JP2009291269A - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波探触子の操作者は、目的とする部位の領域を容易に精度よく診断できる画像を提供する。
【解決手段】タイプの違う複数の超音波を送受信する振動子群と、前記複数の振動子群が位置の移動により任意振動子群に切換えて選択し、選択された振動子群は、超音波送受信できる構成と、前記振動子群は、外装ケースに内包され、外装ケース内には超音波伝搬媒質が充填された構成にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体などの被検体に当接させて超音波を送信および受信することにより、被検体の診断情報を得るために使用される超音波探触子に関する。

超音波診断装置は、超音波を人間や動物などの生体の被検体に照射し、被検体内で反射されたエコーを検出して生体内組織の断層像などをモニタに表示することにより、被検体の診断に必要な情報を提供する。このとき、超音波診断装置では、被検体内への超音波の送信と、被検体内からの反射エコーの受信のために、超音波探触子が使用される。

図８は、従来の超音波探触子の構成の一例を示す部分概略図である。

図８に示す超音波探触子３０は、被検体（図示せず）との間で超音波を送受信するべく、所定の方向に配列された複数の圧電素子３２(図では凸面状の曲面形状に配列)と、必要に応じて圧電素子３２の被検体側に設けられた１層以上の音響整合層（図示せず）と音響レンズ(図示せず)を含むトランスデューサ３１が筐体３３に抱合され、前記複数の圧電素子３２は、超音波診断装置本体と接続するケーブル３４と接続された構成となっている。

圧電素子３２の前面と背面には、それぞれ図示しない電極が配置され、圧電素子３２との間で電気信号の送受信を行う。

圧電素子３２は、ＰＺＴ系等の圧電セラミック、単結晶、前記材料と高分子を複合した複合圧電体、あるいはＰＶＤＦ等に代表される高分子の圧電体等によって形成され、電圧を超音波に変換して被検体内に送信し、あるいは被検体内で反射したエコーを電気信号に変換して受信する。図示の例では、複数の圧電素子３２が凸面形状に配列されている。このような圧電素子３２の複数個の配列は、電子的に超音波を走査して偏向あるいは集束することができ、いわゆる電子走査を可能とし、一般に電子走査方超音波探触子と呼ばれている。

このような超音波探触子は、生体のような被検体の診断する領域によって、精度良く診断するために、トランスデューサのタイプを選択して使用している。例えば、腹部などに使用される超音波探触子のトランスデューサのタイプは、診断深さが深いところまでできるように、周波数は低めの２ＭＨｚから４ＭＨｚを使用ししかも広い診断幅を要求されることからトランスデューサは、凸面形状のいわゆるコンベックスタイプが用いられる。一方、頚動脈などの深さが浅い領域を診断する場合には、周波数が高い５ＭＨｚから１０ＭＨｚの範囲を有するトランスデューサが用いられる。このように、トランスデューサは診断領域に対応してタイプを選択して使用している。トランスデューサは１タイプで１つの超音波探触子となっており、タイプを変えるには超音波診断装置本体に接続している超音波探触子のコネクタ部を外して、新規にタイプの違うトランスデューサの超音波探触子を接続しなければならない。

また、前記のような圧電素子を複数配列した電子走査型のタイプを、圧電素子を配列した方向と直交する方向に機械的に往復移動などに走査させて３次元的に超音波画像を表示するような超音波探触子などが知られている。（例えば、特許文献１参照）。このような場合もトランスデューサタイプが超音波探触子そのものになっているので、前記で説明したものと同じくその都度接続し直して使用することになる。

また、異なる音場特性及び周波数の複数の振動子を搭載したトランスデューサを回転させながら超音波を送受信し、それら複数の振動子各々の音場特性を補完して浅部から深部まで分解能の高い画像を得る技術が知られている（例えば、特許文献２）。
特開２００７−１５９６５１号公報 特開昭５７−３７４４２号公報

電子走査型の超音波診断装置は、圧電素子を複数の群にして個々の圧電素子群に一定の遅延時間を与えて駆動し、各圧電素子群から被検体内への超音波の送信と、被検体内からの反射エコーの受信とを行う。このように遅延時間を与えることによって超音波ビームが収束または拡散され、広い視野幅でかつ高分解能の超音波画像を得ることができる。

複数の圧電素子群に一定の遅延時間を与えて超音波画像を得るシステムは、一般的なシステムとして既に知られている。超音波探触子として、生体のような被検体の診断する部位あるいは領域により、それぞれの領域に合わせたタイプのトランスデューサを用いた超音波探触子にしてあり、多くのタイプのトランスデューサが必要になっている。また特許文献１のように、近年前記電子走査型超音波探触子を機械的に走査させて３次元的に超音波画像を表示させて診断する方法も一般的に使用されるようになってきている。

これらの超音波診断装置及び超音波探触子を用いて診断する医師などは、超音波診断装置に接続して使用する超音波探触子を多くの種類を確保し、診断状況により使い分けている。そのたびに超音波探触子は、超音波診断装置から着脱交換して使用しているのが現状であり、使いにくいことや、多くの種類の超音波探触子を確保するためのコストがかかるなどの課題がある。

