JPH0626548B2 - 機械走査式超音波探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、機械的に超音波ビームを走査し、超音波断層
像を得ることができる機械式扇形走査型の超音波探触子
に関するものである。

従来の技術 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って生じる反射波を受波
し、所望の生体断層像を表示する超音波診断装置が公知
である。その中で超音波パルスビームを機械的に走査
し、扇形状、あるいは矩形状の超音波断層像が得られる
装置がある。

超音波パルスビームを機械的に走査する方式には、超音
波振動子を音波伝搬媒質を充した容器の中で回転運動さ
せるか、もしくは任意の点を中心に往復反転運動させる
ことによって、超音波パルスビームを機械的に扇形走査
する方式、または直線往復運動させることによって、直
線走査する方式がある。前者の超音波振動子を回転する
ことによって、超音波パルス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本出願人は以前
に第４図(A)〜(D)に示すものを提供した（特開昭５９−
４６号）。第４図(A)〜(D)に示す機械式扇形走査型超音
波探触子において、回転支持体２は、その外周面に３個
の超音波振動子1a，1b1cと、この３個の超音波振動子1
a,1b,1cと電気信号の結合を非接触に行う為の平面対向
型ロータリートランス3,4,5及びプーリ７から概略構成
されている。回転支持体２は、音波伝搬媒質９を充した
容器６の中で、モータ11、プーリ７，10、ベルト８によ
って回転される。モータ11の回転は、回転位置制御検出
器12にもとづいて一定の回転数に保持する様に制御され
る。

この機械式扇形走査型の超音波探触子の動作は、例えば
回転支持体２の回転につれて、超音波振動子1aが生体と
所望の位置に対向したならば、本体装置（図示せず）、
ケーブル13、平面対向型ロータリートランス３を介し
て、電気信号を印加し、超音波振動子1aを付勢する。超
音波振動子1aから発生じた超音波ビームは、音波伝搬媒
質９、及び容器６を通して生体に向けて放射される。一
方、生体の音響インピーダンスの差違によって生じる反
射波は、逆の経路を経て、超音波振動子1aで受波され
る。その受波信号は、平面対向型ロータリートランス
３、及びケーブル13を介し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２と共に超
音波振動子1aを連続的に回転せしめて、次々と超音波ビ
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。尚、平面対向型ロータリートランス３は、超音波
振動子1aと、平面対向型ロータリートランス４は、超音
波振動子1bと、平面対向型ロータリートランス５は、超
音波振動子1cとそれぞれ専用に、電気信号の結合を非接
触に行う為のものである。一方、第４図(B)に示すごと
く、平面対向型ロータリートランス３は、固定コイル
（一次側）3aと、回転支持体２の側面に設けられた回転
コイル（二次側）3bから構成されている。同様に平面対
向型ロータリートランス４は、固定コイル4aと回転コイ
ル4bによって構成され、平面対向型ロータリートランス
５は、固定コイル5aと回転コイル5bからそれぞれ構成さ
れている。尚、第４図(D)は、平面対向型ロータリート
ランス3,4,5と超音波振動子1a,1b,1cとの電気的接続を
示す回路図であり、点線で囲まれた部分が回転すること
を示している。

発明が解決しようとする問題点 第４図(A)〜(D)に示す構成の平面対向型ロータリートラ
ンス３において、機械的接触をさけ、電気的特性を満足
させるために固定コイル3aと回転コイル3bとの間に適当
な隙間（約0.5ミリ位）が必要である。同様に平面対向
型ロータリートランス4,5においても固定コイルと回転
コイルとの間に同様の隙間が必要である。更に、それぞ
れの平面対向型ロータリートランスの固定コイルと回転
コイルとの隙間は、電気的特性を等しくする為に同じ幅
としなければならない。この為、平面対向型ロータリー
トランスの組立において、前述の隙間は、それぞれ等し
くなる様に電気的特性を確認しながら調整する必要があ
り極めて不便であり、多くの手間を要し問題である。

又、第４図(B)から明らかな様に、回転支持体２の側面
には、平面対向型ロータリートランス３と４の回転コイ
ル3bと4bのみが組込まれ、他の部分は軸方向にそれぞれ
組込まれている。特に、平面対向型ロータリートランス
５は、機構上、容器６の外部にプーリ７と共に設けなけ
ればならない。しかも各々の固定コイル、及び回転コイ
ルの厚さは約１ミリは必要であり、この為回転支持体２
の軸方向（長さ）の寸法を大きくする。従って容器６の
部分の寸法も大きくなり、全体として超音波探触子を大
形化してしまう。

