JPS61168335A - 超音波変換器プローブ組立体 - 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】 本発明は超音波診断用造影に使用するための超音波変換
器プローブに関し、特に、このようなプローブの組立体
に関する。

超音波画像形成用の変換器プローブは、患者の内部組織
構造の実時間画像を形成するためには、小さく、軽く、
かつ取扱いが容易であるように設計される。実時間画像
を形成するために、超音波エネルギー線が患者に迅速に
伝搬され、そして、表示に適切な画像形成フォーマット
で迅速に処理するためにエコーがプローブによって受信
されねばならない。望ましくは、プローブはいわゆる扇
形走査フォーマントのような、広い視野にわたって画像
を形成すべきである。扇形走査画像は、プローブから放
射方向に超音波エネルギーを繰返して伝搬し、そして受
信することによって形成される。超音波ビームは電子的
に同期させた直線配列のプローブによって行われるよう
な電子的方法で誘導するか、あるいは機械移動式変換器
プローブによって機械的に誘導することができる。本発
明の目的は、変換器が円弧に沿って機械的に掃引されて
、扇形走査を行なう機械移動式変換器を提供することで
ある。このような機械式プローブにおける比較的簡単な
機械式駆動用組立体は、同調配列式プローブのビームを
「操向」するために使用される比較的複雑な電子工学装
置の機能を得るために使用される場合、同調配列式プロ
ーブと比較して有利である。

機械式プローブにおいて、変換器を移動もしくは振動さ
せるために使用される機構は、製造の容易さおよび信頼
性のために簡単かつ頑丈であるべきである。プローブの
部品は、時間を費やし、かつ複雑な配列工程を行うこと
なく正確、迅速に組立てることができるべきである。完
成プローブは、偶発的に落下させることによる衝撃のよ
うな、時折り生じ偶発的な取扱いミスに耐えることがで
きるべきである。

本発明の原理に従えば、頑丈で、組立てが容易な機械式
変換器プローブ組立体が提供される。プローブの部品は
中空のケース内に配置される。組立体の基準点はケース
の内側表面に置かれる。モータ組立体及び変換器取付は
組立体はケース内に配置され、−緒にしっかりと接続さ
れている。この両者の接続部において、モータ及び変換
器組立体は基準点に接触しており、これによってケース
内に変換器及びその駆動機構を位置を定めて配置できる
。基準点に対してモータ及び変換器組立体を付勢する手
段が設けられ、この手段は、プローブ機構の耐シヨツク
取付けにも役立つ。

第１図に、本発明の原理に従って組立てられた超音波変
換器プローブが示されている。プローブの諸要素はアル
ミニウムから機械加工され、又はデルリン、ポリスルホ
ン又は同様な材料で成形することができるケースｌＯ内
に収められている。

音透過性コーン即ちキャップ１２がケースの先に取付け
られている。キャップ１２は、超音波に対して高い透過
性を有するポリエチレン又は他の材料で作られる。使用
時には、超音波エネルギーは、プローブ内の媒介液によ
って超音波変換器３２に、そして超音波変換器３２から
キャップ１２を通過する。音透過性キャップ１２はケー
スの先端の外周開口のまわりの溝にかん合され、圧縮バ
ンド１６によってシールされている。このシールがキャ
ップ１２及びケース１０の間で圧縮されたＯ−リングに
よって液密にされる。

変換器取付は組立体３０は要素３２〜３８を含んでいる
。変換器３２は変換器リング３４に着座さている。さら
に変換器リング３４は変換器カップ３６内の所定の位置
にスナップばめしである。

これによって同一外側寸法の変換器リングで種々の異な
る特性の変換器を製造するのが可能になる。

特定の変換器を有するプローブが注文された場合、選択
された変換器及びリングモジュールは、必要な電気接続
がなされて変換器カップにスナップばめすることかでき
る。

変換器カップ３６は、両側にボールベアリング取付具を
有し、硬鋼性の軸ビン４０がそれを貫通している。ステ
ンレス鋼製のクランクピン４２が軸ピン４０に平行に変
換器カップにプレスばめされている。本発明の図示の実
施態様において、クランクピン４２は、０．０９０イン
チ（約２．３鶴）の距離で軸ビン４０から離間されてい
る。この間隔が、変換器が振動する角度の決定因子の一
つである。図示の実施態様において、振動角度は９０度
であった。離間距離における十分の１インチの変化が振
動角度で約１度の変化に相当するということが判明した
。

