JP4468523B2 - 超音波プローブ駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波プローブの回転及び進退動を行う超音波プローブ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平８−５６９４７号公報では、体腔内へ挿入される挿入部の先端に、超音波振動子を回転及び挿入軸方向に進退駆動させて超音波三次元画像の構築を可能にした三次元走査用超音波プローブが記載されている。
【０００３】
このような三次元走査用超音波プローブを駆動する超音波プローブ駆動装置（特開平８−５６９４７号公報の駆動ユニット）においては、超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部及びこの先端部を一端側に設けた可撓性シャフトから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブの可撓性シャフトを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行っている。このような超音波プローブ駆動装置では、ラジアル駆動ユニットとリニア駆動ユニットとを設けている。ラジアル駆動ユニットは、前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータと、前記超音波プローブを着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構と、前記ラジアル駆動用モータの動力を前記超音波プローブの可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構とから成っている。リニア駆動ユニットは、前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータと、前記ラジアル駆動ユニットを進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイドと、前記リニア駆動用モータの動力をリニア移動ガイドに伝達するリニア駆動力伝達機構とから成っている。
【０００４】
ここで、特開平８−５６９４７号公報の駆動ユニットでは、ラジアル駆動ユニットとリニア駆動用モータを直列に配置している。
【０００５】
また、超音波プローブ駆動装置では、ラジアル駆動ユニットと制御基板とを、ラジアル駆動ユニットの外側に配置されたリード線によって接続しているものがある。また、超音波振動子から伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプがラジアル駆動用モータの外側にモータの回転軸に平行に配置されたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−５６９４７号公報の駆動ユニットでは、ラジアル駆動ユニットとリニア駆動用モータを直列に配置しているので、装置の全長が長くなってしまい、小型化の妨げとなっている。
【０００７】
また、ラジアル駆動ユニットと制御基板とを、ラジアル駆動ユニットの外側に配置されたリード線によって接続した超音波プローブ駆動装置では、前記リード線により前面投影面積を増やしてしまい、装置の小型化の妨げとなっていた。
【０００８】
また、ヘッドアンプをラジアル駆動モータの外側の回転軸に平行に配置している場合、前記ヘッドアンプにより前面投影面積を増やしてしまい、装置の小型化の妨げとなる。
【０００９】
そこで本発明は、超音波プローブに対してラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能で、かつ小型であつかいやすい超音波プローブ駆動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波プローブ駆動装置は、超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部及びこの先端部を一端側に設けた可撓性シャフトから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブの可撓性シャフトを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行う超音波プローブ駆動装置において、前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータ、前記超音波プローブを着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構及び前記ラジアル駆動用モータの動力を前記超音波プローブの可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構を含むラジアル駆動ユニットと、前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータ、前記ラジアル駆動ユニットを進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイド及び前記リニア駆動用モータの動力をリニア移動ガイドに伝達するリニア駆動力伝達機構を含むリニア駆動ユニットと、外部からの接続コードが接続されると共に、前記リニア駆動ユニットに直列に配置され、前記ラジアル駆動ユニット及び前記リニア駆動ユニットに電気的に接続されて前記ラジアル走査を制御する制御基板と、を備え、相互に直列に配置される前記リニア駆動用モータと前記制御基板との配置領域は、前記ラジアル駆動ユニットの進退方向に並列で且つ進退範囲に対応した領域であり、前記制御基板に対して移動する前記ラジアル駆動ユニットと前記制御基板とは平坦で湾曲自在な部材により電気的に接続されており、前記平坦で湾曲自在な部材は前記ラジアル駆動ユニットの進退に必要なスペースに前記ラジアル駆動ユニットの前面投影面内で湾曲して配置されることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、前記リニア駆動用モータは前記ラジアル駆動ユニットのリニア移動範囲内であり、かつ前記ラジアル駆動ユニットと並列の位置に配置されるので、装置の全長を短縮でき、超音波プローブに対してラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能で、かつ小型であつかいやすい超音波プローブ駆動装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す右側方から見た断面図、図２は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す上側から見た断面図、図３は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す左側から見た断面図、図４は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す正面から見た断面図、図５は超音波プローブ駆動装置を用いた超音波診断装置の概略構成を説明する説明図である。
