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技術 超音波プローブ

出願人 株式会社日立製作所
発明者 高橋智雄
出願日 2017年8月28日 (3年5ヶ月経過) 出願番号 2017-162964
公開日 2019年3月14日 (1年11ヶ月経過) 公開番号 2019-037606
状態 特許登録済
技術分野 超音波診断装置 超音波変換器
主要キーワード 円形台座 揺動軸部材 非回転軸 湾曲体 媒体室内 中間軸部材 非保持状態 取付け端
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年3月14日)のものです。
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図面 (12)

課題

体腔内挿入型超音波プローブを軽量化する。

解決手段

ネック部28と軸状部30とにより中間部が構成されている。中間部における前側部分の中にモータ54が配置されている。その配置に際しては片持ち方式が採用されている。モータ54は、軸状部30の中心軸上に沿って配置されており、中心軸方向に伸長した形態を有する。モータ54で生じた駆動力走査機構60に伝達される。走査機構60によって振動子部62が揺動運動を行う。

概要

背景

医療の分野において超音波診断装置活用されている。超音波診断装置は、一般に、装置本体と超音波プローブにより構成される。超音波プローブとして、体表当接型の超音波プローブ、及び、体腔内挿入型の超音波プローブが知られている。後者の例として、経膣プローブ経直腸プローブ経食道プローブ等があげられる。体腔内でボリュームデータ三次元データ)を取得する場合、例えば、機械走査型の3Dプローブが利用される。

機械走査型の3Dプローブは、振動子ユニット及び走査機構を収容した先端部、先端部から伸びた中間部、並びに、中間部に連なる操作部を有する。先端部及び中間部が挿入部を構成し、その挿入部が体腔内に挿入される。先端部内には通常、音響媒体充填されている。音響媒体の中で振動子ユニットを機械走査するためには、相応駆動力を生成する駆動源を3Dプローブ内に設ける必要がある。

特許文献1−3には超音波プローブが開示されている。その超音波プローブにおいては、スペース的に比較的余裕があるグリップ内モータが配置されている。モータで生じた駆動力が、中間部に挿通されたシャフト等の駆動力伝達部材を介して、先端部内の走査機構へ伝達されている。特許文献1−3には、先端部内の詳細な構造、特に振動子部の詳細な構造については、開示されていない。

概要

体腔内挿入型の超音波プローブを軽量化する。ネック部28と軸状部30とにより中間部が構成されている。中間部における前側部分の中にモータ54が配置されている。その配置に際しては片持ち方式が採用されている。モータ54は、軸状部30の中心軸上に沿って配置されており、中心軸方向に伸長した形態を有する。モータ54で生じた駆動力が走査機構60に伝達される。走査機構60によって振動子部62が揺動運動を行う。

目的

本発明の目的は、体腔内に挿入される先端部を備えた機械走査型の超音波プローブを軽量化することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

体腔内に挿入される部分であって、振動子部と前記振動子部を機械的に走査する走査機構とを収容した先端部と、使用者に握られる操作部と、前記先端部と前記操作部との間に設けられ、前記走査機構に伝達される駆動力を生成する駆動源を収容した中間部と、を含むことを特徴とする超音波プローブ

請求項2

請求項1記載の超音波プローブにおいて、前記中間部は前記先端部に連なる前側部分を有し、前記駆動源は前記前側部分の内部に配置された、ことを特徴とする超音波プローブ。

請求項3

請求項2記載の超音波プローブにおいて、前記駆動源の先端部分が前記先端部内又は前記中間部内に配置された保持部材によって片持ち方式で保持された、ことを特徴とする超音波プローブ。

請求項4

請求項3記載の超音波プローブにおいて、前記中間部は、軸状部と、前記軸状部に連なるネック部と、を有し、前記先端部は前記軸状部よりも肥大しており、前記ネック部は前記軸状部側から前記先端部側へ徐々に肥大した形態を有し、前記保持部材は前記ネック部の内部に配置されている、ことを特徴とする超音波プローブ。

