JPH021248A - 機械走査形超音波スキャナ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、機械式高速走査によって生体内部の重器の動
きや構造をリアルタイムで観察する超音波診断装置に用
いる機械走査形超音波スキャナに関する。

（従来の技術） 超音波パルスビームを生体内に向けて放射し、生体内部
の音響インピーダンスの差によって生じる反射波を受信
し、生体の断層像を得る超音波診断装置はよく知られて
いる。その中に超音波パルスビームを機械的に走査して
扇形状の断層像を得るものがある。

超音波パルスビームを機械的に走査する機械走査形超音
波スキャナは、超音波振動子を保持し回転する支持体を
音響伝播媒体を満たした容器内で揺動させるもので、従
来より種々報告されている。

この音響伝播媒体は例えば鉱物油など、生体内の超音波
情報収集に適用される超音波周波数域のものを伝えやす
い性質を有したものである。そしてこの機械走査形超音
波スキャナを用いて生体内を観察する際、超音波の伝播
に悪影響を及ぼす空気が介在しないように、機械走査形
量音波スキャナを人体に密着させるようにして使用し、
生体内の様子の良質な画像化を行っている。

しかし、機械走査形量音波スキャナは超音波振動子を音
響伝播媒体内で高速に運動させるものであるため、運動
によυ発生する熱などの影響でこの音響伝播媒体内に気
泡が発生する恐れがある。

これを防止するためにこの気泡を取り除くような装置を
具備したものも見られるが、気泡発生を根本的に解決す
るものではない。そのため、良質な生体画像を得るには
気泡抜きの作業を頻繁に行わなければならなかった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来は、機械走査形量音波スキャナの音響
伝播媒体内に気泡が発生する恐れがあるため、良質な生
体画像を得るには気泡抜きの作業を頻繁に行わなければ
ならなかった。本発明ではこういった気泡の発生を極力
防止することにより従来以上の良質な生体画像を得られ
るようにしだ機械走査形量音波スキャナの提供を目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するだめの手段） 上記の目的を達成するために本発明においては・ 駆動手段の駆動力によｉ）揺動運動を行う超音波振動子
と、 超音波透過性を有し超音波振動子を収納するハウジング
と、 ハウジング内にて少なくとも超音波振動子が浸されるよ
うな状態に充填される音響伝播媒体と、音響伝播媒体が
流通自在となるように充填されてその容積が可変である
加圧手段とを有する機械走査形量音波スキャナとした。

（作用） 上記の構成とすれば音響伝播媒体の液圧が上昇するので
、音響伝播媒体の飽和温度を高くすることができ、気泡
の発生が極力防止される。従って、従来以上の良質な生
体画像の提供が可能な機械走査形量音波スキャナが実現
する。

（実施例） 以下、図面に従って本発明を説明する。

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を示す機械走
査形量音波スキャナの断面図である。

超音波を透過する性質を有する一部略球殻状のキャップ
ｌはシールドケース２と嵌合固着し、また同様にシール
ドケース２は把持ケース３と嵌合固着しており、これら
キャップ１１シールドケース２、把持ケース３によって
ハウジング４が形成されている。

超音波スキャナの中央部付近には、第１図忙で図面に直
角となるように巻回された励磁コイル５と、この励磁コ
イル５を巻装するステータ６と、ステータ６内の円筒状
の空間に収納されるロータ７とにより形成された駆動手
段８が配置される。

また、ロータフの中心には、シールドケース２に固定さ
れた軸受２７ａ、２７ｂを介してこのロータ７を回転自
在に軸支する回転軸９が挿通固着または一体成形される
。前記ステータ６は第１図方向から見て２か所の切欠き
部を有しており、励磁コイル５に電流を流すことによジ
ロータフを挟んで対向するようにＮ極、Ｓ極に磁化され
る。このステータ６は電磁軟鉄材料（５ＵＹＢ材）や−
膜構造用圧延鋼板（８８４１）などからなる。一方、ｐ
−タフは回転軸９の中心線を含む平面にてＮ極。