クランクシャフト４４の一方の端部がベアリング支持に
クランクピン４２に連結されている。クランクシャフト
４４の他方の端部もベアリング支持でモータ（組立体６
０）の移動型磁石組立体６４に取付けられている。変換
器カップ３６から延びている軸ビン４０の両端は、ジン
バルカップ３８の基体から延びているアームの穴に位置
している。

軸ビンは、ジンバルカップのアームに直交方向の止めね
じによってジンバルカップアームの大向に固定されてい
る。ジンバルカップは、ジンバルカップの穴を貫通し、
モータを囲んでいる拡張式ブツシュ６１のねじ穴に至る
ねじ５０及び５２によってプローブ内の所定の位置に保
持されている。

ジンバルカップの基体及びスプール形状の拡張ブツシュ
は、ケース１０の内周面の溝４７のまわりに延びている
スナップリング４６を挟んでいる。

モータ組立体６０は、参照番号６１〜６８の部材を含ん
でいる。モータの上部ベアリング６８は、ジンバルカッ
プ３８の基体の環状溝に一端で固定されている。下部ベ
アリング６６は、緩衝取付はスプリング７４及び管７６
によって所定の位置に保持され、管７６はガラス／金属
シール１８に接触している。シールの内方部分１８ａは
ガラスで作られ、それを貫通するいくつかの電気接続ピ
ン１９を有している。変換器、モータ及び位置センサー
（図示せず）からのリード線がこれらのピンに接続され
ている。シールの外周部１８ｂは金属で作られ、Ｏ−リ
ング２０によって囲まれている。

この０−リング２０はプローブの後部で液密シールを形
成し、そしてモータ及び変換器組立体が配置する液体室
に達している。液体室の外側で接続ピン及び接続器２２
の間の接続がなされる。コネクタ２２はケーブルの先の
対応するプラグと組合わされ、プローブに、そしてプロ
ーブから必要な信号をもたらす。

クランクシャフト４４は、ジンバルカップ３８の基体及
び上部ベアリング６８の穴を貫通し、磁石組立体６４に
接続されている。磁石組立体は、デルリン製のベアリン
グ６８及び６６中で往復運動するようにスライドする。

圧縮ばね７０及び７２が磁石組立体の両側に配置され、
モータを駆動しない場合に、モータの中央位置に磁石組
立体を置く作用をする。この位置で、変換器は図示する
ように前方にまっすぐに向けて置かれている。圧縮ばね
７０及び７２はまた、磁石組立体６４がその移動方向を
逆にしようとして方向転換する度毎のモータの方向転換
を容易にする。円筒状の磁石組立体６４は環状のコイル
組立体６２で囲まれている。位置センサーピン８２は、
磁石組立体の下端部（右手）でねじ穴にねじ込まれてい
る。コイル組立体６２が励磁されると、磁石組立体６４
は前後、即ち図で水平に移動する。これによって、クラ
ンクシャフト４４が前後に往復運動させられ、それで軸
ピン４０のまわりで振動するように変換器カップ及び変
換器が動かされる。同時に、磁石組立体は、下部ベアリ
ング６６の一部として形成されている位置センサー巻型
８０を通して位置センサービン８２の移動させる。コイ
ルはコイルフオーム８０（図示せず）のまわりに巻かれ
、コイルを通る位置センサービン８２の移動は、ピンの
位置に関連してコイルのインダクタンス、及びそれに相
応して変換器の偏倚角を変化させる。この変化するイン
ダクタンスが検知され、変換器のその時の位置を確かめ
るために使用される。

モータ及び位置センサーの構造及び操作の詳細な説明は
［位置センサーを有する超音波変換器プローブ駆動機構
（ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＰＲＯ１
’１ＥＤＲＩＶＥ　ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ　ＷＩＴＨＰＯ
５ＩＴＩＯＮ　５ＥＮＳＯＲ）Ｊと言う名称の米国特許
出願番号第６９１．３２０号中に見出せる。

