KR20060048530A - 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구 - Google Patents

기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구 Download PDF

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KR20060048530A
KR20060048530A KR1020050055400A KR20050055400A KR20060048530A KR 20060048530 A KR20060048530 A KR 20060048530A KR 1020050055400 A KR1020050055400 A KR 1020050055400A KR 20050055400 A KR20050055400 A KR 20050055400A KR 20060048530 A KR20060048530 A KR 20060048530A
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노용래
이상한
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이수성
강국진
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초음파기술 주식회사
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    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
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Abstract

워블러 변환기의 크기, 중량, 형태는 모터(42)의 구동 샤프트(44)를 어레이(46)에 평행하기 보다는 직교로 어레이(46)에 위치시킴으로써 보다 최적화된다. 구동 샤프트는(44)는 변환기 운동 방향에 평행하기 보다는 수직일 수 있다. 여러가지 장치가 어레이(46)에 모터(42)의 회전 운동력을 전달하기 위해서 이용될 수 있다. 예를들어, 베벨기어는 벨트(56)를 회전시키는데 이용된다. 상기 어레이(46)는 기계적인 운동을 위한 벨트(56)와 연결된다. 다른 실시예와 같이, 암(80)은 180°로 회전한다. 상기 암(80)은 변환기 어레이(46)를 미끄럼 운동 가능하게 그리고 회전 가능하게 연결한다. 상기 암(80)이 모터(42)에 반응하여 회전함에 따라서 상기 어레이(46)는 부싱(86)과 함께 레일(82)을 따라 미끄러진다. 전형적인 워블러 변환기에 대해 어레이를 구동하는데 커다란 토오크가 필요없기 때문에 소형 모터(42)가 이용될 수도 있다. 보다 작거나 바람직한 형태의 하우징과 같은 보다 인체 공학적인 프로브 하우징이 제공될 수 있다.

Description

기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구 {DRIVE MECHANISM FOR MECHANICALLY SCANNED ULTRASOUND TRANSDUCERS}
도 1은 종래 기술의 워블러 변환기의 측면도.
도 2는 기계적으로 주사되는 초음파 어레이용 구동 기구의 제 1 실시예의 사시도.
도 3은 기계적으로 주사되는 초음파 어레이용 구동 기구의 제 2 실시예의 단면도.
도 4는 도 2의 구동 기구의 일부 부품 단부도.
도 5는 도 2의 구동 기구의 일부 부품 부분 절단면도.
도 6은 도 2의 구동 기구의 일부 부품 측면도.
도 7은 도 3의 구동 기구의 일부 부품 사시도.
도 8은 도 3의 구동 기구의 일부 부품 사시도.
도 9는 도 3의 구동 기구의 다른 부품의 사시도.
도 10은 도 3의 구동 기구의 일부 부품의 측면도.
도 11은 도 3의 구동 기구용 어레이의 각위치의 함수로서 속도를 나타내는 그래프.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
40 : 구동 기구 42 : 모터
50 : 프레임 52 : 베벨기어
54 : 풀리 56 : 벨트
58 : 부가적인 풀리 60 : 가이드
62 : 홈 64 : 핀
66 : 벨트 텐셔너
본 발명은 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구에 관한 것이다.
3-차원 또는 4-차원의 초음파 영상은 진단을 도울 수 있다. 3-차원 용적은 일 방향을 따라서 전기적으로 주사되며, 다른 방향을 따라서 기계적으로 주사되는 2-차원 또는 1-차원 어레이(array)를 이용하여 전자적으로 주사된다. 일 방향을 따라서 기계적으로 주사되는 어레이는 워블러(wobbler) 어레이이다. 1 차원 어레이는 기계 주사식 다른 구동 기구 또는 모터에 연결되도록 변환된다.
도 1은 공지된 워블러 변환기(20)의 일 실시예를 도시한다. 선형 어레이(22)는 암(arm)(24)에 의해서 모터(26)에 연결된다. 모터(26)는 감속 전동장치(28)를 구동하기 위한 구동 샤프트를 포함한다. 감속 전동장치는 회전 중심부(30)에 암(24)을 연결한다. 상기 중심부(30)로부터 변환기 어레이(22) 까지의 회전 반경은 선형 또는 평면의 기계적 주사를 위해 커야 한다. 커다란 반경은 어레이를 운동시키기 위한 큰 토오크를 필요로 한다. 큰 토오크를 발생시키기 위해서는, 고동력 모터가 이용된다. 감속 전동장치(28)도 토오크가 속도 전환하는 것을 돕는다. 감속 전동 장치(28)도 환자에게 조밀한 스캔을 가능하게 하도록 변환기(22)의 운동을 늦추는 역할을 한다. 모터(26)의 구동 샤프트는 어레이(22)와 일반적으로 평행하게 위치되기 때문에, 사용자가 모터를 편리하게 사용하기에는 위치가 불편하다. 부피가 큰 모터 및 모터를 지지하기 위한 경질의 금속 프레임은 중량을 증가시킨다. 상기 크기 및 중량은 잡기에 불편한 변환기 프로브(probe)를 초래한다.
다른 형태의 초음파 변환기는 다른 영상화 적용분야를 위해 이용된다. 예를들어, 볼록형 어레이는 복부용 또는 산부인과용과 같은 깊은 장기 및/또는 넓은 장기를 영상화 하기 위해 이용된다. 고주파수 및 소형 어레이는 흉부 또는 경동맥과 같은 피부 조직에 근접한 또는 미세한 장기를 위해 이용된다. 복부용에 있어서, 넓은 부위를 위한 기계적 주사는 도 1 의 화살표에 의해 나타낸 것과 같이 큰 회전 각도로 어레이를 회전시킴으로써 달성된다. 그러나, 가슴 또는 경동맥과 같은 미세한 부위를 진단하기 위한, 더욱 정밀한 영상 정보는 선형 또는 평면적인 기계적 주사에 의해 달성될 수 있다. 워블러 변환기(20)의 회전 구조는 어레이(22)의 상기 선형 또는 평면 운동을 방해한다.
