JPS62211047A - 機械的に操縦可能な超音波ビ−ムを備えた超音波変換器プロ−ブ - Google Patents

機械的に操縦可能な超音波ビ−ムを備えた超音波変換器プロ−ブ

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JPS62211047A
JPS62211047A JP62048624A JP4862487A JPS62211047A JP S62211047 A JPS62211047 A JP S62211047A JP 62048624 A JP62048624 A JP 62048624A JP 4862487 A JP4862487 A JP 4862487A JP S62211047 A JPS62211047 A JP S62211047A
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    • G10K11/352Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams by moving the transducer
    • G10K11/355Arcuate movement

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】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、超音波ビームか一平面領域内で操縦される
ように、機械的に操縦される音波測定要素を備えた超音
波変換器プローブに関する。
(ロ)従来の技術 そのプローブは本来、血液の速度測定を伴う生物組織構
造の超音波影像や、血流の影像を形成するために使用さ
れるよう計画されている。
市場には、同様な用途の多くの同様な装置が存在する。
これらの装置の問題は、影像の形成とドツプラー測定を
同時に行うことが困難だということである。もし、変換
器が、限定されたビーム方向にしたがってドツプラー測
定をおこなうための影像形成をおこなう間に掃射動作か
らすばやく停止され、新たな影像形成掃射をおこなうた
め、その測定後直ちに加速されるならば、ミス信号推定
法(Missing Signal Estimato
r 5ethod)を用いると、1982年11月9日
出願の米国特許出願第440.255号に記載されてい
るように、限定されたビーム方向に沿う2次元拡大され
た影像形成とドツプラー血液速度測定を実用上の目的に
対して同時に達成することが可能である。この発明は、
影像形成とドツプラー測定を実際上同時におこなうこと
ができるよう、ビーム方向移動の急速な加速を達成する
構造を提供するものである。1984年4月24日出願
の米国特許出願第603,511号に記載のように、急
速な加速が達成されることは、2次元の組織影像形成と
2次元の流れ測定にとっ(ハ)発明が解決しようとする
問題点 この点については、超音波変換器が開示された米国特許
出願第4,421,118号(ダウ)が参照される。
ダウの変換器は、機械的連結具によって固定基体に連結
された変換器要素を有する移動可能なホルダを具備した
変換器頭部アッセンブリからなる。
直線往復運動を与えるために取り付けられたモータは、
前記機械的連結具がそのモータで駆動された場合、領域
走査法で変換器正面の物体に超音波エネルギーを伝達し
、その物体から反射信号を受は取る往復切り換え動作を
変換器要素ホルダと変換器要素とにさせる前記機械的連
結具に連結される。しかし、この公知の配置による機械
的連結具は、角度のある掃射の急速な加速を得る問題に
特に関して、著しい欠点を有する。
したがって、この発明の新規性は、例えばそれが第1図
によって描かれ、さらに以下に記述されるように、複合
掃射順序が得られるようにビーム方向の急速な加速が達
成される機械的な構造にあス − 1982年11月9日の米国特許出願第44t)、25
5号によれば、ミス信号推定器(Missing Si
gnalEstimator)は、変換器が静止してい
る間に、ドツプラー測定に準拠したドツプラー代用信号
を発振するために使用される。このドツプラー代用信号
は、見かけ上は影像形成とドツプラー測定が同時に得ら
れるように2次元の組織や流れの影像が形成される期間
で利用される。
したがって、この発明の超音波プローブの構造の目的は
、事実上無視してよいほどにビーム方向の切り換え期間
を十分小さくし、変換器の振動と変換器による消費電力
とを許容されるべき値に保つように変換器を急速に加速
することである。また、ビーム動作がその掃射期間中に
、組織影像形成からの高いドツプラーシフトを避けるよ
うに円滑におこなわれることは、流れ影像形成にとって
は特ζ二重要である。
(ニ)問題点を解決するための手段 この発明によれば前述の内容は、固定磁気アブセンブリ
と、その磁気アッセンブリにかかわって両方向に直線的
に移動可能なコイルとを具備した直線作動モータを有す
る、機械的に操縦可能な音波測定要素を備えた超音波変
換器プローブにおいて達成される。一対の間隔を有した
個別の回転可能に設けられたプーリとそのプーリどうし
を連結する可撓性のベルトから形成された機械的装置は
、モータコイルと超音波変換器または音波測定要素とを
連結させる。変換器要素がプーリの少なくとも一つとと
もに回転するように設けられているため、モータコイル
の直線動作が変換器の回転動作(こ変換され、それによ
