JPH0638962A - 三次元データ取込み用超音波探触子 - Google Patents

三次元データ取込み用超音波探触子

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JPH0638962A
JPH0638962A JP4134542A JP13454292A JPH0638962A JP H0638962 A JPH0638962 A JP H0638962A JP 4134542 A JP4134542 A JP 4134542A JP 13454292 A JP13454292 A JP 13454292A JP H0638962 A JPH0638962 A JP H0638962A
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ultrasonic probe
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ultrasonic
arc
probe
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一道 奥貫
Kenichi Tawarayama
健一 俵山
Takeshi Mochizuki
剛 望月
Mutsuhiro Akaha
睦弘 赤羽
Toshio Ito
寿夫 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 肋骨などの超音波遮蔽物体の隙間から超音波
を送受波して三次元データの取込みを行う。 【構成】 送受波面に沿って配列されたアレイ振動子を
含む振動子ユニット２６は、アーク走査機構によって仮
想回転軸３２を軸芯として揺動走査される。アレイ振動
子を電子走査して形成される走査面Ｓが振動子ユニット
の機械的走査により仮想回転軸３２を中心として回転し
三次元の超音波取込み領域Ｖが形成される。仮想回転軸
３２を例えば肋骨間中央近傍に設定することによって、
肋骨などの超音波遮蔽物体の隙間から超音波の送受波が
行える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波探触子、特に生体
内三次元領域のエコーデータを取り込む三次元データ取
込み用超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置は、生体に対する超音波
の送受波により得られたエコーデータを処理して、生体
内の断層画像又は血流画像等を表示するものである。こ
こで、超音波の送受波は、生体の表面に当接させる超音
波探触子によって行われる。この超音波探触子は、その
機動性を良好にするため、一般的には、超音波診断装置
本体に対し、ケーブルによって接続されている。また、
超音波探触子は、超音波振動子を含み、その超音波振動
子にて超音波が送受波される。従来の一般的な超音波探
触子においては、超音波振動子が探触子内部に固定的に
配置され、エコーデータの取り込み位置を変えるために
は、生体表面に当接した超音波探触子自体を傾ける必要
がある。
【０００３】ところで、近年、画像処理技術の発達を背
景として、三次元超音波画像を表示する超音波診断装置
が提案されている。また、生体内三次元領域のエコーデ
ータを取り込むための超音波探触子も提案されている
（例えば、特開平３−１８４５３２号参照）。
【０００４】図７及び図８には、従来の三次元データ取
込み用超音波探触子（以下、単に「探触子」という）の
概念が示されている。図７に示す探触子８は、従来の三
次元データ取込み用探触子の代表例であり、図８に示す
探触子１６は、本出願人が先に特開平３−１８４５３２
号で提案したものである。
【０００５】図７において、探触子８のケース１０内に
は、複数の超音波振動素子からなるアレイ振動子（図示
せず）を含む振動子ユニット１２が配置され、この振動
子ユニット１２は、左右に往復駆動される。超音波は、
振動子ユニット１２の生体１４側の面１２ａ（送受波
面）からその面にほぼ垂直に送波される。ここで、その
送受波面１２ａの長手方向に沿ってアレイ振動子を構成
する各超音波振動素子が配列されているため、そのアレ
イ振動子をリニア電子走査することにより、平面状の走
査面Ｓ（二次元エコーデータ取込み領域）が形成され
る。そして、電子走査を繰り返しながら、振動子ユニッ
ト１２を移動させることにより、それにつれて走査面Ｓ
も移動し、結果として、走査面の移動範囲である三次元
