JPS5946A

JPS5946A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPS5946A
Application number: JP57107915A
Authority: JP
Inventors: 村松　文夫; 松尾　耕次; 孝悦斉藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-06-23
Filing date: 1982-06-23
Publication date: 1984-01-05
Also published as: JPH0161060B2

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】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′よっ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
によシ、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って、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（＾）〜（Ｄ）において、１は回転支持体、２ａ
。

２ｂ、２ｃは圧電振動子、３ａ、３ｂ＋３０はリードス
イッチ、４は軸受、６は超音波伝搬媒体液を充填した容
器、ｅａ、ｅｂ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はモーダ一の回転制御検出器
、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、１６は回転軸をそれぞれ示す
。

第１図（Ａ）〜（切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　、２０と、この３個の圧電
振動子２１Ｌ　、２ｂ　、２０を切換え選択するリード
スイッチ３ａ、３ｂ、３ｃ、及び回転支持体１の回転軸
１６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によって回
転される。一方モーター１００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だめのものである
。

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（功により明らかであ
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
１０回転に伴なって回転するリードスイッチ３ａとの相
対位置により、リードスイッチ３ａが閉じられる０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２ａ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６
ｂに電磁気誘導により誘起されて圧電振動子２＆を付勢
する。

そして圧電振動子２ａから超音波パルスピースが発生し
、それは超音波伝搬媒体液を充填した容器６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シ固定コイル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２ａ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
、リードスイッチ３ａは、圧電撮動子２１！Ｌ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
シ、それは固定永久磁石１４の形状１強さなどを適当に
選定する℃とによシ行われる。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
ードスイッチ３ｂが閉じ、圧電振動子２Ｃによる扇形走
査を行うときは、リードスイッチ３Ｃを閉じることによ
って行われる。それ故、各圧電振動子２ａ、２ｂ、２ｃ
、固定永久磁石１４及びリードスイッチ３ａ　、ｓｂ　
、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９ｏ０の扇形走査が行われてお）、回転支持体
１が１回転する毎に、３個の圧電振動子２ａ、２ｂ、２
０を順番に、リードスイッチ３ａ、３ｂ、３０を開閉す
ることによって、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２ａ。

２ｂ、２ｃを用いて毎秒３ｏ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１ｏ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。従って、圧電
振動子切換えリードスイッチ３’ａ、３ｂ、３０ば、１
秒間に１０回開閉することになり、１時間では、３万ｅ
ｏｏｏ回の開閉と極めて多い。一方、通常リードスイッ
チ３ａ、３ｂ、３Ｃと圧電振動子２ａ１２ｂ、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、−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、従って、組込むリードスイッチ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、リードスイッチ３Ｎ、３ｂ、３０の
開閉容量としては、圧電振動子２２Ｌ、２ｂ、２０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ッチを除いては、そ
の開閉寿命は約１ｏｏＯ万回ぐらいである。それは、前
述の様に、１時間当シ３万６０００回開閉するとすれば
、約２７８時間でリードスイッチの故障が生じることを
意味している。つ！シそれは、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ッチ３ａ、３
ｂ、３０の組込みにおいては、リードスイッチ３ａ、３
ｂ、ｓｃの開閉に要する時間、チャツタリング時間、圧
電振動子２ａ　、２ｂ　、２０の切換えタイミング時間
などを考慮して、３個のリードスイッチ３１Ｌ、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。

２ｂ、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っ
て、圧電振動子の切換えリードスイッチのかわりに、平
面対向型ロータリートランスを用いることによって、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（Ｂｌ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）〜（ＣＩにおイテ、１０
は回転支持体、２ｏａ、２０ｂ２０Ｃは圧電振動子、３
０＆　、３１　＆　、３２ａは渦巻き状に巻いた固定コ
イル、３Ｑｂ　、３１　ｂ　。

３２ｂは渦巻・き状に巻いた回転コイル、３３は磁性コ
ア、３４は電磁気じゃへい板、４０は軸受、４５は回転
軸、５ｏは超音波の伝搬媒体液を充たした容器、６ｏ及
び８ｏはプーリ、７ｏはベルト、９ｏはモーター、１０
０はモーター９ｏの回転制御検出器、１１０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３０＆と、
回転支持体１ｏと共に回転する回転コイル３ｏｂ、及び
磁気じゃへいの為の磁性コア３３とによシ一対の平面対
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３１＆と回転コイル３１ｂ、磁性コア３３の対
によシ、更に固定コイル３２ａと回転コイル３２ｂ、磁
性コア３３の対により、都合３対の、圧電振動子２０＆
　、２０ｂ　、２００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。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２０１Ｌ　、２０ｂ　
、２００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、フェ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
料による電磁気じゃへい板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。各層の平面
対同型ロータリートランスの回転コイル３０ｂ。

