JP4422733B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波内視鏡等の超音波診断装置であって、被観測部内にて超音波振動子を回転させて超音波観察を行うための装置に関する。

従来、メカニカル走査による超音波観察を行う超音波診断装置に関して各種のものが提案されている。例えば、特許文献１に開示されている超音波内視鏡装置は、超音波内視鏡の体腔内挿入部に挿通させた超音波診断装置（超音波プローブ）を備えている。該超音波診断装置は、体腔内に挿入した状態で回転駆動することにより体腔内の被観測部に対して超音波を発信し、超音波断層画像を得るができる装置である。

この従来の超音波診断装置は、挿入部先端部に超音波窓を兼ねる先端キャップと該先端キャップ内に配され、観測用超音波を出力するための超音波振動子と、スリップリング部を介して電気接続されるエンコーダー部およびモータ部等からなる。上記超音波振動子は、超音波伝播媒体（音響媒体）が充満した上記先端キャップ部内に支持軸中心に回転可能な状態で配されており、超音波観察時には、該超音波振動子により体腔内の被観察部に向けて超音波を放射し、そのエコー信号を取り込み、超音波観察画像信号を得ることができる。
特開２００５−１３０９４４号公報

上述した特許文献１に開示された超音波内視鏡の超音波診断装置においては、上述した超音波振動子は、必ずしも分解、または、交換等が簡単に行えるような構造が採用されているとは言えない。例えば、上記超音波振動子には中継基板が固着されており、該中継基板を介して、上記超音波振動子の信号線が上記スリップリング部に直接、半田接続されている。上記超音波振動子部単品を交換する必要が生じた場合、簡単に交換することができず、上記先端キャップを分解し、さらに、超音波振動子とスリップリング部のまわりを分解し、半田接続部分を切断するなどの煩わしい作業が必要であった。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、超音波振動子を単体で交換することが可能であり、その交換作業が容易であり、しかも、超音波振動子が組み込まれる超音波診断装置の先端部の小型化も可能であって、観察精度も高い超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波診断装置の１つは、音響レンズと電気機械変換素子とバッキング材と、ハウジングとからなる超音波振動子と、上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、上記振動子ホルダに配され、上記第一のコネクタと接続可能な第二のコネクタとを具備しており、上記超音波振動子の位置決め固定は、上記超音波振動子と上記振動子ホルダとの嵌合により行い、かつ、上記第二のコネクタは、コネクタ結合前の状態では振動子ホルダ内で接続方向と直角方向に可動の状態にあり、上記第一のコネクタとの結合により位置決めされ、上記超音波振動子の電気的接続が行われる。

本発明の超音波診断装置他の１つは、音響レンズと電気機械変換素子とバッキング材と、ハウジングとからなる超音波振動子と、上記超音波振動子を保持した状態で回転駆動される振動子ホルダと、上記超音波振動子の外側に配されたキャップと、上記キャップ内部に充填された音響媒体と、上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、上記振動子ホルダに配され、コネクタ接続前の状態では上記振動子ホルダ内で接続方向と直角方向に可動状態にあり、上記第一のコネクタと接続可能な第二のコネクタとを具備しており、上記振動子ホルダは、上記超音波振動子の外形に対応する外形形状を有し、上記超音波振動子は、上記振動子ホルダに対して上記振動子ホルダ側が弾性変形して、嵌り合うことにより位置決め固定され、かつ、上記第二のコネクタは、上記第一のコネクタとの結合により位置決めされ、上記超音波振動子の電気的接続が行われる。

本発明の超音波診断装置のさらに他の１つは、音響レンズと電気機械変換素子とバッキング材と円筒状外形部をもつハウジングとからなる超音波振動子と、上記ハウジングの円筒状外形に対応した円筒内周面形状部を有し、上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、上記振動子ホルダに配され、コネクタ接続前の状態では該振動子ホルダ内でコネクタ接続方向と直角方向に可動状態で支持される第二のコネククとを具備しており、上記超音波振動子と上記振動子ホルダのいずれかには上記超音波振動子の超音波発生方向の位置を決めるための位置決め凸部、または、凹部が形成されており、上記超音波振動子と上記振動子ホルダとは、上記振動子ホルダ側が弾性変形して上記超音波振動子の上記円筒状外形部と、上記振動子ホルダの円筒内周面形状部とが上記位置決め凸部、または、凹部を介して嵌り合い、上記超音波振動子の上記超音波発生方向の位置決めおよび固定がなされ、かつ、上記第一のコネクタと第二のコネクタとが結合することにより上記超音波振動子の電気接続が行われる。

本発明の超音波診断装置のさらに他の１つは、音響レンズと電気機械変換素子とバッキング材と円筒状外形部を有するハウジングとからなる超音波振動子と、上記ハウジングの円筒状外形に対応した円筒内周面形状部を有し、上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、振動子ホルダに配され、コネクタ接続前の状態では上記振動子ホルダ内でコネクタ接続方向と直角方向に可動である第二のコネクタとを具備しており、上記超音波振動子には上記超音波振動子の超音波発生方向の位置を決めるための凸状段差部が設けられ、上記振動子ホルダは、上記段差部に対応する嵌合部を有しており、上記超音波振動子と上記振動子ホルダの嵌合は、上記振動子ホルダが弾性変形し、前記上記超音波振動子の円筒状外形部と上記振動子ホルダの前記円筒内周面形状部とが上記段差部で嵌り合うことにより位置決め固定がなされ、かつ、第一のコネクタと第二のコネクタと結合により、超音波振動子の電気的接続がなされる。