Ｓ極に分極した永久磁石である。

まだ超音波スキャナのギャップｌ付近には、ハウジング
４外に超音波を発する超音波振動子１１と、この超音波
振動子１１を保持する支持体１０とが設けられている。

支持体１０は回転軸９に固定されている。前記超音波振
動子１１の信号伝達用ケーブル（図示せず）は支持体１
０よシ導出され、駆動手段８の信号伝達用ケーブル（図
示せず）と共に外部ケーブル１２に結線されている。

また、支持体ｌＯには永久磁石１３が、そしてシールド
ケース２には磁気抵抗素子１４が、それぞれ非接触に対
向するように取付けてあり、これら２つが磁気式位置検
出手段１５を形成している。

この磁気式位置検出手段１５の取付状態を正面方向（第
１図方向）から見たものが第３図である。

永久磁石１３は支持体ｌＯ下端部に固着されており、回
転軸９の回転に伴う永久磁石１３の移動軌跡に対応する
ように、シールドケース２側に磁気抵抗素子１４が２個
直列に取付けである。

以上のしくみを含んだシールドケース２内には、鉱物油
などからなる絶縁性を有した音［株］伝播媒体１６が充
填されており、シールドケース２外に取付けられたベロ
ーズ１７内に流通自在となっている。第４図に、第２図
中のＡ−Ａ断面を示す。２つの長円状の穴２１ａ、２１
ｂによって音響伝播媒体１６が相互流通可能となってい
る。またこのベローズ１７内にも音響伝播媒体１６は充
填されており、ねじ山が刻まれた２キ本の支持軸１８ａ
。

１８ｂとねじ溝が刻まれた支持軸長調整用ナツト２０　
ａ、２Ｑ　ｂ、及びベローズ１７の底部に位置する円板
状の支持板１９によってこのベローズ１７を上下方向に
伸縮させることができる。これらは全体として加圧手段
を形成している。

以上のような構成の本実施例における動作原理を説明す
る。第５図（ａ）〜（ｅ）は駆動手段８を示す模式図で
あり、以下各図ごとにその動作を述べる。

（ａ）において励磁コイル５に矢印の方向に電流を流す
と、磁極（ステータ６）は各々Ｎ及びＳに磁化される。

また永久磁石（ロータ７）は磁極とＮ−Ｎ及び８−８で
向き合っているので電機子起磁力の方向と永久磁石起磁
力の方向は一致するのでｆｉｔ機子動子励磁るトルクは
発生せず、永久磁石と磁極との磁気中心も一致している
ので永久磁石と磁極の間の吸引力（コギングトルク）も
Ｏになる。

（ｂ）は永久磁石が右回転方向に４５°移動したときの
場合であり、この場合電機子起磁力の方向と永久磁石起
磁力の方向は４５°の位相差を持つので垂直方向成分同
志の作用で右回転方向へトルクを発生する。

しかし、永久磁石の起磁力の方向とＮ側磁極との磁気中
心が４５°ずれているので磁気中心を一致させる向き、
すなわちここでは左回転方向へトルクが発生し、全体で
左右の回転トルクの合成され、を向きに回転トルクを発
生する。

（Ｃ）では電機子起磁力の方向と永久磁石起磁力の方向
は垂直になるので、右回転方向の最大トルクが得られる
。永久磁石と磁極との磁気中心も９０゜になるので不安
定ながら永久磁石、磁極間の力は０になる。

従って、合成トルクは電機子励磁によるトルクのみとな
る。

（ｄ）は永久磁石が右回転方向にさらに４５°移動した
ときの場合であり、この場合（Ｃ）と同様に電機子起磁
力の方向と永久磁石起磁力の方向は４５°の位相差を持
つので垂直方向成分同志の作用で右回転方向へトルクを
発生する。