【００１４】
まず、図５を用いて超音波診断装置の概略構成を説明する。
【００１５】
図５において、本発明の超音波プローブ駆動装置を用いた超音波診断装置１は、それぞれ着脱自在な超音波プローブ２、アウターシース３を備え、これら超音波プローブ２、アウターシース３を組み付けて構成される体腔内プローブ４と、この体腔内プローブ４の基端部が着脱自在に接続され、後述する超音波振動子を挿入軸方向に対して回転駆動させたり、或いは回転及び進退駆動させる駆動手段を備えた超音波プローブ駆動装置５と、超音波信号を制御する観測装置６と、前記超音波プローブ駆動装置５の駆動制御部及び画像処理部を有する画像処理装置７と、この画像処理装置７から出力される映像信号を基に超音波画像を表示するモニタ８とで主に構成される。
【００１６】
アウターシース３は、挿入部３ａと接続部３ｂを有し、超音波プローブ２と同様に接続部３ｂによって超音波プローブ駆動装置５に着脱自在になっている。
【００１７】
前記超音波プローブ駆動装置５は、支持アーム９の端部に固定されている。この超音波プローブ駆動装置からは基端部が二股に分かれる信号ケーブル５ａが延出しており、この信号ケーブル５ａの端部にはそれぞれ前記観測装置６に電気的に接続される観測装置用コネクタ５ｂと前記画像処理装置７に電気的に接続される画像処理装置用コネクタ５ｃとが設けられている。そして、前記観測装置６、前記画像処理装置７、前記モニタ８、前記支持アーム９はカート１０に載置されている。
【００１８】
なお、前記観測装置６と前記画像処理装置７との間及び前記画像処理装置７とモニタ８の間は、背面パネルの図示しない信号ケーブルを介してそれぞれ電気的に接続されている。
【００１９】
次に、図１乃至図４を用いて超音波プローブ駆動装置５について詳細に説明する。
【００２０】
図１において、超音波プローブ駆動装置５は、超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部２ａ及びこの先端部２ａを一端側に設けた可撓性シャフト２ｂから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブ２の可撓性シャフト２ｂを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ２全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行うようになっている。
【００２１】
超音波プローブ駆動装置５は、前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータ１１、前記超音波プローブ２を着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構（コネクタ１３）及び前記ラジアル駆動用モータ１１の動力を前記超音波プローブ２の可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構１２を含むラジアル駆動ユニット１０と、前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータ２２、前記ラジアル駆動ユニット１０を進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイド２１及び前記リニア駆動用モータ２２の動力をラジアル駆動ユニット１０に伝達するリニア駆動力伝達機構２３を含むリニア駆動ユニット２０と、を備え、前記リニア駆動用モータ２２は前記ラジアル駆動ユニット１０のリニア移動範囲内でありかつ前記ラジアル駆動ユニット１０と並列の位置に配置している。
【００２２】
超音波プローブ２は、可撓性シャフト２ｂの一端側に先端部２ａを設け、可撓性シャフト２ｂの他端側にコネクタ部２ｃを設けている。コネクタ部２ｃは、ラジアル駆動ユニット１０のコネクタ部１３と着脱自在な状態で接続するようになっている。これにより、ラジアル駆動ユニット１０は、超音波プローブ２を着脱自在に保持し、超音波プローブ２の先端部２ａに内蔵された超音波振動子を回転させことによりラジアル走査を行う。
【００２３】
ラジアル地板１４は、ラジアル駆動用モータ１１とラジアル駆動力伝達機構１２と図２に示すスリップリングエンコーダ４１とコネクタ１３を支持している。
【００２４】
ラジアル駆動ユニット１０はリニア移動ガイド２１によって案内され、進退可能である。この進退動作をリニア駆動（リニア走査の駆動）という。リニア駆動時には、ラジアル駆動ユニット１０と超音波プローブ２とが一体的に移動する。
【００２５】
以下、ラジアル駆動ユニット１０について詳細に説明する。
【００２６】
ラジアル駆動ユニット１０はリニア駆動ユニット２０のリニア移動ガイド２１によって進退する。ラジアル駆動用モータ１１はラジアル駆動（ラジアル走査の駆動）の動力源である。
【００２７】
ラジアル駆動力伝達機構１２は、適当な回転速度比を持ち、ラジアル駆動用モータ１１の回転を超音波プローブ２の回転に適した速度、駆動トルクに変換して図２に示すスリップリングエンコーダ４１に伝達する。具体的な構成はギアやベルトやシャフトなどによる伝達機構が考えられるが、目的を達成できるのならどのような構成でも構わない。
【００２８】
次に各種基板について詳細に説明する。
【００２９】
制御基板３１は、前記超音波振動子や図２のエンコーダ部４１ｂなどの情報を処理したり、図５の観測装置６と情報をやり取りする役目があり、リニア移動ガイド２１と略平行かつリニア駆動用モータ２２と直列の位置に配置されている。この場合、制御基板３１は図５の観測装置６へとつながる接続コード３２や、リニア駆動用モータ２２との接続コード３３が接続されている。
【００３０】
ヘッドアンプ基板３４は、フレキシブル基板であり、ヘッドアンプ部３４ａと、制御基板３１に対する接続部３４ｂとで構成されている。
【００３１】
ヘッドアンプ部３４ａは、ラジアル駆動力伝達機構１２のラジアル駆動用モータ１１と向かい合う側に取り付けられ、ラジアル駆動用モータ１１との接続コード３５や図２のスリップリングエンコーダ４１との接続コード３６が接続される。