本発明の超音波診断装置のさらに他の１つは、音響レンズと、電気機械変換素子と、バッキング材と、ハウジングとからなる超音波振動子と、上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、上記第一のコネクタと接続可能な第二のコネクタと、を具備しており、上記第一のコネクタの外形部には、上記超音波振動子の上記ハウジングに対する位置決めを行う位置きめ部が設けられ、上記第二のコネクタは、上記位置決め部により上記超音波振動子の上記ハウジングに対して上記第一のコネクタの位置決めを行い、上記ハウジングに上記振動子ホルダを装着した際に、上記第一のコネクタへの接続方向に対して直交する左右方向に可動可能に支持されると共に、上記第一のコネクタへの接続方向に沿った上下方向については移動が規制されるように上記振動子ホルダに取り付けられる。

本発明によれば、超音波振動子の交換が可能、かつ、容易であり、その交換作業が容易であり、しかも、超音波振動子が組み込まれる超音波診断装置先端部の小型化も可能であって、観察精度も高い超音波診断装置を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、下記の実施の形態においては、超音波診断装置を超音波内視鏡に適用した場合を説明する。

図１は、本発明の一実施形態の超音波診断装置を含む超音波内視鏡装置の構成を示す図であり、図２は、図１の超音波内視鏡の挿入部の先端部を拡大して概略的に示す斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図であって、上記先端部に収納される振動子ユニットの正面から見た図を示す。図４は、図２のＢ−Ｂ断面図であって、上記振動子ユニットの回動軸心ｄ0 に沿った断面を示す。図５は、図２のＣ−Ｃ断面図であって、上記振動子ユニットを上面から見た図を示す。図６は、上記振動子ユニットの分解斜視図である。

図１に示すように、超音波内視鏡装置１００は、超音波内視鏡１と、光源装置１１と、ビデオプロセッサ１２と、超音波観測装置１４と、吸引ポンプ１５と、送水タンク１６とにより主要部が構成されている。

超音波内視鏡１は、体腔内に挿入される細長な挿入部２と、この挿入部２の挿入方向の基端部に設けられた把持部を兼ねる操作部３と、該操作部３の、例えば挿入方向基端側から延出された可撓性を有するユニバーサルコード４と、該ユニバーサルコード４の延出端部の設けられたスコープコネクタ５とにより主要部が構成されている。

スコープコネクタ５には光源コネクタ６と、電気コネクタ７と、超音波コネクタ８と、吸引口金９と、送気送水口金１０とが設けられている。

光源コネクタ６に照明光を供給する光源装置１１が着脱自在である。また、電気コネクタ７に図示しない信号ケーブルを介して各種の信号処理等を行うビデオプロセッサ１２が着脱自在である。

さらに、超音波コネクタ８には超音波ケーブル１３を介して超音波観測装置１４が着脱自在である。また、吸引口金９には図示しない吸引チューブを介して吸引ポンプ１５が着脱自在である。また、送気送水口金１０には図示しない送気・送水チューブを介して送水タンク１６が着脱自在である。

超音波観測装置１４は、超音波内視鏡１の各種動作制御を行うものであって、例えば後述する超音波振動子４１の駆動制御や、この超音波振動子４１の駆動制御によって取得した電気信号の信号処理を行って映像信号を生成する動作を行う。

なお、超音波観測装置１４で生成された映像信号は、超音波内視鏡装置を構成する図示しない表示装置に出力される。その結果、この映像信号を受けた表示装置の画面上には超音波画像が表示される。

超音波内視鏡１の挿入部２は、先端側から順に、硬質部材で形成された先端硬質部２１と、例えば上下方向及び左右方向に湾曲自在に構成された湾曲部２２と、長尺でかつ可撓性を有する可撓管部２３とが連設されて構成されている。

操作部３には湾曲部２２の湾曲操作を行う湾曲操作ノブ２５と、送気送水操作及び吸引操作をそれぞれ行う送気送水吸引ボタン２６とが設けられている。

図２に示すように、先端硬質部２１の外周側面における設定位置には照明用レンズ３０と、観察用レンズ３１と、処置具用開口３２とが設けられている。

照明用レンズ３０は、ユニバーサルコード４、操作部３、挿入部２内を挿通する図示しないライトガイドを介して、光源装置１１から供給される照明光を、体腔内の被検部位となる観察部位に向けて出射するものである。この照明用レンズ３０から出射された照明光によって、体腔内における観察部位は照明される。

観察用レンズ３１は、先端硬質部２１内に設けられた、図示しない複数の対物レンズと、該対物レンズの結像位置に設けられている電荷結合素子等の図示しない撮像素子とともに、観察ユニットを構成している。

観察用レンズ３１、対物レンズによって観察された観察部位の光学像は、撮像素子の撮像面に結像された後、撮像素子において電気信号に光電変換され、その後、撮像素子から延出する、挿入部２、操作部３、ユニバーサルコード４内を挿通する図示しない撮像ケーブル、電気コネクタ７を介して、ビデオプロセッサ１２に伝送される。

ビデオプロセッサ１２は、伝送された電気信号に対して信号処理を行うことにより、標準的な映像信号を生成し、その映像信号を図示しない表示装置に出力する。その結果、表示装置の画面上に内視鏡観察画像が表示される。

処置具用開口３２は、挿入部２、操作部３内に設けられた処置具挿通管路３３の先端硬質部２１側の開口であり、処置具挿入口２７から処置具挿通管路３３内に挿入された処置具を、体腔内の被検部位に対して突出させる開口である。

先端硬質部２１の照明用レンズ３０、観察用レンズ３１、処置具用開口３２よりも挿入方向先端側には、図２に示すように、超音波観測窓を兼ね、例えば、ポリエチレンからなる円筒状のキャップ２４が装着されている。このキャップ２４内には、充填された超音波伝播用音響媒体７５中に超音波振動子ユニット４０の観察用超音波発振，エコー信号受信のための超音波振動子４１が回動可能な状態で配されている。

なお、超音波内視鏡１の挿入部２は、被検者の咽頭部を通過させて用いられることから、キャップ２４の直径は、出来るだけ小さく、例えば、２０ｍｍ以下であることが好ましい。

