JP6380013B2 - 超音波プローブ - Google Patents

Description

本発明は、体腔内に挿入され、超音波振動子を機械的に走査させる超音波プローブに関する。

近年、例えば直腸や膣等の体腔内に挿入し、体腔内に向けて放射した超音波の反射波であるエコー信号を取得する超音波プローブを備え、このエコー信号を画像化する超音波診断装置が広く用いられるようになった。

このように体腔内に挿入して、超音波振動子を機械的に走査させて用いる超音波プローブは、先端部に配設された、超音波を送受信する複数の振動子を有する振動子ユニットをモータの駆動力により揺動運動させて超音波の走査を行う（特許文献１、２）ものが一般的である。

特開平１０−１７９５８８号公報 特開２０００−７０２６８号公報

体腔用の超音波プローブには、更なる操作性の向上が要求されている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、軽量化等、操作性の向上に貢献する体腔用の超音波プローブを提供する。

本発明の超音波プローブは、超音波を送受信する複数の振動子を有する振動子ユニットと、前記振動子ユニットを揺動可能に保持する振動子保持フレームと、超音波透過性を有する材料で形成され、前記振動子ユニットの超音波送受面の前面部分に設けられ、前記振動子保持フレームに密封固定される音響ウインドウと、を具備し、前記振動子保持フレームと前記音響ウインドウとにより、内部に前記振動子ユニットを含む第１の空間を形成し、さらに、前記振動子ユニットを揺動させるための駆動力を発生させる駆動手段と、前記駆動手段を保持し、内部に前記駆動手段の出力軸を含む第２の空間を形成する駆動手段保持フレームと、前記第１の空間および前記第２の空間と連通する中空部分を有するパイプと、前記パイプの中空部分を通され、前記駆動手段の駆動力を伝達して前記振動子ユニットを揺動させる伝達手段と、前記振動子保持フレーム、前記駆動手段、前記駆動手段保持フレーム、前記パイプ、および、前記伝達手段を内部に含む筐体と、を具備し、前記第１の空間、前記パイプの中空部分、および、前記第２の空間に、カップリング液が充填された、構成を採る。

本発明によれば、振動子保持フレームと音響ウインドウで形成された第１の空間、駆動手段保持フレーム内部の第２の空間、および、パイプの中空部分のみに、カップリング液を充填すれば良いので、カップリング液の容量を少なくすることができ、超音波プローブの軽量化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る超音波プローブの上面断面図 本発明の一実施の形態に係る超音波プローブの正面断面図 本発明の一実施の形態に係る超音波プローブの部分斜視図 ワイヤの固定方法を説明する図 本発明の一実施の形態に係る超音波プローブの部分斜視図 本発明の一実施の形態に係る超音波プローブの部分斜視図

以下、本実施の形態について、図面を用いて説明する。図１、図２は、それぞれ、本発明の一実施の形態に係る超音波プローブの上面断面図、正面断面図である。図１、２に示すように、超音波プローブ１の筐体１０は、体腔外で操作者が握るグリップ部１１と、体腔内に挿入される挿入部１２と、により構成される。

挿入部１２の先端部１３の内部には、振動子保持フレーム２０が固定的に取り付けられる。振動子保持フレーム２０は、アルミニウム、プラスチック等の材料で片端開口の中空形状に形成され、側面外周部２１において、筐体１０の挿入部１２の端部の内周に固定される。振動子保持フレーム２０の底面２２には、信号線（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）７０ａ、７０ｂを通すための孔２３ａ、２３ｂ（図５参照）、および、パイプ１３０ａ、１３０ｂを取り付けるための孔２４ａ、２４ｂが設けられている。

振動子保持フレーム２０には、揺動シャフト３０が回動可能に取り付けられる。揺動シャフト３０は、ステンレス鋼等の材料で円柱形状に形成される。揺動シャフト３０には、従動側プーリ４０および振動子ユニット５０が固定的に取り付けられる。

