JP3131485B2

JP3131485B2 - 超音波プローブ

Info

Publication number: JP3131485B2
Application number: JP04018991A
Authority: JP
Inventors: 昌典濱▲崎▼; 匡志阿部; 一郎大舘; 延彦渡辺
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH05212035A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血管、消化管等の体腔
内に挿入し、被検対象に超音波ビームを照射してエコー
を受信し、観測装置で受信信号を処理し、モニタに超音
波画像を表示して観察する超音波診断装置に用いる超音
波プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波プローブは、挿入部先端に超音波
振動子を設けて駆動させるようになっているが、超音波
振動子はその具体的な超音波走査方法によって挿入部先
端内の配設態様が異なる。例えば、実開平２−１４１４
２１号公報には、超音波振動子をハウジング内に超音波
振動子の送受波面を残して接着固定し、ハウジングには
フレキシブルシャフトを連結している内容が開示されて
いる。フレキシブルシャフトは、モータからの回転トル
クをハウジングに伝達するようになっており、超音波振
動子はハウジングと一体に回転しながら、ラジアル走査
するのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例に開示されているものは、パイプ状の円筒の一部
を切り欠いてハウジングを形成し、ハウジング内部に超
音波振動子を埋め込むような構成をとっている。したが
って、振動子の開口面（送受波面）の幅は、ハウジング
の幅に比較しハウジングの肉厚分だけ小さく形成しなけ
ればならない。一方、超音波振動子の感度は、開口部の
面積が大きいほど良好であるので、従来のものは感度に
おいて充分でなかった。

【０００４】そこで、ハウジングに対して超音波振動子
の開口部を大きくするには、超音波振動子の側方にある
ハウジングの側壁を取り除き、超音波振動子は底面のみ
がハウジングに接合固定されるようにする構成が効果的
である。しかし、超音波振動子とハウジングとは、それ
ぞれの平面同士を接合させ両者の間に接着剤を介して固
定しているので、接着剤の量及び介在状態によっては超
音波振動子が浮き上がってしまい、超音波振動子が左右
に振れやすくなり組立性が悪くなるという不具合があ
る。また、接着剤の量が少な過ぎると超音波振動子がハ
ウジングから剥離し易くなるという不具合がある。

【０００５】本発明は、上記不具合を解決すべく提案さ
れるもので、超音波振動子の感度ロスを少なくする他、
組立性のよい超音波プローブを提供することを目的とし
たものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、フレキシブルシャフトの先端に、ハウジ
ングを介して超音波振動子を設け、該超音波振動子を駆
動することにより超音波ビームを送受して、超音波画像
を得る超音波プローブにおいて、超音波振動子が設けら
れるハウジングの側壁を取り除くことにより、超音波振
動子の側方が開放状態となるようにハウジングを形成
し、該ハウジングの底面に溝を形成し、該溝に接着剤を
充填することによって上記ハウジングの底面に超音波振
動子を接合固定することを特徴とする超音波プローブと
した。

【０００７】

【作用】このような構成とすることにより、ハウジング
の側壁を取り除いた場合でも、該ハウジングの底面に超
音波振動子を確実に接合固定することが可能となる。よ
って、超音波振動子の幅を大きく形成できて感度の向上
を図れるだけでなく、超音波振動子を接合固定する場合
の安定化を図ることができると共に、固定後の剥離を極
力防止でき、さらに組立作業が容易なものとなる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明していく。図１は、本発明の第１実施例に係る振動
子ユニット１近傍の側面図であり、図２は、縦断面図で
あり、図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３
において明らかなように、ハウジング２は側壁がなく超
音波振動子３の底面のみが載置されるように切り欠き形
成されている。また、ハウジング２には、断面が方形状
の溝４がプローブ挿入方向に形成されており、接着剤５
は超音波振動子３とハウジング２との間及び溝４の中に
保持されて接着効果を発揮するようになっている。

【０００９】超音波振動子３は、最上層に音響整合層６
が設けられ、音響整合層６の下側に圧電素子７が設けら
れ、圧電素子７の下側に厚さ（Ｂ）０．２ｍｍ程度のバ
ッキング材８が設けられている。このように各部材が積
層された超音波振動子３は、その側面に絶縁部材９がコ
ーティングされ、側面電極の短絡を防止するようになっ
ている。超音波振動子３の幅（Ｃ）は、ハウジング２の
外径からはみ出さない程度に最大幅に形成されている。