請求項5

請求項4記載の超音波プローブにおいて、前記軸状部は第1中心軸を有し、前記駆動源は前記中間部の内部において前記第1中心軸上に配置され、前記駆動源は前記第1中心軸に沿って伸長した形態を有する、ことを特徴とする超音波プローブ。

請求項6

請求項5記載の超音波プローブにおいて、前記先端部は前記第1中心軸と並行な関係を有し且つ前記第1中心軸からシフトした位置に設けられた第2中心軸を有し、前記電子走査方向中点及び前記機械走査方向の中点が前記第2中心軸上にある、ことを特徴とする超音波プローブ。

請求項7

請求項3記載の超音波プローブにおいて、前記中間部は、中空樹脂ケースと、前記樹脂ケース内に配置され、前記駆動源を収容しつつ前記保持部材に連結された金属管と、を含むことを特徴とする超音波プローブ。

請求項8

請求項1記載の超音波プローブにおいて、前記中間部は前記駆動源の周囲に生じたリング状の隙間を有し、前記振動子部から出た配線部材が前記リング状の隙間を通過して前記操作部まで伸びている、ことを特徴とする超音波プローブ。

請求項9

請求項8記載の超音波プローブにおいて、前記配線部材は信号ライン列を有する少なくとも1つの配線シートを含み、前記配線シートは前記リング状の隙間を通過している部分としての駆動源近接部分を含み、前記配線シートにおける少なくとも前記駆動源近接部分が、前記信号ライン列の一方側に設けられた第1グラウンド面電極と、前記信号ライン列の他方側に設けられた第2グラウンド面電極と、を有する、ことを特徴とする超音波プローブ。

技術分野

0001

本発明は超音波プローブに関し、特に体腔内挿入型の超音波プローブに関する。

背景技術

0002

医療の分野において超音波診断装置活用されている。超音波診断装置は、一般に、装置本体と超音波プローブにより構成される。超音波プローブとして、体表当接型の超音波プローブ、及び、体腔内挿入型の超音波プローブが知られている。後者の例として、経膣プローブ経直腸プローブ経食道プローブ等があげられる。体腔内でボリュームデータ三次元データ)を取得する場合、例えば、機械走査型の3Dプローブが利用される。

0003

機械走査型の3Dプローブは、振動子ユニット及び走査機構を収容した先端部、先端部から伸びた中間部、並びに、中間部に連なる操作部を有する。先端部及び中間部が挿入部を構成し、その挿入部が体腔内に挿入される。先端部内には通常、音響媒体充填されている。音響媒体の中で振動子ユニットを機械走査するためには、相応駆動力を生成する駆動源を3Dプローブ内に設ける必要がある。

0004

特許文献1−3には超音波プローブが開示されている。その超音波プローブにおいては、スペース的に比較的余裕があるグリップ内モータが配置されている。モータで生じた駆動力が、中間部に挿通されたシャフト等の駆動力伝達部材を介して、先端部内の走査機構へ伝達されている。特許文献1−3には、先端部内の詳細な構造、特に振動子部の詳細な構造については、開示されていない。

先行技術

0005

特開平2−167150号公報
特開平2−55050号公報
特開2005−168614号公報

発明が解決しようとする課題

0006

体腔内に挿入される先端部を備えた機械走査型の超音波プローブにおいて、操作部内に駆動源を設ける場合、中間部内にかなり長い駆動力伝達部材を配置しなければならず、その分だけ超音波プローブが重くなる。また、操作部の形状に制約が生じる。なお、先端部内にはスペース的な余裕はほとんどなく、寧ろより一層の小型化が求められている。

0007

本発明の目的は、体腔内に挿入される先端部を備えた機械走査型の超音波プローブを軽量化することにある。あるいは、本発明の目的は、走査機構に対して駆動源を近付けられるようにすることにある。