さらに、キャップ２４は、挿入部２が体腔内に挿入された際、体腔内の体腔壁に対し、超音波が通過する音速が１５００ｍ／ｓｅｃ程度の水、体液等のキャップ外側媒体を介して接触する。

次に超音波振動子ユニット４０の詳細な構成について、図３〜６と図７〜９を併用して説明する。

図７は、上記超音波振動子ユニットを構成する超音波振動子のハウジングと振動子側コネクタとの音軸Ｓ0 に沿った断面図である。図８は、図７のＦ−Ｆ断面図である。図９は、上記超音波振動子のコネクタ中心軸ｃ0 に沿った断面図である。

なお、音軸ｓ0 は、後述する音響レンズ４６，４９からの低，高周波の超音波の放射音軸心であって、より低周波の超音波が放射される側（音響レンズ４６側）の音軸方向を＋ｓ0 方向とし、その方向を超音波振動子の前方側とする。また、より高周波の超音波が放射される側（音響レンズ４９側）を−ｓ0 方向とする。その方向を超音波振動子の後方側とする。

また、上記超音波振動子は、振動子ホルダにより回転駆動されるがその回転軸心をｄ0 とし、この回転軸心ｄ0は、後述するように音軸Ｓ0 を通り、かつ、直交している。また、コネクタ中心軸ｃ0 は、上記超音波振動子の電気接続用コネクタの中心軸を示し、後述するように回転軸心ｄ0 に対して平行であるが、偏心量ａ0 だけずれている（図５，７）。

超音波振動子ユニット４０は、図６に示すように超音波振動子４１と、該振動子の電気接続用の第一のコネクタである振動子側コネクタ５５、および、第二のコネクタであるホルダ側コネクタ５９と、コネクタ５５，５９間に挿入されるパッキン材のＯリング６６と、超音波振動子４１を着脱可能に保持する振動子ホルダ４２と、振動子ホルダ４２に固着され、超音波振動子４１の回動軸となる駆動軸７１と、該駆動軸７１を先端硬質部２１に駆動可能に支持するためのボールベアリング７４および防水用Ｏリング７３と、さらに、上記コネクタを介して超音波振動子４１に電気接続される振動子リード線７２とからなる。

超音波振動子４１は、略円柱形状の外形を有するものであり、主に高周波の超音波励起用の電気機械変換素子である圧電素子４５と、圧電素子４５で励起される超音波を放射するための表面凹状の音響レンズ４６と、圧電素子４５の背面側への超音波振動を吸収するためのバッキング材４７と、低周波の超音波励起用の電気機械変換素子である圧電素子４８と、圧電素子４８で励起される超音波を放射するための表面凹状の音響レンズ４９と、圧電素子４８の背面側への超音波振動を吸収するためのバッキング材５０と、上記圧電素子，音響レンズ，バッキング材および振動子側コネクタ５５が組み込まれるハウジング４３，４４とからなる。（図４）
圧電素子４５，４８は、共に略長円形状を有しており、上下方向（先端基端方向）の寸法が幅方向（回転方向）の寸法より大きく、かつ、圧電素子４５の外形が圧電素子４８の外形より大である。圧電素子４５，４８の表、裏面には電極用金メッキが施されており、表面側（外側）がコモン電極となり、裏面側（内側）が＋電極となる。圧電素子４５，４８は、ハウジング４３，４４の前端面４３ｄ，後端面４４ｄに固着される。

圧電素子４８は、より高周波の超音波を励起し、圧電素子４５は、より低周波の超音波を励起する。上記圧電素子により励起された超音波は、後述する音響レンズ４６，４９を介してそれぞれの観察部位に向けて放射される。また、圧電素子４５，４８は、上記観察部位から観察画像生成のためのエコー信号を受信する。

音響レンズ４６，４９は、アクリル樹脂等のプラスチック材料からなり、それぞれが圧電素子４５，４８の外形に対応した外形を有する表面凹状の音響レンズである。そして、ハウジング４３，４４の外側であって圧電素子４５，４８の前後面に一体成形により形成される。この音響レンズ４６，４９は、圧電素子４５，４８で励起された超音波をそれぞれで異なる焦点位置にある観察部位に向けて放射する。

ハウジング４３，４４は、共に音軸ｓ0 を軸心（組み込み状態）とする円筒形状の金属部材であり、円筒内周面４３ａに外周面４４ａを嵌入させて一体結合される（図７）。

一方のハウジング４３には、前面側に配される切り欠き４３ｅと、外周方向に沿って突出して、所定幅の円周溝を形成する位置決め凸部４３ｂ，４３ｃと、凸部４３ｂ，４３ｃの間の先端側上部に配される２つの樹脂注入口４３ｆと、樹脂注入口４３ｆの間であって、コネクタ中心軸ｃ0 の位置に配されるコネクタピン挿入用切り欠き４３ｇと、下方部（基端側）にコネクタ装着用切り欠き状の開口部４３ｈが設けられる。

なお、位置決め凸部４３ｂ，４３ｃの幅の中心であって、音軸ｓ0 と上下方向に直交する中心軸は、超音波振動子ユニット４０の組み付け状態で後述する駆動軸７１の軸心と一致し、回転軸心ｄ0 となる。また、上記切り欠き４３ｅは、圧電素子４５の幅に応じた寸法の切り欠きである。

他方のハウジング４４には、外周方向に沿った突き当て凸部４４ｂと、後面側に配される切り欠き４４ｅとが設けられる。上記切り欠き４４ｅは、圧電素子４８の幅に適応した寸法の切り欠きである。

バッキング材４７，５０は、圧電素子４５，４８の内面側からの超音波振動を吸収するための発泡樹脂部材であって、共にハウジング４３，４４内にて圧電素子４５，４８の各内側に密着させて配される。

