JP2008200355A - 超音波診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】キャップ及び音響媒体によらず、レンズの超音波の焦点位置を、超音波の音軸中心を含むキャップの回動中心軸と平行な方向の断面上のレンズ面と、直交する方向の断面上のレンズ面とで合致させるか焦点位置のズレを最小限にする超音波診断装置を提供する。
【解決手段】キャップと、圧電素子６１に設けられたレンズ６３とを具備するとともに、キャップの中心を回動中心軸として回動自在なキャップ２４内に設けられた超音波振動子と、キャップ内に充填された音響媒体と、を具備し、レンズ６３は、圧電素子６１から放射される超音波を集音するとともに、超音波の音軸中心Ｓを含む回動中心軸と平行な断面上の第１のレンズ面７１の第１の焦点距離Ｌ１が、音軸中心Ｓを含む回動中心軸と直交する断面上の第２のレンズ面の第２の焦点距離Ｌ２よりも短い形状を具備していることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、キャップ内に、超音波が通過する際の音速がキャップ外側媒体よりも遅い音響媒体と、キャップの振動子回動軸を中心として回動自在な超音波振動子とが具備された超音波診断装置に関する。
超音波振動子から体腔内の被検部位となる体腔壁に超音波を繰り返し放射し、被検部位の体腔壁から反射される超音波のエコー信号を超音波振動子で受信して、被検部位の二次元的な可視像である超音波画像を表示装置の画面上に表示させて、病変部の診断等に用いることができる超音波診断装置は周知であり、種々提案されている。
この超音波診断装置と組み合わせて使用される機器としては、超音波内視鏡や超音波プローブ等が周知である。例えば、超音波診断装置を具備する超音波内視鏡は、体腔内に挿入される挿入部の先端部に、被検部位の内視鏡画像を得るための内視鏡観察ユニットと、被検部位の超音波画像を得るための超音波観察ユニットとが備えられた構成が周知である。
超音波観察ユニットは、挿入部の先端部において、例えば内視鏡観察ユニットよりも挿入方向の先端側に設けられており、挿入部の先端部に被覆された先端キャップ（以下、単にキャップと称す）と、該キャップ内において、キャップの後述する振動子回動軸を中心として回動自在に設けられた超音波振動子と、キャップ内において、超音波振動子とキャップの内面との間に充填された音響媒体とを具備して構成されている。
超音波振動子は、電気機械変換素子である圧電素子と、圧電素子の一方の面及び該一方の面と反対側の他方の面に設けられた、圧電素子に対し電圧を印加するまたは圧電素子から電圧を受信する電極と、圧電素子の振動を音源として放射された超音波を集音する音響レンズ（以下、単にレンズと称す）と、圧電素子の他方の面の電極上に設けられた不要な超音波を減衰させるバッキング材と、圧電素子と電極とレンズとバッキング材とを、レンズを露出させて保持するとともに、超音波振動子の外装を構成するハウジングとを具備して構成されている。
ここで、上述した音響媒体としては、キャップの外側に存在する体腔内のキャップ外側媒体である水や体液等と、超音波の通過する音速が同じとなるよう、水が用いられるのが一般的であるが、超音波振動子の回動潤滑性を向上させるとともに、超音波振動子の回動に伴い音響媒体中において発生する気泡を防ぐ等の目的から、音響媒体として油系媒体等の流動パラフィンを用いる構成も周知であり、例えば特許文献１に開示されている。
特開平７−２４１２９３号公報
ところで、超音波振動子を音源として放射される超音波は、レンズにより集音された後、音響媒体、キャップを介して被検部位の体腔壁に放射される。
ここで、特許文献１に開示されたように、音響媒体に油系媒体を用いると、体腔内におけるキャップ外側媒体は、水や体液等であることから、キャップの外側と内側とで、超音波が通過する際の音速が変化することになる。
具体的には、油系媒体は水に比べ、超音波が通過する音速が遅いことから、油系媒体及びキャップにおいて、超音波の屈折方向がそれぞれ変化する疑似レンズの効果が発生してしまうといった問題があった。
より具体的には、例えば、キャップが円筒形状の場合、レンズにおける、超音波の音軸中心を含むキャップの中心である超音波振動子の振動子回動軸（以下、単に振動子回動軸と称す）と平行な断面上の第１のレンズ面から放射された第１の超音波と、音軸中心を含む振動子回動軸と直交する断面上の第２のレンズ面から放射された第２の超音波とでは、第１の超音波は、キャップの振動子回動軸に平行な曲率の小さな円筒面を略真っ直ぐ通過するのに対し、第２の超音波は、曲率の大きな円筒面、例えばキャップの直径が２０ｍｍの場合、半径１０ｍｍの曲率を有する円筒面を、既知のスネルの法則により、屈折して通過することから、各レンズ面における超音波の屈折方向の違いにより、第１のレンズ面と第２のレンズ面とで、各超音波の焦点位置が大幅にずれてしまい、良好な超音波画像を得ることができないといった問題があった。
尚、以上のような問題は、音響媒体に、外側媒体と同じ水を用いた場合においては、キャップの内側と外側とで、超音波が通過する音速が同じとなることから発生しない。
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、キャップ内の音響媒体に、キャップ外側媒体よりも超音波の通過する音速が遅い媒体を用いた場合であっても、レンズの超音波の焦点位置を、超音波の音軸中心を含むキャップの振動子回動軸と平行な方向の断面上のレンズ面と、直交する方向の断面上のレンズ面とで合致させるか焦点位置のズレを最小限にすることにより、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供するにある。
上記目的を達成するため本発明による超音波診断装置は、体腔内の体腔壁にキャップ外側媒体を介して外周が接触するキャップと、電気機械変換素子と、該電気機械変換素子に設けられた凹状のレンズとを具備するとともに、前記キャップの中心を振動子回動軸として回動自在であって、前記キャップを介して被検部位となる前記体腔壁に対し、前記電気機械変換素子を音源とする超音波を放射または受信できる、前記キャップ内に設けられた超音波振動子と、前記キャップ内において、該キャップの内面と前記超音波振動子との間に充填された、前記超音波振動子から放射された前記超音波が通過する際の音速が、前記キャップ外側媒体よりも遅い音響媒体と、を具備し、前記レンズは、前記電気機械変換素子から放射される前記超音波を集音するとともに、前記超音波の音軸中心を含む前記振動子回動軸と平行な断面上の第１のレンズ面の第１の焦点距離が、前記音軸中心を含む前記振動子回動軸と直交する断面上の第２のレンズ面の第２の焦点距離よりも短い形状を具備していることを特徴とする。