って超音波を放射する変換器が選択された掃射角度領域
にしたがって掃射をおこなう。固定磁気材で補足的に形
成された位置センサと、モータコイルとともに移動する
ように設けられた位置コイルとは、コイルの直線位置と
、それに対応する変換器要素の角度方位や位置を検出す
るために利用される。
さらにこの発明の目的、特徴および利点は、目下のとこ
ろ好ましく、かつ、実例的なこの発明の実施態様の以下
の詳細記述を添付図と関連づけて参照することによって
より十分に評価されるであろう。
(ホ)実施例 第1a図は、超音波変換器ビームを掃射する平面領域1
0を図解したものである。太線12はその時点のビーム
方向を示し、ビームの掃射角度は矢付16で示すように
領域中心線14からビーム方向12に向かって測定され
る。第1b図は、ある時間間隔にわたって掃射する超音
波ビームの変化角度を、代表的な例を用いて示したタイ
ムチャートである。したがって第1b図は、以下の識別
可能なビーム掃射部分を図解している。
1、生物組織の、パルスエコー振幅形象形成を行うため
のビームの第1領域掃射101(〜20 m5ec)と
、 2、パルスエコードツプラー流れ影像形成(〜405s
ec)を行うために縮小された角度で始まる第2領域掃
射lp3を準備するビーム方向急速変化102(〜5 
m5ecまたはそれ以下)と、 3、パルスまたは連続波のどちらか一方でドツプラー血
液速度測定を行うための静止ビーム掃射角度への、もう
一つのビーム方向急速変化104 (〜5m5ecまた
はそれ以下)と、4、さらに、ビーム掃射101から1
05までの新しいシーケンスを始めるための、所定の角
度へのもう一つのビーム方向急速変化106゜この発明
の超音波変換器プローブは、その計画された有用性とっ
て重要だと思われる二つの設計基準を満たすことが意図
されている。第1の規準は、予期される操作モード間、
すなわち2次元構造影像形成と2次元流れ影像形成とド
ツプラー血液速度測定、の切り換え時間を最小にするよ
うにプローブがビーム方向を急速に加速することである
。第2の規準は、流れ影像形成における組織やたとえば
構造物からの信号の急激なドツプラーシフトを避けるた
めに、超音波ビームの掃射速度をそのプローブが一定に
保つこと(すなわち無高周波振動)が望まれる。
この第2の基準を満たす動作を達成するについては、ギ
ヤ伝動装置、たとえばベベルギヤの噛み合わせやラック
とビニオン機構の使用を避けることが重要であり、その
ような装置はプローブの価格を増大させるが含入りに製
作され、かつ、組み立てられていないと、振動を伝えた
り、あるいは、振動を引き起こす原因となることがある
。それゆえ、音波測定変換器がモータの移動要素に直接
設けられた場合(移動要素の一体部としてか例えばロッ
ドを通じて連結されるかどちらか)は駆動モータを採用
し、もしくはモータと音波測定要素との間にプーリシス
テムやベルトタイプ伝導装置を採用することが好ましい
ビームを急速に加速するためには、電気損失が小さくて
出力の大きい、効率の良い電動モータを採用することが
重要である。この目的に対しては、そのモータの磁場は
、狭いエアーギャップ内に集められる。特に有効な配置
においては、モータと変換器が最適な機能を発揮するた
めに個別に形成して造ることができるように、モータが
音波測定変換器から分離されている。同様に、移動部品
の質量を小さく保つことが重要であり、それは、強い固
定磁場を発生させるための狭いエアーギャップを備えた
移動コイルと固定永久磁石とを有するモータデザインを
採用することによって、容易に達成可能である。そのよ
うな移動コイルを使用した装置は、直線または回転モー
タデザインのいずれかによって達成される。ペンや鉛筆
のようにユーザーの手になじみ、プーリやベルトタイプ
の伝動装置を利用する、比較的小さな直径の円筒状の変
換器形状を保つために、プーリ伝動装置を有する直線作
動モータが図に示されるように様に好ましい。
急速な加速のために、この発明の開示されたプーリシス
テムは、米国特許第4,421.118号(ダウ)の装
置における、直線動作を回転動作1こ変換するために使
用される機械的な結合以上の実質的な利点を提供する。
直線動作の範囲や広がり、そしてまた移動部分に用いら
れた質量は、以下に論じるような、中心角に依存する半
径(半径一定に対して)を有するプーリホイルを利用す
ることによりてさらに減少させることができる。
この発明の変換器プローブ200の現在の好ましい実施
態様は、第2図を参照して説明される。
そこに示されるように、励磁鉄心回路204を有する円
筒形磁石202は、環状のエアーギャップ205を横切
って強力な磁界を発生する。円筒形電動(モータ)コイ
ル206は、その円筒軸方向に沿った電磁気力を発生す
るために通電され、環状のエアーギャップ205を通る
軸方向に対して両方向の移動に備えて配置される。モー
タコイル206はアッセンブリ20Bに設けられ、アッ
センブリ208は、アブセンブリ208の取り付は部2
12において可撓性引張要素210に順次接続される。
したがってモータコイル206は、一体に確保されたア
ッセンブリ208とともにエアーギャップ205を軸方
向に通って直線的に移動することができ、その移動は、
アッセンブリ208の前方部に限定された開口(図示せ
ず)を通って励磁鉄心回路204から軸方向後方に延び
る固宇りJP 7k ? hpセツブリ213によって
ガイドされ、固定シャフトアッセンブリは部材214.
