JPH01305935A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は超音波プローブ、更に詳しくは人体内に挿入し
、管腔内より超音波断層像を得る超音波圧電振動子を具
備した超音波プローブに関する。

［従来の技術］ 従来のこの種の超音波プローブは、例えば特開昭６２−
８２９４４号公報に示されるように、超音波断層像を得
る超音波圧電振動子に密着巻弾性コイルよりなるフレキ
シブルシャフトが連結されていて、圧電振動子は同シャ
フトの基端に連結するモータによってフレキシブルシャ
フトを介して機械的に日乾走査せられるようになってい
る。このように従来の超音波プローブは、先端に配設さ
れた超音波振動子に対してフレキシブルシャフトにより
回転力を伝達する手段を採っているので、多少弯曲する
ようなことがあっても回転はでき、超音波断層像も得ら
れるが、アングルを強くかけるとフレキシブルシャフト
は安定に回転しないため、超音波像にむらが生じ、その
診断能力を著しく阻害するものとなっていた。

［発明が解決しようとする課題］ このように体腔内に挿入される超音波プローブは、その
プローブ先端までフレキシブルシャフトを挿通しなくて
はならず、またプローブは必然的にその体腔の弯曲に沿
って弯曲せざるを得ないので、特に、カテーテルタイプ
などの体腔内用プローブにおいては上述したように、弯
曲をかけたときにフレキシブルシャフトか十分に回転力
を先端部まで伝達できず、診断能力の低下は避けられな
いという問題点を有していた。

従って、本発明の目的は、上述したような問題点を解消
するために、体腔内挿入部にアングルの強い弯曲をかけ
ても確実にプローブ先端の超き波振動子を正確に機械的
に走査し、安定した超音波断層像が得られるようにした
超音波プローブを提供するにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明は、上
記目的を達成するために、超音波を送受波する圧電振動
子と、この圧電振動子に結合されていて、同圧電振動子
を機械的に走査する形状記憶部材と、この形状比ｔａ部
材を変形させる手段と、を具備したことを特徴とするも
のであって、プローブ先端にて圧電振動子を形状記憶部
材により機械的に走査するようにしたものである。

即ち、本発明は第１図の概念図に示すように、超音波プ
ローブ１の先端部に、超音波を送受波する圧電振動子２
と、同圧電振動子２を機械的に回転駆動する形状記憶部
材３と、上記圧電振動子２の走査量を検知する走査量セ
ンサー４とが配設されており、 超音波プローブ１の接続される装置側に設けられた、上
記形状記憶部材３の変形手段５によって超音波プローブ
１内の圧電振動子２が機械的に回転走査されると同時に
、その走査された走査量を上記走査量検知センサー４と
接続する走査量検知手段６によって検知する。そして、
上記圧電振動子２から超音波が送波され、被写体に反射
されて戻ってきたエコーを受波してＣＲＴ等の映像手段
７により断層像が表示される。また、これらの上記変形
手段５．走査量検知手段６および上記断層像の映像表示
手段７等は凡てコントローラ８によって制御されるよう
になっている。

［実　施　例］ 第２図は、本発明の第１実施例を示す超音波プローブの
要部を示す斜視図である。この超音波プローブ１は、主
として血管内に挿入されて、血管内の超音波断層像を得
るためのものであって、超音波の伝播は血液を媒体とし
て行なわれるようになっている。この超音波プローブ１
は、カテーテル９の先端より突出する、形状記憶合金あ
るいは形状記憶プラスチック等の形状記憶材料をスパイ
ラル状に形成して構成された形状記憶部材３と、同形状
記憶部材３の先端に固着された円板状の圧電振動子２と
、同圧電振動子２に一端が接続され、カテーテル９内に
引き通された、送受波信号等の超音波信号の伝達用同軸
ケーブル１０とで構成されている。