【００３２】
制御基板３１との接続部３４ｂは図４に示すラジアル駆動ユニット１０の前面投影面積内に配設され、制御基板３１へ接続される。従つてラジアル駆動ユニット１０との観測装置６とは、ヘッドアンプ基板３４と制御基板３１を通して導通される。
【００３３】
図２及び図３において、スリップリングエンコーダ４１は、超音波プローブ２の可撓性シャフト２ｂに中心軸４１ａが接続されており、可撓性シャフト２ｂから伝達された回転駆動力により中心軸４１ａを回転させる。これにより、中心軸４１ａの回転に同期してエンコーダ部４１ｂからパルス信号が発生する。このパルス信号によって、制御基板３１はラジアル駆動回転数の制御を行う。スリップリング部４１ｃは、コネクタ１３との導通を確保し、電気信号の通り道ともなっている。
【００３４】
このような構成により、ラジアル駆動ユニット１０は超音波プローブ２を保持し超音波振動子２ａを回転させるのでラジアル駆動が可能となる。
【００３５】
以下、リニア駆動ユニット２０について詳細に説明する。
【００３６】
図２において、リニア地板４８は、図１及び図４に示すリニア移動ガイド２１とリニア駆動用モータ２２とリニア駆動力伝達機構２３とを支持し、リニア駆動ユニット２０を構成する。リニア移動ガイド２１は、図１及び図４に示すように、リニア駆動用モータ２２と直列に配置される。
【００３７】
図２乃至図４において、リニア駆動用モータ２２は、リニア駆動の動力源であり、ピニオンギヤ４２が、シャフトに固定されている。
【００３８】
図２において、リニア駆動力伝達機構２３は、適当な回転速度比を持ち、リニア駆動用モータ２２の回転をリニア移動に適した速度、駆動トルクに変換する。本実施の形態ではギヤとベルトによる構成としたか、目的を達成できるのならどのような構成でもかまわない。
【００３９】
リニア駆動力伝達機構２３の内容を以下に記す。
【００４０】
図３及び図４に示すように、減速ギヤ４３はピニオンギヤ４２に噛合し、リニア駆動用モータ２２の駆動力をドライブプーリ４４に伝達する。
【００４１】
図２及び図３において、ドライブプーリ４４とドリブンプーリ４５との間に伝達ベルト４６が掛けられている。
【００４２】
ドライブプーリ４４とドリブンプーリ４５は伝達ベルト４６が図１に示すリニア移動ガイド２１と平行になるように配置される。
【００４３】
プーリホルダ４７はドリブンプーリ４５を支持している。
【００４４】
本実施の形態ではプーリホルダ４７は、リニア地板４８にビスにより固定されているが、伝達ベルト４６がたるまなければよいので、ばね等によりテンションをかける構成でもよい。
【００４５】
図２に示すギヤ地板４９は減速ギヤ４３とドライブプーリ４４が外れないようにするための部材で、リニア地板４８に固定されている。
【００４６】
リニア駆動ユニット２０は、リニア駆動用モータ２２を回転させることで伝達ベルト４６がリニア移動がイド２１を平行に駆動する。
【００４７】
次にラジアル駆動ユニット１０がリニア移動する構成について説明する。
【００４８】
図１において、ラジアル駆動ユニット１０は、リニア移動ガイド２１のステージ２１ａに固定されており、ステージ２１ａはレール２１ｂに沿って移動する。
【００４９】
図２及び図３において、ラジアル地板１４は伝達ベルト４６の一部と機械的に結合されている。リニア駆動用モータ２２を駆動し伝達ベルト４６が駆動されると、ラジアル地板１４がリニア移動ガイド２１に沿ってリニア移動するので、ラジアル駆動ユニット１０がリニア移動することになる。
【００５０】
図６乃至図８はラジアル駆動ユニット１０の動作を示す説明図であり、図６はラジアル駆動ユニット１０が前端にいる状態を示し、図７は中間位置を示し、図８は後端にいる状態を示している。
【００５１】
図６乃至図８では、アウターシース３に超音波プローブ２を先端部２ａから挿入することにより体腔内プローブ４を構成し、この状態で超音波プローブ２のコネクタ部２ｃをラジアル駆動ユニット１０のコネクタ部１３に接続している。
【００５２】
リニア駆動用モータ２２の第１の方向に回動すると、リニア移動ガイド２１のステージ２１ａに取り付けたラジアル駆動ユニット１０がレール２１ｂに沿って図６の状態から図７の状態、図７の状態から図８の状態に移動する。リニア駆動用モータ２２の第１の方向とは逆の第２の方向に回動すると、ラジアル駆動ユニット１０がレール２１ｂに沿って図８の状態から図７の状態、図７の状態から図６の状態に移動する。これにより超音波プローブ２を進退させ、先端部２ａをアウターシース３の中で進退させることができる。このようなリニア移動中にラジアル駆動ユニット１０が超音波プローブ２の先端部２ａに内蔵された超音波振動子を回転させラジアル走査を行うことにより、３次元駆動が可能となる。
【００５３】
このような発明の実施の形態によれば、ラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能であるとともに、前記リニア駆動用モータ２２は前記ラジアル駆動ユニット１０のリニア移動範囲内でありかつ前記ラジアル駆動ユニット１０と並列の位置に配置したので、全長を短くでき、小型であつかいやすい超音波プローブ駆動装置を提供することができる。
【００５４】
また、ラジアル駆動ユニット１０と並列であると同時にリニア駆動モータ２２と直列な位置に制御基板３１を配置し、ラジアル駆動ユニット１０と制御基板３１とをフレキシブル基板である接続部３４ｂで接続し、この接続部３４ｂはラジアル駆動ユニット１０の前面投影面積内に配置したので、装置の前面投影面積を増やすことがなく小型化が可能である。これに加え、従来のようにラジアル駆動ユニットと制御基板とをラジアル駆動ユニットの外側に配置されたリード線によって接続しするよりも、断線の可能性が低く製品寿命を延ばすことができる。
【００５５】
また、超音波振動子２ａから伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプ基板３４のヘッドアンプ部３４ａが、ラジアル駆動用モータ２１との間にラジアル駆動力伝達機構１２をはさんだ位置に配置されるので、ヘッドアンプをラジアル駆動モータの外側の回転軸に平行に配置するよりも、ヘッドアンプ基板３４に対してラジアル駆動用モータ２１の発熱の影響を受けにくくすることができる。また、前面投影面積を増やすことがなく小型化が可能である。
【００５６】
図９は本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す説明図であり、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５７】