領域Ｖについてエコーデータの取込みが行える。この図
７に示す探触子を用いた場合には、長方形のエコーデー
タ取り込み領域Ｖが形成される。
【０００６】一方、図８に示す探触子１６においては、
振動子ユニット１８が、揺動されている。したがって、
ほぼ台形の三次元データ取り込み領域Ｖが形成される。
【０００７】以上のように、図７及び図８に示した探触
子８、１６によれば、探触子のケースを人為的に往復移
動させることなく、簡単に精度良く三次元エコーデータ
を取り込める。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７及
び図８に示す探触子８、１６においては、診断部位によ
っては、データの取り込みが困難になるという問題があ
った。
【０００９】すなわち、図７及び図８に示すように、胸
部に探触子を当接した場合、肋骨１００が超音波の遮蔽
物体となり、その肋骨１００の反対側に影１０２が生じ
る。つまり、エコーが返ってこない結果、その影の部分
のデータが欠落し、あるいはノイズ成分となり、超音波
画像が著しく劣化する。そして、これは三次元エコーデ
ータ取込み領域Ｖの情報に致命的な欠陥となる。
【００１０】本発明は、従来の課題に鑑みなされたもの
であり、その目的は、肋骨等の超音波遮蔽物体の隙間か
ら、超音波を送受波できる三次元データ取込み用超音波
探触子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波診断装置に対してケーブルによっ
て接続され、生体表面に当接されて超音波の送受波を行
う三次元データ取込み用超音波探触子であって、本体ケ
ースと、前記本体ケースの中に収納された可動体であっ
て、超音波の送受波面に沿って内部にアレイ振動子が配
列された振動子ユニットと、前記振動子ユニットに対
し、その生体表面近傍に設定される仮想的な軸を回転軸
として、前記振動子ユニットの前記超音波送受波面を前
記仮想回転軸に向けさせつつ、前記振動子ユニットを円
弧状経路に沿って機械的にアーク走査するアーク走査機
構と、を含み、前記アレイ振動子を電子走査することに
より形成される走査面が、その面内に存在する前記仮想
的な軸を回転軸として機械的に走査されることを特徴と
する。
【００１２】なお、ケース内部には、振動子ユニットの
送受波面とケース内壁と間に媒質槽を設ける。また、ア
ーク走査位置を検出する検出器を設ける。
【００１３】
【作用】上記構成によれば、本体ケース内には、振動子
ユニットが収納され、その振動子ユニットの送受波面を
介して超音波が送受波される。すなわち、振動子ユニッ
トの内部には送受波面に沿ってアレイ振動子が配列され
ている。
【００１４】振動子ユニットは、アーク走査機構によっ
て保持され、その機構によって所定の仮想的な軸を回転
軸としてアーク走査される。すなわち、振動子ユニット
は、その送受波面を生体表面近傍に設定された仮想回転
軸に向けつつ、揺動することになる。
【００１５】ここで、その仮想回転軸は、アレイ振動子
を電子走査することによって形成される走査面に含まれ
ることから、振動子ユニットがアーク走査されることに
より、その走査面がその面と直交する方向に揺動され、
この結果、角錘状のエコーデータ取込み領域が形成され
ることになる。すなわち、本発明では、走査面の仮想回
転軸を肋骨間近傍に設定することによって、肋骨の存在
に影響されずに肋骨の隙間から三次元データの取込みを
行うことが可能となる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
【００１７】図１及び図２には、本発明に係る三次元デ
ータ取込み用超音波探触子の断面が示されており、図１
は正面から見た断面図であり、図２は側面から見た断面
図である。以下両図を参照しつつこの探触子２０につい
て説明する。
【００１８】この探触子２０は、超音波診断装置本体と
ケーブル１９によって接続されるものであり、例えば胸
部体表面に当接させて超音波診断を行うためのものであ
る。探触子２０のケース２１は、上ケース２２と下ケー
ス２４とで構成される。図１から明らかなように、正面
から見て、上ケース２２の上部は把持し易いように細く
形成され、一方、正面から見て、下ケース２４は生体側
に山状に突出している。ただし、図２に示すように、上
ケース２２及び下ケース２４共に、側面から見た場合に
はそれぞれほぼ矩形状をなしている。
【００１９】ここで、超音波の送受波を行う振動子ユニ
ット２６について説明する。