次にこのように構成された超音波プローブ１における圧
電振動子２を走査する形状記憶部材３の変形手段５およ
び走査量検知手段６の一例を、第３図の概略配線図によ
って説明する。上記形状記憶部材３への直流電源１１か
らの電流はトランジスタ１２を介して供給されるが、そ
の供給菅はコントローラ８からの信号でトランジスタ１
２の導通時間をコントロールすることによって制御され
る。そして、゛その際の形状記憶部材３の両端に生ずる
電圧は電圧計１３によってａｌｌｌ定され、その値はコ
ントローラ８に入力され、その値によって上記走査量が
検知されるようになっている。即ち、上記形状記憶部材
３に通電される電流によって同形状記憶部材３は加熱さ
れ変形し、圧電振動子２を回動させると共に、その変形
量は上記電圧計１３を介して検知され、コントローラ８
によって圧電振動子２の走査が制御されるようになって
いる。

また、上記超音波断層像の映像表示手段７は第４図のブ
ロック図に示すように構成されている。

まず、コントローラ８からの信号に基づいて送波回路１
８から駆動パルスが圧電振動子２に印加され、圧電振動
子２は超音波を被検体に向けて送波する。次いで被検体
によって反射されて戻ってきたエコーは受波回路１４で
受波され、増幅器１５にて増幅された後、Ａ／Ｄコンバ
ータ１６によってディジタル化され、更にディジタルス
キャンコンバータ（Ｄ、Ｓ、Ｃ）１７にて画像用メモリ
ーとして合成され、ブラウン管（Ｃ０Ｒ，Ｔ）　１９に
よって超音波断層像として表示される。

次に、本実施例における超音波プローブ１の作用を、第
５図に基づいて説明する。第５図は、本実施例の超音波
プローブ１を体腔内に挿入し、その先端の圧電振動子２
の超音波発生面を、例えば血管内壁面に相対するように
配置した状態を示している。このように配置された圧電
振動子２に上記同軸ケーブル１０を介して超音波駆動パ
ルスを印加すると共に、第３図に示すように、コントロ
ーラ８からの制御信号によりトランジスタ１２を一定時
間、オン状態にさせると、直流電源１１より上記形状記
憶部材３に電流が流れるので、同形状記憶部材３は自己
の発熱によりスパイラル状の同部材３は変形し、円板状
の圧電振動子２の超音波発生面の向きがカテーテル９の
中心軸を軸として３６０°回転する。従って、ここに圧
電振動子２は一回転の走査を行なったことになる。そし
て、この一回転後に上記トランジスタ１２への電流を一
定時間断てば、形状記憶部材３には通電されず、温度が
下るので逆方向に３６０°回転して元の状態に戻る。即
ち、順方向に一回転、逆方向に一回転を行なう。これら
の変形は、第３図に示すように電圧計１３によって検知
され、トランジスタ１２を介してコントローラ８によっ
て制御される。

このような圧電振動子２の３６０°に亘る往復回転動作
を一定時間毎に繰り返すことにより、上記送波された超
音波の反射波により、血管内壁の３６０°に亘る断層像
を上記第４図に示す電気回路を通して、ＣＲＴ１９で見
ることができる。また、このときの圧電振動子２の回転
量は、電圧計１３から得た電圧より算出されると同時に
第４図に示すディジタルスキャンコンバータ（Ｄ、　　
Ｓ。

Ｃ）での回転角度毎の超音波受波信号を画像合成するこ
とにより正しくカテーテル９の軸と直交する方向の３６
０°の断層像が得られる。

このように本発明による超音波プローブ１においては、
フレキシブルシャフトを使用せず、プローブ先端にて圧
電振動子を機械的にラジアル走査できる。そして、圧電
振動子２の回転がその支持体であるカテーテル９とは無
関係に上記形状記憶部材３によって正確に行なわれるよ
うになっているので、カテーテルタイプのプローブを極
度に弯曲させて挿入しても、またカテーテル９の先端が
体腔の弯曲につれてどんなに捩れても圧電振動子の回転
には何等影グすることなく、確実にこれを回転すること
ができ、正確に超音波断層１象を得ることができる。