本発明によれば、キャップ内の音響媒体に、キャップ外側媒体よりも超音波の通過する音速が遅い媒体を用いた場合であっても、レンズの超音波の焦点位置を、超音波の音軸中心を含むキャップの振動子回動軸と平行な方向の断面上のレンズ面と、直交する方向の断面上のレンズ面とで合致させるか焦点位置のズレを最小限にすることにより、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、以下に示す本実施の形態においては、超音波診断装置を、超音波内視鏡に適用する場合を例に挙げて説明する。
（第１実施の形態）
図１は、本実施形態の超音波診断装置を含む超音波内視鏡装置の構成を示す図、図２は、図１の超音波内視鏡の挿入部の先端部を拡大して概略的に示す斜視図、図３は、図２中のIII-III線に沿う部分断面図、図４は、図３の超音波振動子の構成を、キャップとともに示す部分断面図である。
また、図５は、図４の振動子単体のレンズにおける第１のレンズ面及び第２のレンズ面の焦点距離を示す斜視図、図６は、図５の振動子単体が、音響媒体とともにキャップ内に設けられた状態において第１のレンズ面及び第２のレンズ面の焦点距離が合致した状態を示す斜視図、図７は、図６中のVII-VII線に沿う断面図、図８は、図６中のVIII-VIII線に沿う断面図である。
尚、以下、図１〜図７に示す超音波内視鏡の構成は、説明を簡略化するため、主要部以外は、省略するかまたは概略的に示してある。
図１に示すように、超音波内視鏡装置１００は、超音波内視鏡１と、光源装置１１と、ビデオプロセッサ１２と、超音波観測装置１４と、吸引ポンプ１５と、送水タンク１６とにより主要部が構成されている。
超音波内視鏡１は、体腔内に挿入される細長な挿入部２と、この挿入部２の挿入方向の基端部に設けられた把持部を兼ねる操作部３と、該操作部３の、例えば挿入方向基端側から延出された可撓性を有するユニバーサルコード４と、該ユニバーサルコード４の延出端部に設けられたスコープコネクタ５とにより主要部が構成されている。
スコープコネクタ５に、光源コネクタ６と、電気コネクタ７と、超音波コネクタ８と、吸引口金９と、送気送水口金１０とが設けられている。
光源コネクタ６に、照明光を供給する光源装置１１が着脱自在な構成となっている。また、電気コネクタ７に、図示しない信号ケーブルを介して各種の信号処理等を行うビデオプロセッサ１２が着脱自在な構成となっている。
さらに、超音波コネクタ８に、超音波ケーブル１３を介して超音波観測装置１４が着脱自在な構成となっている。また、吸引口金９に、図示しない吸引チューブを介して吸引ポンプ１５が着脱自在な構成となっている。さらに、送気送水口金１０に、図示しない送気・送水チューブを介して送水タンク１６が着脱自在な構成となっている。
超音波観測装置１４は、超音波内視鏡１の各種動作制御を行うものであって、例えば後述する超音波振動子４１の駆動制御や、この超音波振動子４１の駆動制御によって取得した電気信号の信号処理を行って映像信号を生成する動作を行う。
尚、超音波観測装置１４で生成された映像信号は、超音波内視鏡装置を構成する図示しない表示装置に出力される。その結果、この映像信号を受けた表示装置の画面上には超音波画像が表示される。また、超音波観測装置１４は、超音波診断装置の一部を構成している。
超音波内視鏡１の挿入部２は、先端側から順に、硬質部材で形成された先端硬質部２１と、例えば上下方向及び左右方向に湾曲自在に構成された湾曲部２２と、長尺でかつ可撓性を有する可撓管部２３とが連設されて構成されている。
操作部３に、湾曲部２２の湾曲操作を行う湾曲操作ノブ２５と、送気送水操作及び吸引操作をそれぞれ行う送気送水吸引ボタン２６とが設けられている。また、操作部３の挿入部２側には、処置具を挿入部２、操作部３内に設けられた処置具挿通管路３３を介して体腔内に導入する処置具挿入口２７が設けられている。
図２に示すように、先端硬質部２１の外周側面における設定位置に、照明用レンズ３０と、観察用レンズ３１と、処置具用開口３２とが設けられている。
照明用レンズ３０は、ユニバーサルコード４、操作部３、挿入部２内を挿通する図示しないライトガイドを介して、光源装置１１から供給される照明光を、体腔内の被検部位となる観察部位に向けて出射するものである。この照明用レンズ３０から出射された照明光によって、体腔内における観察部位は照明される。
観察用レンズ３１は、先端硬質部２１内に設けられた、図示しない複数の対物レンズと、該対物レンズの結像位置に設けられている電荷結合素子等の図示しない撮像素子とともに、観察ユニットを構成している。
観察用レンズ３１、対物レンズによって観察された観察部位の光学像は、撮像素子の撮像面に結像された後、撮像素子において電気信号に光電変換され、その後、撮像素子から延出する、挿入部２、操作部３、ユニバーサルコード４内を挿通する図示しない撮像ケーブル、電気コネクタ７を介して、ビデオプロセッサ１２に伝送される。
ビデオプロセッサ１２は、伝送された電気信号に対して信号処理を行うことにより、標準的な映像信号を生成し、その映像信号を図示しない表示装置に出力する。その結果、表示装置の画面上に内視鏡観察画像が表示される。
処置具用開口３２は、挿入部２、操作部３内に設けられた処置具挿通管路３３の先端硬質部２１側の開口であり、処置具挿入口２７から処置具挿通管路３３内に挿入された処置具を、体腔内の被検部位に対して突出させる開口である。
先端硬質部２１の照明用レンズ３０、観察用レンズ３１、処置具用開口３２よりも、挿入方向の先端側に、図２に示すように、例えば円筒状の、例えばポリエチレンから構成されたキャップ２４が設けられており、キャップ２４内には、図３に示すように、音響媒体４３とともに、超音波振動子４１が設けられている。尚、キャップ２４、音響媒体４３、超音波振動子４１は、超音波診断装置の一部を構成している。
キャップ２４の挿入方向の先端の開口は閉塞されている。また、超音波内視鏡１の挿入部２は、被検者の咽頭部を通過させて用いられることから、キャップ２４の直径は、出来るだけ小さく、例えば２０ｍｍ以下に形成されていることが好ましい。