更に平面対向型ロータリートランスのインダクタンス
は、超音波振動子との電気的整合をとる様に決められ、
コイルの巻数と線径に依存するが、その直径（１例とし
て約19ミリある）はあまり小さく出きず、回転支持体２
の小形化がむずかしい。特にコイル線径を約0.1ミリ以
下として、平面対向型ロータリートランスを構成するこ
とは、極めて困難である。

それ故、回転支持体２の外形を小さくして、超音波探触
子と生体の接触部（すなわち容器６の生体との接触部）
を球形とし、特に肋間から心蔵の超音波断層像が得やす
い形状とすることが極めて困難であると言うなどの問題
点を有している。

そこで、本発明はロータリートランス等の付勢信号伝達
手段の調整の必要がなく、且つ著しく小形の付勢信号伝
達手段を回転支持体内に構成し、球形状の生体との接触
部を容易に実現し、信頼性の高い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。

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するもので、その技術的手段は
外周面に少なくとも１個の超音波振動子を保持した第１
の支持体と、前記第１の支持体を貫通し、第１の支持体
と同軸状に設けられた第２の支持体と、前記第２の支持
体のまわりに第１の支持体を回転または揺動させる駆動
手段と、前記駆動手段を制御する回転位置制御手段と、
前記駆動手段からの運動を第１の支持体に伝達する伝達
手段と、前記超音波振動子を付勢する、超音波振動子と
同数の付勢信号伝達手段と、前記第１と第２の支持体を
少なくとも内包し、音波伝搬媒質が充填された筐体とを
具備することを特徴とする超音波探触子にある。

作用 本発明は超音波振動子を付勢する付勢信号伝達手段を支
持体内の中心軸に設け、かつ超音波振動子を保持した第
１の支持体を第２の支持体のまわりに回転又は揺動させ
ることにより、付勢信号伝達手段の調整を不要とし、且
つ回転支持体の外径、長さを著しく小形化でき、球形状
の生体との接触部を有する機械式扇形走査式超音波探触
子の実現を容易にすることができる。

実施例 以下図面を参照しながら本発明の実施例について説明す
る。

第１図は本発明の一実施例における超音波探触子の概略
断面図を示す。図において10は回転支持体、150は超音
波振動子、50a,50bはシャフト、90,95は歯車、165はシ
ャーシ、160は容器、210は超音波伝搬媒質、180a,180b
はプーリー、170はベルト、190はモータ、200は回転位
置制御検出器であり、超音波振動子150を設けた回転支
持体10は、音波伝搬媒質210を充した容器160の中にシャ
フト50a,50b、及びシャーシ165で保持される。回転支持
体10の外周部は、歯車90,95、プーリ180a,180b、及びベ
ルト170を介してモータ190で、回転位置制御検出器200
にもとづいて一定の回転数に回転される。

