JP4781841B2 - 短軸遥動型超音波探触子 - Google Patents

Description

本発明は圧電素子群を短軸方向に回転遥動して立体画像を得る短軸遥動型超音波探触子（以下、短軸遥動探触子とする）を技術分野とし、特に信頼性を高めて軽量化を計った短軸遥動探触子に関する。

（発明の背景）
短軸遥動探触子は圧電素子群を長軸方向に電子走査し、短軸方向に機械的に走査（遥動）して立体画像を得るものとして知られる（特許文献１〜３）。このことから、例えば圧電素子を縦横に配列して二次元方向に電子走査するマトリクス型等に比較し、例えば配線（結線）及び走査回路を容易にするので、現実化されている。

（従来技術の一例）第３図は一従来例を説明する短軸遥動探触子の図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。

短軸遥動探触子は回転保持台１上に設けられた圧電素子群２を密閉容器３内に収容してなる。回転保持台１は水平部の両端側に脚部を有するコ字状とし、水平部上には圧電素子群２を設けて、一方の脚部の内側面には第１かさ歯車４ａが固定される。

圧電素子群２は多数の圧電素子２ａを長軸方向に配列してなり、ここでは回転保持台１の水平部上に設けられて曲面状とした基台５上のバッキング材５ａに固着される。これにより、超音波探触子を所謂コンベックス型とする。圧電素子群２の表面には、通常では、音響インピーダンスを生体（人体）に接近させて伝播効率を高める図示しない音響整合層を、さらには短軸方向に曲率を有する音響レンズが設けられる。

密閉容器３はいずれも凹状とした容器本体３ａとカバー３ｂとを図示しない嵌合構造によって着脱自在とする。容器本体３ａの一組の対向側壁には、回転保持台１（圧電素子群２）を短軸方向に回転遥動する中心軸６を有し、回転保持台１の両端側の脚部の軸受けに連結する。容器本体３ａの底壁にはモータ等の回転機構に連結して回転シャフト７が密閉貫通した第２かさ歯車４ｂが設けられ、第１かさ歯車４ａと歯合する。

これにより、第２かさ歯車４ｂの回転によって第１かさ歯車４ａが圧電素子群２の短軸方向に回転遥動し、これと一体化した回転保持台１（圧電素子群２）が同方向に回転遥動する。図中の一点鎖線で示す符号８は裏面カバーであり、密閉容器３の底部に一体化してモータ等の回転機構を覆う。符号９はケーブルであり、裏面カバー８から導出して図示しない診断装置と連結する。

そして、特許文献１では、圧電素子群２から送受波される超音波の減衰を防止するため、カバー３ｂの内周面に可撓性材で仕切られた超音波媒質１０としての液体例えばオイルを、圧電素子群２の表面との間に介在させる。また、カバー３ｂの長軸方向となる内周面には図示しない超音波吸収材を塗布して、圧電素子群２の超音波送受波面となる表面とカバー３ｂの表面内周面との間を伝播する不要超音波を吸収する。

なお、カバー３ｂ内周面と圧電素子群２の表面との間が空気の場合は、超音波の減衰が大きくて伝播効率が悪化し、超音波の送受波が望めない。これに対し、オイルは超音波の伝播が良好で、しかも音響インピーダンスを１．４３Mraylとして、生体（人体）の１．５Mraylに接近するため、伝播効率を高められる。
特公平７−３８８５１号公報 特開２００３−１７５０３３号公報 特願２００５−１７５７００号

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の短軸遥動探触子では、超音波媒質１０としてのオイルを可撓性材で仕切り、圧電素子群２の表面が可撓性材に直接に接触して移動する。このため、例えば可撓性材に破損を生じて、超音波の送受波を実質的に損なう問題があった。

このことから、例えば第４図に示したように、現実的には、超音波媒質１０としてのオイルを密閉容器３内に充填させて使用される。なお、オイルは例えば底壁に設けた図示しない注入孔から充填されて密閉される。しかし、この場合には、オイルの比重が１．０３であることから、重量感を増して医師による操作性が低下する。