전술한 점을 감안하여 본원 발명에 따른 이후의 바람직한 실시예는 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구를 포함한다. 워블러 변환기의 크기, 중량, 및 형태는 모터의 구동 샤프트를 어레이에 평행하기 보다는 수직으로 위치시킴으로써 더 욱 최적화된다. 구동 샤프트는 게다가 변환의 운동 방향에 평행하기 보다는 더욱 수직일 수 있다. 모터의 회전 운동력을 어레이로 전달하기 위해서 다른장치가 이용될 수도 있다. 예를들어, 베벨기어는 벨트를 회전시키기 위해서 이용된다. 어레이는 기계적 운동을 위해서 벨트에 연결된다. 다른 실시예에와 같이, 암은 180°로 회전한다. 상기 암은 변환기 어레이에 미끄럼 운동 가능하게 그리고 회전 운동 가능하게 연결된다. 상기 암이 모터에 반응하여 회전함에 따라서, 어레이는 부싱과 함께 레일을 따라서 미끄러진다. 다른 기구가 이용될 수 있다. 도 1 에 도시된 워블러 변환기에 대해 어레이를 구동하는데 커다란 토오크가 필요없기 때문에 소형 모터가 사용될 수 있다. 보다 작고 보다 바람직한 형태의 하우징과 같은 보다 인체 공학적인 프루브 하우징이 제공될 수 있다.
제 1 측면에서, 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구가 제공된다. 어레이의 구성부품은 표면을 따라서 실질적으로 이동가능하다. 표면은 곡면, 평면 또는 이들의 조합 중 하나이다. 모터는 구동 샤프트를 구비한다. 구동 샤프트는 표면에 평행하기 보다는 수직으로 위치된다. 구동 샤프트는 어레이의 구성부품을 연결하며, 상기 모터는 실질적으로 표면을 따라서 어레이의 구성부품을 이동시키도록 작동할 수 있다.
제 2의 측면에서, 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구가 제공된다. 벨트는 모터 및 어레이의 구성부품을 연결한다. 상기 어레이의 구성부품은 모터로부터의 동력에 의한 벨트의 운동에 반응하여 이동되도록 작동할 수 있다.
제 3의 측면에서, 워블러 변환기는 3-차원 또는 4-차원 초음파 영상을 위해 제공된다. 어레이의 구성부품은 실질적으로 표면을 따라서 이동 가능하다. 모터의 구동 샤프트는 표면에 평행하기 보다는 수직으로 위치된다. 풀리는 다른 구동 샤프트에 연결된다. 벨트는 풀리 및 어레이의 구성부품에 연결된다. 상기 어레이의 구성부품은 풀리에 대한 벨트의 운동에 반응하여 이동되도록 작동할 수 있다.
제 4의 측면에서, 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구가 제공된다. 암은 모터 및 어레이의 구성부품을 연결한다. 어레이의 구성부품은 암의 이동에 반응하여 표면을 따라서 이동할 수 있다. 상기 암은 모터로부터의 동력에 반응하여 이동 가능하다. 상기 암은 표면에 실질적으로 평행하게 이동할 수 있다.
제 5의 측면에서, 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구가 제공된다. 부싱은 어레이의 구성부품 및 레일을 연결한다. 상기 레일 및 부싱은 모터에 의해 초래된 이동 중에 어레이의 구성부품을 가이드 시키도록 작동할 수 있다.
제 6의 측면에서, 3-차원 또는 4-차원 초음파 영상을 위한 워블러 변환기가 제공된다. 암은 모터 및 어레이의 구성부품을 연결한다. 상기 어레이의 구성부품은 암의 이동에 반응하여 표면을 따라서 이동할 수 있다. 상기 암은 모터로부터의 동력에 반응하여 이동할 수 있으며, 상기 암은 표면에 실질적으로 평행하게 이동 가능하다. 부싱은 어레이의 구성부품 및 레일을 연결한다. 상기 레일 및 부싱은 모터에 의해 초래된 이동 중에 어레이의 구성부품을 가이드시키도록 작동할 수 있다.
본 발명은 다음의 청구범위에 의해서 정의되며, 이러한 상세한 설명들이 청 구범위를 제한해서는 안된다. 본 발명의 다른 측면 및 이점이 바람직한 실시예와 관련하여 이후에 설명되며, 이후에 독립적으로 또는 이들이 조합되어 청구될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예가 본 명세서에 기재된 임의의 다양한 이점을 달성할 수도 달성하지 못할 수도 있다.
본 발명의 구성요소 및 도면은 축척대로 도시되지 않았으며, 대신에 본 발명의 원리를 설명하기 위해 축척을 벗어날 수도 있다. 게다가, 도면에서 동일한 도면부호는 도면 전체에 걸쳐서 상응하는 부품을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구의 두 개의 다른 실시예를 도시한다. 도 2 및 도 3 에 도시된 것 외의 다른 구동 기구가 이용될 수도 있다. 도 2 및 도 3 의 구동 기구 모두에 공통인 부품 및 부품의 배열은 각각의 다른 구동 기구에 있어서의 특정 부품을 설명하기 이전에 일반적으로 설명된다.
