JP2023035876A - 超音波プローブ、走査アセンブリ、及び超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブは水平方向に移動するにつれて、高さの高い人体組織に対するほど大きい圧力を発生し、不快であり、撮像効果も下がる。【解決手段】超音波プローブが提供され、この超音波プローブは、超音波信号を送受するように構成された超音波トランスデューサと、天板及び側壁によって形成され包囲された空洞、並びに空洞の下に位置する開口を含む収納容器であって、超音波トランスデューサの頂部が開口を介して空洞に収容される、収納容器と、空洞に収容される弾性要素であって、超音波トランスデューサの頂部及び収納容器の天板に接続されて、超音波トランスデューサの部分が空洞の内部に引込んだり押し戻されたりすることを可能にするために超音波トランスデューサに弾性力を与えるように構成された弾性要素とを含んでいる。さらに、この超音波プローブを含む走査アセンブリ、及び該走査アセンブリを含む超音波撮像装置が提供される。【選択図】図１

Description

本出願は、医療撮像の分野に関し、具体的には、超音波プローブ、走査アセンブリ、及び超音波撮像装置に関する。

超音波撮像は、非破壊型の実時間撮像手段であって、多様な人体器官及び組織を走査するために用いられ得る。例の一つは、自動乳房超音波イメージング・システムであって、走査を受けている人の乳房に対して超音波撮像を行なうことができる。幾つかの例では、自動乳房超音波イメージング・システムは小型の走査アセンブリを含んでいる。超音波プローブと、超音波プローブを移動させるように駆動することが可能な駆動機構とが両者とも走査アセンブリに一体化されている。駆動機構の動作の下で、超音波プローブは、超音波走査のための何らかの平面（例えば水平方向の平面）内を自動的に移動することができる。

走査される人体組織（例えば乳房）の表面は平坦ではないので、超音波プローブは平面内を例えば水平方向に移動するにつれて、高さの高い人体組織に対するほど大きい圧力を発生し、このため走査を受けている人にとっては不快であり、人体組織に過度の圧迫を加えると撮像効果も下がる。しかしながら、小型の走査アセンブリでは、人体組織に対するプローブの圧力を調節するための追加装置を加えることは困難である。

上述の欠陥、短所、及び問題が本書で解決され、これらの問題及び解は、以下の記載の読解を通じて理解されよう。

本出願の幾つかの実施形態では超音波プローブが提供され、この超音波プローブは、超音波信号を送受するように構成された超音波トランスデューサと、天板及び側壁によって形成され包囲された空洞、並びに空洞の下に位置する開口を含む収納容器であって、超音波トランスデューサの頂部が開口を介して空洞に収容される、収納容器と、空洞に収容される弾性要素であって、超音波トランスデューサの頂部及び収納容器の天板に接続されて、超音波トランスデューサの部分が空洞の内部に引込んだり押し戻されたりすることを可能にするために超音波トランスデューサに弾性力を与えるように構成された弾性要素とを備えている。

本出願の幾つかの実施形態では、走査アセンブリがさらに提供され、この走査アセンブリは、底面開口を含むフレームと、フレームの内部に接続された超音波プローブであって、超音波信号を送受するように構成された超音波トランスデューサと、天板及び側壁によって形成され包囲された空洞、並びに空洞の下に位置する開口を含む収納容器であって、超音波トランスデューサの頂部が開口を介して空洞に収容される、収納容器と、空洞に収容される弾性要素であって、超音波トランスデューサの頂部及び収納容器の天板に接続されて、超音波トランスデューサの部分が空洞の内部に引込んだり押し戻されたりすることを可能にするために超音波トランスデューサに弾性力を与えるように構成された弾性要素とを含んでいる超音波プローブと、底面開口に着脱式で接続された薄膜アセンブリとを備えている。

本出願の他の幾つかの実施形態では、超音波撮像装置がさらに提供され、この超音波撮像装置は、上で記載されているような走査アセンブリを備えている。

上の簡単な記載は、詳細な説明においてさらに記載される幾つかの概念を単純化された形態で提起するために掲げられていることを理解されたい。上の簡単な記載は、請求される主題の主要な又は本質的な特徴を特定するためのものではない。主題の範囲は、詳細な説明の後の特許請求の範囲によって一意に画定される。さらに、請求される主題は、上記又は本開示の何れの部分に記載される何れの短所を解決する具現化形態にも限定されない。

本出願は、非限定的な実施形態の以下の記載を添付図面に関連させて読むことによりさらに十分に理解されよう。

本出願の幾つかの実施形態による超音波撮像装置の遠近図である。 本出願の幾つかの実施形態による超音波撮像装置の様々なシステム構成要素の概略ブロック図である。 本出願の幾つかの実施形態による収納容器を備えた超音波プローブの組立前の状態の遠近図である。 本出願の幾つかの実施形態による収納容器を備えた超音波プローブの組立後の状態の遠近図である。 本出願の幾つかの実施形態による収納容器を取り外した超音波プローブの模式図である。 本出願の幾つかの実施形態による超音波プローブの分解遠近図である。 本出願の幾つかの実施形態による走査アセンブリの遠近図である。 本出願の幾つかの実施形態による駆動装置と超音波プローブとの間の接続関係の模式図である。

以下、本出願の具体的な具現化形態について記載する。これらの具現化形態の具体的な記載において、簡潔にするために、本明細書は実際の具現化形態の全ての特徴を詳細に記載している訳ではないことに注意されたい。任意の具現化形態の実際の具現化過程では、どの工学的プロジェクト又は設計プロジェクトの過程とも同じく、開発者特有の目標を達成するために、また具現化形態毎に異なり得るシステム関連の制約事項及び業務関連の制約事項を満たすために、多様な具体的決定をしばしば下さねばならないことを理解されたい。また、かかる開発過程において払われる努力は複雑で時間が掛かるかもしれないが、本出願において開示されている内容に関わる当業者にとっては、本開示に開示されている技術的内容に基づく何らかの設計、製造、及び製品化は一般的な技術的手段であるに過ぎず、本開示の不十分な内容と解釈すべきでない。