ちなみに、モータ等の回転機構を含めて短軸遥動型探触子の重量が約０．３Ｋｇとする
と、圧電素子群２の収容されたオイルを含める密閉容器３の重量は０．１５Ｋｇになる。
そして、密閉容器３の内積は９０ｃｍ ^３ 程度で、オイルの占有積は６０ｃｍ ^３ （６７％）
になる。したがって、オイルの重量は０．０６２Ｋｇとなって、密閉容器３に対する重量
比は４１．３％、短軸遥動探触子に対する重量比は２０．６７％になる。これらにより、
密閉容器３内を充填する超音波媒質１０としてのオイルの重量は、短軸遥動探触子の操作
性に無視できないことになる。

（発明の目的）
本発明は超音波の伝播効率を維持して軽量化を計り、操作性を良好にした短軸遥動探触子を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、長軸方向に並べられた圧電素子群を回転保持台上に設けて、前記圧電素子群の短軸方向に前記回転保持台を回転遥動する密閉容器内に収容し、前記圧電素子群の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査するとともに、前記密閉容器内に音響媒質としての液体を充填してなる短軸遥動型超音波探触子において、前記超音波送受波面からの超音波の送受波方向とは反対方向であって、前記保持台の下方となる前記密閉容器内に前記液体よりも比重の小さい軽量体を設けた構成とする。

このような構成であれば、超音波媒質としての液体中に、これより比重の小さい軽量体を設けたので、密閉容器内の全てに超音波媒質の液体を充填した従来例に比較し、密閉容器の重量を小さくできる。したがって、短軸遥動探触子の軽量化を計れて、その操作性を良好に向上できる。

（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記軽量体は内部を中空状とした中空体とする。これにより、軽量体自体の比重は液体よりも大きかったとしても、中空部を含めた軽量体の比重を液体よりも小さくできる。

同請求項３では、請求項１において、前記回転保持台は水平部の両端側に脚部を有するコ字状とし、前記密閉容器はいずれも凹状とした容器本体とカバーとからなり、前記容器本体の側壁には前記回転保持台の脚部に設けた回転軸受けと結合した長軸方向の回転中心軸を有し、前記回転保持台の一方の脚部には短軸方向に回転遥動する第１かさ歯車を有し、前密閉容器の底壁には回転シャフトが密閉貫通して前記第１かさ歯車と歯合する第２かさ歯車を有する。これにより、圧電素子群を端軸方向に回転遥動できる。

本発明では、請求項１において、前記圧電振動子群の両端側には前記長軸方向に伝播する超音波を吸収する超音波吸収部材を設けてもよい。これにより、圧電素子群の超音波送受波面と容器本体の内周面との間を伝播する不要超音波を吸収して排除できる。この場合、超音波吸収板は圧電素子群の両端側に直接的に設けられて圧電素子群とともに回転遥動するので、不要超音波の吸収を確実にする。

第1図は本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図（但し、裏面カバーを除く）である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

短軸遥動探触子は、前述したように、長軸方向に並べられた圧電素子群２をコ字状とした回転保持台１の水平部上に設けて、いずれも凹状とした容器本体３ａとカバー３ｂとからなる密閉容器３内に収容する。回転保持台１の両端側の脚部には軸受けを有し、容器本体３ａの側壁に設けられた長軸方向の回転中心軸６と結合する。

回転保持台１の一方の脚部に設けられた短軸方向に回転遥動する第１かさ歯車４ａは、密閉容器３の底壁を回転シャフト７が密閉貫通した第２かさ歯車４ｂと歯合する。これにより、回転保持台１（圧電素子群２）を短軸方向に回転遥動し、圧電素子群２の超音波送受波面から送受波される超音波を短軸方向に機械的に走査する。密閉容器３内には超音響媒質１０としての液体例えばオイルが充填される。

ここでは、圧電素子群２の超音波送受波面からの超音波の送受波方向とは反対方向であって、回転保持台１の下方となる密閉容器３内に、超音波媒質としてのオイル１０よりも比重の小さい軽量体１１を設ける。軽量体１１は内部を中空状として空気が充満した中空体とし、例えば楕円状とした樹脂ボールとする。そして、圧電素子群２の長軸方向の両端側には、幅及び高さが圧電素子群２よりも大きいシリコン等の超音波吸収板１２が例え接着剤によって固着される。