さらに、キャップ２４は、挿入部２が体腔内に挿入された際、体腔内の体腔壁に対し、超音波が通過する音速が１５００ｍ／ｓｅｃ程度の水、体液等のキャップ外側媒体を介して接触する。
キャップ２４は、振動子回動軸Ｃと、キャップ２４の円筒中心が一致するよう配設されている。
超音波振動子４１は、後述するが、略円柱状の部材に形成されており、キャップ２４内において、先端硬質部２１に設けられた挿入方向先端側に突出する一対の凸部を有する振動子フォルダ４２に外周が挟持されて設けられている。
尚、一対の振動子フォルダ４２の挟持径は、超音波振動子４１の外周径よりも小さく形成されている。このことにより、一対の振動子フォルダ４２は、超音波振動子４１を所定の接触圧を以て挟持する。
また、振動子フォルダ４２は、図示しないモータ等の回動手段によって、振動子回動軸Ｃを回動中心として回動自在な回動軸４０に接続されている。このことにより、振動子フォルダ４２は、振動子回動軸Ｃを回動中心として回動する。
その結果、振動子フォルダ４２の挟持された超音波振動子４１は、キャップ２４内において、回動自在となっている。尚、超音波振動子４１は、回動に関わらず、超音波振動子４１の外周面とキャップ２４の内周面との距離が一定となるよう、振動子フォルダ４２により挟持されている。
回動軸４０は、筒状部材から構成されており、回動軸４０の内部には、図１に示すように、超音波振動子４１から、挿入部２、操作部３及びユニバーサルコード４内を介して、超音波コネクタ８に接続される信号ケーブル９１が延出されている。
超音波振動子４１は、図４に示すように、例えば２つの振動子単体５１、５２を具備しており、２つの振動子単体５１、５２は、超音波振動子４１の円筒状の外装を構成するハウジング５０により、振動子回動軸Ｃに対し、対向配置されて保持されている。また、振動子単体５２は、振動子単体５１よりも外形が小さく形成されている。尚、超音波振動子４１は、振動子単体５１、５２のいずれかのみを具備していても構わない。
振動子単体５１は、例えばセラミックから構成された電気機械変換素子である圧電素子６１と、該圧電素子６１の一方の面上及び該一方の面に対向する他方の面上に薄肉に設けられた、Ｎｉ、金、銀等のいずれかから構成された電極６２と、圧電素子６１の一方の面の電極６２側に設けられた、例えばエポキシ樹脂から構成された凹状のレンズ６３と、圧電素子６１の他方の面の電極６２側に設けられた、例えばゴムから構成されたバッキング材６４とから主要部が構成されている。
圧電素子６１は、例えば５．０ＭＨｚ、７．５ＭＨｚの周波数を放射するプレート状の圧電センサから構成されている。また、電極６２は、圧電素子６１の一方の面及び他方の面に、例えばメッキされることにより形成されており、圧電素子６１に、電圧を印加することにより、圧電素子６１を構成するセラミックの粒子を変形させ、圧電素子６１を音源として超音波を放射させるとともに、放射後、被検部位からはね返った超音波を受信した後の圧電素子６１の変形から電位差を受信する機能を有している。
凹状のレンズ６３は、圧電素子６１の一方の面を音源として放射された超音波が拡散しないよう、被検部位に集音させて放射する機能を有している。また、バッキング材６４は、圧電素子６１の他方の面を音源として放射された超音波を減衰させる機能を有している。
振動子単体５２は、例えばセラミックから構成された電気機械変換素子である圧電素子６５と、該圧電素子６５の一方の面上及び該一方の面に対向する他方の面上に薄肉に設けられた、Ｎｉ、金、銀等のいずれかから構成された電極６６と、圧電素子６５の一方の面の電極６６側に設けられた、例えばエポキシ樹脂から構成された凹状のレンズ６７と、圧電素子６５の他方の面の電極６６側に設けられた、例えばゴムから構成されたバッキング材６８とから主要部が構成されている。
圧電素子６５は、圧電素子６１よりも高い周波数を放射する、例えば２０ＭＨｚ、１２ＭＨｚの周波数を放射するプレート状の圧電センサから構成されている。尚、圧電素子６１は、上述した圧電素子６１よりも外形が小さく形成されている。
また、電極６６、凹状のレンズ６７、バッキング材６８は、上述した電極６２、凹状のレンズ６３、バッキング材６４と同等の機能を有しているため、その説明は省略するが、電極６２、凹状のレンズ６３、バッキング材６４よりも外形が小さく形成されている。尚、電極６６は、圧電素子６５の一方の面及び他方の面に、例えばメッキされることにより形成されている。
超音波振動子４１は、キャップ２４の円筒面２４ｅを介して被検部位に対して超音波を放射するとともに、放射後、被検部位からはね返った超音波を受信して電気信号に変換し、その後、電気信号を、信号ケーブル９１、超音波コネクタ８、超音波ケーブル１３を介して超音波観測装置１４に伝送する。尚、信号ケーブル９１、超音波コネクタ８、超音波ケーブル１３は、超音波診断装置の一部を構成している。
超音波観測装置１４は、伝送された電気信号に対して信号処理を行うことにより、超音波画像信号を生成し、その超音波画像信号を図示しない表示装置に出力する。その結果、表示装置の画面上に超音波画像が表示される
また、超音波振動子４１は、上述したように、周波数の異なる圧電素子６１、６５を具備する２つの振動子単体５１、５２を具備している。よって、振動子単体５１、５２のいずれかを、超音波振動子４１が回動されることにより被検部位に対向させて、振動子単体５１、５２のいずれかから被検部位に対して、キャップ２４の円筒面２４ｅを介して超音波を放射、受信することにより、超音波振動子４１に対して距離の異なる被検部位の良好な超音波画像を得ることができる。
具体的には、一方、回動により、２０ＭＨｚ、１２ＭＨｚの周波数を有する圧電センサから構成された圧電素子６５を具備する振動子単体５２を被検部位に対向させて、超音波を放射、受信することにより、円筒面２４ｅを介して超音波振動子４１に近接する被検部位の良好な超音波画像を得ることができる。
また、他方、回動により、５．０ＭＨｚ、７．５ＭＨｚの周波数を有する圧電センサから構成された圧電素子６１を具備する振動子単体５１を被検部位に対向させて、超音波を放射、受信することにより、円筒面２４ｅを介して超音波振動子４１に対して離間する被検部位の良好な超音波画像を得ることができる。
