JPS6221534B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波診断装置の走査装置として用い
られ超音波探触子を高速でセクタスキヤンさせる
高速セクタスキヤナの改良を図つた超音波診断装
置に関するものである。

超音波診断装置を用いて心臓の断層像を得る場
合、肋骨の存在は超音波の照射に当つて非常に障
害となるが、この肋骨の影響を防ぐため、被検体
の体表面に超音波探触子（超音波を送受して超音
波エコーを得る装置；以下、超音波プローブと称
する）をできる限り近づけて肋骨の間から超音波
パルスを走査させる極近接法が採用される場合が
多い。

このような、肋骨の間から心臓に向け超音波パ
ルスを走査させるには、肋骨間の隙間が非常に狭
いことから、超音波プローブを扇状に回動運動さ
せるセクタスキヤンが大変有効である。

また、心臓の断層像を得る場合には、絶えず運
動を繰り返えしている臓器であることから高速で
セクタスキヤンさせて超音波エコーを捕えなけれ
ば良質の像が得られない。

そこで、従来においては高速でセクタスキヤン
を行なう超音波高速セクタスキヤナを用いる。第
１図はその従来例を示す概略図であり、図中１は
シヤフトであり、このシヤフト１はその両端側を
軸受２，２′により回転可能に支持されている。
３はこのシヤフト１に取り付けたプローブホルダ
であり、このプローブホルダ３にて超音波プロー
ブ４は保持されている。５はシヤフト１に固定し
て取り付けられたプーリ、６はモータ、７はこの
モータ６に接続されて回転駆動される駆動側プー
リ、８はこの駆動側プーリ７と前記プーリ５との
間に掛け渡されたベルト、９は軸受である。

このような構成において、まずモータ６を正逆
回転させこれを繰り返えす。このモータ６にはプ
ーリ７が取り付けられており、しかも、プーリ７
とプーリ５との間はベルト８が掛け渡されている
のでこれらを介してシヤフト１は正逆回転され
る。従つて、このシヤフト１にプローブホルダ３
を介して取り付けられている超音波プローブ４は
首振り運動されるからセクタスキヤンが成され
る。

上述のような装置はモータ６を正逆転させるこ
とによりセクタスキヤンを行なうようにしたもの
であるため、高速化にも自ずと限度があり、しか
も、モータは大きなトルクが要求されることから
装置全体が大形化されると云う欠点を有してい
る。

一方、肋骨の間から超音波パルスを心臓に向け
て放射させるためには第１図に示したようなセク
タスキヤナを超音波伝達媒体と共に容器に入れ、
この容器の超音波送受面を体表面の肋骨間に接触
させて行なわなければならないが、任意の肋骨間
に自在に移せるよう容器を含めたセクタスキヤナ
の装置自身、小形軽量であることが要求される。

そこでモータにより回転される回転板の偏心位
置にバーを突設し、また、このバーを摺接案内す
る一方向に伸びた案内溝を有する回動片を設けて
これらによりモータの回転運動を反復回転運動に
変換し、セクタ運動を行なわせるようにしたもの
もあるが、このような装置では反復回転運動変換
に円滑性が欠けて来るために、セクタ角（超音波
プローブの首振り角）を大きくとることが難し
く、しかも像の表示に必要な走査角の位置検出も
難しいことから、正確に超音波断層像を表示する
ことも難しく、更に摺接部があるために騒音発生
や振動、機械的な摩耗発生等の問題が生じたり、
また、摺接部の遊びのために、超音波画像表示の
走査位置情報として重要なプローブの角度検出精
度が悪く成る欠点がある。

ところで、超音波プローブのセクタ角の調整は
心臓の断層像を得る装置として用いる場合には非
常に大切な要素となる。

即ち、超音波の音速が一定であるため、一秒間
に表示する断層像の数を一定とするとセクタ角が
大きくなつた場合には一枚の断層像の走査線の数
は変化しないことから、非常に目の粗い像がモニ
タ装置の画面に表示されることになるが、セクタ
角を小さくするとその反対に目の細かい良質の画
像が表示される。

