JPH0630940A - 超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実質的に硬質部長が短縮された挿入性の高い
超音波プローブを得る。また、量産性に優れた超音波プ
ローブを得る。 【構成】 圧電素子１，音響整合層２および背面制動材
３を積層して超音波トランスデューサ１０を構成する。
圧電素子１の両面には表面電極２１が形成されている。
支持部材５の先端部１３には傾斜部６が構成され、支持
部材５の逆側の端部はシャフト１１の端面に固定されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波断層像を得てこ
れにより診断を行う体腔内超音波診断装置に関し、詳し
くは送受信用超音波プローブ先端部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、メカニカル駆動方式の超音波プロ
ーブ先端部としては、例えば日本超音波医学会講演論文
集（１９９１年１１月 演題５９−３４５）に記載され
た超音波プローブ先端部がある。上記超音波プローブ先
端部は、図９に示す様に、超音波プローブ先端部７１は
超音波トランスデューサ７２と、超音波トランスデュー
サ７２から発振される超音波ビームを曲げる音響ミラー
７３とを、両者の保持部材である円筒状のハウジング７
４に実装して構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来技
術における超音波プローブ先端部の形状では、ハウジン
グと音響ミラーとを予め所定の形状に加工し、その後ハ
ウジングに実装する工程が必要となり、構造が複雑で製
造工程も多くなるという欠点があった。また、血管観測
用に使用する超音波プローブは先端部の硬質部長を短く
する必要がある。しかしながら、前記従来技術における
音響ミラーおよびハウジングは金属材から構成されてい
るためにほぼ剛体であり、超音波プローブ先端部の硬質
部長が長くなる欠点があった。

【０００４】因って、本発明は前記従来技術における欠
点に鑑みて開発されもので、先端部の硬質部長を短くで
きるとともに、量産性に優れた超音波プローブの提供を
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、塑性変形によ
り斜面を形成した板状の支持部材と、該支持部材上に載
置したトランスデューサからなるプローブ先端部と、前
記支持部材に固定したプローブ先端部を回転駆動するシ
ャフトと、前記支持部材，トランスデューサおよびシャ
フトを覆い、超音波媒体を封止するシースとから構成し
たものである。

【０００６】

【作用】本発明では、板状の支持部材に形成した斜面の
表面が音響ミラーとして作用する。上記支持部材は金属
板であるために弾性変形が可能である。また、音響ミラ
ーの背面は空隙が構成され、弾性体で構成されるシース
の端部が血管内壁に沿って変形することが可能となる。

【０００７】

【実施例１】図１〜図４は本実施例を示し、図１は斜視
図、図２は縦断面図、図３および図４は変形例を示す斜
視図である。圧電素子１，音響整合層２および背面制動
材３を積層して超音波トランスデューサ１０を構成す
る。圧電素子１の両面には、その側面まで回り込む圧電
素子表面電極２１が形成されている。超音波を放射する
音響放射面は、音響整合層２の圧電素子１と接合されて
いる面の対面となる。ステンレス板から構成される支持
部材５の先端部１３は、４５°程度の角度で折り曲げら
れ、斜面（以下、傾斜部という）６が構成されている。
上記支持部材５の逆側の端部１２には、ステンレス鋼よ
りなるシャフト１１の端面が溶接により固定されてい
る。

【０００８】上記超音波トランスデューサ１０は上記支
持部材５上に積層されたセラミックス等の絶縁材からな
る絶縁板４上に、超音波トランスデューサ１０の音響放
射面が上記支持部材５と直交するように接合され、超音
波プローブ先端部１９が構成される。また圧電素子表面
電極２１には、その各々に同軸ケーブルの芯線２６およ
びブレード２５が接続されている。超音波トランスデュ
ーサ１０やケーブル等は、電気絶縁のため封止樹脂２７
によって封止されている。