従動側プーリ４０は、モータ（駆動手段）１２０の駆動に基づくワイヤ（伝達手段）１４０の移動に伴って揺動シャフト３０を揺動させる。なお、従動側プーリ４０へのワイヤ１４０の掛け方の詳細については後述する。

振動子ユニット５０には、超音波を送受信するための複数の振動子（圧電振動素子）が配設されている。各振動子は、電気信号を超音波に変換して被検体の体内に放射し、体内で反射された超音波（反射波）を検出して電気信号に変換する。振動子ユニット５０は、揺動シャフト３０の揺動に伴って、超音波送受波面５１に垂直な方向（図２における紙面上下方向）に延びる揺動シャフト３０の中心軸の回りを揺動する。振動子ユニット５０を揺動させることにより、超音波形成面を移動させ、三次元の超音波画像を形成することができる。

振動子ユニット５０の超音波送受面５１の前面部分には、音響ウインドウ６０が取り付けられる。音響ウインドウ６０は、超音波透過性を有する材料でドーム形状に形成され、振動子保持フレーム２０の開口部２５を覆うように振動子保持フレーム２０に密封固定される。その結果、振動子ユニット５０は、音響ウインドウ６０と振動子保持フレーム２０で形成された空間（第１の空間）内に配置されることになる。

音響ウインドウ６０と振動子保持フレーム２０で形成された空間（第１の空間）には、超音波の伝搬性を向上させ、超音波を少ない減衰で体表面まで導くためにカップリング液が充填される。

振動子ユニット５０に配設された各振動子には、信号線７０ａ、７０ｂが接続される。信号線７０ａ、７０ｂは、振動子保持フレーム２０の底面２２に設けられた孔２３ａ、２３ｂから引き出され、診断装置本体（図示せず）から出力された電気信号を各振動子に伝達し、各振動子から出力された電気信号を診断装置本体に伝達する。なお、孔２３ａ、２３ｂの封止方法の詳細については後述する。

また、振動子保持フレーム２０の底面２２に設けられた孔２４ａ、２４ｂには、それぞれパイプ１３０ａ、１３０ｂの一端部が差し込まれる。この状態で、パイプ１３０ａ、１３０ｂが振動子保持フレーム２０に溶接され、孔２４ａ、２４ｂが塞がれる。なお、音響ウインドウ６０と振動子保持フレーム２０で形成された空間は、パイプ１３０ａ、１３０ｂの中空部分と連通している。このため、パイプ１３０ａ、１３０ｂの中空部分にも、カップリング液が充填される。

筐体１０のグリップ部１１の内部には、ケーシング（駆動手段保持フレーム）９０が固定的に取り付けられる。ケーシング９０は、例えば、金属やプラスチック材料で中空の形状に形成される。ケーシング９０の振動子保持フレーム２０に対向する第１面９１には、パイプ１３０ａ、１３０ｂを取り付けるための孔９２ａ、９２ｂが設けられている。ケーシング９０の振動子保持フレーム２０に対向する第２面９３には、モータ１２０の出力シャフト１２１を内部に入れるための孔９４が設けられている。

ケーシング９０の第２面９３には、モータ１２０が、孔９４にモータ１２０の出力シャフト１２１が差し込まれた状態で、固定的に取り付けられる。モータ１２０は、振動子ユニット５０を揺動させる駆動機構として機能する。孔９４とモータ１２０の出力シャフト１２１との間にはオイルシール１２２が嵌められる。これにより、孔９４は封止される。

また、ケーシング９０の第１面９１に設けられた孔９２ａ、９２ｂには、それぞれパイプ１３０ａ、１３０ｂの他端部が差し込まれる。この状態で、パイプ１３０ａ、１３０ｂがケーシング９０に溶接され、孔９２ａ、９２ｂが塞がれる。なお、ケーシング９０の内部空間は、パイプ１３０ａ、１３０ｂの中空部分と連通している。このため、ケーシング９０の内部空間にも、カップリング液が充填される。

