JP4352517B2 - Ultrasonic vibrator drive motor device and ultrasonic diagnostic device using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元超音波診断装置の3次元超音波振動子駆動モータ装置とそれを使用した3次元超音波診断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
生体を対象とした超音波診断装置などに用いる超音波プローブとしては、大別してリニア走査方式とセクタ走査方式とがあり、セクタ走査方式には、主として電子セクタ走査方式とメカニカルセクタ走査方式とがある。このメカニカルセクタ走査型超音波プローブとしては、医歯薬出版株式会社発行「超音波検査入門(第2版)」54頁に記載された種類と方法が知られている。
【0003】
従来、超音波プローブ(超音波探触子、超音波診断用プローブともいう)は、例えば、特開平7−184888号公報及び特開平7−163562号公報、特開平7−289550号公報に記載されたもの等が知られている。
【0004】
特開平7−184888号、特開平7−289550号公報に開示されている超音波プローブは、超音波振動子を超音波プローブのハンドル軸方向に向かうように取り付け、その超音波振動子に対向して音響ミラーを設けた超音波送受信部と振動子の取付台に連結したシャフトを回転駆動する駆動モータに接続している。駆動モータの回転によって、超音波送受信部はシャフトを中心に回転し、超音波振動子のビームは音響ミラーで反射されるので、超音波振動子の回転軸に対して反射された面でのビーム軌跡面となる。音響ミラーの傾斜角度によるが、一般的には45度の傾斜面のため、ビーム軌跡面は回転軸に対して垂直な面になる。
【0005】
駆動モータが超音波振動子に比べてハンドル部側に構成されているために、シャフトで超音波振動子の取付台を回転させるために回転軸に対して軸変換の音響ミラーが必要であるうえに、ビーム軌跡面は超音波プローブのハンドル軸方向に対して垂直な面である超音波断層画像となっている。
【0006】
特開平7−163562号公報に開示されている超音波プローブは、超音波振動子を超音波プローブのハンドル軸方向に対してラジアル方向に向かうように取り付けられているので、特開平7−289550号公報にある音響ミラーは不要である。その超音波振動子の取付台の軸を間接的に駆動モータのシャフトに連結している。駆動モータの回転によって、超音波振動子取付台はシャフトの軸に合わせて回転し、超音波振動子のビーム軌跡面は回転軸に対して垂直な面となる。
【0007】
駆動モータが超音波振動子に比べてハンドル部側に構成されているために、シャフトで超音波振動子の取付台を回転させるためにビーム軌跡面は超音波プローブのハンドル軸方向に対して垂直な面である超音波断層画像を得る。
【0008】
特開平7−184888号公報、特開平7−163562号公報、特開平7−289550号公報に記載された超音波診断装置はもう1軸ないために2次元超音波断層画像しか得られない。
【0009】
また、特公平1−31373号公報に開示されている超音波プローブは、プローブ本体部の中に駆動モータと駆動モータの回転方向を切り換えて振動子側に伝達するギヤクラッチとからなる回転駆動機構が内蔵されている。信号ケーブルで接続された超音波振動子はウインドウケース内で少なくとも180度の範囲で自動またはマニアル操作により往復揺動回転することができる。この超音波プローブは、超音波振動子の回転方向の切り換えにギヤクラッチを使用している。そのために超音波振動子のビーム軌跡面での断層画像はメカ的に移動規制されるためにある角度範囲を揺動する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のメカニカルセクタ走査型超音波プローブは2次元の超音波断層画像が得られるものであって、3次元の超音波断層画像が得られない。従来例の超音波プローブは駆動モータ軸の1軸しか軸がないために、2次元超音波断層画像しか得られない。
【0011】
超音波振動子とそれを駆動する駆動モータの構成部材全体を回転させる方法で3次元化が可能である。しかしコンパクトに3次元機構化するためには、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成するようにする必要があるが、従来例では超音波振動子は駆動モータの内部軸の範囲外に構成されているので、全体を回転させる機構にするためには非常に大きな超音波プローブとなり、実用上使用できないものとなってしまう。
【0012】
従来例の2次元断層画像は超音波振動子のビーム軌跡面は超音波プローブのハンドル軸に対して垂直な面であり、ハンドル軸に対して平行なビーム軌跡面でないために産婦人科や泌尿科など使用する体腔内走査には十分な診断ができないなどの課題がある。
【0013】
また、超音波振動子にケーブルが直接接続されている場合などは、超音波振動子での画像範囲が限定されるために測定範囲が狭くなり患部などの診断では超音波プローブの挿入方向を変更して何度も画像の測定を行う必要がある上に、機構的に診断することのできない範囲が増える。
【0014】
コンパクトに3次元機構化するためには、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構にする必要があるうえに、駆動モータ部を全体を揺動させる機構を駆動モータ部を支持する部材に対して工法や材料など見直す必要がある。
【0015】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、超音波走査を3次元的に確保することができ、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータ装置とそれを使用した3次元走査超音波診断装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸に平行な面に形成できるように駆動モータの回転軸をハンドル軸に対して垂直になるように構成する。
【0017】
さらに、音波伝播媒質を内包しウンドウケース内に、駆動モータの回転軸とビーム面を揺動するための揺動軸の2つの軸を構成した超音波振動子駆動モータ装置を構成させる。
【0018】
そのために、駆動モータ回転軸のモータの範囲内にビーム面を構成する。駆動モータのロータケースに超音波振動子を取り付ける。
【0019】
駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面aに対して駆動軸を通って垂直な揺動平面(揺動平面bとする)上を、前記ベースハウジングが揺動することができる。ビーム軌跡平面に直行し、駆動軸を通る揺動平面である。
【0020】
そのために、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが設けられる。
【0021】
その揺動軸は駆動モータのベースハウジングの2つの支承点の範囲内に構成される。
【0022】
駆動モータが搭載されたベースハウジング揺動をレールで支承する案内部を形成したシャーシで構成されている。
【0023】
ベースハウジングをMIM(メタルインジュクションモールド)工法で製作する。
【0024】
メタルインジュクションモールド工法で製作したベースハウジングの材質がsus316Lなどのステンレス系材料であること。
【0025】
ベースハウジングは繊維強化プラスチックで製作する。
【0026】
本発明による電子−機械走査式の3次元走査用超音波振動子駆動モータ装置によって、超音波伝播媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータの回転軸とビーム面を揺動するための揺動軸の2つの軸を構成した超音波振動子駆動モータ装置を構成させ、超音波プローブのハンドル軸に対して平行なビーム軌跡面で超音波断層画像が得られ、その断層画像を揺動軸を中心にしてベースハウジングを揺動することで3次元の超音波断層画像が合成表示できる超音波診断装置が可能となる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの回転軸で回転させた超音波振動子の軌道平面(軌道平面aとする)に形成され、さらに駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面aに対して駆動軸を通って垂直な平面上を、前記ベースハウジングが揺動することができるように、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが設けられ、駆動モータが搭載されたベースハウジング揺動を支承しながら前記レールの案内部を形成したシャーシで受けた構造をした超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。さらに、揺動モータが搭載されたベースハウジングに揺動のためにレールがあり、そのレールの案内部をシャーシで受けているために、ベースハウジングの揺動部の強度を充分に確保できるという作用を有する。
【0028】
請求項2に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、前記超音波振動子を用いて人体のスキャニングを行なうことにより超音波断層画像を得ることができる超音波振動子がロータフレームに2個取り付けられ、その超音波振動子が駆動回転軸に対して180度の位置に配置され、2個の超音波振動子で形成される2つの軌道平面に対して駆動軸を通って垂直な平面上を、ベースハウジングが揺動することができるようにした請求項1記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。さらに、揺動モータが搭載されたベースハウジングに揺動のためにレールがあり、そのレールの案内部をシャーシで受けているために、ベースハウジングの揺動部の強度を充分に確保できる。さらに超音波振動子が2個あるために、超音波振動子の周波数を異なる特性のものを同一超音波プローブ内に構成することができ、診断に使用する超音波振動子を切り換え使用することなどができる。2個の超音波振動子を180度の位置に配置しているので、各超音波振動子での画像に多重反射などの影響がでないという作用を有する。
【0029】
請求項3に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの回転軸で回転させた超音波振動子の軌道平面(軌道平面aとする)に形成され、その軌道平面上の人体の超音波断層画像を得ることができ、さらに駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面aに対して駆動軸を通って垂直な揺動平面(揺動平面bとする)上を、前記ベースハウジングが揺動することができるように、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが前記揺動平面bを挟んで左右にレールが設けられ、駆動モータが搭載されたベースハウジング揺動を2つのレールで支承する案内部を形成したシャーシがおのおののレールを形成する2つのシャーシに分かれた構造をした請求項1または2記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。さらに、揺動モータが搭載されたベースハウジングに揺動のためにレールがあり、そのレールはベースハウジングの両側に構成されているために、レールの案内部をシャーシは2つに分割してレールに係合するように両側からシャーシによって挟み込んで取り付ける。そのためハウジングの2カ所のレールで支持されるので安定に揺動する上にレールの係合を面積などが増すのでベースハウジングの揺動部の強度を充分に確保できるという作用を有する。
【0030】
請求項4に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの回転軸で回転させた超音波振動子の軌道平面(軌道平面aとする)に形成され、さらに駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面aに対して駆動軸を通って垂直な平面上を、前記ベースハウジングが揺動することができるように、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが設けられ、駆動モータが搭載されたベースハウジングの構成で、前記ベースハウジングはMIM(メタルインジュクションモールド)工法で製作したことを特徴とする請求項1、2、3記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、ベースハウジングは駆動モータを支持し、揺動させる機構をコンパクトに構成しなくてはならず、機構的には複雑なうえに、体腔内に挿入する駆動機構部であるために、小さい部品となり、一般的な旋削加工などでは不可能な形状となるために、回転ベースをMIM工法で製作し、強度が充分なうえに、安定した形状の回転ベースを容易に製作することができるという作用を有する。
【0031】
請求項5に記載の発明は、メタルインジュクションモールド工法で製作したベースハウジングの材質がステンレス系材料であることを特徴とする請求項4記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波伝播媒質のなかでの使用のうえで、耐油、耐薬品性があるうえに、錆などの発生の心配がないという作用を有する。
【0032】