216および218で形成される。このシャフトアッセ
ンブリ21 ’3の部材214と218は非干渉の材料
で構成されてもよく、それは非磁性で、かつ、非導電性
であることが好ましく、ただし部材216はフェライト
のような磁性材で、好ましくは非導電性の材料からなる
第2コイル220はコイルアッセンブリ208上に設け
られ、そのコイルアッセンブリとともに両方向の直線移
動によって運ばれる。してかって、コイルアッセンブリ
208の移動につれて、コイル220も同時にシャフト
アッセンブリ213の磁気部216の周辺に沿い、かつ
、周辺上を移動する。第2コイル220のインダクタン
スは、したがって磁気シャフト部216にかかわる位置
に左右され、コイルアッセンブリ208の位置に左右さ
れることとなり、そのためコ゛イル220は、簡単な位
置センナとしてたやすく用いることができる。第2すな
わち位置コイル220に所定周波数と振幅の交流電流を
供給することによってコイルにかかる電圧がコイルイン
ダクタンスに比例するため、コイルアッセンブリの位置
に左右されるであろう。位置コイル220の電流によっ
て誘発されるエディ−カレントを避けるため、シャフト
アッセンブリ2!3の材質は非導電性でなければならな
い。同様に、シャフト部214を構成する材料は、モー
タコイル206と位置コイル220の間の磁気干渉を避
けるように非磁性でなければならない。可撓性引張要素
210は、各々回転可能なシャフト226と228のま
わりに回転する間隔を有した個別のプーリホイル222
と224に部分的に沿い、それらの各々の間にかけ渡さ
れる。この配置によって、コイルアッセンブリ208の
直線動作は、プーリホイル222.224の回転動作に
変換される。音波測定変換器230は、各々のプーリホ
イル222とともに回転するために、例えば図に示すシ
ャフト226のようなホイルシャフトの一つに設けられ
るか、接続される。
その場合全体の組み立ては、角度的に操縦可能な音波測
定変換器230によって、かつ、プローブ200の前方
材を介して発振された超音波ビーム234を伝える液体
で満たされたカバー232の内部に配置される。
ここで述べられたように、直線から回転動作に変換した
モーメントあるいはレバーアーム(leverara)
は、開示されたプーリホイルについては一定であり、そ
のビームの掃射角度から独立している。したがって、モ
ータコイルの直線行程は、領域走査の開始角を与えるに
ついて、機械的連結棒や機械的連結装置を用いるシステ
ムに比べて、より短かく、より小さい。さらに、レバー
アームが一定であるから、コイルの直線位置とビームの
掃射方位または位置との間には直線関係がある。したが
って、変換器の角度動作を検知するよりも、コイルの直
線動作を検知するような位置センサを用いたほうがずっ
と簡単である。もちろん、引張要素は、伝導装置の共振
周波数が必要帯域を十分越えるほどに非弾性でなけらば
ならない。したがって、とりわけ簡単な位置センナとし
ては、例えば第2図の実施例に示すようなものを用いる
ことができ、二重コイル誘導のような位置検知の他の方
法もそれにかえて用いることができる。
ビーム方向が掃射領域の外方へ広がった場合のプーリホ
イルレバーアームを保持するため、モータコイルの直線
行程を縮小すると同時に、第3図に描かれたような非円
形のプーリホイル250 h<一定半径のプーリホイル
222あるいは224のかわりに用いられる。そのよう
な非円形ホイル250においては、例えば、大きい運動
量が必要とされる場合のビームの外方への掃射の広がり
に対しては大きなレバーアームを提供し、モータコイル
のより小さい直線動作を必要とする領域内でのより中央
寄りのビーム方向に対してはより小さいレバーアームを
提供するようなホイル位置に依存する角度でその半径が
変化する。この変形によってより短いコイルが使用され
ることができ、また、移動部の質量が縮小される。
好ましい実施例に適用されるようなこの発明の基本的な
新しい特徴が図示され、かつ指摘、されて述べられては
いるが、描かれた装置の形状と詳細およびその操作にお
ける省略と代用および変化が、この発明の精神からはず
れることなく、当業者によっておこなわれるかもしれな
いということが理解されるであろう。したがって、その
意図するところは、ただ、ここに添付された特許請求の
範囲によって示されるように限定されることである。
【図面の簡単な説明】
いくつかの図を通して同じ参照番号が同じ要素を示す図
面において、 第1a図および第1b図は、結合組織影像形成、流れ影
像形成および血液速度測定のための、ビーム方向におけ
る急速なジャンプを伴う超音波変換器の合成掃射角を、
−例として示した図である。 第2図は、この発明にしたがって構成された、機械的に
操縦可能な超音波ビームを備えた超音波変換器プローブ