도 2 및 도 3에 도시된 각각의 구동 기구(40)는 어레이의 구성부품(46)에 평행하기 보다는 수직으로 위치되는 모터(42) 및 그와 관련된 구동 샤프트(44), 어레이(46)의 기계적인 이동 방향 및/또는 효과적인 어레이의 표면(즉 다시말해 어레이의 방위각 범위 및 어레이의 앙각(仰角)의 변위에 의해 정의되는 표면)과 관련된다. 보다 평행하게 위치하는 다른 모터(42) 위치가 이용될 수도 있다.
어레이(46)의 구성부품은 두 개 이상의 압전식 부품, 용량성 멤브레인 부품, 소형전자기계식 부품, 이들의 조합, 또는 음향 에너지와 전기 에너지 사이에서 변환되도록 작동할 수 있는 다른 부품들이다. 일 실시예에서, 어레이(46)는 1-차원 선형, 곡선형, 볼록형 또는 오목형 어레이이다. 상기 구성부품은 방위 방향을 따 라서 일렬로 연장한다. 다른 실시예에서, 1.25, 1.5, 1.75 또는 2-차원 어레이의 구성부품이 제공된다. 어레이(46)는 매칭 레이어(matching layer), 백킹 블록(backing block) 및/또는 전극계와 같은 부가적인 부품을 포함한다.
어레이(46)는 표면을 따라서 실질적으로 이동할 수 있다. 표면을 따른 실질적인 이동 가능성은 소정의 표면으로부터 편차를 근거로 하는 제조 허용 편차를 계산하기 위해서 이용된다. 표면을 따른 실질적인 이동 가능성은 평면을 따라 이동되는 곡면을 따른 이동을 또한 계산할 수도 있다. 표면은 임의의 곡면, 평면 또는 이들의 조합중 하나이다. 예를들어, 도 1 에 도시된 워블러 변환기는 곡면을 따라서 어레이(22)를 이동시킨다. 어레이(46)는 어레이의 방위 방향과 같은 표면의 한 방향을 따라서 연장한다. 표면의 다른 방향은 변환기 어레이(46)의 이동 경로에 의해 정의된다. 일-방향성 어레이를 이용하여, 어레이(46)는 방위 방향에 일반적으로 수직인 상승 방향을 따라서 실질적으로 이동할 수 있다. 대안적으로 어레이(46)가 용적의 임의의 벡터를 따라서 또는 방위 방향을 따라서 기계적으로 이동된다.
상기 어레이(46)는 방위 방향을 따라서 전자적으로 주사하기 위해 그리고 상승 또는 다른 방향을 따라서 기계적으로 주사하기 위해 이용된다. 용적 내에서 주사함으로써, 3-차원 영상이 발생될 수도 있다. 1-차원 어레이(46)의 반복성 회전 또는 선형 이동은 시간 함수로서 3-차원 영상, 4-차원 영상을 허용할 수도 있다.
모터 또는 도면부호 42는 구동 샤프트(44)의 회전 각도를 제어할 수 있는 스테퍼(srepper) 모터이다. 대안적으로, 모터(42)는 자기 모터, 유압 모터, 전기 모 터 또는 회전 이동을 발생시키는 다른 모터가 있다. 모터(42)는 9.8 oz-in 을 제공하도록 작동할 수 있지만, 보다 크거나 보다 작은 토오크가 제공될 수도 있다. 모터의 일반적인 세로 형태, 감속된 토오크, 및 전술된 모터(42)의 위치 설정이 주어진다면 하우징(48)은 이용자가 잡기 편리한 크기, 형태, 및 중량으로 구동 기구(40) 둘레에 형성될 수도 있다. 모터(42)의 수직적 위치설정은 모터(42) 주위에 뻗는 이용자의 손에 의해 쉽게 잡히는 그립을 한층 더 허용할 수 있을 것이다.
구동 샤프트(44)는 금속 로드, 다른 재료의 로드, 회전 또는 세로방향 운동을 전하기 위한 다른 구조물, 이들의 조합 또는 이미 공지되었거나 이후에 개발된 모터(42)의 구동 샤프트이다. 모터(42) 및 이와 관련된 구동 샤프트(44)는 어레이(46) 이동에 있어 표면에 평행하기 보다는 수직적으로 위치된다. 모터(42)의 작동에 의해서, 구동 샤프트(44)가 회전한다. 구동 샤프트(44)는 어레이(46)의 구성부품 및 어레이(46)의 구성부품의 이동을 위한 모터(42)와 연결된다. 상기 연결은 간접적이거나 직접적이다. 예를들어, 구동 샤프트(44)는 모터(42)에 직접적으로 연결되며 어레이(46)에 간접적으로 연결된다. 구동 샤프트(44)의 회전은 어레이(46)를 이동시키도록 작동할 수 있다. 어레이(46)에 있어 구동 샤프트(44) 및 모터(42)의 상대적인 위치설정은 감속기어에 고정되지 않는 구동 기구를 허용할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 감속기어가 제공된다. 그러나 다른 대안적인 실시예에서, 모터(42) 및/또는 구동 샤프트(44)는 어레이(46)의 이동에 의해 형성되는 1- 차원 또는 2-차원 표면에 수직이기 보다는 평행하게 위치된다.
