して行われる。音響窓108は釣鐘状の形状をしており超音波振動子アセンブリ101の外側を覆うように配置され、音響窓108の内側には液状の音響伝達媒体が封入されている。また駆動モータ出力軸124と基台109の間にはシール125が組み込まれており音響伝達媒体の漏れ出しを防止している。
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the main part of the above-described conventional ultrasonic probe. In FIG. 6, an ultrasonic transducer assembly 101 including a plurality of arranged ultrasonic transducers (not shown) is integrally assembled with an
以上の構成により、駆動モータ123を正・逆回転駆動することによって、揺動軸104を中心にして超音波振動子アセンブリ101を揺動させることができる。したがって、超音波振動子アセンブリ101を構成する複数の超音波振動子の電子走査と、揺動軸104を中心とする超音波振動子アセンブリ101の揺動による機械走査とによって、被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することが可能になる。
With the above configuration, the ultrasonic transducer assembly 101 can be swung around the
この様な被検体内の任意の断層画像や立体画像を取得することが可能な超音波探触子において安定した画像を得る為には超音波振動子アセンブリ101を安定して動作させることが必要であり、その為には揺動負荷を低減することが重要であった。このような課題に対して、たとえば特許文献1に記載されているように、駆動モータにボイスコイルモータを使用することで、前記ベルト121などの動力伝達手段を無くし慣性モーメントや動力伝達手段における負荷を低減し、揺動負荷を低減できる超音波探触子が紹介されている。
しかしながら、このような従来の超音波探触子では、駆動モータ出力軸やエンコーダを構成する回転軸とシールとの間の摺動で大きな摩擦負荷が生じ、更にはこの摩擦負荷は製品間でばらついたり、環境温度や長期の使用などによって変動するという課題があった。このため超音波振動子アセンブリを常に安定した速度で動作させるには、このような摩擦負荷を吸収する複雑な制御回路や製造工程における厳しい調整などが要求された。また製品寿命を考えた場合、他の部品に比べて回転軸とシール間の磨耗が最もはやく損傷するため、更に長い製品寿命を実現する為には回転軸とシール間の磨耗を改良する必要があった。 However, in such a conventional ultrasonic probe, a large frictional load is generated by sliding between the output shaft of the drive motor or the rotary shaft constituting the encoder and the seal, and this frictional load varies between products. There was a problem that it fluctuates depending on the environmental temperature and long-term use. Therefore, in order to always operate the ultrasonic transducer assembly at a stable speed, a complicated control circuit that absorbs such a frictional load and a strict adjustment in a manufacturing process are required. In addition, when considering the product life, the wear between the rotating shaft and the seal is damaged most quickly compared to other parts. Therefore, to achieve a longer product life, it is necessary to improve the wear between the rotating shaft and the seal. there were.
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、摩擦負荷が少なく超音波振動子アセンブリを長期間安定して揺動させることができる信頼性の高い超音波探触子を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a highly reliable ultrasonic probe that can reduce the frictional load and can oscillate the ultrasonic transducer assembly stably for a long period of time. For the purpose.
本発明の超音波探触子は、超音波を送受信する複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アセンブリと、前記超音波振動子アセンブリに対して信号を送受する接続部材と、前記超音波振動子アセンブリを支持するアームと、前記超音波振動子アセンブリと前記アームを超音波振動子の配列方向と直交する方向へ揺動させる駆動手段と、前記アームの揺動中心となる揺動軸と、前記揺動軸を支持する軸受と、前記超音波振動子アセンブリの位置を検出する位置検出手段と、鐘形状の形状を有し前記超音波振動子アセンブリの超音波送受側を覆うように配置された音響窓と、前記音響窓の内側で前記超音波振動子の周囲を充填する液状の音響伝達媒体と、前記音響伝達媒体を封止する封止手段とを有し、前記封止手段を構成する部品は前記揺動時に摺動部を有さないよう構成している。この構成により、封止部における摺動負荷が無くなり、摩擦負荷を低減させることができるので、長期間安定して超音波振動子アセンブリを揺動させることができる。 The ultrasonic probe of the present invention includes an ultrasonic transducer assembly in which a plurality of ultrasonic transducers that transmit and receive ultrasonic waves are arranged, a connection member that transmits and receives signals to and from the ultrasonic transducer assembly, An arm that supports the ultrasonic transducer assembly, a drive unit that swings the ultrasonic transducer assembly and the arm in a direction orthogonal to the arrangement direction of the ultrasonic transducers, and a swing that is a swing center of the arm A shaft, a bearing that supports the swing shaft, position detecting means for detecting the position of the ultrasonic transducer assembly, and a bell-shaped shape so as to cover the ultrasonic transmission / reception side of the ultrasonic transducer assembly An acoustic window disposed on the inside of the acoustic window, a liquid acoustic transmission medium that fills the periphery of the ultrasonic transducer inside the acoustic window, and a sealing unit that seals the acoustic transmission medium. The components constituting the means are It is configured such that sometimes does not have a sliding portion. With this configuration, the sliding load in the sealing portion is eliminated and the frictional load can be reduced, so that the ultrasonic transducer assembly can be oscillated stably for a long period of time.