請求項6に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの回転軸で回転させた超音波振動子の軌道平面(軌道平面aとする)に形成され、さらに駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面aに対して駆動軸を通って垂直な平面上を、前記ベースハウジングが揺動することができるように、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが設けられ、駆動モータが搭載されたベースハウジングの構成で、前記ベースハウジングは繊維強化プラスチックで製作したことを特徴とする請求項1、2、3記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、ベースハウジングは駆動モータを支持し、揺動させる機構をコンパクトに構成しなくてはならず、機構的には複雑なうえに、体腔内に挿入する駆動機構部であるために、小さい部品となり、一般的な旋削加工などでは不可能な形状となるために、金属成形品に比べて超音波プローブの先端部に駆動モータ部を構成するために、超音波プローブ全体の重量バランスで先端部が重く感じられるために、先端部の部材の軽量化をするために金属部材での回転ベースを繊維強化プラスチックで製作することで、強度的にも充分で軽量な回転ベースが得られるという作用を有する。
【0033】
請求項7に記載の発明は、超音波振動子と超音波伝播媒質とを内包し、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースと上記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを具備した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの回転軸で回転させた超音波振動子の軌道平面(軌道平面aとする)に形成され、その軌道平面上の人体の超音波断層画像を得ることができ、さらに駆動モータの軸受を支承するベースハウジングが前記軌道平面aに対して駆動軸を通って垂直な揺動平面(揺動平面bとする)上を、前記ベースハウジングが揺動することができるように、ベースハウジングに揺動曲率半径のレールが設けられ、駆動モータが搭載されたベースハウジング揺動をレールで支承する案内部を形成したシャーシで構成された超音波振動子駆動モータ装置をそれぞれ任意の揺動角度での軌道平面の超音波断層画像を画像合成することで3次元的に表示可能な3次元超音波診断装置としたものであり、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。そのために複数のビーム軌跡面の超音波断層画像を得ることができ、それら断層画像を3次元画像合成して表示することができ、診断の便宜性を向上させることができるという作用を有する。
【0034】
請求項8に記載の発明は、請求項1〜6の超音波振動子駆動モータ装置をそれぞれ任意の揺動角度での軌道平面の超音波断層画像を画像合成することで3次元的に表示可能な請求項7記載の超音波診断装置としたものであり、ビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることで、複数のビーム軌跡面の超音波断層画像を得ることができ、それら断層画像を3次元画像合成して表示することができ、診断の便宜性を向上させることができるという作用を有する。
【0035】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【0036】
(実施例1)
図1は本発明の一実施例におけるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。
【0037】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部から構成される。超音波プローブの先端には超音波振動子1、2を回転駆動させる駆動モータ3、駆動モータ3を支持するベースハウジング4が内蔵され、超音波プローブのハンドル部にはベースハウジング4を揺動させる揺動モータ5とハンドルシャフト6とが構成されている。
【0038】
超音波振動子1、2は駆動モータ3の回転部の外周部に取り付けられて、回転軸に対して超音波振動子1、2のビームはラジアル方向に放射させる。その駆動モータ3が回転することが超音波振動子1、2のビームの軌跡面は回転軸に対して直交した面である。すなわち、そのビームの軌跡面に垂直な軸は駆動モータ3の回転軸である。駆動モータ3の回転位置情報を知ることは、駆動モータ3に取り付けられた超音波振動子1、2の位置情報を知ることになる。駆動モータ3の回転位置は1回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報を位置手段を併用して駆動モータ3の回転位置情報を知ることができる。基準位置手段として磁性材のピン(図3の37)とMR素子(図示せず)で構成されている。相対位置情報手段としてエンコーダ7が組み込まれ、そのエンコーダ7は駆動モータ側にエンコーダマグネット(図4の40)とベースハウジング4側にMR素子(図4の41)で構成されている。この駆動モータ3は5Hzから17Hzまで数段階に切り換えて回転駆動する。超音波振動子1、2からの信号を駆動モータ3の外部に取り出すために、スリップリングが駆動モータのロータ部に構成されている。超音波振動子1(または2)から放射した超音波は超音波振動子1(または2)の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子1(または2)で受信され電気信号に変換されて、スリップリング8を通って駆動モータ3の外部に取り出されて、システム本体内の増幅器に送られる。
【0039】
従来の2次元の場合は軸が1つであるが、本実施例の場合は軸が2本あり、駆動回転軸と揺動軸である。
【0040】
駆動モータ3を支承するベースハウジング4が揺動可能機構部を備え、その揺動面とはビーム軌跡面に直交する面で駆動軸を通った面である。揺動角度は左右に55度程度揺動可能になっている。
【0041】
駆動モータ3とベースハウジング4とベースハウジング側の揺動機構部は超音波プローブの先端部に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース9内の超音波伝播媒質に内包されている。
【0042】
その超音波伝播媒質をシールした状態でハンドルシャフト6を用いてトルク伝達が可能であるようになっている。そのハンドルシャフト6はベースハウジング4を揺動させるためのトルク伝達シャフトであって、ハンドル部側に揺動モータ5に接続されている。揺動モータ5には揺動角度を知ることができるために、基準位置情報手段と位置情報手段を備えたMR素子を用いたエンコーダ10が取り付けられている。
【0043】
また駆動モータを駆動するための駆動回路11や揺動モータを駆動するための駆動回路12はシステム本体内に構成されている。
【0044】
次にシステム本体内の送受信回路部分について説明する。超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器13によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、振動子駆動回路14に送られる。この振動子駆動回路14では前記超音波振動子1、2を駆動し超音波を発生するため駆動パルスが形成される。超音波振動子1(または2)から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射され、送信時に用いた超音波振動子1(または2)によって受信され、この受信信号はシステム本体内の増幅器15にて増幅されたのちBモード用信号処理回路に送られる。Bモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器16で対数圧縮し、検波回路17にて検波され、A/D変換器18にてA/D変換された、画像メモリ19にストアされる。揺動によって得られた複数の画像も画像メモリ19にストアされ、高速画像DSP20を用いて3次元画像合成処理を行って、画像処理信号はテレビフォーマットで出力されてテレビモニタ21にて3次元超音波断層画像として表示される。
【0045】
図2に超音波プローブの外観斜視図を示す。図2において、22はハンドル部を示し、揺動モータなど中継電子回路基板が内蔵されている。23は超音波プローブの先端部であり、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース9が先端に取り付けられていて、駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブは本体にケーブル24で接続されている。先端部は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。このケーブル24は、超音波振動子1、2と超音波診断装置本体とを接続する入出力線(I/O線)と駆動モータと揺動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用の信号線などを超音波診断装置本体と接続するケーブルであって、ケーブル被覆により保護され、かつ入出力線だけはシールドが施されていて、超音波振動子側と超音波診断装置本体側の両端で接地されている。
【0046】
図3、図4は、本実施例における超音波振動子駆動モータ装置の駆動モータ側の構造図を示す。説明のために図3、図4にはウインドウケースやハンドル部などケーシング類は省略してある。
【0047】
図3、図4において、3は駆動モータ、4はベースハウジング、25はシャーシ本体、26はサイドシャーシ、27はビス、28は電子回路基板、29はギアシャフト、30はベベルギア、31は平ギア、32はベベルギア、6はハンドルシャフト、33はベースハウジング4に設けられたギア、34は駆動モータ3の駆動用シャフトである。図1、図2と同じものについては同じ符号を用いている。
【0048】
駆動モータ3の回転部は駆動モータのシャフト34を中心に回転し、ロータフレーム35の外周部に超音波振動子1、2が取り付けられている。その超音波振動子は、トランスデューサとも呼ばれて、超音波プローブの中核をなす部品である。超音波振動子の先端には音響レンズ36がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ36であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外も平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。
【0049】
超音波振動子1、2のビームは駆動モータ3の回転軸(シャフト34)に対してラジアル方向に直交している。そのためにビームの軌跡面は回転軸に直交している。駆動モータ3の回転軸には直交しているが、揺動センターとして考えるとハンドルの軸に対しては平行な面となっているビーム軌跡面の超音波断層画像が得られる。その超音波断層画像は揺動範囲のセンターに位置しているとハンドル軸に対して平行な平面の断層画像である。
【0050】
駆動モータ3には基準位置情報を知るための基準位置手段として磁性材のピン37がSUM24LやSUYなどの磁性材のロータフレームの外周部に取り付けられている。このピン37は円筒形状した部分をロータフレームに取り付け、駆動回転方向に対して先端部鋭角になるようにカット面38が両方に設けられている。このピン37への磁束は駆動モータ3のメインマグネットから得ている。ピン37を検出するZ相のMR素子(図3、図4には図示せず)はベースハウジング4に取り付けられている。Z相のMR素子の信号はフレキシブルプリントサーキット39(以後可撓性基板という)を通って電子回路基板28に接続され、電子回路基板28から超音波プローブのハンドル部へさらに超音波診断装置本体側へ接続される。
【0051】
また駆動モータ3の回転位置情報を知るための相対位置情報手段としてエンコーダ7が組み込まれている。そのエンコーダ7は駆動モータ3側にエンコーダマグネット40が構成されている。エンコーダマグネット40の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として12ナイロン系を使用している。
【0052】
メインマグネットの漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット40と、ベースハウジング4側に取り付けられたAB相のMR素子41との隙間が非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット40の膨潤などの影響を少なくする必要がある。そのために、エンコーダマグネット40のプラスチックマグネットのフェライトの含有量について、超音波伝播媒質中で使用されるので膨潤影響を考慮して、79%以上磁性材を含有したものを使用している。
【0053】
また、添加剤の入ったオイルを超音波伝播媒質に使用する場合は12ナイロン以外のプラスチック材料としてポリフェニレンスルフィド(PPSと一般呼ばれている)であるプラスチックマグネットを使用する。
【0054】
AB相のMR素子41の信号は可撓性基板45を通って電子回路基板28に接続され、電子回路基板から超音波プローブのハンドル部へさらに超音波診断装置本体側へ接続される。
【0055】