第２図及び２ａ図に、第１図の変換器取付は組立体３０
及びモータ組立体６０がそれらに付随する組立体諸要素
とともに示されている。変換器３２は変換器リング３４
に着座され、弾性の軟質ゴム材の層上に置かれている。

ゴム材は変換器リング及びその取付体から変換器を音響
的に絶縁する作用を行ない、それによって超音波振動の
組立体への結合を防止する。これによってプローブ及び
その画像形成システムにおける残響の発生及び対応する
画像のアーティファクトを防止する。

変換器及び変換器リングは、変換器カップ３６にスナッ
プばめされ、さらにジンバルカップ３８のアーム３８ａ
及び３８ｂの間に回動可能に取付けられているものとし
て図示されている。アーム３８ａ及び３８ｂの先端に、
ジンバルカップに軸ビンを保持する止めねじが見られる
。クランクシャフト４４は、変換器の背後のクランクピ
ンに接続され、ジンバルカップ３８の基体の穴を通って
延びている。

変換器取付は組立体３０の右方に、ブツシュクリップ即
ちスナップリング４６がある。スナップリングの背後に
はモータ組立体６０がある。拡張ブツシュ６１の小径部
中心内に、本図では見られない磁石組立体６４及びコイ
ル組立体６２がある。

拡張ブツシュの前方先端の開口から延びて、上部ベアリ
ング６８がある。プローブが組立てられる場合、上部ベ
アリングはジンバルカン１３８の基体の裏部の穴のまわ
りの環状溝３９に着座される。

溝３９は第２ａ図のじンバルカンプの裏から見た平面図
に示されている。拡張ブツシュ６１の大径部先端の溝９
４及び９６は、拡張ブツシュの先端とケース１０の内側
表面との間に液密シールを形を 成するＯ−リング９０及び９２（第１図参照）を収容す
る。位置センサー用コイルフオーム８０がモータ組立体
の後部から延びて示されている。モータ組立体６０の前
後に、緩衝取付はスプリング７４及び管７６がある。

プローブの組立ては次のように進行する。まず０−リン
グを有するガラス／金属シール１８がプローブの後部に
着座される。次いで、管７６がシール１８に接触するよ
うに、管７６及び緩衝取付はスプリング７４がケースに
滑りばめされる。次いで、下部ベアリング６６が緩衝取
付はスブリグ７４に接触するように、モータ組立体６０
がケースに滑りばめされる。緩衝取付はスプリング７４
は非圧縮状態であるので、磁石及びコイル組立体６４及
び６２、上部及び下部ベアリング６８及び６６を含む拡
張ブツシュ６１内のモータの諸要素はスプリング７４に
よって前方に押され、ブツシュ６１の先端から押出され
る。拡張ブツシュ６１は、ケース１０の内壁と接触状態
にある０−リング９０及び９２の抵抗しか受けないので
、第１図に示す最終位置に押しやられる。モータの諸要
素が拡張ブツシュ６１内にゆる（固定されているので、
コイル組立体並びにベアリング６６及び６８を取囲んで
いる液体用の空所が形成される。モータが作動すると、
この液体用の空所は、ベアリング６６及び６８の穴６５
及び６７内へ、そしてそこから圧送される液体を収容す
る。

次に、先端のとがったプライヤーを使用して、ケースに
挿入するためにスナップリング４６を小さな径に圧縮す
る。スナップリングがケースの内周のまわりの溝４７に
合わされ、プライヤーが取除かれると、スナップリング
は溝４７に所定の位置で係する。溝の寸法は重要でなく
、スナップリングがこの時点で溝にゆるく保合できれば
よい。

最終組立て工程が示すように、溝の先端の位置だけが重
要である。

最後に、変換器取付は組立体がプローブ内に挿入される
。クランクシャフト４４は、第１図に示すように磁石組
立体６４の端部のビンに引掛るか、またはそこにスナッ
プばめされる。環状の溝３９は、拡張ブツシュ６１の端
部から延びている上部ベアリング６８の端部のまわりで
固定される。さらに、変換器取付は組立体は拡張ブツシ
ュ６１の穴にねじ込まれた固定用ねじ５０及び５２によ
って固定して配置される。ねじがしっかり締められると
、ジンハルカップ３８の基体がプローブの後部方向にモ
ータの諸要素を押すように、緩衝取付はスプリング７４
の力が対向する。ねじが完全に締められると、緩衝マウ
ントスプリング７４は圧縮状態になる。