また、特許文献２の様に、周波数の異なる複数の振動子を備え、それらの回転に応じて切り替えスイッチにより使用するトランスデューサを切り替える構成では、一つの周波数に一つのトランスデューサを用いている場合には問題ないが、一つの周波数に複数のトランスデューサを群として備える場合には、トランスデューサの数だけ切り替えスイッチが必要になり、回路規模が大きくなる点で問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、回路規模を大きくすることなく、また解像度を悪化させず、測定位置のずれを起こさないという問題点を解決した上で、操作性の良い超音波探触子を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波探触子は、複数の振動子を一次元もしくは二次元に配置した振動子群をタイプが異なる２つ以上の振動子群として設けたトランスデューサと、前記トランスデューサを移動可能に保持するための接続保持部と、前記トランスデューサ側には前記複数の振動子群それぞれに対応した電気的に接続する構成部を、前記接続保持部側には一組の振動子群が電気的に接続できる構成部を、前記トランスデューサと前記接続保持部と電気的に接続できる位置に配置した超音波探触子であって、
前記トランスデューサと被検体の間に超音波伝搬媒体と外装ケースを備えたことを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記トランスデューサはタイプの異なる振動子群を切換えるために位置の移動する方向と直交する方向に移動することを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記トランスデューサをタイプの異なる振動子群を切換えるために位置の移動する方向と直交する方向に移動する第２指示手段を設けたことを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記指示手段を超音波診断装置本体若しくは超音波探触子に設けたことを特徴としたものである。
さらに、本発明の超音波探触子は、前記選択された振動子群を超音波送受信できる構成は、超音波を送受信できるように電気信号を伝達するケーブルと直接的もしくは間接的に電気的に接続する構成にしたことを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記トランスデューサは前記複数の振動子群のいずれを選択しても超音波送受信時の位置が同じであることを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記複数の振動子群から選択したトランスデューサの移動手段は、機械若しくは手動により回転、揺動、往復及び平行に移動することを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記トランスデューサをタイプの異なる振動子群を切換えるために位置の移動する方向と直交する方向に移動させる移動手段として、機械若しくは手動により回転、揺動、往復及び平行に移動することを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記振動子群のタイプは、周波数、開口形状、フォーカス位置、複数配列する配列方向の形状及び、配列間隔のいずれかであることを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記振動子群の配列方向の形状が、該直線状、凸状、凹状形状であることを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記トランスデューサが固定できるロック機能を設けることを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記ロック機構は、前記トランスデューサと前記接続保持部の一部に、前記トランスデューサ側には凸形状及び前記接続保持部側には凹形状のロック部、または、前記トランスデューサ側には凹形状及び前記接続保持部側には凸形状のロック部を有することを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波探触子は、前記トランスデューサと前記接続保持部の一部には、前記複数の振動子群それぞれのタイプを認識する識別部を有することを特徴としたものである。

さらに、本発明の超音波診断装置は、請求項１から１３に記載された超音波探触子を備えたことを特徴としたものである。

以上のように、本発明の超音波探触子によれば、小型で、解像度を悪化させず、操作性を向上した超音波探触子を提供することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の構成を示す概略断面図である。図２は、図１に示す超音波探触子のＡ−Ａ’の断面図である。また、図３は、図１に示す超音波探触子のＢ部拡大断面図である。

図１、図２および図３に示す超音波探触子１は、図３に示すように、超音波を送信および受信する複数の圧電素子９がほぼ直線状に配列されている。圧電素子９の背面に設けられる背面負荷材１０と、必要に応じて、圧電素子９の前面に１層以上の音響整合層１１を設け、さらに音響整合層１１の前面に音響レンズ１２を設ける。さらに、圧電素子９の両面には図示していないが電極を設け、図１、２に示すように背面負荷材１０側の図示していない電極から取り出した電気端子７を背面負荷材１０の中を通し若しくは側面を通して取り出された構成の振動子群２−１の構成になっている。

なお、本実施の形態は、超音波を送受信するのには圧電素子を用いた場合について説明したが、このほか、超音波を送受信できる例えば静電型などのような構成で超音波を送受信できる素子であっても良く、圧電素子に限定するものではない。

このような構成の振動子群が複数ほぼ直線状に、ここではタイプの違う２つの振動子群２−１、２−２が構成されている。これらの振動子群２−１、２−２は、筐体５の中に設けられており、超音波を送受信し診断に使用するために選択され移動した場所に位置する振動子群(図１では振動子群２−１の位置に対応)前面には、外装ケース１８が設けられ筐体５の一部に設けられている。この外装ケース１６は、超音波が送受信する経路に設けているため、音響的な特性としては、音響インピーダンスは生体のような被検体に近い値（約１．５メガレールス）を有し、かつ超音波減衰の小さい材料が望まれる。例えば、その材料としてポリエチレン、ポリメチルペンテン、あるいはエラストマーなどを用いる。 さらに振動子群２−１、２−２が内包されている外装ケース１６と筐体５内には、液体の超音波伝搬媒質１７が満たされている。超音波伝搬媒質１７は、前記外装ケース１８と同様に超音波が送受信する経路に設けているため、音響的な特性としては、音響インピーダンスが生体のような被検体に近い値（約１．５メガレールス）を有し、かつ超音波減衰の小さい材料が望まれる。更に望むなら、振動子群２−１、２−２若しくはそこに使用している機構材料に影響しないあるいは被検体に対して安全であるという点を考慮した媒質を選択する。例えば、その媒質として、２価のアルコールなどの１，３ブタンジオール、１，２ブタンジオールなど、あるいは、鉱物油、植物油、シリーコンなどの油を用いる。