超音波振動子1、2への送受信信号を駆動モータ3の外部に取り出すために、スリップリング8で構成されている。スリップリングの代わりにロータリトランスであってもいい。スリップリング8は駆動モータ側に絶縁シートなどの絶縁材を中間に介在させて、所用数量の電極42を構成して、その電極42は超音波振動子1、2が接続されている。その電極42はそれぞれの電極にコンタクトして電気的接続をするためのブラシ43がフェノール樹脂材などの電気絶縁材からなるブラシホルダー44を介してベースハウジング4に取り付けられている。ブラシ43からの信号(I/O信号)は可撓性基板46を通って超音波診断装置本体側へ接続される。
【0056】
駆動モータ3のモータ線82も可撓性基板47を通って電子回路基板28に接続され、電子回路基板28から超音波プローブのハンドル部へさらに超音波診断装置本体側へ接続される。
【0057】
駆動モータ3が揺動回転可能なように支承するベースハウジング4は駆動モータの両側の軸受部を支承し、U字形状をしていて、ベースハウジング4には揺動するためのレールが両側にあり、そのレールを回動可能なようにシャーシ本体25、サイドシャーシ26で支持している。またベースハウジング4に揺動するトルクを伝達するためにギア33が一体に設けられている。そのギア33はベースハウジング4の揺動軸に対して全周ではなく部分的に構成されている。
【0058】
揺動モータからのトルクはハンドルシャフト6に伝達され、ハンドルシャフト6の先端に取り付けられたベベルギア32を回転させ、ベベルギア32の相手のベベルギア30に伝達させる。ベベルギア30はギアシャフト29に圧入等で固定されていて、そのギアシャフト29には平ギア31も圧入等で締結されている。そのギアシャフト29はシャーシ本体25に取り付けられたボール軸受とサイドシャーシ26に取り付けられたボール軸受とで回転可能に支承されている。そのためにベベルギア30に伝達されたトルクは平ギア31を介して、平ギア31の相手ギア33に伝達されることでベースハウジング4は揺動モータで揺動することができる。
【0059】
平ギア31、ベベルギア30、ベベルギア32は銅系材料でギア加工されている、揺動運動でのギア摩耗の観点で無電解ニッケルメッキ処理がなされている。
【0060】
また、摺動抵抗を低減するためにテフロンをコンポジットした電解液でテフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理をした、揺動ギアである平ギア31、ベベルギア30、ベベルギア32などに施すこともある。また、ホウ素を入れた無電解ニッケルメッキ処理を揺動ギアである平ギア31、ベベルギア30、ベベルギア32を施すこともある。
【0061】
ギアの摩耗粉はスリップリングの電極とブラシの間に入ったりして、超音波振動子の信号にノイズとして入り込むので、できるだけ発生しないように、表面処理をしないものでもバリなどの注意を払っている。銅系材料の場合は酸洗いなどで加工バリを除去している。
【0062】
ベースハウジング4の揺動はベースハウジング4に設けられレールをシャーシ本体25とサイドシャーシ26のレール案内溝で回動可能に支承していて、シャーシ本体25とサイドシャーシ26はビス27で固定されていて一体となったシャーシとして作用する。
【0063】
シャーシ本体とサイドシャーシは一体となったものでもいい。
【0064】
シャーシ本体25はハンドルシャフト6が回動支承する軸受部材が固定されている。ハンドルシャフト6は駆動モータシャフト34やギアシャフト29に比べて長いために、2個の軸受で回転支承している。その2個の軸受は調芯が可能なように予圧をかけず使用している。その一つの軸受部がシャーシ本体25の中央部近くに構成され、もう1つの軸受はハンドル部側に構成されている。
【0065】
超音波振動子1、2は駆動モータ3で回転されるのでその時の超音波振動子のビームの軌跡面(駆動ビーム軌跡面とする)が駆動モータの回転軸に対して直交する面である。図3から分かるように、超音波振動子から超音波を送受信して得られる超音波振動子配列方向の超音波断層画像取得領域は360度の全周ではなくシャーシ本体25とサイドシャーシ26に妨げられて、ある範囲になる。図3では角度αで示される範囲となる。その範囲では超音波振動子で走査できる超音波走査可能領域を表す。実際の超音波診断装置では反射の問題などを考慮して幾何学的な角度αよりも少し小さな設定となっている。本実施例の場合では230度となっている。
【0066】
超音波振動子は両持ち軸受の駆動モータ3のロータフレーム外周に取り付けられているために駆動モータ3の両軸受の間に構成されている。従って駆動回転軸に対して超音波断層画像は駆動モータ軸に直交していて、ハンドル軸に対して直交することはない。
【0067】
揺動範囲は全周であると考えると、揺動による超音波振動子のビーム軌跡面(揺動ビーム軌跡面とする)のうち断層画像が走査できる範囲は、図3から分かるようにシャーシ本体25とサイドシャーシ26の合わせた中央部に可撓性基板などの部品のために空間が開いているために広い角度まで可能であるが、実際、ベースハウジングに形成するギアの範囲によって制約を受けてしまう、揺動角度はハンドル軸をセンターとして両側が同じ角度に設定され、図4に表示する揺動角度βはハンドル軸センターで振り分けされた角度となっている。本実施例は100度となっている。この揺動ビーム軌跡面は駆動ビーム軌跡面に直交し、駆動軸を通る平面である。揺動ビーム軌跡面はハンドル軸に平行である。
【0068】
駆動モータを回転させて駆動ビーム軌跡面で超音波断層画像を取りながら、揺動回転させると駆動ビーム面が揺動ビーム面に直交しながら揺動軸を中心に走査できるので、超音波断層画像としては3次元の領域のものが得られる。
【0069】
このように、本実施例では3次元走査用超音波プローブが可能となる。たとえば、230度領域を100度揺動した範囲の超音波断層画像が得られるという従来にない測定範囲の広きものが得ることができる。また、3次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小型化することができるという利点を有する。
【0070】
本実施例では超音波振動子は2個を使用している。符号では1、2である。
【0071】
さらに、超音波振動子を2種類を搭載することができるので、1つの超音波プローブで2つの距離分解能の異なったものとして扱える。
【0072】
一般に距離分解能は周波数が高いと向上するが、周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなるので、1つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り換えて使用することができるためによりよい超音波診断が可能となる。
【0073】
また、ロータフレーム35に取り付けた超音波振動子1、2は駆動回転軸に対して180度離れた位置に取り付けられる、一方の超音波振動子から放射した超音波がもう一方の超音波振動子でも受信され、超音波の受信信号にノイズとして入らないように、180度の対で2個の超音波振動子を取り付けている。スリップリングの場合は影響がほとんどないが、ロータリトランスなどの場合ではクロストークとして、画像のノイズとなるので、充分な配慮が必要となる。
【0074】
図5はスリップリングの説明をするための図である。図5において、電極42(図4での符号と同じ)は3個の電極42a、42b、43cで構成されていて、それぞれ電極はポリエステルの絶縁シート48a、48b、48cで絶縁されている。電極42は黄銅を金属加工で切削またはプレス加工して内側に突起部49のあるリングに加工され、突起部49にはリード線半田付け用の小さな穴83が開けられている。また突起部49は外周リング部の厚みに比べて、薄くなっている段差部50である。その段差部50は突起部49の片方の面に構成され、電極のリング内径よりも小さな半径まで範囲に構成されている。リード線を半田した場合、半田が段差部にとどまり、電極のリング側まで流れないために、スリップリング組立の際に電極が半田による積層傾きが発生しないために、ブラシ43との摺動位置が回転に伴って振れないなど有効な効果がある。
【0075】
超音波振動子はリード線が2本出ていて、1本は電気グランド(GND)であり、もう1本は信号線である。本実施例の超音波プローブでは駆動モータ3に超音波振動子が2個取り付けられているので、4本のリード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うために3本にリード線として処理できる。超音波振動子は180度離れているので、電気グランドの線同士を容易に接続することはできないので電極42を介して接続している。電極42からは4本のリード線が出ている。その内2本は約180度離れた同じ電極から出ている。
【0076】
2個の超音波振動子のために電極は3個必要である。その3個の電極のうち、ウインドウケース側に電気グランドの電極42cを構成し、内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【0077】
超音波診断装置本体からI/O線を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、被検体から反射される超音波を受波し電荷量の変化を生じる。この超音波振動子の電気的変化はI/O線を介して超音波診断装置本体に伝達される。I/O線に流れる電気信号は3kHz〜8kHzと範囲の周波数信号であるために不要輻射の主たるノイズ源となる。本実施例ではI/O線一部を可撓性基板46で構成している。I/O線はシールド線などを使用してシールドしているため、不要輻射対策の効果を有するが、スリップリングの電極部はシールドをすることができない。使用する周波数の電極の位置を検討することで、不要輻射を低減させている。すなわち、その3個の電極のうち、ウインドウケース側に電気グランドの電極を構成し、内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【0078】
図6、図7はブラシホルダーにおけるブラシと可撓性基板の関係を説明するための図である。図6、図7において、44はブラシホルダー、43はブラシ、46は可撓性基板である。
【0079】
ブラシホルダー44はフェノール樹脂材などの電気絶縁材からなっていて、ベースハウジング4に取り付けることができるようにネジ穴84が加工がされている。ブラシホルダー44には可撓性基板46を接着して固定する位置に可撓性基板46の厚み相当分の段差のある凹部51が構成されている。この凹部51があることでブラシ43はブラシホルダーの面52に密着して固定することができる。ブラシホルダー44にはブラシ43を貫通して取り付ける穴53が設けられている。ブラシ43を穴53に取り付けた後、穴53部を接着剤にて固定する。I/O線用可撓性基板46は3つに電極に相対する位置にブラシがあり、そのブラシ43の可撓性基板の半田付けのために、ランド85a、85b、85cがブラシに直角に配列されていない。図ではランド85a、85b、85cがブラシの長手方向に場所を変えて、85bのランドを中心にして、モータの内側に位置するランド85aは図7では左側に構成され、モータの外側に位置し、ウインドウケースに近いランド85cは図7では右側に構成されている。たとえば、ブラシ間のピッチは0.688mmでブラシ線径0.15mmであり、ブラシに対して直角に配置するのはランド径0.3mm程度となり半田付け作業性が困難になってしまう。
【0080】
また可撓性基板46は両面スルホール基板であり、ブラシホルダーにより少し離れたところより電気グランドラインを一面もってきて、信号ラインは逆側に構成するようにしている。この電気グランドを1面に構成することで電気シールドの効果が得られている。
【0081】
モータ用可撓性基板47やMR素子の信号ラインの可撓性基板39、45は電子回路基板28に接続されているが、I/O線の可撓性基板46は3本の可撓性基板47、39、45と積み重ねられた状態で駆動モータの外部に出る。そのためI/O線の可撓性基板46から発生する不要輻射がMR素子の信号ライン(位置情報信号ラインとする)に飛び込まないように可撓性基板46の電気グランド面を位置情報信号ラインの方に配置している。
【0082】
超音波伝播媒質(音響媒体液)中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインはエンコーダからの超音波振動子の走査位置を知るための信号ラインであり、I/Oの可撓性基板からノイズが入ると、位置情報が不安定となり、駆動モータの制御に不安定になるが、I/Oの可撓性基板46は電気シールドされているので、ノイズの影響を受けることがない。
【0083】
また揺動モータ5はブラシ付きモータで発生するようなブラシノイズなどの影響がないようにブラシレスモータを使用している。
【0084】
超音波振動子と装置本体との電気信号の送受信が正しく行われ、ノイズの少ない正確な超音波画像を得ることができる。
【0085】
ベースハウジング4は金属粉末射出成形法(Metal InjectionMolding=MIM)によって金属焼結金属から形成されている。
【0086】
MIMは、R.E.Wiechがウィテック・プロセスを開発し、1972年に実用化された技術で、3次元的な複雑な形状の部品を精度良く生産できることから、機械加工、ダイカスト、精密鋳造、粉末冶金に次ぐ第五世代の金属加工法として注目を集めている工法であって、寸法公差的には一般公差で10mm以下で±0.05mm、特別公差で±0.03mm程度であり、金属加工精度に匹敵するうえに、他の金属ダイキャストなどでは得られない精度である。本実施例のベースハウジング4(図3、4の符号4)は3次元的な複雑な形状であるうえに、ギア部を部分的に形成しているために、寸法精度の安定性が重要であり、MIMで製作をした。
【0087】
MIMで製作するために次のポイントで金型形状、製品成形条件などを検討した。製作部品については後述の図8〜図11を参照のこと。