しかし、永久磁石の起磁力の方向とＳ＠磁極との磁気中
心が４５°ずれているので磁気中心を一致させる向き、
すなわちここでは右回転方向へトルクが発生し、全体で
右の回転トルクの合成された向きに回転トルクを発生す
る。

（ｅ）では（ａ）と反対で永久磁石は磁極とＮ−８及び
Ｓ−Ｎで向き合い電機子起磁力の方向と永久磁石起磁力
の方向は一致するので電機子励磁によるトルクは発生せ
ず、永久磁石の起磁力方向と磁極との磁気中心も一致し
ているのでコギングトルクも０になる。

そして永久磁石が（ｅ）の状態となったところで励磁コ
イル５に流す電流の方向を反転させれば反対方向のトル
クを得ることができるので、駆動手段８は揺動アクチュ
エータとして機能する。

尚、永久磁石の回転角度に対する発生トルクの様子を第
６図に示す。同図に示すように０°から１８０°の範囲
を適当に選べば１２０’区間同一方向のトルクが発生す
ることがわかる。

このような方式の駆動手段８により、支持体１００回転
軸が第１図中Ｓで示される扇状の範囲を往復する連動と
なって現れる。そのため、超音波撮動子１１の超音波放
射が走査領域Ｓの範囲で行われ、キャップｌに密着する
ような状態にある生体の内部の動きや構造を観察するこ
とができる。もちろん励磁コイル５に流す電流の方向を
反転させるタイミングを変化させることにより、走査領
域Ｓを任意に設定することが可能である。

本実施例においてはロータ７と、支持体１０が固定され
た回転軸９とが、その回転中心を同一にしている。換言
すれば、駆動手段８の回転中心と超音波振動子１１の回
転中心とが一致している。

これにより第５図を用いて説明したロータフの運動が超
音波振動子１１に直接伝達されるので、ロータ７から支
持体ｉｏへ運動を伝達するための余分な動力伝達手段を
用いる必要がなく、支持体ｉ。

の回転運動が非常にスムーズに行われる。また、余分な
動力伝達手段を用いる必要がないので７・ウジフグ４内
部で運動を行う部品の点数などを減らすことができ、部
品の運動により発生する熱の影響で音響伝播媒体１６内
に気泡ができてしまうことによる生体画像悪化の事態が
極力回避される。

またロータ７は回転軸９に軸支されており他の部品と非
接触であるため摺動劣化が生じなく高寿命である。

上述したロータ７の揺動運動に伴う超音波振動子１１の
絶対位置は回転軸９の端部に設けられた磁気式角度検出
手段１５にて検出されるが、このように磁気式角度検出
手段１５を用いることにより特に音響伝播媒体１６に浸
った状態での角度検出には有利となる。つまり、一般の
光学式エンコーダなど光を用いた角度検出であると、音
響伝播媒体１６などの液体中においては光が乱反射をし
てしまうために正確な回転角度情報を知ることができな
い。また、ロータ７や支持体ｌＯ１あるいはロータ７か
ら支持体ｌＯへ連動を伝達するだめの動力伝達手段のよ
うに、音響伝播媒体１６内で運動する部品が比較的多く
なる機械走査形超音波スキャナでは、ハウジング４内で
の音響伝播媒体１６の不規則な流動が発生してしまった
り、場合によっては運動により発生する熱などの影響で
この音響伝播媒体１６内に気泡が発生してしまったりす
るので、外観からは予測のつかない稈元の性質が乱れて
いる可能性がある。こういった状況においても本実施例
に用いられているように磁気式角度検出手段１５による
角度検出を行えば、超音波撮動子１１の位置制御を非常
に正確に行うことができる。

一方、音響伝播媒体１６中での気−一の発生といった従
来の問題も、弾性変形可能なベローズ１７を設けること
によって解決できる。つまり、支持軸長調整用ナラ）２
０ａ、２０ｂを回転させることによって支持板１９を移
動しベローズ１７の体積を小さくすれば、シールドケー
ス２内の音響伝播媒体１６の液圧が上昇するので、音響
伝播媒体１６の飽和温度を高くすることができる。これ
により、鮮明化された生体画像が常時提供され、生体内
の様子を正確に把握することが可能となる。