【００２０】ケース２１の内部には、可動体としての振
動子ユニット２６が収納されており、図示されるよう
に、振動子ユニット２６はコンベックス形状をなしてい
る（図２参照）。振動子ユニット２６の凸状面をなす送
受波面２６Ａから超音波が送受波される。すなわち、送
受波面２６Ａに沿って、振動子ユニット２６の内部には
複数の超音波振動素子２８ａが配列され、これらにより
アレイ振動子２８が構成されている。なお、送受波面２
６Ａには、超音波を集束させるための音響レンズ３０が
配設されている。
【００２１】アレイ振動子２８をいわゆるリニア電子走
査することによって、超音波は振動子ユニット２６から
扇状に放射されることになり、これによって扇状の走査
面（二次元データ取込み領域）が形成される。
【００２２】次に、この振動子ユニット２６をアーク走
査（円弧状走査）する機械的な走査機構であるアーク走
査機構について説明する。
【００２３】本実施例の探触子２０においては、図１に
示されるように、下ケース２４の頂点部をなす生体接触
壁２４Ａのところに仮想的な回転軸３２が設定されてい
る。すなわち、振動子ユニット２６は、その送受波面２
６Ａを回転軸３２に向けつつ揺動運動を行っている。
【００２４】具体的に説明すると、ケース２１の内部に
は、アーク走査に対応させて、円弧状に曲ったガイドレ
ールをなす一対のガイドプレート３４Ｒ，３４Ｌが振動
子ユニット２６の両端近傍に配置されている。なお、本
実施例では板状のものが用いられたが、これは上下に隔
てられた円弧状の２本のレールであってもかまわない。
なお、ガイドプレート３４Ｒ，３４Ｌの両端は他の部材
との衝突を避けるため一部が半円形に切り欠かれてい
る。
【００２５】振動子ユニット２６の両端から一対のアー
ム３６Ｒ，３６Ｌがガイドプレート３４Ｒ，３４Ｌの外
側に伸長している。
【００２６】アーム３６Ｒ，３６Ｌには、それぞれ３つ
のローラ４０〜４２，４３〜４５が回転自在に設けられ
ており、各ローラは、ガイドプレートの上辺又は下辺に
回転接触する。
【００２７】すなわち、図２から明らかなように、ガイ
ドプレート３４Ｒの上辺にはアーム３６Ｒに設けられた
ローラ４３が回転接触しており、そのガイドプレート３
４Ｒの下辺はアーム３６Ｒに設けられた２つのローラ４
４，４５が回転接触している。
【００２８】一方、ガイドプレート３４Ｌの上辺には、
アーム３６Ｌに設けられたローラ４０が回転自在に接触
しており、一方、ガイドプレート３６Ｌの下辺には上記
同様にローラ４１，４２が回転自在に接触している。
【００２９】このように、アームに設けられたローラに
よってガイドプレートを挟み込むことにより、振動子ユ
ニット２６をガイドプレートの上下曲辺に沿って揺動さ
せることが可能となる。
【００３０】なお、ガイドプレート３４Ｌがガイドプレ
ート３４Ｒよりその厚みが厚いのは、ガイドプレート３
４Ｌ側で振動子ユニット２６に対する駆動が行われてい
るからである。
【００３１】図２に示されるように、一対のガイドプレ
ート３４Ｒ，３４Ｌは、それぞれねじによってフレーム
４６に固定されている。
【００３２】そして、ケース２１内部の上方には、モー
タ４８とそれに連結されたギヤ５０とが配置され、モー
タ４８の動力はギヤ５０を介して減速された後、ベルト
５２の運動に変換されている。
【００３３】ここで、図１に示すように、ベルト５２
は、複数のローラ５３〜５６によってガイドされ、その
両端がアーム３６Ｌの上端に連結されている。すなわ
ち、モータの回転力がベルトの動きに変換され、さらに
そのベルトの動きがアーム３６Ｌすなわち振動子ユニッ
ト２６の揺動運動に変換されている。なお、ガイドプレ
ート３４Ｌの上辺は、ベルト５２の一部をガイドしてい
る。
【００３４】以上のようなアーク走査機構によれば、仮
想回転軸３２を軸芯として振動子ユニット２６を揺動さ
せることができ、この結果、アレイ振動子２８を電子走
査して形成される走査面をその面と直交方向に揺動させ
ることができる。つまり、仮想回転軸３２は常に走査面
内に存在する。
【００３５】図２のように、モータ４８には、光学的な
角度検出器５８が設けられており、モータの回転角度を
検出することによって、振動子ユニット２６の走査位置
を検出可能である。その検出信号は、ケーブル１９を介
して超音波診断装置に送出される。
【００３６】ところで、振動子ユニット２６から放射さ
れた超音波が生体内部に達するまでの間、超音波が空気
層を透過すると周知のように音響インピーダンス境界面