また、本発明の超音波探触子は、前記駆動手段を、前記アームに一体に形成され揺動面に軸方向が垂直なコイルと、前記コイルの両側に揺動面に水平に配置された一対の一体となったマグネットとバックヨークとから構成しても良い。 In the ultrasonic probe according to the present invention, the driving unit includes a coil integrally formed with the arm and having an axial direction perpendicular to the swing surface, and horizontally disposed on the swing surface on both sides of the coil. You may comprise from a pair of magnet and back yoke.
この構成により、液状の音響伝達媒体の中で簡素な部品を用いて小型の駆動手段を配置できるので、長期間安定揺動が可能な信頼性が高い装置を安価に小型化できる。 With this configuration, since the small driving means can be arranged using simple components in the liquid acoustic transmission medium, it is possible to reduce the size of a highly reliable device that can stably swing for a long period of time at low cost.
また、本発明の超音波探触子は超音波振動子アセンブリを所定の位置に保持する保持手段を有しても良い。 Further, the ultrasonic probe of the present invention may have a holding means for holding the ultrasonic transducer assembly in a predetermined position.
この構成により、静止画像を取得時に振動や衝撃に対して超音波振動子アセンブリを強固に固定できるので、安定した画像を得ることができる。 With this configuration, the ultrasonic transducer assembly can be firmly fixed against vibration or shock when a still image is acquired, and thus a stable image can be obtained.
また、本発明の超音波探触子は、保持手段が未通電時に超音波振動子アセンブリを保持するよう構成しても良い。 The ultrasonic probe of the present invention may be configured to hold the ultrasonic transducer assembly when the holding means is not energized.
この構成により、未使用時において超音波振動子アセンブリは強固に固定されるため、振動や衝撃に対して安全に保護することができる。 With this configuration, since the ultrasonic transducer assembly is firmly fixed when not in use, it can be safely protected against vibration and impact.
以上説明したように、本発明によれば音響伝達媒体を封止する封止手段を構成する部品が揺動時に摺動部を有さないよう構成しているので、超音波振動子アセンブリが長期間安定して揺動することができる信頼性の高い超音波探触子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the components constituting the sealing means for sealing the acoustic transmission medium are configured not to have a sliding portion when swinging. A highly reliable ultrasonic probe that can oscillate stably for a period of time can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2は本発明に係る超音波探触子の第1の実施の構成を示す断面斜視図である。 1 and 2 are sectional perspective views showing a configuration of a first embodiment of an ultrasonic probe according to the present invention.
図2は図1の一部を切り欠き内部の構造を詳細に示している。図1及び図2に示す超音波探触子は、複数の超音波振動子(不図示)が配列された超音波振動子アセンブリ1を備えており、この超音波振動子アセンブリ1は、超音波の焦点を機械的に定めるレンズ、超音波を送受信する方向に対してその背面へ超音波が伝達することを抑える背面緩衝材、音響インピーダンスを整合する整合層(以上いずれも不図示)、超音波振動子に電気信号を送受信するための接続部材2が、超音波振動子と共に一体的に組立てられている。
FIG. 2 is a partially cutaway view of FIG. The ultrasonic probe shown in FIGS. 1 and 2 includes an
アーム3は超音波振動子アセンブリ1の内側で一体的に結合し超音波振動子アセンブリ1を支持している。アーム3の揺動中心となる揺動軸4はアーム3に一体に形成され、軸受5に回転可能に保持されている。アーム3の揺動軸4を挟んで超音波振動子アセンブリ1と反対側には、コイル6aがアーム3と一体的に配置されている。コイル6aは超音波探触子もしくは超音波装置本体に配置された揺動駆動回路(不図示)に電気的に接続している。
The
コイル6aの両側には、磁気回路を形成する一対の一体となったマグネット6bとバックヨーク6cがマグネット6bの側がコイルに向き合う方向で配置されている。コイル6a、マグネット6b及びバックヨーク6cで駆動手段6を構成し、揺動駆動回路からコイル6aに流すことで、揺動軸4を中心とした回転トルクが発生する。
On both sides of the coil 6a, a pair of integrated magnets 6b and a back yoke 6c forming a magnetic circuit are arranged in such a direction that the magnet 6b side faces the coil. The coil 6a, the magnet 6b, and the back yoke 6c constitute the drive means 6, and a rotational torque around the