【００１０】本実施例に係る超音波振動子３近傍は、以
上のごとく構成されているので、超音波振動子３の幅を
従来のものに比しハウジング２側壁の肉厚分だけ大きく
形成できる。したがって、超音波振動子３の感度を向上
させることができる。また、組立時に超音波振動子３の
底面を接着剤を介してハウジング２に押しつけても、溝
４に充分な接着剤５が保持されながら超音波振動子３が
固定されるので、剥離の恐れを減少できる。さらに、超
音波振動子３はハウジング２面に対して適正な姿勢で固
定されるようになり、以後の組立作業が容易となる。

【００１１】振動子ユニット１は、図１、図２に示され
ているように、ハウジング２、超音波振動子３、シール
ドケーブル１０、フレキシブルシャフト１１を有する。
フレキシブルシャフト１１の端部は、ロー付け等で硬化
処理され、その外径部は切削処理されることにより段差
部１２が形成されている。この段差部１２はハウジング
２に形成された内径部１３と嵌合し、両者はハンダによ
って接続されている。なお、ハウジング２のフレキシブ
ルシャフト１１との接続箇所近傍には、図１に示すよう
に大きなＲ部２３が形成され、折れ防止を図っている。

【００１２】シールドケーブル１０のシールド線１４
は、導電性接着剤１５によってハウジング２及びフレキ
シブルシャフト１１に接着固定されている。また、シー
ルドケーブル１０の芯線１６は、超音波振動子３の第１
の電極１７に導電性接着剤１８によって電気的に接続固
定されている。また、前記導電性接着剤１５と導電性接
着剤１８との間には、絶縁のための接着層１９が設けら
れている。

【００１３】超音波振動子３は、ハウジング２の先端部
に形成された突き当て部２０に突き当てられることによ
り位置決めされる。また、超音波振動子３の第２の電極
２１は、突き当て部２０に導電性接着剤２２によって電
気的に接続されており、シールドケーブル１４はハウジ
ング２を介して第２の電極２１に電気的に接続されるこ
ととなる。

【００１４】図４は本発明の第２実施例を示したもの
で、ハウジング２に形成する溝４ａを断面が半円状にな
るように形成している。他の構成については第１実施例
とほぼ同様である。本実施例では、このように構成して
いるので、溝加工が第１実施例のものより容易であり、
生産性の向上、コスト軽減化を図れる。

【００１５】図５は本発明の第３実施例を示したもの
で、ハウジング２に形成する溝４ｂの断面形状は第１実
施例と同様に形成するが、第１実施例と異なり溝４ｂを
複数条設けている。他の構成については第１実施例とほ
ぼ同様である。本実施例では、このように接着剤５を保
持する溝４ｂを複数条有する構成としているので、超音
波振動子３とハウジング２との接着効果が第１実施例の
ものより増大する。

【００１６】次に以上の実施例において、ハウジング
２、超音波振動子３等の具体的寸法、形状等をどのよう
に設定すれば効果的であるかを、図６の断面図に基づい
て説明する。なお、ここでは前記第２実施例の溝４ａを
有するハウジング２を有する振動子ユニット１としてい
る。超音波振動子３は、シース２６内側に沿ってスムー
ズに回転するために、シース２６内径（Ｄ）に対してク
リアランスを引いた回転有効径（ｄ）内に断面径がおさ
まっていなければならない。また、ある周波数ｆに対す
る圧電素子７と整合層６の望ましい厚さはほぼ一意的に
決まるので、バッキング材８の厚さ（Ｂ）が前記回転有
効径（ｄ）を考慮して超音波振動子３の幅（Ａ）を決定
する。

【００１７】超音波振動子３の分解能、感度等の機能を
向上させるには、開口面積を大きく形成することが望ま
しく、またバッキング材８の機能（超音波ビームの吸収
散乱）を向上させるには、厚さ（Ｂ）を大きくすること
が効果的であるといわれている。しかしながら、両者は
相反する要求であり、両者を満足させるためには次のよ
うな条件を満たせばよいことが実験の結果判明した。つ
まり、回転有効径（ｄ）に対してバッキング材８の厚さ
（Ｂ）を１／12ｄ＜Ｂ＜４／12ｄの範囲に納めるこ
とにより、超音波振動子３の幅（Ａ）すなわち開口面積
を極端に小さくすることなく、バッキング材８の厚さ
（Ｂ）を十分に確保することができる。

【００１８】さらに具体的な例をあげると、シース外径
φ１．６（内径φ１．２）、周波数２０ＭHzの超音波プ
ローブの場合、回転有効径（ｄ）はφ１であり、整合層
を含めた圧電素子の厚さＴ＋ｍはおよそ０．１４mmとな
る。ここでＢ＝０．２mmとすると、幅（Ａ）は０．９４
mmとなり、回転有効径ｄ（１mm) とほぼ等しい幅、すな
わち開口面積を最大限に確保しつつ、バッキング材の厚
さ（Ｂ）を確保することができ、分解能、感度等の機能
が良好な超音波断層像を得ることが可能となる。