도 2는 구동 기구(40)의 일 실시예를 도시한다. 구동 기구(40)는 4-차원 도 는 3-차원 초음파 영상을 위한 워블러 변환기로서 이용된다. 구동 기구(40)는 모터(42), 프레임(50), 베벨기어(52), 풀리(pulley)(54), 벨트(56), 부가적인 풀리(58), 가이드(guides)(60), 홈(groove)(62), 가이드 핀(64), 어레이(46), 및 벨트 텐셔너(belt tensioner)(66)를 포함한다. 단 하나의 가이드(60), 단 하나의 핀(64), 보다 적은 또는 부가적인 풀리(58), 또는 벨트 텐셔너(66)가 없는 것과 같이 부가적인, 상이한 또는 보다 적은 부품이 제공될 수도 있다.
프레임(50)은 금속, 목재, 유리섬유, 플라스틱, 이들의 조합물 또는 현재 공지되었거나 이후에 개발된 재료이다. 프레임(50)은 접착제(glue), 나사, 볼트, 이들의 조합 또는 커넥터의 다양한 부품으로 함께 연결되는 것으로부터 또는 하나의 부품 구성으로서 형성된다. 프레임(50)은 부품의 상대적인 위치설정의 부품을 유지하기 위해 구동 기구(40)가 다양한 부품에 연결된다.
베벨기어(52)는 모터(42)의 구동 샤프트(44) 위에 고정적으로 장착된다. 베벨기어(52)는 백래시-금지 베벨기어 피니언이지만, 다른 형태의 베벨기어, 기어링 또는 피니언으로 형성될 수도 있다. 베벨기어(52)는 본딩, 압축 핏(fit), 바브(barbs), 볼트, 멈춤 나사, 록 와샤(lock washers) 또는 다른 부품에 의해 고정적으로 장착된다. 베벨기어(52)는 구동 샤프트(44)의 회전 축에서 다른 회전 축으로 구동력을 전달한다. 회전축을 바꾸기 위한 u-조인트(joint) 또는 다른 구조가 대안적으로 이용될 수도 있다.
상기 풀리(54)는 금속 샤프트 또는 다른 재료의 샤프트이다. 샤프트는 베벨기어(68) 뿐만 아니라 벨트(56)와의 상호작용을 위한 타이밍 기어를 포함한다. 풀 리(54)는 경사진(beveled) 기어와 연관된 회전축 내에 고정된다. 백래시 금지 베벨기어(52 및 68)가 상호연결된다. 풀리(54) 상의 베벨기어(68)는 풀리(54)의 회전을 야기하는 구동 샤프트(44) 상의 베벨기어의 회전력에 반응한다. 모터(42)의 회전력은 베벨기어(68)에 기어 피니언으로서 베벨기어(52)를 통해 전달된다. 피치(pitch), 피치 각 및 공정 품질에 따라서, 베벨기어(52 및 68)가 백래시의 가능성을 가지고 있을 수도 있다. 상기 백래시 및 역이동은 주사를 위한 어레이(46)의 위치 또는 정확한 각의 불확실성을 초래하며, 그 결과로 초래된 초음파 영상을 어쩌면 변형시킨다. 백래시-금지 베벨기어는 기어 이(teeth)를 스프링 락에 의한 소정의 방향으로 밀며, 기어의 역이동 또는 백래시를 방해한다.
벨트(56)에 접촉된 풀리의 일부분을 따르는 이 또는 전체의 풀리를 따르는 이는 풀리(54)의 이동을 최소로 슬리핑하면서 벨트(56)에 전달되도록 이용된다. 상기 이는 슬리핑으로부터 벨트(56)를 방해할 수도 있다. 대안적인 실시예에서, 마찰, 거친 표면, 인장력, 표면 구조, 이들의 조합 또는 다른 기술이 풀리(54)의 회전력을 벨트(56)에 전하기 위해서 이용된다.
부가적인 풀리(58)는 풀리(54) 이외의 다른 구조 또는 동일한 구조이다. 부가적인 풀리(58)는 이, 홈 또는 부가적인 풀리(58)와 관련된 벨트(56)의 위치를 유지하기 위한 다른 구조물을 포함한다. 부가적인 풀리(58)는 어레이(46)의 바람직한 이동을 위해서 벨트(56)를 분배시키기 위한 별개의 공간이 있다.
벨트(56)는 고무, 플라스틱, 섬유, 이들의 조합물 이거나 이미 공지된 후에 개발되는 다른 벨트 재료의 무한 루프이다. 일 실시예에서, 벨트(56)는 타이밍 풀 리(54)로부터 고효율성의 동력 전달을 갖는 폐 루프 타이밍 벨트이다. 벨트(56)는 풀리(54)와 부가적인 풀리(58)가 상호 작용하기 위한 내측의 루프 상에 다수의 이를 포함한다. 상부 표면은 편평하지만 다른 구조를 가질 수도 있다. 벨트(56)는 풀리(54, 58) 위로 연장한다. 대안적인 실시예에서, 하나 이상의 풀리(58)는 벨트(56)의 바깥쪽에 위치된다. 스페이서, 가이드, 또는 다른 구조물은 도 4 에 도시된 경로를 따라 벨트(56)를 가이드하기 위해서 이용될 수도 있다. 어레이(46)는 벨트(56)에 구조물을 부착하기 위한 클램프, 래치, 볼트, 나사, 본딩, 이들의 조합물 또는 이미 공지되거나 이후에 개발된 기술에 의해 장착된다.