前記振動子群２−１の圧電素子９の電極(図示なし)から取り出した電気端子７が接続されている端子１３は、超音波診断装置本体とコネクタなどを介して接続するケーブル４と電気的に接続されている接続保持部材３に設けた電気端子８と接続された端子１４と電気的に接続された状態になっている。一方、筐体５に内包されて、外装ケース１６の位置から外れている振動子群２−２に位置する接続保持部材３の領域には、電気端子８および、端子１４は設けられていないため、ケーブル４とは接続されていない状態の構成となっている。このため、超音波を送受信できるのは振動子群２−１のみとなり、この振動子群２−１が超音波伝搬媒質１７と外装ケース１６を介して、外装ケース１６と被検体である生体に直接接触あるいは間接的に接触させ生体内の診断画像を得て診断できることになる。

なお、本実施の形態では、選択した振動子群は、超音波診断装置本体とコネクタなどを介して接続するケーブルと直接的に電気的に接続された状態について説明したが、このほか、選択した振動子群は、超音波が送受信できるような状態にできるようにすることが可能な構成、例えばトランスデューサとケーブルの間に送受信回路、若しくは性能を向上させる為に必要な回路などの回路を設けた構成、または無線で送受信できるような回路をもうけた間接的な構成であっても同様の効果が得られる。

振動子群２−１、２−２は、接続保持部材３に沿って回転移動できるような構成にしており、複数個配列した圧電素子９の方向と直交する方向に回転移動する構成にしている。この、複数個配列した圧電素子９がほぼ直線状になっているため、圧電素子９の配列方向に回転移動させるには超音波探触子１は回転方向に大きくなり操作性が低下するという課題があるためで、本実施の形態のように圧電素子９の配列方向と直交する方向に回転移動させることにより、超音波探触子１を小型にで、操作性が良好になるという特徴がある。

なお、トランスデューサの形状によって、圧電素子９の配列する方向と直交する方向に移動する構成のほかに、圧電素子９が配列する方向に沿って移動できる構成にする場合もあり、移動方法はこれに限定するものではない。このトランスデューサの移動は、振動子群２−１、２−２と連結されている連結部１９を介してモータ１８と接続されており、このモータ１８を回転させることにより、選択されたトランスデューサが回転移動して、図１に示す振動子群２−１の位置に移動する構成となっている。

なお、接続保持部材３は、接続しているケーブル４と同様に固定されている。この移動は図示していないが、またモータなどを介して電気的な方法について説明したが、この他機械的若しくは手動であっても良く、これに限定するものではない。

また、本実施の形態では、回転させて移動させる構成について説明したが、この他、揺動、往復及び平行に移動するような移動手段であっても同様の効果を得ることができる。

振動子群２−１、２−２は、操作者である医師などは、診断したい領域によって正確に精度良く診断するために、振動子群のタイプを選択して使用することができるようになる。例えば、図１、２のように振動子群２−１、２−２は、周波数をそれぞれ５ＭＨｚ、７．５ＭＨｚにし、さらにその圧電素子９の配列間隔をそれぞれ０．３ｍｍと０．２ｍｍでそのチャンネル数を１９２にして直線状に配列した２つのタイプを有した超音波探触子１では、被検体の頚動脈などを超音波画像で診断したい場合、被検体の体形が割りと大きく首が太い場合の頚動脈は、周波数が７．５ＭＨｚの周波数が高い場合には減衰が大きく良好な頚動脈の超音波画像が得られにくいため、周波数の低い５ＭＨｚの振動子群２−１を使用する。

また、体形がスリムで首が細く頚動脈の被検体には、体表から割りと浅い深さのところにある被検体に対しては周波数の高い７．５ＭＨｚの振動子群２−２を図１、２に示す振動子群２−１の位置に手動で若しくは、図に示すような電気的にモータ１８などでガイド６に沿って回転させて移動して選択して使用する。このような場合には、本実施形態のように複数タイプの振動子群を設けてある超音波探触子１を用いることにより、簡単に選択することができ、診断が効率よくできる。したがって、超音波の送受信できるトランスデューサは、図１に示すように振動子群２−１に移動したときに可能となるような構成になっており、ほぼ同じ位置でケーブル４と電気的接続を可能にしている。

また、超音波画像の幅（広さ）は、圧電素子９の間隔とチャンネル数の積、つまり、上記実施例のように圧電素子９の間隔がそれぞれ０．３ｍｍと０．２ｍｍで１９２チャンネルのとき、超音波画像の幅（広さ）は５７．６ｍｍと３８．４ｍｍとなる。このように振動子群のタイプを圧電素子９の配列間隔とチャンネル数を変えたタイプにしても良い。このように、周波数の違う振動子群２−１、２−２が回転移動して振動子群２−１の位置に移動したときに、はじめて超音波が送受信でき診断画像が得られる構成にしているため、これら振動子群２−１、２−２をモータ１８で回転させながら、それぞれの振動子群による超音波画像を順次表示つまり超音波の信号を送受信できるため、これら違う周波数をコンパウンドして超音波画像を更に高精度に表示することも可能となる。

また、本実施の形態では、周波数の違うタイプ（ここでいう周波数とは中心周波数だけではなく周波数特性を含む）の２タイプの振動子群について説明したが、この他、タイプの違う振動子群として、開口形状(例えば圧電素子９を配列する配列間隔若しくは圧電素子９を配列する方向と直交する方向での幅など)、音響レンズのフォーカス位置、及び圧電素子９の配列方向の形状など、いずれかを変えたタイプの振動子群を３タイプ以上設けた構成にしても同様の効果が得られる。

