JP5258591B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に表示器を支持するアーム機構の改良に関する。

超音波診断装置は、超音波の送受波により得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成し、それを表示する装置である。超音波画像は装置本体に搭載された表示器に表示される。表示器としては従来からＣＲＴが多用されてきたが、今後、液晶表示器、プラズマ表示器等のフラットパネルディスプレイの利用が増加すると予想される。装置本体（筐体、支柱、操作パネル、等）によって表示器を支持するため、アーム機構が利用される。アーム機構は、一般に複数の関節部を有し、それらによって表示器の位置及び姿勢を可変することが可能である。

なお、特許文献１には、超音波診断装置に関し、表示器としてＣＲＴを搭載したアーム機構が開示されている。アーム機構は、第１アームと第２アームとを有する。それらのアームは平板形を有し、斜め方向に伸長している。第１アームと第２アームとの連結部分には回転機構が設けられている。その連結部分においては第１アームの軸線と第２アームの軸線とが鋭角に交差している。特許文献２には、超音波診断装置に関し、表示器としてのフラットパネルディスプレイを搭載したアーム機構が開示されている。第１アームと第２アームとの連結部分には回転機構が設けられている。第２アームは平行リンク機構を内蔵しており、その傾斜角度を変えることができる。アーム機構（特に第２アーム）の内部には複雑な機構が存在し、また連結部分においても同様である。

米国特許第６，６６９，６３９号公報 国際公開ＷＯ２００５／０７４８０６号公報

本発明の目的は、第１アームの軸線と第２アームの軸線とが鋭角に交差しないようにすることにある。本発明の他の目的は、中間旋回機構の動作のロックにより屈曲部の湾曲形態を維持できる、超音波診断装置用のアーム機構を提供することにある。

本発明は、ベース部材と、超音波画像を表示するフラットパネルディスプレイとしての表示器と、前記ベース部材と前記表示器との間に設けられ、前記表示器を保持しつつ前記表示器の位置を可変するアーム機構と、を含み、前記アーム機構は、前記ベース部材によって支持された第１アーム部材と、前記第１アーム部材によって支持された第２アーム部材と、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との連結部に設けられ、それらのアーム部材を相対的に水平回転させるための垂直な回転中心軸を構成する軸部材を有する中間旋回機構と、前記中間旋回機構の動作をロックするロック機構と、を有し、前記中間旋回機構の旋回角度が０度の原形状態において、前記第１アーム部材の上端部分と前記第２アーム部材の下端部分とからなる屈曲部が湾曲形態を有し、前記ロック機構は、当該ロック機構のオン動作及びオフ動作を切り替えるノブと、前記ノブに連結されたピンであって、前記湾曲形態における前記軸部材よりも水平方向内側に設けられ、前記原形状態においてオン動作して前記第１アーム部材と前記第２アーム部材の相対的な旋回をロックするロックピンと、を有することを特徴とする。望ましくは、前記湾曲形態はＵ字形態である。望ましくは、前記上端部分及び前記下端部分の内の一方はＪ字形態を有し、前記上端部分及び前記下端部分の内の他方は左右反転Ｊ字形態を有し、それらは前記上端部分及び前記下端部分の接合面である水平回転面に対して対称の形態を有する。望ましくは、前記ロックピンは、前記オン動作時において前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とにわたって設けられる垂直ピンである。望ましくは、前記第１アーム部材及び前記第２アーム部材の内部を通過するケーブルを有し、前記屈曲部の内部においては前記湾曲形態における前記軸部材よりも水平方向外側を前記ケーブルが通過している。
後述する実施形態に係る超音波診断装置は、ベース部材と、超音波画像を表示するフラットパネルディスプレイとしての表示器と、前記ベース部材と前記表示器との間に設けられ、前記表示器を保持しつつ前記表示器の位置を可変するアーム機構と、を含み、前記アーム機構は、前記ベース部材によって支持された第１アーム部材と、前記第１アーム部材によって支持された第２アーム部材と、前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との連結部に設けられた中間旋回機構と、を有し、前記ベース部材から前記表示器へ達するケーブルが前記第１アーム部材及び前記第２アーム部材の内部を通過し、前記中間旋回機構の旋回角度が０度の原形状態において、前記第１アーム部材の上端部分と前記第２アーム部材の下端部分とからなる屈曲部がＵ字形態をなす。