また、ベローズ１７を設けたことにより音響伝播媒体１
６の総容積が増加するので、励磁コイル５などの冷却に
も効果を有する。また、ベローズ１７は把持ケース３の
内部に収納されるので通常のスキャナ操作時にも全く邪
魔にならない。

尚、以下の実施例では同一構成要素には同一符号を付し
、重複する説明を省略する。

第７図及び第８図は本発明の第２の実施例を示す機械走
査形超音波スキャナの断面図である。本実施例では前記
ベローズ１７の体積を変化させる手段が第１の実施例と
は少し異なる。ここでは支持軸ＩＢａ、１８ｂはそれぞ
れ円筒形状をなしており、その内部にはねじ溝が刻まれ
ている。一方、一部をシールドケース２に固定したネジ
部２２ａ。

２２ｂにはネジ山が刻まれており、前記支持軸ｘｓａ、
ｔ８ｂの一端と螺合している。

また、支持軸１８ａ、１８ｂの他端は固定部材２３ａ、
２３ｂを介して支持板１９に接している。

固定部材２３ａ、２３ｂは支持軸１８ａ、１８ｂに固定
されているが支持板１９には固定されておらず、直径の
やや大きくなった頂部にて支持板１９を保持しているだ
けなので、支持板１９と固定部材２３ａ、２３ｂとは遊
嵌状態にある。従って支持軸１８ａ、１８ｂを指先など
で回転させれば、支持板１９の位置が移動し、ベローズ
の体積が変化する。

第８図は支持軸１８ａ、１８ｂがシールドケース２に完
全に接した状態、つまシベローズ１７の体積が最も小さ
くなった状態を示しているが、ベローズ１７の体積が最
も小さくなった状態を示しているが、ベローズ１７の体
積はネジ部２２ａ。

２２ｂ全長のうちシールドケース２から突出した分の長
さの範囲で自由に変化させることができる。

また、ここでは図示しないが、支持板１９に対して固定
部材２３ａ、２３ｂの代わりに支持軸１８ａ、１８ｂが
遊嵌状態にあるものであってもよい。この際、固定部材
２３ａ、２３ｂの頂部は支持軸１８ａ、１８ｂの外周の
直径より大きく形成される。

また、ここでは磁気式角度検出手段１５が回転軸９の延
長上に取付けである。これは第９図に示すように、回転
軸９には回転＠９の直径よりやや大きな断面円形の永久
磁石１３を取付け、一方シールドケース２の端部にはこ
の永久磁石１３の直径よυやや大きな全体形状が略円形
の磁気抵抗素子１４を２個並列に取付けてなるものであ
る。−般に光学式エンコーダにて角度検出を行う場合、
その精度を向上なせるためにはスリットの本数を多くし
なければならず、必然的にエンコーダの直径が大きくな
ってしまうが、本実施例では磁気式角度検出手段１５を
用いることによ９回転軸９の延長上にこの回転軸９と略
等しい直埋程度にまとめることができ検出手段の小形化
が図れる。

第１１図及び第１２図は本発明の第３の実施例を示す機
械走査形超音波スキャナの断面図である。

本実施例においてはロータ７と支持体１０が一体化して
おらず、ロータフの回転運動は２つの噛合体２３ａ、２
３ｂを介して支持体１０に伝達されるものである。そし
て支持体１０は超音波振動子１１の中心点付近を軸とし
て揺動運動を行うが、この揺動運動は、噛合体２３ｂに
取付けられた永久磁石１３を検知することによって制御
される。