また、上記送受信用ケーブル１０は圧電振動子２が形状
記憶部材３によって１回転させられたのち、通電のカッ
トにより逆に１回転して元に戻るので、振動子の回転に
よって捻れることがないので、スリップリング等も不要
となる。

第６図（Ａ）は、本発明の第２実施例を示す超音波プロ
ーブの先端部を示す斜視図である。なお、本実施例にお
ける超音波プローブは、上記第２図における超音波プロ
ーブ１における形状記憶部材３が異なるのみで、他はほ
ぼ同様に構成されているので同一構成部材については同
一符号を付すに止め、その説明は省略する。以下の実施
例についても同様とする。

本実施例における超音波プローブ２１においては、カテ
ーテル９の先端より突出して圧電振動子２を支持する形
状記憶部材２２が上記第１図の超音波プローブ１の場合
と異なり、図示のように、先端部が上方にほぼ３０″の
角度で折り曲げられており、その先端に圧電振動子２が
取り付けられている。同圧電振動子２にはカテーテル９
内に引き通された同軸ケーブル１０の一端が同様に接続
されている。

このように構成された本実施例における超音波ブロージ
ス上は、上記形状記憶部材２２が所定の温度に加熱され
ると第６図（Ｂ）に示すように先端部が下方にほぼ３０
°の角度で折り曲げられる。

そして元の温度に戻されると第６図（Ａ）に示すように
前の状態に戻るようになっている。従って、圧電振動子
２への通電のオン・オフを一定時間毎に繰り返すことに
より、圧電振動子２の向きが第６図（Ｃ）に示すように
θだけ変化し、対向する体腔内壁をセクタ走査して、上
記第２図の超音波プローブよと同様にミその超音波断層
像を得ることができ、部分的な断層像で足りるような場
合は極めて効果的なものとなっている。

第７図は、本発明の第３実施例を示す超音波プローブの
要部斜視図である。この超音波プローブ３１は上記第１
図の超音波プローブ１とほぼ同様に、カテーテル９の先
端より突出するスパイラル状の形状記憶部材３と、その
先端に固着された圧電振動子２と、この圧電振動子２に
接続され、カテーテル９内に引き通される超音波送受用
ケーブル１０と、カテーテル９内に挿通された送水用パ
イプ３２とで、その主要部が構成されている。この実施
例においては、上記形状記憶部材３が、上記第２図の超
音波プローブ１の場合のように、電気的に加熱されるの
ではなく、上記送水用パイプ３２から送水される温水に
よって加熱されるようにした点が異なっている。即ち、
上記送水パイプ３２にその基端部より加温器３４により
加温された生理食塩水３３をポンプ３５を介して送り込
み、これをカテーテル９の先端部の送水口３６より上記
形状記憶部材３に注水し、同形状記憶部材３を加熱して
変形させると共に、注水を中止することによって冷却さ
せて初期の形状に戻し、これを−定時間毎に繰り返すこ
とによって、その先端部に固着された圧電振動子２を回
動させ体腔内を走査するようにしたものである。例えば
、血管３９内にあるカテーテル９の先端の形状記憶部材
３は、上記温水による温度上昇で変形し、圧電振動子２
を機械的に走査する。送水を止めると、再び血管３９内
で形状記憶部材３は冷却され、元の形状に戻る。なお、
第７図中の符号３７は、観測装置を示している。

このように構成された超音波プローブ３１は、圧電振動
子を温水を利用して機械的に回動走査するので、上記各
実施例の場合のように、走査のための通電用リード線が
不要となり、その構造が極めて簡単となる効果を得るこ
とができる。

第８図（Ａ）は、本発明の第４実施例を示す超音波プロ
ーブの先端部の断面図であり、第８図（Ｂ）は第８図（
Ａ）中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

この超音波プローブ４１は、上記第２図の超音波プロー
ブ１とほぼ同様に構成されているが、ただ、カテーテル
９Ａが半透明のパラフィン等の薄膜で形成されていて、
圧電振動子２がその内部に配置されるようになっている
点で異なっているだけである。形状記憶部材３には、同
部材３に電流を供給するためのリード線４２を含む形状
記憶部材駆動用ケーブル４３が接続されており、また圧
電振動子２には超音波送受信用ケーブル４４が接続され
ている。このように構成された本実施例における超音波
プローブ４１も、上記第２図の超音波プローブ１と全く
同様に作用する。