ケーシング９０の内部空間（第２の空間）には、駆動側プーリユニット１００および中間プーリ１１０ａ、１１０ｂが収められる。

駆動側プーリユニット１００は、モータ１２０の出力シャフト１２１の先端に、同軸上に固定的に取り付けられる。駆動側プーリユニット１００には、駆動側プーリ１０１ａ、１０１ｂが形成されている。駆動側プーリ１０１ａ、１０１ｂの回転軸は、従動側プーリ４０の回転軸に対して直交する。なお、駆動側プーリユニット１００の詳細については後述する。

中間プーリ１１０ａ、１１０ｂは、それぞれ、取り付けシャフト１１１ａ、１１１ｂを介して、取り付けシャフト１１１ａ、１１１ｂの回りを、又は、取り付けシャフト１１１ａ、１１１ｂと共に、回転可能にケーシング９０に取り付けられる。中間プーリ１１０ａ、１１０ｂの回転軸は、従動側プーリ４０の回転軸および駆動側プーリ１０１ａ、１０１ｂの回転軸のそれぞれに対して直交する。中間プーリ１１０ａ、１１０ｂの外周には、ワイヤ１４０を掛けるためのワイヤ溝が形成される。

パイプ１３０ａ、１３０ｂは、金属材料により形成され、それぞれ、一端部が孔２４ａ、２４ｂに差し込まれて振動子保持フレーム２０に固定され、他端部が孔９２ａ、９２ｂに差し込まれてケーシング９０に固定される。パイプ１３０ａ、１３０ｂの中空部分は、音響ウインドウ６０と振動子保持フレーム２０で形成された空間、および、ケーシング９０の内部空間と連通している。このため、カップリング液は、パイプ１３０ａ、１３０ｂの中空部分およびケーシング９０の内部空間にも充填される。

ワイヤ１４０は、一端部が駆動側プーリ１０１ａに固定された状態で、順に、駆動側プーリ１０１ａおよび中間プーリ１１０ａに掛けられ、パイプ１３０ａの中を通され、従動側プーリ４０に掛けられ、従動側プーリ４０の孔４４（図３参照）を通される。さらに、孔４４を通されたワイヤ１４０は、順に、従動側プーリ４０に掛けられ、パイプ１３０ｂの中を通され、中間プーリ１１０ａおよび駆動側プーリ１０１ｂに掛けられる。そして、ワイヤ１４０は、他端部が駆動側プーリ１０１ｂに固定される。

次に、従動側プーリ４０へのワイヤ１４０の掛け方の詳細について図３を用いて説明する。図３に示すように、従動側プーリ４０の外周面４１には、２つのワイヤ溝４２、４３が設けられ、ワイヤ溝４２とワイヤ溝４３とを繋ぐ孔４４が形成されている。従動側プーリ４０には、ワイヤ溝４２に掛けられたワイヤ１４０が孔４４を通ってワイヤ溝４３にも掛けられるように、ワイヤ１４０が２重に掛け渡される。ワイヤ１４０は、孔４４の一部でピン部材などにより従動側プーリ４０に固定される。

ワイヤの固定方法として、従来は、図４Ａに示すように、従動側プーリの溝上にワイヤを固定するためのワイヤ固定部を設けることが一般的であった。この場合、ワイヤ固定部があるために、従動側プーリおよび振動子ユニットの揺動角度を１８０°以上回転させることが困難であった。

一方、本発明は、図４Ｂに示すように、従来のようにワイヤ固定部を設ける必要がなく、ワイヤが２重に掛け渡されているので、従動側プーリおよび振動子ユニットの揺動角度を１８０°以上とすることができる。

次に、孔２３ａ、２３ｂの封止方法の詳細について図５を用いて説明する。図５に示すように、孔２３ａ、２３ｂには、それぞれ信号線７０ａ、７０ｂを挟み込んだ保持部材８０ａ、８０ｂが差し込まれる。この状態で、孔２３ａ、２３ｂに接着剤が注入され、孔２３ａ、２３ｂが封止される。

