JPH114825A - 3次元走査用超音波探触子 - Google Patents
3次元走査用超音波探触子Info
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- JPH114825A JPH114825A JP9171215A JP17121597A JPH114825A JP H114825 A JPH114825 A JP H114825A JP 9171215 A JP9171215 A JP 9171215A JP 17121597 A JP17121597 A JP 17121597A JP H114825 A JPH114825 A JP H114825A
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Abstract
き、小型且つ軽量で小さい駆動力により高速に走査可能
な3次元走査用超音波探触子を提供すること。 【解決手段】複数個の超音波振動子を備えた電子走査式
超音波トランスデューサ1と、それを保持する素子固定
ロータ2と、該素子固定ロータを回転可能に保持するフ
レーム5と、素子固定ロータを回転駆動させる駆動装置
6と、超音波トランスデューサに接続されそこに入出力
する電気信号を伝送するケーブルとを具備し、フレーム
及び素子固定ロータを中空パイプ状とし、フレームが素
子固定ロータの内部に挿入された2重パイプ状に構成
し、前記ケーブルに可撓性基板を用いて素子固定ロータ
にゼンマイ状に巻き付けるようにして、走査領域を36
0度確保することができ、ケーブルの捩れを軽く吸収し
て小さい駆動力により高速に走査可能となる。
Description
装置の3次元走査用超音波探触子に関する。
61−226024及び特1547259(特公平1−
31373)に記載されたもの等が知られている。
れている超音波診断用プローブ(超音波探触子)の構成
を示す図である。図7において、超音波診断用プローブ
に内蔵される振動子ユニット17(トランスデューサ部
に対応)は、両端がフレーム30に保持された回転軸2
9を有するドラムからなり、ドラムの表面には一定間隔
Dで複数の振動子20が固定されている。振動子20は
回転軸29の伸長方向に伸長する長辺a短辺bの長方形
状である。ドラムは円筒状である必要はなく、複数の振
動子20を固定しうる面を有し回転可能であればよい。
bの関係にあるとして、超音波の指向性分布は辺bの方
向に鋭くなる。振動子ユニット17をモータ21で回転
させるため、このプローブは振動子の長さ及び幅に比例
した指向性を有する超音波を回転方向に扇形に放射す
る。振動子20が4つの場合、1つの振動子20が超音
波を放射する期間は90度に対応する期間である。
いる超音波探触子の構成を示す図である。図8におい
て、探触子本体部の中に、パルスモータ27と、パルス
モータ27の回転方向を切換えて探触子25に伝達する
ギヤクラッチ28とが内蔵され、このパルスモータ27
とギヤクラッチ28とでなる回転駆動機構により、信号
ケーブル22で接続された振動子部24を備えた探触子
25はケース9に対し少なくとも180度の範囲で自動
またはマニアル操作により往復回転することができ、更
に任意の停止位置を基点として予め定めた角度Δθの範
囲で自動的に往復回転されるものである。すなわち、こ
の超音波探触子は探触子に対する配線にケーブルを用
い、超音波探触子の回転方向の切り替えにギヤクラッチ
を使用している。
1の従来の超音波探触子においては、素子固定ロータ
(上記従来技術のドラムに対応)はその回転中心の両端
を回転可能に保持する必要があるが、両端を保持した場
合、図2の(C)及び(D)に示すように、従来のフレ
ーム10は超音波スキャン領域内に構成せざるを得ず、
フレーム10が構成された領域内では、超音波によるス
キャンができないため、超音波スキャン領域を360度
確保することができないという問題があった。
いては、超音波探触子で得られる画像の分解能を向上さ
せるためには、超音波振動子の個数を増やす必要がある
ため、配線数も増やす必要があるが、ケーブルによる配
線方法では、トランスデューサを回転させることにより
配線が捩れて回転時の負荷となるため、駆動装置により
トランスデューサを回転させる際に必要とするトルクが
増大するという問題があった。