課題を解決するための手段

0008

実施形態に係る超音波プローブは、体腔内に挿入される部分であって、振動子部と前記振動子部を機械的に走査する走査機構とを収容した先端部と、使用者に握られる操作部と、前記先端部と前記操作部との間に設けられ、前記走査機構に伝達される駆動力を生成する駆動源を収容した中間部と、を含む。

0009

上記構成によれば、中間部内に駆動源が設けられているので、駆動源から走査機構までの間の駆動力伝達機構を小さく又は簡易にでき、これにより超音波プローブを軽量化できる。また、操作部内に駆動源を設ける必要がないので、操作部の形状に自由度がもたらされる。駆動力伝達のために中間部及び操作部からなる部分を直線状の形態とする必要もなくなる。振動子部は、超音波送受波する少なくとも1つの振動素子を有し、実施形態においては複数の振動素子を有する。

0010

実施形態において、前記中間部は前記先端部に連なる前側部分を有し、前記駆動源は前記前側部分の内部に配置されている。この構成によれば、駆動源を走査機構に近付けることが可能であり、超音波プローブをより軽量化できる。もっとも、重量バランスその他の理由から、中間部の中央部分や後側部分の内部に駆動源を配置してもよい。

0011

実施形態において、前記駆動源の先端部分は、前記先端部内又は前記中間部内に配置された保持部材によって片持ち方式で保持されている。この構成によれば、両持ち方式を採用する場合に比べ、部品点数を削減できる。また、中間部の内部に複雑な構造物を設ける必要もなくなる。もっとも、振動の抑制、確実な保持等の観点から、駆動源における複数の箇所を複数の保持部材で保持するようにしてもよい。

0012

実施形態において、前記中間部は、軸状部と、前記軸状部に連なるネック部と、を有し、前記先端部は前記軸状部よりも肥大しており、前記ネック部は前記軸状部側から前記先端部側へ徐々に肥大した形態を有し、前記保持部材は前記ネック部の内部に配置されている。ネック部にはスペース的な余裕が生じ易いので、その内部空間に保持部材が配置される。先端部内の構造体によって駆動源の先端部分が保持されてもよい。

0013

実施形態において、前記軸状部は第1中心軸を有し、前記駆動源は前記中間部の内部において前記第1中心軸上に配置され、前記駆動源は前記第1中心軸に沿って伸長した形態を有する。この構成によれば、重量バランスを良好にできる。また、中間部の内部空間を活用できる。駆動源として細長いモータ等を利用すれば軸状部の外径を小さくできる。あるいは、軸状部における内部空間に挿入可能な駆動源が利用される。

0014

実施形態において、前記先端部は前記第1中心軸と並行な関係を有し且つ前記第1中心軸からシフトした位置に設けられた第2中心軸を有し、前記電子走査方向中点及び前記機械走査方向の中点が前記第2中心軸上にある。この構成は、第2中心軸のシフト方向に先端部が肥大化していることを前提とするものである。シフト方向とは逆の方向への先端部の肥大化を抑制すれば、軸状部に近接した状態で穿刺針を配置しても、穿刺針が先端部に当たり難くなる。

0015

実施形態において、前記中間部は、中空樹脂ケースと、前記樹脂ケース内に配置され、前記駆動源を収容しつつ前記保持部材に連結された金属管と、を含む。金属管は中間部の骨格をなし、つまり金属管によって中間部の剛性を高められる。金属管により、外部からの電磁ノイズ進入を抑制できる効果も期待できる。金属管が保持部材を介して先端部内の構造体へ間接的に連結されてもよい。そのような構成によれば、先端部と中間部との間の連結部分構造的強化できる。

0016

実施形態において、前記中間部は前記駆動源の周囲に生じたリング状の隙間を有し、前記振動子部から出た配線部材が前記リング状の隙間を通過して前記操作部まで伸びている。配線部材が複数の配線用シート積層体として構成され、その積層体が隙間を通過する構成を採用してもよい。あるいは、複数の配線用シートが分散状態で隙間を通過する構成を採用してもよい。