ヘッドアンプ基板６４は、硬質基板またはフレキシブル基板で、接続部６５とは別体で構成される。
【００５８】
接続部６５は、フレキシブル基板またはフラットケーブルで、一方の端をヘッドアンプ基板６４と接続し、もう一方の端を制御基板６１と接続している。接続部６４はラジアル駆動ユニット１０の前面投影面積内に配設される。
【００５９】
そのほかの構成や動作は第１の実施例と同様である。
【００６０】
このような第２の実施の形態によっても、図１の発明の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
尚、図１乃至図２に示した超音波プローブ２としては、超音波振動子に接続する可撓性シャフトとアウターシース３の間にシースを設けないものに適用したが、超音波振動子に接続する可撓性シャフトをシースに内蔵し、この上からアウターシースを被せるものにも適用できる。
【００６２】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００６３】
（１）超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部及びこの先端部を一端側に設けた可撓性シャフトから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブの可撓性シャフトを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行う超音波プローブ駆動装置において、
前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータ、前記超音波プローブを着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構及び前記ラジアル駆動用モータの動力を前記超音波プローブの可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構を含むラジアル駆動ユニットと、
前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータ、前記ラジアル駆動ユニットを進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイド及び前記リニア駆動用モータの動力をリニア移動ガイドに伝達するリニア駆動力伝達機構を含むリニア駆動ユニットと、
を備え、前記リニア駆動用モータは前記ラジアル駆動ユニットのリニア移動範囲内であり、かつ前記ラジアル駆動ユニットと並列の位置に配置されることを特徴とする超音波プローブ駆動装置。
【００６４】
（２）前記ラジアル駆動ユニットと並列であると同時に前記リニア駆動用モータと直列な位置に制御基板を配置したことを特徴とする付記１に記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６５】
（３）前記ラジアル駆動ユニットと前記制御基板とを接続するフレキシブル基板を有し、前記フレキシブル基板は前記ラジアル駆動ユニットの前面投影面積内に配置されることを特徴とする付記２記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６６】
（４）前記ラジアル駆動ユニットと前記制御基板とを接続するフラットケーブルを有し、前記フラットケーブルは前記ラジアル駆動ユニットの前面投影面積内に配置されることを特徴とする付記２記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６７】
（５）超音波振動子から伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプ基板は、前記ラジアル駆動用モータとの間に前記ラジアル駆動力伝達機構をはさんだ位置に配置されることを特徴とする付記２記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６８】
（６）前記フレキシブル基板は、超音波振動子から伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプ基板を含むことを特徴とする付記５記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べた様にこの発明によれば、超音波プローブに対してラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能であるとともに、小型で操作性のよい超音波プローブ駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波プローブ駆動装置の第１の実施の形態を示す右側方から見た断面図。
【図２】図１の超音波プローブ駆動装置の上側から見た断面図。
【図３】図１の超音波プローブ駆動装置の左側から見た断面図。
【図４】図１の超音波プローブ駆動装置の正面から見た断面図。
【図５】図１の超音波プローブ駆動装置を用いた超音波診断装置の概略構成を説明する説明図。
【図６】図１の超音波プローブ駆動装置の第１の動作を示す説明図。
【図７】図１の超音波プローブ駆動装置の第２の動作を示す説明図。
【図８】図１の超音波プローブ駆動装置の第３の動作を示す説明図。
【図９】本発明に係る超音波プローブ駆動装置の第２の実施の形態を示す右側方から見た断面図。
【符号の説明】
５ …超音波プローブ駆動装置
２ａ …先端部
２ｂ …可撓性シャフト
２ …超音波プローブ
１１ …ラジアル駆動用モータ
１２ …ラジアル駆動力伝達機構
１３ …コネクタ
１４ …ラジアル地板
１０ …ラジアル駆動ユニット
２０ …リニア駆動ユニット
２１ …リニア移動ガイド
２２ …リニア駆動用モータ
２３ …リニア駆動力伝達機構
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波プローブの回転及び進退動を行う超音波プローブ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平８−５６９４７号公報では、体腔内へ挿入される挿入部の先端に、超音波振動子を回転及び挿入軸方向に進退駆動させて超音波三次元画像の構築を可能にした三次元走査用超音波プローブが記載されている。
【０００３】