で超音波の反射あるいは減少が生じることになる。
【００３７】そこで、本実施例の探触子２０において
は、ケース２１内部に媒質槽６０が設けられている。具
体的には、ケース内部に振動子ユニット２６を取り囲む
ようにある程度の弛みを有する仕切り膜６２が設けら
れ、この仕切り膜とケース内壁との間に例えば水やオイ
ルなどの生体とほぼ等しい音響インピーダンスを有する
液体を充填させることにより媒質槽６０が構成されてい
る。なお、この媒質槽６０の側部に、超音波の多重散乱
などを吸収するための超音波吸収部材などを配置しても
好適である。
【００３８】本実施例では、仕切り膜６２の中央部に開
口が形成され、その開口から振動子ユニット２６の送受
波面２６Ａが突出している。仕切り膜６２は、外側が下
ケースの内壁と気密結合し、内側は振動子ユニット２６
の側面に気密結合していて、媒質を媒質層６０に密封し
ている。勿論、このような開口を設けずに送受波面２６
Ａ全面を仕切り膜６２に貼り付けてもよい。
【００３９】図１において、上ケース２２には、スイッ
チ６４が配置されている。このスイッチはエコーデータ
の取込み開始などの操作スイッチである。
【００４０】次に、データ取込み領域について説明す
る。
【００４１】図３には、本実施例の探触子２０によって
形成されるデータ取込み領域Ｖが示されている。この取
込み領域Ｖは、電子走査によって形成される走査面Ｓを
回転軸３２を中心として回転させた時の移動範囲に相当
するものである。この図３に示す例では、アレイ振動子
２８をリニア電子走査した場合の取込み領域が示されて
いるが、勿論、周知のセクタ走査などを適用することも
可能である。
【００４２】図３から明らかなように、取込み領域Ｖが
仮想回転軸３２を頂部としているため、この仮想回転軸
３２を肋骨間ほぼ中央に設定することにより上述した影
による悪影響を排除できることが理解される。
【００４３】図４には、探触子２０を胸部体表面に当接
して、例えば心臓などの超音波診断を行う場合の状態が
示されている。図示されるように、肋骨間中央の近傍に
走査面の仮想回転軸３２が位置するように探触子２０を
当接させれば、肋骨１００に影響されずに広角で超音波
診断を行うことができる。
【００４４】今までの説明から明らかなように、本来、
仮想回転軸３２は完全に肋骨間中央に設定することが望
ましいといえる。しかし、例えば診断部位である心臓を
斜め側面から観察したい場合などにおいては、探触子２
０を傾けることが必要となる。この際において、仮想回
転軸３２が振動子ユニットの送受波面からあまり離れた
ところに設定されると必然的に下ケースの生体接触壁２
４Ａの形状が横に広くなり、図５に示すような傾けた状
態での超音波診断が困難となる。
【００４５】したがって、本実施例の探触子２０では、
仮想回転軸３２を生体接触壁２４Ａ近傍に設定すること
によって、その生体接触壁２４Ａを凸状にすることが可
能となっている。なお、本実施例において、電子走査は
毎秒約３０回で行われ、機械的なアーク走査は数秒の周
期で行われている。
【００４６】図６には、凹面配列型の振動子ユニット６
８を用いた場合のデータ取込み領域Ｖが示されている。
この変形例において、振動子ユニット６８の超音波送受
波面６８Ａは凹面型に形成され、その送受波面６８Ａに
沿って図２に示した振動子ユニット２６同様にアレイ振
動子が（図示せず）が配置されている。このような変形
例によれば、走査面Ｓは完全な扇型となり、各振動素子
から送波される超音波はいずれのアーク走査位置におい
ても集束“点”７０を通過することになる。
【００４７】したがって、超音波の生体への入射経路が
より狭い部位に対して有効であり、例えば頭部の診断な
どにこの変形例を用いることができる。すなわち、頭骨
に小さな穴を開け、その穴を介して超音波診断を行うこ
となどができる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る三次
元データ取込み用超音波探触子によれば、肋骨などの超
音波遮蔽物体の隙間から超音波を送受波でき、そのよう
な特殊部位の超音波診断を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る三次元データ取込み用超音波探触
子の正面から見た断面図である。
【図２】本発明に係る三次元データ取込み用超音波探触
子の側面から見た断面図である。
【図３】図１及び図２に示す探触子２０によって形成さ
れる取込み領域を示す概念図である。