上記構成によれば、表示器がアーム機構によって支持される。アーム機構は、第１アーム部材と第２アーム部材とを有する。第１アーム部材はベース部材に対して支持され、望ましくは旋回可能に支持される。第２アーム部材は中間旋回機構によって第１アーム部材に対して旋回運動することが可能である。これにより、表示器の水平位置を可変することができる。第２アームは表示器を支持し、望ましくは旋回等可能に支持する。

望ましくは、屈曲部はその原形状態においてＵ字形を有し、つまり、第１アームの上端部分と第２アームの上端部分はいずれも緩やかに湾曲した部分として構成され、それらの中をケーブルが通過する場合においても、ケーブルを過度に屈曲させる必要がなく、自然に湾曲させることが可能となる。特に、中間旋回機構が原形状態から移行して旋回状態となってもケーブルに対して自然なねじれ力以外に無理な力が及ぶことを防止できる。望ましくは、上端部分と下端部分とがそれらの端面をなす水平回転面に対して対称の形態を有するように構成してもよい。表示器がフラットパネルディスプレイとして構成されるので、従来のようなかなり重い表示器を支持する必要がなく、アーム機構に要求される制約や条件が緩和され、その形態に自由度をもたせることが容易となる。従来においては必ずしも十分に応えられなかったケーブルの取り回しその他のニーズを満足させることができる。

望ましくは、前記上端部分及び前記下端部分の内の一方はＪ字形態を有し、前記上端部分及び前記下端部分の内の他方は反転Ｊ字形態を有する。Ｊ字形態と左右反転Ｊ字形態の連結体は上記Ｕ字形態に相当する。

望ましくは、前記上端部分及び前記下端部分はそれぞれ円形の水平断面を有し、前記中間旋回機構は、前記上端部分及び前記下端部分の両者に跨って内蔵される。望ましくは、前記中間旋回機構の動作をロックするロック機構が設けられる。このようなロック機構あるいは各角度を維持するクリック機構は個々の旋回機構に設けることが可能である。

望ましくは、前記第１アーム部材の基端部分に設けられ、前記ベース部材に連結された下側旋回機構と、前記第２アーム部材の作用端部分に設けられ、前記表示器を支持する上側旋回機構と、を含む。

望ましくは、前記第１アーム部材は、前記ベース部材から斜め上方に伸長した部分であって、傾斜した軸線を有する傾斜部分と、前記傾斜部分に連なって軸線を傾斜状態から水平状態に移行させ、その後に前記上端部分に連なる緩やかに湾曲した湾曲部分と、を有する。傾斜部分と湾曲部分とが連絡しているので、装置本体の上側に存在する操作パネルその他の機器への物理的な干渉（衝突）をできるだけ回避でき（Ｕ字形の連結部の下方空間を確保あるいは増大可能）、湾曲部における軸線の変更角度も緩和できる（その部位においてケーブルに生じる応力を緩和できる）。望ましくは、アーム部材の挿通経路において、ケーブルの屈曲角度が最も大きい部位が連結部となるが、上記のようにその部位においても屈曲角度をかなり緩和できるので、ケーブルに過大な負荷は生じない。それ以外の前後の部位において屈曲角度が緩和されていれば、ある程度自由度をもってつまりテンションをあまりかけずにケーブルが挿通された状態を形成できるので、連結部での旋回運動によりケーブルにねじれ力が及んでも、ケーブルの広い範囲にわたってその力を分散できる。