(1)部品の厚みができるだけ、均一な厚みになるように、不要な部分を取り除いた。
(2)ギア部は平ギアで抜きテーパな0にするために、金型離型時の抵抗を減らして、精度的に許され寸法箇所には1度程度テーパにした。
(3)円弧形状に多いベースハウジング4であるので、焼結時の成型品安定におくために、2次加工で削除可能形状の部位を構成する。
(4)ギア部は金型離型、脱脂、焼結などを過程で、製品寸法は金型離型寸法に対して縮小するために、ギア部には縮小の影響ができにくいような金型品形状にする。
(5)ベースハウジングのレール箇所変形などが発生しないようにした。
(6)2次加工で削除可能形状の部位を製品形状に追加した、その追加箇所はギア側の方に設けた。
(7)レール部は2次加工を前提して、そのレール箇所の2次加工で削除可能形状の部位が削除できる形状とした。
(8)2次加工箇所をできるだけ少なくすること。
【0088】
以上のような観点で、製品形状と金型製品形状を設計した。
【0089】
また、MIMは、加熱溶融された熱可塑性の物質を高圧・高速で金型内へ射出し冷却することで部品を生産するプラスチック成形方法に類似したものであり、金属の素材を微粒粉末(金属粉末)に粉砕し、その金属粉末とバインダとなる樹脂あるいはワックスなどの流動性を付与させる有機系物質を混練し、得られた素材を加熱して溶融し、造粒し、プラスチックと同様に射出成形をする。その後、得られた成形体を熱分解方式などで脱脂した後、焼結を行うことで金属部品を生産する方法である。
【0090】
ベースハウジング4の材料には非磁性体であって、強度が必要であり、超音波伝播媒体に対して物性が安定であり材料として、オーステナイト系のステンレス鋼であるSUS303、SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L等、非鉄系材料WC−Co、W−Cu−Ni、W−Fe−Ni、Tiなどが使用できる材料が選定できる。
【0091】
その中の一例として粉末粒子径が5〜10μmの微細粉末であるSUS316Lのステンレス鋼粉末を用いた。
【0092】
一方、バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルフィド等の各種熱可塑性樹脂や、各種ワックス、パラフィン等のうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
【0093】
ベースハウジング4のバインダーの一例としてアクリル樹脂とポリスチレン等を配合し、一般に使用する添加量40vol%程度にして実験した結果、寸法の低下が見られた。添加量を1vol%程度にすると、成形流動性が乏しくなり、射出成形品の不良が発生し、成形離型時のマイクロクラックなどの影響で脱脂後や真空炉に成形体を設置する際に部品の欠落が発生する。成形体の成形安定性の観点から添加量を設定している。成形体を焼結するときの収縮によりギア部寸法精度を向上するため添加量3〜30vol%程度に設定している。
【0094】
金属粉末とバインダーの混練物には、ベースハウジング4でギア歯面やMR素子取付部やブラシホルダー取付部は抜きテーパのないストレート部が成形体にあるために、可塑剤、潤滑剤などの添加物を微量添加している。
【0095】
前述した製品形状と金型製品形状を設計するためにポイントに基づいて配慮されたベースハウジングの金型製品(MIMブランク品)の斜視図を図8、図9に示す。図8はギア33側からの斜視図、図9はギア33の反対側からの斜視図である。図8、図9において、ベースハウジングのMIMブランク品55は駆動モータを支承する軸受部が取り付けられる穴56、57が形成された支柱部58、59があり、穴56はスリップリング側の軸受支承穴であって、支柱部58にはブラシホルダーをビスで固定するための取付穴60が2個設けられている。ブラシホルダー取付部面61はブラシとスリップリングの電極との摺動の安定のために、ブラシホルダーは傾かないように取り付けができるようにテーパなしで金型を製作している。I/Oの可撓性基板46(図7)をベースハウジング55(図2のベースハウジング4と同じ意味の場合でも図8、9での説明のため符号55を使用する)の外部に取り出すために、支柱部58と揺動支持部62の境のちかくに長方形類似した形状のI/O可撓性基板を通すために穴63が開いている。その穴63の関係で支持部58の接続強度が弱くなりやすいので、揺動支持部62と支持部58の接続部にはベースハウジング55の肉厚をブラシに接触しないようにできるだけ厚くなるように傾斜部64を設けている。穴63の両側に形成した傾斜部64によって、支柱部58の耐衝撃強度を向上している。
【0096】
また支柱部59の軸受取り付け穴57はエンコーダ側の軸受が取り付けられる。穴57はエンコーダ側の軸受支承穴であって、支柱部59にはAB相のMR素子取付台をビスで固定するための取付穴65が2個設けられている。AB相のMR素子取付台の取付部面もエンコーダマグネット(図4の符号40)とAB相のMR素子(図4の符号41)とのギャップを平行に調整可能なようにテーパなしで金型を製作している。AB相のMR素子に接続された可撓性基板を外部に取り出すためにフック66は支柱部59の両サイドにMIMで一体に形成されている。
【0097】
ベースハウジング55の揺動支持部62の両側には揺動のためにレール部が形成されている。揺動支持部62にはZ相のMR素子の取り付け台を固定するための穴67とZ相MR素子の可撓性基板をベースハウジングから取り出すために穴68が形成されている。
【0098】
ベースハウジングのレールはMIMブランク品55に対して2次加工で寸法精度を出すために加工代を加えて製作されている。
【0099】
MIMブランク品55は成形体を焼成した際の収縮率を小さく寸法精度を高めるためとともに焼結体の空孔率の減少によって、部品寸法精度を向上させるために、MIMブランク品55の厚みができるだけ均一になるように揺動支持部62などの内側の肉を調整している。
【0100】
ギア33の歯面は抜きテーパを0にするために、金型離型時のノックピンをギア33の近傍に設けた。
【0101】
2次加工で削除可能形状の部位72との接続は、支持部58の先端部に接続する部位69と支持部59の先端部に接続する部位70とギア33側レールに接続する部位71との3カ所の部位で接続されている。ギア33部の離型性や2次加工で加工ツールの設定の容易さなどから、2次加工で削除可能形状の部位72に空間73、74を設けている。
【0102】
2次加工で削除可能形状の部位72の面を大きく構成しているので、安定して成形体を置くことができるので、脱脂工程や焼結工程での部品の作業効率が向上するうえに、成形体の仕上がりが安定する。
【0103】
図10、図11は製品形状の2次加工MIM品の斜視図である。図10はギア部からの斜視図であり、図11はギアの反対側からの斜視図である。図10、図11に示す2次加工MIM品は図8、図9のMIMブランク品に2次加工をして、超音波診断装置に使用されるベースハウジング4を示している。部品についての符号は図8、図9と同じ箇所には同じ符号を使用する。図12には軸受カラーを示す。
【0104】
図10、図11において、33はギア、56、57は軸受を支承するための穴、58、59は支柱部、60はブラシホルダー固定の取付穴、62は揺動支持部、63はI/Oの可撓性基板用穴、64は傾斜部、65はAB相のMR素子取り付けの取付穴、66はフック、67はZ相MR素子を固定するための穴、68はZ相の可撓性基板をベースハウジングから取り出す穴である。
【0105】
2次加工を説明する。
【0106】
支柱部58、59に軸受カラー75を取り付けるためには、軸受カラーが挿入される穴56、57はわずかの加工代が設けられている。わずかの隙間で係合でき回転可能なように、穴56、57の内径を仕上げる。
【0107】
また軸受カラー間の距離を寸法通りに組立した駆動モータをベースハウジングに装着するためには、軸受カラー間の距離に合わせて、支柱部58、59の内側を傾斜面でないように2次加工を施す。支柱部58、59の内側は、ベースハウジングのMIMブランクでは1度程度の抜きテーパが付いている。駆動モータを組み立てるには支柱部58、59の内側がテーパであってはモータ組立に支障が発生する。支柱部58、59の2次加工面をそれぞれ76、77とする。77の面は図10、図11の図では面として表現できてない、加工に伴って段差の稜線が見れる。軸方向予圧が安定に軸受に作用するので、信頼性の良好な駆動モータができる。
【0108】
2次加工削除部の大きな箇所として、部位69〜72を2次加工で削除する。その削除作業と同じチャックの際に、ベースハウジングの揺動用レース86、87を仕上げる。揺動用レース86はベースハウジング4のギア側のレースを示し、揺動用レース87はベースハウジング4のギア反対側のレースを示す。
【0109】
3次元的な異形状なベースハウジングであるが、金型形状などを検討することで、2次加工をほとんどしなくても所用の寸法精度にMIMの金型成形品の精度で出せる。
【0110】
図12の軸受カラー75はフランジ78と円筒部79、80と切り欠き部81から構成されている。フランジ78はベースハウジングの支柱部の内側面に向かい合うように配置され、駆動モータがベースハウジングから抜け落ちたり移動することを防止している。そのフランジ78の両側に円筒部79、80があり、円筒部79は駆動モータのボール軸受の内輪に接して組み込まれるため、内輪の外径に合わせた寸法になっている。円筒部80はベースハウジングの支柱部に設けられた穴に係合する。円筒部80には駆動モータを挿入するために、円筒部80の外周の2カ所に切り欠き部81が設けられている。
【0111】
図13はその軸受カラーをベースハウジングの支柱部に設けられた穴に係合するための説明図である。軸受カラー75は駆動モータの両側にあるために、2個存在する。その軸受カラー75はエンコーダ側の軸受カラーを75aとし、スリップリング側の軸受カラーを75bとして区別する。軸受カラーの両方をさす時は75の符号をもって説明している。図13はエンコーダ側支柱部59の穴57での説明のため軸受カラーは75aである。75bの軸受カラーは図示されていない。図13(a)は軸受カラー75aを穴57に係合するための挿入方法の説明図である。ベースハウジング4の支柱部59に設けられた円形の穴57には揺動支持部62とは反対側に平行の切り欠きが支柱部の外部まで設けられている挿入切り欠き部88が構成されている。軸受カラー75aの切り欠き部81が支持部59の切り欠き部88に平行になるようにして支持部59の上から挿入してくる。実際には両側に軸受カラーの装着した駆動モータをベースハウジングに挿入するので、軸受カラー単品だけの挿入ではないが、説明のために軸受カラーでもって説明する。軸受カラーが挿入できれば駆動モータの挿入ができ、ベースハウジングに駆動モータが組み込むことになる。
【0112】
さらに、軸受カラー75aを挿入していき軸受カラー75aの中心と支柱部59の穴57の中心とを一致させる。その軸を一致させた状態で軸受カラー75aを90度回転させ、軸受カラー75aの切り欠き部81の面を支柱部59の切り欠き部88の面に直交させる。その状態では軸受カラー75aは抜け落ちない。すなわち、駆動モータをベースハウジングに組み込みが完了したことになる。
【0113】
図14はシャーシ本体の斜視図を示す。シャーシ本体25にはベースハウジングの揺動用のレールを案内して揺動するレール溝89が設けられている。この案内のレール溝は揺動可能な範囲をできるだけ広く設計する。ベースハウジング25に揺動トルクを伝達するギアシャフトの軸受を装着するために穴90がシャーシ本体の側面側に形成している。シャーシ本体25の中央部はサイドシャーシとの連結部ともなっていて、サイドシャーシとの合わせ面91は揺動性能に影響するので揺動軸に対して傾斜をもたないように、レール溝89の加工と合わせ面91の加工が同一チャックの状態で加工をする。合わせ面はサイドシャーシを取り付けるためのネジ穴92があり、さらには、サイドシャーシとの位置決めのための位置決め平行な案内溝93が形成されている。
【0114】
シャーシ本体25には揺動側のトルクを伝達するためのベベルギアを装着するために案内穴94がある。この案内穴94は貫通している。シャーシ本体25は電子回路基板取り付け用のネジ穴95が形成されている。
【0115】
シャーシ本体25は真鍮ダイキャストで鋳造され、鋳造品を金属加工して所用の寸法精度に仕上げている。また摺動性能を要求する箇所があるために、テフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理を表面に施している。摺動抵抗を低減するためにテフロンをコンポジットした電解液でテフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理を、シャーシ本体25に施すこともある。また、ホウ素を入れた無電解ニッケルメッキ処理をシャーシ本体25に施すこともある。
【0116】
シャーシ本体25のレール溝89は超音波伝播媒質の中に浸積されて使用され、電子回路基板部は空気中であるために、シャーシ本体25を密閉部材としての使用目的もあるため、シャーシ本体の気密性が必要となるので、時計などに使用される真鍮ダイキャストの工法をこのシャーシ本体は使用した。
【0117】
軽量を目的とする場合はアルミダイキャストやマグネシューム合金を使用したシャーシ本体にする。
【0118】
図15はサイドシャーシの斜視図を示す。サイドシャーシ本体26にはベースハウジングの揺動用のレールを案内して揺動するレール溝95が設けられている。この案内のレール溝は揺動可能な範囲をできるだけ広く設計されていて、ベースハウジングのレールの範囲よりも大きくしている。レール溝95のレール角度範囲の方をベースハウジングのレールの角度範囲よりも大きくすることによって揺動の安定性は増す。揺動の摺動抵抗が安定するためである。
