JPH0161060B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機械的に超音波ビームを扇形走査
し、扇形の超音波断層像を得ることができる機械
式の超音波探触子に関するものである。

超音波パルスビームを生体に向けて放射し、生
体内の音響インピーダンスの差違によつて生じる
反射波を受信し、所望の生体断層画像を表示する
超音波診断装置が公知である。その中で超音波ビ
ームを機械的に、あるいは純電子的に扇形走査
し、扇形の超音波断層像が得られる装置がある。

前者の超音波ビームを機械的に扇形走査するに
は、圧電振動子を超音波伝搬媒体液を充填した容
器の中で、ある任意の点を中心に、往復振動させ
る。あるいは圧電振動子を回転支持体に設け、こ
の回転支持体を回転することにより、超音波ビー
ムを機械的に扇形走査する方法が知られている。

後者の圧電振動子を回転することによつて、超
音波ビームを扇形走査する方式の機械式扇形走査
型超音波探触子としては、第１図Ａに示したもの
が知られている。ここで第１図Ａは、従来の機械
式扇形走査型超音波探触子の概略構成図、第１図
Ｂは、回転支持体部分の概略側面図、第１図Ｃは
同軸型ロータリートランスの概略構成図、第１図
Ｄは、探触子の概略動作原理を示す回路図で、点
線で囲まれた部分が回転することをそれぞれ示
す。第１図Ａ〜Ｄにおいて、１は回転支持体、２
ａ，２ｂ，２ｃは圧電振動子、３ａ，３ｂ，３ｃ
はリードスイツチ、４は軸受、５は超音波伝搬媒
体液を充填した容器、６ａ，６ｂは同軸型ロータ
リートランスを構成する固定コイルと回転コイ
ル、７及び９はプーリ、８はベルト、１０はモー
ター、１１はモーターの回転制御検出器、１２は
本体装置との接続ケーブル、１３は探触子ケー
ス、１４は固定永久磁石、１５は回転軸をそれぞ
れ示す。

第１図Ａ〜Ｃに示す従来の機械式扇形走査型超
音波探触子において、回転支持体１は、その外周
面に３個の圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃと、この
３個の圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃを切換え選択
するリードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃ、及び回転
支持体１の回転軸１５に設けて同軸型のロータリ
ートランスを構成する回転コイル６ｂから概略構
成されている。回転支持体１は、モーター１０、
プーリ７及び９、ベルト８によつて回転される。
一方モーター１０の回転は、回転制御検出器１１
にもとづいて、一定の回転数に保持する様に制御
される。なお、回転コイル６ｂ、固定コイル６ａ
の対による同軸型のロータリートランスは回転し
ている圧電振動子との電気信号の結合を非接触に
行うためのものである。

この機械式扇形走査型超音波探触子による超音
波パルスビームの送受信の動作は、第１図Ｄによ
り明らかである。例えば圧電振動子２ａによる超
音波パルスビームの扇形走査を行うには、固定永
久磁石１４と、回転支持体１の回転に伴なつて回
転するリードスイツチ３ａとの相対位置により、
リードスイツチ３ａが閉じられる。当然この時、
圧電振動子２ａは、生体と所望の位置に対してい
る必要があることは言うまでもない。次に本体装
置との接続ケーブル１２を通じて、圧電振動子２
ａを付勢する電気パルス信号を同軸型ロータリー
トランス用固定コイル６ａに印加する。その信号
は、直ちに回転コイル６ｂに電磁気誘導により誘
起されて圧電振動子２ａを付勢する。

そして圧電振動子２ａから超音波パルスビース
が発生し、それは超音波伝搬媒体液を充填した容
器５を通して、生体に向けて放射される。一方、
生体からの音響インピーダンスの差違による反射
波は、逆の経路を経て圧電振動子２ａで受波され
る。その受波信号は、直ちに回転コイル６ｂを介
して電磁気誘導により固定コイル６ａに伝えら
れ、接続ケーブル１２を通じて、本体装置に送ら
れ、適当な信号処理を経て一走査線分として、そ
の強弱をブラウン管上に表示する。