さらに、プローブの諸要素はその各々に相互作用する力
の組合せによってケース中にしっかりとかつ正確に配置
される。圧縮された緩衝取付はスプリングの力がプロー
ブの前方および後方に向けらる。後方の力は、管７６を
通してガラス／金属シール１８にもたらされ、その場に
確実なシールを保持する。このことが０−リングによっ
て形成された完全な液密シールを持続する助けとなる。

前方にもたらされたスプリングの力は、モータの下部ベ
アリング６６、コイル組立体６２及び上部ベアリング６
８をジンハルカップ３８の基体にしっかり固定させ、そ
の場にモータの諸要素を保持する。さらに、この前方の
スプリング力は、ねじ５０及び５２によって拡張ブツシ
ュ６１にもたらされ、拡張ブツシュを前方に引っ張って
、ジンハルカップ３８及び拡張ブツシュ６１の間でスナ
ップリング４６を挟む。挟まれたスナップリング４６は
緩衝取付はスプリング７４の力によって前方に最終的に
押圧されて、溝４７の先端にしっかり押圧されたその前
面にスナップリングを位置させる。

このように、変換器取付は組立体３０及びモータ組立体
６０は、この溝４７の先端を基準としてケース１０内の
所定の位置に配置させる。これらのガラス／金属シール
をしっかり押圧し、プローブ部材を位置を定めて配置す
る機能に加えて、スプリング７４は、緩衝取付けとして
プローブの諸要素の保護も行なう。プローブが偶発的に
落とされ、接続器２２の端部で衝突した場合、スプリン
グ７４は衝突に際して圧縮し、はとんどの落下刃を吸収
する。モータの諸要素は接続器２２の方に押されるが、
この力は緩衝取付はスプリング７４によって緩和される
。スプリング７４はあまりゆるく、又はあまり強く圧縮
しないように選択された圧縮量を呈するのが望ましい。

ゆるすぎる圧縮はモータの諸要素を作動中揺れ又は振動
させ、強すぎる圧縮は、緩衝取付はスプリングの衝撃緩
和能力を減少させる。スプリングが圧縮される度合は、
望ましい程度でスプリグ７４を圧縮するのに適する管７
６の長さを選択することによって選ばれる。

従って、スプリング７４が圧縮される度合は、使用され
る特有のスプリングの特性に依存する設計上の選択の問
題でありうる。

第１図の変換器プローブは、他の方向に加えられた衝撃
にも耐えることができる。プローブが先端から落下する
場合、軟質プラスチック製キャップ１２が圧縮して、大
部分の衝撃力を吸収する。

固い表面への激しい落下はキャップ１２を砕く。

これによってキャップ及び液体の交換が必要になるが、
通常、変換器取付は組立体及びモータ組立体の修理を必
要としない。プローブの側部の衝撃は、プラスチックケ
ースを使用することによって吸収することができる。さ
らに、０−リング９０及び９２並びにベアリング６６及
び６８とコイル組立体６２とを囲んでいる液体用空所が
、ある程度のモータ部材の衝撃緩和を果す。プローブ内
の液体は実質的に全方向での落下刃を押える助けもする
。

本発明の図示した実施態様において、いくつかの理由に
より、ケース１０を二つの部材で形成するのが望ましい
ことがわかった。第１図に示すように、コネクタ２２を
保持するケースの後部部材１０ａはケース１０の主部に
ねじ込むためにねじ溝が切られている別個の部材である
。ケース部材１０ａを除くと、ケースの前部から下方ま
でシール１８を滑らす必要がもはやないので、組立てが
さらに容易になる。シールがケースの狭い部分を通って
押込められると、０−リングが動がなくなるので、この
シールの滑りばめは困難になる。好ましい形態において
、シールは、部材１０ａを除いた状態で後部から取付け
られ、これによって動かなくなるという問題がな（なる
。さらに、別個の部材１０ａは異なる寸法及び形式のコ
ネクタを有して形成できる。最終の組立て工程中に、使
用者が望むコネクタを有する部材１０ａが選択され、ワ
イヤーの接続がなされ、次いでその部材がねじ込まれる
。