0017

実施形態において、前記配線部材は信号ライン列を有する少なくとも1つの配線シートを含み、前記配線シートは前記リング状の隙間を通過している部分としての駆動源近接部分を含み、前記配線シートにおける少なくとも前記駆動源近接部分が、前記信号ライン列の一方側に設けられた第1グラウンド面電極と、前記信号ライン列の他方側に設けられた第2グラウンド面電極と、を有する。

0018

この構成によれば、信号ライン列が一対のグラウンド面電極によって挟まれているので、信号ライン列への駆動源からの電磁ノイズの進入が抑制される。信号ライン間での電気的なクロストークの軽減も期待される。中間部の全体にわたって上記構成を採用するようにしてもよい。先端部内において、振動子部から複数の配線シートが引き出される構成を採用する場合、振動子部の機械的走査における負荷を軽減するために、配線シートを軽量化してもよい。例えば、信号ライン列の一方側のみグラウンド面電極を設けてもよい。

発明の効果

0019

本発明によれば、超音波プローブを軽量化できる。あるいは、本発明によれば、走査機構に対して駆動源を近付けられる。

図面の簡単な説明

0020

実施形態に係る超音波プローブを示す側面図である。
先端部及びネック部を示す透視図である。
中間部内に配置されたモータを示す透視図である。
先端部内の構造を示す透視図である。
実施形態に係る超音波プローブのyz断面を示す断面図である。
実施形態に係る超音波プローブのxz断面を示す断面図である。
振動子部及び走査機構の一部を拡大して示す断面図である。
振動子部及び軸部材を示す模式図である。
断面位置を示す側面図である。
図9に示された断面位置に対応する断面図である。
配線用シート束を示す図である。

実施例

0021

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

0022

図1には、実施形態に係る超音波プローブ10が示されている。この超音波プローブ10は、体腔内挿入型且つ機械走査型の3Dプローブである。体腔として、直腸食道等が挙げられる。図1に示す構成例においては、超音波プローブ10に対して穿刺用アダプタ12が装着されている。穿刺用アダプタ12は、穿刺針14を保持又は案内する器具である。穿刺を行う場合には、超音波プローブ10に対して穿刺用アダプタ12が装着され、穿刺を行わない場合には、超音波プローブ10から穿刺用アダプタ12が取り外される。

0023

超音波プローブ10は、本体16、ケーブル18、及び、図示されていないコネクタを有する。超音波プローブ10のコネクタは、図示されていない超音波診断装置本体のコネクタに対して、物理的に及び電気的に接続される。本体16は、大別して、挿入部20と操作部22とにより構成される。挿入部20が体腔内へ挿入し得る部分である。挿入部20は、挿入方向であるz方向に伸長した形態を有する。操作部22は、使用者(医師等)によって握られる部分である。操作部22も概ねz方向に伸長した形態を有する。但し、操作部22の中心軸(中心線)36は、後述する軸状部30の中心軸32に対して、y方向正側へシフトしている。操作部22の前側は移行部分44であり、その中心軸34は、中心軸32及び中心軸36の間を跨ぎつつ傾斜している。その結果、本体16がクランク形状を有している。

0024

操作部22における棒状のグリップ部分の上側には隙間42が生じている。このような構成により、また、先端部24が上側にはほとんど肥大していないことにより、穿刺針14を本体16に近付けることが可能となっている。

0025

挿入部20は、先端部24及びそれに連なる中間部26により構成されている。先端部24は、ヘッド部であり、その内部には振動子部及び走査機構が設けられている。具体的には、先端部24内に媒体室が形成されており、その媒体室内において振動子部が機械的に走査される。先端部24は中心軸38を有する。中心軸38は、軸状部30の中心軸32から、y方向正側へシフトしている。そのシフト量が符号40で示されている。

0026

中間部26は、棒状又は円柱状の軸状部30、及び、その前側に連なるネック部28を有する。ネック部28は、軸状部30側から先端部24側へ徐々に肥大した形態を有する。先端部24は軸状部30よりも肥大している。先端部24及びネック部28は、軸状部30から見て、肥大部41と言い得る。先端部24はそのシフト方向に肥大している。