これにより、信号線７０ａ、７０ｂは、振動子ユニット５０の揺動により可動する範囲においては、接着剤が付着することなく、振動子保持フレーム２０に固定される。

次に、駆動側プーリユニット１００の詳細について図６を用いて説明する。図６に示すように、駆動側プーリ１０１ａ、１０１ｂには、それぞれ、ワイヤ１４０を掛けるためのワイヤ溝１０２ａ、１０２ｂが設けられる。ワイヤ１４０の両端部は、それぞれ、ワイヤ溝１０２ａ、１０２ｂに掛けられた状態で、ワイヤ端固定部１０３において、ネジ止めにより、駆動側プーリ１０１ａ、１０１ｂに固定される。

また、駆動側プーリユニット１００には、コイルばね１０４ａ、１０４ｂが取り付けられている。コイルばね１０４ａ、１０４ｂをねじることにより、ワイヤ１４０にテンションをかけることができ、ねじる度合いにより、ワイヤ１４０のテンションを調整することができる。これにより、テンションを発生させるテンショナーを新たに設置することなくワイヤ１４０に必要なテンションをかけられ、駆動側プーリユニットを小型・軽量化することができる。また、これにより、ワイヤ１４０は、モータ１２０の駆動に伴う出力シャフト１２１の回転量に応じて、振動子ユニット５０を揺動させることができる。

次に、超音波プローブ１の操作について説明する。まず、操作者は、グリップ部１１を保持して、挿入部１２を体腔内に挿入する。

次に、操作者は、診断装置本体の操作部（図示せず）を操作して、超音波画像の形成を指示する。この指示を受信すると、診断装置本体の制御部（図示せず）は、モータ１２０の出力シャフト１２１（駆動側プーリユニット１００）を揺動回転させる。これにより、駆動側プーリユニット１００の回転運動が、ワイヤ１４０により従動側プーリ４０に伝達され、振動子ユニット５０を回転軸を中心に揺動回転させ、超音波形成面を移動させることができる。

また、診断装置本体の制御部は、信号線７０ａ、７０ｂを介して、各振動子に電気信号を送信する。各振動子は、振動子ユニット５０の揺動に合わせて、受信した電気信号を超音波に変換して被検体の体内に放射し、体内で反射された超音波（反射波）を検出して電気信号に変換し、信号線７０ａ、７０ｂを介して、診断装置本体の制御部に送信する。これにより、制御部は、三次元の超音波画像を形成して画面に表示させることができる。

以上のように、本発明によれば、振動子保持フレーム２０とケーシング９０とをパイプ１３０ａ、１３０ｂで繋ぎ、パイプ１３０ａ、１３０ｂの中にワイヤ１４０を通すことにより、筐体１０の挿入部１２においてパイプ１３０ａ、１３０ｂの中だけカップリング液を充填すればよいので、カップリング液の容量を少なくすることができ、超音波プローブ１を軽量化することができる。

また、本発明によれば、金属のパイプ１３０ａ、１３０ｂが所定の強度を有するので、筐体１０の挿入部１２を、プラスチックなどの軽い材質のもので形成することができ、超音波プローブ１を軽量化することができる。

また、本発明によれば、信号線７０ａ、７０ｂをパイプ１３０ａ、１３０ｂの外に通すことにより、信号線７０ａ、７０ｂのカップリング液に触れる部分を少なくすることができ、信号線７０ａ、７０ｂがワイヤ１４０と接触により擦れて傷ついてしまうことを防ぐことができる。

さらに、本発明によれば、従動側プーリ４０に２つのワイヤ溝４２、４３とこれらを繋ぐ孔４４を形成し、ワイヤ溝４２に掛けたワイヤ１４０を孔４４に通してワイヤ溝４３に掛けるように、従動側プーリ４０においてワイヤ１４０を２重に掛けることにより、振動子ユニット５０の揺動角度を従来よりも大きくすることができる。