【0119】
シャーシ本体との合わせ面96は揺動性能に影響するので揺動軸に対して傾斜をもたないように、レール溝95の加工と合わせ面96の加工が同一チャックの状態で加工をする。合わせ面にはシャーシ本体にサイドシャーシ26を取り付けるためのネジ穴97があり、さらには、シャーシ本体との位置決めのためのシャーシ本体の位置決め平行な案内溝に係合する平行部のある凸部98が形成されている。
【0120】
サイドシャーシ26もシャーシ本体25と同様に真鍮ダイキャストで鋳造され、鋳造品を金属加工して所用の寸法精度に仕上げている。また摺動性能を要求する箇所があるために、テフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理を表面に施している。摺動抵抗を低減するためにテフロンをコンポジットした電解液でテフロン入りの無電解ニッケルメッキ処理を、サイドシャーシ26にも施すこともある。また、ホウ素を入れた無電解ニッケルメッキ処理をサイドシャーシ26に施すこともある。
【0121】
サイドシャーシ26のレール溝95は超音波伝播媒質の中に浸積されて使用され、凸部98側は空気中になるように超音波プローブができるために、サイドシャーシ26を密閉部材としての使用目的もあるため、サイドシャーシの気密性が必要となるので、真鍮ダイキャストの工法を使用した。
【0122】
軽量を目的とする場合はアルミダイキャストやマグネシューム合金を使用したサイドシャーシにする場合もある。
【0123】
(実施例2)
ベースハウジングをMIMで製作された実施例1であるが、実施例2では金属でない繊維強化プラスチックから製作されている。
【0124】
超音波プローブは体腔内に挿入するために重量として軽いことが必要であり、比重の小さな金属か金属以外の材料で部品を構成する。そのなかで、実施例1の超音波プローブでMIMで製作された、ベースハウジングを樹脂で実施した例を説明する。材料の変更であるので、図示せずに説明するので、実施例1を参照のこと。
【0125】
医療器械において、ベースハウジングのように剛性が高いことを必要要件にしているが、その他に、振動減衰性が高くて、コストが安いなどが必要である。そのなかで、要件を満足し、軽量で耐薬品性能の良い、3次元的に複雑な形状も可能なものとして繊維強化プラスチックで製作する。繊維強化プラスチックを使用すれば、製作費用がわずかで所望の形状を製作可能であることである。
【0126】
ベースハウジングに使用する繊維強化プラスチックとしては特に炭素、アラミッドまたはガラス繊維を有するプラスチックが好適である。
【0127】
このように、本実施例1、2における3次元走査用超音波プローブは軽量で小型でプローブ先端部に揺動部と駆動部の主な機構部が内蔵されている。超音波振動子によると、広角な範囲の超音波断層画像が得られる。また、3次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小型化することができるという利点を有する。
【0128】
本実施例の3次元走査用超音波プローブによる3次元的スキャンが可能であり、超音波振動子を固定した駆動モータの回転に伴って、駆動モータ側のエンコーダから回転角度信号が超音波診断装置に伝送され、2次元の超音波断層画像が得られる。駆動モータを支承したベースハウジングを揺動するために揺動モータの回転に伴って揺動モータ側に取り付けたエンコーダから回転角度信号が超音波診断装置に伝送され、所定の角度毎に超音波振動子の電子走査を行うことにより、複数枚の超音波断層画像を得ることができる。この得られた複数枚の超音波断層画像により3次元超音波断層画像を得ることができる。
【0129】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、請求項1記載の発明によれば、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。さらに、揺動モータが搭載されたベースハウジングに揺動のためにレールがあり、そのレールの案内部をシャーシで受けているために、ベースハウジングの揺動部の強度を充分に確保できるという有利な効果が得られる。
【0130】
また、請求項2記載の発明によれば、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。さらに、揺動モータが搭載されたベースハウジングに揺動のためにレールがあり、そのレールの案内部をシャーシで受けているために、ベースハウジングの揺動部の強度を充分に確保できる。さらに超音波振動子が2個あるために、超音波振動子の周波数を異なる特性のものを同一超音波プローブ内に構成することができ、診断に使用する超音波振動子を切り換えれ使用することなどができる。2個の超音波振動子を180度の位置に配置しているので、各超音波振動子での画像に多重反射などの影響がでないことが得られるものである。
【0131】
また、請求項3記載の発明によれば、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。さらに、揺動モータが搭載されたベースハウジングに揺動のためにレールがあり、そのレールはベースハウジングの両側に構成されているために、レールの案内部をシャーシは2つに分割してレールに係合するように両側からシャーシによって挟み込んで取り付ける。そのためハウジングの2カ所のレールで支持されるので安定に揺動する上にレールの係合を面積などが増すのでベースハウジングの揺動部の強度を充分に確保できることが得られるものである。
【0132】
さらに、請求項4記載の発明によれば、ベースハウジングは駆動モータを支持し、揺動させる機構をコンパクトに構成しなくてはならず、機構的には複雑なうえに、体腔内に挿入する駆動機構部であるために、小さい部品となり、一般的な旋削加工などでは不可能な形状となるために、回転ベースをMIM工法で製作し、強度が充分なうえに、安定した形状の回転ベースを容易に製作することができるという作用を有する。
【0133】
請求項5記載の発明は、メタルインジュクションモールド工法で製作したベースハウジングの材質がステンレス系材料であることを特徴とする請求項4記載の超音波振動子駆動モータ装置としたものであり、超音波伝播媒質のなかでの使用のうえで、耐油、耐薬品性があるうえに、錆などの発生の心配がないという効果を奏するものである。
【0134】
また、請求項5記載の発明によれば、超音波伝播媒質のなかでの使用のうえで、耐油、耐薬品性があるうえに、錆などの発生の心配がないが得られるものである。
【0135】
請求項6記載の発明によれば、ベースハウジングは駆動モータを支持し、揺動させる機構をコンパクトに構成しなくてはならず、機構的には複雑なうえに、体腔内に挿入する駆動機構部であるために、小さい部品となり、一般的な旋削加工などでは不可能な形状となるために、金属成形品に比べて超音波プローブの先端部に駆動モータ部を構成するために、超音波プローブ全体の重量バランスで先端部が重く感じられるために、先端部の部材の軽量化をするために金属部材での回転ベースを繊維強化プラスチックで製作することで、強度的にも充分で軽量な回転ベースが得られるという有利な効果が得られる。
【0136】
また、請求項7記載の発明によれば、駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトに3次元機構化することができる。超音波振動子のビーム軌跡面をハンドル軸とシャーシ軸は同一方向を向いているので、駆動モータ軸はハンドル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はハンドル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。また、揺動軸が駆動軸に対して直交しているうえにビーム軌跡面に対して揺動面は直交していて、揺動することでビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることができる。そのために複数のビーム軌跡面の超音波断層画像を得ることができ、それら断層画像を3次元画像合成して表示することができ、診断の便宜性を向上させることができる効果が得られるものである。
【0137】
また、請求項8記載の発明によれば、ビーム軌跡面を揺動軸を中心にして軌跡させることで、複数のビーム軌跡面の超音波断層画像を得ることができ、それら断層画像を3次元画像合成して表示することができ、診断の便宜性を向上させることができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図2】本発明の実施例による超音波プローブの外観斜視図
【図3】本発明の実施例による超音波振動子駆動モータ装置の駆動モータ側の構造図
【図4】本発明の実施例による超音波振動子駆動モータ装置の駆動モータ側の構造図
【図5】本発明の実施例によるスリップリングの説明をするための図
【図6】本発明の実施例によるブラシホルダーにおけるブラシと可撓性基板の関係を説明するための図
【図7】本発明の実施例によるブラシホルダーにおけるブラシと可撓性基板の関係を説明するための図
【図8】本発明の実施例によるべースハウジングのMIMブランク品のギア側からの斜視図
【図9】本発明の実施例によるべースハウジングのMIMブランク品のギアの反対側からの斜視図
【図10】本発明の実施例によるべースハウジングの2次加工のMIM品のギア側からの斜視図
【図11】本発明の実施例によるべースハウジングの2次加工MIM品のギアの反対側からの斜視図
【図12】本発明の実施例による軸受カラーの斜視図
【図13】本発明の実施例による軸受カラーをベースハウジングの支柱部に設けられた穴に係合するための説明図
【図14】本発明の実施例によるシャーシ本体の斜視図
【図15】本発明の実施例によるサイドシャーシの斜視図
【符号の説明】
1、2 超音波振動子
3 駆動モータ
4 ベースハウジング
5 揺動モータ
6 ハンドルシャフト
7、10 エンコーダ
8 スリップリング
9 ウインドウケース
11 駆動モータ駆動回路
12 揺動モータ駆動回路
13 パルス発生器
14 振動子駆動回路
15 増幅器
16 対数増幅器
17 検波回路
18 A/D変換器
19 画像メモリ
20 画像DSP
21 テレビモニタ
22 ハンドル部
23 先端部
24 ケーブル
25 シャーシ本体
26 サイドシャーシ
27 ビス
28 電子回路基板
29 ギアシャフト
30、32 ベベルギア
31 平ギア
33 ベースハウジングに設けられたギア
34 駆動モータのシャフト
35 ロータフレーム
36 音響レンズ
37 ピン
38 カット面
39 可撓性基板
40 エンコーダマグネット
41 MR素子
42、42a、42b、42c 電極
43 ブラシ
44 ブラシホルダー
45、46、47 可撓性基板
48a、48b、48c 絶縁シート
49 突起部
50 段差部
51、54 凹部
52 ブラシホルダーの面
53、56、57、83、90 穴
55 MIMブランク品
58、59 支柱部
60 ブラシホルダー固定の取付穴
61 ブラシホルダー取付部面
62 揺動支持部
63 I/O可撓性基板穴
64 傾斜部
65 MR素子取付の取付穴
66 フック
67 Z相MR素子を固定するための穴
68 ベースハウジングから取出穴
69 先端部に接続する部位
70 支持部59の先端部に接続する部位
71 ギア部側レールに接続する部位
72 2次加工で削除可能形状の部位
73、74 空間
75 軸受カラー
75a エンコーダ側の軸受カラー
75b スリップリング側の軸受カラー
76、77 2次加工面
78 フランジ
79、80 円筒部
81、88 切り欠き部
82 モータ線
84、92、97 ネジ穴
85a、85b、85c ランド
86、87 揺動用レース
89、95 レール溝
91、96 合わせ面
93 案内溝
94 案内穴
98 凸部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional ultrasonic transducer driving motor apparatus of a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus and a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
As an ultrasonic probe used in an ultrasonic diagnostic apparatus for a living body, there are broadly divided into a linear scanning method and a sector scanning method, and the sector scanning method mainly includes an electronic sector scanning method and a mechanical sector scanning method. . As this mechanical sector scanning type ultrasonic probe, the type and method described on page 54 of “Introduction to Ultrasonic Inspection (2nd edition)” published by Ishiyaku Shuppan Publishing Co., Ltd. are known.