他の定義を下されていない限り、特許請求の範囲及び説明に用いられている技術的用語又は科学用語は、本発明が関係する当業者によって通常理解されているものと同じである。本明細書及び特許請求の範囲に用いられている「第一」「第二」のような語及び同様の語は、如何なる序列、量、又は重要性を表わすものでもなく、異なる構成要素を識別するためのものである。また「一つ」という語又は単数不定冠詞、及び同様の語は、量の制限を示すのではなく、少なくとも一つの存在を示している。「含んでいる（include）」又は「備えている（comprise）」という語及び同様の語は、「含んでいる（include）」又は「備えている（comprise）」の語に先行する要素又は項目が、「含んでいる（include）」又は「備えている（comprise）」の後に列挙された要素又は項目及びこれらの均等要素を包含していることを意味し、他の要素又は項目を排除している訳ではない。「接続する」又は「接続されている」という語及び同様の語は、物理的接続にも機械的接続にも限定されず、また直接的な接続にも間接的な接続にも限定されない。

本出願の幾つかの実施形態は、人体の乳房の超音波という特定の状況で提示されるが、本出願は、外部から接触し得る人間又は動物のあらゆる身体部位（例えば腹部、脚、足、腕、又は首）の超音波走査に適用され得ることを理解されたい。

図１は、幾つかの実施形態による超音波撮像装置１０２の遠近図を示す。超音波撮像装置１０２の本体は、主装置、表示器１１０、自在アーム１０６、及び走査アセンブリ１０８であり得る。主装置は、本体フレーム１０４、超音波プロセッサ筐体１０５、及び超音波プロセッサ筐体１０５の内部の超音波プロセッサを含み得る。以下、各々の構成要素の具体的な構造について詳細に図示説明する。

本体フレーム１０４、超音波プロセッサを収容した超音波プロセッサ筐体１０５、ヒンジ継手１１４を含む移動自在で調節自在の支持アーム（例えば自在アーム）１０６、ボール・ソケット型コネクタ（例えば玉継手）１１２によって自在アーム１０６の第一の端部１２０に接続された走査アセンブリ１０８、及び本体フレーム１０４に接続された表示器１１０について述べる。表示器１１０は、自在アーム１０６が本体フレーム１０４に挿入される接合点において本体フレーム１０４に接続されている。表示器１１０は、自在アーム１０６ではなく本体フレーム１０４に直接接続されているので、表示器１１０は自在アーム１０６の重量及び自在アーム１０６の釣り合い機構に影響を及ぼさない。一例では、表示器１１０は、水平方向及び横方向に回転することができる（例えば本体フレーム１０４の中心軸の周りに回転可能）が、垂直には移動することができない。代替例では、表示器１１０は垂直にも移動可能であってよい。図１は、本体フレーム１０４に接続されている表示器１１０を示しているが、他の例では、表示器１１０は、超音波プロセッサ筐体１０５に接続されている等のように超音波撮像装置１０２の異なる構成要素に接続されていてもよいし、超音波撮像装置１０２から離隔して位置していてもよい。

一実施形態では、自在アーム１０６は、利用者の操作を容易にしつつ、圧迫／走査アセンブリ１０８が、（ｉ）空間において不偏浮揚するように、又は（ii）乳房を圧迫するために軽量の正味下向き荷重（例えば１ｋｇから２ｋｇ）を有するように、構成されている。代替的な実施形態では、自在アーム１０６は、患者の組織に対するスキャナの配置時に、走査アセンブリ１０８が空間において不偏浮揚するように構成される。次いで、走査アセンブリ１０８が配置された後に、乳房を圧迫すると共に画質を改善するために望まれる下向き荷重を加えるように、超音波撮像装置１０２の内部構成要素を調節することができる。一例では、下向き荷重（例えば下向きの力）は２ｋｇから１１ｋｇにわたり得る。

上で記載されているように、自在アーム１０６はヒンジ継手１１４を含んでいる。ヒンジ継手１１４は、自在アーム１０６を第一のアーム部分と第二のアーム部分とに分割している。第一のアーム部分は走査アセンブリ１０８に接続されており、第二のアーム部分は本体フレーム１０４に接続されている。ヒンジ継手１１４は、第二のアーム部分が、第二のアーム部分及び本体フレーム１０４に対して回転することを可能にしている。例えば、ヒンジ継手１１４は、走査アセンブリ１０８が第二のアーム部分及び本体フレーム１０４に対して横断的に水平に平行移動することを可能にするが、垂直には移動させない。このような態様で、走査アセンブリ１０８は、本体フレーム１０４へ向かって又は本体フレーム１０４から遠ざかって回転することができる。但し、ヒンジ継手１１４は、自在アーム１０６全体（例えば第一のアーム部分及び第二のアーム部分）が全体として一緒に垂直に移動する（例えば本体フレーム１０４と共に上下に平行移動する）ことを可能にするように構成されている。

走査アセンブリ１０８は、乳房を圧迫するために少なくとも部分的に取り付けられる薄膜アセンブリ１１８を含むことができ、薄膜アセンブリ１１８は、実質的に張力で張った状態にある薄膜を有する。薄膜アセンブリ１１８は、乳房に接触する底面を有しており、底面が乳房に接触しているときに、トランスデューサが薄膜の上面を掃引して乳房を走査する。一例では、薄膜は張力で張った布シートである。