このような三次元走査用超音波プローブを駆動する超音波プローブ駆動装置（特開平８−５６９４７号公報の駆動ユニット）においては、超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部及びこの先端部を一端側に設けた可撓性シャフトから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブの可撓性シャフトを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行っている。このような超音波プローブ駆動装置では、ラジアル駆動ユニットとリニア駆動ユニットとを設けている。ラジアル駆動ユニットは、前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータと、前記超音波プローブを着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構と、前記ラジアル駆動用モータの動力を前記超音波プローブの可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構とから成っている。リニア駆動ユニットは、前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータと、前記ラジアル駆動ユニットを進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイドと、前記リニア駆動用モータの動力をリニア移動ガイドに伝達するリニア駆動力伝達機構とから成っている。
【０００４】
ここで、特開平８−５６９４７号公報の駆動ユニットでは、ラジアル駆動ユニットとリニア駆動用モータを直列に配置している。
【０００５】
また、超音波プローブ駆動装置では、ラジアル駆動ユニットと制御基板とを、ラジアル駆動ユニットの外側に配置されたリード線によって接続しているものがある。また、超音波振動子から伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプがラジアル駆動用モータの外側にモータの回転軸に平行に配置されたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−５６９４７号公報の駆動ユニットでは、ラジアル駆動ユニットとリニア駆動用モータを直列に配置しているので、装置の全長が長くなってしまい、小型化の妨げとなっている。
【０００７】
また、ラジアル駆動ユニットと制御基板とを、ラジアル駆動ユニットの外側に配置されたリード線によって接続した超音波プローブ駆動装置では、前記リード線により前面投影面積を増やしてしまい、装置の小型化の妨げとなっていた。
【０００８】
また、ヘッドアンプをラジアル駆動モータの外側の回転軸に平行に配置している場合、前記ヘッドアンプにより前面投影面積を増やしてしまい、装置の小型化の妨げとなる。
【０００９】
そこで本発明は、超音波プローブに対してラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能で、かつ小型であつかいやすい超音波プローブ駆動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波プローブ駆動装置は、超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部及びこの先端部を一端側に設けた可撓性シャフトから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブの可撓性シャフトを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行う超音波プローブ駆動装置において、前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータ、前記超音波プローブを着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構及び前記ラジアル駆動用モータの動力を前記超音波プローブの可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構を含むラジアル駆動ユニットと、前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータ、前記ラジアル駆動ユニットを進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイド及び前記リニア駆動用モータの動力をリニア移動ガイドに伝達するリニア駆動力伝達機構を含むリニア駆動ユニットと、外部からの接続コードが接続されると共に、前記リニア駆動ユニットに直列に配置され、前記ラジアル駆動ユニット及び前記リニア駆動ユニットに電気的に接続されて前記ラジアル走査を制御する制御基板と、を備え、相互に直列に配置される前記リニア駆動用モータと前記制御基板との配置領域は、前記ラジアル駆動ユニットの進退方向に並列で且つ進退範囲に対応した領域であり、前記制御基板に対して移動する前記ラジアル駆動ユニットと前記制御基板とは平坦で湾曲自在な部材により電気的に接続されており、前記平坦で湾曲自在な部材は前記ラジアル駆動ユニットの進退に必要なスペースに前記ラジアル駆動ユニットの前面投影面内で湾曲して配置されることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、前記リニア駆動用モータは前記ラジアル駆動ユニットのリニア移動範囲内であり、かつ前記ラジアル駆動ユニットと並列の位置に配置されるので、装置の全長を短縮でき、超音波プローブに対してラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能で、かつ小型であつかいやすい超音波プローブ駆動装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す右側方から見た断面図、図２は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す上側から見た断面図、図３は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す左側から見た断面図、図４は超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す正面から見た断面図、図５は超音波プローブ駆動装置を用いた超音波診断装置の概略構成を説明する説明図である。
【００１４】
まず、図５を用いて超音波診断装置の概略構成を説明する。
【００１５】