音響媒体４３は、超音波振動子４１の回動潤滑性を向上させるとともに、超音波振動子４１の回動に伴い音響媒体４３中において発生する気泡を防ぐ目的から、上述したキャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅いグリセリン等の油系媒体から構成されており、キャップ２４内において、キャップ２４の内周面と超音波振動子４１との間に充填されている。
ここで、超音波振動子４１における各振動子単体５１、５２の各レンズ６３、６７は、図５、図８に示すように、各レンズ６３、６７単体における音軸中心Ｓを含む振動子回動軸Ｃと平行な断面上の第１のレンズ面７１の第１の焦点距離Ｌ１が、図５、図７に示すように、各レンズ６３、６７における音軸中心Ｓを含む振動子回動軸Ｃと直交する断面上の第２のレンズ面７２の第２の焦点距離Ｌ２よりも短く（Ｌ１＜Ｌ２）なるよう形成されている。尚、図５〜図８は、図面を簡略化するため、超音波振動子４１は、振動子単体５１のみを記載した図となっている。
ここで、本実施の形態のように、音響媒体４３に油系媒体を用いると、体腔内におけるキャップ２４の外側の媒体は、油系媒体よりも超音波が通過する速度が速い水や体液等であることから、キャップの外側と内側とで、超音波振動子４１から放射された超音波が通過する際の音速が変化することに伴い、音響媒体４３及びキャップ２４の円筒面２４ｅ（図６参照）において、超音波の屈折方向が変化する疑似レンズの効果が発生してしまう。
より具体的には、レンズ６３における第１のレンズ面７１から放射された第１の超音波と、第２のレンズ面７２から放射された第２の超音波とでは、第１の超音波は、図８に示すように、キャップ２４の振動子回動軸Ｃに平行な曲率の小さな円筒面２４ｅ１を略真っ直ぐ通過するのに対し、第２の超音波は、図７に示すように、曲率の大きな円筒面２４ｅ２、例えばキャップ２４の直径が２０ｍｍの場合、半径１０ｍｍの曲率を有する円筒面２４ｅ２を、既知のスネルの法則により、屈折して通過することから、超音波の屈折方向の違いにより、レンズ６３における第１のレンズ面７１と第２のレンズ面７２とで、各超音波の焦点位置が大幅にずれてしまい、良好な超音波画像を得ることができないといった問題があった。
しかしながら、本実施の形態のように、予め、図５に示すように、第１のレンズ面７１の第１の焦点距離Ｌ１を、第２のレンズ面７２の第２の焦点距離Ｌ２よりも短く設定しておけば、図６に示すように、キャップ２４内に、超音波振動子４１を音響媒体４３とともに設けた際、油系媒体からなる音響媒体４３、及びキャップ２４の円筒面２４ｅが疑似レンズ効果を発生したとしても、図６〜図８に示すように、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２の焦点位置が、第３の焦点位置Ｌ３で合致するか、最小限のズレ、例えば第２のレンズ面７２の焦点位置を１とした場合、第１のレンズ面７１の焦点位置のズレを３〜６％以内に抑制することができることが実験結果から分かった。
尚、以上のことは、振動子単体５２におけるレンズ６７においても同様である。
このように、本実施の形態においては、予め、第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１を、第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも短くなるよう、各レンズ６３、６７を形成すると示した。
このことによれば、キャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅い油系媒体からなる音響媒体４３及びキャップ２４の円筒面２４ｅが疑似レンズ効果を発生したとしても、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２の焦点位置が、第３の焦点位置Ｌ３において一致するか最小限のズレとなることから、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
（第２実施の形態）
図９は、本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の構成を示す斜視図、図１０は、図９のレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図、図１１は、図２中のXIk-XIk線に沿う部分断面図を、XIh-XIh線に沿う部分断面図とともに示す図である。
尚、本実施の形態は、上述した第１実施形態の第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１を第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも短く設定するためのレンズ形状を以下に示す。よって、第１実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付し、その説明は省略する。
また、本実施の形態においても、図面を簡略化するため、超音波振動子４１は、振動子単体５１のみを記載した図となっている。
図９、図１０に示すように、本実施の形態におけるレンズ６３は、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２が部分円弧状に形成されており、第１のレンズ面７１のA-A断面における第１の曲率半径Ｒ１が、第２のレンズ面７２のB-B断面における第２の曲率半径Ｒ２よりも小さくなるように（Ｒ１＜Ｒ２）形成されている。
このようなレンズ６３の構成によれば、第１のレンズ面７１の曲率半径Ｒ１が、第２のレンズ面７２の曲率半径Ｒ２よりも小さくなるように（Ｒ１＜Ｒ２）形成されていることにより、第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１が、第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも、上述したように短く（Ｌ１＜Ｌ２）なるよう設定することができることが実験から分かった。
その結果、キャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅い油系媒体からなる音響媒体４３及びキャップ２４の円筒面２４ｅが疑似レンズ効果を発生したとしても、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２の焦点位置が、図１１に示すように、第３の焦点位置Ｌ３において一致するか最小限のズレＬｘとなることから、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