【００１９】以下に振動子ユニット１を設ける超音波プ
ローブの構成について説明する。振動子ユニット１は、
図７に示す超音波プローブの挿入部２４の先端に配設さ
れる。挿入部２４は、プローブ本体２５に接続されてい
る。図８は、挿入部先端の断面図である。ブレード入り
シース２６内に振動子ユニット１が回動自在に挿入さ
れ、振動子ユニット１の前方のシース内にはバーベル状
の先端封止部材２７が設けられ、先端封止部材２７の中
央箇所でシース外側から糸巻きしてシース内に固定され
ている。なお、シース２６のうち、振動子ユニット１の
配設位置より前方にはブレードが入っていない。また、
シース２６の前端寄りにはガイドワイヤー挿通孔２８が
形成されている。

【００２０】図９は、プローブ本体２５の一部断面図で
ある。フレキシブルシャフト１１は口金２９に接続さ
れ、その中を超音波振動子に連続する信号ケーブル３０
が通り信号ケーブル３０の端部は基板３１に半田付けさ
れ、この基板３１はスライド軸３２に接着固定されてい
る。口金２９には、スライダ３５がビス３６によって固
定されており、スライダ３５にはスライダピン３４が係
合されている。スライダ３５はスライド軸３２に内挿さ
れ、スライダピン３４はスライド軸３２の長孔３７に立
てられている。

【００２１】スライド軸３２には、長孔３７とは別に図
１０に示すようにスライダピン３４が立てられる丸孔３
８が形成されている。また、図９に示すようにスライド
軸３２にはベアリング３９が外挿され、さらに回転軸４
０が外挿されビス４１によって固定されている。回転軸
４０には、プラグ４２がビス４３によって固定されてお
り、プラグ４２からのケーブル４４は前記基板３１に半
田付けされている。口金２９及びベアリング３９には本
体部４５が外挿され、ベアリング押さえ４６により前記
ベアリング３９を固定するようになっている。

【００２２】口金２９にはＯリング４７が外挿され、Ｏ
リング押さえ４８により本体部４５に固定されている。
また、本体部４５にはシース接続部材４９が外挿され、
シースを接続するようになっている。また、本体部４５
の外側には溝が形成されＯリング５０が嵌め込まれてお
り、このＯリング５０はシース接続部材４９に内接して
いる。シース接続部材４９には、内から外へ貫通するビ
ス孔を封止するメクラネジ５１がＯリング５２を介して
取り付けられ、シース接続部材４９の前方端部（フレキ
シブルシャフト１１寄り端部）にはシース固定部材５３
が接続されている。

【００２３】図１１は、図９における鎖線表示部分の拡
大図である。ここに示すようにシース固定部材５３に
は、ブレード入りシース２６が外皮を剥いでブレードを
露出させた状態で、金属製のテーパカン５４に接するよ
うに締めつけナット５５により固定されている。したが
って、ブレードはテーパカン５４、締めつけナット５
５、シース固定部材５３、シース接続部材４９を介して
駆動部のＧＮＤと導通される。このようにブレードがＧ
ＮＤに落ちているので、ノイズ低減効果がある。また、
締めつけナット５５の外側には、折れ止め部材５６が固
定されている。

【００２４】図１２はプローブ本体の回転軸４０近傍の
斜視図である。検知部材５７が、本体部４５（図９）を
介して固定されており、端部には溝５８が形成されてい
る。この溝５８の有無で検知部材５７は駆動部側のスイ
ッチを選択的に押すようになっている。このようにスイ
ッチを選択的に押すことにより、超音波プローブの有
無、超音波振動子の周波数等を観測装置で検知すること
ができる。なお、超音波振動子の周波数が異なる超音波
プローブを製作するときは、その周波数に対応した検知
部材５７に換えるだけで、他の部材を共通に使用でき
る。

【００２５】このように構成されており、駆動部からの
回転力は、駆動部側のピンが回転軸４０を回転させるこ
とによりプローブ本体に伝達される。こうして回転軸４
０が回転すると、スライド軸３２が回転しスライダピン
３４、スライダ３５を介して口金２９、フレキシブルシ
ャフト１１が回転する。なお、回転軸４０には案内用の
斜辺が形成されており、超音波プローブのコネクタを駆
動部に接続する時に駆動部側のピンと回転軸４０の回転
方向の位置関係に係わらず、駆動部側のピンは案内用の
斜辺に案内され回転軸４０の溝に入るようになってい
る。図示していない超音波振動子と観測装置間の信号
は、信号ケーブル３０、基板３１、ケーブル４４、プラ
グ４２を介して伝達される（以上図９参照）。