以上のごとく回転支持体１と共に圧電振動子２
ａを連続的に回転せしめて、次々と超音波パルス
ビームを扇形走査し、扇形状の生体の超音波断層
像が得られる。ここで、リードスイツチ３ａは、
圧電振動子２ａによる所定の角度の扇形走査が完
了するまで閉じておく必要があり、それは固定永
久磁石１４の形状、強さなどを適当に選定するこ
とにより行なわれる。以下同様の原理にもとづい
て、圧電振動子２ｂによる扇形走査を行うとき
は、リードスイツチ３ｂが閉じ、圧電振動子２ｃ
による扇形走査を行うときは、リードスイツチ３
ｃを閉じることによつて行われる。それ故、各圧
電振動子２ａ，２ｂ，２ｃ、固定永久磁石１４及
びリードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃの相対位置が
決められている。通常１個の圧電振動子では90゜
の扇形走査が行われており、回転支持体１が１回
転する毎に、３個の圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃ
を順番に、リードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃを開
閉することによつて、切換え選択使用される。

圧電振動子を回転支持体と共に回転することに
よる機械式扇形走査型超音波探触子では、比較的
振動は少なく、小形で良好な超音波断層像が得ら
れる。又、３個の圧電振動子を用いることにより
毎秒30フレームの断層像を比較的容易に得ること
ができる。それ故、心臓の様に動きの速い生体臓
器の超音波断層像を得ることにも適用できるなど
の長所を有している。

しかしながら、例えば、３個の圧電振動子２
ａ，２ｂ，２ｃを用いて毎秒30フレームの超音波
断層像を得ようとすれば、１個の圧電振動子当
り、毎秒10フレームの断層像を得る必要がある。
その為には、回転支持体１を毎秒10回転しなけれ
ばならない。従つて、圧電振動子切換えリードス
イツチ３ａ，３ｂ，３ｃは、１秒間に10回開閉す
ることになり、１時間では、３万6000回の開閉と
極めて多い。一方、通常リードスイツチ３ａ，３
ｂ，３ｃと圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃを組込む
回転支持体１本体は、探触子をあまり大きくしな
い為に、一例としてその直径は約26ミリ、長さは
約20ミリぐらいであり、従つて、組込むリードス
イツチ３ａ，３ｂ，３ｃは、それに合う様に、十
分小形でなければならない。又、リードスイツチ
３ａ，３ｂ，３ｃの開閉容量としては、圧電振動
子２ａ，２ｂ，２ｃを付勢するために、印加する
高電圧にも十分耐える必要があり、普通、特別大
形のリードスイツチを除いては、その開閉寿命は
約1000万回ぐらいである。それは、前述の様に、
１時間当り３万6000回開閉するとすれば、約278
時間でリードスイツチの故障が生じることを意味
している。つまりそれは、約278時間で探触子が
故障することであり、実用上極めて短い探触子の
寿命である。

また回転支持体１に取り付けるリードスイツチ
３ａ，３ｂ，３ｃの組込みにおいては、リードス
イツチ３ａ，３ｂ，３ｃの開閉に要する時間、チ
ヤツタリング時間、圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃ
の切換えタイミング時間などを考慮して、３個の
リードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃの相互の配置、
固定永久磁石１４と、３個の圧電振動子２ａ，２
ｂ，２ｃとの相対位置関係を極めて注意深く調整
しなければならないなどの欠点を有している。

本発明は、以上の様な事情に鑑みてなされたも
のであつて、圧電振動子の切換えリードスイツチ
のかわりに、平面対向型ロータリートランスを用
いることによつて、小形で、著しく長寿命の圧電
振動子の回転による機械式扇形走査型の超音波探
触子を提供することを目的とするものである。