第２図(A)は本実施例における回転支持体部の概略断面
図、同図(B)はシャフト50aの斜視図、同図(C),(D)は同
軸型ロータリートランスを構成するための固定コイル用
のインナコアと回転コイル用のアウタコアの斜視図をそ
れぞれ示す。図においてシャフト50aと50bの間は、同軸
型ロータリートランスを構成する為の固定コイル20a,30
a,40aが設けられ、且つ電磁気的しゃへいを行うため、
しゃへい板70、及びしゃへい板80が設けられる。シャフ
ト50a,50bと固定コイル20a,30a,40aとしゃへい板70,80
とは同軸状に固定される。固定法としては接着等の方法
で良いが、固定コイル、しゃへい板の中央部に小孔を設
け、シャフトを挿通するようにしても良い。また120は
回転コイル間の間隙を調整するためのスペーサである。
更にシャフト50aと50bには、軸受60a,60bが取付けられ
る。その際、シャフト50a,50bと軸受60a,60bの内輪はそ
れぞれ固定される。一方回転コイル20b,30b,40bは、固
定コイル20a,30a,40aとそれぞれ対となって、同軸型の
ロータリートランスを構成する様に回転支持体10の中心
軸に沿って支持円筒130内に設けられ、押え140を挿設し
たのち、支持円筒130の外周に回転支持体10を挿設す
る。又、歯車90は回転支持体10の端部に、軸受60aの外
輪と固定する様に取付けられる。而して歯車90を介して
回転支持体10と共に支持円筒130に設けられた回転コイ
ル20b,30b,40bが回転する。この場合回転支持体10と支
持円筒130が一体構成であっても良いことはもちろんで
ある。超音波振動子150は第４図(C)に示した従来例のも
のと同様に回転支持体10の外周面に３個等間隔に設けら
れる。第２図(B)に示すごとくシャフト50aの溝50cは、
固定コイル20a,30a,40aのコイルリード線（図示せず）
を通し、回転支持体10の回転を阻害しない様にする為の
ものである。尚、溝50cはシャフト50bに設けてもよく、
又、溝50cに変えて、シャフト貫通穴としてもよい事は
言うまでもない。又、第２図(C)に示したインナコア20c
は固定コイル20aを構成する部材であり、凹部100は、イ
ンナコア20cに巻いたコイルリード線20eが回転コイル20
bと接触しない様に、且つインナコア20cの外径の外にコ
イルリード線20eが出ない様にする為のものである。第
２図(D)のアウタコア20dは回転コイル20bを構成する部
材であり、穴110はアウタコアに巻いたコイルリード線
（図示せず）を通し、コイルリード線をインナコア20c
と接触しない様に取り出す為のものであり、コイルリー
ド線は回転支持体10の外周面に設けられた超音波振動子
に接続される。第２図(E)は、同図(A)に示す回転コイル
20bの構成の詳細を示す分解図である。すなわち前もっ
て巻いておいた空芯状のコイル20hを凹部110aを有する
ポット20fに入れ、ポット20fの端部にリング20gを接着
する。その際、コイルリード線（図示せず）は凹部110a
（第２図(D)の穴110となる）を通すことは言うまでもな
い。その結果、第２図(D)に示したアウタコア20dが構成
され、同図(A)に示した回転コイル20bが実現されるもの
である。第２図(C),(D)に示すインナコア20c、及びアウ
タコア20dは、磁性材料で構成され、本実施例では焼結
フェライトを用いた。尚、インナコア20cは、シャフト5
0a,50bとの組付けを容易にするため、その中心部に穴を
設け、シャフト50a、又は50bを通してもよい。尚、固定
コイル20a、及び回転コイル20bのコイル線として線径約
0.1ミリのものを用いた。以上のごとく固定コイル20aと
同様に固定コイル30a、及び40aが構成され、更に回転コ
イル20bと同様に回転コイル30b、及び40bが構成され
る。ところで例えば固定コイル20aと回転コイル20bとの
隙間は、狭い方がロータリートランスとして効率は良く
なる。この隙間は、インナコア20cの外径とアウタコア2
0dの内径との寸法によって、一定の値となり、本実施例
の場合この隙間を精密かつ正確に製作することができ、
シャフト軸方向の移動により変化することがなく調整が
不要になる。本実施例ではその隙間は約0.2ミリとし
た。尚、各ロータリートランスのインダクタンスは、超
音波振動子との電気的整合がとれる値としたことは言う
までもない。第２図(A)に示すしゃへい板70、及び80
は、固定コイル20aと回転コイル20b、固定コイル30aと
回転コイル30b、固定コイル40aと回転コイル40bとのそ
れぞれの対によって構成される同軸型ロータリートラン
ス間のクロストーク量（漏話量）を減少させる為のもの
である。特に本実施例では、隣接する二つのロータリー
トランスにおける固定コイルと回転コイルとの隙間から
漏洩する磁束をしゃ断する様にしゃへい板70、及び80を
設け、その部材としてアルミニウムを用いた。それ故、
隣接する２個の同軸型ロータリートランス間のクロスト
ーク量として、約40デシベル以上の値が得られた。しゃ
へい板70,80としては非磁性材であれば良く、上記以外
に銅を用いても良い。一方シャフト50a、及び50bは非磁
性の部材として、本実施例では、SUS304を用いた。スペ
ーサ120も非磁性であれば良く本実施例ではアルミニウ
ムを用いた。ところで回転支持体10の外周面に設けた３
個の超音波振動子と同軸型ロータリートランスとの電気
的接続は、第４図(D)に示した従来例と同じである。回
転支持体10の回転軸方向の長さ、及び直径は、その外周
面に設ける超音波振動子の直径に左右されるが本実施例
では、外径13ミリの超音波振動子を設けるのに、その直
径は約24ミリ、長さは約17ミリの大きさとした。一方同
軸型ロータリートランスは、外径が約10ミリ、長さは約
４ミリの大きさで１個が構成された。その結果、３個の
同軸型ロータリートランスは、回転支持体10の外形を大
きくすることなく回転支持体10内に組込むことが出き
た。なお本実施例において超音波パルスビームを生体に
向けて放射し、超音波断層像を得る方法は、前述の第４
図に示した従来例のものと同じであり、その説明を省略
する。