望ましくは、前記原形状態おいて前記屈曲部の内部における垂直回転中心軸から水平方向に変位した外回り経路を前記ケーブルが通過している。この構成によれば、ケーブルの屈曲角度を大きくできるので、その負荷を軽減できる。また、旋回機構の中心に軸部材を設けることが可能となるので、無駄なスペースが生じ難くなり、旋回機構それ全体を小型化できる。上記のＵ字形状を設計する場合においては、ケーブルの最小屈曲半径を考慮して、その通過経路における限界曲率半径を計算し、その通過経路がそれ以上の曲率半径に維持されるように、Ｕ字形状を定めるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、第１アームの軸線と第２アームの軸線とが鋭角に交差しないようにできる。あるいは、中間旋回機構の動作のロックにより屈曲部の湾曲形態を維持できる。

本発明に係る超音波診断装置の概略構成を示す斜視図である。 アーム機構の斜視図である。 アーム機構の断面図である。 下側の旋回機構の動作を説明するための図である。 下側の旋回機構の動作状態を示す図である。 下側の旋回機構の動作状態を示す図である。 中間旋回機構の動作を説明するための図である。 中間旋回機構の動作状態を示す図である。 中間旋回機構の動作状態を示す図である。 上側の旋回機構の動作を説明するための図である。 上側の旋回機構の動作状態を示す図である。 上側の旋回機構の動作状態を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本実施形態に係る超音波診断装置の装置が斜視図として示されている。この超音波診断装置は生体に対して超音波の送受波を行って、これにより得られた受信信号に基づいて断層画像などの超音波画像を形成する装置である。図１においては、超音波の送受波を行う超音波探触子については図示省略されている。

図１に示されるように、超音波診断装置は、カートとしての装置本体１０と、装置本体１０に支持されたベース部材１２と、ベース部材１２によって支持された操作パネル１４と、ベース部材１２によって支持されたアーム機構１６と、アーム機構１６によって支持された表示器１５と、を有している。装置本体１０内には複数の電子回路基板が内蔵されている。ベース部材１２は、支柱によって上下方向に昇降自在とされているものである。操作パネル１４はキーボードやトラックボールを有し、ユーザーは操作パネル１４を利用して各種の入力や動作の設定を行える。表示器１５は本実施形態においてフラットパネルディスプレイとして構成されている。その表示器１５には超音波画像が表示される。フラットパネルディスプレイに代えてＣＲＴを設けることも可能であるが、前者の方が後者より軽量であって取り扱いが容易であるという利点がある。

以下に、アーム機構１６について詳述する。なお、図１においてＸ方向は第１水平方向としての奥行方向であり、Ｙ方向は奥行方向に直交する第２水平方向としての幅方向である。Ｚ方向は垂直方向である。アーム機構１６は以下に詳述するように、ベース部材１２からＸ方向に傾斜しつつ上方に立ち上がった上で湾曲及び屈曲した形態を有している。

図２にはアーム機構１６の斜視図が示されている。このアーム機構１６は図１に示したベース部材によって支持されるものであり、また表示器１５を保持するものである。アーム機構１６は表示器の位置及び姿勢を自在に可変するための複数の関節部を有している。アーム機構１６は、第１アーム部材２０及び第２アーム部材２２を有している。それらのアーム部材２０，２２においては、外側がケースであり、その内部に必要な構造体が収容されている。

第１アーム部材２０の下端部である基端部には、旋回機構１８が設けられている。旋回機構１８は固定リング状部材３２と回転リング状部材３４とを有し、それらの部材が相対的に回転運動する。その構造については後に図３を用いて説明する。

第１アーム部材２０は、その基端部から斜め上方に立ち上がった傾斜部分３６と、その傾斜部分３６に連なる湾曲部分３８と、その湾曲部分３８に水平部分４０を介して連なる上端部分４２とを有する。傾斜部分３６は図示されるようにその水平断面が変形した楕円形態を有している。傾斜部分３６は概ね直線的な形態を有しており、湾曲部分３８によって第１アーム部材２０における軸線が傾斜状態から徐々に水平状態に移行することになる。傾斜部分３６と水平部分４０のそれぞれの軸線の交差角度は９０°を超えて１８０°より小さい鈍角である。上端部分４２は水平部分４０に連なりそれら全体として左右反転Ｊ形（あるいはＪ形）を有する。上端部分４２の上端面の向きは垂直上方を向いている。その部分の形状は完全なる円形である。