振動子側コネクタ５５は、樹脂製部材であって、図６，７に示すようにコネクタ中心軸ｃ0 に沿って、あるいは、平行に上下に突出する３本のコネクタピンが固着されている。振動子側コネクタ５５の下方側（基端側）にはホルダ側コネクタ５９が嵌合可能なコネクタ嵌合口５５ｂが設けられる。さらに、振動子側コネクタ５５のハウジング４４側の面上に凸部５５ｅ，５５ｆの間に形成されるコネクタ位置決め部としての円弧溝５５ｄが設けられる。

上記３本のコネクタピンは、中央部に配されるコモン電極コネクタピン５８と、両端側に配される圧電素子４５および４８用＋電極コネクタピン５６および５７とかならる。コネクタピン５８は、ピンの所定の高さまで絶縁体からなる絶縁保護部５５ｃで覆われている。この絶縁保護部５５ｃは、コモン電極コネクタピン５８を両側の＋電極コネクタピン５６と５７に半田付けされる接続リード線に接触させないために設けられる。

上述した構成を有する超音波振動子４１を組み立てる場合、まず、前後面部４３ｄ，４４ｄにそれぞれ圧電素子４５，４８を当て付けた状態でその前後面に音響レンズ４６，４９が一体成型されているハウジング４３，４４にてそれぞれ圧電素子４５，４８の内側に当接させた状態でバッキング材４７，５０を配置する。

そこで、ハウジング４３と４４とを内周部４４ａと外周部４３ａを嵌合させ、かつ、ハウジング４３の下方側のコネクタ装着用開口部４３ｈに振動子側コネクタ５５を挿入する。そのとき、振動子側コネクタ５５の円弧溝５５ｄにハウジング４４の円周端４４ｆを係合させて位置決めする。

但し、上記ハウジング４３と４４との嵌合に先立って、図４に示すように圧電素子４５の内側の＋電極とコネクタピン５６、さらに、圧電素子４８の内側の＋電極とコネクタピン５７とをそれぞれリード線６４，６５を介して半田接続しておく。また、コネクタ５５挿入状態でコモン電極コネクタピン５８は、ハウジング４３の切り欠き４３ｇを挿通させ、上方に突出した状態とする。

上記ハウジング４３と４４との嵌合状態で注入開口部４３ｆからハウジング内部に樹脂７６を充填する。なお、ハウジング４３と４４との嵌合状態では注入開口部４３ｆ以外は密閉状態になっている。該樹脂の固形化後、上方に突出した状態にあるコモン電極コネクタピン５８をハウジング４４側に折り曲げて突き当て凸部４４ｂ上に半田付けし、電気的接続および機械的固定がなされる。さらに、圧電素子４５の外面のコモン電極に接続される接続片５１をハウジング４３の位置決め凸部４３ｂの外周に半田付けする。また、圧電素子４８の外面のコモン電極に接続される接続片５２をハウジング４４の外周に半田付けする。この半田付け状態で超音波振動子４１が完成する。

上記超音波振動子４１においては、振動子側コネクタ５５の中心（コモン電極コネクタピン５８の位置）であるコネクタ中心軸ｃ0 は、ハウジング４３と４４両端面４３ｄ，４４ｄ（圧電素子４５，４８取り付け面）に対する中間の位置を通り、かつ、音軸ｓ0 を通る。

なお、上記音響レンズ４６，４９の成型に際して、ハウジング４３の凸部４３ｂおよびハウジング４４の凸部４４ｂは、樹脂がハウジング嵌合部となる円筒外周部４３ｉにまわり込むのを防止する機能も果たす。さらには上記凸部４３ｂ，４４ｂは、音響レンズ４６，４９が傷つけられることを防止するプロテクタとしても機能する。さらに、注入開口部４３ｆから樹脂７６をハウジング内部に注入する際にハウジング４３の凸部４３ｂ，４３ｃは、樹脂７６の外側への流れ出しを抑え、音響レンズ４６，４９に樹脂７６が付着するのを防止する。

振動子ホルダ４２は、超音波振動子４１を着脱可能に保持する略コの字形状の金属部材であって、図６等に示すようにハウジング４３の円筒外周部４３ｉに嵌合する部分であって、上方が切り欠かれた超音波振動子保持用内周部４２ｂと、内周部４２ｂの両外側に対向する振動子挟持部４２ａと、該挟持部４２ａの下方に両幅方向に貫通する側方開口部４２ｅと、下辺部に配される駆動軸螺合ねじ部４２ｄとが設けられる。

振動子挟持部４２ａの音軸ｓ0 方向の幅は、ハウジング４３の位置決め凸部４３ｂ，４３ｃの間に隙間なく係合できる寸法を有する。

振動子ホルダ４２の内周部４２ｂは、略音軸ｓ0 を中心としたハウジング４３の円筒外周部４３ｉより僅かに小さい径の円弧で形成され、かつ、該円弧角度は、必ず１８０°以上とする。

超音波振動子４１側のハウジング４３位置決め凸部４３ｂ，４３ｃ間に振動子ホルダ４２の振動子挟持部４２ａを外方に弾性変形させながら挿入し、ハウジング４３の外周部４３ｉに振動子ホルダ４２の内周部４２ｂを嵌合させることにより、超音波振動子４１を機械的な圧入保持状態で振動子ホルダ４２に装着することができる。

なお、本実施形態では、ハウジング４３側に位置決め凸部４３ｂ，４３ｃを配したが、これに代えて、振動子ホルダ４２の円筒外周部４３ｉを帯状凸面部で形成し、一方、振動子ホルダ４２側に上記凸面部に嵌合する嵌合凹部を形成し、同様に超音波振動子４１を振動子ホルダ４２に圧入保持させることも可能である。