また、前記圧電素子９の配列方向の形状は該直線状、凸状(コンベックス)、凹状(コンケーブ)形状などどのような形状であっても同様の効果が得られる。

また、図３に示すように、複数個配列された圧電素子９を設けた反対側の背面負荷材１０の部分には電気端子７接続されている複数個の端子部１３を設けており、前記複数個の端子部１３は、振動子群２−１の位置に移動させることによって接続保持部材３に設けられたケーブル４と接続されている複数個の端子部１４とがそれぞれ接触して電気的に接続される構成となっている。例えば、接触して電気的に接続する構成として、スリップリング方法やブラシの方法などが挙げられる。ここで複数個配列された圧電素子９を設けた反対側の背面負荷材１０の部分には電気端子７接続されている複数個の端子部１３とケーブル４と接続されている複数個の端子部１４の接続は、物理的に接触して電気的に接続されるような構成にした説明をしたが、この他、電気的に接続できる他の方法として例えば、物理的に非接触の構成でも電気的に接続できるトランス方法であっても良く目的とするところは、電気的に圧電素子９から取り出した電気端子７とケーブル４と接続されている電気端子８が電気的に接続されるような方法であれば上記方法に限定されるものではない。

また、複数個配列した端子部１３は、トランスデューサを移動させて選択したときに全ての振動子群が対応できるように、端子部１４とほぼ同じ間隔で配列されているような構成にする。配列は一列でも複数列あるいは千鳥に配列しても端子部１３と端子部１４が電気的にそれぞれ接続できる構成であれば良い。
また、使用するために選択した振動子群を図１に示す振動子群２−１の位置に移動させて使用するときには、振動子群２−１に設定し使用するときに動いて移動しないように、固定された接続保持部材３に固定されているガイド６の一部に振動子群２−１、２−２がロックできるようなロック機構を設ける構成にすると、安定して超音波探触子１を操作することができる。

なお、前記各振動子群２−１、２−２が振動子群２−１の位置に移動させてロックさせる方法としては、機構的に設ける方法以外にも電気的に行う方法もあり、前記のような方法に限定するものではない。

また、それぞれの振動子群２−１、２−２から使用するために選択した振動子群を振動子群２−１の位置に移動させることにより、使用できるようになるが、これらそれぞれの振動子群２−１、２−２はどのようなタイプであるかを超音波診断装置本体に認識させることが必要となる。認識する方法は、一例として図４に示している。図４において、圧電素子９から取り出した電気端子７は、端子部１３、１４を介して超音波診断装置本体とコネクタなどを介して接続するケーブル４と電気的に接続されている接続保持部材３に設けた電気端子８と電気的に接続された状態になっている構成に、振動子群２−１、２−２の背面負荷材１０の一部かそのほかの部分にそれぞれの振動子群のタイプを認識させるために、圧電素子９に接続されていない部分を利用して認識用の複数端子２０を設ける。これら端子２０は、それぞれ振動子群のタイプによって電気的な接続のパターンを変える。

例えば振動子群２−１のタイプは、図４のように端子の左側３つと右端１つを接続させた構成にするこれらの端子はケーブル４接続され、前記ケーブル４が超音波診断装置本体に接続されたときに認識できるようにしている。また、振動子群２−２、２−３は、タイプ認識用端子２０の接続パターンを変えることによりそれぞれ認識できる。振動子群タイプ認識の方法として本実施形態は接続パターンを変える方法について説明したが、この他、バーコードなどの光で認識する非接触の方法などもあり、認識できる方法はこれらに限定するものではない。

また、本実施の形態では、トランスデューサを圧電素子９の配列する方向と直交する方向に回転移動させる構成について説明したが、このほか、圧電素子の配列方向と同じ方向に移動して振動子群を選択であっても同様の効果が得られる。

以上のように、振動子群２−１の位置に移動させることにより、それぞれのタイプの振動子群を選択して超音波診断装置本体とケーブルを介して超音波の送受信ができる、つまり超音波診断画像を得ることができて診断できるようになる。従来では、例えば周波数が違うタイプの振動子群は、それぞれ超音波探触子として１タイプだけであったため、使用目的に応じて超音波探触子を超音波診断装置本体から着脱し且つ、その都度必要な超音波探触子を購入しなければならないというコスト的な課題を有していたが、本実施形態では全くその操作は必要ないため、操作性良好な構成の超音波探触子となっている。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る超音波探触子の構成を示す概略断面図である。図６は、図５に示す超音波探触子のＡ−Ａ’の断面図である。

図５、図６に示す超音波探触子１は、実施の形態１で説明した図３に示す構成と基本的には同じであり、図３を用いて説明する。超音波を送信および受信する複数の圧電素子９がほぼ直線状に配列されている。圧電素子９の背面に設けられる背面負荷材１０と、必要に応じて、圧電素子９の前面に１層以上の音響整合層１１を設け、さらにその音響整合層１１の前面に音響レンズ１２を設けた構成の振動子群２−１、２−２を有している。さらに、圧電素子９の両面には図示していないが電極を設け、図３に示すように背面負荷材１０側の図示していない電極から取り出した電気端子７を背面負荷材１０の中を通し若しくは側面を通して取り出された構成の振動子群２−１の構成になっている。

なお、本実施の形態は、超音波を送受信するのには圧電素子を用いた場合について説明したが、このほか、超音波を送受信できる例えば静電型などのような構成で超音波を送受信できる素子であっても良く、圧電素子に限定するものではない。

図５、６に示すように、２つのタイプの違う振動子群２−１、２−２が対向して構成されている。前記振動子群２−１の圧電素子９から取り出した電気端子７が接続されている端子１３は、超音波診断装置本体とコネクタなどを介して接続するケーブル４と電気的に接続されている接続保持部材３に設けた電気端子８と接続された端子１４と電気的に接続された状態になっている。一方、筐体５に内包されている振動子群２−２に位置する接続保持部材３の領域には電気端子８は設けられていないため、ケーブル４とは接続されていない状態の構成となっている。このため、超音波を送受信できるのは振動子群２−１のみとなり、この振動子群２−１が被検体である生体に直接接触あるいは間接的に接触させ生体内の診断画像を得て診断できることになる。