第２アーム部材２２は、下端部分４４と、下端部分４４に水平部分４８を介して連なる作用端部分５０とを有している。下端部分４４はＪ形（あるいは左右反転Ｊ形）を有する。第１アーム部材２０の上端部分４２と第２アーム部材２２の下端部分４４とを合わせて連結部４６が構成されており、その連結部４６は、後述する中間旋回機構２４が旋回動作を行っていない（つまり旋回角度０°の）原形状態においてＵ字形を有する。

第２アーム部材２２における作用端部分５０には旋回機構２６が連結されている。旋回機構２６は取付部２８を有し、その取付部２８には図１に示した表示器が連結される。取付部２８と表示器１５との間にチルト機構やスライド機構あるいはその他の関節機構を設けるようにしてもよい。旋回機構２６において、上半分及び下半分の内の一方が固定部であり、他方が回転部である。この例では、上半分が下半分に対して相対的に旋回可能に構成されている。

連結部４６の内部には、すなわち上端部分４２と下端部分４４とに跨った屈曲部位には中間旋回機構２４が設けられている。上端部分４２及び下端部分４４のいずれもその端面においては円形の形態が採用されており、中間旋回機構２４はそれらの端面の接合状態を維持したままそれぞれのアーム部材２０，２２を水平方向に相対的に旋回させる機能を発揮する。連結部４６は、上述した原形状態においてＵ字形を有しており、上端部分４２及び下端部分４４のいずれも緩やかに湾曲した形態を有しているため、後に説明するように、当該部分に対してケーブルを挿通させた場合においてもそのケーブルに対して過度に力が加わることを防止できるという利点がある。ちなみに、第２アーム部材２２の内部にはロック機構が設けられており、ノブ３０はそのロック機構のオン動作及びオフ動作を切り替えるものである。このロック機構を動作させることにより、中間旋回機構２４における旋回位置をロックすることができ、本実施形態においては特に旋回角度０°の状態を維持することが可能である。もちろん、そのようなロック機構を旋回機構１８及び旋回機構２６に設けてもよく、あるいは各旋回機構に所定の角度間隔でクリック感を与える機構を採用するようにしてもよい。

図３には、図２に示したアーム機構を側面方向から見た垂直断面が示されている。図３に示すアーム機構１６は上述した原形状態のものであり、すなわち各旋回機構がいずれも旋回動作を行っておらず、それぞれの旋回角度が０°の状態を示すものである。第１アーム部材２０は上述したように斜め方向に立ち上がる傾斜部分と湾曲部分３８と上端部分４２とを有している。第１アーム部材２０はその途中において水平方向に湾曲した上で上方へ屈曲しているが、いずれの箇所における曲率もかなり緩やかなものとなっており、すなわち鋭角での部材連結が行われていないために、ケーブル１００に対するダメージを極力少なくすることが可能である。これは第２アーム部材２２についても同様であり、下端部分４４が緩やかに湾曲した形態を有しており、これによってケーブル１００の保全を図ることが可能である。

図３を用いて更に説明すると、旋回機構１８はその中心を通過する垂直に起立した回転軸１８Ｂを有する。回転軸１８Ｂの奥側においてケーブル１００が挿通されている。その位置が符号１８Ａで示されている。旋回機構１８の旋回によってもケーブル１００に対して不必要な荷重が加わらないように、旋回機構１８が構成されている。ケーブル１００は、第１アーム部材２０の内部を通過し、すなわち傾斜部分３６及び湾曲部分３８の内部を通過し、連結部４６へ到達する。