振動子ホルダ４２の側方開口部４２ｅには、ホルダ側コネクタ５９が組み付けられた状態で該コネクタ５９の後述する両側方延出部５９ｃが摺動可能な状態で嵌入する。

ホルダ側コネクタ５９は、図６，９に示すようにＴ字形状のコネクタ部材であり、振動子側コネクタ５５のコネクタ嵌合口５５ｂに隙間なく嵌合可能なコネクタ嵌合凸部５９ｂと、両側方延出部５９ｃと、該延出部５９ｃの内側に接続リード線７２を弛めた状態で配することができる凹状の配線保持用の配線スペ−ス５９ｇと、さらに、接続リード線７２の保持部となる傾斜溝部５９ｆとを有している。

コネクタ嵌合凸部５９ｂには３本のリセプタクルが挿入固着されている。すなわち、中央の音軸ｓ0 に沿ってコモン電極リセプタクル６３が固着され、その両側に＋電極リセプタクル６１，６２が音軸ｓ0と平行な方向に沿って固着されている。上記リセプタクル６１，６２，６３には、それぞれコネクタ嵌合凸部５９ｂの下方部に突出するリード線半田付け用タブが設けられている。

ホルダ側コネクタ５９は、振動子ホルダ４２に対して両側方延出部５９ｃを側方開口部４２ｅに摺動可能に挿入させて取り付ける。従って、コネクタ中心軸ｃ0 と一致するコネクタ接続方向に対して直交する左右方向（図９のｘ方向）へは微少量可動（言い換えると、コネクタ結合位置に合わせた移動が可能な状態）に支持される。しかし、ホルダ側コネクタ５９のコネクタ中心軸ｃ0 に沿った上下方向（図９のｙ方向）への移動は規制される（言い換えると、コネクタ挿抜方向の移動が規制される）。

駆動軸７１は、硬質管状部材であって、上端部にネジ部７１ａが設けられる。このネジ部７１ａは、振動子ホルダ４２のネジ部４２ｄに螺着され、駆動軸７１が振動子ホルダ４２と一体化される。上記一体化状態では、駆動軸７１の軸心である回転軸心ｄ0 は、振動子ホルダ４２のコネクタ中心軸ｃ0 に対して偏心量ａ0 だけ前方側（音軸ｓ0 の＋方向）にずれている。

振動子ホルダ４２に螺着された駆動軸７１の管内部に振動子リード線７２を挿通させる。該リード線７２は、＋電極用リード線７２ａ，７２ｂおよびコモン電極用リード線７２ｃからなり、それぞれホルダ側コネクタ５９の各リセプタクル６１，６２，６３のタブにに半田接続される。

図９に示すようにリード線７２の半田付け後、リセプタクル６１，６２，６３のタブ半田付け部まわりに樹脂６７を充填し、固形化して、保護状態とする。そして、リード線７２は、ホルダ側コネクタ５９の下部の配線スペース５９ｇ、あるいは、傾斜溝５９ｆに折り込んで収納した状態に保たれ、締結部材である結束バンド６８、あるいは、ひもや輪ゴム等により両側方延出部５９ｃの片方に結び付けて一体固定化される。

上述のようにリード線７２が半田接続され、かつ、リセプタクル６１，６２，６３のタブまわりが樹脂で固められたコネクタ５９は、両側方延出部５９ｃを振動子ホルダ４２の側方開口部４２ｅに挿入し、振動子ホルダ４２に装着される。さらに、振動子ホルダ４２には下方側から駆動軸７１がネジ部４２ｄに螺着され、一体化される。

超音波振動子４１は、上述のように駆動軸７１およびホルダ側コネクタ５９が組み付けられた振動子ホルダ４２に対してハウジング４３の外周部４３ｉを内周部４２ｂに圧入嵌合させて着脱可能な状態で装着される。

超音波振動子４１を振動子ホルダ４２に装着するとき、同時に振動子側コネクタ５５のコネクタ嵌合口５５ｂにホルダ側コネクタ５９のコネクタ嵌合凸部５９ｂを嵌合させ、上記コネクタピンと上記リセプタクルとを電気接続状態とする。上述のようにコネクタ嵌合凸部５９ｂを嵌合させることによってコネクタ５９が微動するときに上記リード線とリセプタクルとの半田付け部分に応力が作用することが防止できる。

上記コネクタ嵌合（結合）状態ではホルダ側コネクタ５９が上述したようにｘ方向に移動可能であるのでコネクタの心ずれがあっても中心が合致した状態で嵌入できる。また、コネクタ押圧方向にはホルダ側コネクタ５９のｙ方向への移動は、コネクタ５９の両側方延出部５９ｃが振動子ホルダ４２の側方開口部４２ｅに嵌入している。従って、両側方延出部５９ｃがコネクタ嵌合方向のストッパ部として作用し、コネクタの外れ確実に防止できる。

なお、コネクタ５５，５９を嵌合させる場合、該コネクタ嵌合部にはパッキン材としてシール用Ｏリング６６が挿入される（図６）。また、リード線７２の基端側は、挿入部２を経てユニバーサルコード４内の信号ケーブル１７に電気接続される。

上記超音波振動子４１と振動子ホルダ４２の組み付け時、ホルダ側コネクタ５９が振動子ホルダ４２のスペ−ス内で軸方向で寸法的に詰まった状態になった場合は、両側方延出部５９ｃの腕部が上下に弾性変形することにより上記詰まりを許容でき、無理なくホルダ側コネクタ５９を振動子ホルダ４２に収納することができる。

また、上記コネクタ５５，５９の結合状態を外す場合には、ホルダ側コネクタ５９が上述のようにｙ方向への移動は規制されているので、上記コネクタを容易に取り外すことができる。

超音波振動子４１が振動子ホルダ４２に装着された状態の超音波振動子ユニット４０は、前述した先端硬質部２１の先端部に取り付けられられる。詳しくは、図３，４に示すように振動子ホルダ４２側の駆動軸７１を先端硬質部２１の先端にシール用Ｏリング７３を挿通させ、ボールベアリング７４を介して回転可能な状態で取り付ける。

