JP5885296B2

JP5885296B2 - 超音波探触子

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Publication number: JP5885296B2
Application number: JP2012030097A
Authority: JP
Inventors: 那珂　洋二; 洋二那珂
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-02-15
Also published as: CN103251426A; KR20130094238A; EP2629090B1; CN103251426B; EP2629090A2; US8907544B2; US20130207517A1; EP2629090A3; KR101969962B1; JP2013165790A

Description

本発明は、超音波送受信部を短軸方向に機械的に直線方向に往復動させて被検体の超音波診断を行う短軸機械的走査型超音波探触子に係り、特に超音波探触子を収容したハウジング内の超音波伝播液体の温度変化による内圧変化により、超音波伝播液体に空気が入り込むのを防止するとともに、ハウジングの被検体と接触する部分が変形するのを防止した超音波探触子に関する。

短軸機走査式超音波探触子は、図５に示すように、例えば、超音波送受信部１５を、その長軸方向に電子走査し、かつ、短軸方向にタイミングベルト移動機構１６とリニアガイド１７により機械的に走査して被検体（生体）の立体画像を得るようになっている。そして、良好な超音波の伝播を図るため、超音波探触子のハウジング１８内に油等の超音波伝播液体Ｌを封入する（特許文献１）。

このような超音波伝播液体をハウジング内に封入した超音波探触子では、温度変化によって封入した液体の体積が変化するため、次のような不具合が生じる恐れがある。

即ち、まず、使用環境の温度が高温時には、封入した伝播液体が膨張してハウジング内の内圧が上昇し、伝播液体をハウジング内に封止している各構成部品の継ぎ目部分からハウジングの外部に封入した伝播液体が漏れだす恐れがある。他方、使用環境の温度が低温時には、ハウジング内の伝播液体が収縮して、ハウジング内の内圧が低下し、超音波送受信部を駆動する駆動力伝達機構に封止のために用いられている、オイルシール部から、空気がハウジング内に封入した伝播液体内に混入する恐れがある。さらに、高温時に封入した液体がハウジングの外部に漏れた後に、使用環境の温度が低温となった場合には、さらに空気が伝播液体中に入り込む可能性が高まることになる。そして、伝播液体中に混入した空気は気泡となって超音波診断で得られた超音波画像に悪影響を及ぼすことになる。

また、超音波探触子のハウジングの表面積が大きい場合、特に被験者の体表に接触するハウジングの表面が平坦に近い場合には、先述した伝播液体の体積の変化によるハウジングの接触面の変形が顕著となり、超音波探触子の超音波送受信部の平坦部とハウジングの内面（内壁）との間隔（隙間）が変化してしまい、超音波診断で得られた超音波画像が安定せず、診断上の不具合となる。

そこで、従来のこの種の超音波探触子では、図６（ａ）に示すように、ハウジング内に封入した超音波伝播媒体の体積補償機構の働きを妨げないようにするために、ケース２１の底部に通気口２１ａを設け、さらに気体のみを透過させる通気膜２０が設けられている。また、図６（ｂ）に示すように、チューブ２２内に通気パイプ２３を通すものがある。なお、符号２４は、超音波送受信装置の駆動装置である。

また、図７に示すように、従来の体腔内診断システムでは、第１滅菌シート３３により、囲まれた部材を、伸縮性の第２滅菌シート３０によって、駆動部２７の汚染ゾーン３２とカテーテル２８の保持部２９の清潔ゾーン３１を仕切る構造が提案されている。

さらに、図８に示すように、従来の超音波プローブでは、超音波プローブの超音波伝播液体を収容した液体室４０の異なった隔壁４１，４２にオイルシール４３，４４それぞれ設け、空気漏れを防止したものが提案されている。

さらに、図９に示すように、従来の超音波探触子では、ゴム材料からなる中空の与圧部材５１を音響窓５２の内部に繋げて設け一体の空間を形成し、この内部空間に、与圧部材５１の変形で内圧が発生するよう、適切な量の液状の音響伝播液体を充填しているものがある。