벨트(56)는 모터(42)와 어레이(46)를 연결한다. 예를들어, 벨트(56)는 풀리(54)를 통해 모터를 연결하며, 어레이(46)는 벨트(56)에 장착되어 모터(42)로부터의 동력으로부터 벨트(56)의 이동에 반응하여 어레이(46)가 이동시키도록 작동할 수 있다. 벨트(56)는 풀리(54)의 회전력에 의해서 풀리(54)와 관련되어 이동하며, 어레이(46)의 이동을 야기한다. 베벨기어(52 및 68)와 함께 풀리(54)의 직경 및 구동 샤프트(44)의 회전 속도는 기계적 이동 면적을 따라 어레이의 해상도를 결정한다. 풀리(54)는 모터(42)의 펄스당 선택되는 회전각도로 회전한다. 풀리의 직경이 크다면, 모터(42)의 단일 펄스에 의한 단일각에 상응하는 아크가 클 수도 있다. 풀리(54)에 의한 과도한 아크 이동은 풀리(54)를 가로지르는 벨트(56)의 보다 과도한 길이의 이동으로 전환된다. 벨트(56)의 과도한 이동은 어레이(46)의 과도한 이동으로 전환된다. 기계적 이동의 방향을 따라 높은 주사 밀도 또는 해상도를 유지하기 위해서는, 풀리(54)가 작아져서, 벨트(56)의 이동량도 작아지며 풀리 (54) 및 구동 샤프트(44)의 각 회전과 동일하게 주어진다. 풀리(54)의 사이징(sizing)은 감속 기어 없는 설계를 통해 속도의 제어를 가능하게 한다. 모터의 크기 및 동력은 도 1 의 워블러 내의 상당히 많은 양의 토오크를 제어하는데 이용되는 모터에 비해 적을 수도 있다.
가이드(60)는 도 2 및 도 6 에 도시된 바와 같이 프레임(50)의 일부로서 형성되며 홈(62)을 포함한다. 어레이(46)는 가이드(60)의 홈(62) 내의 위치를 정할 수 있는 핀(64)을 포함한다. 게다가, 상이한 또는 보다 적은 가이드(60)가 제공될 수도 있다. 어레이(46)의 단부 당 두개의 핀(64)이 가이드(60) 에 대해 어레이(46)의 회전 이동을 제한하기 위해서 제공된다. 마찰을 피하거나 최소화하기 위해서, 프라스틱은 핀(64) 및/또는 가이드(60)로 이용될 수도 있다. 충분한 금속의 강성, 강도, 내마모성을 갖는 플라스틱이 핀(64)으로서 폴리에테르에테르 케톤(PEEK) 및 가이드로서 폴리옥시메틸렌(POM)이 이용된다. 다른 마찰 감소 장치는 오일 또는 볼 베어링으로 이용될 수도 있다. 핀(64)은 홈(62) 내에 삽입된다. 도시된 것처럼, 홈(62)은 가이드(60)를 통해 연장하지만 대안적으로 하나의 표면을 따라서 인덴션(indention)될 수도 있다. 가이드(60)는 바람직한 표면을 따라서 어레이(46)를 가이드시키도록 작동할 수 있다. 예를들어, 핀(64)은 홈(62)의 로커스(70)를 따라서만 이동한다.
상기 로커스(70) 및 그와 관련된 표면은 평면 또는 곡면일 수 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 곡면은 어레이(46)의 이동을 위해 제공된다. 곡면에 기계적 스캔의 경로를 걸쳐서 어레이(46)의 적은 또는 몇몇의 회전이 제공된다. 편평한 표면 또는 성형의 로커스(70)는 어레이(46)의 회전을 방해할 수도 있다. 가이드(60)가 어레이(46)의 바깥쪽 단부에 위치됨이 도시된 반면에, 하나 이상의 가이드(60)가 어레이(46)의 중심으로부터 밀접하게 또는 중심으로 부터 더욱 멀리 위치될 수도 있다.
동일한 일반적인 구동 기구(40)는 곡면 뿐만 아니라 편평한 표면 둘 모두를 주사하도록 이용될 수도 있다. 여러가지의 가이드가 조립 중에 이용가능할 수 있다. 각각의 가이드는 여러가지의 홈(62) 및 관련된 로커스(70)를 구비한다. 주어진 구동 기구(40)에 있어서 기계적인 주사를 위한 바람직한 표면이 조립 중에 선택된다. 관련된 가이드(60)는 조립체를 위해 선택된다. 주어진 장치(40)의 다른 부분들은 워블러 변환기의 양 타입에 있어서 일반적이다.
도 2 에 도시된 벨트 텐셔너(66)는 리프(leaf) 스프링에 연결된 롤러이다. 리프 스프링은 프레임(50)에 연결된다. 상기 스프링은 상기 롤러에 인장력을 가한다. 상기 롤러는 벨트(56)에 인장력을 가하는 벨트(56)와 접촉한다. 상기 벨트(56)가 계속적인 인장력 및 오랜 이용의 적용을 받기때문에 상기 벨트(56)는 늘어나거나 느슨해질 수도 있다. 느슨해진 벨트는 어레이 이동의 보다 덜 정확한 제어를 야기할 수도 있다. 상기 벨트 텐셔너(66)는 이러한 에이지(age)에도 불구하고 보다 일정한 인장력을 제공한다.
도 3 및 도 7 내지 도 10은 3-차원 또는 4-차원의 초음파 영상을 위한 워블러 변환기를 도시한다. 상기 워블러 변환기는 적어도 하나 이상의 방향을 따라서 어레이(46)의 기계적인 주사 또는 이동을 위한 구동 기구(40)를 이용한다. 상기 구동 기구(40)는 모터 또는 모터 및 기어헤드(42)의 조합 및 어레이(46)의 다른 각 또는 상승 방향으로 기계적인 이동 및 어레이(46)의 방위각 범위에 의해 정의된 표면에 수평이기 보다는 수직으로 방향이 정해진 연결된 구동 샤프트(44)를 포함한다. 도 2 에 도시된 벨트 구조물을 이용하기 보다는, 회전 암(80)이 제공된다. 구동 기구(40)는 하나 이상의 레일(82), 슬라이드(84), 하나 이상의 부싱(86), 가이드(60), 어레이(46), 모터(42), 구동 샤프트(44) 및 프레임(50)을 또한 포함한다. 게다가, 가이드(60)가 없거나 하나 또는 세개 이상의 레일(82) 및 연결된 부싱(86)을 갖는 구동 기구(40)를 제공하는 것과 같은 상이하거나 보다 작은 장치가 제공될 수도 있다.