しかしながら、最初からセクタ角を小さくする
と心臓の一部分だけしか映像として表示されない
ので、診断に必要な部位を探すことが困難となる
上、他の部位との関連が掴めないと云う欠点が生
ずる。診断に必要な部位を早く見つけ、効果的な
診断を行なうには初めにセクタ角を広くとつて広
範囲の像を観察し、診断に必要な部位をできるだ
け早く発見して全体との関連を適確に掴んだ上、
セクタ角を狭めて必要な部位だけの良質な像を得
るようにしなければならないが、従来装置におい
てはこのようなセクタ角の自在な調整も行ないに
くい。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、一
方向に回転する回転軸を有するモータと、この回
転軸に対し設定角度をなすようにこの回転軸に設
けられた連結部材と、前記回転軸の延長線と直交
する第１支持軸と、この第１支持軸により回動自
在に支持された超音波送受をするプローブと、前
記第１支持軸及び前記回転軸の延長線と交わるよ
うにこのプローブに取り付けた第２支持軸と、一
端側を前記第２支持軸に該支持軸線を中心として
回動可能に、また、他端側を前記連結部材に回転
自在にそれぞれ連結した支持腕とより構成する。

そして、円運動する連結部材の該円運動を、第
１支持軸と第２支持軸に、また、第２支持軸に回
動可能にそして連結部材に回転自在にそれぞれ接
続されて、連結部材と第２支持軸とを結ぶ支持腕
により構成された機構によりセクタ運動に変換し
て、第２支持軸にはセクタ運動として伝達し、第
１支持軸を回転軸として第２支持軸の運動が伝達
されて運動するプローブを首振り走査するように
する。このようにモータの回転を円運動に変換
し、更に前記直交する軸との作用により、円運動
を首振り運動に変換することにより、回転運動を
円滑に首振り運動に変換でき、しかもモータは一
方向回転で良いので低トルクで済む他、前記回転
軸と連結部材との成す角度を調整できるように構
成すれば、超音波プローブの振り角を大から小に
至るまで簡単に可変できるようになり、また、摺
接機構部を無くし、各接続部における各点を中心
とする回動により、運動方向を変換する構成とす
ることで振動や騒音、遊びの問題も解消できて超
音波プローブの角度や位置等も正確に検出できる
ようになるなどの特徴を有する超音波診断装置を
提供することができるものである。

以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。

第２図は本発明によるセクタスキヤナ部分の構
成を示す正面図であり、図中２１両側に回転軸が
伸ばされた両軸形のモータ、２２はこのモータ２
１の回転軸の一端に固定して取り付けられると共
にその長手方向に平行な溝を形成してなる軸、２
３はこの軸２２が嵌合されると共に軸２２の前記
溝に案内されて軸２２の長手方向に自在に移動し
得る筒状の移動体であり、この移動体２３の一端
側には前記軸２２と同軸となるように柱体２３ａ
が形成されていて移動体２３を前記軸２２に沿つ
てその長手方向に移動させることによつて、柱体
２３ａの先端の位置をスライドさせることができ
る。

なお、首振り角が固定で良い場合はこの移動体
２３部分は必ずしも移動可能な構成とする必要は
ない。

また、移動体２３の外周には軸２２と直交する
方向に沿つて案内溝２３ｂが形成してある。２４
はこの案内溝２３ｂに先端部が係合された移動体
２３の位置決め用の操作レバー、２５はプローブ
ホルダであり、このプローブホルダ２５にはその
中心軸線に直交すると共に互いの軸線が直交する
線上の位置に４つの支持軸２５ａ，２５a′，２５
ｂ，２５b′が突設してある。そして、互いに対向
する支持軸２５ａ，２５a′と２５ｂ，２５b′を対
としてそのうち支持軸２５ａ，２５a′を前記軸２
２の中心線上を通る平面上の適宜なる位置に設け
た図示しない軸受に保持させる。また支持軸２５
ｂ，２５b′は音叉形の支持腕２６の対向端部に回
転可能に保持させる。この支持腕２６の他端部は
球面軸受２６ａが形成してあり、この球面軸受２
６ａに連結棒２７の一端側が係合されている。ま
た、この連結棒２７の他端側は前記移動体２３の
柱体２３ａ先端側に前記支持軸２５ａ，２５a′の
軸線と平行を成す軸２８によつて回動自在に枢支
される。２９は前記モータ２１の他方側の軸に連
結された回転角検出用の位置検出器、３０は前記
プローブホルダ２５に保持された超音波プローブ
である。