特許第４５８４３２１号公報特公平６−８５７７５号公報特開２０１１−６７２６２号公報特表２００７−５３０２０７号公報特開２００６−６８１９４号公報

しかしながら、上述した、この種の超音波探触子には、以下に述べるような問題点があった。

即ち、図６に示した超音波探触子の超音波伝播液体の体積補償機構では、通気膜２０が空気の他に湿気をも透過させるため、長期間の使用の内に、湿気が探触子の駆動機構等に侵入し、それらを構成する金属部品に錆等が発生する恐れがあった。また、駆動機構等の内部に湿気が侵入したのちに、ケース２１内の温度が低下すると、ケース２１の内面に結露が生じ、ケース２１の内部と外部との電気的な絶縁が不十分となり、超音波探触子の使用上の安全性が損なわれる恐れがあった。

また、図７に示した構造のものでは、伸縮性のあるシート３０で汚染ゾーン３２と清潔ゾーン３１とを仕切るだけであって、ケースの内部空間を分割するものでないから、気体や湿気の駆動部等への流入の阻止ができない。

さらに、図８に示したものでは、流体室４０の隔壁４１，４２に設けたオイルシール４３，４４の方向性が示唆されていない。

さらにまた、図９に示したものでは、ゴム製の与圧部材５１を用いて超音波伝播液体の体積変化を吸収する例が示唆されているだけであって、ケース５２の内部を複数の空間に分割してこれらの空間に体積補償機構を設けた点が示唆されていない。

そこで、本発明は、超音波伝播液体を封入した超音波探触子において、使用環境温度の変化に伴う伝播液体の体積変化により生じる、伝播液体の外部への漏れ、伝播液体への気泡の混入、ハウジングの被検体との接触面の変形等の不具合を防止すること、ならびに、ケース内に体積補償機構を設けて当該温度変化に伴う伝播液体の体積変化を吸収、緩和してケース外からの湿気侵入を防止することを、目的としている。

上記した課題を解決するため、本発明の超音波探触子は、ハウジングの内部に超音波送受信部を設けるとともに超音波伝播液体を封入し、ケースの内部に前記超音波送受信部の駆動装置と、前記超音波伝播液体の体積変化を緩和する体積補償機構とを設けた超音波探触子において、前記ケースの内部空間を少なくとも第１の内部空間と第２の内部空間とに分割して、前記第１の内部空間に前記ケースの外部と通気させるための通気手段を設け、また、前記第１の内部空間と他の空間との間に気体の移動を妨げるための隔壁を設け、前記第１の内部空間以外の内部空間にフレームグランドを含む電気回路の一部を構成する部品を配設したことを特徴とする。

ここで、本発明の超音波探触子では、前記通気手段が、気体を透過し、液体を透過しないように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の超音波探触子では、第１の体積補償機構が、前記第１の内部空間内に設けられていることを特徴とする。

さらに本発明の超音波探触子では、前記超音波送受信部の駆動装置において、前記第１の内部空間から前記超音波伝播液体を封入したハウジング内の前記超音波送受信部に動力を伝達する駆動軸に、耐圧性能に方向性を有するオイルシールを互いに逆方向に２個直列に配置したことを特徴とする。

さらにまた、本発明の超音波探触子では、前記第１の体積補償機構を前記第２の内部空間に設けるとともに、第２の体積補償機構を前記第２の内部空間と前記第１の内部空間との間に設けた隔壁に設け、前記第２の内部空間内の気体が体積変化した場合、当該体積変化分を吸収・緩和するようにしたことを特徴とする。

本発明の超音波探触子の前記第１及び第２の体積補償機構が、柔軟かつ変形自在な薄膜からなることを特徴とする。

本発明の超音波探触子では、前記ハウジングの被験者の体表に接触する部分が、平坦面であることを特徴とする。

超音波伝播液体の外部への漏れ、伝播液体への気体の混入、ハウジングの被検体との接触面の変形の防止ならびにケース外からの湿気の侵入、結露によって電気的安全性が損われることを防止できる。