도 3, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 암(80)은 모터(42)의 구동 샤프트(44)와 어레이(46)의 구성부품을 연결한다. 상기 암(80)은 금속, 플라스틱 또는 어레이(46)에 구동 샤프트(44)의 이동을 전달하기 위한 다른 재료이다. 상기 연결은 간접적이거나 직접접이다. 예를들어, 상기 암(80)은 구동 샤프트(44)를 통하여 모터(42)를 연결하며 슬라이드(84)를 통하여 어레이의 구성부품을 연결한다. 구동 샤프트(44) 연결은 본딩, 가압된 피트, 볼트, 나사 세트, 나사, 혀모양 형상체 및 홈 형상체, 샤프트 및 홀 형상체, 이들의 조합 또는 적어도 한 방향으로 구동 샤프트를 분리하기 보다 다른 암(40)의 이동을 방해하기 위해서 이미 공지되었거나 이후에 개발된 기술과 같은 연결로 고정된다. 상기 암(80)은 어레이(46)에 회전적으로 연결된다. 실시예 및 도 8에 도시된 바와 같이, 암(80)은 슬라이더(84)의 홈(83) 내에 삽입하기 위한 핀을 포함한다. 상기 암(80)의 단부에 있는 핀은 슬라이 드(84)와 상호 작용 하기 위해서 상기 암(80)에 직각으로 놓인다. 상기 암(80)이 구동 샤프트(40)를 회전시킴에 따라서, 홈(83) 내의 핀은 미끄러지며 홈(83) 내에서 회전한다. 상기 암(80)의 위치 변화는 슬라이드(84)를 레일(82)을 따라서 이동하게 한다. 상기 암(80)은 180° 이상과 같은 범위 원 안에서 이동한다. 상기 암(80)은 레일(82)과 평행하게 그리고/또는 어레이(46)의 표면 이동에 실질적으로 평행하게 수평으로 회전한다. 상기 암(80)은 어레이(46)의 방위각보다 짧은 길이를 갖는다. 예를들어, 상기 암(80)은 어레이(46)가 하나의 레일(82)에서 다른 레일(82)로 일반적으로 연장하는 어레이 길이의 반이다. 보다 긴 길이 또는 짧은 길이의 암(80) 또는 어레이(46)가 이용될 수도 있다.
각각의 레일(82)은 금속 로드이지만 플라스틱 또는 다른 재료가 이용될 수도 있다. 상기 레일(82)은 상기 암(80)의 회전에 반응하여 슬라이드(84)의 이동을 가이드하기 위해서 프레임(50) 내에 위치된다. 상기 암(80)의 원 회전은 레일(82)를 따라서 선 운동으로 전환된다. 암이 약 180°이상 또는 그 미만의 회전 범위에서 앞뒤로 이동함에 따라서, 상기 슬라이드(84)는 레일(82)을 따라서 앞뒤로 이동한다.
상기 슬라이드(84)는 부싱(86)을 포함한다. 상기 부싱(86)은 레일(82)을 따라서 롤링을 위한 다수의 볼 또는 하나의 볼을 갖는 부싱과 같은 선형의 부싱이다. 볼 외에 취할수 있는 선택으로서, 감소된 또는 낮은 마찰 구조물이 기름칠되거나 오일 처리된 금속 대 금속, 또는 테프론 코팅된 것과 같은 레일(82)을 따라서 미끄러지도록 제공될 수도 있다. 상기 암(80)에서 모터(42)로 부터의 동력에 반응하 여, 상기 부싱(86)이 레일(82)을 따라서 미끄러진다. 상기 어레이(46)는 슬라이더(84) 및 부싱(86)의 이동을 근거로 하거나 반응하여 이동한다. 상기 레일(82) 및 부싱(86)은 이동 중에 어레이(46)를 가이드한다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 어레이(46)는 각각의 단부에 하나 이상의 핀(64)을 포함한다. 상기 핀(64)은 부싱(86)에 인접한 슬라이더(84)의 홈 내부에 위치되거나, 프레임(50)의 부품으로서 형성된 가이드(60)는 홈(62) 및 연결된 궤적(locus)(70)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 홈(62)의 곡률 반경은 80 ㎜ 이다. 부싱(86)이 레일(82)을 따라서 횡단하면서, 상기 핀(64)은 홈(62)을 따라서 이동한다. 상기 홈(62)이 호형 또는 다른 곡선형인 경우에, 상기 핀(64)은 레일(82)과 평행하거나 레일(82)을 따라 측면 이동 중에 레일(82)쪽으로 그리고 떨어지게 이동하도록 슬라이더 상의 홈 내에서 미끄러진다. 상기 부싱(86)은 레일(82)에 의해서 정의된 일 방향을 따라서 미끄러진다. 상기 어레이(46) 및 슬라이더(84)는 레일(82)과 같은 동일한 방향을 따라서 미끄러지며 도 10의 굵은 화살표에 의해 도시된 바와 같이 레일(82)에 수직인 운동을 또한 포함할 수도 있다. 상기 가이드(60), 홈(62) 및 핀(64)은 바람직한 표면을 따라서 상기 어레이(46)를 가이드하도록 작동할 수 있다. 상기 가이드(60)는 일 실시예에서 레일(82)에서 분리된다. 대안적인 실시예에 있어서, 상기 레일(82)은 평면을 따라 주사하기 위해서 가이드로서 이용된다. 대안적인 실시예에 있어서, 상기 레일(82)은 곡선형이며 분리된 가이드가 없는 가이드(60)로서 이용된다.