マグネットロータ7aは外周部が周方向に着磁されており、揺動軸4に同軸上に固定され超音波振動子アセンブリ1とともに揺動し、マグネットロータ7aに近接して固定された検出器7bがマグネットロータ7aの回転位置を検出する。このマグネットロータ7aと検出器7bで位置検出手段7が構成される。
The outer circumference of the magnet rotor 7a is magnetized in the circumferential direction. The magnet rotor 7a is coaxially fixed to the
音響窓8は、釣鐘形状を有し超音波振動子アセンブリ1の超音波送受信側から囲うように配置され、内側は液状の音響伝達媒体(不図示)で充填され、外側で非検体に接する。これにより超音波振動子アセンブリ1によって送受信される超音波は空気層を通過せずに、音響伝達媒体および音響窓8の部材を通じて被検体との間を効率良く伝播される。
The
基台9は、例えば軸受5やバックヨーク6cなど超音波探触子の各構成部品が所望の位置にとなるよう支持する支持部材である。また基台9は音響窓8と協働して封止手段を構成し、密閉な状態で音響伝達媒体を充填し封止している。
The
筐体10は、音響窓8の釣鐘形状の閉部と背向した長手方向に延在しており、音響窓8と一体化して、超音波探触子の外形を形成している。
The
以上のように構成された超音波探触子の動作について図3を用いて説明する。図3(a)は、コイル6aに矢印Ia方向に電流を流したときの動作を示す。一対の一体となったマグネット6bとバックヨーク6c(1組は不図示)が形成する磁気回路によりコイル6aには矢印Fa方向の力が発生し、コイル6aが一体に形成されているアーム3や超音波振動子アセンブリ1は駆動軸4を揺動中心に矢印U方向に動作する。図3(b)はコイル6aにIb方向に電流を流したときの動作であり、同様にコイル6aには矢印Fb方向の力が発生しアーム3や超音波振動子アセンブリ1は矢印V方向に動作する。このようにコイル6aに流す電流方向を切り替えることによって超音波振動子アセンブリ1を任意の方向に揺動させることができる。ここで、超音波アセンブリ1の位置は図1、及び図2に示す位置検出手段7で検出している。このようにして、電子走査により平面画像を取得する超音波振動子アセンブリ1がコイル6a、マグネット6b及びバックヨーク6cからなる駆動手段6の駆動力で揺動軸4を中心に揺動し、任意の断層像や立体画像を取得できる。
The operation of the ultrasonic probe configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows the operation when a current is passed through the coil 6a in the direction of the arrow Ia. A magnetic circuit formed by a pair of integral magnets 6b and a back yoke 6c (one set not shown) generates a force in the direction of arrow Fa in the coil 6a, and the
本発明の実施の形態では、以上の揺動動作においてアーム3や、駆動手段6や位置検出手段7のマグネットヨーク7aなどの機械的に動作をする部品はすべて封止手段中の音響伝達媒体の中で構成している。すなわち可動する部品の周囲で液状の音響伝達媒体が漏れないようにシール等をする必要がなく、従って摺動部を無くすることができる。このように封止手段を構成する部材は揺動時に摺動部を有さないように構成しているので、揺動時の摩擦負荷を低減でき、更には摩擦負荷の製品間のばらつきや環境温度や長期使用などによる変動も低減できる。したがって複雑な制御回路や製造工程における厳しい調整を実施することなく、安定した揺動動作を実現できる。また、シールと動作部品の間の摺動磨耗が無くなることにより、揺動寿命も延び信頼性も向上する。
In the embodiment of the present invention, all of the mechanically moving parts such as the
更に、本発明の実施の形態では、アーム3に一体に形成され揺動面に軸方向が垂直なコイル6aと、コイルの両側に揺動面に水平に配置された一対の一体となったマグネット6bとバックヨーク6cから駆動手段を形成している。この構成において、コイル6aはアーム3とほぼ同じ厚みに形成し、マグネット6bは平板状に形成し、バックヨーク6cは平板に一部を曲げ加工して形成しているので、それぞれの部品は形状が簡素で容易に形成することが可能となる。また揺動面にそれぞれの部品の主たる平面が略平行に配置されるので少ないスペースで配置が可能となる。このように、液状の音響伝達媒体の中で簡素な部品を用いて小型の駆動手段を配置できるので、装置を安価に小型化できる。
Furthermore, in the embodiment of the present invention, the coil 6a that is integrally formed with the
以上のように本発明の第一の実施の形態によれば、音響伝達媒体を封止する封止手段を構成する部品は揺動時に摺動部を有さないよう構成し、駆動手段6を、アームに一体に形成され揺動面に軸方向が垂直なコイル6aと、コイルの両側に揺動面に水平に配置されたマグネット6bとバックヨーク6cから構成することにより、負荷が少なく長期間安定して揺動することができる信頼性の高い小型の超音波探触子を提供することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the components constituting the sealing means for sealing the acoustic transmission medium are configured so as not to have a sliding portion when swinging, and the driving means 6 is provided. The coil 6a, which is integrally formed with the arm and whose axial direction is perpendicular to the swing surface, and the magnet 6b and the back yoke 6c which are horizontally disposed on the swing surface on both sides of the coil, reduce the load for a long time. It is possible to provide a highly reliable small ultrasonic probe that can stably rock.