選択随意で、自在アームは、圧迫／走査アセンブリ１０８によって行なわれる位置及び方向感知を可能にするように電位差計（不図示）を含んでいてもよいし、他の形式の位置及び方向感知（ジャイロスコープ、磁気系、光学系、及び無線周波数（ＲＦ）等）を用いていてもよい。全機能型超音波エンジンが超音波プロセッサ筐体１０５の内部に設けられていてよく、この超音波エンジンは、超音波トランスデューサを駆動して、走査からの容積測定乳房超音波データを、関連する位置及び配向情報と共に生成するように構成されている。幾つかの例では、この容積測定走査データは、当技術分野で公知の多様なデータ伝送方法の任意のものを用いることにより、さらに処理されるように他のコンピュータ・システムへ伝送されてもよいし、容積測定走査データが超音波エンジンによって処理されてもよい。超音波エンジンと一体化された汎用コンピュータ／プロセッサが、一般的なユーザ・インタフェイス及びシステム制御のためにさらに設けられていてよい。汎用コンピュータは、自立型のスタンドアロン・ユニットであってもよいし、網を介して接続された遠隔ステーションによって遠隔で制御され、構成設定され、且つ／又は監視されてもよい。

図２は、超音波撮像装置１０２の様々なシステム構成要素を模式的に示すブロック図２００であり、これらのシステム構成要素は、走査アセンブリ１０８、表示器１１０、及び走査プロセッサ２１０を含んでいる。一例では、走査プロセッサ２１０は、撮像装置１０２の超音波プロセッサ筐体１０５に含まれていてよい。図２の実施形態に示すように、走査アセンブリ１０８、表示器１１０、及び走査プロセッサ２１０は、互いに連絡する独立の構成要素であるが、幾つかの実施形態では、これらの構成要素の１又は複数が一体化されていてもよい（例えば表示器及び走査プロセッサが単一の構成要素に含まれていてもよい）。

先ず、走査アセンブリ１０８について述べると、走査アセンブリ１０８は、少なくとも超音波プローブ２２０及び駆動装置２３０を含んでいる。超音波プローブ２２０は、電気エネルギを超音波へ変換し、次いで反射した超音波を検出する圧電素子のような変換素子（トランスデューサ素子）から成るトランスデューサ・アレイを含んでいる。

走査アセンブリ１０８は、走査プロセッサ２１０と連絡して、生の走査データを画像プロセッサへ送ることができる。走査アセンブリ１０８は選択随意で、上で記載されているような走査アセンブリを再配置するように利用者に指示したり利用者から情報を受け取ったりする（利用者入力ユニット２４４を介して）ように、表示器１１０と連絡することができる。

次に走査プロセッサ２１０について述べると、走査プロセッサは、画像プロセッサ２１２、メモリ２１４、表示出力２１６、及び超音波エンジン２１８を含んでいる。超音波エンジン２１８は、超音波プローブ２２０のトランスデューサ素子の起動を駆動することができ、また幾つかの実施形態では、駆動装置２３０が起動され得る。さらに、超音波エンジン２１８は、走査アセンブリ１０８から生の画像データ（例えば超音波エコー）を受け取ることができる。生の画像データは、画像プロセッサ２１２及び／又は遠隔プロセッサ（例えば網を介して）へ送られて、組織標本の表示可能な画像を形成するように処理され得る。幾つかの実施形態では、画像プロセッサ２１２が超音波エンジン２１８に含まれていてもよいことを理解されたい。

情報は、超音波エンジン２１８及び／又は画像プロセッサ２１２から走査プロセッサ２１０の表示出力２１６を介して撮像装置１０２の利用者へ伝達され得る。一例では、走査装置の利用者は超音波技師、看護師、又は医師を含み得る。例えば、被走査組織の処理済み画像が表示出力２１６を介して表示器１１０へ送られ得る。もう一つの例では、走査のパラメータ（走査の進捗等）に関連する情報が表示出力２１６を介して表示器１１０へ送られ得る。表示器１１０は、画像又は他の情報を利用者に表示するように構成されたユーザ・インタフェイス２４２を含み得る。さらに、ユーザ・インタフェイス２４２は、利用者からの入力を受け取り（利用者入力２４４による等）、入力を走査プロセッサ２１０へ送るように構成され得る。一例では、利用者入力２４４は表示器１１０のタッチ・スクリーンであってよい。但し、マウス及びキーボード等のような他の形式の利用者入力機構も可能である。

走査プロセッサ２１０は、メモリ２１４をさらに含み得る。記憶装置２１４は、可動型装置及び／又は常置型装置を含むことができ、光学式メモリ、半導体メモリ、及び／又は磁気メモリを含み得る。記憶装置２１４は、揮発型、非揮発型、動的、静的、読み書き型、読み取り専用型、ランダム・アクセス型、逐次アクセス型、及び／又は付加的なメモリを含み得る。記憶装置２１４は、後述するような１又は複数の方法又はルーチンを実行するように制御器又はプロセッサ（制御器２１８又は画像プロセッサ２１２等）によって実行可能な非一過性の命令を記憶することができる。記憶装置２１４は、走査アセンブリ１０８から受け取った生の画像データ、画像プロセッサ２１２若しくは遠隔プロセッサから受け取った処理済みの画像データ、及び／又は付加的な情報を記憶することができる。

以下、本出願の幾つかの実施形態における超音波プローブの構造について詳細に説明する。図３及び図４について述べる。図３は、本出願の幾つかの実施形態による収納容器３０２を備えた超音波プローブ２２０の組立前の状態の遠近図を示す。図４は、本出願の幾つかの実施形態による収納容器３０２を備えた超音波プローブ２２０の組立後の状態の遠近図を示す。