第３図に本発明の他の実施例における超音波探触子の概
略断面図を示す。本実施例の回転支持体部は前記実施例
とほぼ同じであり、その回転支持体部を内包する容器の
生体との接触部を球形としている。すなわち本実施例で
は、音波伝搬媒質210を充たし、生体との接触部が球形
状の容器160の中で、超音波振動子150を設けた回転支持
体10は、シャフト50a,50b、及びシャーシ165で保持され
る。回転支持体10の外周部は、歯車90,95,96a,96bを介
してモータ190で、回転位置制御検出器200にもとづいて
一定の回転数に回転される。かかる実施例においても回
転支持体の外形を大きくすることなく３個の同軸型ロー
タリートランスを組込むことが出きる。それ故、回転支
持体の小形化ができ、給形状の生体との接触部を有する
機械式扇形走査型の超音波探触子の実現が容易にでき
る。

なお前記実施例では超音波振動子が３個の場合について
説明したがそれ以外の複数個数であっても良く、また１
個であっても良い。後者の場合はしゃへい板は必らずし
も必要ではない。

更に超音波振動子が設けられる支持体は回転のみならず
揺動するものであっても良い。

発明の効果 以上要するに本発明は少なくとも１個の超音波振動子を
第１の支持体の外周面に設け、この第１の支持体を貫通
して設けられた第２の支持体のまわりに第１の支持体を
回転または揺動させるように構成しているので、超音波
振動子の大きさによって決まる支持体の外形寸法を大き
くすることなく、支持体内に無調整で組立てが簡単な付
勢信号伝達手段を実現することができ、また生体との接
触部を球形状にすることができ小形化がはかれる。更に
超音波振動子との電気信号の結合は非接触であり、その
寿命は半永久的であり信頼性が高いなどその効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波探触子の概略
断面図、第２図(A)は同探触子の回転支持体部の概略断
面図、同図(B)はシャフトの斜視図、同図(C)はインナコ
アの斜視図、同図(D)はアウタコアの斜視図、同図(E)は
回転コイルの分解図、第３図は本発明の他の実施例にお
ける超音波探触子の概略断面図、第４図(A)は本願出願
人が以前に提案した超音波探触子の概略断面図、同図
(B)はその要部拡大断面図、同図(C)は回転支持体部の側
面図、同図(D)はロータリートランスと超音波振動子の
電気的接続を示す回路図である。 10……回転支持体、20a,30a,40a……固定コイル、20b,3
0b,40b……回転コイル、50a,50b……シャフト、70,80…
…しゃへい板、90,95,96a,96b……歯車、20c……インナ
コア、20e……コイルリード線、20d……アウタコア、50
c……溝、100……凹部、110……穴、130……支持円筒、
150……超音波振動子、160……容器、165……シャー
シ、170……ベルト、180a,180b……プーリ、190……モ
ータ、200……回転位置制御検出器、210……音波伝搬媒
質。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面に少なくとも１個の超音波振動子を
   保持した第１の支持体と、この第１の支持体を貫通し、
   前記第１の支持体と同軸状に設けられた第２の支持体
   と、この第２の支持体を中心に前記第１の支持体を回転
   または揺動させる駆動手段と、この駆動手段を制御する
   回転位置制御手段と、前記駆動手段からの駆動力を前記
   第１の支持体に伝達する伝達手段と、前記超音波振動子
   を付勢する、前記超音波振動子と同数の付勢信号伝達手
   段と、前記第１と第２の支持体を少なくとも内包し、超
   音波伝搬媒質が充填された容器とを具備し、前記付勢信
   号伝達手段が同軸型ロータリートランスであって、前記
   第１及び第２の支持体と同軸状に設けられ、回転コイル
   が前記第１の支持体の内周面に、固定コイルが前記第２
   の支持体の外周面にそれぞれ相対向して設けられ、前記
   付勢信号伝達手段が複数個設けられる場合には、前記同
   軸型ロータリートランス間が電磁気的に遮蔽されたこと
   を特徴とする機械走査式超音波探触子。
2. 【請求項２】第２の支持体の保持軸に溝または貫通穴を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の機
   械走査式超音波探触子。
3. 【請求項３】固定コイルを構成するコア部材の外周面に
   リード線を通す凹部を設け、回転コイルを構成するコア
   部材にリード線を通す穴部を設け、前記固定コイルを構
   成するコア部材の中心部に第２の支持体の保持軸を貫通
   する孔を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の機械走査式超音波探触子。