上記構成の本装置の動作は次のようになる。最
初に操作レバー２４を所望の位置に固定して、移
動体２３の位置を定める。次にモータ２１を回転
させると、その回転力は軸２２を介して移動体２
３に伝達される。前記操作レバー２４は定位置に
固定されており、しかも、その先端は移動体２３
の案内溝２３ｂに係合されているので、移動体２
３は操作レバー２４で定められた位置を保持しな
がら回転をする。この移動体２３の柱体２３ａに
は支持腕２６に連結した連結棒２７が軸２８によ
つて取り付けられているので、移動体２３の回転
により、連結棒２７も回転される。支持腕２６と
連結棒２７とは球面軸受２６ａによつて方向性無
く動くことができるようになつており、また、プ
ローブホルダ２５は支持軸２５ａ，２５a′により
支持され、且つ支持軸２５ｂ，２５b′により支持
腕２６に連結されているので、自在継手のような
働きを成し、第２図のように連結棒２７と支持腕
２６とがある角度を持つて折曲させた状態にあれ
ば移動体２３の回転によつて連結棒２７と支持腕
２６の連結部分は円を描いて回転されることにな
る。即ち、球面軸受２６ａによつて円運動の際の
連結棒２７のねじれは解消され、円運動の際の図
前後方向の力は支持腕２６とプローブホルダ２５
に設けた支持軸２５ｂ，２５b′によつて逃がされ
て、図左右方向の力のみがプローブホルダ２５に
作用される。従つて、モータ２１の回転により、
プローブホルダ２５は支持軸２５ａ，２５a′を回
動中心として図左右方向に回動運動される。従つ
て、プローブホルダ２５に保持された超音波プロ
ーブ３０も回動され首振り運動されるので、超音
波プローブ３０から放出される超音波はセクタス
キヤンされることとなる。また、位置検出器２９
はモータ２１に直結されているので、モータ２１
の回転位置が検出され、この信号にて超音波像の
表示の際の位置の対応がとられる。

ここで、操作レバー２４は図面上方向に移動さ
せるとこれに係合された移動体２３は軸２２上を
上方向に移動するので、プローブホルダ２５の支
持軸２５ａ，２５a′と移動体２３の柱体２３ａ先
端と距離は長くなり連結棒２７が上方向に引張ら
れるので、この連結棒２７と支持腕２６との成す
角は大きくなり、従つてプローブホルダ２５の首
振り角は小さくなる。反対に操作レバー２４を図
下方向に下げると、移動体２３は下方向に移動さ
れるので移動体２３の柱体２３ａ先端と支持軸２
５ａ，２５a′との間の距離は狭くなり、連結棒２
７と支持腕２６との成す角は狭くなるから、プロ
ーブホルダ２５の傾きは大きくなり、従つてこの
プローブホルダ２５の首振りは大きくなる。

従つて、操作レバー２４の位置により首振り角
は任意に可変でき、また移動量を検出すればセク
タ角（振り角）も計算でき、またこの移動量と前
記モータ２１の回転位置とからプローブホルダ２
５の現在の方向を知ることもできる。

次に超音波像の表示のために重要な超音波プロ
ーブ３０の位置検出について第３図及び第４図を
参照しながら説明する。第３図は本装置の運動の
様子を表わした図であり、図中Ａ点は前記柱体２
３ａと連結棒２７との接続するための軸２８を表
わし、またＢ点は支持腕２６と連結棒２７をつな
ぐ球面軸受２６ａの回転中心位置を表わし、ま
た、Ｃ点はプローブホルダ２５支持軸２５ａ，２
５a′の位置を表わしたものである。またＱは前記
Ｂ点の軌跡で、一つの平面内にあり、その平面の
中心Ｏはこの平面と前記Ａ，Ｃ点を結ぶ直線との
交点である。Ｐは前記Ｂの基点であり、図はｔ秒
後の位置関係を表わしている。まだ、線分ABの
長さとBCの長さはともに等しくｌとする、 第４図は第３図の平面的に表わしたもので、図
中ｂはOB間の長さ、Ｓ点は第３図の ωｔ＝π／４（ラジアン）（ωはモータの角速度） の回転位置におけるＢ点の位置、θはここで求め
たい超音波プローブの傾斜角度であり、βはその
最大角でセクタ角の1/2である。