図３及び図４に示すように、超音波プローブ２２０は超音波トランスデューサ３０１を含んでいる。超音波トランスデューサ３０１は、超音波信号を送受するように構成されている。また収納容器３０２が含まれている。収納容器３０２は、天板３２１及び側壁３２２によって形成され包囲された空洞３２３と、空洞の下に位置する開口３２４とを含んでいる。超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１が、開口３２４を介して空洞３２３に収容される。超音波プローブ２２０は、空洞３２３に収容される弾性要素３０３をさらに含んでいる。弾性要素３０３は、超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１及び収納容器３０２の天板３２１に接続される。弾性要素３０３は、超音波トランスデューサ３０１の部分が空洞の内部に引込んだり押し戻されたりすることを可能にするために超音波トランスデューサに弾性力を与えるように構成されている。

本出願において上で述べた超音波プローブ２２０の構成態様は、超音波プローブ２２０を引込式（retractable）にすることを可能にする。かかる構成態様では、超音波走査の過程で超音波プローブ２２０が盛り上がった体表面に移動すると、超音波プローブ２２０は、より大きい支持力を受けるため弾性要素３０３を圧縮して所定の距離だけ引込むことができる。このことは、走査を受けている人に加わる圧力を減少させ、緩衝として作用して、利用者体験を大幅に向上させる。また、走査工程を行なっているときに、弾性のある超音波プローブ２２０は、走査されている組織を大圧力の下で容易く変形させて走査の質に影響を及ぼすようなことがなくなる。さらに、より重要なこととして、特殊な自動超音波走査シナリオでは、超音波プローブ２２０が走査アセンブリに設置されて用いられる必要がある。超音波プローブが占め得る空間は極く限定されている。本出願では、印刷回路基板（ＰＣＢ）６０６、ケーブル、及び他の構成要素のような超音波トランスデューサ３０１の電気接続要素を収容するように元々構成されている収納容器３０２が、超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１の寸法を収容するように構成され、弾性要素３０３が、収納容器３０２の天板及び超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１に構成される。超音波プローブ２２０は過度な付加的容積を必要とせずに上下方向に収縮することができ、収納容器３０２と超音波トランスデューサ３０１との間の接続も緊密である。

続けて図３について説明する。収納容器３０２の天板３２１及び弾性要素３０３は、任意の態様で接続され得る。例えば、天板３２１に貫通孔３２５を形成して、弾性要素３０３において貫通孔３２５に対応する位置にねじ穴３２６を形成することができる。このようにして、収納容器３０２と弾性要素３０３とをねじ（不図示）によって接続することができる。接続された弾性要素３０３は、収納容器３０２の空洞３２３の内部に完全に収容され得る。同様に、弾性要素３０３はまた、ねじによって超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１にも接続され得る。以上に述べた接続態様は他の態様であり得ることは理解されようから、本書で改めて詳細に立ち入ることはしない。

下の図４を参照すると、超音波プローブ２２０が組立後の状態にあるときには全体構造は小型である。ここでは弾性要素３０３は収納容器３０２の内側に隠れていて見えない。表面を走査するときには、超音波トランスデューサ３０１は上方向の圧力を受ける。さらに、弾性要素３０３の存在のため、超音波トランスデューサ３０１は上方向に移動することができる。

弾性要素３０３の具体的な構築は様々であってよい。以下、弾性要素３０３の構造の詳細な例示的説明を掲げる。例示的説明として、従来技術に比較した本出願の弾性要素３０３の進化についてもさらに十分に図示説明することができる。

図５は、本出願の幾つかの実施形態による収納容器３０２を取り外した超音波プローブ２２０の模式図を示す。図５に示すように、弾性要素３０３は第一の基部４０１を含み得る。第一の基部４０１は、収納容器３０２の天板（図５では不図示）に接続される。弾性要素３０３はさらに、第二の基部４０２を含んでいる。第二の基部４０２は、超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１に接続される。幾つかの例では、頂部３１１が第二の基部４０２の内側に筒状に嵌合（sleeve）されていてよい。弾性要素３０３は、ばね４０３をさらに含んでいる。ばね４０３は第一の基部４０１と第二の基部４０２との間に配設されて、第一の基部４０１と第二の基部４０２との弾性接続を達成している。

第一の基部４０１及び第二の基部４０２の構成態様を通して、弾性要素３０３と超音波トランスデューサ３０１と収納容器３０２との間に、より大きい接触面積が設けられ得る。このようにして、超音波トランスデューサ３０１が上下方向に伸縮するときに、超音波トランスデューサ３０１の移動経路をさらに安定化すると共に、走査されている表面の曲線にさらに馴染ませることができ、これにより撮像の品質を保証することができる。

ばね４０３は、第一の基部４０１と第二の基部４０２との間に反発力を提供するように構成されており、この反発力が最終的には超音波トランスデューサ３０１に作用することが理解されよう。従って、適当な剛性係数を有するばね４０３を選択することにより、超音波トランスデューサ３０１に適した反発力を決定して、利用者体験及び撮像が望ましいものになることを保証することができる。

幾つかの実施形態では、超音波トランスデューサ３０１に作用する外力が存在しないときに、第一の基部４０１と第二の基部４０２との間の間隔は、ばね４０３の元の長さよりも小さくなるように構成される。このようにして、ばね４０３は常に圧縮状態にある。外力が存在しない場合でも、ばねは、超音波トランスデューサ３０１の振動を回避するように、超音波トランスデューサ３０１に何らかの弾性力を提供することができる。

加えて、ばね４０３の量は自由に選択され得る。図４に示すように、ばねの量は二つであってよく、これらのばねが、第一の基部４０１の二つの端部に近接した各位置に対称に配設される。このようにして、ばね４０３は、超音波トランスデューサが上下方向での伸縮の過程で固着して撮影に影響を及ぼすことがないように、さらに一様な反発力を提供することができる。