尚、以上のことは、振動子単体５２のレンズ６７であっても同様である。
（第３実施の形態）
図１２は、本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図、図１３は、図１２とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図、図１４は、本実施の形態における第１のレンズ面及び第２のレンズ面の焦点位置を示す部分断面図である。
尚、本実施の形態においても、上述した第１実施形態の第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１を第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも短く設定するための第２実施の形態とは異なるレンズ形状を以下に示す。よって、第１実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付し、その説明は省略する。
また、本実施の形態においても、図面を簡略化するため、超音波振動子４１は、振動子単体５１のみを記載した図となっている。
図１２に示すように、本実施の形態におけるレンズ６３は、A-A断面における第１のレンズ面７１が、２次の放物線８０の絶対値により規定される形状に形成されており、B-B断面における第２のレンズ面７２が部分円弧状に形成されている。また、放物線８０の放物線焦点８１からの焦点距離Ｒ１０が、第２のレンズ面７２のB-B断面における曲率半径Ｒ２よりも小さくなるように（Ｒ１０＜Ｒ２）形成されている。
尚、図１３に示すように、A-A断面における第１のレンズ面７１が、３次の放物線８２の絶対値により規定される形状に形成されていても構わない。また、図示しないが、A-A断面における第１のレンズ面７１が、サイクロイド曲線の絶対値により規定される形状に形成されていても構わない。
このようなレンズ６３の構成によっても、第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１が、第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも、上述したように短く（Ｌ１＜Ｌ２）なるよう設定することができることが実験から分かった。
その結果、キャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅い油系媒体からなる音響媒体４３及びキャップ２４の円筒面２４ｅが疑似レンズ効果を発生したとしても、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２の焦点位置が、第３の焦点位置Ｌ３において一致するか最小限のズレとなることから、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
さらには、上述した第１及び第２実施の形態においては、第３の焦点位置Ｌ３においては、焦点が絞られている領域は、ごく限られた領域としかならないが、本実施の形態におけるレンズ６３の形状によれば、図１４に示すように、第３の焦点位置Ｌ３においては、焦点が絞られている領域Ｐは、Ｌｓのように、従来よりも長く設定することができることが実験から分かった。
よって、上述した第２実施の形態よりも、より良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
尚、以上のことは、振動子単体５２のレンズ６７であっても同様である。
（第４実施の形態）
図１５は、本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０、図１２とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図である。
尚、本実施の形態においても、上述した第１実施形態の第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１を第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも短く設定するための第２、第３実施の形態とは異なるレンズ形状を以下に示す。よって、第１実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付し、その説明は省略する。
また、本実施の形態においても、図面を簡略化するため、超音波振動子４１は、振動子単体５１のみを記載した図となっている。
図１５に示すように、本実施の形態におけるレンズ６３は、A-A断面における第１のレンズ面７１が、２次以上の放物線８３の絶対値により規定される形状に形成されており、B-B断面における第２のレンズ面７２が、放物線８３とは係数の異なる２次以上の放物線８４の絶対値により規定される形状に形成されている。
具体的には、放物線８３、８４を２次の放物線とした場合、A-A断面における第１のレンズ面７１が、ｙ＝ａｘ２の放物線８３の絶対値により規定される形状に形成されており、B-B断面における第２のレンズ面７２が、第２の係数ｂが第１の係数ａよりも小さい（ｂ＜ａ）、ｙ＝ｂｘ２の放物線８４の絶対値により規定される形状に形成されている。
このようなレンズ６３の構成によっても、第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１が、第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも、上述したように短く（Ｌ１＜Ｌ２）なるよう設定することができることが実験から分かった。
その結果、キャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅い油系媒体からなる音響媒体４３及びキャップ２４の円筒面２４ｅが疑似レンズ効果を発生したとしても、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２の焦点位置が、第３の焦点位置Ｌ３において一致するか最小限のズレとなることから、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