また、ベローズ１７の伸縮方法は第２の実施例と同じ方
法を採用している。

このよう尾２つの噛合体２３ａ、２３ｂを用いることに
より、支持体１０の揺動運動の中心軸を超音波振動子１
１の中心部を通る軸に一致させることが可能となるため
、支持体１００回転半径が小さくなる。従ってシールド
ケース２内の小容積化及びキャップｌの小径化が実現さ
れる。また、超音波振動子１１の走査領域Ｓは、ロータ
７の回転珊を第１及び第２の実施例と同じにした場合、
より広範囲に及ぶ。従って、診断可能領域を無理なく拡
大することができ、しかもキャップｌの小径化が図れる
ので、従来、心臓などを診るときに肋間が邪魔になって
超音波パルスビームがうまく放射されなかったという欠
点が解決される。また従来と同じ診断領域を得るために
消費する電力が大幅に軽減されることにもなる。

次に、本発明の加圧手段の他の実施例について述べる。

第１３図は機械走査形超音波スキャナにおける加圧手段
付近のみを抽出したものである。ここでシールドケース
２は超音波振動子１１と反対の側に突出した円筒形状を
なしており、この突出部２４の外周面にはネジ山が刻ま
れている。一方、突出部２４の外周面のネジ山に螺合す
るネジ溝を有する略円筒形状の液ＦＥ調整体２５はその
底面にゴムなどの弾性体からなる底板２６が固定されて
いる。

また、突出部２４の外周にはＱ　＋）ング２７が取付け
である。尚、この加圧手段は上述した機械走査形超音波
スキャナの実施例の全てについて取付けることができる
ものであるが、ここでは図面及び説明は省略する。

このような構成の加圧手段においては、液圧調整体２５
を回転することによりこの液圧調整体２５を超音波振動
子１１方向に移動させることができるので、突出部２４
の内部及び液圧調整体２５の内部の空間の体積が変化す
る。この際、底板２６は弾性体からなっているので液圧
調整体２５の移動方向とは反対方向に突出するように膨
らむが、この底板２６の復元力が音響伝播媒体１６に常
に液圧が加わるように作用する。従って他の実施例と同
様に音響伝播媒体１６中での気泡の発生が防止されるの
で、常に良質な生体画像が提供される。

また、第１４図に示すように底版２６の代わりにベロー
ズ１７を設けてももちろんよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、音響伝播媒体内に気泡が
発生することを極力防止できるので、従来以上の良質な
生体画像の提供が可能な機械走立形超音波スキャナが実
現する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の第１実施例を示す機械走査
形超音波スキャナの断面図及び位置検出手段の取付けを
示す図、第５図及び第６図は本発明の機械走査形超音波
スキャナの駆動手段の動作原理を示す模式図、及び発生
トルクを示すグラフ、第７図乃至第１２図は本発明の他
の実施例を示す機械走査形超音波スキャナの断面図及び
位置検出手段の取付けを示す図、第１３図乃至第１４図
は本発明の機械走査形超音波スキャナの加圧手段の他の
実施例を示す断面図である。 ４・・・ハウジング、　　　８・・・駆動手段、１１・
・・超音波振動子、　１６・・・音響伝播媒体、１７・
・・ベローズ、２６・・・底板。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　松　　山　　光　之 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 第 （ｅ） ５　　図 （ａ） （ｂ） （ｃ） （ｄ） （ｅ） Σ 図 第 図 辻デｉｉ皮４辰ｊご勾３１１イリ１」 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動手段の駆動力により揺動運動を行う超音波振
   動子と、 超音波透過性を有し前記超音波振動子を収納するハウジ
   ングと、 前記ハウジング内にて少なくとも前記超音波振動子が浸
   されるような状態に充填される音響伝播媒体と、 前記音響伝播媒体が流通自在となるように充填されてそ
   の容積が可変である加圧手段とを有することを特徴とす
   る機械走査形超音波スキャナ。
2. （２）前記加圧手段は弾性変形を行うものであることを
   特徴とする請求項１記載の機械走査形超音波スキャナ。