【００２６】また、シース接続部材４９は本体部４５に
着脱自在に固定されており、シース接続部材４９を外す
とメクラネジ５１、Ｏリング５２、シース固定部材５
３、ブレード入りシース２６、テーパカン５４、締めつ
けナット５５、折れ止め部材５６も本体部４５から分離
する。このように、シース接続部材４９を本体部４５か
ら外せばブレード入りシース２６も外れるので、使用時
に滅菌済みのシースを装着し使用済みのシースは捨てる
ようにすれば、同じシースを繰り返し滅菌して使用する
煩わしさがなくなる。またスライダピン３４がスライド
軸３２の長孔３７に立てられている場合は、スライダピ
ン３４が長孔３７の端部に突き当たるまで口金２９、フ
レキシブルシャフト１１は軸方向に移動可能となる。一
方、スライダピン３４がスライド軸３２の丸孔３８に立
てられている場合は、口金２９はスライド軸３２に対し
て固定される（以上図９〜図１１参照）。

【００２７】したがって、プローブ挿入部が曲げられた
時、ブレード入りシース２６に対してフレキシブルシャ
フト１１の一端が固定されていると、フレキシブルシャ
フト１１の他端がブレード入りシース２６より突き出て
くるが、前記のようにプローブ先端を固定した場合には
スライドピン３４をスライド軸３２の長孔３７に立てれ
ば、口金２９がスライド軸３２に固定されずに移動可能
なため、フレキシブルシャフト１１の回転性を低下させ
ることはない。また、プローブ先端部を固定せず、フレ
キシブルシャフト１１がブレード入りシース２６に対し
軸方向に移動可能にして、フレキシブルシャフト１１の
回転性を低下させないようにした場合には、スライダピ
ン３４をスライド軸３２の丸孔３８に立てればシャフト
後端が固定される。

【００２８】図１３以下に、本発明を用いた超音波診断
装置の他の実施例を説明する。図１３に示すように、超
音波診断装置はカート５９に超音波観測装置６０、モニ
タ６１、写真撮影装置６２、キーボード６３が載置さ
れ、さらにカート５９には支持アーム６４が設けられ、
これらに電源、信号ケーブルが接続されている。また、
支持アーム６４には駆動部６５がアダプタを介して連結
され、この駆動部６５はコネクタ６６を介して前記超音
波観測装置６０に接続されている。駆動部６５にはさら
に超音波プローブ６７が連結されている。超音波プロー
ブ６７の先端には、図示していない超音波振動子が配設
されており、これが駆動部６５によって駆動されラジア
ル走査することにより、超音波観測装置６０を介してモ
ニタ６１上に、例えば血管壁等の超音波断層像が描出さ
れるようになっている。

【００２９】図１４は駆動部の外観斜視図であり、図１
５は内部を示す詳細図である。駆動部の内部にはモータ
ユニット６８が設けられ、その出力端６９にコイルシャ
フト７０を接続してある。さらにコイルシャフト７０
は、両端近傍を２つのベアリング７１、７２を介して回
転自在に支持された回転軸７３にビス固定されている。
また、回転軸７３には超音波プローブ６７（図１３）と
電気信号の送受を行う同軸コネクタ７４が回転中心近傍
に固定され、さらに超音波プローブ６７へ回転トルクを
伝達するためのピン７５が回転中心に対し対称に少なく
とも２個設けられている。さらに、回転軸７３の外側に
アンプ基板７６が、回転軸７３と一体動するようにビス
固定されている。

【００３０】ベアリング７１は回転軸７３と接続環７７
との間に設けられ、ベアリング７２は回転軸７３と固定
座７８との間に設けられている。接続環７７と固定座７
８は本体環７９を介して一体的に連結されている。接続
環７７の外周上には複数（例えば４個）のスイッチ８０
が設けられ、接続環７７に隣接するプローブ接続口８１
の内周上には、電気的良導体の板バネ接点８２が設けら
れ、プローブ接続口８１の近傍には位置決めピン８３が
設けられている。なお、以上の構成部材の外側には、外
装としてのカバー８４、８５が設けられている。

