JP2006296750A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波振動子の周辺に位置センサを設置することなく、超音波振動子の位置を検出できる超音波探触子を提供する。
【解決手段】 超音波振動子４の揺動範囲にあたる筐体の先端部３に、内側に反射体１５が設置された着脱可能なカバー１４を有する。この構成により、カバーの装着時に、超音波振動子を揺動させて、カバーに設置された反射体からのエコーを超音波振動子で受信して得られたエコー信号から、超音波振動子の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに検出センサを用いることなく、超音波振動子の位置検出とずれを補正することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体内に超音波を照射してそのエコー信号を受け取る超音波探触子に関する。

図８と図９は、従来の超音波探触子を示す縦断面図と側面図をそれぞれ示すものである。従来の超音波探触子は、図８と図９に示すように、グリップ部１に、モータ５と当該モータ５に連結された駆動プーリ１０２を有し、生体内への挿入部となる先端部３の筐体部３ｂ内部に、超音波振動子４と当該超音波振動子４の回転軸９に設置された揺動プーリ７を有し、駆動プーリ１０２と揺動プーリ７とがワイヤ８により連結された揺動機構１００を構成しており、モータ５により駆動プーリ１０２を回転させることで、モータ５の回転をワイヤ８により揺動プーリ７に伝えて、超音波振動子４を回転軸９の回りに揺動させ、そのときの超音波振動子４の位置角度を、揺動プーリ７に設置された位置角度センサ１０３で検出するようになされている（例えば、下記の特許文献１参照）。なお、符号３ａは先端部３のベース部を示す。
特開平１０−１７９５８８号公報（第２−１１頁、第１２図）

しかしながら、従来の超音波探触子においては、揺動時にワイヤ８が駆動プーリ１０２及び揺動プーリ７上を滑ることによる位置のずれやワイヤ８の経年変化のため、超音波振動子４の位置角度を正確に検出するために、位置角度センサ１０３により揺動プーリ７の位置角度を検出することで超音波振動子４の位置角度を検出する方法をとっている。このため、揺動プーリ７周辺に位置角度センサ１０３を設置しなければならないという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、揺動プーリ周辺に新たに位置角度センサを設置することなく、超音波振動子の位置角度を検出することができる超音波探触子を提供することを目的とする。

本発明に係る超音波探触子は、筐体内に超音波振動子を揺動運動させる揺動機構を有する超音波探触子において、前記筐体の先端部に、前記超音波振動子の揺動範囲にあたる揺動周方向に沿って内側に反射体が設置された着脱可能なカバーを有することを特徴とする。

この構成により、カバー装着時に、超音波振動子を揺動させて、カバーに設置された反射体からのエコーを超音波振動子で受信して得られたエコー信号から、超音波振動子の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに検出センサを用いることなく、超音波振動子の位置を検出することができる。

また、前記反射体は、揺動周方向に沿って設置された複数の反射体で構成されていることを特徴とする。

この構成により、複数の反射体を超音波振動子でスキャンすることでできる波形により、揺動機構の経年変化などで反射体の設定値情報がずれている場合にそのずれ分を補正して正確な揺動位置を検出することができる。

また、前記反射体は、反射面に複数のスリット部を有することを特徴とする。

この構成により、反射体のスリット部を超音波振動子でスキャンすることでできる波形により、駆動側の移動揺動角度に対する超音波振動子の移動揺動角度のずれを検出することができ、双方の移動ずれを補正することができる。

さらに、前記反射体は、揺動周方向に沿って反射面の面積が周期的に変化することを特徴とする。

この構成により、反射体を超音波振動子でスキャンすることでできる反射波の強度変化から、駆動側の移動揺動角度に対する超音波振動子の移動揺動角度のずれを検出することができ、双方の移動ずれを補正することができる。

本発明に係る超音波探触子によれば、筐体内に超音波振動子を揺動運動させる揺動機構を有する超音波探触子において、前記超音波振動子の揺動範囲にあたる前記筐体の先端部に、内側に反射体が設置された着脱可能なカバーを有することで、カバー装着時に、超音波振動子を揺動させて、カバーに設置された反射体からのエコーを超音波振動子で受信して得られたエコー信号から、超音波振動子の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに検出センサを用いることなく、超音波振動子の位置検出とずれを補正することができる。