さらに、超音波振動子４１を覆う状態で前述したキャップ２４を被せて先端硬質部２１の先端部に固着する。該キャップ内部に音響媒体７５を充填して、キャップ先端をプラグ２８により閉鎖する。

なお、音響媒体７５は、超音波振動子４１の回動潤滑性を向上させるとともに、超音波振動子４１の回動時の音響媒体７５中での気泡の発生を防ぐ。その目的から上述したキャップ外側媒体よりも超音波が通過する音速が遅いグリセリン等の油系媒体が適用される。

上述した超音波振動子ユニット４０の取り付け状態では、駆動軸７１の軸心である回転軸心ｄ0 は、キャップ２４の円筒中心軸に一致する（言い換えると、音軸ｓ0 と直交する）。

ところで音響レンズ４６，４９の各前面とキャップ２４の内周面までの離間距離は、それぞれ超音波出力の減衰を抑えるために限界まで少なくする必要がある。一方、前述したように低周波側の圧電素子４５および音響レンズ４６の回転方向の幅は、高周波側の圧電素子４８および音響レンズ４９の回転方向の幅より広く設定されている。そのために音響レンズ４６の前面とキャップ２４の内周面までの離間距離ｅ1 は、音響レンズ４０の前面とキャップ２４の内周面までの離間距離ｅ2 より大きい。

従って、上記の位置関係を満足するためには前述したように超音波振動子４１の中心軸となるコネクタ中心軸ｃ0 は、回転軸心ｄ0 に対して必然的に偏心させる必要がある。その偏心量ａ0 は、およそ（ｅ1−ｅ2 ）×１／２となる。

超音波振動子ユニット４０にて、超音波振動子４１の交換が必要となった場合、まず、キャップ２４を先端硬質部２１から取り外す。超音波振動子４１を振動子ホルダ４２から振動子挟持部４２ａを広げながら引き抜くと、振動子側コネクタ５５とホルダ側コネクタ５９との結合が外れ、同時に超音波振動子４１は、完全に振動子ホルダ４２から振動子ホルダ４２から分離される。そのとき、ホルダ側コネクタ５９は、振動子ホルダ４２の両側方開口部４２ｅにより保持されており、確実にコネクタの引き離しができる。

そして、新しい超音波振動子４１を振動子ホルダ４２に嵌め込むことにより超音波振動子ユニット４０の再生ができる。

以上、説明した構成を有するより被検部位の超音波観測を行う場合、超音波振動子４１は、回転軸心ｄ0 を中心に回転しながら被検部位に対してより高周波、または、より低周波の超音波を放射する。放射後、被検部位から反射される超音波を受信して電気信号に変換し、該電気信号は、信号ケーブル１７、超音波コネクタ８、超音波ケーブル１３を介して超音波観測装置１４に伝送される。

超音波観測装置１４は、上記伝送された電気信号に対して信号処理を行うことにより、超音波画像信号を生成し、その超音波画像信号を図示しない表示装置に出力する。その結果、表示装置の画面上に超音波画像が表示される。

超音波振動子４１は、周波数の異なる圧電素子４５，４８を備えており、該振動子が回動することにより被検部位に対向させて、圧電素子４５，４８のいずれかから被検部位に対して超音波を放射し、超音波振動子４１に対する距離の異なる被検部位の良好な超音波画像を得ることができる。

上記説明したように本実施形態の超音波診断装置を構成する超音波振動子ユニット４０によれば、超音波振動子４１を単体で交換することが可能であり、その交換作業が容易であり、しかも、超音波振動子が組み込まれる超音波プローブの先端部の小型化も可能であって、観察精度も高い超音波診断装置を提供することができる。

詳しくは、本実施形態の超音波振動子ユニット４０によれば、超音波振動子４１が振動子ホルダ４２と嵌合することにより音軸方向の位置決めされて装着され、かつ、上記嵌合時に振動子側コネクタ５５とホルダ側コネクタ５９を結合させて電気接続を行う、従って、上記超音波振動子の位置決めと上記コネクタの結合とを同時に、かつ、確実に行うことができる。また、上記コネクタ結合前の状態で上記ホルダ側コネクタは可動支持されており、コネクタ結合後に固定支持されるので無理のない状態で確実に電気接続がなされる。

さらに、上述のように超音波振動子４１を振動子ホルダ４２に対して嵌合、位置決めする場合、振動子ホルダ４１を弾性変形させて嵌合させるので上記超音波振動子の位置決めをガタなく、正確に行うことができる
上記超音波振動子４１と振動子ホルダ４２との嵌合、保持状態では上記超音波振動子の回転軸心と上記コネクタの軸心とが偏心している。言い換えると、上記振動子ホルダの中心に対して上記超音波振動子の回転軸心が偏っている。従って、上記超音波振動子が非対称の形状を有しているものに対して好適な配置を採用することができる
ホルダ側コネクタ５９には振動子ホルダ４２と嵌入する両側方延出部５９ｃが設けられている。従って、上記超音波振動子を上記振動子ホルダから抜き取るとき、該両側方延出部５９ｃがストッパ部として機能し、上記ホルダ側コネクタが上記振動子ホルダから抜け出さない。

ホルダ側コネクタ５９に設けられている両側方延出部５９ｃは、コネクタ嵌合方向（押し付け方向）に対して弾性変形可能な形状になっている。従って、コネクタ結合時の寸法の詰まりによる異常な押しつけ力発生が緩和される。

振動子側コネクタ５５とホルダ側コネクタ５９との嵌合部には、シール用のＯリング６６が嵌め込まれる。従って、音響媒体７５の超音波振動子４１内部への侵入が防止される。

ホルダ側コネクタ５９の両側方延出部５９ｃの下方内側に凹状の配線保持用の配線スペ−ス５９ｇを設けているので、接続リード線７２を弛めた状態でも配することができ、配線作業がやりやすく、かつ、リード線に異常な力が作用しない状態で配線することができる。