なお、本実施の形態では、選択した振動子群は、超音波診断装置本体とコネクタなどを介して接続するケーブルと直接的に電気的に接続された状態について説明したが、このほか、選択した振動子群は、超音波が送受信できるような状態にできるようにすることが可能な構成、例えばトランスデューサとケーブルの間に送受信回路、若しくは性能を向上させる為に必要な回路などの回路を設けた構成、または無線で送受信できるような回路をもうけた間接的な構成であっても同様の効果が得られる。

振動子群２−１、２−２は、接続保持部材３に沿って回転移動できるような構成にしており、複数個配列した圧電素子９の方向と直交する方向に回転移動する構成にしている。この、複数個配列した圧電素子９がほぼ直線状になっているため、圧電素子９の配列方向に回転移動させるには超音波探触子１は回転方向に大きくなり操作性が低下するという課題があるためで、本実施の形態のように圧電素子９の配列方向と直交する方向に回転移動させることにより、超音波探触子１を小型にで、操作性が良好になるという特徴がある。

振動子群２−１、２−２を設けた接続保持部材３は、揺動する連結体２４と連結され、前記連結体２４のもう一方の端部には、振動子群２−１、２−２を含めた接続保持部材３、連結体２４を揺動運動させるためのモータ２１が設けられている。また、超音波探触子１には、モーター２１の動作を制御する指示手段２７を設けている。なお、指示手段２７は、超音波探触子１に搭載される必要は無く、超音波診断装置１７に設けても良い。一方、振動子群２−１、２−２を回転移動させるために、振動子群２−１、２−２の端部にギヤ２２を設け、更にこのギヤ２２が回転移動させるためのモータ１８が設けられた構成にしている。したがって、モータ１８によって振動子群２−１、２−２のどちらか使用する振動子群のタイプ（図５、６では振動子群２−１を選択している状態）を回転させて選択する機能をもつ。一方、モータ２１では、前記選択した振動子群２−１は連結体２４を介して図５に示すように、左右に揺動運動させて超音波の送受信を行う。複数配列した圧電素子９の配列方向で電子走査して超音波画像を取得しかつ、配列する方向と直交する方向にモータ２１で機械的に揺動運動させて超音波画像を取得することにより３次元の超音波画像を得ることができる。

また、使用するために選択した位置にある振動子群２−１の部分（図５、６では下方）には、外装ケース１６が設けられており、外装ケース１６の中は液体のような超音波伝搬媒質１７が充填されている。この超音波伝搬媒質１７は、筐体５、外装ケース１６およびシール部材２５によって外部に漏れないように充填されている。したがって、振動子群２−１は、超音波伝搬媒質１７を介して外装ケース１６と被検体である生体に直接接触あるいは間接的に接触させて生体内の診断画像を得て診断できる。

この外装ケース１６は、超音波が送受信する経路に設けているため、音響的な特性としては、音響インピーダンスが生体のような被検体に近い値（約１．５メガレールス）を有し、かつ超音波減衰の小さい材料が望まれる。例えば、その材料としてポリエチレン、ポリメチルペンテン、あるいはエラストマーなどを用いる。

また、超音波伝搬媒質１７は、前記外装ケース１８と同様に超音波が送受信する経路に設けているため、音響的な特性としては、音響インピーダンスが生体のような被検体に近い値（約１．５メガレールス）を有し、かつ超音波減衰の小さい材料が望まれる。更に望むなら、振動子群２−１、２−２若しくはそこに使用している機構材料に影響しないあるいは被検体に対して安全であるという点を考慮した媒質を選択する。例えば、その媒質として、２価のアルコールなどの１，３ブタンジオール、１，２ブタンジオールなど、あるいは、鉱物油、植物油、シリーコンなどの油を用いる。

また、本実施の形態では、回転させて移動させる構成について説明したが、この他、揺動、往復及び平行に移動するような移動手段であっても同様の効果を得ることができる。

振動子群２−１、２−２は、操作者である医師などは、診断したい領域によって正確に精度良く診断するために、振動子群のタイプを選択して使用することができるようになる。例えば、図５、６のように振動子群２−１、２−２は周波数をそれぞれ５ＭＨｚ、７．５ＭＨｚにし、さらにその圧電素子９の配列間隔をそれぞれ０．３ｍｍと０．２ｍｍでそのチャンネル数を１９２にして直線状に配列した２つのタイプを有した超音波探触子１では、被検体の頚動脈などを超音波画像で診断したい場合、被検体の体形が割りと大きく首が太い場合の頚動脈は、周波数が７．５ＭＨｚの周波数が高い場合には減衰が大きく良好な頚動脈の超音波画像が得られにくいため、周波数の低い５ＭＨｚの振動子群２−１を使用する。

また、体形がスリムで首が細く頚動脈の被検体には、体表から割りと浅い深さのところにある被検体に対しては周波数の高い７．５ＭＨｚの振動子群２−２を、図５、６に示す振動子群２−１の位置にモータ１８で回転させて移動して選択して使用する。このような場合には、本実施の形態のように複数タイプの振動子群を設けてある超音波探触子１を用いることにより、簡単に選択することができ、３次元画像が取得でき診断が効率よくできる。また、超音波画像の幅（広さ）は、圧電素子９の間隔とチャンネル数の積、つまり、上記実施例のように圧電素子９の間隔がそれぞれ０．３ｍｍと０．２ｍｍで１９２チャンネルのとき、超音波画像の幅（広さ）は５７．６ｍｍと３８．４ｍｍとなる。このように振動子群のタイプを圧電素子９の配列間隔とチャンネル数を変えたタイプにしても良い。