さらには、本実施の形態におけるレンズ６３の形状によれば、上述した第２実施の形態よりも、特に、上述した図１３に示したように、A-A断面における第１のレンズ面７１が、３次の放物線８２の絶対値により規定される形状に形成されている場合よりも、第３の焦点位置Ｌ３において、焦点が絞られている上述した領域Ｐを、Ｌｓ以上に長く設定することができることが実験から分かった。
よって、上述した第２及び第３実施の形態よりも、より良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
尚、以上のことは、振動子単体５２のレンズ６７であっても同様である。
（第５実施の形態）
図１６は、本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０、図１２、図１５とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図である。
尚、本実施の形態においても、上述した第１実施形態の第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１を第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも短く設定するための第２〜第４実施の形態とは異なるレンズ形状を以下に示す。よって、第１実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付し、その説明は省略する。
また、本実施の形態においても、図面を簡略化するため、超音波振動子４１は、振動子単体５１のみを記載した図となっている。
図１６に示すように、本実施の形態のレンズ６３は、A-A断面における第１のレンズ面７１が、２次以上の放物線８５の絶対値により規定される形状に形成されており、B-B断面における第２のレンズ面７２が、平面形状に形成されている。
即ち、第２のレンズ面７２は、レンズ効果を有さない形状に形成されている。このことにより、レンズ６３における音軸中心Ｓを含む振動子回動軸Ｃと直交する方向においては、音響媒体４３と、キャップ２４の円筒面２４ｅ２とからなる疑似レンズが、超音波を第３の焦点位置Ｌ３に集束させるよう機能する。
このようなレンズ６３の構成によっても、第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１が、第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも、上述したように短く（Ｌ１＜Ｌ２）なるよう設定することができることが実験から分かった。
その結果、キャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅い油系媒体からなる音響媒体４３及びキャップ２４の円筒面２４ｅが疑似レンズ効果を発生したとしても、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２の焦点位置が、第３の焦点位置Ｌ３において一致するか最小限のズレとなることから、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
さらには、本実施の形態におけるレンズ６３の形状によれば、第２のレンズ面７２は、レンズ効果を有さない形状に形成されていることから、レンズ６３の加工を上述した第２〜第４実施の形態よりも簡単にすることができる。
尚、以上のことは、振動子単体５２のレンズ６７であっても同様である。
（第６実施の形態）
図１７は、本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０、図１２、図１５、図１６とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図である。
尚、本実施の形態においても、上述した第１実施形態の第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１を第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも短く設定するための第２〜第５実施の形態とは異なるレンズの形状を以下に示す。よって、第１実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付し、その説明は省略する。
また、本実施の形態においても、図面を簡略化するため、超音波振動子４１は、振動子単体５１のみを記載した図となっている。
図１７に示すように、本実施の形態のレンズ６３は、A-A断面における第１のレンズ面７１及びB-B断面における第２のレンズ面７２が、部分円弧状に形成されている。詳しくは、第１のレンズ面７１は、該第１のレンズ面７１のA-A断面において、第３の曲率半径Ｒ３と、第４の曲率半径Ｒ５とを具備した２つの曲率半径を有する面から多段状に形成されている。また、第２のレンズ面７２は、該第２のレンズ面７１のB-B断面において、第３の曲率半径Ｒ３よりも大きな第５の曲率半径Ｒ４と、第５の曲率半径Ｒ４とは異なる第４の曲率半径Ｒ５よりも大きな第６の曲率半径Ｒ６とを具備した２つの曲率半径を有する面から多段状に形成されている。
このようなレンズ６３の構成によっても、第１のレンズ面７１の焦点距離Ｌ１が、第２のレンズ面７２の焦点距離Ｌ２よりも、上述したように短く（Ｌ１＜Ｌ２）なるよう設定することができることが実験から分かった。
その結果、キャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅い油系媒体からなる音響媒体４３及びキャップ２４の円筒面２４ｅが疑似レンズ効果を発生したとしても、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２の焦点位置が、第３の焦点位置Ｌ３において一致するか最小限のズレとなることから、良好な超音波画像を得ることができる超音波診断装置を提供することができる。
さらには、本実施の形態におけるレンズ６３の形状によれば、上述した第２実施の形態同様、第３の焦点位置Ｌ３において、焦点が絞られている上述した領域Ｐを、Ｌｓと同様に長く設定することができることが実験から分かっている。
尚、以上のことは、振動子単体５２のレンズ６７であっても同様である。
（第７実施の形態）
図１８は、本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体のレンズ面の形状を規定するための方法を説明するのに用いるレンズの拡大斜視図である。