【図４】探触子２０を生体に垂直に当接した場合の状態
を示す説明図である。
【図５】探触子２０を生体に対して斜めに当接した場合
の状態を示す説明図である。
【図６】振動子ユニットの変形例及びそのデータ取込み
領域を示す概念図である。
【図７】従来の三次元データ取込み用超音波探触子の第
１例を示す概念図である。
【図８】従来の三次元データ取込み用超音波探触子の第
２例を示す概念図である。
【符号の説明】
２１ ケース ２６ 振動子ユニット ２６Ａ 送受波面 ２８ アレイ振動子 ３４Ｒ，３４Ｌ ガイドプレート ３６Ｒ，３６Ｌ アーム ４０〜４５ ローラ ４８ モータ ５２ ベルト ５８ 角度検出器 ６０ 媒質槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３２ Ｚ 7406−5Ｈ (72)発明者 赤羽 睦弘 東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号 アロカ 株式会社内 (72)発明者 伊藤 寿夫 東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号 アロカ 株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波診断装置に対してケーブルによっ
    て接続され、生体表面に当接されて超音波の送受波を行
    う三次元データ取込み用超音波探触子であって、 本体ケースと、 前記本体ケースの中に収納された可動体であって、超音
    波の送受波面に沿って内部にアレイ振動子が配列された
    振動子ユニットと、 前記振動子ユニットに対し、その生体表面近傍に設定さ
    れる仮想的な軸を回転軸として、前記振動子ユニットの
    前記送受波面を前記回転軸に向けさせつつ、前記振動子
    ユニットを円弧状経路に沿って機械的にアーク走査する
    アーク走査機構と、 を含み、 前記アレイ振動子を電子走査することにより形成される
    走査面が、その面内に存在する前記仮想的な軸を回転軸
    として機械的に走査されることを特徴とする三次元デー
    タ取込み用超音波探触子。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の三次元データ取込み用超
    音波探触子において、 前記アーク走査機構は、 円弧状のアーク走査経路に沿って前記本体ケース内に配
    置された円弧状のガイドレールと、 前記振動子ユニットから前記ガイドレールまで伸長する
    アームと、 前記アームに設けられ、前記ガイドレールに対して回転
    接触するローラと、 前記振動子ユニットを前記ガイドレールに沿って左右に
    往復駆動する駆動機構と、 を含むことを特徴とする三次元データ取込み用超音波探
    触子。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の三次元データ取込み用超
    音波探触子において、 前記駆動機構は、 モータと、 前記モータの回転力を前記ガイドレール左右方向に沿っ
    た運動力として前記振動子ユニットに伝達するベルト
    と、 を含むことを特徴とする三次元データ取込み用超音波探
    触子。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の三次元データ取込み用超
    音波探触子において、 前記仮想的回転軸は、前記本体ケースの生体接触壁部位
    上に設定されたことを特徴とする三次元データ取込み用
    超音波探触子。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の三次元データ取込み用超
    音波探触子において、 前記本体ケース内には、媒質槽が設けられ、前記振動子
    ユニットから放射される超音波は、前記媒質槽を通過し
    て生体に達することを特徴とする三次元データ取込み用
    超音波探触子。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の三次元データ取込み用超
    音波探触子において、 前記振動子ユニットのアーク走査位置を検出するための
    検出器が設けられたことを特徴とする三次元データ取込
    み用超音波探触子。
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