以下、本発明の各実施の形態に係る超音波探触子について図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の構成を示す縦断面図であり、図２は図１の先端部の拡大図、図３は図１の先端部の横断面図である。

第１の実施の形態に係る超音波探触子は、図１〜図３に示すように、グリップ部１にモータ５を有し、生体内への挿入部２となる先端部３の筐体部３ｂ内部に、前記モータ５にシャフト１０を介して連結された駆動プーリ６と、超音波振動子４が設置された超音波振動子ユニット４ａの回転軸９に設置された揺動プーリ７とが中間プーリ１３を介してワイヤ８により連結された揺動機構を有している。

筐体の先端部３はカバー１４を有し、カバー１４の内側には、超音波振動子４の揺動範囲にあたる揺動周方向に沿って反射体１５が設置されている。なお、反射体１５は、カバー１４の内部にあってもよい。反射体１５の形状は、図４Ａに示すように、複数個の反射体１５からなる特徴を有している。反射体１５は、位置情報を取得したい位置に設置される。例えば、揺動の中心や、左右の両端部などである。それぞれ、図中の反射体１５の長手方向を揺動周方向に沿って設置される。なお、本実施の形態において、前記モータ５は、エンコーダ５ａ付きのモータであるが、ステッピングモータであってもよく、コントローラ側から位置指定をできるものであればよい。また、図１〜図３において、３ａは先端部３のベース部を示し、１１と１２は揺動プーリ７と駆動プーリ６の図面表面側と同様な構成を有する裏面側を示す符号である。

超音波振動子を使用する範囲及びその揺動範囲は、図２及び図３における破線内の範囲であり、例えば、１２０度としたら、センターから±６０度となる。なお、反射体１５の材質は、反射率が大きい金属などが望ましい。また、カバー１４と先端部３の隙間は、超音波及びエコーを伝播する液体で満たされていることが望ましい。本実施の形態に示した反射体１５の形状は長方形であるが、楕円形などであってもかまわない。また、本実施の形態に係る超音波探触子は、体腔に挿入してエコー信号を受け取る超音波探触子であるが、体表からエコー信号を受け取る超音波探触子であってもかまわない。

図１０は、超音波探触子の動作制御部の構成を示すブロック図である。図１０に示す超音波探触子の動作制御部２０は、モータ５を制御する駆動制御部２１と、超音波振動子４からの出力波形を整形しカウントする波形カウント部２２と、初期データなどを記憶するデータ記憶部２３と、これらを制御する主制御部２４とから構成される。また、主制御部２４は、超音波診断装置からの制御信号のやり取りを行い、波形カウント部２２からのデータをデータ記憶部２３のデータと比較演算できる手段を備えている。なお、主制御部２４は、超音波探触子の筐体内、又は超音波診断装置内、又は超音波診断装置と超音波探触子をつなぐケーブルやコネクタに設置されていてもよい。なお、波形カウント部２２は、コンパレータとデータをカウントする手段を備えている。

次に、以上のように構成された超音波探触子の動作について図５及び図６Ａ、図６Ｂを参照して説明する。
図１において、超音波プローブとして体腔内に超音波を照射してそのエコー信号を受け取るという使用時を除く非使用時には、カバー１４を装着している。これは、落下などによる先端部３の破壊に対する保護カバーの役割も有する。使用時には、図５に示すように、カバー１４を外した状態で、体腔外にて操作者がグリップ部１を保持して、挿入部２を体腔内に挿入することができる。そして、モータ５によりシャフト１０に設置された駆動プーリ６を回転運動させて、前記駆動プーリ６の回転運動を、中間プーリ１３を介してワイヤ８により揺動プーリ７に伝達して、超音波振動子４が設置された超音波振動子ユニット４ａを回転軸９の回りに揺動運動させることができる。