連結部４６には上述した中間旋回機構２４が内蔵されている。その中心には垂直方向に軸部材２４Ａが設けられている。この軸部材２４Ａは旋回における中心軸を構成するものである。中心軸から見て、緩やかな屈曲形態における内側１０４と外側１０２との内で外側１０２をケーブル１００が通過している。すなわちＵ字形態を有する連結部４６において屈曲が緩やかな側すなわち外回り経路に沿ってケーブル１００が引き回されている。この構成により、第１アーム部材２０に対して第２アーム部材２２を旋回させてもケーブル１００に対して不必要に過度の力が加わることを防止できる。またケーブル１００に対して旋回により捻れが生じたとしても、連結部４６におけるケーブル１００の屈曲半径はかなり大きくなっているため、その捻れ力を広範囲において吸収して局所的に応力が生じてしまう問題を未然に防止することが可能である。ちなみに、ノブ３０に連結されたロックピン５２（図３において内側１０４を通過している垂直ピン）はロック機構の一部を構成するものであり、そのロックピン５２の動作によって中間旋回機構２４の動作を停止させることができ、すなわち原形状態を維持することが可能となる。なお、図２及び図３に示されているように、ノブ３０は第２アーム部材２２の上面に設けられている。図３に示されているように、ノブ３０に連結されたロックピン５２がノブ３０から下方へ垂直に伸びており、その位置は上記の通り連結部４６内における軸部材２４Ａの内側１０４である。

ケーブル１００は第２アーム２２内にも通過しており、その場合においても外回り経路に沿って引き回された上で最終的に旋回機構２６の下部に形成された開口２６Ａから表示器側に引き出されている。すなわち、図３に示されるように、表示器に連結されたケーブル１００はそれ全体として局所的に過度に屈曲しているものではなく、屈曲部分あるいは湾曲部分においてもその曲率半径が大きくされているため、ケーブルへ生じる荷重を低減できるという利点がある。よって、以下に説明するように各旋回機構が動作した場合であってもケーブル１００へ生じる負荷を軽減できる。

図４には、旋回機構１８の動作が示されている。符号２００は図１に示したＸ方向に平行な基準軸線を示しており、符号２０２は図１に示したＹ方向に平行な基準軸線を示している。符号２００で示す軸線が旋回角度０°に相当しており、そこから左右方向にアーム機構１６を旋回させることが可能である。その旋回範囲がθ１及びθ２で示されている。θ１及びθ２のそれぞれは９０°であり、すなわち旋回機構１８は１８０°の旋回範囲を有している。換言すれば、旋回範囲が１８０°に制限されている。図５には、アーム機構１６が一方方向へ旋回した状態が示されており、図６にはアーム機構１６が他方方向へ旋回した状態が示されている（符号２０４及び符号２０６参照）。

図７には、中間旋回機構２４の動作が示されている。軸線２０６は第１アーム部材２０を基準として見た場合における基準軸線を示しており、符号２０８は基準軸線２０６に直交する軸線を示している。θ３及びθ４は旋回範囲を表しており、図示されるように第１アーム部材２０に対して第２アーム部材２２は１８０°の範囲内で旋回運動する。換言すれば、その旋回範囲は１８０°に制限されている。図８には、第１アーム部材２０に対して第２アーム部材２２を符号２１０で示す方向へ９０°旋回させた状態を示しており、図９はアーム部材２０に対してアーム部材２２を符号２１２で示す方向に９０°旋回させた状態を示している。図示されるように、中間旋回機構２４によれば第１アーム部材２０と第２アーム部材２２との上方から見た交差関係を自在に設定でき、これによって表示器の水平方向の位置決めを容易に行うことができる。もちろん、下側の旋回機構及び上側の旋回機構を共に動作させれば、表示器の位置や姿勢をより自在性をもって設定できるという利点がある。