図１（ａ）は、本発明の超音波探触子の実施例１の長軸方向の縦断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）にＡ矢視で示す方向から見た斜視図を示す。図１にＡ矢視で示した本発明の超音波探触子のケースに形成した内部空間の第１の内部空間に設けた体積補償機構の部分拡大断面図を示し、（ａ）は、体積補償機構に超音波伝播液体が流入していない状態を示し、また、（ｂ）は、第１の空間内に超音波伝播液体が流入して膨張した状態を示す。図１にＢ矢視で示したオイルシール部の部分拡大断面図を示し、（ａ）は、１個のオイルシールを超音波送受信部の駆動回転軸に設けた部分拡大断面図を、また、（ｂ）は、２個のオイルシールを駆動回転軸の軸方向に沿って直列に設けた部分拡大断面図を示す。本発明の超音波探触子の実施例２の短軸方向の縦断面図を示す。従来の超音波探触子の超音波送受信部を短軸方向に往復動させる移動機構を超音波送受信部方向からハウジングを外して見た斜視図を示す。従来の超音波探触子の体積補償機構として、（ａ）は、ケースの基部側に気体のみを通す通気膜を設けた従来例を、また、（ｂ）は、ケースの基部にチューブを設け通気パイプをチューブ内に挿通した従来例を示す。従来の体腔内診断システムにおいて、伸縮性のある滅菌シートによって駆動部の汚染ゾーンとカテーテル保持部の清潔ゾーンとを仕切った構成を示す。従来の超音波プローブにおいて、流体室を仕切る隔壁にそれぞれオイルシールを設けた従来例を示す。従来の超音波探触子において、ゴム製の与圧部材を用いて超音波伝播媒体の体積変化を吸収する従来例を示す。

以下、本発明の超音波探触子の実施例を図面に基いて説明する。

実施例１
図１（ａ）に示すように、本発明の超音波探触子の実施例１は、超音波探触子２００を樹脂材料からなるシャシー１と、シャシー１の上面に直立して一体に形成された軸受部８ａと、軸受部８ａに２個のオイルシール８，９を介して軸支された超音波送受信部３を短軸方向にシャシー１の底面に設けたリニアガイド１ａに沿って往復動させる駆動軸７と、タイミングプーリー７ａを介して、シャシー１の上面に図示しないブラケットに固着された超音波送受信部駆動装置（モータ）６とから構成される探触子駆動部とからなる。

ここで、図１（ａ）に示すように、駆動モータ６には、ケーブル５の一部である駆動制御用ケーブル１１が電気的に接続され、電流を駆動モータ６に供給し、超音波送受信部３を短軸方向に往復動させるようになっている。さらに、ケーブル５の他の部分である超音波信号ケーブル１０をシャシー１に設けたブッシュ１０ａに挿通して超音波送受信部３に電気的に接続して超音波送受信部３を構成する圧電素子群へのパルス信号の送信及び検体（被検者）から検出された超音波信号の受信を行うように、なっている。さらに、ケーブル５の外被シールドは、フレームグランドとして金属製のブラケットや駆動モータの外装ケース、図示しないシールド部材等に電気的に接続されている。なお、超音波送受信部３の往復動は、図５に示した従来の往復移動機構を用いる。そして、シャシー１の下面縁部に合成樹脂製のハウジング２を嵌合・固定して被せ、シャシー１の下面とハウジング２の内壁部との間に形成される空間を超音波伝播液体Ｌ、例えば油、を収容する超音波伝播液体室１００として用いるようにする。ここで、ハウジング２の平坦部２ａが被検者の体表と接触する。

特に、本願発明の超音波探触子の特徴は、前記ケース４の内部空間を少なくとも第１の内部空間１０１と第２の内部空間１０２とに分割して互いに流体的に隔離し、第１の内部空間１０１に第１体積補償装置１２及びケース４の外部の大気雰囲気に通気させるための通気手段１３を設ける。さらに、第１の内部空間１０１と第２の内部空間１０２と他の内部空間、例えば第２の内部空間１０２、との間に気体（空気）の移動（流通）を妨げる隔壁（仕切り）１４をシャシー１の上面部とケース４の内壁との間に直立して設け、第１の内部空間１０１と超音波伝播液体室１００から完全に流体的に隔離された第２の内部空間１０２内に前述した駆動モータ６、超音波信号用ケーブル１０、駆動制御用ケーブル１１、電気回路、ブラケット等を介して接続したフレームグランド等の水分・湿気等による錆、腐食等を嫌う電気部品を収納する。