[0003]
Conventionally, ultrasonic probes (also referred to as ultrasonic probes and ultrasonic diagnostic probes) are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-184888, 7-163562, and 7-289550. Are known.
[0004]
The ultrasonic probes disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-184888 and 7-289550 are attached with an ultrasonic transducer facing the handle axis direction of the ultrasonic probe and face the ultrasonic transducer. The ultrasonic transmission / reception unit provided with the acoustic mirror and the shaft connected to the mounting base of the vibrator are connected to a drive motor that rotationally drives the shaft. Due to the rotation of the drive motor, the ultrasonic transmission / reception unit rotates around the shaft, and the beam of the ultrasonic transducer is reflected by the acoustic mirror, so the beam on the surface reflected with respect to the rotation axis of the ultrasonic transducer It becomes a trajectory plane. Although it depends on the inclination angle of the acoustic mirror, the beam locus plane is generally a plane perpendicular to the rotation axis because of the inclined plane of 45 degrees.
[0005]
Since the drive motor is configured on the handle side compared to the ultrasonic transducer, an acoustic mirror that converts the axis relative to the rotation axis is required to rotate the mounting base of the ultrasonic transducer with the shaft. In addition, the beam trajectory plane is an ultrasonic tomographic image which is a plane perpendicular to the handle axis direction of the ultrasonic probe.
[0006]
Since the ultrasonic probe disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-163562 is attached so that the ultrasonic transducer is directed in the radial direction with respect to the handle axial direction of the ultrasonic probe, Japanese Patent Laid-Open No. 7-289550 is disclosed. The acoustic mirror described in the publication is not necessary. The shaft of the mounting base of the ultrasonic transducer is indirectly connected to the shaft of the drive motor. Due to the rotation of the drive motor, the ultrasonic transducer mounting base rotates in accordance with the axis of the shaft, and the beam trajectory plane of the ultrasonic transducer becomes a plane perpendicular to the rotation axis.
[0007]
Since the drive motor is configured on the handle part side compared to the ultrasonic transducer, the beam trajectory plane is perpendicular to the handle axial direction of the ultrasonic probe in order to rotate the ultrasonic transducer mount with the shaft. An ultrasonic tomographic image is obtained.
[0008]
Since the ultrasonic diagnostic apparatuses described in JP-A-7-184888, JP-A-7-163562, and JP-A-7-289550 do not have another axis, only a two-dimensional ultrasonic tomographic image can be obtained.
[0009]
Also, the ultrasonic probe disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-31373 is a rotational drive mechanism comprising a drive motor and a gear clutch that switches the rotational direction of the drive motor and transmits it to the vibrator side in the probe body. Is built-in. The ultrasonic transducers connected by the signal cable can be reciprocally oscillated and rotated by automatic or manual operation within a range of at least 180 degrees within the window case. This ultrasonic probe uses a gear clutch for switching the rotation direction of the ultrasonic transducer. For this reason, the tomographic image on the beam trajectory plane of the ultrasonic transducer is mechanically restricted in movement, and thus swings within a certain angle range.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the mechanical sector scanning ultrasonic probe of the above-mentioned conventional example can obtain a two-dimensional ultrasonic tomographic image, and cannot obtain a three-dimensional ultrasonic tomographic image. Since the ultrasonic probe of the conventional example has only one axis of the drive motor axis, only a two-dimensional ultrasonic tomographic image can be obtained.
[0011]
Three-dimensionalization is possible by a method of rotating the entire components of the ultrasonic vibrator and the drive motor that drives the ultrasonic vibrator. However, in order to achieve a compact three-dimensional mechanism, it is necessary to configure the ultrasonic vibrator within the range of the internal axis of the drive motor based on the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator. Then, since the ultrasonic transducer is configured outside the range of the internal axis of the drive motor, it becomes a very large ultrasonic probe to make the whole rotation mechanism, and cannot be used practically.
[0012]
In the conventional two-dimensional tomographic image, the beam trajectory plane of the ultrasonic transducer is a plane perpendicular to the handle axis of the ultrasonic probe and is not parallel to the handle axis. There is a problem that a sufficient diagnosis cannot be made in the intra-body cavity scanning used in the department.
[0013]
In addition, when the cable is directly connected to the ultrasonic transducer, the image range of the ultrasonic transducer is limited, so the measurement range is narrowed, and the insertion direction of the ultrasonic probe is changed when diagnosing the affected area. Therefore, it is necessary to measure the image many times, and the range in which the diagnosis cannot be performed mechanically increases.
[0014]
In order to make a compact three-dimensional mechanism, it is necessary to provide a mechanism in which the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor due to the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator. It is necessary to review the construction method and materials of the member that supports the drive motor unit for the mechanism that swings the entire unit.
[0015]
The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and is capable of ensuring three-dimensional ultrasonic scanning, and is capable of scanning an ultrasonic transducer driving motor device that is compact and lightweight and capable of scanning. It is an object of the present invention to provide a used three-dimensional scanning ultrasonic diagnostic apparatus.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured such that the rotational axis of the drive motor is perpendicular to the handle axis so that the beam trajectory plane of the ultrasonic transducer can be formed in a plane parallel to the handle axis. .
[0017]
Further, an ultrasonic transducer drive motor device is configured in which the sound wave propagation medium is contained and the rotary case of the drive motor and the swing shaft for swinging the beam surface are configured in the window case.
[0018]
For this purpose, the beam surface is formed within the motor range of the drive motor rotating shaft. Attach an ultrasonic transducer to the rotor case of the drive motor.
[0019]
The base housing that supports the bearing of the drive motor can swing on a swing plane (referred to as swing plane b) perpendicular to the track plane a through the drive shaft. This is a swing plane that goes directly to the beam trajectory plane and passes through the drive shaft.
[0020]
For this purpose, a rail having a rocking curvature radius is provided in the base housing.
[0021]
The swing shaft is configured within the range of two support points of the base housing of the drive motor.
[0022]
The chassis is formed with a guide portion for supporting the swing of the base housing on which the drive motor is mounted with a rail.
[0023]
The base housing is manufactured by the MIM (metal injection mold) method.
[0024]
The material of the base housing manufactured by the metal injection mold method is a stainless steel material such as sus316L.
[0025]
The base housing is made of fiber reinforced plastic.
[0026]
The electro-mechanical scanning type three-dimensional scanning ultrasonic transducer drive motor device according to the present invention is used to oscillate the rotation axis of the drive motor and the beam surface in the window case containing the ultrasonic propagation medium. An ultrasonic transducer drive motor device having two axes is configured, and an ultrasonic tomographic image is obtained with a beam trajectory plane parallel to the handle axis of the ultrasonic probe. By oscillating the base housing around the center, an ultrasonic diagnostic apparatus capable of compositing and displaying a three-dimensional ultrasonic tomographic image becomes possible.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there is provided a window case made of a window material containing an ultrasonic transducer and an ultrasonic propagation medium and having ultrasonic transmission properties, and a drive motor for driving the ultrasonic transducer. In the ultrasonic probe equipped with the ultrasonic transducer, the ultrasonic transducer is attached to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor and formed on the orbital plane (referred to as the orbital plane a) of the ultrasonic transducer rotated by the rotation axis of the drive motor. Further, the base housing that supports the bearing of the drive motor can swing on the base housing so that the base housing can swing on a plane perpendicular to the track plane a through the drive shaft. An ultrasonic vibrator having a structure in which a rail having a radius is provided and which is received by a chassis in which a guide portion of the rail is formed while supporting a swing of a base housing on which a drive motor is mounted. This is a dynamic motor device, and since the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor due to the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator, a compact three-dimensional mechanism is realized. be able to. Since the handle axis and chassis axis of the ultrasonic transducer are in the same direction, the drive motor axis is perpendicular to the handle axis, and the beam path plane is parallel to the handle axis. An ultrasonic tomographic image that becomes a certain scanning plane can be obtained. In addition, the swing axis is orthogonal to the drive axis, and the swing surface is orthogonal to the beam trajectory plane, and swinging causes the beam trajectory plane to traverse about the swing axis. be able to. In addition, since the base housing on which the swing motor is mounted has a rail for swinging, and the guide portion of the rail is received by the chassis, the strength of the swing portion of the base housing can be sufficiently secured. Have
[0028]
The invention described in
[0029]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a window case made of a window material that includes an ultrasonic transducer and an ultrasonic propagation medium and has ultrasonic permeability, and a drive motor that drives the ultrasonic transducer. In the ultrasonic probe, the ultrasonic transducer is attached to the outer peripheral portion of the rotor frame of the drive motor, and is formed on the orbit plane (orbit plane a) of the ultrasonic transducer rotated by the rotation shaft of the drive motor. An ultrasonic tomographic image of the human body on the orbital plane can be obtained, and a base housing that supports the bearing of the drive motor is perpendicular to the orbital plane a through the drive axis (the oscillating plane b and In order to allow the base housing to swing, a rail with a swing radius of curvature is provided on the left and right sides of the swing plane b on the base housing, and a drive motor is mounted. The ultrasonic transducer drive motor device according to
[0030]
The invention described in
[0031]
The invention according to claim 5 is the ultrasonic vibrator driving motor device according to
[0032]
The invention described in
[0033]
The invention described in
[0034]
The invention according to
[0035]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0036]
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe in one embodiment of the present invention.