ホルダ側コネクタ５９の接続端子部であるリセプタクルに接続されたリード線７２は、配線保持スペース部５９ｇに保持された状態で延出部５９ｃに対して結束バンドにより固定され、一体化される。従って、ホルダ側コネクタ５９が微動したとしてもリード線７２の半田接続部に力が作用することを防止できる。

ホルダ側コネクタ５９の両側方延出部５９ｃの下方内側に凹状の配線保持用の配線スペ−ス５９ｇの角部に上記接続リード線の保持部となる傾斜溝部５９ｆを設けたので、上記接続リード線を無理なく保持することができる。

超音波振動子４１のハウジングの円筒状外形部と振動子ホルダ４２の円筒内周面形状部とを嵌合させ、超音波振動子４１の位置決め凸部４３ｂ，４３ｃによって上記振動子ホルダに対する音軸方向の位置決めを行うので、超音波振動子４１の超音波発生方向の位置を正確に位置決めできる。なお、位置決め凸部４３ｂ，４３ｃは、振動子ホルダに設けてもよく、あるいは、超音波振動子４１，振動子ホルダのいずれかに設ける凹部によって上記位置決めを行ってもよい。なお、いずれの場合も上記嵌合時にコネクタの結合も同時に行われる。また、上記位置決め凸部４３ｂ，４３ｃは、凸状の段差部で形成されて上記と同様の効果を奏することができる。

超音波振動子４１と振動子ホルダ４２との電気接続用の振動子側コネクタのグランド端子であるコモン電極コネクタピン５８は、超音波振動子のハウジングの外周部で電気的、かつ、機械的に固定されており、上記コネクタの固定およびコネクタピンの電気接続を同時に行うことができる。

振動子コネクタ５５のコモン電極コネクタピン５８の根本部には、絶縁保護部５５ｃが設けられており、コモン電極コネクタピン５８の両外側に配される＋電極コネクタピン５６および５７に接続されるリード線とコモン電極コネクタピン５８と接触することが防止される。

振動子側コネクタ５５には上記超音波振動子４１のハウジング内に組み込むときの該ハウジング円周端４４ｆに係合する位置決め用円弧溝５５ｄが設けられており、上記振動子側コネクタを上記ハウジングに対して正確に位置決めすることができる。

次に、上記実施形態の超音波振動子４１のコネクタ部の変形例として逆差し防止機能を有するものについて説明する。

図１０は、本変形例のコネクタの嵌合部形状を示す図であって、図１０（Ａ）が本変形例の振動子側コネクタ５５Ａの嵌合開口部５５Ａｂを図６のＨ方向からみた図である。図１０（Ｂ）は、本変形例のホルダ側コネクタ５９Ａのコネクタ凸部５９Ａｂを図６のＩ方向からみた図である。

振動子側コネクタ５５Ａの嵌合開口部５５Ａｂは、図１０（Ａ）に示すように上下対称の台形形状を有している。また、ホルダ側コネクタ５９Ａのコネクタ凸部５９Ａｂも上下対称の台形形状を有しており、上記嵌合開口部５５Ａｂと特定の嵌合姿勢でのみ嵌合可能となっている。従って、コネクタ５５Ａと５９Ａとは逆差しができず、必ず正常な結合がなされる。なお、コネクタの嵌合部形状は、左右対称の形状であっても効果は同様である。

また、本実施形態の超音波振動子４１は、振動子ホルダ４２に機械的な圧入保持されて着脱可能に取り付けられる構造が適用された。その振動子ホルダの振動子ホルダへの着脱可能な取り付け構造の変形例として、振動子側コネクタとホルダ側コネクタの結合に機械的なロック機構を併用したものを提案できる。

上記変形例においては、振動子側コネクタとホルダ側コネクタとを嵌合部との凸部との嵌合に加えてロック爪を設け、両コネクタの結合状態および超音波振動子の機械的保持を行う。この変形例では、振動子ホルダに振動子挟持部を設ける必要がない。

この発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

本発明の超音波診断装置は、超音波振動子の交換が可能、かつ、容易であり、しかも、超音波振動子が組み込まれる超音波診断装置の先端部の小型化も可能であって、観察精度も高い超音波診断装置として利用が可能である。

本発明の一実施形態の超音波診断装置を含む超音波内視鏡装置の構成を示す図である。 図１の超音波内視鏡の挿入部の先端部の斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図であって、上記先端部に収納される振動子ユニットの正面から見た図を示す。 図２のＢ−Ｂ断面図であって、上記振動子ユニットの回動軸心ｄ0 に沿った断面を示す。 図２のＣ−Ｃ断面図であって、上記振動子ユニットを上面から見た図を示す。 図３の振動子ユニットの分解斜視図である。 図６の超音波振動子を構成するハウジングと振動子側コネクタとの音軸Ｓ0 に沿った断面図である。 図７のＦ−Ｆ断面図である。 図６の超音波振動子ユニットのコネクタ中心軸ｃ0 に沿った断面図である。 図６の一実施形態の超音波振動子のコネクタ部に対する変形例のコネクタの嵌合部形状を示す図であって、図１０（Ａ）が本変形例の振動子側コネクタの嵌合開口部を図６のＨ方向からみた図である。図１０（Ｂ）は、本変形例のホルダ側コネクタのコネクタ凸部を図６のＩ方向からみた図である。

符号の説明

２４ …キャップ
４１ …超音波振動子
４２ …振動子ホルダ
４３，４４…ハウジング
４５，４８…圧電素子（電気機械変換素子）
４６，４９…音響レンズ
４７，５０…バッキング材
５５ …振動子側コネクタ（第一のコネクタ）
５５ｃ…絶縁保護部（保護部材）
５６，５７…＋電極側のコネクタピン
（隣り合う端子）
５８ …コモン電極コネクタピン（グランド端子）
５９ …ホルダ側コネクタ（第二のコネクタ）
５９ｃ…両側方延出部（ストッパ部）
５９ｆ…傾斜溝部（配線を保持する溝部）
５９ｇ…配線スペース（配線保持スペース部）
６６ …Ｏリング（パッキン材）
７５ …音響媒体
ｓ0 …超音波の音軸（超音波発生方向の軸）
ｄ0 …超音波振動子回転軸心
ｃ0 …コネクタ中心軸