は、回転方向の制御にギヤクラッチを用いているため、
本体部分が大きく重くなり、操作性が悪いこと及び動作
時に騒音が発生すること等の他、バイオプシを行う等の
場合には、トランスデューサの配列方向に対し直行(直
交)する断面を一秒間あたり10枚以上の速度で画面に
表示する必要があるが、上記従来の超音波探触子におい
ては高速の切換え動作ができないため、バイオプシにお
ける超音波診断動作を実現することができないという問
題があった。
になされたもので、超音波走査領域を360度確保する
ことができ、小型且つ軽量で、小さい駆動力により高速
に走査可能な3次元走査用超音波探触子を提供すること
を目的とする。
走査式の3次元走査用超音波探触子は、複数個の超音波
振動子を備えた電子走査式超音波トランスデューサを保
持する素子固定ロータと、該素子固定ロータを回転可能
に保持するフレームと、素子固定ロータを回転駆動させ
る駆動装置とを具備し、前記フレーム及び素子固定ロー
タを中空パイプ状とし、前記フレームが素子固定ロータ
の内部に挿入された2重パイプ状に構成するようにした
ものである。
側に被せるように構成したことにより、フレームが超音
波走査領域内に入らないことにより、超音波スキャン
(走査)領域を360度確保することができる操作性の
優れた3次元走査用超音波探触子が得られる。
査用超音波探触子は、複数個の超音波振動子を備えた電
子走査式超音波トランスデューサを保持する素子固定ロ
ータと、該素子固定ロータを回転可能に保持するフレー
ムと、素子固定ロータを回転駆動させる駆動装置と、超
音波トランスデューサに接続され該超音波トランスデュ
ーサへ入出力する電気信号を伝送するケーブルとを具備
し、前記ケーブルに可撓性基板を用い、前記素子固定ロ
ータにゼンマイ状に巻き付ける構成としたものである。
素子固定ロータにその回転方向にゼンマイ状に巻き付け
るように構成したことにより、小型且つ軽量で、小さい
駆動力により高速に走査可能な操作性の良い電子−機械
走査式の3次元走査用超音波探触子が得られる。
は、複数個の超音波振動子を備えた電子走査式の超音波
トランスデューサを保持する素子固定ロータと、該素子
固定ロータを回転可能に保持するフレームと、前記素子
固定ロータを回転駆動させる駆動装置とを具備し、前記
フレーム及び素子固定ロータを中空パイプ状とし、前記
フレームが素子固定ロータの内部に挿入された2重パイ
プ状に構成するようにしたものであり、素子固定ロータ
が360度のいかなる角度をとっても、フレームが超音
波断層像を得る障害とならず、超音波スキャンができる
という作用を有する。
超音波振動子を備えた電子走査式の超音波トランスデュ
ーサを保持する素子固定ロータと、該素子固定ロータを
回転可能に保持するフレームと、前記素子固定ロータを
回転駆動させる駆動装置と、前記超音波トランスデュー
サに接続され該超音波トランスデューサへ入出力する電
気信号を伝送するケーブルとを具備し、該ケーブルに可
撓性基板を用い、前記素子固定ロータにゼンマイ状に巻
き付けるようにしたものであり、素子固定ロータが回転
した場合、ぜんまい状の可撓性基板の巻が緩みもしくは
締まることにより、ケーブルの固定部分と回転部分間の
捩れを軽い負荷で吸収することができるため、小さい駆
動力により高速に走査可能であるという作用を有する。
元走査用超音波探触子が、前記超音波トランスデューサ
に接続され該超音波トランスデューサへ入出力する電気
信号を伝送するケーブルを具備し、該ケーブルに可撓性
基板を用い、前記素子固定ロータにゼンマイ状に巻き付
けるようにしたものであり、360度超音波スキャンが
できる上、素子固定ロータが回転した場合、ぜんまい状
の可撓性基板の巻が緩みもしくは締まることにより、ケ
ーブルの固定部分と回転部分間の捩れを軽い負荷で吸収
することができるため、小さい駆動力により高速に走査
可能であるという作用を有する。
装置を回転数可変且つ任意の角度で停止することができ
る駆動力を有するサーボモータにより構成するようにし
たものであり、該駆動装置を、例えば、3rpmから6
00rpmの広い範囲で可変速とし、且つ任意の角度で
停止しうるサーボモータで構成することができるため、
回転方向及び回転数を制御するために特別の機構を必要
としないという作用を有する。
波振動子をリニアアレイ又はコンベックスアレイで構成