本出願の幾つかの他の実施形態では、弾性要素３０３の構造はさらに最適化される。図６は、本出願の幾つかの実施形態による超音波プローブ２２０の分解遠近図を示す。

図６に示すように、弾性要素３０３は案内支柱６０１をさらに含み得る。案内支柱６０１は、第一の基部４０１と第二の基部４０２との間に配設される。ばね４０３は、案内支柱６０１の外周に筒状に嵌合される。

かかる構成態様では、伸縮の過程でのばね４０３の案内を達成して、これにより、ばねの歪み又は変位によって故障を招くことを回避することができる。案内支柱６０１は様々な態様で構成され得る。例えば、案内支柱は、上下方向に互いに対向して構成された棒様構造とスリーブ構造とを含み得る。図６に示すように、棒様構造及びスリーブ構造は、第一の基部４０１及び第二の基部４０２の二つの対向面にそれぞれ配設され、これらの構造の寸法は、案内を達成するように互いに合致するすなわちスリーブの内径が棒様構造の外径よりも僅かながら大きくなるように構成される。

超音波プローブ２２０は、走査アセンブリの駆動装置によって駆動されると水平方向に線形運動を行なうことができ、同様に、超音波プローブ２２０の超音波トランスデューサ３０１も水平方向に線形運動を行なう。線形運動を行なう超音波トランスデューサ３０１は、撮像されている組織（例えば乳房）に対して垂直方向に断層写真法走査を行なって、垂直方向での組織の多数の二次元断面超音波画像を得る。上述の線形運動のため、これらの二次元画像の撮像平面は互いに平行になるので、合成によって三次元超音波画像を得ることができる。

発明者等は、超音波トランスデューサ３０１が移動の方向に振動すると、断層写真法走査によって得られる二次元画像は最早平行ではなくなることを見出した。従って、合成によって得られる三次元超音波画像は不可避的に影響を受ける。特に、引込式超音波プローブは移動中に振動を受け易い。この観点で、発明者等は改良を施した。

続けて図６について述べる。選択随意で、弾性要素３０３は、滑りレール・アセンブリ６０２及び連結棒６０３をさらに含み得る。滑りレール・アセンブリ６０２は、案内レール６２１と、案内レールに摺動自在に接続された滑りブロック６２２とを含んでいる。滑りレール・アセンブリ６０２は、第二の基部４０２の二つの端部に配設される。さらに、連結棒６０３は、第一の基部４０１の二つの端部に配設される。連結棒６０３は、第一の基部４０１及び滑りブロック６２２に回転自在に接続される。

かかる構成は多様な長所を有する。案内レール６２１と滑りブロック６２２との間の緊密な嵌合のため、超音波トランスデューサ３０１は、水平方向に移動するように駆動されても水平移動方向に振動せず、これにより撮像の質に影響を及ぼさなくなる。このことは、自体が可動である超音波プローブには極めて重要である。また、案内レール６２１及び滑りブロック６２２を含む滑りレール・アセンブリ６０２と連結棒６０３とが全体として互いに協働して、超音波トランスデューサ３０１の上下方向での伸縮を制限するように作用し得る。滑りレール・アセンブリ６０２と連結棒６０３との接続は、上下運動中に第一の基部４０１と第二の基部４０２との係合が外れないことを保証し、すなわちこの接続は、伸長状態において超音波トランスデューサ３０１を制限するように作用する。また、ばね４０３が何らかの範囲まで圧縮されると、滑りレール・アセンブリ６０２及び連結棒６０３は角度回転及び他の理由のため摺動の限度に達し、すなわち滑りレール・アセンブリ及び連結棒は、圧縮状態において超音波トランスデューサ３０１を制限するように作用する。

加えて、幾つかの実施形態では、第一の基部４０１の各々の端部に二つの連結棒６０３を設けてもよい。第一の基部４０１の各々の端部の二つの連結棒６０３は、底板６０４を通じて滑りブロック６２２に回転自在に接続される。

かかる構成は、連結棒６０３の回転接続をより安定化する。加えて、底板６０４を追加で配置することにより、滑りレール・アセンブリ６０２及び連結棒６０３の組立がさらに簡便になる。組立時には、滑りブロック６２２が先ず、案内レール６２１の端部から案内レール６２１に筒状に嵌合されて、次いで、底板６０４を滑りブロック６２２に揃えて設置することができる。この設置態様も多様であってよい。例えば、設置がねじによって行なわれてもよい。本書では改めて詳細に立ち入ることはしない。

以上から、本出願において開示された上述の解は、超音波プローブが小型構造の長所を有することを可能にし、上下方向での伸縮を保証しつつ、移動の方向での振動を防ぐことが分かる。さらに、発明者等はまた、引込式超音波プローブの防水性能が課題であることを見出した。超音波トランスデューサは利用時にカップリング剤を必要とし、利用後にはアルコールのような液体で滅菌する必要がある。可動のプローブは、移動する構成要素同士の間にさらに大きい間隙が存在することを意味する。

上述の問題に対処するために、本出願は幾つかの実施形態において改良を加えた。幾つかの実施形態では、本出願の超音波プローブ２２０はまた、弾性封止環６０５を含み得る。図４及び図６に示すように、弾性封止環６０５は、波型付き弾性材料を含んでいる。弾性封止環６０５は、超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１に筒状に嵌合されて超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１と収納容器３０２の側壁３２２との間の間隙を埋める。

弾性封止環６０５に波型を付けることにより、弾性封止環６０５は圧縮可能になる。波型付き弾性封止環は、超音波トランスデューサ３０１が上下方向に伸縮するのに伴って圧縮可能となることができ損傷もない。また、波型付き弾性封止環は、超音波トランスデューサ３０１と収納容器３０２との間の間隙に良好な封止効果を提供して、収納容器において液体が弾性要素３０３及びＰＣＢ６０６のような他の電気的要素を腐食しないようにすることができる。弾性封止環６０５の材料は限定されない。例えば、弾性封止環は、ゴム及びラテックスのような高重合体材料で作製され得る。