の好ましい一実施例の概略縦断面図である。 第3図は、この発明に、よる装置を操縦し、中心角に依
存する半径を有するプーリホイルに結合する、変換器の
他の実施例を示した図である。 202・・・・・・円筒形磁石 206・・・・・・円筒形電動モータコイル、208・
・・・・・コイルアッセンブリ、210・・・・・・可
撓性引張要素、 216・・・・・・磁気シャフト部(ホイル部)、22
0・・・・・・第2コイル(位置コイル)、222・・
・・・・プーリホイル、 224・・・・・・プーリホイル、 226・・・・・・回転可能なシャフト、228・・・
・・・回転可能なシャフト、230・・・・・・音波測
定変換器、 234・・・・・・超音波ビーム、 250・・・・・・非円形(プーリ)ホイル、FIG、
た FIG /b

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、固定磁気手段と通電によって前記固定磁気手段とか
    かわって選択的に直線移動可能なモータコイル手段とを
    備えた直線運動電動モータと、超音波ビームを放射し、
    超音波ビームの掃射領域角度内を少なくともその一部に
    またがって移動可能とするよう枢支された超音波変換器
    要素と、前記直線運動電動モータを前記枢支された超音
    波変換器要素に接続し、前記モータコイル手段の直線動
    作を前記掃射領域角度内の制限された前記変換器の回転
    動作に変換する機械的連結手段からなり、 前記機械的連結手段は、相対的に間隔を有して個別に設
    けられた少なくとも二つの回転可能なプーリと、前記間
    隔を有した個別のプーリの回りとそれらの間に張設され
    た可撓性引張要素とを具備し、 前記超音波変換器要素は、前記プーリとともに回転する
    ために前記プーリの少なくとも一つに接続され、 前記モータコイル手段が、前記モータコイル手段の選択
    的直線移動が前記掃射角度領域の少なくとも一部にまた
    がって前記超音波ビームの掃射が操縦されるように、前
    記間隔を有した個別のプーリ間に設けられ、前記モータ
    コイル手段の一部が前記プーリ要素に機械的に接続され
    てなる、機械的に操縦可能な超音波ビームを備えた超音
    波変換器プローブ。 2、前記掃射角度領域内のビームの掃射角度を検知する
    位置センサをさらに備えてなり、前記位置センサが、前
    記モータコイル手段に接続され、前記モータコイル手段
    とともに移動するように適合されたセンサ要素を有する
    、特許請求の範囲第1項記載の機械的に操縦可能な超音
    波ビームを備えた超音波変換器プローブ。 3、前記超音波変換器要素が接続された前記間隔を有し
    た個別のプーリの少なくとも一つが、中心角に依存する
    半径を有する非円形の周線を持つ、特許請求の範囲第1
    項記載の機械的に操縦可能な超音波ビームを備えた超音
    波変換器プローブ。 4、前記超音波変換器要素が接続された前記間隔を有し
    た個別のプーリの少なくとも一つが、中心角に依存する
    半径を有する非円形の周線を持つ、特許請求の範囲第2
    項記載の機械的に操縦可能な超音波ビームを備えた超音
    波変換器プローブ。 5、前記間隔を有した個別のプーリを各々回転可能に支
    持する中心軸をさらに備え、前記超音波変換器要素が前
    記プーリの少なくとも一方の前記中心軸上に設けられて
    なる特許請求の範囲第1項記載の機械的に操縦可能な超
    音波ビームを備えた超音波変換器プローブ。 6、前記間隔を有した個別のプーリを各々回転可能に支
    持する中心軸をさらに備え、前記超音波変換器要素が前
    記プーリの少なくとも一方の前記中心軸上に設けられて
    なる特許請求の範囲第3項記載の機械的に操縦可能な超
    音波ビームを備えた超音波変換器プローブ。 7、前記位置センサがさらに固定磁気手段を備えてなり
    、前記センサ要素が、前記モータコイル手段とともに前
    記固定磁気手段に沿って移動可能な位置コイル手段から
    なり、前記固定磁気手段が、前記固定磁気手段と前記位
    置コイル手段との相対的な位置に依存して前記位置コイ
    ル手段のインダクタンスを変化させる、特許請求の範囲
    第2項記載の機械的に操縦可能な超音波ビームを備えた
    超音波変換器プローブ。
JP62048624A 1986-03-03 1987-03-03 機械的に操縦可能な超音波ビ−ムを備えた超音波変換器プロ−ブ Expired - Fee Related JP2512461B2 (ja)

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