図５において、本発明の超音波プローブ駆動装置を用いた超音波診断装置１は、それぞれ着脱自在な超音波プローブ２、アウターシース３を備え、これら超音波プローブ２、アウターシース３を組み付けて構成される体腔内プローブ４と、この体腔内プローブ４の基端部が着脱自在に接続され、後述する超音波振動子を挿入軸方向に対して回転駆動させたり、或いは回転及び進退駆動させる駆動手段を備えた超音波プローブ駆動装置５と、超音波信号を制御する観測装置６と、前記超音波プローブ駆動装置５の駆動制御部及び画像処理部を有する画像処理装置７と、この画像処理装置７から出力される映像信号を基に超音波画像を表示するモニタ８とで主に構成される。
【００１６】
アウターシース３は、挿入部３ａと接続部３ｂを有し、超音波プローブ２と同様に接続部３ｂによって超音波プローブ駆動装置５に着脱自在になっている。
【００１７】
前記超音波プローブ駆動装置５は、支持アーム９の端部に固定されている。この超音波プローブ駆動装置からは基端部が二股に分かれる信号ケーブル５ａが延出しており、この信号ケーブル５ａの端部にはそれぞれ前記観測装置６に電気的に接続される観測装置用コネクタ５ｂと前記画像処理装置７に電気的に接続される画像処理装置用コネクタ５ｃとが設けられている。そして、前記観測装置６、前記画像処理装置７、前記モニタ８、前記支持アーム９はカート１０に載置されている。
【００１８】
なお、前記観測装置６と前記画像処理装置７との間及び前記画像処理装置７とモニタ８の間は、背面パネルの図示しない信号ケーブルを介してそれぞれ電気的に接続されている。
【００１９】
次に、図１乃至図４を用いて超音波プローブ駆動装置５について詳細に説明する。
【００２０】
図１において、超音波プローブ駆動装置５は、超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部２ａ及びこの先端部２ａを一端側に設けた可撓性シャフト２ｂから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブ２の可撓性シャフト２ｂを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ２全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行うようになっている。
【００２１】
超音波プローブ駆動装置５は、前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータ１１、前記超音波プローブ２を着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構（コネクタ１３）及び前記ラジアル駆動用モータ１１の動力を前記超音波プローブ２の可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構１２を含むラジアル駆動ユニット１０と、前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータ２２、前記ラジアル駆動ユニット１０を進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイド２１及び前記リニア駆動用モータ２２の動力をラジアル駆動ユニット１０に伝達するリニア駆動力伝達機構２３を含むリニア駆動ユニット２０と、を備え、前記リニア駆動用モータ２２は前記ラジアル駆動ユニット１０のリニア移動範囲内でありかつ前記ラジアル駆動ユニット１０と並列の位置に配置している。
【００２２】
超音波プローブ２は、可撓性シャフト２ｂの一端側に先端部２ａを設け、可撓性シャフト２ｂの他端側にコネクタ部２ｃを設けている。コネクタ部２ｃは、ラジアル駆動ユニット１０のコネクタ部１３と着脱自在な状態で接続するようになっている。これにより、ラジアル駆動ユニット１０は、超音波プローブ２を着脱自在に保持し、超音波プローブ２の先端部２ａに内蔵された超音波振動子を回転させことによりラジアル走査を行う。
【００２３】
ラジアル地板１４は、ラジアル駆動用モータ１１とラジアル駆動力伝達機構１２と図２に示すスリップリングエンコーダ４１とコネクタ１３を支持している。
【００２４】
ラジアル駆動ユニット１０はリニア移動ガイド２１によって案内され、進退可能である。この進退動作をリニア駆動（リニア走査の駆動）という。リニア駆動時には、ラジアル駆動ユニット１０と超音波プローブ２とが一体的に移動する。
【００２５】
以下、ラジアル駆動ユニット１０について詳細に説明する。
【００２６】
ラジアル駆動ユニット１０はリニア駆動ユニット２０のリニア移動ガイド２１によって進退する。ラジアル駆動用モータ１１はラジアル駆動（ラジアル走査の駆動）の動力源である。
【００２７】
ラジアル駆動力伝達機構１２は、適当な回転速度比を持ち、ラジアル駆動用モータ１１の回転を超音波プローブ２の回転に適した速度、駆動トルクに変換して図２に示すスリップリングエンコーダ４１に伝達する。具体的な構成はギアやベルトやシャフトなどによる伝達機構が考えられるが、目的を達成できるのならどのような構成でも構わない。
【００２８】
次に各種基板について詳細に説明する。
【００２９】
制御基板３１は、前記超音波振動子や図２のエンコーダ部４１ｂなどの情報を処理したり、図５の観測装置６と情報をやり取りする役目があり、リニア移動ガイド２１と略平行かつリニア駆動用モータ２２と直列の位置に配置されている。この場合、制御基板３１は図５の観測装置６へとつながる接続コード３２や、リニア駆動用モータ２２との接続コード３３が接続されている。
【００３０】
ヘッドアンプ基板３４は、フレキシブル基板であり、ヘッドアンプ部３４ａと、制御基板３１に対する接続部３４ｂとで構成されている。
【００３１】
ヘッドアンプ部３４ａは、ラジアル駆動力伝達機構１２のラジアル駆動用モータ１１と向かい合う側に取り付けられ、ラジアル駆動用モータ１１との接続コード３５や図２のスリップリングエンコーダ４１との接続コード３６が接続される。
【００３２】
制御基板３１との接続部３４ｂは図４に示すラジアル駆動ユニット１０の前面投影面積内に配設され、制御基板３１へ接続される。従つてラジアル駆動ユニット１０との観測装置６とは、ヘッドアンプ基板３４と制御基板３１を通して導通される。
【００３３】
図２及び図３において、スリップリングエンコーダ４１は、超音波プローブ２の可撓性シャフト２ｂに中心軸４１ａが接続されており、可撓性シャフト２ｂから伝達された回転駆動力により中心軸４１ａを回転させる。これにより、中心軸４１ａの回転に同期してエンコーダ部４１ｂからパルス信号が発生する。このパルス信号によって、制御基板３１はラジアル駆動回転数の制御を行う。スリップリング部４１ｃは、コネクタ１３との導通を確保し、電気信号の通り道ともなっている。
【００３４】