幾つかの実施形態では、超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１及び収納容器３０２の側壁３２２に各々係合溝が設けられる。弾性封止環６０５の上下の開口に係合溝が係合する。具体的に、図４及び図６を参照して説明する。収納容器３０２の側壁３２２、例えば側壁３２２の底部に、係合溝４０４を設けることができる。呼応して、超音波トランスデューサ３０１の頂部３１１にもう一つの係合溝６０６を設けることができる。弾性封止環６０５の上下の開口がこれらの係合溝に係合する。例えば、上下の開口を内側に折り畳んで、開口が係合溝に嵌合するようにすることができる。

かかる構成によって、超音波トランスデューサ３０１の移動中に弾性封止環６０５が移動したり脱落したりして封止状態に故障が起こることがないように保証することができる。

さらに、本出願の幾つかの実施形態では、走査アセンブリ１０８が提供される。図７は、本出願の幾つかの実施形態による走査アセンブリ１０８の遠近図を示す。

走査アセンブリ１０８はフレーム８０１を含み得る。フレーム８０１は底面開口８１１を含んでいる。走査アセンブリは、上の各実施形態の任意のものの超音波プローブ２２０をさらに含んでおり、超音波プローブ２２０は、フレーム８０１の内側に接続される。走査アセンブリ１０８は薄膜アセンブリ１１８をさらに含んでいる。薄膜アセンブリ１１８は底面開口８１１に着脱式で接続される。

図７から分かるように、走査アセンブリ１０８の全体構造は極く小型であり、本出願の上の各実施形態の任意のものに記載された超音波プローブ２２０の構造は大した容積を占めず、超音波走査用の走査アセンブリ１０８のフレームに容易に組み入れられ得る。走査工程では、超音波プローブ２２０が上下方向に収縮可能に構成されているので、走査工程で走査されている表面の形状に水平方向において適合することができる。このようにして、走査を受けている人の快適水準を改善することができ、超音波プローブ２２０が身体に過剰な圧力を加えることがないので、撮像の質も改善することができる。本書での水平方向及び上下方向（又は垂直方向）はそれぞれ、走査を行なうときに超音波プローブ２２０が移動するように駆動される方向、及び超音波プローブ２２０のトランスデューサが伸縮する方向を指すことが理解されよう。

さらに、薄膜アセンブリ１１８は、外枠８２１及び薄膜８２２を含んでいる。薄膜８２２は外枠８２１の内部に配設されている。外枠８２１は底面開口８１１に着脱式で接続される。

薄膜アセンブリ１１８は超音波プローブ２２０に整合し得る。薄膜アセンブリ１１８の薄膜８２２は、走査されている組織を圧迫して固定するように作用して、これにより走査されている組織の表面での超音波プローブ２２０の滑らかな移動及び高品質撮像を助けることができる。超音波撮像工程では、薄膜８２２の一方の面が超音波プローブ２２０の超音波トランスデューサと接触し、他方の面が走査されている組織に接触し得ることが理解される。カップリング剤の存在の下では、音響信号は減弱が少ない状態で薄膜８２２を伝わる。

以上の構造に加えて、本出願の走査アセンブリ１０８は他の構成要素をさらに含み得る。以下、これらの構成要素について詳細に説明する。但し、選択随意の例として以下の構成要素は必須ではないことを特記しておく。

続けて図７について述べる。走査アセンブリ１０８は、フレーム８０１に設けられた二つの把手８０３をさらに含んでいる。二つの把手８０３は、走査アセンブリ１０８の横断軸を挟んで互いに対向しており、横断軸は自在アーム１０６の中心を通り横断軸に対して画定される。フレーム８０１は矩形の開口を有し得る。他の例では、フレーム８０１は、正方形の開口を有する正方形のような他の形状を有していてもよい。加えて、フレーム８０１は、フレーム８０１の内周と外周との間に画定される厚みを有する。

二つの把手８０３は、空間において走査アセンブリ１０８を移動させて組織（例えば患者）に対して走査アセンブリ１０８を配置するように構成されている。代替的な実施形態では、走査アセンブリ１０８は把手８０３を含んでいなくてもよい。一例では、把手８０３は、フレーム８０１と一体形成されていてもよい。他の例では、把手８０３及びフレーム８０１は別個に形成されていてもよい。

図７に示すように、走査アセンブリ１０８は、玉継手１１２（例えばボール・ソケット型コネクタ）によって自在アーム１０６に接続されている。具体的には、フレーム８０１の頂部円蓋部分が玉継手１１２に接続されている。フレーム８０１の頂部は、ソケットを形成する陥凹を含んでおり、玉継手１１２の玉がソケットに嵌められている。玉継手１１２は多数の方向に可動である。例えば、玉継手１１２は、自在アーム１０６に対する走査アセンブリの回転運動を提供する。玉継手１１２は、玉継手１１２を所定位置に係止する係止機構を含んでおり、これにより自在アーム１０６に対して走査アセンブリ１０８を固定した状態に保つ。さらに、玉継手１１２はまた、回転のみ行なって、振動のような多数の方向の移動は行なわないように構成され得る。