【００３１】以上のように構成されており、ラジアル走
査するためのトルク伝達はモータユニット６８内のモー
タによって行われ、コイルシャフト７０、回転軸７３、
ピン７５を介して超音波プローブのフレキシブルシャフ
トを回転させる。この場合、回転軸７３とモータユニッ
ト６８の回転出力端６９との軸ずれは、両者を接続して
いるコイルシャフト７０が吸収するようになっているの
で、モータに過負荷を与えることなくスムーズに回転さ
せることができる。また、同軸コネクタ７４からの同軸
ケーブルは、アンプ基板７６に接続されており、アンプ
駆動電源ケーブルと信号ケーブルがアンプ基板７６から
コイルシャフト７０の中を通り、モータユニット６８の
スリップリングを介してコネクタ６６（図１４）へ導通
している。

【００３２】このようにアンプ基板７６をモータユニッ
ト６８から切り離して超音波プローブ側に配設したこと
により、超音波振動子からの微弱なエコー信号にモータ
ノイズやスリップリングによるノイズを受ける前に増幅
することができ、ノイズの少ない良好な超音波断層像を
売ることができる。また、接続環７７、本体環７９、固
定座７８を真鍮、アルミニューム等で形成することによ
り、板バネ接点８２の電位をモータユニット６８のＧＮ
Ｄ電位に等しくすることができる。この板バネ接点８２
を超音波プローブのコネクタと電気的に接続することに
より、超音波プローブ側のＧＮＤをモータユニット６８
のＧＮＤ電位と等しくできるため、外来ノイズに影響さ
れにくい良好な超音波断層像を得ることができる。

【００３３】また、接続環７７に設けられた４個のスイ
ッチ８０は、超音波プローブを装着することによって、
適宜選択されたスイッチがＯＮされるようになってい
る。そのためには、超音波プローブのコネクタに周波数
に応じた切欠きを設けておけばよい。図１６は、周波数
とスイッチ８０との組合せ例を示したものである。な
お、この実施例に限定されるものでないことはいうまで
もない。このようなスイッチ８０を設けたことにより、
超音波プローブの着脱時に周波数が検知されることとな
り、モニタ上の表示、送信されるパルスの周波数等が自
動的に切り替わり人為的な誤動作を防止できる他、装置
の取扱いが非常に容易になる。

【００３４】

【発明の効果】以上のごとく本発明によれば、超音波振
動子が設けられるハウジングの側壁を取り除くことによ
り、超音波振動子の側方が開放状態となるようにハウジ
ングを形成し、該ハウジングの底面に溝を形成し、該溝
に接着剤を充填することによって上記ハウジングの底面
に超音波振動子を接合固定することができ、ハウジング
の側壁を取り除いた場合でも、該ハウジングの底面に超
音波振動子を確実に接合固定することが可能となる。よ
って、超音波振動子の幅を大きく形成できて感度の向上
を図れるだけでなく、超音波振動子を接合固定する場合
の安定化を図ることができると共に、固定後の剥離を極
力防止でき、さらに組立作業が容易なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る振動子ユニット近傍の側面図
である。

【図２】振動子ユニット近傍の縦断面図である。

【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図４】第２実施例に係る振動子ユニットの断面図であ
る。

【図５】第３実施例に係る振動子ユニットの断面図であ
る。

【図６】振動子ユニットとシースとの関係を示す断面図
である。

【図７】超音波プローブの側面図である。

【図８】挿入部先端の断面図である。

【図９】プローブ本体の一部断面図である。

【図１０】スライド軸の斜視図である。

【図１１】図９における鎖線表示部分の拡大図である。

【図１２】プローブ本体の回転軸近傍の斜視図である。

【図１３】超音波診断装置の外観斜視図である。

【図１４】駆動部の外観斜視図である。

【図１５】駆動部の内部を示す断面図である。

【図１６】周波数とスイッチとの組合せ説明図である。

【符号の説明】

２ハウジング３超音波振動子４溝５接着剤６音響整合層７圧電素子８バッキング材９絶縁部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺延彦東京都渋谷区幡ケ谷二丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献特開平４−2337（ＪＰ，Ａ) 特開平２−305561（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フレキシブルシャフトの先端に、ハウジ
ングを介して超音波振動子を設け、該超音波振動子を駆
動することにより超音波ビームを送受して、超音波画像
を得る超音波プローブにおいて、超音波振動子が設けられるハウジングの側壁を取り除く
ことにより、超音波振動子の側方が開放状態となるよう
にハウジングを形成し、該ハウジングの底面に溝を形成
し、該溝に接着剤を充填することによって上記ハウジン
グの底面に超音波振動子を接合固定したことを特徴とす
る超音波プローブ。