上述した第２〜第６実施の形態においては、第１のレンズ面７１と第２のレンズ面７２との形状について説明したが、本実施の形態においては、レンズ６３における１つのレンズ面の形状の規定方法を、以下に示す。よって、第１実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付し、その説明は省略する。
また、本実施の形態においても、図面を簡略化するため、超音波振動子４１は、振動子単体５１のみを記載した図となっている。
本実施の形態においては、レンズ６３に対し、第１のレンズ面７１及び第２のレンズ面７２を部分円弧状に設定した場合、第１のレンズ面７１を規定する第１の曲線式８６に、第２のレンズ面７２を規定する第２の曲線式８７を加えることにより、レンズ６３の１つのレンズ面を規定することができる。
具体的には、Ｙ−Ｚ面における第１のレンズ面７１の形状を、
Figure 2008200355
の第１の曲線式８６で規定するとともに、Ｘ−Ｚ面における第２のレンズ面７２の形状を、
Figure 2008200355
と規定する。
その結果、レンズ６３は、第１の曲線式８６に第２の曲線式８７を加えることにより、
Figure 2008200355
により、１つの面が規定される。
また、レンズ６３に対し、A-A断面における第１のレンズ面７１及びB-B断面における第２のレンズ面７２が、２次以上の放物線の絶対値により規定される形状に設定した場合であっても、第１のレンズ面７１を規定する第１の曲線式８６に、第２のレンズ面７２を規定する第２の曲線式８７を加えることにより、１つのレンズ面を規定する。
具体的には、Ｙ−Ｚ面における第１のレンズ面７１の形状を、
Ｚ＝ａＹ２
の第１の曲線式８６で規定するとともに、Ｘ−Ｚ面における第２のレンズ面７２の形状を、
Ｚ＝ｂＸ２
の第２の曲線式８７で規定することにより、レンズ６３は、第１の曲線式８６に第２の曲線式８７を加えることにより、
Ｚ＝ａＹ２＋ｂＸ２
により、１つの面が規定される。尚、以上のことは、振動子単体５２のレンズ６７であっても同様である。
また、以下、図１９を用いて変形例を示す。図１９は、図２の超音波振動子のレンズを、リング状に形成した変形例をXIX-XIX断面図とともに示す平面図である。
上述したレンズ６３、６７は、上述した第１〜第６実施の形態に示したレンズを満足する曲面あれば、上述した曲線式によって規定される曲面に限定されない。例えばレンズ６３、６７は、図１９に示すように、中心から外周縁までの半径がＲ２０、音軸中心Ｓ方向のレンズのXIX-XIX断面の半径がＲ２１のリング状に形成されていても構わない。尚、この際、圧電素子６１、６５は、ドーナッツの中心を避けた位置、即ち平面視した状態でリング状のレンズ６３、６７に重畳する位置に配設される。
また、上述した第１〜第７本実施の形態においては、超音波診断装置を、超音波内視鏡に適用する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、超音波診断装置は、超音波プローブに適用しても構わないし、他の器具に適用しても、上述した第１〜第７本実施の形態と同様の効果を得ることができるということは勿論である。
さらに、以下、図２０を用いて変形例を示す。図２０は、図２のキャップを樽型に形成した変形例を示す斜視図である。
上述した第１〜第７実施の形態においては、キャップ２４は、円筒状に形成されていると示した。
これに限らず、図２０に示すように、キャップ２４は、振動子回動軸Ｃと平行な面の曲率Ｒ２２と、該曲率Ｒ２２とは異なる振動回動軸Ｃと直交する面の曲率Ｒ２３とを有する樽型に形成されていても構わない。
このように、キャップ２４が樽型に形成されておれば、上述した第１〜第７実施の形態と同様の効果を得ることができるばかりか、キャップ２４における振動子回動軸Ｃと平行な円筒面と垂直な円筒面とにおいて、レンズ６３、６７の振動子回動軸Ｃと平行な曲面と垂直な曲面との曲率差を少なく出来ることから、レンズ６３、６７形成の際の曲面の曲率の誤差の許容範囲を、キャップ２４にて広げることができる。即ち、レンズ６３、６７が形成しやすくなる。
また、キャップ２４が樽型に形成されておれば、超音波内視鏡１の挿入部２を体腔内に挿入した際、キャップ２４を体腔内の体腔壁に、密着させやすくなる。
さらに、レンズ６３、６４のレンズ面が球面に形成されている場合、キャップ２４も球状に形成しても、上述した実施の形態と略同様の効果を得ることができる。このように、キャップ２４を球状に形成すれば、キャップ２４の形成が容易になる。
本実施形態の超音波診断装置を含む超音波内視鏡装置の構成を示す図。 図１の超音波内視鏡の挿入部の先端部を拡大して概略的に示す斜視図。 図２中のIII-III線に沿う部分断面図。 図３の超音波振動子の構成を、キャップとともに示す部分断面図。 図４の振動子単体のレンズにおける第１のレンズ面及び第２のレンズ面の焦点距離を示す斜視図。 図５の振動子単体が、音響媒体とともにキャップ内に設けられた状態において第１のレンズ面及び第２のレンズ面の焦点距離が合致した状態を示す斜視図。 図６中のVII-VII線に沿う断面図。 図６中のVIII-VIII線に沿う断面図。 本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の構成を示す斜視図。 図９のレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図。 図２中のXIk-XIk線に沿う部分断面図を、XIh-XIh線に沿う部分断面図とともに示す図。 本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図。 図１２とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図。 本実施の形態における第１のレンズ面及び第２のレンズ面の焦点位置を示す部分断面図。 本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０、図１２とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図。 本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０、図１２、図１５とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図。 本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体の図１０、図１２、図１５、図１６とは異なるレンズ形状を、第１のレンズ面の断面及び第２のレンズ面の断面とともに示す図。 本実施の形態を示す超音波診断装置が具備する超音波振動子の振動子単体のレンズ面の形状を規定するための方法を説明するのに用いるレンズの拡大斜視図。 図２の超音波振動子のレンズを、ドーナッツ型に形成した変形例をXIX-XIX断面図とともに示す平面図。 図２のキャップを樽型に形成した変形例を示す斜視図。