このように、周波数の違う振動子群２−１、２−２が回転移動して振動子群２−１の位置に移動したときに、はじめて超音波が送受信でき診断画像が得られる構成にしているため、これら振動子群２−１、２−２をモータ１８で回転させながらそれぞれの振動子群による超音波画像を順次表示つまり超音波の信号を送受信できるため、これら違う周波数の画像をコンパウンドして超音波画像を更に高精度に表示することも可能となる。

また、本実施の形態では、周波数の違うタイプ（ここでいう周波数とは中心周波数だけではなく周波数特性を含む）の２タイプの振動子群について説明したが、この他、タイプの違う振動子群として、開口形状(例えば圧電素子９を配列する配列間隔若しくは圧電素子９を配列する方向と直交する方向での幅など)、音響レンズのフォーカス位置、及び圧電素子９の配列方向の形状など、いずれかを変えたタイプの振動子群を３タイプ以上設けた構成にしても同様の効果が得られる。

また、前記圧電素子９の配列方向の形状は該直線状、凸状(コンベックス)、凹状(コンケーブ)形状などどのような形状であっても同様の効果が得られる。

また、使用するために選択した振動子群を振動子群２−１の位置に移動させて使用するときには、振動子群２−１に設定し使用するときに動いて移動しないように、固定された接続保持部材３に固定されているガイド６の一部に振動子群２−１、２−２がロックできるようなロック機構を設ける構成にすると、安定して超音波探触子１を操作することができる。
なお、前記各振動子群２−１、２−２が振動子群２−１の位置に移動させてロックさせる方法としては、機構的に設ける方法以外にも電気的に行う方法もあり、前記のような方法に限定するものではない。

また、それぞれの振動子群２−１、２−２から使用するために選択した振動子群を振動子群２−１の位置に移動させることにより、使用できるようになるが、これらそれぞれの振動子群２−１、２−２はどのようなタイプであるかを超音波診断装置本体に認識させることが必要である。この認識する方法として、実施の形態１で説明したと同じように、例えば図４に示した方法がある。

また、実施の形態１でも説明したと同様に、図４において圧電素子９から取り出した電気端子７は、端子部１３、１４を介して超音波診断装置本体とコネクタなどを介して接続するケーブル４と電気的に接続されている接続保持部材３に設けた電気端子８と電気的に接続された状態になっている構成に、振動子群２−１、２−２の背面負荷材１０の一部かそのほかの部分にそれぞれの振動子群のタイプを認識させるために、圧電素子９に接続されていない認識用に複数の端子２０を設け、これら端子２０は、それぞれ振動子群のタイプによって電気的な接続のパターンを変える。例えば振動子群２−１のタイプは、図４のように端子の左側３つと右端１つを接続させた構成にするこれらの端子はケーブと接続されケーブル４が超音波診断装置本体に接続されたときに認識できるようにしている。また、振動子群２−２はタイプ認識用端子２０の接続パターンを変えることによりそれぞれ認識できる。振動子群タイプ認識の方法として本実施形態は接続パターンを変える方法について説明したが、この他、バーコードなどの光で認識する非接触の方法などもあり、認識できる方法はこれらに限定するものではない。

また、本実施の形態では、トランスデューサを圧電素子の配列する方向と直交する方向に回転移動させる構成について説明したが、このほか、圧電素子の配列方向と同じ方向に移動して振動子群を選択であっても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態の構成、振動子群２−１、２−２をモータ１８で回転移動させる構成を前記振動子群２−１、２−２とモータ１８を連結体２４と接続しているモータ２１で揺動運動などによる走査をさせることにより３次元画像の超音波断層像を得ることが出来るが、図５に示すように、振動子群２−１が選択されて連結体２４で揺動運動するとき、揺動運動する領域で超音波画像が取得できる。この揺動運動の範囲の超音波画像の領域よりもっと広い領域で超音波画像を得たいという要望が超音波診断の検査時に必要になる場合がある。この場合には、本実施の構成を有効に利用することにより更に拡大できる機能をもたせることが可能になる。

つまり、図５に示すように振動子群２−１が選択されて連結体２４で揺動運動するとき、両端部にトランスデューサが移動したときに、トランスデューサ（ここでは振動子群２−１を選択している状態）がモータ１８で端のほうに向けて任意の角度で回転させる（図５で例えば振動子群２−１が連結体２４で左端の移動したときに振動子群２−１が更にモータ１８で左側に任意の角度で回転移動させる）ことにより、モータ２１で揺動運動させた領域に追加してモータ１８で更に任意の回転角度で回転走査させる領域の超音波画像を取得できることが可能になる。ただしこのような走査で診断領域を拡大する場合には、図３に示すようなトランスデューサの端子１３と接続保持部材３の端子１４が回転する範囲で電気的に接続が可能になるようにその範囲に端子１３、１４が形成された構成にしておくことが必要である。