【０００９】上記超音波プローブ先端部１９は、超音波
媒体２４と共にシース２３内に封止され、シャフト１１
の逆方向の端部に於いてスリップリング・モータ・エン
コーダ等により構成される駆動ユニット（図示省略）に
接続されて、図２にその一部分を示した様な超音波プロ
ーブ２０を構成している。また同軸ケーブルは上記スリ
ップリングを経て、パルサおよび観測装置（いずれも図
示省略）に接続されている。

【００１０】以上の構成からなる超音波プローブ２０の
支持部材５に形成された傾斜部６の表面が、音響ミラー
７として作用する。その他の、超音波プローブ２０とし
ての基本的な動作を以下に示す。パルサからリード線お
よび圧電素子表面電極２１を経て、圧電素子１に高周波
電圧パルスが印加される。これにより、圧電素子１が振
動し、音響整合層２を経て超音波パルスが超音波媒体２
４中に発振される。発振された超音波パルスは、支持部
材を成形することにより構成された傾斜部６の表面であ
る音響ミラー７で反射されてその経路が変更され、超音
波媒体２４・シース２３を経て超音波ビームとして外部
に放射される。超音波プローブ先端部１９は、シャフト
１１により回転駆動され、超音波ビームを円周状に走査
する。

【００１１】受信時は、上記の逆経路となり、外部から
入射した超音波パルスを音響ミラー７で反射して超音波
トランスデューサ１０に導き、圧電素子１で検出した信
号をリード線を経て観測装置に送り、画像化する。

【００１２】本実施例によれば、以下の様な効果が得ら
れる。支持部材は金属板であるために弾性変形が可能で
ある。このため、血管等への挿入時に、支持部材が弾性
変形し得る方向に関しては、プローブ先端部が血管壁の
屈曲に沿って変形することが可能となる。これにより、
実質的に硬質部長が短縮される。また、音響ミラーが板
状であるため、その背面には空隙が構成されている。こ
のため、一般にポリエチレン樹脂等の弾性体で構成され
るシースの端部が、血管内壁に沿って変形することが可
能となる。これらの理由により、挿入性が向上する。同
様に、音響ミラーと支持部材を一体に構成できるため、
構造が単純化されることによってコストが低減されると
ともに、ミラーの支持部材への接合がなくなることによ
って機械的強度が向上する。

【００１３】尚、本実施例では音響整合層，圧電素子お
よび背面制動材を積層して超音波トランスデューサの構
成としたが、例えば圧電素子を高分子圧電体とすること
で音響整合層を省略することや、トランスデューサの感
度を高めるために音響整合層を複数層化することも可能
である。同様に、圧電素子をシリンドリカル曲面の凹面
または球凹曲面の構成とするか、あるいは音響レンズを
使用することにより、プローブから発振される音場を集
束音場とすることが可能であることは言うまでも無い。
球凹面形状の圧電素子１７とした場合および球凹面形状
の音響レンズ１５を使用した場合について、それぞれ図
３および図４に示す。また、支持部材となるステンレス
板の折曲げ角度についても、４５°に固定されるもので
はなく、超音波の走査経路により３０°〜６０°程度と
することも可能である。

【００１４】

【実施例２】図５および図６は本実施例を示し、図５は
斜視図、図６は変形例を示す斜視図である。基本的な構
成は前記実施例１と同様であり、相違点について述べ
る。また、図中の番号は、本実施例に関するもの以外は
前記実施例１と同一の物を使用した。

【００１５】ステンレス板にて形成される支持部材５の
先端部を折り曲げて傾斜部６を構成するとともに、傾斜
部６の形状を凹面９に形成した。凹面形状の加工は、支
持部材５を形成する金属板を型を用いてプレス加工する
ことにより、容易に行うことがてきる。

【００１６】上記構成の超音波トランスデューサ１０か
ら発振された超音波パルスは、凹面９に形成された傾斜
部６の表面で反射される。反射された超音波ビームは、
集束しつつ放射される。

【００１７】本実施例によれば、超音波ビームが集束さ
れるため、集束位置におけるビーム径が細くなり、分解
能が向上する。この時、前記実施例１で集束音場を構成
する場合と比較して、複雑な構成である超音波トランス
デューサの形状がより単純となり、製造コストがプロー
ブ全体として低減される。