符号の説明
８…超音波コネクタ
１３…超音波ケーブル
１４…超音波観測装置
２４…キャップ
４１…超音波振動子
４３…音響媒体
５０…ハウジング
６１…圧電素子
６３…レンズ
６４…バッキング材
６５…圧電素子
６７…レンズ
６８…バッキング材
７１…第１のレンズ面
７２…第２のレンズ面
８６…第１の曲線式
８７…第２の曲線式
９１…信号ケーブル
ａ…第１の係数
ｂ…第２の係数
Ｃ…振動子回動軸Ｃ
Ｌ１…第１の焦点距離
Ｌ２…第２の焦点距離
Ｒ１…第１の曲率半径
Ｒ２…第２の曲率半径
Ｒ３…第３の曲率半径
Ｒ４…第５の曲率半径
Ｒ５…第４の曲率半径
Ｒ６…第６の曲率半径
Ｓ…音軸中心

Claims (14)

  1. 体腔内の体腔壁にキャップ外側媒体を介して外周が接触するキャップと、
    電気機械変換素子と、該電気機械変換素子に設けられた凹状のレンズとを具備するとともに、前記キャップの中心を振動子回動軸として回動自在であって、前記キャップを介して被検部位となる前記体腔壁に対し、前記電気機械変換素子を音源とする超音波を放射または受信できる、前記キャップ内に設けられた超音波振動子と、
    前記キャップ内において、該キャップの内面と前記超音波振動子との間に充填された、前記超音波振動子から放射された前記超音波が通過する際の音速が、前記キャップ外側媒体よりも遅い音響媒体と、
    を具備し、
    前記レンズは、前記電気機械変換素子から放射される前記超音波を集音するとともに、前記超音波の音軸中心を含む前記振動子回動軸と平行な断面上の第１のレンズ面の第１の焦点距離が、前記音軸中心を含む前記振動子回動軸と直交する断面上の第２のレンズ面の第２の焦点距離よりも短い形状を具備していることを特徴とする超音波診断装置。
  2. 前記超音波振動子は、前記電気機械変換素子の前記レンズと反対側に設けられたバッキング材と、前記電気機械変換素子、前記レンズ及び前記バッキング材を保持するとともに、前記超音波振動子の外装を構成するハウジングとをさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記レンズは、前記第１のレンズ面及び前記第２のレンズ面が部分円弧状に形成されており、
    前記第１のレンズ面の第１の曲率半径が、前記第２のレンズ面の第２の曲率半径よりも小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
  4. 前記レンズは、前記第１のレンズ面が、次数が２次以上の放物線の絶対値により規定される形状に形成されており、第２のレンズ面が、部分円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
  5. 前記レンズは、前記第１のレンズ面及び前記第２のレンズ面が、次数が２次以上の放物線の絶対値により規定される形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
  6. 前記第１のレンズ面を規定する放物線の第１の係数は、前記第２のレンズ面を規定する放物線の第２の係数よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
  7. 前記レンズは、前記第１のレンズ面が、次数が２次以上の放物線の絶対値により規定される形状に形成されており、第２のレンズ面が、平面形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
  8. 前記レンズは、前記第１のレンズ面及び第２のレンズ面が部分円弧状に形成されており、
    前記第１のレンズ面は、第３の曲率半径と、該第３の曲率半径とは異なる第４の曲率半径とを具備した２つの曲率半径を有する面から多段状に形成され、
    前記第２のレンズ面は、前記第３の曲率半径よりも大きな第５の曲率半径と、該第５の曲率半径とは異なる前記第４の曲率半径よりも大きな第６の曲率半径とを具備した２つの曲率半径を有する面から多段状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
  9. 前記レンズは、前記第１のレンズ面を規定する第１の曲線式に、前記第２のレンズ面を規定する第２の曲線式を加えることにより、１つの曲面が規定されて形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  10. 前記キャップは、円筒状に形成されており、前記キャップの直径は、２０ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  11. 前記キャップ外側媒体は、前記音速が１５００ｍ／ｓｅｃ以上の媒体であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  12. 前記キャップ外側媒体は、水または前記体腔内の体液であることを特徴とする請求項１１１に記載の超音波診断装置。
  13. 前記キャップは、前記振動子回動軸と平行な断面上の面の曲率が、前記振動子回動軸と垂直な断面上の面の曲率と異なって形成されていることを特徴とする請求項１〜１０、１２のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  14. 前記キャップは、球状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０、１２のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
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