なお、図１〜図３、図５及び図６Ａ、図６Ｂにおいては、駆動プーリ６の軸方向と回転軸９の軸方向とは直交する場合を示している。また、各軸とシャフトの軸受けは、図中、省略してある。また、図１及び図５中、揺動プーリ７と駆動プーリ６の裏面側１１及び１２にも表面と同様な中間プーリ１３が設置され、表面と同様にワイヤ８がかけられている。なお、図中のように中間プーリ１３は複数あってもよい。また、各プーリにはワイヤ８がかかる円周状の溝を有していてもよい。さらに、筐体部３ｂの中には、超音波及びエコーを伝播する液体のカップリング液などが充填されていてもよい。

次に、図６Ａ、図６Ｂ、図１０を用いて超音波振動子４の位置検出について説明する。カバー１４を装着している非使用時に、図６Ａ、図６Ｂに示すように、超音波振動子４を揺動させて、反射体１５からのエコーを超音波振動子４で受信して得られたエコー信号を読み取る。図１０に示す波形カウント部２２において、その時の回転位置に応じたエコーの反射強度から、その最大値、又は、コンパレータを用いた場合は所定のスレッシュホールド値を超える値を読み取り、主制御部２４にて反射体１５にあたる超音波振動子４の位置とする。このとき、主制御部２４にてモータ５がステッピングモータの場合は送りステップからモータ位置を読み取り、エンコーダ付きモータの場合はそのエンコーダ値からモータ位置を読み取る。よって、反射体１５にあたる超音波振動子４の位置を、そのときのモータ位置から検出することができる。あらかじめ、データ記憶部２３に反射体１５の設定位置情報を持っているため、揺動機構の経年変化などでその設定位置情報とずれている場合は、主制御部２４においてそのずれ分を補正することにより、正確な揺動位置が分かるようになる。

このように、本発明の第１の実施の形態によれば、超音波振動子４を揺動することで超音波振動子４によってカバー１４につけられた反射体１５からのエコーをスキャンすることから超音波振動子４の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに磁気式や光学式の位置検出センサを用いることなく、超音波振動子４の位置検出とずれを補正することができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子について図４Ｂ及び図７Ａ、図７Ｂを用いて説明する。本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子は、図４Ｂに示すように、反射体１５として、反射面に複数のスリット部１６を有する反射体１５を用いている。なお、スリット部１６は、超音波振動子４の揺動周方向に等間隔になっていることが望ましい。また、スリット部１６は、反射率が異なる材質により形成されていてもかまわない。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

次に、図７Ａ、図７Ｂ、図１０を用いて本実施の形態に係る超音波探触子における超音波振動子４の位置検出について説明する。カバー１４が装着された状態で、図７Ａ、図７Ｂに示すように、超音波振動子４を揺動させるときに、超音波振動子４でカバー１４に揺動周方向に設置してある反射体１５からのエコーを図中の矢印の方向に回転しながらその反射強度の波形を読み取り、図１０に示す波形カウント部２２において、その最大値、又は、コンパレータを用いた場合は所定のスレッシュホールド値を超える値を数えることにより、全周にわたり連続的に位置情報を読み取ることができる。なお、主制御部２４にて、モータ位置は、ステッピングモータの場合はステップ送り数から読み取り、エンコーダの付いているモータの場合はエンコーダから読み取る。

このような本発明の第２の実施の形態によれば、カバー１４に設置された反射体１５のスリット部１６を超音波振動子４でスキャンして反射強度の波形を読み取り、最大値、又は、所定のスレッシュホールド値を超える値をカウントすることで、全周にわたり連続的に位置情報を読み取ることができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子について図４Ｃ及び図７Ａ、図７Ｂを用いて説明する。本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子は、図４Ｃに示すように、反射体１５として、超音波振動子４の揺動周方向に沿って反射面の面積が周期的に変化する反射体１５を用いている。なお、形状の外形は、図４Ｃのように曲線から形成されても、あるいは図示を省略した直線から形成されていてもよい。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