【００１８】尚、本実施例においては、平面のトランス
デューサと球面のミラーを用いた例について示したが、
シリンドリカル曲面８をもつミラーと、平面またはシリ
ンドリカル曲面をもつ圧電素子・音響レンズを組合わせ
ることも可能である。これらのうち、シリンドリカル曲
面をもつ圧電素子およびミラーの組合わせた例を図６に
示す。

【００１９】

【実施例３】図７は本実施例を示す斜視図である。基本
的な構成は前記実施例１と同様であり、相違点について
述べる。また、図中の番号は、本実施例に関するもの以
外は前記実施例１と同一の物を使用した。

【００２０】本実施例は、支持部材５の先端部を丸く形
成して角部を無くすとともに、支持部材５の外形が図示
しない円筒状のシース内壁に内接する様な形状１８とし
た。

【００２１】上記構成により、支持部材５の端面が図示
しないシースに対して傷等のダメージを与えることを防
止できる。また、超音波トランスデューサ１０がシース
に接触することを防止することも同時に可能となる。

【００２２】本実施例によれば、シースおよび超音波ト
ランスデューサに関する信頼性の向上が図れる。

【００２３】

【実施例４】図８は本実施例を示す斜視図である。基本
的な構成は前記実施例１と同様であり、相違点について
述べる。また、図中の番号は、本実施例に関するもの以
外は前記実施例１と同一の物を使用した。

【００２４】支持部材５とシャフト１１の両者を、機械
的強度に優れ且つ溶接性に優れた材質であるステンレス
鋼で構成するとともに、支持部材の傾斜部６の表面へタ
ングステン等の音響インピーダンスがより大きい材質で
構成した板２２を接合した。

【００２５】超音波パルスの音響ミラー７表面における
反射率は、媒体と音響ミラー７を構成する物質の音響イ
ンピーダンスの差異によって定まる。板２２の音響イン
ピーダンスはステンレス鋼の音響インピーダンスよりも
高いため、音響ミラー７表面に於ける反射率が高まる。

【００２６】本実施例によれば、音響ミラーの反射率が
高いため、超音波パルスの送受信に於けるロスが減少す
る。この為、全体として高効率となる。この時、支持部
材の材質はシャフトと同一であるので、溶接により接合
した場合の接合強度は非常に高い。

【００２７】尚、本実施例においても前記各実施例と同
様に、高分子圧電体とすること、音響整合層を複数層化
すること、凹面形状の圧電素子，音響レンズおよび音響
ミラーを使用することにより集束音場を形成すること等
が可能であることは言うまでも無い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る超音波
プローブによれば、実質的に硬質部長が短縮された挿入
性の高い超音波プローブが得られる。また、音響ミラー
等をハウジングに実装する工程が省略されるため、量産
性に優れた超音波プローブが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す斜視図である。

【図２】実施例１を示す縦断面図である。

【図３】実施例１の変形例を示す斜視図である。

【図４】実施例１の変形例を示す斜視図である。

【図５】実施例２を示す斜視図である。

【図６】実施例２の変形例を示す斜視図である。

【図７】実施例３を示す斜視図である。

【図８】実施例４を示す斜視図である。

【図９】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ２ 音響整合層 ３ 背面制動材 ４ 絶縁板 ５ 支持部材 ６ 傾斜部 ７ 音響ミラー面 １０ 超音波トランスデューサ １１ シャフト １２ 接合部 １９ 超音波プローブ先端部 ２１ 圧電素子表面電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塑性変形により斜面を形成した板状の支
   持部材と、該支持部材上に載置したトランスデューサか
   らなるプローブ先端部と、前記支持部材に固定したプロ
   ーブ先端部を回転駆動するシャフトと、前記支持部材，
   トランスデューサおよびシャフトを覆い、超音波媒体を
   封止するシースとから構成したことを特徴とする超音波
   プローブ。