このような構成により、ラジアル駆動ユニット１０は超音波プローブ２を保持し超音波振動子２ａを回転させるのでラジアル駆動が可能となる。
【００３５】
以下、リニア駆動ユニット２０について詳細に説明する。
【００３６】
図２において、リニア地板４８は、図１及び図４に示すリニア移動ガイド２１とリニア駆動用モータ２２とリニア駆動力伝達機構２３とを支持し、リニア駆動ユニット２０を構成する。リニア移動ガイド２１は、図１及び図４に示すように、リニア駆動用モータ２２と直列に配置される。
【００３７】
図２乃至図４において、リニア駆動用モータ２２は、リニア駆動の動力源であり、ピニオンギヤ４２が、シャフトに固定されている。
【００３８】
図２において、リニア駆動力伝達機構２３は、適当な回転速度比を持ち、リニア駆動用モータ２２の回転をリニア移動に適した速度、駆動トルクに変換する。本実施の形態ではギヤとベルトによる構成としたか、目的を達成できるのならどのような構成でもかまわない。
【００３９】
リニア駆動力伝達機構２３の内容を以下に記す。
【００４０】
図３及び図４に示すように、減速ギヤ４３はピニオンギヤ４２に噛合し、リニア駆動用モータ２２の駆動力をドライブプーリ４４に伝達する。
【００４１】
図２及び図３において、ドライブプーリ４４とドリブンプーリ４５との間に伝達ベルト４６が掛けられている。
【００４２】
ドライブプーリ４４とドリブンプーリ４５は伝達ベルト４６が図１に示すリニア移動ガイド２１と平行になるように配置される。
【００４３】
プーリホルダ４７はドリブンプーリ４５を支持している。
【００４４】
本実施の形態ではプーリホルダ４７は、リニア地板４８にビスにより固定されているが、伝達ベルト４６がたるまなければよいので、ばね等によりテンションをかける構成でもよい。
【００４５】
図２に示すギヤ地板４９は減速ギヤ４３とドライブプーリ４４が外れないようにするための部材で、リニア地板４８に固定されている。
【００４６】
リニア駆動ユニット２０は、リニア駆動用モータ２２を回転させることで伝達ベルト４６がリニア移動がイド２１を平行に駆動する。
【００４７】
次にラジアル駆動ユニット１０がリニア移動する構成について説明する。
【００４８】
図１において、ラジアル駆動ユニット１０は、リニア移動ガイド２１のステージ２１ａに固定されており、ステージ２１ａはレール２１ｂに沿って移動する。
【００４９】
図２及び図３において、ラジアル地板１４は伝達ベルト４６の一部と機械的に結合されている。リニア駆動用モータ２２を駆動し伝達ベルト４６が駆動されると、ラジアル地板１４がリニア移動ガイド２１に沿ってリニア移動するので、ラジアル駆動ユニット１０がリニア移動することになる。
【００５０】
図６乃至図８はラジアル駆動ユニット１０の動作を示す説明図であり、図６はラジアル駆動ユニット１０が前端にいる状態を示し、図７は中間位置を示し、図８は後端にいる状態を示している。
【００５１】
図６乃至図８では、アウターシース３に超音波プローブ２を先端部２ａから挿入することにより体腔内プローブ４を構成し、この状態で超音波プローブ２のコネクタ部２ｃをラジアル駆動ユニット１０のコネクタ部１３に接続している。
【００５２】
リニア駆動用モータ２２の第１の方向に回動すると、リニア移動ガイド２１のステージ２１ａに取り付けたラジアル駆動ユニット１０がレール２１ｂに沿って図６の状態から図７の状態、図７の状態から図８の状態に移動する。リニア駆動用モータ２２の第１の方向とは逆の第２の方向に回動すると、ラジアル駆動ユニット１０がレール２１ｂに沿って図８の状態から図７の状態、図７の状態から図６の状態に移動する。これにより超音波プローブ２を進退させ、先端部２ａをアウターシース３の中で進退させることができる。このようなリニア移動中にラジアル駆動ユニット１０が超音波プローブ２の先端部２ａに内蔵された超音波振動子を回転させラジアル走査を行うことにより、３次元駆動が可能となる。
【００５３】
このような発明の実施の形態によれば、ラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能であるとともに、前記リニア駆動用モータ２２は前記ラジアル駆動ユニット１０のリニア移動範囲内でありかつ前記ラジアル駆動ユニット１０と並列の位置に配置したので、全長を短くでき、小型であつかいやすい超音波プローブ駆動装置を提供することができる。
【００５４】
また、ラジアル駆動ユニット１０と並列であると同時にリニア駆動モータ２２と直列な位置に制御基板３１を配置し、ラジアル駆動ユニット１０と制御基板３１とをフレキシブル基板である接続部３４ｂで接続し、この接続部３４ｂはラジアル駆動ユニット１０の前面投影面積内に配置したので、装置の前面投影面積を増やすことがなく小型化が可能である。これに加え、従来のようにラジアル駆動ユニットと制御基板とをラジアル駆動ユニットの外側に配置されたリード線によって接続しするよりも、断線の可能性が低く製品寿命を延ばすことができる。
【００５５】
また、超音波振動子２ａから伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプ基板３４のヘッドアンプ部３４ａが、ラジアル駆動用モータ２１との間にラジアル駆動力伝達機構１２をはさんだ位置に配置されるので、ヘッドアンプをラジアル駆動モータの外側の回転軸に平行に配置するよりも、ヘッドアンプ基板３４に対してラジアル駆動用モータ２１の発熱の影響を受けにくくすることができる。また、前面投影面積を増やすことがなく小型化が可能である。
【００５６】
図９は本発明の第２の実施の形態に係る超音波プローブ駆動装置の内部構造を示す説明図であり、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５７】
ヘッドアンプ基板６４は、硬質基板またはフレキシブル基板で、接続部６５とは別体で構成される。
【００５８】
接続部６５は、フレキシブル基板またはフラットケーブルで、一方の端をヘッドアンプ基板６４と接続し、もう一方の端を制御基板６１と接続している。接続部６４はラジアル駆動ユニット１０の前面投影面積内に配設される。
【００５９】
そのほかの構成や動作は第１の実施例と同様である。
【００６０】
このような第２の実施の形態によっても、図１の発明の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
尚、図１乃至図２に示した超音波プローブ２としては、超音波振動子に接続する可撓性シャフトとアウターシース３の間にシースを設けないものに適用したが、超音波振動子に接続する可撓性シャフトをシースに内蔵し、この上からアウターシースを被せるものにも適用できる。