[0037]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment includes an ultrasonic probe and a main body system unit. A
[0038]
The
[0039]
In the conventional two-dimensional case, there is one shaft, but in the present embodiment, there are two shafts, which are a drive rotation shaft and a swing shaft.
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
Torque can be transmitted using the
[0043]
A drive circuit 11 for driving the drive motor and a drive circuit 12 for driving the swing motor are configured in the system main body.
[0044]
Next, the transmission / reception circuit portion in the system main body will be described. When transmitting ultrasonic waves into the living body, first, the
[0045]
FIG. 2 shows an external perspective view of the ultrasonic probe. In FIG. 2,
[0046]
3 and 4 are structural diagrams on the drive motor side of the ultrasonic transducer drive motor apparatus in the present embodiment. For the sake of explanation, casings such as a window case and a handle are omitted in FIGS.
[0047]
3 and 4, 3 is a drive motor, 4 is a base housing, 25 is a chassis body, 26 is a side chassis, 27 is a screw, 28 is an electronic circuit board, 29 is a gear shaft, 30 is a bevel gear, 31 is a flat gear. , 32 is a bevel gear, 6 is a handle shaft, 33 is a gear provided in the
[0048]
The rotating portion of the
[0049]
The beams of the
[0050]
A
[0051]
An
[0052]
In order not to be affected by the leakage flux of the main magnet on the encoder output, the gap between the
[0053]
When oil containing an additive is used for the ultrasonic propagation medium, a plastic magnet made of polyphenylene sulfide (commonly called PPS) is used as a plastic material other than 12 nylon.
[0054]
The signal of the AB
[0055]
In order to take out transmission / reception signals to / from the
[0056]
The motor wire 82 of the
[0057]
The
[0058]
Torque from the oscillating motor is transmitted to the
[0059]
The
[0060]
Further, in order to reduce the sliding resistance, there is a case where the
[0061]
Gear wear powder enters between the electrode of the slip ring and the brush and enters the signal of the ultrasonic vibrator as noise, so even if it is not surface treated, pay attention such as burrs so that it will not occur as much as possible. Yes. In the case of copper-based materials, processing burrs are removed by pickling.
[0062]
The
[0063]
The chassis body and side chassis may be integrated.
[0064]
The
[0065]
Since the
[0066]
Since the ultrasonic vibrator is attached to the outer periphery of the rotor frame of the
[0067]
Assuming that the swing range is the entire circumference, the range in which the tomographic image can be scanned in the beam trajectory plane of the ultrasonic transducer due to the swing (referred to as the swing beam trajectory plane) is as shown in FIG. A wide angle is possible because the space for the parts such as the flexible substrate is open in the central portion of the
[0068]
By rotating the drive motor and taking an ultrasonic tomographic image on the drive beam trajectory plane, and rotating it, the drive beam surface can be scanned around the oscillation axis while being orthogonal to the oscillation beam surface. Can be obtained in a three-dimensional region.
[0069]
Thus, in this embodiment, an ultrasonic probe for three-dimensional scanning is possible. For example, it is possible to obtain an unprecedented wide measurement range in which an ultrasonic tomographic image in a range obtained by swinging a 230-degree region by 100 degrees can be obtained. Further, when the ultrasonic probe for three-dimensional scanning is inserted into a body cavity and used, an ultrasonic transducer can be disposed at the distal end of the insertion portion, and therefore, the advantage that the insertion portion can be further reduced in size. Have
[0070]
In this embodiment, two ultrasonic transducers are used. The reference numerals are 1 and 2.
[0071]
Furthermore, since two types of ultrasonic transducers can be mounted, one ultrasonic probe can be handled as two different distance resolutions.
[0072]
In general, the distance resolution improves at higher frequencies. However, since the attenuation of ultrasonic waves increases as the frequency increases, diagnostics cannot be performed at deeper depths. Since the child can be switched and used, a better ultrasonic diagnosis becomes possible.
[0073]
Further, the
[0074]
FIG. 5 is a view for explaining the slip ring. In FIG. 5, an electrode 42 (same as the reference in FIG. 4) is composed of three
[0075]
The ultrasonic transducer has two lead wires, one is an electrical ground (GND), and the other is a signal line. In the ultrasonic probe of this embodiment, since two ultrasonic transducers are attached to the
[0076]
Three electrodes are required for two ultrasonic transducers. Of the three electrodes, the
[0077]
The ultrasonic transducer emits an ultrasonic wave by an electrical signal sent from the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus via the I / O line, receives the ultrasonic wave reflected from the subject, and causes a change in the charge amount. This electrical change of the ultrasonic transducer is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus body via the I / O line. Since the electric signal flowing through the I / O line is a frequency signal in the range of 3 kHz to 8 kHz, it becomes a main noise source of unnecessary radiation. In this embodiment, a part of the I / O line is constituted by the
[0078]
6 and 7 are diagrams for explaining the relationship between the brush and the flexible substrate in the brush holder. 6 and 7, 44 is a brush holder, 43 is a brush, and 46 is a flexible substrate.
[0079]
The
[0080]
Further, the
[0081]
The motor
[0082]
The position information signal line of the drive motor that is rotationally driven in the ultrasonic propagation medium (acoustic medium liquid) is a signal line for knowing the scanning position of the ultrasonic transducer from the encoder, and is an I / O flexible substrate. If the noise enters from the position, the position information becomes unstable and the control of the drive motor becomes unstable. However, since the
[0083]
The swing motor 5 uses a brushless motor so as not to be affected by brush noise or the like generated by a motor with a brush.
[0084]
Electric signals are correctly transmitted and received between the ultrasonic transducer and the apparatus main body, and an accurate ultrasonic image with less noise can be obtained.
[0085]
The
[0086]
MIM is an R.I. E. Wiech has developed the Witech process, and with the technology put into practical use in 1972, it is possible to accurately produce parts with complex three-dimensional shapes. This is the fifth generation after machining, die casting, precision casting, and powder metallurgy. This is a method that is attracting attention as a metal processing method, and in terms of dimensional tolerance, the general tolerance is 10 mm or less and ± 0.05 mm, and the special tolerance is ± 0.03 mm, which is comparable to the metal processing accuracy. The accuracy cannot be obtained by other metal die castings. Since the base housing 4 (
[0087]
In order to manufacture with MIM, the mold shape and product molding conditions were examined at the following points. See Fig. 8 to Fig. 11 below for the production parts.
(1) Unnecessary portions were removed so that the thickness of the parts was as uniform as possible.
(2) The gear portion is a flat gear, and the resistance at the time of mold release is reduced in order to make the taper zero, so that it is allowed with accuracy and is taper about once at a dimension.
(3) Since the
(4) The gear part is a mold that is difficult to be affected by the reduction of the gear part because the product dimension is reduced with respect to the mold release dimension in the process of mold release, degreasing, sintering, etc. Make the product shape.
(5) The rail portion of the base housing is not deformed.
(6) A part having a shape that can be deleted by secondary processing is added to the product shape, and the additional part is provided on the gear side.
(7) Assuming secondary processing, the rail portion has a shape that can be deleted by a secondary processing of the rail portion.
(8) To reduce the number of secondary processing points as much as possible.
[0088]
From the above viewpoint, the product shape and the mold product shape were designed.
[0089]
MIM is similar to a plastic molding method that produces parts by injecting and cooling a heated and melted thermoplastic material into a mold at high pressure and high speed. Pulverized into a powder), kneading the metal powder and an organic substance that imparts fluidity such as a binder resin or wax, the resulting material is heated and melted, granulated, and injected in the same manner as plastic. Mold. Thereafter, the obtained molded body is degreased by a thermal decomposition method or the like, and then sintered to produce a metal part.
[0090]
The material of the
[0091]
As an example, SUS316L stainless steel powder, which is a fine powder having a powder particle diameter of 5 to 10 μm, was used.
[0092]
On the other hand, as the binder, for example, olefin resins such as polyethylene and polypropylene, acrylic resins, styrene resins such as polystyrene, polyamide, polyimide, polyester, polyether, liquid crystal polymer, various thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide, One or two or more of various waxes and paraffins can be mixed and used.
[0093]
As an example of the binder of the
[0094]
In the mixture of metal powder and binder, the gear teeth surface, MR element mounting part and brush holder mounting part in the
[0095]
FIG. 8 and FIG. 9 are perspective views of the mold product (MIM blank product) of the base housing that is considered based on points in order to design the product shape and the mold product shape described above. 8 is a perspective view from the
[0096]
Further, the
[0097]
Rail portions are formed on both sides of the
[0098]
The rail of the base housing is manufactured by adding a machining allowance in order to obtain dimensional accuracy by secondary processing with respect to the MIM blank 55.
[0099]
In order to improve the dimensional accuracy of the MIM blank 55 by reducing the shrinkage ratio when the molded body is fired and increasing the dimensional accuracy, and by reducing the porosity of the sintered body, the thickness of the MIM blank 55 can be as small as possible. The inner flesh such as the
[0100]
The tooth surface of the
[0101]
The connection to the
[0102]
Since the surface of the
[0103]
10 and 11 are perspective views of a product-shaped secondary processed MIM product. FIG. 10 is a perspective view from the gear portion, and FIG. 11 is a perspective view from the opposite side of the gear. The secondary processed MIM product shown in FIGS. 10 and 11 shows the
[0104]
10 and 11, 33 is a gear, 56 and 57 are holes for supporting a bearing, 58 and 59 are support portions, 60 is a mounting hole for fixing a brush holder, 62 is a swing support portion, and 63 is an I / O. Hole for flexible substrate of O, 64 is an inclined portion, 65 is a mounting hole for attaching an MR element of AB phase, 66 is a hook, 67 is a hole for fixing a Z phase MR element, and 68 is a flexible of Z phase This is a hole for removing the conductive substrate from the base housing.
[0105]
Secondary processing will be described.