第９図は、上記各実施例が何れも圧電振動子を１個配設
した超音波プローブに関するものであったのに対し、電
子リニアセクタ型の超音波内視鏡５１に本発明を適用し
た本発明の第５実施例を示す断面図である。この実施例
は内視鏡の弯曲管部５５に、アレイ状の超音波振動子５
２を多数並列させて配置し、形状記憶部材５３を利用し
、弯曲の仕方、即ち各振動子エレメントの位置を検出し
、各振動子の走査遅延時刻を適当にコントロールするこ
とにより走査し、超音波断層像を得るようにしたもので
ある。この超音波内視！５１における圧電振動子５２は
、高分子圧電フィルムからなり、多数並列して可撓性を
有するアレイ状に弯曲管部５５の外周面に配設されてい
て、その弯曲管部５５内にはこれと平行して細片板状の
形状記憶部材５３が各関節部材５４間にそれぞれ設けら
れている。

そして、配置された振動子リニアアレイ５２は弯曲管部
５５と共に曲げられた生体６０の表面に密着する。弯曲
動作は、その関節５４間を連結している形状記憶部材５
３の抵抗値を測定し、その弯曲形状を知ることによって
、各振動子エレメントの位置が判る。これが判ると走査
に必要な各振動子の遅延タイムをコンピュータによって
計算し、その結果に応じて送受波を行なう。形状記憶部
材は回復率によって抵抗値を変えるから抵抗値を検出し
て振動子のエレメントの各位置を知り適当な遅延走査に
より超音波像を得る。

このように構成された超音波内視鏡５１においては、各
超音波振動子５２の走査に必要な変形は総てコントロー
ラによって制御され、それに対応して超音波が送受波さ
れるようになっている。そして、生体の超音波１析層像
を得る場合の走査は、数素子を１ブロツクとして電子セ
クタ走査をしながら横にずらして、種々の方向よりセク
タ走査を行ない、スペックルパターン除去等の効果も得
るようにすることができる。また、同走査方式によれば
合成開口も可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、 ■極度に弯曲をかけた状態でも、先端部にて形状記憶部
材により機械的に走査しているため、正確に安定した超
音波像が得られる。

■従来のもののように、フレキシブルシャフトで遠隔か
ら走査せずに、形状記憶部材を用いて、単純な構造で機
械走査しているので、プローブを細径化することができ
る。

等の顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概念図、 第２図は、本発明の第１実施例を示す超音波プローブの
要部を示す斜視図、 第３図は、上記第２図の超音波プローブにおける形状記
憶部材の変形手段および走査量検知手段の電気回路の配
線図、 第４図は、上記第２図の超音波プローブにおける映像表
示手段の電気回路のブロック図、第５図は、上記第２図
の超音波プローブの作用を説明するための斜視図、 第６図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は、本発明の第
２実施例を示す超音波プローブの要部斜視図およびその
作動図、 第７図は、本発明の第３実施例を示す超音波プフローブ
の斜視図、 第８図（Ａ）　、　（Ｂ）は、本発明の第４実施例を示
す超音波プローブの側面図および第８図（Ａ）中のＣ−
Ｃ線に沿う断面図、 第９図は、本発明の第５実施例を示す超音波内視鏡の要
部断面図である。 １．２１，３１．４１・・・・・・超音波プローブ２．
５２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・圧電振動子３．２２．５３・・・・・・・・・・・・
・・・形状記憶部材形ｌ　図 ゐ２囚 （Ｌ ３６図 ６７図 馬８区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波を送受波する圧電振動子と、 この圧電振動子に結合されていて、同圧電振動子を機械
   的に走査する形状記憶部材と、 この形状記憶部材を変形させる手段と、 を具備したことを特徴とする超音波プローブ。