なお、上記実施の形態では、パイプが２本である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、パイプが１本であっても良い。

本発明は、体腔内に挿入され、超音波振動子を機械的に走査する超音波プローブに利用することができる。

１ 超音波プローブ
１０ 筐体
１１ グリップ部
１２ 挿入部
１３ 先端部
２０ 振動子保持フレーム
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ 孔
３０ 揺動シャフト
４０ 従動側プーリ
４２、４３ ワイヤ溝
４４ 孔
５０ 振動子ユニット
６０ 音響ウインドウ
７０ａ、７０ｂ 信号線
８０ａ、８０ｂ 保持部材
９０ ケーシング（駆動手段保持フレーム）
９２ａ、９２ｂ、９４ 孔
１００ 駆動側プーリユニット
１０１ａ、１０１ｂ 駆動側プーリ
１１０ａ、１１０ｂ 中間プーリ
１２０ モータ（駆動手段）
１２１ 出力シャフト
１３０ａ、１３０ｂ パイプ
１４０ ワイヤ（伝達手段）

Claims (6)

1. 超音波を送受信する複数の振動子を有する振動子ユニットと、
   前記振動子ユニットを揺動可能に保持する振動子保持フレームと、
   超音波透過性を有する材料で形成され、前記振動子ユニットの超音波送受面の前面部分に設けられ、前記振動子保持フレームに密封固定される音響ウインドウと、
   を具備し、
   前記振動子保持フレームと前記音響ウインドウとにより、内部に前記振動子ユニットを含む第１の空間を形成し、
   さらに、
   前記振動子ユニットを揺動させるための駆動力を発生させる駆動手段と、
   前記駆動手段を保持し、内部に前記駆動手段の出力軸を含む第２の空間を形成する駆動手段保持フレームと、
   前記第１の空間および前記第２の空間と連通する中空部分を有するパイプと、
   前記パイプの中空部分を通され、前記駆動手段の駆動力を伝達して前記振動子ユニットを揺動させる伝達手段と、
   前記振動子保持フレーム、前記駆動手段、前記駆動手段保持フレーム、前記パイプ、および、前記伝達手段を内部に含む筐体と、
   を具備し、
   前記第１の空間、前記パイプの中空部分、および、前記第２の空間に、カップリング液が充填された、
   超音波プローブ。
2. 前記振動子ユニットに連結される従動側プーリと、
   前記第２の空間の内部に収められ、前記駆動手段の出力軸に固定され、前記駆動手段の駆動力により回転する２つの駆動側プーリと、
   を具備し、
   前記伝達手段は、
   前記従動側プーリおよび前記２つの駆動側プーリに掛けられ、前記２つの駆動側プーリのそれぞれに両端の一方が固定されるワイヤである、
   請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記２つの駆動側プーリは、回転軸が前記従動側プーリの回転軸に対して直交するように配置され、
   前記第２の空間の内部に収められ、回転軸が前記従動側プーリの回転軸および前記２つの駆動側プーリの回転軸のそれぞれに対して直交するように配置された２つの中間プーリを具備し、
   前記ワイヤは、前記従動側プーリと前記２つの駆動側プーリとの間で、前記２つの中間プーリに掛けられる、
   請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記従動側プーリは、外周部分に２つの溝が形成され、前記２つの溝を繋ぐ連結孔が形成され、
   前記ワイヤは、前記従動側プーリにおいて、前記一方の溝に掛けられた後、前記連結孔に通され、前記他方の溝に掛けられるように、２重に掛けられる、
   請求項２または３に記載の超音波プローブ。
5. 前記振動子に接続され、前記振動子との間で電気信号の送受を行う信号線を有し、
   前記振動子保持フレームには、前記信号線を前記パイプの外へ通すための封止孔が形成される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波プローブ。
6. 前記封止孔は、前記信号線を挟み込んだ保持部材が差し込まれた状態で封止される、
   請求項５に記載の超音波プローブ。

Images