ｓｗ＋ｂ、３２ｂと、圧電振動子２０＆　、２０ｂ　。

２０Ｃは第２図（切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３０＆　、３１　ａ　。

３２ａは、それぞれ独立に接続ケーブル１１０を通じて
本体装置に接続される。

一方圧電振動子２０＆　、２０ｂ　、２００及び回転コ
イル３ｏｂ　、３１　ｂ　、３２ｂを設けた回転支持体
１ｏけ、モーター９０．プーリ６０．８０及ヒヘルト７
０により回転される。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３ｏフレームの扇形超音波断
層像を得るために、３個の圧電振勢子２０＆　、２０ｂ
　、２００を回転支持体１ｏの外周面に１２０°の等間
隔に設け、１個の圧電振動子では９ｃＰの扇形走査がで
きる。捷だ、圧電振動子２０＆　、２０ｂ　、２０ＣＩ
：）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）によっ
て明らかである。すなわち例えば、圧電振動子２０＆が
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３０１Ｌ
に印加する。その信号は直ちに回転コイル３ｏｂに、電
磁気誘導によシ誘起されて、圧電振動子２０＆を付勢す
る。

そして圧電振動子２０＆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６ｏ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２０＆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３０ｉＬに電磁気誘導に
よシ伝えられ、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、−走査線分と
して、その強弱をブラウン管上に１表示する。

以−ヒのごとく回転支持体１ｏと共に圧電振動子２０＆
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って圧電振動子２ｏｂ、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じゃへい板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２０１Ｌによって、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
、［１コイル３０亀から回転コイル３１ｂ、３２ｂへの
電磁的干渉の度合によって、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
って、圧電振動子２０ｂ、２０Ｃからも生体以外の場所
に向っ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３１　ｂ　、３２ｂおよ
び固定コイル３０ａを経て圧電振動子２０＆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
たがって、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．電磁気じゃへい板３４
によって、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１ｏは、毎秒１０回転
させて、且つ３個の圧電振動子２０＆　。

２０ｂ、２ｏＣ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　、３
１　＆　、３２ａを切換え選択することによって、付勢
する圧電振動子２ｏａ　、　２ｏｂ　。

２００のいずれかを選択使用する。その結果、圧電振動
子１個当υ毎秒１ｏフレーム、都合毎秒３ｏ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　、３１　ａ　、３２
ａを切換え選択するには、本体装置に設けたザイリスタ
等の無接点半導体スイッチ素子によシ容易に行うことが
できる。

以上の様に、本発明によれば、寿命がほぼ半永久的なロ
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ッ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シ
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ッ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。

【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ＩＪ　−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（勾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（ｑは同実施例の概略動作原理を示す結線図である
。１０−・−・一回転支持体、２０ａ　、２０ｂ　、２０
０・°・・・・圧電振動子、３０＆、３１＆、３２＆・
・・・・・固定コイル、３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ・・印
・回転コイル、３３・・・・・・磁性コア、４ｏ・・・
・・・軸受、４５・・川・回転軸、６ｏ・・・・・・超
音波伝搬媒体液を充たした容器、６０．８０・・・・・
・プーリ、７ｏ・・・・・・ベルト、９ｏ・・・・・・
モーター、１００・・・・・・回転制御検出器、１１０
・・・・・・接続ケーブル、１２０・・・・・・探触子
ケース０代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
１Ｍ　　　、Ａ。（ＤＩ第２図／Ａ）

Claims

【特許請求の範囲】（１）複数の圧電振動子が設けられた回転支持体と、前
記回転支持体を回転せしめる駆動手段と、前記回転支持
体の回転軸に沿って設けられ、前記圧電振動子と同数の
ロータリートランスとを備え、前記ロータリートランス
は、前記回転支持体に伴なって回転し、前記圧電振動子
と接続された回転コイルと、前記回転コイルに対向配置
された固定コイルとからなることを特徴とする超音波探
触子。（２）２個のロータリートランスの間に、電磁気シール
ド体が設けられてなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の超音波探触子。（鴻　圧電振動子は、表面に音響整合層を有してなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波探触
子。（４）回転コイルおよび固定コイルは、それぞれ平板状
に形成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の超音波探触子。