するようにしたものであり、各種多様な角度から見た超
音波断層画像が得られるという作用を有する。
本発明の実施の形態を詳細に説明する。 (第1の実施の形態)まず、図1及び図2を参照して、
本発明の第1の実施の形態における3次元走査用超音波
探触子の構成について説明する。図1は素子固定ロータ
及びフレームの一部をカットして内部を見せた本発明の
第1の実施の形態における3次元走査用超音波探触子の
全体の構成を示す斜視図、図2はトランスデューサ及び
素子固定ロータからなる3次元走査用超音波探触子の本
体部(以下、トランスデューサ部ともいう)の構成を示
す図であり、(A)は図1に示す本発明の第1の実施の
形態における3次元走査用超音波探触子のトランスデュ
ーサ部の正面図((B)の左方から見た図)、(B)は
その側面図、(C)は従来の超音波探触子のトランスデ
ューサ部の正面図、(D)はその側面図である。
換を行う超音波振動子を複数個直列に配列したトランス
デューサ、2はトランスデューサ1を保持する素子固定
ロータ、4はボールベアリング、5はボールベアリング
4を介して素子固定ロータ2を回転自在に保持するフレ
ームである。尚、図1では、説明のため、素子固定ロー
タ2及びフレーム5の一部をカットして内部を示すよう
にした。
4により構成され、フレーム5に固定されて素子固定ロ
ータ2を回転駆動する駆動装置、7は素子固定ロータ2
に対し駆動装置6からの駆動力を伝達するドライブシャ
フト、8はトランスデューサ1に電気信号を伝送するケ
ーブルである。
固定ロータ2及びフレーム5は図1に示すものと同様で
あるから、再度の説明は省略する。更に、10は従来の
トランスデューサ部におけるフレーム、11は本実施の
形態におけるトランスデューサ1から超音波を送受信し
て得られる超音波振動子配列方向の超音波断層画像(ま
た、超音波断層画像取得領域を示す)、12Aは本実施
の形態における素子固定ロータ2を任意に回転した位置
で走査しうる円周方向に対する超音波走査可能領域を示
し、12Bは従来の超音波探触子の素子固定ロータ2を
回転して走査できる円周方向に対する超音波走査可能領
域を示す。
第1の実施の形態における3次元走査用超音波探触子の
動作について説明する。まず、図2の(A)及び(B)
において、3次元走査用超音波探触子を制御する超音波
診断装置(図示せず)からの指令により、駆動装置6
(図1)が回転し、その回転角度信号が超音波診断装置
に伝送される。超音波診断装置は、回転角度信号によ
り、トランスデューサ1の回転角度を算出し、所望の回
転角度毎に、たとえば10度毎にトランスデューサ1に
より電子走査を行い、1枚以上の超音波断層像11を得
る。尚、この所望の角度における電子走査中は、駆動装
置を停止させてもかまわないし、また回転が十分に低速
であれば、停止させずに回転動作を行ったまま電子走査
してもかまわない。
内部に構成されているため、12Aに示すように、36
0度全周に亘って超音波断層画像11を得ることができ
る。しかし、図2の(C)及び(D)に示す従来の超音
波探触子の構成では、図2の(C)の12Bに示すよう
に、円周方向に対する超音波走査可能領域の間にフレー
ム10が存在するよう構成されるため、一部超音波断層
画像を得ることができない円周方向領域ができる。
走査用超音波探触子によると、360度全周に亘って超
音波断層像が得られるという優れた効果が得ることがで
きる。また、3次元走査用超音波探触子を体腔内に挿入
して使用する場合には、挿入部先端にトランスデューサ
1を配置することができるので、より挿入部を小型化す
ることができるという利点を有する。
を参照して、本発明の第2の実施の形態における3次元
走査用超音波探触子の構成及び動作について説明する。
図3は本発明の第2の実施の形態における3次元走査用
超音波探触子のトランスデューサ部を示す図であり、
(A)は側面図、(B)は底面図(側面図の右方から見
た図)、図4は図3に示すトランスデューサ部の底面図
であり、(A)はトランスデューサ部の基準位置(初期
位置)を示す図、(B)は時計方向に90度回転した状
態を示す図、(C)は時計方向に180度回転した状態
を示す図、(D)は時計方向に270度回転した状態を
示す図である。
固定ロータ2及びフレーム5は図1に示すものと同様で