樹脂ボールは図示しない接着剤によって容器本体３ａの例えば底面に固着される。これにより、回転保持台１等との接触を防止して、圧電素子群２の超音波送受波面と密閉容器３（カバー３ｂ）の内表面との間に、超音波媒質１０としてのオイルが充填されることを確保する。

このような構成であれば、密閉容器３内に軽量体１１としての樹脂ボールが設けられる
ので、超音波媒質（オイル）１０の充填量を少なくできる。そして、中空体とした樹脂ボ
ールは、超音波媒質１０としてのオイルよりも比重を小さくするので、密閉容器３内のす
べてにオイルを充填した場合に比較し、重量を小さくできる。

この例では、密閉容器３の前述した内積約９０ｃｍ ^３ に対し、樹脂ボールの体積を３０
ｃｍ ^３ とし、オイルの充填量を３０ｃｍ ^３ とする。そして、樹脂ボール及びオイルの比重
はそれぞれ０．０８及び１．０３となることから、樹脂ボールの重量は０．００２４Ｋｇ
、オイルの重量は０．０３１Ｋｇになる。したがって、合計重量は０．０３３４Ｋｇにな
り、密閉容器３内のすべてをオイルとした場合の０．０６２Ｋｇに対して０．０２８６Ｋ
ｇ減となる。

この場合、密閉容器３及びモータ等の回転機構を含めた従来例の短軸遥動探触子の重量を前述した０．３Ｋｇとすると、本実施形態では同様に０．０２８６Ｋｇ減の０．２７１４Ｋｇとなる。したがって、本実施形態では、従来例に対して９．５％の軽量化となるので、医師等による操作性を向上できる。

また、圧電素子群２の両端側には超音波吸収板１２が直接的に設けられるので、圧電素子群２とともに短軸方向に遥動回転する。したがって、従来例の超音波吸収材をカバー３ｂの内周側面に塗布する場合に比較して、位置や厚みを一定にして、不要超音波の吸収を確実にする。

（他の事項）
上記実施形態では軽量体１１は樹脂ボールとしたが、例えば第２図に示したように、回転保持体の下方に密閉容器３の内周に倣った形状として軽量体１１の占有積を大きくすることもできる。また、軽量体１１は中空体としたが、必ずしも中空体に限らず例えば材質をＰＥ（ポリエチレン）として、超音波媒質１０としての液体よりも比重が小さければよい。

本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。 本発明の他の例を説明する超音波探触子の長軸方向の断面図である。 従来例の本発明の一実施形態を説明する短軸遥動探触子の図で、同図（ａ）は長軸方向の、同図（ｂ）は短軸方向の断面図である。 従来例を説明する短軸遥動探触子の長軸方向の断面図である。

符号の説明

１ 回転保持台、２ 圧電素子群、３ 密閉容器、３ａ 容器本体、３ｂ カバー、４ａ 第１かさ歯車、４ｂ 第２かさ歯車、５ 基台、６ 回転中心軸、７ 回転シャフト、８ 裏面カバー、９ ケーブル、１０ 超音波媒質、１１ 軽量体（樹脂ボール）。

Claims (3)

1. 長軸方向に並べられた圧電素子群を回転保持台上に設けて、前記圧電素子群の短軸方向に前記回転保持台を回転遥動する密閉容器内に収容し、前記圧電素子群の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査するとともに、前記密閉容器内に音響媒質としての液体を充填してなる短軸遥動型超音波探触子において、前記超音波送受波面からの超音波の送受波方向とは反対方向であって、前記保持台の下方となる前記密閉容器内に前記液体よりも比重の小さい軽量体を設けたことを特徴とする短軸遥動型超音波探触子。
2. 請求項１において、前記軽量体は内部を中空状とした中空体である短軸遥動型超音波探触子。
3. 請求項1において、前記回転保持台は水平部の両端側に脚部を有するコ字状とし、前記密閉容器はいずれも凹状とした容器本体とカバーとからなり、前記容器本体の側壁には前記回転保持台の脚部に設けた回転軸受けと結合した長軸方向の回転中心軸を有し、前記回転保持台の一方の脚部には短軸方向に回転遥動する第１かさ歯車を有し、前密閉容器の底壁には回転シャフトが密閉貫通して前記第１かさ歯車と歯合する第２かさ歯車を有する短軸遥動型超音波探触子。