以上のように振動子群２−１の位置に移動させることにより、それぞれのタイプの振動子群を選択して、そのトランスデューサを機械的に揺動運動させて、超音波診断装置本体とケーブルを介して超音波の送受信ができるため、要望する高精度の３次元画像を得ることができ、しかも揺動運動を高速にすることによりリアルタイムで３次元画像を表示することが可能になる。従来では、例えば周波数が違うタイプの振動子群はそれぞれ超音波探触子として１タイプだけであったため、使用目的に応じて超音波探触子を超音波診断装置本体から着脱し且つ、その都度必要な超音波探触子を購入しなければならないというコスト的な課題を有していたが、本実施形態では全くその操作は必要ないため、操作性良好な構成の超音波探触子となっている。
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る超音波探触子及び超音波診断装置の構成を示す概略断面図である。

図７に示す超音波探触子１は、実施の形態１で説明した図１、２、３に示すような超音波を送信および受信する複数の圧電素子９がほぼ直線状に配列されている。圧電素子９の背面に設けられる背面負荷材１０と、必要に応じて、圧電素子９の前面に１層以上の音響整合層１１を設け、さらに前記音響整合層１１の前面に音響レンズ１２を設ける。更に、圧電素子９の両面には図示していないが電極を設け、図１、２に示すように背面負荷材１０側の図示していない電極から取り出した電気端子７を背面負荷材１０の中を通し若しくは側面を通して取り出した構成の振動子群２−１と２−２が構成されており、前記振動子群２−１と２−２は外装シース１６と筐体５で抱合されており、抱合されているところには超音波伝搬媒質１７は満たされている。前記振動子群２−１、２−２はモータ１８と一部連結体１９で連結されており、モータ１８の回転に対応して振動子群２−１、２−２が回転移動するようになっている。

なお、本実施の形態は、超音波を送受信するのには圧電素子を用いた場合について説明したが、このほか、超音波を送受信できる例えば静電型などのような構成で超音波を送受信できる素子であっても良く、圧電素子に限定するものではない。
このモータ１８には、図示していないがエンコーダのような位置認識できる機能を有しており、これによって使用するトンラスデューサ２−１、２−２を選択して使用する位置に移動できるようになっている。モータ１８を制御するために制御線がケーブル４と束になっており、超音波診断装置本体１７の指示手段２６に接続されている。なお、指示手段２６は、超音波診断装置本体１７に搭載される必要は無く、超音波探触子１に設けても良い。一方、例えば選択された振動子群２−１の複数の電気端子７は、図３に示すように端子１３と接続保持部材３に設けた端子１４を介し電気端子８を経由してケーブル４と電気的に接続されており、このケーブル４は超音波診断装置本体１７に接続されている構成となっている。

なお、本実施の形態では、選択した振動子群は、超音波診断装置本体とコネクタなどを介して接続するケーブルと直接的に電気的に接続された状態について説明したが、このほか、選択した振動子群は、超音波が送受信できるような状態にできるようにすることが可能な構成、例えばトランスデューサとケーブルの間に送受信回路、若しくは性能を向上させる為に必要な回路などの回路を設けた構成、または無線で送受信できるような回路をもうけた間接的な構成であっても同様の効果が得られる。

このような構成おいて、超音波診断装置１７に接続した超音波探触子１の振動子群２−１のタイプを選択して操作者が使用するとき、超音波診断装置１７に振動子群２−１に選択を選択するための操作キーからなる指示手段２６が設けられており、このキーを操作することにより、超音波探触子１のモータ１８が動作してエンコーダで認識した位置の振動子群２−１は、使用する位置に移動する。移動することにより振動子群２−１は、超音波診断装置１７からケーブル４を経由して複数の圧電素子９に送信されて音響整合層１１、音響レンズ１２から被検体(図示なし)へ超音波が送信される。そして、被検体から反射してきた超音波を再び送信とは逆の経路で受信しケーブル４を経て超音波診断装置１７で受信した信号を処理して診断画像として表示される。

また、操作者が振動子群２−２を使用して診断したい場合には、再び超音波診断装置の操作キーで選択して操作すると、前記と同じようにモータ１８が動作して振動子群２−２が回転移動して使用する位置（図では振動子群２−１の位置）に設定される。設定されると操作者は直ちに使用することが可能となる。このように超音波診断装置１７の操作キーを操作するだけで使用したい振動子群を選択でき容易に使用することができる。これは従来超音波探触子１そのものを超音波診断装置１７から切り離して、そして新規に使用したい超音波探触子１を再び接続して使用していたため、わずらわしくまた操作が簡単でなかったという課題に対して、本実施の形態は、超音波探触子１と接続したままの状態で、超音波診断装置本体１７の操作キーで極めて容易に切り換えることができ、操作者に対しての負担が極めて少なくなり、しかも診断領域にあった振動子群を選択して使用できるため、精度の高い超音波画像を容易に得ることが可能になるという特徴がある。

また、本実施の形態は、超音波探触子１の振動子群２−１、２−２の選択方法は、超音波診断装置１７の操作キーにより操作できる方法について説明したが、この他、操作するキー若しくは切り換えスイッチを、超音波探触子１の一部に設けて操作して振動子群を選択しても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、周波数の違う２タイプの振動子群について説明したが、この他振動子群の違うタイプとして、開口形状(例えば圧電素子９を配列する配列間隔若しくは圧電素子９を配列する方向と直交する方向での幅など)、音響レンズ１２のフォーカス位置、及び圧電素子９の配列方向の形状などいずれかを変えたタイプの振動子群を３タイプ以上設けた構成にしても同様の効果が得られる。