あるから、再度の説明は省略する。本実施の形態におい
ては、更に図1に示すケーブル8に代わり、一端が素子
固定ロータ2に固定されそこから素子固定ロータ2に巻
き付けるようゼンマイ状に構成され、トランスデューサ
1に対し電気信号を伝送するようにした可撓性基板9
と、可撓性基板9の他の片端を固定する小片13とによ
り構成される。
の実施の形態における3次元走査用超音波探触子の動作
について説明する。まず、素子固定ロータ2が初期位置
(基準位置)にいる時には、可撓性基板9のゼンマイ状
部は巻がゆるんだ状態である。次に、前記素子固定ロー
タ2が時計方向に回転を始めると、可撓性基板9のぜん
まい状部の巻が回転角度に応じて締まり始める。素子固
定ロータ2が所定の角度、もしくは360度回転したと
ころで一旦停止し、逆回転して、初期位置に戻る。その
間で、超音波スキャンを実行する。この場合、複数枚の
可撓性基板9を重ねて使用してもかまわない。
ば、ケーブルの固定部分と回転部分間の捩れによる負荷
は軽く、また、素子固定ロータ2の回転による可撓性基
板9の撓みによる負荷も少なくなり、小さい駆動力によ
り容易に吸収することができる。
を参照して、本発明の第3の実施の形態における3次元
走査用超音波探触子について説明する。図5は本発明の
第3の実施の形態における3次元走査用超音波探触子の
構成を示す図であり、(A)は正面図、(B)は側面
図、図6は図5に示す3次元走査用超音波探触子の動作
を説明するためにそのトランスデューサ部を示す図であ
り、(A)は3次元スキャン(走査)動作の説明図、
(B)は2次元スキャン動作の説明図、(C)は(B)
以外の任意角度における2次元スキャン動作の説明図で
ある。
固定ロータ2、フレーム5及びドライブシャフト7は図
1に示すものと同様であるから、再度の説明は省略す
る。本実施の形態においては、更に、図1に示す駆動装
置6として、回転数可変であり且つ任意の角度で停止す
ることができる駆動力を有するサーボモータにより構成
したモータ14と、モータ14の回転角度を検出するエ
ンコーダ15とにより構成される。尚、モータ14の出
力軸(図示せず)とドライブシャフト7及びエンコーダ
15の検出軸(図示せず)とは連結されており、モータ
14の回転角度とドライブシャフト7、素子固定ロータ
2及びエンコーダ15の検出軸の回転角度とは同一であ
る。
された本発明の第3の実施の形態における3次元走査用
超音波探触子の動作について説明する。図6の(A)は
3次元走査用超音波探触子による3次元的スキャンの動
作を説明する図であり、素子固定ロータ2の回転にとも
なって、エンコーダ15から回転角度信号が超音波診断
装置に伝送され、所定の角度毎にトランスデューサ1の
電子走査を行うことにより、複数枚の超音波断層画像1
9を得ることができる。この動作を素子固定ロータ2の
回転の全周に亘って行うことにより、360度に対する
複数枚の超音波断層画像19を得ることができる。得ら
れた複数枚の超音波断層画像19により3次元超音波断
層画像を得ることができる。
ダ15(図5)からなる駆動装置を3rpmから600
rpmの回転速度により、例えば360度往復回転さ
せ、トランスデューサ1の一部分のみを使用して超音波
の送受信を行うことにより2次元的スキャン動作を行う
ことを説明する図であり、それによって、超音波振動子
の配列方向に直交する断面の超音波断層画像16を、例
えば1秒間に10枚得ることができる。また、トランス
デューサ1の使用する超音波振動子を電気的に制御して
別の位置にある超音波振動子に変更使用することによ
り、3次元走査用超音波探触子を物理的に移動させなく
とも、超音波振動子の配列方向の広い範囲に亘ってその
配列方向に直交する断面を走査することが可能となる。
の角度で停止させて、トランスデューサ1に電子走査さ
せることにより、3次元走査用超音波探触子を物理的に
移動させることなく、任意の角度における超音波振動子
配列方向の超音波断層画像を得ることができることを示
す。尚、以上の説明では、超音波振動子をトランスデュ
ーサ1の直線方向に配置したリニアアレイで構成した例
について説明したが、超音波振動子を円周方向に円弧状
に配置したコンベックスアレイで構成しても同様に実施
可能であり、多様な超音波断層画像を得ることができ
る。
特に、フレーム及び素子固定ロータを中空パイプ状と