상기 암(80)이 약 180°이상의 범위에서 반복 사이클로 회전함에 따라서, 상 기 어레이(46)는 레일(82) 및 연결된 홈(62)의 한 단부에서 다른 단부로 부터 또는 한 단부에서 다른 단부를 따라서 이동한다. 홈(62)이 곡선형 형상이면 상기 어레이(46)는 소정의 반경에서 각속도를 가지고 이동한다. 기계적인 이동의 증가된 범위 또는 전체 범위를 넘어서 일정한 용적을 위한 해상도를 만들기 위해서 기계적으로 위치 설정된 어레이(46)로 주사된 평면들 사이의 간격은 바람직하게도 일정하다. 증가된 범위의 일정한 속도로 한 단부의 정지된 어레이에서 다른 단부의 정지된 어레이로 이동하기 위해서 상기 모터(42)의 속도는 가속되거나 감속되어야 한다. 상기 암(80)의 각속도가 일정힐 때, 속도 대 위치의, 도 11 결과로 도시된 프로파일이다. 상기 암(80)의 표준 각 위치 -1 및 +1 은 -90°및 +90°위치(즉, 시작 위치 및 끝 위치와 일치한다. 상기 어레이는 제로 위치 주변보다 +1 및 -1 위치 주변에서 펄스당 짧은 거리로 이동한다. 위치의 함수로서 보다 일정한 속도와 연관되거나 보다 편평한 프로파일을 만들기 위해서, 모터(42)에 인가된 펄스 주파스가 제어된다. 모터(42)에 인가된 펄스 주파수를 변조함으로써, 보다 큰 가속 및 감속이 이동 범위의 단부에 아마 제공될 것이다.
본 발명은 다양한 실시예를 참조하여 전술되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 따라서, 전술된 상세한 설명은 제한하기 보다는 예시적인 것으로 간주해야 하며 모든 균등한 내용을 포함하는 청구범위는 본 발명의 사상과 범주를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
모터의 구동 샤프트를 어레이에 평행하기 보다는 수직으로 위치시킴으로써, 기계 주사식 워블러 변환기의 크기, 중량, 및 형태를 최적화할 수 있다.

Claims (24)

  1. 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구(40)로서,
    상기 구동 기구(40)는 곡면, 평면 또는 이들의 조합중 하나를 포함하는 표면을 따라서 어레이(46)에 실질적으로 수직으로 이동할 수 있는 어레이(46)의 구성부품; 및
    상기 표면에 평행하기 보다는 수직으로 위치되는 구동 샤프트(44)를 구비한 모터(42)를 포함하며;
    상기 구동 샤프트(44)는 상기 어레이(46)의 구성부품을 연결하며, 상기모터(42)는 실질적으로 상기 표면을 따라서 상기 어레이(46)의 구성부품을 이동시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트(44)에 반응하는 풀리(54); 및
    상기 풀리(54) 및 어레이(46)의 구성부품을 연결하는 벨트(54)를 포함하며,
    상기 어레이(46)의 구성부품은 풀리(54)에 대해 벨트(56)의 이동에 반응하여 이동시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이(46)의 구성부품은 실질적으로 방위각을 따르는 일-방향 어레이(46)의 구성부품이며, 상기 어레이(46)의 구성부품이 방위각에 수직인 상승방향을 따라서 실질적으로 이동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트(44)가 상기 어레이(46)의 구성부품을 이동시키기 위해 회전시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이(46)의 구성부품과 연결되는 제 1 가이드(60)를 포함하며,
    상기 가이드(60)가 상기 표면을 따라서 상기 어레이(46)의 구성부품을 가이드시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  6. 제 5 항에 있어서,
    조립을 위해 이용 가능하고 상기 제 1 가이드(60)와 상이한 제 2 가이드(60)를 더 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 가이드(60) 모두가 상기 어레이(46)의 구성부품 및 모터(42)와 함께 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  7. 제 1 항에 있어서,
    감속 기어가 없는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트(44) 상의 제 1 백래시-금지 베벨기어(52); 및 풀리(54) 상의 제 2 백래시-금지 베벨기어(68)를 더 포함하며,
    제 1 및 제 2 백래시-금지 기어(52, 68)가 상호연결되는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트(44)와 연결되며 상기 어레이(46)의 구성부품과 회전운동 가능하게 연결되는 암(80)을 포함하며,
    상기 구동 샤프트(44)의 회전 작동으로 상기 암(80)을 회전시키며, 상기 암(80)이 어레이(46)의 구성부품을 이동시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 암(80)이 상기 어레이(46)의 구성부품의 방위각 범위 미만의 길이를 갖는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  11. 제 1 항에 있어서,
    레일(82); 및
    상기 어레이(46)의 구성부품에 연결되는 부싱(86)을 더 포함하며,
    상기 부싱(86)이 상기 모터(42)로부터의 동력에 반응하여 상기 레일(82)를 따라서 이동시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 어레이(46)의 구성부품에 연결되는 가이드(60)를 더 포함하며,
    상기 가이드(60)는 상기 표면을 따라서 어레이(46)의 구성부품을 안내 시키도록 작동할 수 있으며, 상기 가이드(60)가 상기 레일(82)로부터 분리 가능한,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  13. 제 9 항에 있어서,
    레일(82); 및
    상기 어레이(46)의 구성부품에 연결되는 부싱(86)을 더 포함하며,