[0106]
In order to attach the
[0107]
In addition, in order to mount the drive motor assembled to the distance between the bearing collars according to the dimensions, secondary processing is performed so that the inner sides of the
[0108]
The
[0109]
Although the base housing has a three-dimensional irregular shape, by examining the mold shape, etc., the required dimensional accuracy can be achieved with the accuracy of the MIM mold product with little secondary processing.
[0110]
The bearing
[0111]
FIG. 13 is an explanatory diagram for engaging the bearing collar with a hole provided in a support column of the base housing. Two bearing
[0112]
Further, the bearing collar 75a is inserted so that the center of the bearing collar 75a and the center of the
[0113]
FIG. 14 is a perspective view of the chassis main body. The
[0114]
The chassis
[0115]
The
[0116]
Since the
[0117]
For light weight purposes, the chassis should be made of aluminum die cast or magnesium alloy.
[0118]
FIG. 15 is a perspective view of the side chassis. The
[0119]
Since the
[0120]
Similarly to the
[0121]
Since the
[0122]
For the purpose of light weight, it may be a side chassis using aluminum die-cast or magnesium alloy.
[0123]
(Example 2)
In Example 1, the base housing is manufactured from MIM. In Example 2, the base housing is manufactured from a non-metal fiber reinforced plastic.
[0124]
The ultrasonic probe needs to be light in weight in order to be inserted into a body cavity, and a component is made of a metal having a small specific gravity or a material other than metal. Among them, an example will be described in which the base housing manufactured by MIM with the ultrasonic probe of Example 1 is made of resin. Since this is a material change, it will be described without being shown, so see Example 1.
[0125]
In a medical instrument, high rigidity is required as in the base housing, but in addition, vibration damping is high and cost is low. Among them, it is made of fiber reinforced plastic that satisfies the requirements, is lightweight and has good chemical resistance, and can be 3D complicated. If fiber reinforced plastic is used, a desired shape can be manufactured at a low manufacturing cost.
[0126]
As the fiber reinforced plastic used for the base housing, a plastic having carbon, aramid or glass fiber is particularly suitable.
[0127]
As described above, the ultrasonic probes for three-dimensional scanning according to the first and second embodiments are light and small, and the main mechanisms of the swinging unit and the driving unit are built in the probe tip. According to the ultrasonic transducer, an ultrasonic tomographic image in a wide angle range can be obtained. Further, when the ultrasonic probe for three-dimensional scanning is inserted into a body cavity and used, an ultrasonic transducer can be disposed at the distal end of the insertion portion, and therefore, the advantage that the insertion portion can be further reduced in size. Have
[0128]
The three-dimensional scanning can be performed by the three-dimensional scanning ultrasonic probe of the present embodiment, and the rotation angle signal is transmitted from the encoder on the drive motor side as the drive motor to which the ultrasonic transducer is fixed. And a two-dimensional ultrasonic tomographic image is obtained. A rotation angle signal is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus from the encoder attached to the swing motor side as the swing motor rotates in order to swing the base housing that supports the drive motor. By performing electronic scanning of the child, a plurality of ultrasonic tomographic images can be obtained. A three-dimensional ultrasonic tomographic image can be obtained from the obtained plural ultrasonic tomographic images.
[0129]
【The invention's effect】
As is apparent from the description of the above embodiment, according to the first aspect of the present invention, the mechanism in which the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor in accordance with the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator. Thus, a compact three-dimensional mechanism can be realized. Since the handle axis and chassis axis of the ultrasonic transducer are in the same direction, the drive motor axis is perpendicular to the handle axis, and the beam path plane is parallel to the handle axis. An ultrasonic tomographic image that becomes a certain scanning plane can be obtained. In addition, the swing axis is orthogonal to the drive axis, and the swing surface is orthogonal to the beam trajectory plane, and swinging causes the beam trajectory plane to traverse about the swing axis. be able to. Further, since the base housing on which the swing motor is mounted has a rail for swinging and the guide portion of the rail is received by the chassis, the strength of the swing portion of the base housing can be sufficiently secured. Effects can be obtained.
[0130]
According to the second aspect of the present invention, since the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor based on the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator, it is compactly three-dimensional. Can be mechanized. Since the handle axis and chassis axis of the ultrasonic transducer are in the same direction, the drive motor axis is perpendicular to the handle axis, and the beam path plane is parallel to the handle axis. An ultrasonic tomographic image that becomes a certain scanning plane can be obtained. In addition, the swing axis is orthogonal to the drive axis, and the swing surface is orthogonal to the beam trajectory plane, and swinging causes the beam trajectory plane to traverse about the swing axis. be able to. Furthermore, since the base housing on which the swing motor is mounted has a rail for swinging and the guide portion of the rail is received by the chassis, the strength of the swing portion of the base housing can be sufficiently secured. Furthermore, since there are two ultrasonic transducers, ultrasonic transducers with different frequencies can be configured in the same ultrasonic probe, and the ultrasonic transducers used for diagnosis can be switched and used. And so on. Since the two ultrasonic transducers are arranged at a position of 180 degrees, it is possible to obtain that the image of each ultrasonic transducer is not affected by multiple reflections.
[0131]
According to the third aspect of the present invention, since the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor based on the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator, it is compactly three-dimensional. Can be mechanized. Since the handle axis and chassis axis of the ultrasonic transducer are in the same direction, the drive motor axis is perpendicular to the handle axis, and the beam path plane is parallel to the handle axis. An ultrasonic tomographic image that becomes a certain scanning plane can be obtained. In addition, the swing axis is orthogonal to the drive axis, and the swing surface is orthogonal to the beam trajectory plane, and swinging causes the beam trajectory plane to traverse about the swing axis. be able to. Furthermore, since the base housing on which the swing motor is mounted has a rail for swinging, and the rail is configured on both sides of the base housing, the rail guide portion is divided into two rails. Attach it with the chassis from both sides so that it can be engaged. Therefore, since it is supported by the two rails of the housing, the area of the rail is increased and the engagement of the rail is increased, so that the strength of the swinging portion of the base housing can be sufficiently secured.
[0132]
According to the fourth aspect of the present invention, the base housing must be configured to have a compact mechanism for supporting and swinging the drive motor, and the mechanism is complicated and inserted into the body cavity. Because it is a drive mechanism part, it becomes a small part and becomes a shape impossible with general turning, etc., so the rotating base is manufactured by the MIM method, sufficient strength, and a stable shaped rotating base Can be easily manufactured.
[0133]
The invention according to claim 5 is the ultrasonic vibrator drive motor device according to
[0134]
Further, according to the invention described in claim 5, it is possible to obtain oil and chemical resistance while using it in an ultrasonic propagation medium, and there is no fear of occurrence of rust.
[0135]
According to the sixth aspect of the present invention, the base housing must have a compact mechanism for supporting and swinging the drive motor, which is complicated in terms of mechanism and inserted into the body cavity. Because it is a small part, it becomes a small part and becomes a shape impossible by general turning, etc., so in order to configure the drive motor part at the tip of the ultrasonic probe compared to metal molded products, ultrasonic waves Because the tip part feels heavy due to the weight balance of the entire probe, the rotating base of the metal member is made of fiber reinforced plastic to reduce the weight of the member at the tip part. The advantageous effect of obtaining a rotating base is obtained.
[0136]
According to the seventh aspect of the present invention, the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor based on the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator. Can be mechanized. Since the handle axis and chassis axis of the ultrasonic transducer are in the same direction, the drive motor axis is perpendicular to the handle axis, and the beam path plane is parallel to the handle axis. An ultrasonic tomographic image that becomes a certain scanning plane can be obtained. In addition, the swing axis is orthogonal to the drive axis, and the swing surface is orthogonal to the beam trajectory plane, and swinging causes the beam trajectory plane to traverse about the swing axis. be able to. Therefore, ultrasonic tomographic images of a plurality of beam trajectory planes can be obtained, and these tomographic images can be combined and displayed as a three-dimensional image, so that the convenience of diagnosis can be improved. is there.
[0137]
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to obtain ultrasonic tomographic images of a plurality of beam trajectory planes by traversing the beam trajectory plane with the oscillation axis as the center. An image can be synthesized and displayed, and the convenience of diagnosis can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a structural diagram of a drive motor side of an ultrasonic transducer drive motor apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a structural diagram of a drive motor side of an ultrasonic transducer drive motor apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining a slip ring according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining the relationship between the brush and the flexible substrate in the brush holder according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view for explaining the relationship between the brush and the flexible substrate in the brush holder according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view from the gear side of the MIM blank of the base housing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view from the opposite side of the gear of the MIM blank product of the base housing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view from the gear side of the MIM product of the secondary processing of the base housing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view from the opposite side of the gear of the secondary processed MIM product of the base housing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view of a bearing collar according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram for engaging the bearing collar according to the embodiment of the present invention with a hole provided in a support portion of the base housing.
FIG. 14 is a perspective view of a chassis main body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view of a side chassis according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 2 Ultrasonic transducer
3 Drive motor
4 Base housing
5 Oscillating motor
6 Handle shaft
7, 10 Encoder
8 Slip ring
9 Window case
11 Drive motor drive circuit
12 Oscillating motor drive circuit
13 Pulse generator
14 vibrator drive circuit
15 Amplifier
16 logarithmic amplifier
17 Detection circuit
18 A / D converter
19 Image memory
20 Image DSP
21 TV monitor
22 Handle
23 Tip
24 cable
25 Chassis body
26 Side chassis
27 screw
28 Electronic circuit board
29 Gear shaft
30, 32 Bevel gear
31 Spur gear
33 Gears provided in the base housing
34 Shaft of drive motor
35 Rotor frame
36 Acoustic lens
37 pins
38 Cut surface
39 Flexible substrate
40 Encoder magnet
41 MR element
42, 42a, 42b, 42c Electrode
43 Brush
44 Brush holder
45, 46, 47 Flexible substrate
48a, 48b, 48c Insulation sheet
49 Projection
50 steps
51, 54 recess
52 The surface of the brush holder
53, 56, 57, 83, 90 holes
55 MIM blank
58, 59 Prop
60 Mounting holes for fixing the brush holder
61 Brush holder mounting surface
62 Swing support
63 I / O flexible board hole
64 slope
65 MR element mounting holes
66 hook
67 Hole for fixing the Z-phase MR element
68 Hole from base housing
69 Parts connected to the tip
70 Part connected to the tip of the
71 Parts connected to the gear side rail
72 Parts that can be deleted by secondary processing
73, 74 space
75 Bearing collar
75a Bearing collar on the encoder side
75b Bearing collar on the slip ring side
76, 77 Secondary surface
78 Flange
79, 80 Cylindrical part
81, 88 Notch
82 Motor wire
84, 92, 97 Screw hole
85a, 85b, 85c land
86,87 Swing race
89, 95 Rail groove
91, 96 mating surface
93 Guide groove
94 Guide hole
98 Convex
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