【００６２】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００６３】
（１）超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部及びこの先端部を一端側に設けた可撓性シャフトから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブの可撓性シャフトを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行う超音波プローブ駆動装置において、
前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータ、前記超音波プローブを着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構及び前記ラジアル駆動用モータの動力を前記超音波プローブの可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構を含むラジアル駆動ユニットと、
前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータ、前記ラジアル駆動ユニットを進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイド及び前記リニア駆動用モータの動力をリニア移動ガイドに伝達するリニア駆動力伝達機構を含むリニア駆動ユニットと、
を備え、前記リニア駆動用モータは前記ラジアル駆動ユニットのリニア移動範囲内であり、かつ前記ラジアル駆動ユニットと並列の位置に配置されることを特徴とする超音波プローブ駆動装置。
【００６４】
（２）前記ラジアル駆動ユニットと並列であると同時に前記リニア駆動用モータと直列な位置に制御基板を配置したことを特徴とする付記１に記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６５】
（３）前記ラジアル駆動ユニットと前記制御基板とを接続するフレキシブル基板を有し、前記フレキシブル基板は前記ラジアル駆動ユニットの前面投影面積内に配置されることを特徴とする付記２記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６６】
（４）前記ラジアル駆動ユニットと前記制御基板とを接続するフラットケーブルを有し、前記フラットケーブルは前記ラジアル駆動ユニットの前面投影面積内に配置されることを特徴とする付記２記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６７】
（５）超音波振動子から伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプ基板は、前記ラジアル駆動用モータとの間に前記ラジアル駆動力伝達機構をはさんだ位置に配置されることを特徴とする付記２記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６８】
（６）前記フレキシブル基板は、超音波振動子から伝達される電気信号を増幅するヘッドアンプ基板を含むことを特徴とする付記５記載の超音波プローブ駆動装置。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べた様にこの発明によれば、超音波プローブに対してラジアル走査とリニア走査の駆動を同時に行うことにより３次元駆動可能であるとともに、小型で操作性のよい超音波プローブ駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波プローブ駆動装置の第１の実施の形態を示す右側方から見た断面図。
【図２】図１の超音波プローブ駆動装置の上側から見た断面図。
【図３】図１の超音波プローブ駆動装置の左側から見た断面図。
【図４】図１の超音波プローブ駆動装置の正面から見た断面図。
【図５】図１の超音波プローブ駆動装置を用いた超音波診断装置の概略構成を説明する説明図。
【図６】図１の超音波プローブ駆動装置の第１の動作を示す説明図。
【図７】図１の超音波プローブ駆動装置の第２の動作を示す説明図。
【図８】図１の超音波プローブ駆動装置の第３の動作を示す説明図。
【図９】本発明に係る超音波プローブ駆動装置の第２の実施の形態を示す右側方から見た断面図。
【符号の説明】
５ …超音波プローブ駆動装置
２ａ …先端部
２ｂ …可撓性シャフト
２ …超音波プローブ
１１ …ラジアル駆動用モータ
１２ …ラジアル駆動力伝達機構
１３ …コネクタ
１４ …ラジアル地板
１０ …ラジアル駆動ユニット
２０ …リニア駆動ユニット
２１ …リニア移動ガイド
２２ …リニア駆動用モータ
２３ …リニア駆動力伝達機構
Claims (1)
- 超音波を送受信する超音波振動子を内蔵した先端部及びこの先端部を一端側に設けた可撓性シャフトから成る超音波プローブが着脱自在であり、この超音波プローブの可撓性シャフトを回転させることにより前記超音波振動子を回転させてラジアル走査を行い、前記超音波プローブ全体を挿入軸方向に進退動させることにより前記超音波振動子を進退動させてリニア走査を行う超音波プローブ駆動装置において、
前記ラジアル走査の駆動のための動力を発生するラジアル駆動用モータ、前記超音波プローブを着脱自在に接続する超音波プローブ接続機構及び前記ラジアル駆動用モータの動力を前記超音波プローブの可撓性シャフトに伝達するラジアル駆動力伝達機構を含むラジアル駆動ユニットと、
前記リニア走査の駆動のための動力を発生するリニア駆動用モータ、前記ラジアル駆動ユニットを進退可能な状態で取り付けるリニア移動ガイド及び前記リニア駆動用モータの動力をリニア移動ガイドに伝達するリニア駆動力伝達機構を含むリニア駆動ユニットと、
外部からの接続コードが接続されると共に、前記リニア駆動ユニットに直列に配置され、前記ラジアル駆動ユニット及び前記リニア駆動ユニットに電気的に接続されて前記ラジアル走査を制御する制御基板と、
を備え、
相互に直列に配置される前記リニア駆動用モータと前記制御基板との配置領域は、前記ラジアル駆動ユニットの進退方向に並列で且つ進退範囲に対応した領域であり、
前記制御基板に対して移動する前記ラジアル駆動ユニットと前記制御基板とは平坦で湾曲自在な部材により電気的に接続されており、前記平坦で湾曲自在な部材は前記ラジアル駆動ユニットの進退に必要なスペースに前記ラジアル駆動ユニットの前面投影面内で湾曲して配置されることを特徴とする超音波プローブ駆動装置。
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