加えて、図７に示すように、把手８０３にはさらに、走査を制御したり走査アセンブリ１０８を調節したりするためのボタンが設けられている。具体的には、上述のボタンは、第一の重量調節ボタン８０４及び第二の重量調節ボタン８０５を含み得る。第一の重量調節ボタン８０４は、自在アーム１０６から走査アセンブリ１０８に加わる荷重を減少させることができる。第二の重量調節ボタン８０５は、自在アーム１０６から走査アセンブリ１０８に加わる荷重を増加させることができる。これらの増減は、走査アセンブリ１０８に関する自在アーム１０６の圧力変位の大きさに基づいて制御され得る。走査アセンブリ１０８に加わる荷重が増加すると、走査アセンブリ１０８が配置されている組織に加わる圧迫の圧力及び量が増加し得る。さらに、走査アセンブリに加わる荷重が増加すると、走査される組織に加わる走査アセンブリの実効重量が増加する。一例では、荷重が増加すると、乳房のような患者の組織が圧迫され得る。このようにして、超音波プローブ２２０を用いることにより高品質画像を得るために、走査中に走査アセンブリ１０８と整合して様々な量の圧力（例えば荷重）を加えることができる。

走査工程に先立って、利用者（例えば超音波技師又は医師）は、走査アセンブリ１０８を患者又は組織の上に配置することができる。一旦、走査アセンブリ１０８が配置されたら、利用者は第一の重量調節ボタン８０４及び／又は第二の重量調節ボタン８０５を用いることにより、患者に加わる走査アセンブリ１０８の圧力を調節することができる（例えば圧迫の量を調節する）。次いで、利用者は、把手８０３に対する付加的な制御（例えば他方の把手のボタン）によって走査工程を開始することができる。

超音波プローブの自動走査は、走査アセンブリ１０８のフレーム８０１の内部の駆動装置によって達成され得る。図８は、本出願の幾つかの実施形態による駆動装置２３０と超音波プローブ２２０との間の接続関係の模式図を示す。この図では、走査アセンブリ１０８のフレーム８０１の頂部構造は除かれている。

駆動装置２３０はフレーム８０１に配設される。駆動装置は、超音波プローブ２２０の収納容器３０２の側壁３２２に接続されて、超音波プローブ２２０を移動させるように駆動する。このようにして、走査者がプローブを保持したり移動させたりする必要なく、走査される組織についての超音波プローブ２２０の自動走査が達成され得る。

幾つかの実施形態では、駆動装置２３０は、モータ８６１及び送りねじ８６２を含んでいる。送りねじ８６２はフレームにおいて水平に配設される。モータ８６１は収納容器３０２の側壁３２２に接続される。モータ及び送りねじは、超音波プローブを水平方向に移動させるように駆動するために移動自在に接続される。

送りねじ８６２がフレーム８０１に配設されるときの態様は限定されない。例えば、送りねじの二つの端部をフレーム８０１の二つの側壁に固定して接続してよい。モータ８６１と超音波プローブ２２０の収納容器との間の接続態様も限定されない。例えば、モータ８６１をねじ構造によって側壁３２２に固定して接続してよい。モータ８６１は、超音波プローブ２２０を移動させるために駆動するように、送りねじ８６２に移動自在に接続される。

モータ８６１は、異なる方向（例えば時計回り方向又は反時計回り方向）での内部出力シャフトの回転により、又は送りねじ８６２に移動自在に接続するように歯車を駆動する出力シャフトを用いることにより、送りねじの方向において往復運動を行なうように超音波プローブ２２０を駆動し、これにより自動的に超音波走査を行なう。他の運動態様も可能であることを特記しておく。例えば、超音波プローブ２２０は何らかの円の中心の周りに回転するように駆動される。モータ８６１の内部構造は図８には直接は図示されていないが、当業者はモータ８６１と送りねじ８６２との間の移動自在の接続を確立する全ての態様が可能であることを承知している。

加えて、本出願の幾つかの実施形態では、上の各実施形態の任意のものに記載された走査アセンブリを含む超音波撮像装置がさらに開示される。

幾つかの実施形態では、超音波撮像装置が、図１に示すような自在アーム及び主装置を含み得る。走査アセンブリは自在アームの一方の端部に接続され、主装置は自在アームの他方の端部に接続される。

以上の具体的な実施形態を掲げた目的は、本出願に開示された内容がさらに完全且つ包括的に理解され得るようにすることであるが、本出願はこれらの具体的な実施形態に限定されない。当業者は、本出願に対して様々な改変、均等置換、及び変形を加えることができ、これらの改変、均等置換物、及び変形が本出願の趣旨から逸脱しない限りにおいて本出願の保護範囲に含まれることを理解されたい。

１０２ 超音波撮像装置
１０４ 本体フレーム
１０５ 超音波プロセッサ筐体
１０６ 自在アーム
１０８ 走査アセンブリ
１１０ 表示器
１１２ 玉継手
１１４ ヒンジ継手
１１８ 薄膜アセンブリ
１２０ 第一の端部
２２０ 超音波プローブ
２３０ 駆動装置
３０１ 超音波トランスデューサ
３０２ 収納容器
３０３ 弾性要素
３１１ 頂部
３２１ 天板
３２２ 側壁
３２３ 空洞
３２４ 開口
３２５ 貫通孔
３２６ ねじ穴
４０１ 第一の基部
４０２ 第二の基部
４０３ ばね
４０４ 係合溝
６０１ 案内支柱
６０２ 滑りレール・アセンブリ
６０３ 連結棒
６０４ 底板
６０５ 弾性封止環
６０６（図３） 印刷回路基板（ＰＣＢ）
６０６（図６） 係合溝
６２１ 案内レール
６２２ 滑りブロック
６２２（図６）
８０１ フレーム
８０３ 把手
８０４ 第一の重量調節ボタン
８０５ 第二の重量調節ボタン
８１１ 底面開口
８２１ 外枠
８２２ 薄膜
８６１ モータ
８６２ 送りねじ

Claims (15)