図１０には、旋回機構２６の動作が示されている。符号２１４は第２アーム部材２２を基準とする基準軸線を示しており、符号２１６は基準軸線に直交する基準軸線を示している。図示されるようにθ５及びθ６によって旋回範囲が示されており、その範囲は１８０°である。換言すれば旋回角度が１８０°に制限されている。符号２８は表示器の取付部を示している。図１１には第２アーム部材に対して取付部２８を符号２１８で示す方向に９０°旋回させた状態が示されている。図１２には第２アーム部材に対して符号２２０で示される方向に取付部２８を９０°旋回させた状態が示されている。

以上のように、本実施形態によれば、それぞれ垂直の回転軸を有する３つの旋回機構を上中下の三段階に設けたので、２つのアーム部材のそれぞれの旋回角度を任意に設定して、表示器の可動位置を任意に設定でき、しかもその可動範囲を広げることができるという利点がある。また第１アーム部分が斜めに立ち上がった上で水平方向に伸長しているため、第２アーム部材が操作パネルやその他の装置上面上に設けられている機器に物理的に衝突してしまう可能性を低減できるという利点がある。また連結部分がＵ字形を有しているためその内部を通過するケーブルに対する負荷を軽減でき、特に連結部分の内部における外回り経路に沿ってケーブルが引き回されているためケーブルの屈曲半径を増大して捻れ力を広い範囲に渡って分散できるという利点がある。このような機構により、ケーブルはアーム機構の内部を通過することになるので、その外部にケーブルを引き回した場合における各種の問題を未然に防止でき、また見栄え上も良好である。更に、本実施形態においては各旋回機構がその中心位置に軸部材を有しており、その軸部材を回転軸と利用して簡易な機構によって旋回を実現できるので、各旋回機構を小型化できるという利点がある。

１０ 装置本体、１２ ベース部材、１４ 操作パネル、１５ 表示器、１６ アーム機構、１８ 旋回機構、２０ 第１アーム部材、２２ 第２アーム部材、２４ 中間旋回機構、２６ 旋回機構、３６ 傾斜部分、３８ 湾曲部分、４２ 上端部分、４４ 下端部分、４６ 連結部（屈曲部）、１００ ケーブル。

Claims (3)

1. ベース部材と、
   超音波画像を表示するフラットパネルディスプレイとしての表示器と、
   前記ベース部材と前記表示器との間に設けられ、前記表示器を保持しつつ前記表示器の位置を可変するアーム機構と、
   を含み、
   前記アーム機構は、
   前記ベース部材によって支持された第１アーム部材と、
   前記第１アーム部材によって支持された第２アーム部材と、
   前記第１アーム部材と前記第２アーム部材との連結部に設けられ、それらのアーム部材を相対的に水平回転させるための垂直な回転中心軸を構成する軸部材を有する中間旋回機構と、
   前記中間旋回機構の動作をロックするロック機構と、
   を有し、
   前記中間旋回機構の旋回角度が０度の原形状態において、前記第１アーム部材の上端部分と前記第２アーム部材の下端部分とからなる屈曲部が湾曲形態を有し、
   前記ロック機構は、
   前記第２アーム部材の上面に設けられ、当該ロック機構のオン動作及びオフ動作を切り替えるノブと、
   前記ノブに連結された垂直ピンであって、前記屈曲部の内部において前記湾曲形態における前記軸部材よりも水平方向内側に設けられ、前記原形状態においてオン動作して前記第１アーム部材と前記第２アーム部材とにわたって設けられてそれらの相対的な旋回をロックするロックピンと、
   を有し、
   前記軸部材は前記屈曲部の内部であって前記連結部の中心に設けられ、
   前記第１アーム部材及び前記第２アーム部材の内部を通過するケーブルを有し、
   前記屈曲部の内部において前記湾曲形態における前記軸部材よりも水平方向外側を前記ケーブルが通過する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記湾曲形態はＵ字形態である、ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項１又は２記載の装置において、
   前記上端部分及び前記下端部分の内の一方はＪ字形態を有し、前記上端部分及び前記下端部分の内の他方は左右反転Ｊ字形態を有し、それらは前記上端部分及び前記下端部分の接合面である水平回転面に対して対称の形態を有する、ことを特徴とする超音波診断装置。

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