とくに、図２に示すように、第１内部空間１０１に収容されている第１体積補償機構１２は、断面形状が変形自在な柔軟な薄膜からなる袋状の部材からなり、シャシー１の上面部に直立して形成した穴１ｃを有する突出部１ｂに、その袋状の部材の首部を嵌入して取り付けられている。また、ケース４の内壁には、通気性の防水シート１３が固着されていて、第１内部空間１０１内の気体のみが防水シート１３を通過してケース４に形成した通気口１３ａから、大気中に放出される。さらに、外気と通じる通気口１３ａから超音波探触子の洗浄時にケース４の外面に水を散布されても、防水シート１３によって、洗浄水等が第１内部空間１０１内部に侵入するのが防止され、第１内部空間１０１内のカビ、錆の発生等が防止されるようになっている。

ここで、本発明の超音波探触子の第１体積補償機構１２の構造としては、使用環境の温度変化による体積補償機構１２の変形に伴う圧力差の発生を極力少なくするために、柔軟で変形自在な厚さが、例えば、０．０５〜１ｍｍ程度の薄膜を袋状に形成したものを用いる。この薄膜の材料としては、耐薬品性の高いＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やポリフッ化ビニリデン等が好適であるが、超音波伝播液体の材料に対応して、これら以外の材料を選択してもよい。

例えば、シリコンゴムのように多孔質の材料を第１体積補償機構１２として用いる場合には、ある種の液体が透過されて液漏れの原因となることがあるからである。また、第１体積補償機構１２の形状としては、袋状に限らず、細長い管状のもの、あるいは蛇腹状にしてもよい。蛇腹状のものを用いる場合には、より大きな超音波伝播液体の体積変化を吸収できるようになる。

ここで、図１（ａ）では、第１体積補償機構１２が、常温常圧下で、その最大体積に比して中間的な体積となっている状態を、また、図２（ａ）は、使用時の周囲温度の低下等により超音波伝播液体の体積が収縮し、第１体積補償機構１２が収縮した状態を、さらに、図２（ｂ）は、使用温度の上昇等により超音波伝播液体の体積が膨張し、第１体積補償機構１２が膨張した状態を、それぞれ示している。

また、上述した本願発明に用いる第１体積補償機構１２の構成によって、使用温度が変化しても、第１内部空間１０１内に設けた第１体積補償機構１２は、大気圧で作動するため、ハウジング２内の超音波伝播液体の内圧は、大気圧と略等しくなるので、ハウジングの内圧による変形は防止される。また、第２内部空間１０２は、隔壁１４等により外気と隔離されているため、第２内部空間１０２内に湿気が入り込むことがない。そのため、第２内部空間１０２内に配設された電気部品等が錆びたり、あるいはそれら電気的絶縁性が失われた超音波探触子の安全性が低下することはない。

さらに、本発明の超音波探触子の実施例１では、図１（ａ）に示すように、第２内部空間１０２が密閉されているため、周囲温度の上昇によって第２内部空間１０２の内圧が上昇し、軸受部８ａに設けたオイルシール８，９から超音波伝播液体室１０内の超音波伝播液体Ｌに気泡が漏れる恐れがある。

この漏れ発生の理由は、一般にオイルシールの構造が、流体側の圧力が高まっても、流体が外部（大気側）に漏れにくいが、逆に外部（大気側）の圧力が高まった場合には、気体が液体側に侵入しやすい特性となっているからである。

例えば、図３（ａ）に示す１個だけのオイルシールを設けた例で、その特性を説明すると、気体側の圧力Ｐ₁と流体側の圧力Ｐ₂との関係が、Ｐ₁＜Ｐ₂の場合には、オイルシール８のリップ８ｂが、圧力Ｐ₂方向に向いているので、駆動軸７に押し付けられて、そのシール性を保ちやすくなっている。これに対して、Ｐ₂＜Ｐ₁の場合には、リップ８ｂに駆動軸７から離れる方向に力が作用するので、そのシール性を保ち難くなる。したがって、図３（ｂ）に示すように、オイルシールを、もう一個互いにリップ８ｂが逆方を向くように直列に追加して駆動軸７の軸方向に設けるようにする。なお、本発明の第１実施例は、この２個のオイルシールを設けた実施例となっている。

実施例２
本発明の超音波探触子の実施例２では、図４に示すように、第２内部空間１０２にシャシー１の上面から突出して前述した第１体積補償機構１２を設け、さらに、第２内部空間１０２内の圧力を大気圧と略同じにするために、第１内部空間１０１と第２内部空間１０２との間に設けた隔壁（仕切り）１４に第２内部空間１０２と穴１４ａを介して流体的に連通する第２体積補償機構１５を設ける。