本発明の原理に矛盾しない変形も可能である。

たとえば、スナップリングを置くための溝を使用する代
りに、ケースの内周のまわりに環状の突起又は断続的な
一連の突起がスナップリングを置くために形成できる。

スナップリングはこれらの突起の平らな面を押す。ケー
スにモータ組立体６０を挿入する場合、突起を通してＯ
−リングを有する拡張ブツシュが通過できるような寸法
にしなければならない。このことは一体的なケースでは
重大な組立ての問題を与えるが、二分割式又はクラムシ
ェル状のケースが使用される場合は、望ましい代案とな
る。次いで、二分割式ケースが閉じられ、シールされる
前に、モータ組立体並びに後部のスプリング、管及びシ
ールがプローブ中に配置できる。このような配置におい
て、スナップリングが、溝４７の位置に置かれ、変換器
取付は組立体及び拡張ブツシュによって挟まれる、ケー
スの内周から突き出ている環状の突条によって置替える
ことができる。しかしながら、この突条はケース内で移
動できないので、突条の前後両面を正確な寸法にする必
要がある。さらに、プラス千ツクの突条は要求される構
造強度を与えないので、この代案はプラスチック製ケー
スより金属性ケースにおける方が望ましい。プラスチッ
クケースにおいては、好ましい実施態様の溝及びスナッ
プリング配置が構造の一体性にとってさらに望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って組立てられた超音波変換
器プローブの部分断面図である。 第２図は第１図のプローブの変換器及びモータ組立体を
さらに詳細に説明する分解斜視図である。 第２ａ図はジンバルカップの側面図である。 １０・・・ケース、１２・・・キャップ、３０・・・変
換器取付は組立体、３２・・・変換器、３４・・・変換
器リング、３６・・・変換器カップ、３８・・・ジンバ
ルカップ、４０・・・軸ヒン、４６・・・スナップリン
グ、６０・・・モータ組立体、６４・・・磁石組立体、
７４・・・緩衝取付はスプリング、７６・・・管。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波変換器を振動させるための駆動機構が用い
   られている超音波変換器プローブであって、前記プロー
   ブの諸要素を収容するための、内側表面に基準指示部を
   有する中空なプローブケースと、 前記ケース内に位置し、かつ前端部を有するモータ組立
   体と、 前記ケース内に位置し、前記超音波変換器を振動可能に
   取付ける取付手段を有し、かつ後端部を有する変換器組
   立体と、 前記モータ組立体を前記変換器組立体に前記前端部およ
   び後端部の接続部で連結する連結手段とを備え、 前記接続部は前記基準指示部に関して前記連結手段によ
   って固定的に位置決めされている、超音波変換器プロー
   ブ。
2. （２）前記モータ組立体及び変換器組立体を前記基準指
   示部に対して押圧するための手段をさらに包含する特許
   請求の範囲１項記載のプローブ。
3. （３）前記基準指示部と接触して前記プローブ内に配置
   され、前記前端部及び後端部によって挟まれているスナ
   ップリングをさらに包含する特許請求の範囲１項記載の
   プローブ。
4. （４）前記基準指示部が前記プローブケースの内側表面
   の溝から成り、前記接続手段がねじから成る特許請求の
   範囲第３項記載のプローブ。
5. （５）前記変換器組立体が前記変換器を回動自在に取付
   けるためのジンバルカップを含む特許請求の範囲第１項
   記載のプローブ。
6. （６）前記変換器組立体が前記変換器を保持するリング
   を含み、前記リング及び変換器が前記ジンバルカップに
   スナップばめされている特許請求の範囲第５項記載のプ
   ローブ。
7. （７）前記モータ組立体が後端部をさらに有し、かつ前
   記付勢手段が前記モータの前記前端部を前記基準指示部
   に対して押圧するために前記モータ組立体の前記後端部
   に配置されたスプリングから成る特許請求の範囲第２項
   記載のプローブ。
8. （８）前記基準指示部が前記中空ケースの内側表面の溝
   から成り、スナップリングが前記溝に配置されている特
   許請求の範囲第７項記載のプローブ。
9. （９）前記スプリングを望ましく圧縮させるために前記
   モータ組立体の後端部及び前記プローブの内側表面の間
   に配置されたスペーサーをさらに包含する特許請求の範
   囲第８項記載のプローブ。