    상기 부싱(86)은 상기 암(80)으로부터의 동력에 반응하여 상기 레일(82)를 따라서 이동시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  14. 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구(40)로서,
    상기 구동 기구(40)는 곡면, 평면 또는 이들의 조합 중 하나를 포함하는 표면을 따라서 실질적으로 이동할 수 있는 어레이(46)의 구성부품;
    구동 샤프트(44)를 구비한 모터(42);
    기어에 의해 상기 구동 샤프트(44)와 연결되는 풀리(54); 및
    상기 어레이(46)의 구성부품 및 풀리(54)와 연결되는 벨트(56)를 포함하며,
    상기 어레이(46)의 구성부품은 상기 모터(42)의 동력에 의한 상기 벨트(56)의 이동에 반응하여 이동시키도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 모터(42)는 어레이(46)의 구성부품과 연결되는 구동 샤프트(44)를 포함하며, 상기 구동 샤프트(44)는 상기 표면에 평행하기 보다는 수직으로 위치되는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트(44) 상의 베벨기어(52)를 더 포함하며,
    상기 구동 샤프트(44)는 풀리(54)의 회전 축과 평행하지 않은,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  17. 3 또는 4 차원 초음파 영상용 워블러 변환기로서,
    상기 워블러 변환기는 표면을 따라서 실질적으로 이동할 수 있는 어레이(46)의 구성부품;
    상기 구동 샤프트(44)를 구비한 모터(42);
    상기 구동 샤프트(44)와 연결되는 풀리(54); 및
    상기 어레이(46)의 구성부품 및 상기 풀리(56)와 연결된 벨트(56)를 포함하며,
    상기 구동 샤프트(44)는 상기 표면에 평행하기 보다는 수직으로 위치되며,
    상기 어레이(46)의 구성부품은 상기 풀리(54)에 대해 상기 벨트(54)의 이동에 반응하여 이동시키도록 작동할 수 있는,
    3 또는 4 차원 초음파 영상용 워블러 변환기.
  18. 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구(40)로서,
    어레이(46)의 구성부품;
    모터(42); 및
    상기 어레이(46)의 구성부품 및 상기 모터(42)와 연결되는 암(80)을 포함하며,
    상기 어레이(46)의 구성부품은 상기 암(80)의 이동에 반응하여 표면을 따라서 이동할 수 있으며, 상기 암(80)은 상기 모터(42)로부터의 동력에 반응하여 이동할 수 있으며, 상기 암(80)은 상기 표면에 실질적으로 평행한 평면 내에서만 이동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 모터(42)가 구동 샤프트(44)를 구비하며,
    상기 구동 샤프트(44)는 상기 표면에 평행하기 보다는 수직으로 위치되며,
    상기 암(80)이 구동 샤프트(44)에 고정되게 연결되는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  20. 제 18 항에 있어서,
    레일(82); 및
    상기 레일(82) 및 상기 어레이(46)의 구성부품과 연결되는 부싱(86)을 더 포함하며,
    상기 레일(82) 및 부싱(86)이 이동 중에 상기 어레이(46)의 구성부품을 안내 하도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  21. 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구(40)로서,
    어레이(46)의 구성부품;
    모터(42);
    레일(82); 및
    상기 레일(82) 및 상기 어레이(46)의 구성부품과 연결되는 부싱(86)을 포함하며,
    상기 레일(82) 및 부싱(86)은 상기 모터(42)에 의해 야기된 이동 중에 상기 어레이(46)를 안내하도록 작동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 어레이(46)의 구성부품이 표면을 따라서 실질적으로 이동할 수 있으며;
    상기 모터(42)는 구동 샤프트(44)를 구비하며,
    상기 구동 샤프트(44)가 상기 표면에 평행하기 보다는 수직으로 위치되는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 어레이(46)의 구성부품 및 상기 모터(42)와 연결되는 암(80)을 더 포함하며,
    상기 어레이(46)의 구성부품이 상기 암(80)에 반응하여 이동할 수 있으며, 상기 암(80)은 상기 모터(42)로부터의 동력에 반응하여 이동할 수 있는,
    기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구.
  24. 3 차원 또는 4 차원 초음파 영상용 워블러 변환기로서,
    어레이(46)의 구성부품;
    모터(42);
    상기 어레이(46)의 구성부품 및 상기 모터(42)와 연결되는 암(80);
    레일(82); 및
    상기 레일(82) 및 상기 어레이(46)의 구성부품과 연결되는 부싱(86)을 포함하며,
    상기 어레이(46)의 구성부품은 상기 암(80)의 이동에 반응하여 표면을 따라서 이동할 수 있으며, 상기 암(80)은 상기 모터(42)로부터의 동력에 반응하여 이동할 수 있으며 상기 암(80)은 상기 표면에 실질적으로 평행하게 이동할 수 있으며,
    상기 레일(82) 및 부싱(86)은 상기 모터(42)에 의해 야기된 이동 중에 상기 어레이(46)의 구성부품을 안내시키도록 작동할 수 있는,
    3 차원 또는 4 차원 초음파 영상용 워블러 변환기.
KR1020050055400A 2004-06-25 2005-06-25 기계 주사식 초음파 변환기용 구동 기구 KR20060048530A (ko)

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US10/877,868 2004-06-25
US10/877,868 US20050288587A1 (en) 2004-06-25 2004-06-25 Drive machanism for mechanically scanned ultrasound transducers

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