以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳述す
る。

第２図Ａは、本発明による機械式扇形走査型超
音波探触子の一実施例を示す概略構成図、第２図
Ｂは、回転支持体と平面対向型ロータリートラン
ス部分の概略構成図、第２図Ｃは、探触子の概略
動作原理を示す回路図で、点線で囲まれた部分が
回転することをそれぞれ示す。ここで第２図Ａ〜
Ｃにおいて、１０は回転支持体、２０ａ，２０
ｂ，２０ｃは圧電振動子、３０ａ，３１ａ，３２
ａは渦巻き状に巻いた固定コイル、３０ｂ，３１
ｂ，３２ｂは渦巻き状に巻いた回転コイル、３３
は磁性コア、３４は電磁気しやへい板、４０は軸
受、４５は回転軸、５０は超音波の伝搬媒体液を
充たした容器、６０及び８０は回転支持体１０の
駆動手段のプーリ、７０はベルト、９０はモータ
ー、１００はモーター９０の回転制御検出器、１
１０は本体装置との接続ケーブル、１２０は探触
子ケースをそれぞれ示す。第２図Ｂに示した様
に、固定コイル３０ａと、回転支持体１０の側面
に設けて、回転支持体１０と共に回転する回転コ
イル３０ｂ、及び磁気しやへいの為の磁性コア３
３とにより一対の平面対向型ロータリートランス
が構成される。以下同様に、固定コイル３１ａと
回転コイル３１ｂ、磁性コア３３の対により、更
に固定コイル３２ａと駆動手段のプーリ６０の側
面に設けた回転コイル３２ｂ、磁性コア３３の対
により、すなわち回転支持体１０の両側面とプー
リ６０の側面の３ヶ所に都合３対の、圧電振動子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃに対応する平面対向型ロ
ータリートランスが構成される。尚、１個あるい
は２個の圧電振動子を回転支持体１０に設ける場
合は、回転支持体１０の側面にのみ、平面対向型
ロータリートランスを構成してもよいことは言う
までもない。この平面対向型ロータリートランス
は、回転している圧電振動子２０ａ，２０ｂ，２
０ｃとの電気的結合を非接触に行うためのもので
ある。尚、磁性コア３３は、フエライト等の磁性
材料で作られ、ロータリートランスの能率を良く
するとともに、各々の平面対向型ロータリートラ
ンス間の電磁気的干渉を抑制するためのものであ
る。更にパーマロイなどの磁性材料による電磁気
しやへい板３４を各々の平面対向型ロータリート
ランスの間に設けると、より一層電磁気的干渉を
防ぐことが出来ることは言うまでもない。各々の
平面対向型ロータリートランスの回転コイル３０
ｂ，３１ｂ，３２ｂと、圧電振動子２０ａ，２０
ｂ，２０ｃは第２図Ｃに示すごとく電気的に接続
される。また、３個の固定コイル３０ａ，３１
ａ，３２ａは、それぞれ独立に接続ケーブル１１
０を通じて本体装置に接続される。

一方圧電振動子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及び回
転コイル３０ｂ，３１ｂ，３２ｂを設けた回転支
持体１０は、モーター９０、プーリ６０，８０及
びベルト７０の駆動手段により回転される。本実
施例では、回転支持体１０は、プーリ６０と８
０、ベルト７０の駆動手段により回転したが、プ
ーリ６０と８０、ベルト７０に変えて歯車による
駆動手段にしてもよい。モーター９０の回転は、
回転制御検出器１００により一定の回転数に維持
される。なお、本発明の実施例では、毎秒30フレ
ームの扇形超音波断層像を得るために、３個の圧
電振動子２０ａ，２０ｂ，２０ｃを回転支持体１
０の外周面に120゜の等間隔に設け、１個の圧電振
動子では90゜の扇形走査ができる。また、圧電振
動子２０ａ，２０ｂ，２０ｃの超音波放射側に、
必要に応じて、生体との音響インピーダンス整合
をとるための音響整合層を一層以上設けることに
より、超音波の送受信の効率を高められることは
言うまでもない。

本発明による機械式扇形走査型超音波探触子の
超音波パルスビームの送受信の動作原理は、第２
図Ｃによつて明らかである。すなわち例えば、圧
電振動子２０ａがモーター９０と、プーリ６０と
８０及びベルト７０からなる駆動手段により回転
支持体１０の回転につれて、生体との所望の位置
に来た時、圧電振動子２０ａを付勢する電気信号
を平面対向型ロータリートランスを構成する固定
コイル３０ａに印加する。その信号は直ちに回転
コイル３０ｂに、電磁気誘導により誘起されて、
圧電振動子２０ａを付勢する。そして圧電振動子
２０ａから発生した超音波パルスビームは、超音
波伝搬媒体液を充たした容器５０を通じて、生体
に向けて放射される。一方生体からの音響インピ
ーダンスの差違から生じる反射波は、逆の経路を
経て、圧電振動子２０ａで受波される。その受波
信号は、回転コイル３０ｂを介して固定コイル３
０ａに電磁気誘導により伝えられ、接続ケーブル
１１０を通じて本体装置へ送られる。そして適当
な信号処理を経て、一走査線分として、その強弱
をブラウン管上に表示する。以上のごとく回転支
持体１０と共に圧電振動子２０ａを回転せしめ
て、次々と超音波パルスビームを扇形に走査し、
所定角度（本実施例では90゜である）の扇形状の
生体の超音波断層像を得る。以下同様の原理に従
つて圧電振動子２０ｂ、及び２０ｃで順番にそれ
ぞれ90゜の扇形走査を行う。