1. 超音波信号を送受するように構成された超音波トランスデューサと、
   天板及び側壁により形成され包囲された空洞、並びに該空洞の下に位置する開口を含む収納容器であって、前記超音波トランスデューサの頂部が前記開口を介して前記空洞に収容される、収納容器と、
   前記空洞に収容される弾性要素であって、前記超音波トランスデューサの前記頂部及び前記収納容器の前記天板に接続されて、前記超音波トランスデューサの部分が前記空洞の内部に引込んだり押し戻されたりすることを可能にするために前記超音波トランスデューサに弾性力を与えるように構成された弾性要素と
   を備えた超音波プローブ。
2. 前記弾性要素は、
   前記収納容器の前記天板に接続された第一の基部と、
   前記超音波トランスデューサの前記頂部に接続された第二の基部と、
   前記第一の基部と前記第二の基部との間に配設されて、前記第一の基部と前記第二の基部との弾性接続を達成するばねと
   を含んでいる、請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記弾性要素は、前記第一の基部と前記第二の基部との間に配設された案内支柱をさらに含んでおり、前記ばねは前記案内支柱の外周に筒状に嵌合されている、請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記弾性要素は、
   案内レールと、該案内レールに摺動自在に接続された滑りブロックとを含む滑りレール・アセンブリであって、前記第二の基部の二つの端部に配設された滑りレール・アセンブリと、
   前記第一の基部の二つの端部に配設された連結棒であって、前記第一の基部及び前記滑りブロックに回転自在に接続された連結棒と
   をさらに含んでいる、請求項２に記載の超音波プローブ。
5. 二つの連結棒が前記第一の基部の各々の端部に設けられており、前記第一の基部の各々の端部の前記二つの連結棒は、底板により前記滑りブロックに回転自在に接続されている、
   請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 波型付き弾性材料を含む弾性封止環であって、前記超音波トランスデューサの前記頂部に筒状に嵌合されて、前記超音波トランスデューサの前記頂部と前記収納容器の前記側壁との間の間隙を埋める弾性封止環をさらに含んでいる請求項１に記載の超音波プローブ。
7. 前記超音波トランスデューサの前記頂部及び前記収納容器の前記側壁には各々、係合溝が設けられており、前記弾性封止環の上下の開口が前記係合溝に係合する、請求項６に記載の超音波プローブ。
8. 底面開口を含むフレームと、
   超音波プローブであって、
   超音波信号を送受するように構成された超音波トランスデューサと、
   天板及び側壁により形成され包囲された空洞、並びに該空洞の下に位置する開口を含む収納容器であって、前記超音波トランスデューサの頂部が前記開口を介して前記空洞に収容される、収納容器と、
   前記空洞に収容される弾性要素であって、前記超音波トランスデューサの前記頂部及び前記収納容器の前記天板に接続されて、前記超音波トランスデューサの部分が前記空洞の内部に引込んだり押し戻されたりすることを可能にするために前記超音波トランスデューサに弾性力を与えるように構成された弾性要素と
   を含んでいる超音波プローブと、
   前記底面開口に着脱式で接続された薄膜アセンブリと
   を備えた走査アセンブリ。
9. 前記フレームに配設された駆動装置であって、前記超音波プローブを移動させるように駆動するために前記超音波プローブの収納容器の側壁に接続された駆動装置をさらに含んでいる請求項８に記載の走査アセンブリ。
10. 前記駆動装置はモータと送りねじとを含んでおり、該送りねじは前記フレームにおいて水平に配設され、前記モータは前記収納容器の前記側壁に接続されて、前記モータ及び前記送りねじは、前記超音波プローブを水平方向に移動させるように駆動するために移動自在に接続される、請求項９に記載の走査アセンブリ。
11. 走査アセンブリを備えた超音波撮像装置であって、前記走査アセンブリは、
    底面開口を含むフレームと、
    超音波プローブであって、
    超音波信号を送受するように構成された超音波トランスデューサと、
    天板及び側壁により形成され包囲された空洞、並びに該空洞の下に位置する開口を含む収納容器であって、前記超音波トランスデューサの頂部が前記開口を介して前記空洞に収容される、収納容器と、
    前記空洞に収容される弾性要素であって、前記超音波トランスデューサの前記頂部及び前記収納容器の前記天板に接続されて、前記超音波トランスデューサの部分が前記空洞の内部に引込んだり押し戻されたりすることを可能にするために前記超音波トランスデューサに弾性力を与えるように構成された弾性要素と
    を含んでいる超音波プローブと、
    前記底面開口に着脱式で接続された薄膜アセンブリと
    を含んでいる、超音波撮像装置。
12. 前記走査アセンブリを当該自在アームの一方の端部に接続した自在アームと、
    該自在アームの他方の端部に接続された主装置と
    をさらに含んでいる請求項１１に記載の超音波撮像装置。
13. 前記走査アセンブリは、
    前記フレームに配設された駆動装置であって、モータと送りねじとを含んでおり、該送りねじは前記フレームにおいて水平に配設され、前記モータは前記収納容器の前記側壁に接続されて、前記モータ及び前記送りねじは、前記超音波プローブを水平方向に移動させるように駆動するために移動自在に接続される、駆動装置
    をさらに含んでいる、請求項１１に記載の超音波撮像装置。
14. 前記弾性要素は、
    前記収納容器の前記天板に接続された第一の基部と、
    前記超音波トランスデューサの前記頂部に接続された第二の基部と、
    前記第一の基部と前記第二の基部との間に配設されて、前記第一の基部と前記第二の基部との弾性接続を達成するばねと
    を含んでいる、請求項１１に記載の超音波撮像装置。
15. 前記弾性要素は、
    案内レールと、該案内レールに摺動自在に接続された滑りブロックとを含む滑りレール・アセンブリであって、前記第二の基部の二つの端部に配設された滑りレール・アセンブリと、
    前記第一の基部の二つの端部に配設された連結棒であって、前記第一の基部及び前記滑りブロックに回転自在に接続された連結棒と
    をさらに含んでいる、請求項１４に記載の超音波撮像装置。

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