このような構成によれば、超音波探触子との周囲環境の温度が上昇すると、液体室１００内の超音波伝播液体Ｌが膨張して第１体積補償機構１２が作動し、その膨張した液体の体積分だけ、第２内部空間１０２内の空気を外部（大気中）に押し出そうと作用し、液体室１００と第２内部空間１０２間の内圧を略等しく保つ。

他方、第２内部空間１０２内の空気も温度上昇により膨張するので、その空気の膨張分と液体の膨張分を合算した体積分の空気が第２内部空間１０２の外部に流出しようとする。そこで、第２体積補償機構１５が合算した膨張分の空気により作動して、この体積変化分の空気を第１内部空間１０１に押出そうと作用し、第２内部空間１０２と第１内部空間１０１の内圧を略等しく保つ。

しかし、この時、第１内部空間１０１は、外気に通じて大気圧に保たれているので、第２内部空間１０２及び超音波伝播液体室１００内の超音波伝播液体Ｌの内圧も略大気圧と等しくなる。また、第１内部空間１０１に外部から湿気が侵入する恐れがあるが、第２体積補償機構１５によって、第２内部空間１０２内の気体（空気）は、第１内部空間１０１内の気体とは隔離されているので、第２内部空間１０２内に湿気が外部から侵入することがない。

このため、第２内部空間１０２内に配設されたモータ等の電気部品及び回路配線、フレームグランド等に錆等が発生する恐れ、または電気的な絶縁性の不良により安全性の低下等の問題点が生じる恐れがない。

なお、本発明の超音波探触子の実施例２では、第２内部空間１０２の内圧と超音波伝播液体Ｌの内圧が略等しくなるため、オイルシールをさらに、追加して設ける必要がないため、駆動装置の駆動負荷を増加することが不要となる。

また、本発明の超音波探触子では、第２の内部空間１０２の他に、第３の内部空間をケース４内の空間に形成して、所望の目的に用いてもよい。

１シャシー
２ハウジング
３超音波送受信部
４ケース
５ケーブル
６超音波送受信部駆動装置（駆動モータ）
７超音波送受信部駆動軸
７ａタイミングプーリー
８第１オイルシール
８ａ軸受部
９第２オイルシール
１０超音波信号用ケーブル
１０ｂブッシュ
１１駆動制御用ケーブル
１２第１体積補償機構
１３防水シート
１３ａ通気口
１４隔壁（仕切り）
１５第２体積補償機構
１００超音波伝播液体室
１０１第１内部空間
１０２第２内部空間
２００超音波探触子
Ｌ超音波伝播液体

Claims

ハウジングの内部に超音波送受信部を設けるとともに超音波伝播液体を封入し、ケースの内部に前記超音波送受信部の駆動装置と、前記超音波伝播液体の体積変化を緩和する第１の体積補償機構とを設けた超音波探触子において、前記ケースの内部空間を少なくとも第１の内部空間と第２の内部空間とに分割して、前記第１の内部空間に前記ケースの外部と通気させるための通気手段を、また、前記第１の内部空間と他の空間との間に気体の移動を妨げるための隔壁を設け、前記第１の内部空間以外の内部空間にフレームグランドを含む電気回路と電気的に接続された部品を配設したことを特徴とする超音波探触子。
前記通気手段が、気体を透過し、液体を透過しないように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。
前記第１の体積補償機構が、前記第１の内部空間内に設けら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。
前記超音波送受信部の駆動装置において、前記第２の内部空間から前記超音波伝播液体を封入したハウジング内の前記超音波送受信部に動力を伝達する駆動軸に、耐圧性能に方向性を有するオイルシールを互いに逆方向に２個直列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
前記第１の体積補償機構を前記第２の内部空間に設けるとともに、第２の体積補償機構を前記第２の内部空間と前記第１の内部空間との間に設けた隔壁に設け、前記第２の内部空間内の気体が体積変化した場合、前記第２の体積補償機構により、当該体積変化分を吸収・緩和するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
前記第１体積補償機構及び前記第２の体積補償機構が、柔軟かつ変形自在な薄膜からなることを特徴とする請求項１及び５に記載の超音波探触子。
前記ハウジングの被験者の体表に接触する部分が、平坦面であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。