なお、本発明の実施例では、各々の平面対向型
ロータリートランス間における電磁気的干渉を抑
制するために、パーマロイなどの磁性材料による
電磁気しやへい板３４を平面対向型ロータリート
ランスの間に用いた。この各々の平面対向型ロー
タリートランス間の電磁気的干渉は、例えば、圧
電振動子２０ａによつて、超音波ビームの扇形走
査をし、扇形の超音波断層像を得ようとした時、
固定コイル３０ａから回転コイル３１ｂ，３２ｂ
への電磁的干渉の度合によつて、付勢する必要の
ない圧電振動子２０ｂ，２０ｃも同時に付勢する
ことになる。従つて、圧電振動子２０ｂ，２０ｃ
からも生体以外の場所に向つて超音波ビームが発
生し、それによる生体以外からの不必要な信号が
回転コイル３１ｂ，３２ｂおよび固定コイル３０
ａを経て圧電振動子２０ａで受信した生体の断層
像に重畳し、画像の品位を低下せしめる。したが
つて、本実施例では、平面対向型ロータリートラ
ンスの構成を工夫し磁性コア３３、電磁気しやへ
い板３４によつて、この電磁気的干渉を十分に抑
制するようにしている。

本発明の実施例では、回転支持体１０は、毎秒
10回転させて、且つ３個の圧電振動子２０ａ，２
０ｂ，２０ｃを設け、生体との相対位置に応じ
て、平面対向型ロータリートランスの固定コイル
３０ａ，３１ａ，３２ａを切換え選択することに
よつて、付勢する圧電振動子２０ａ，２０ｂ，２
０ｃのいずれかを選択使用する。その結果、圧電
振動子１個当り毎秒10フレーム、都合毎秒30フレ
ームの扇形超音波断層像が得られる。なお、平面
対向型ロータリートランスの固定コイル３０ａ，
３１ａ，３２ａを切換え選択するには、本体装置
に設けたサイリスタ等の無接点半導体スイツチ素
子により容易に行うことができる。

以上のように、本発明によれば、小形で、寿命
がほぼ半永久的な平面対向型ロータリートランス
を用いているので、圧電振動子の切換え選択に、
寿命が短かく故障しやすく、しかも取り付けがむ
ずかしいリードスイツチを用いる必要はない。圧
電振動子の切換え選択は、無接点半導体素子によ
りロータリートランスの固定コイルを切換え選択
することにより行われるために、非接触で半永久
的である。また、回転支持体にリードスイツチを
組込む方法と異なり、圧電振動子とロータリート
ランスの相対位置の規制はなく組立てが容易であ
るなど、探触子の寿命を著しく長くすることがで
きる。更に近接設置された平面対向型ロータリー
トランス間に電磁気シールド体を設けることによ
り各々の平面対向型ロータリートランス間の電磁
気的干渉を抑制して断層像の高品位化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来の機械式扇形走査型超音波探触
子の概略構成図、同図Ｂは同探触子の回転支持体
の側面図、同図Ｃは同探触子の同軸型ロータリー
トランスの概略構成図、同図Ｄは探触子の動作原
理を示す結線図、第２図Ａは本発明の超音波探触
子の一実施例を示す概略構成図、同図Ｂは同実施
例の回転支持体の平面対向型ロータリートランス
を示す概略構成図、同図Ｃは同実施例の概略動作
原理を示す結線図である。 １０……回転支持体、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ
……圧電振動子、３０ａ，３１ａ，３２ａ……固
定コイル、３０ｂ，３１ｂ，３２ｂ……回転コイ
ル、３３……磁性コア、３４……電磁気しやへい
板、４０……軸受、４５……回転軸、５０……超
音波伝搬媒体液を充たした容器、６０，８０……
プーリ、７０……ベルト、９０……モーター、１
００……回転制御検出器、１１０……接続ケーブ
ル、１２０……探触子ケース。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 表面に音響整合層を有してなる複数の圧電振
   動子が設けられた回転支持体と、モータと、モー
   タの回転制御検出器と、モータの回転により前記
   回転支持体を回転する駆動手段と、前記圧電振動
   子と同数の平面対向型ロータリートランスが前記
   回転支持体の側面と駆動手段の側面の少なくとも
   １側面に設けられ、前記平面対向型ロータリート
   ランスは、前記回転支持体に伴なつて回転し、前
   記圧電振動子と接続された平面回転コイルと、前
   記平面回転コイルに対向配置された平面固定コイ
   ルからなり、近接設置された平面対向型ロータリ
   ートランス間に電磁気シールド体を設けたことを
   特徴とする超音波探触子。