次に、図７Ａ、図７Ｂ、図１０を用いて本実施の形態に係る超音波探触子における超音波振動子４の位置検出について説明する。カバー１４が装着された状態で、図７Ａ、図７Ｂに示すように、超音波振動子４の揺動時に、超音波振動子４でカバー１４に揺動周方向に設置してある反射体１５からのエコーを図中の矢印の方向に回転しながらその反射強度の波形を読み取り、図１０に示す波形カウント部２２において、その最大値、又は、コンパレータを用いた場合は所定のスレッシュホールド値を超える値を数えることにより、全周にわたり連続的に位置情報を読み取ることができる。なお、主制御部２４にて、モータ位置は、ステッピングモータの場合はステップ送り数から読み取り、エンコーダの付いているモータのばあいはエンコーダから読み取る。

このような本発明の第３の実施の形態によれば、カバー１４に設置された面積が周期的に変化する反射体１５のエコーを超音波振動子４でスキャンして反射強度の波形を読み取り、最大値、又は、所定のスレッシュホールド値を超える値をカウントすることで、スリットを形成しなくとも全周にわたり連続的に位置情報を読み取ることができる。

以上のように、本発明は、揺動範囲にあたる筐体の先端部に、内側に反射体が設置された着脱可能なカバーを有する構成により、カバー装着時に、超音波振動子を揺動させて、カバーに設置された反射体からのエコーを超音波振動子で受信して得られたエコー信号から、超音波振動子の位置情報を読み取ることができる。よって、新たに位置検出センサを用いることなく、超音波振動子の位置検出とずれを補正することができるという効果を奏し、生体内に超音波を照射してそのエコー信号を受け取る超音波探触子として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の構成を示す縦断面図 図１の先端部の拡大図 図１の先端部の横断面図 本発明の第１の実施の形態に係る超音波探触子の反射板の正面図 本発明の第２の実施の形態に係る超音波探触子の反射板の正面図 本発明の第３の実施の形態に係る超音波探触子の反射板の正面図 図１のカバーを外した使用時の状態を示す縦断面図 本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の動作を説明するために、超音波振動子を一方向に揺動させて、反射体からのエコー反射強度から反射体にあたる超音波振動子の位置を検出することを示した図 本発明の第１の実施の形態における超音波探触子の動作を説明するために、超音波振動子を他方向に揺動させて、反射体からのエコー反射強度から反射体にあたる超音波振動子の位置を検出することを示した図 本発明の第２及び第３の実施の形態における超音波探触子の動作を説明するために、超音波振動子を一方向に揺動させて、反射体からのエコー反射強度から反射体にあたる超音波振動子の位置を検出することを示した図 本発明の第２及び第３の実施の形態における超音波探触子の動作を説明するために、超音波振動子を他方向に揺動させて、反射体からのエコー反射強度から反射体にあたる超音波振動子の位置を検出することを示した図 従来の超音波探触子を示す縦断面図 従来の超音波探触子を示す側面図 超音波探触子の動作制御部の構成を示すブロック図

符号の説明

１ グリップ部
２ 挿入部
３ 先端部
３ａ 先端部のベース部
３ｂ 先端部の筐体部
４ 超音波振動子
４ａ 超音波振動子ユニット
５ モータ
５ａ エンコーダ
６ 駆動プーリ
７ 揺動プーリ
８ ワイヤ
９ 回転軸
１０ シャフト
１３ 中間プーリ
１４ カバー
１５ 反射体
１６ スリット部
２０ 動作制御部
２１ 駆動制御部
２２ 波形カウント部
２３ データ記憶部
２４ 主制御部

Claims (4)

1. 筐体内に超音波振動子を揺動運動させる揺動機構を有する超音波探触子において、
   前記筐体の先端部に、前記超音波振動子の揺動範囲にあたる揺動周方向に沿って内側に反射体が設置された着脱可能なカバーを有することを特徴とする超音波探触子。
2. 前記反射体は、前記揺動周方向に沿って設置された複数の反射体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記反射体は、反射面に複数のスリット部を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
4. 前記反射体は、前記揺動周方向に沿って反射面の面積が周期的に変化することを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。