Claims (12)

1. 音響レンズと、電気機械変換素子と、バッキング材と、ハウジングとからなる超音波振動子と、
   上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、
   上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、
   上記振動子ホルダに配され、上記第一のコネクタと接続可能な第二のコネクタと、
   を具備しており、上記超音波振動子の位置決め固定は、上記超音波振動子と上記振動子ホルダとの嵌合により行い、かつ、上記第二のコネクタは、コネクタ結合前の状態では振動子ホルダ内で接続方向と直角方向に可動の状態にあるが上記第一のコネクタとの結合により位置決めがなされ、上記超音波振動子の電気的接続がなされることを特徴とする超音波診断装置。
2. 音響レンズと、電気機械変換素子と、バッキング材と、ハウジングとからなる超音波振動子と、
   上記超音波振動子を保持した状態で回転駆動される振動子ホルダと、
   上記超音波振動子の外側に配されたキャップと、
   上記キャップ内部に充填された音響媒体と、
   上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、
   上記振動子ホルダに配され、コネクタ接続前の状態では上記振動子ホルダ内で接続方向と直角方向に可動状態にあり、上記第一のコネクタと接続可能な第二のコネクタと、
   を具備しており、上記振動子ホルダは、上記超音波振動子の外形に対応する外形形状を有し、上記超音波振動子は、上記振動子ホルダに対して上記振動子ホルダ側が弾性変形して、嵌り合うことにより位置決め固定され、かつ、上記第二のコネクタは、上記第一のコネクタとの結合により位置決めされ、上記超音波振動子の電気的接続が行われることを特徴とする超音波診断装置。
3. 上記超音波振動子の回転軸心と上記第一のコネクタと第二のコネクタとの中心軸とは偏心していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 上記第二のコネクタは、上記振動子ホルダとの間に、第一のコネクタと第二のコネクタを外すときに、第二のコネクタが上記振動子ホルダから抜け出ないためのストッパ部を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
5. 上記第二のコネクタに弾性変形部を設け、超音波振動子と上記振動子ホルダの嵌合状態における、第一のコネクタによる第二のコネクタの押し付け力を緩和させることが可能な請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 第一のコネクタと第二のコネクタとの嵌合部にパッキン材を配したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
7. 上記第二のコネクタには配線を保持するための配線保持スペース部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
8. 上記第二のコネクタの接続端子部に接続された上記配線は、配線保持スペース部に保持された状態で上記第二のコネクタに対して締結部材により固定されることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 第二のコネクタに配線保持するための溝部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
10. 音響レンズと、電気機械変換素子と、バッキング材と、円筒状外形部をもつハウジングとからなる超音波振動子と、
    上記ハウジングの円筒状外形に対応した円筒内周面形状部を有し、上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、
    上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、
    上記振動子ホルダに配され、コネクタ接続前の状態では該振動子ホルダ内でコネクタ接続方向と直角方向に可動状態で支持される第二のコネククと、
    を具備しており、上記超音波振動子と上記振動子ホルダのいずれかには上記超音波振動子の超音波発生方向の位置を決めるための位置決め凸部、または、凹部が形成されており、上記超音波振動子と上記振動子ホルダとは、上記振動子ホルダ側が弾性変形して上記超音波振動子の上記円筒状外形部と、上記振動子ホルダの円筒内周面形状部とが上記位置決め凸部、または、凹部を介して嵌り合い、上記超音波振動子の上記超音波発生方向の位置決めおよび固定がなされ、かつ、上記第一のコネクタと第二のコネクタとが結合することにより上記超音波振動子の電気接続が行われることを特徴とする超音波診断装置。
11. 音響レンズと、電気機械変換素子と、バッキング材と、円筒状外形部を有するハウジングとからなる超音波振動子と、
    上記ハウジングの円筒状外形に対応した円筒内周面形状部を有し、上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、
    超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、
    振動子ホルダに配され、コネクタ接続前の状態では上記振動子ホルダ内でコネクタ接続方向と直角方向に可動である第二のコネクタと、
    を具備しており、上記超音波振動子には上記超音波振動子の超音波発生方向の位置を決めるための凸状段差部が設けられ、上記振動子ホルダは、上記段差部に対応する嵌合部を有しており、上記超音波振動子と上記振動子ホルダの嵌合は、上記振動子ホルダが弾性変形し、前記上記超音波振動子の円筒状外形部と上記振動子ホルダの前記円筒内周面形状部とが上記段差部で嵌り合うことにより位置決め固定がなされ、かつ、第一のコネクタと第二のコネクタと結合により、超音波振動子の電気的接続がなされることを特徴とする超音波診断装置。
12. 音響レンズと、電気機械変換素子と、バッキング材と、ハウジングとからなる超音波振動子と、
    上記超音波振動子を保持する振動子ホルダと、
    上記超音波振動子の内部に固定された第一のコネクタと、
    上記第一のコネクタと接続可能な第二のコネクタと、
    を具備しており、
    上記第一のコネクタの外形部には、上記超音波振動子の上記ハウジングに対する位置決めを行う位置きめ部が設けられ、
    上記第二のコネクタは、上記位置決め部により上記超音波振動子の上記ハウジングに対して上記第一のコネクタの位置決めを行い、上記ハウジングに上記振動子ホルダを装着した際に、上記第一のコネクタへの接続方向に対して直交する左右方向に可動可能に支持されると共に、上記第一のコネクタへの接続方向に沿った上下方向については移動が規制されるように上記振動子ホルダに取り付けられることを特徴とする超音波診断装置。

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