次に、本発明の第2の実施の形態について図4及び図5を用いて説明する。図4、図5において保持手段11はプランジャー11a,与圧ばね11b、ステータ11cからなり、ステータ11cに通電と無通電を繰り返すことによりプランジャー11aを上下に駆動させることができる。ここで保持手段11はプランジャー11aが揺動軸4の下方となるように配置されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5, the holding means 11 includes a plunger 11a, a pressurizing
図4は保持手段11が無通電の時の状態を示してある。このときプランジャー11aとステータ部11cの間には磁気力が無く与圧ばね11bの力のみが働き、プランジャー11aを上方の揺動軸4に押圧する。このようにして揺動軸4は押圧するプランジャー11aとの間の摩擦により回転できなくなり従って超音波振動子アセンブリ1を固定することができる。
FIG. 4 shows a state when the holding means 11 is not energized. At this time, there is no magnetic force between the plunger 11a and the stator portion 11c, and only the force of the pressurizing
図5は保持手段を通電させた状態である。このときステータ11cの内部に構成されたコイル(未図示)が通電され、軟磁性体であるプランジャー11aとの磁気力が働き、磁気力が与圧ばね11bのばね力に打ち勝ち、プランジャー11aが揺動軸4から離間し下方へ移動する。これにより、超音波振動子アセンブリ1は揺動が可能となる。
FIG. 5 shows a state where the holding means is energized. At this time, a coil (not shown) configured inside the stator 11c is energized, and a magnetic force acts on the plunger 11a, which is a soft magnetic material, so that the magnetic force overcomes the spring force of the pressurizing
このように超音波アセンブリ1は、保持手段11に対して未通電にすることで任意の位置に固定され、通電することで固定が解除され任意に揺動できる。従って、超音波振動子アセンブリ1が静止し複数の超音波振動子の配列方向の電子走査を用いた2次元画像取得時には保持手段11を未通電にし超音波振動子アセンブリ1固定することで振動や衝撃などが加えられたとしても超音波振動子アセンブリ1がぶれずに安定した画像を得ることができ、立体画像取得時などの超音波振動子アセンブリ1の揺動時には保持手段11を通電し、超音波振動子アセンブリ1を任意に揺動させることができる。更には、未使用時には超音波振動子アセンブリ1を安全な位置に退避させてから保持手段11を未通電にすることで、超音波振動子アセンブリ1を安全に固定させることができる。
As described above, the
以上のように第2の実施の形態によれば、超音波振動子アセンブリ1を所定の位置に保持する保持手段11を有し、保持手段11が未通電時に超音波振動子アセンブリ1を保持するよう構成されているので、電子走査による2次元画像を取得時には振動や衝撃に対して超音波振動子アセンブリ1を強固に固定し安定した画像を得ることができ、未通電時の振動や衝撃に対しても超音波振動子アセンブリ1は動くことは無く安全に保護することができる。
As described above, according to the second embodiment, the holding
以上のように、本発明に係る超音波探触子は、揺動時の摩擦負荷が少なく超音波振動子アセンブリを長期間安定して揺動させることができるという効果を有し、超音波を用いて被検体内の画像を得る超音波診断装置に使用される超音波探触子等として有用である。 As described above, the ultrasonic probe according to the present invention has an effect that the ultrasonic transducer assembly can be stably oscillated for a long period of time with little frictional load at the time of oscillating. It is useful as an ultrasonic probe or the like used in an ultrasonic diagnostic apparatus that uses it to obtain an image in a subject.
1,101 超音波振動子アセンブリ
2,102 接続部材
3,103 アーム
4,104 揺動軸
5,105 軸受
6 駆動手段
6a コイル
6b マグネット
6c バックヨーク
7 位置検出手段
7a マグネットヨーク
7b 検出器
8,108 音響窓
9,109 基台
10 筐体
11 保持手段
11a プランジャー
11b 与圧ばね
11c ステータ
120 第1のプーリ
121 ベルト
122 第2のプーリ
123 駆動モータ
124 駆動モータ出力軸
125 シール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Ultrasonic vibrator assembly 2,102 Connection member 3,103 Arm 4,104 Oscillating shaft 5,105
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