し、該フレームが素子固定ロータの内部に挿入された2
重パイプ状に構成し、更にトランスデューサに対する電
気信号を伝送するケーブルに可撓性基板を用いて素子固
定ロータにゼンマイ状に巻き付けるように構成するとと
もに、駆動装置に可変速制御可能且つ任意の角度で停止
可能なサーボモータで構成することにより、超音波スキ
ャン領域を360度確保することができ、小型且つ軽量
で、小さい駆動力により高速に走査可能であり、回転方
向・回転数を制御するために特別の機構を必要としない
という操作性に優れた3次元走査用超音波探触子を得る
ことができる。
て内部を見せた本発明の第1の実施の形態における3次
元走査用超音波探触子の全体の構成を示すその斜視図
3次元走査用超音波探触子のトランスデューサ部の構成
を示す図であり、 (A)は図1に示す本発明の第1の実施の形態における
3次元走査用超音波探触子のトランスデューサ部の正面
図 (B)はその側面図 (C)は従来の超音波探触子のトランスデューサ部の正
面図 (D)はその側面図
用超音波探触子のトランスデューサ部を示す図であり、 (A)は側面図 (B)は底面図
可撓性基板の動作を説明するためのトランスデューサ部
の底面図であり、 (A)はトランスデューサ部の基準位置(初期位置)を
示す図 (B)は時計方向に90度回転した状態を示す図 (C)は時計方向に180度回転した状態を示す図 (D)は時計方向に270度回転した状態を示す図
用超音波探触子の構成を示す図 (A)は正面図 (B)は側面図
説明するためにそのトランスデューサ部を示す図であ
り、 (A)は3次元スキャン動作の説明図 (B)は2次元スキャン動作の説明図 (C)は(B)以外の任意角度における2次元スキャン
動作の説明図
探触子)の構成を示す図
Claims (5)
- 【請求項1】複数個の超音波振動子を備えた電子走査式
の超音波トランスデューサを保持する素子固定ロータ
と、該素子固定ロータを回転可能に保持するフレーム
と、前記素子固定ロータを回転駆動させる駆動装置とを
具備し、前記フレーム及び素子固定ロータを中空パイプ
状とし、前記フレームが素子固定ロータの内部に挿入さ
れた2重パイプ状に構成することを特徴とする電子−機
械走査式の3次元走査用超音波探触子。 - 【請求項2】複数個の超音波振動子を備えた電子走査式
の超音波トランスデューサを保持する素子固定ロータ
と、該素子固定ロータを回転可能に保持するフレーム
と、前記素子固定ロータを回転駆動させる駆動装置と、
前記超音波トランスデューサに接続され該超音波トラン
スデューサへ入出力する電気信号を伝送するケーブルと
を具備し、該ケーブルに可撓性基板を用い、前記素子固
定ロータにゼンマイ状に巻き付けるようにしたことを特
徴とする電子−機械走査式の3次元走査用超音波探触
子。 - 【請求項3】前記3次元走査用超音波探触子は、前記超
音波トランスデューサに接続され該超音波トランスデュ
ーサへ入出力する電気信号を伝送するケーブルを具備
し、該ケーブルに可撓性基板を用い、前記素子固定ロー
タにゼンマイ状に巻き付けるようにしたことを特徴とす
る請求項1記載の3次元走査用超音波探触子。 - 【請求項4】前記駆動装置を回転数可変且つ任意の角度
で停止することができる駆動力を有するサーボモータに
より構成することを特徴とする請求項1、2または3記
載の3次元走査用超音波探触子。 - 【請求項5】前記超音波振動子をリニアアレイ又はコン
ベックスアレイで構成することを特徴とする請求項1、
2、3または4記載の3次元走査用超音波探触子。
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JP17121597A JP3490593B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 3次元走査用超音波探触子 |
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1997
- 1997-06-13 JP JP17121597A patent/JP3490593B2/ja not_active Expired - Fee Related
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