また、前記圧電素子９の配列方向の形状は該直線状、凸状(コンベックス)、凹状(コンケーブ)形状などの形状であっても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、複数の振動子群を回転させて移動させる構成について説明したが、この他、揺動、往復及び平行に移動するような移動手段であっても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、複数の振動子群を圧電素子の配列する方向と直交する方向に回転移動させる構成について説明したが、このほか、圧電素子の配列方向と同じ方向に移動して振動子群を選択する構成であっても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、複数の振動子群をモータで回転させて移動させる構成について説明したが、このほか、複数の振動子群をモータで回転させて移動させる方向とほぼ直交する方向に揺動により移動する走査をする構成であっても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、複数の振動子群を圧電素子の配列する方向と直交する方向に回転移動させる構成について説明したが、このほか本実施の形態２に示すような構成つまり、複数の振動子群を圧電素子の配列する方向と直交する方向に回転移動させる構成に加えて圧電素子の配列する方向と直交する方向に揺動運動させて３次元画像を得る構成であっても同様の効果が得られる。

以上のように、超音波診断装置１７の操作キー若しくは超音波探触子の一部に設けた操作キー若しくはスイッチを操作することにより、複数タイプの振動子群を設けてある超音波探触子１は、操作者が選択した振動子群が使用する位置に移動し使用できるようになるため、従来では、例えば周波数が違うタイプの振動子群はそれぞれ超音波探触子として１タイプだけであったため、使用目的に応じて超音波探触子を超音波診断装置本体から着脱していたが、本実施形態では全くその操作は必要ないため、操作性良好な構成の超音波探触子と超音波診断装置となっている。

本発明に係る超音波探触子及び超音波診断装置は、容易に操作できかつ診断する部位において目的とする超音波画像を得ることができ、人体などの被検体の超音波診断を行う各種医療分野に好適であり、さらには材料や構造物の内部探傷を目的とする工業分野において利用が可能である。

本発明の実施の形態１に係る超音波探触子の構成を示す部分概略断面図 図１に示す超音波探触子Ａ−Ａ’平面に沿う断面図 図１に示す超音波探触子Ｂ拡大断面図 図１に示す超音波探触子Ｂ拡大一部断面図 本発明の実施の形態２に係る超音波探触子の構成を示す部分概略断面図 図５に示す超音波探触子Ａ−Ａ’平面に沿う断面図 本発明の実施の形態３に係る超音波探触子及び超音波診断装置を示す部分概略断面図 従来の超音波探触子の概略図

符号の説明

１ 超音波探触子
２−１、２−２ 振動子群
３ 接続保持部材
４ ケーブル
５ 筐体
６ ガイド
７、８ 電気端子
９ 圧電素子
１０ 背面負荷材
１１ 音響整合層
１２ 音響レンズ
１３、１４ 端子部
１５ ロック部
１６ 外装ケース
１７ 超音波伝搬媒質 超音波診断装置
１８、２１ モータ
１９、２４ 連結体
２０ タイプ認識用端子
２２、２３ ギヤ
２５ シール部材
２６、２７ 指示手段

Claims (15)

1. 複数の振動子を一次元もしくは二次元に配置した振動子群をタイプが異なる２つ以上の振動子群として設けたトランスデューサと、
   前記トランスデューサを移動可能に保持するための接続保持部と、
   前記トランスデューサ側には前記複数の振動子群それぞれに対応した電気的に接続する構成部を、
   前記接続保持部側には一組の振動子群が電気的に接続できる構成部を、前記トランスデューサと前記接続保持部と電気的に接続できる位置に配置した超音波探触子であって、
   前記トランスデューサと被検体の間に超音波伝搬媒体と外装ケースを備えたことを特徴とする超音波探触子。
2. 前記トランスデューサはタイプの異なる振動子群を切換えるために位置の移動する方向と直交する方向に移動することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
3. 前記タイプの異なる振動子群を任意に選択する第１の指示手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
4. 前記トランスデューサをタイプの異なる振動子群を切換えるために位置の移動する方向と直交する方向に移動する第２の指示手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の超音波探触子。
5. 前記第１および第２の指示手段を超音波診断装置本体若しくは超音波探触子に設けたことを特徴とする請求項３および４に記載の超音波探触子。
6. 前記選択された振動子群を超音波送受信できる構成は、超音波を送受信できるように電気信号を伝達するケーブルと直接的もしくは間接的に電気的に接続する構成にしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の超音波探触子。
7. 前記トランスデューサは前記複数の振動子群のいずれを選択しても超音波送受信時の位置が同じになることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の超音波探触子。
8. 前記複数の振動子群から選択したトランスデューサの移動手段は、機械若しくは手動により回転、揺動、往復及び平行に移動することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
9. 前記トランスデューサをタイプの異なる振動子群を切換えるために位置の移動する方向と直交する方向に移動させる移動手段として、機械若しくは手動により回転、揺動、往復及び平行に移動することを特徴とする請求項２、４、５のいずれかに記載の超音波探触子。
10. 前記振動子群のタイプは、周波数、開口形状、フォーカス位置、複数配列する配列方向の形状及び、配列間隔のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の超音波探触子。
11. 前記振動子群の配列方向の形状が、該直線状、凸状、凹状形状であることを特徴とする請求項１０記載の超音波探触子。
12. 前記トランスデューサが固定できるロック機能を設けることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
13. 前記ロック機構は、前記トランスデューサと前記接続保持部の一部に、前記トランスデューサ側には凸形状及び前記接続保持部側には凹形状のロック部、または、前記トランスデューサ側には凹形状及び前記接続保持部側には凸形状のロック部を有することを特徴とする請求項１２記載の超音波探触子。
14. 前記トランスデューサと前記接続保持部の一部には、前記複数の振動子群それぞれのタイプを認識する識別部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
15. 請求項１から１４に記載の超音波探触子を備えた超音波診断装置。

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