このような条件から超音波プローブの運動方程
式を求めると tanθ＝ｂ／Ｌ＝ｌｓｉｎβｓｉｎωｔ／ｌｃｏｓβ ＝tanβsinωｔ ……(1) ∴θ＝tan^-1（tanβsinωｔ） ……(2) 従つて、超音波プローブの傾斜角θは第２式で
求めることができる。

次に本装置の特徴の一つであるセクタ角の調整
について考えてみると、第１式のtanβは第３
図、第４図において、 をΔＬだけ変化させると と表わすことができ、セクタ角の1/2の角度であ
るβは上記第４式のように変化する。

また、第４式を第１式に代入すればそのときの
運動方程式となる。

このように、本装置のような構成とすれば超音
波プローブの傾き角を高精度で検出でき、しかも
セクタ角２βも極めて容易に調整できることがわ
かる。

以上のように一方向に回転する回転軸を有する
モータを用い、また、互いに直交する支持軸を用
いてその交点に超音波プローブを保持させ、且つ
その直交する支持軸の一つを前記回転軸の軸心を
通る平面上の定位置に保持させると共に他の支持
軸を音叉形の支持腕の対向端に軸支させ、またこ
の支持腕の他端は前記回転軸に設定角度を以て取
り付けられた連結棒の端部に、球面軸受のような
軸受を用いて接続する構成とし、連結棒によりモ
ータの回転を円運動に変換すると共にこの円運動
のうち前記定位置に定めた支持軸の回転方向と直
交する運動成分は支持腕で吸収し、この定位置に
定めた支持軸の回転方向のみの運動成分を超音波
プローブに伝達させるようにしたので、超音波プ
ローブは該支持軸を中心として円滑に首振り運動
される。しかも、モータは一方向のみの回転で良
いので小なるトルクのモータで良く、また、摺接
機構部を無くし、各接続点を中心とする回動によ
り、運動方向を変換する構成としたことで振動や
騒音、遊びの問題を解消できる。

また、幾何学的な構成であることから超音波プ
ローブの振り角や現在の位置等も容易且つ正確に
検出できる他、連結棒と回転軸との成す角度を変
更することにより、プローブの首振り角度を任意
に調整できようになる。

尚、本発明は上記且つ図面に示す実施例に限定
することなくその要旨を変更しない範囲内で適宜
変形して実施し得るものであり、連結棒と移動体
とを一体化してこれらの成す角度を固定化したも
のを種々用意し、これらを交換して所望のセクタ
角を得るようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す正面図、第２図は本発明
の一実施例を示す正面図、第３図は本装置の運動
の様子を示す図、第４図は第３図を平面的に表わ
した図である。 ２１…モータ、２２…軸、２３…移動体、２３
ａ…柱体、２３ｂ…案内溝、２４…操作レバー、
２５…プローブホルダ、２５ａ，２５a′，２５
ｂ，２５b′…支持軸、２６…支持腕、２７…連結
棒、２９…位置検出器、３０…超音波プローブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方向に回転する回転軸を有するモータと、
   この回転軸に対し設定角度をなすようにこの回転
   軸に設けられた連結部材と、前記回転軸の延長線
   と直交する第１支持軸と、この第１支持軸により
   回動自在に支持された超音波送受をするプローブ
   と、前記第１支持軸及び前記回転軸の延長線と交
   わるようにこのプローブに取り付けた第２支持軸
   と、一端側を前記第２支持軸に該支持軸線を中心
   として回動可能に、また、他端側を前記連結部材
   に回転自在にそれぞれ連結した支持腕とを具備し
   たことを特徴とする超音波診断装置。 ２ 連結部材を回転軸及び支持軸及び支持腕に対
   してそれぞれ回動自在に支持し、且つ、前記回転
   軸の軸長を伸縮調整可能に構成することにより前
   記連結部材と前記支持腕の成す角度を可変設定で
   きるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超音波診断装置。