0027

実施形態に係る超音波プローブ10においては、以下に説明するように、中間部26の前側部分26Aの内部に駆動源としてのモータが配置されている。そこで生じた駆動力が走査機構に伝達され、走査機構によって振動子部が機械的に走査される。また、実施形態に係る超音波プローブ10においては、以下に説明するように、先端部24の内部構造として、それを小型化及び軽量化することが可能な構造が採用されている。

0028

図2には、先端部24及び中間部26の内部が示されている。なお、図1においてはy方向が下方を向いていたが、図2においてはy方向が上方を向いている。

0029

先端部24はケース先端部ケース)52を有し、ケース52の内部には気密性を有する媒体室58が形成されている。媒体室58には、絶縁性をもった油等の音響伝搬媒体が充填されている。媒体室58の内部において、振動子部62が走査機構60により機械的に走査される。具体的には、後述する軸部材の回転軸(中心軸)64周りにおいて振動子部62が揺動運動を行う。回転軸64はy方向に対して平行である。

0030

図2において、円弧状の電子走査方向がθ方向として示されており、円弧状の機械走査方向がφ方向として示されている。各走査方向の中点は先端部24の中心軸(図1中の符号38を参照)上にある。振動子部62は、θ方向に並んだ例えば百数十個の振動素子からなる振動素子アレイを有する。超音波ビーム電子走査を繰り返し行いながら、振動子部62が一方方向及び他方方向に繰り返し機械的に走査される。これにより三次元エコーデータ取込み領域が繰り返し形成される。図示されていない超音波診断装置本体においては、三次元エコーデータ取込み領域から取得されたボリュームデータに基づいて超音波画像が形成される。

0031

先端部24内には骨格又は土台として機能する構造体56が設けられている。構造体56は金属によって構成されている。構造体56によって走査機構60が直接的に保持されており、また構造体56によって振動子部62が間接的に保持されている。構造体56は、ケース52と共に、媒体室58を画定する隔壁としても機能している。

0032

中間部26は、軸状部30及びネック部28の外皮をなす筒状のケース(中間部ケース)50を有する。このケース50及び上記ケース52はいずれも絶縁性をもった樹脂によって構成されている。ケース52における少なくとも超音波透過部分は、生体音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する材料によって構成される。

0033

既に説明したように、中間部26における前側部分の内部には駆動源としてのモータ54が配置されている。モータ54の先端部分がネック部28内の保持部材(後述するホルダ)によって片持ち方式で保持されている。モータ54は、軸状部30の中心軸(図1中の符号32を参照)上に配置され、その中心軸に沿って伸長した細長い形態を有する。具体的には、モータ54は円柱状の形態を有する。モータ54は、例えば、ブラシレスモータである。他のタイプのモータが利用されてもよい。モータ以外の駆動源が利用されてもよい。

0034

図3は中間部の透視図であり、そこにはモータ54が現れている。上記のように、中間部は軸状部30とネック部28とにより構成される。ケース50は中空の筒状部材である。ネック部28の内部には筒状形態を有するホルダ66が配置されている。ホルダ66は第1部分66A及び第2部分66Bにより構成され、図示された構成では、第1部分66Aがモータ54の先端部分54Aを保持している。その保持の方式は片持ち方式であり、モータ54の後端部分54Bが非保持状態とされている。片持ち方式を採用することにより、部品点数を削減でき、また組立性を良好にできる。ちなみに、第2部分66Bの内部にはカップリング67が回転可能に配置されている。カップリング67は、モータ軸駆動力伝達用のシャフトとを連結する部材である。

0035

ホルダ66は、先端部内の構造体(図2の符号56参照)に連結されている。結局、その構造体がモータ54を間接的に保持している。モータ54の周囲には、より具体的には、モータ54と後述する金属パイプとの間には、リング状の隙間55が生じている。その隙間55を配線部材が通過している。モータ54の回転角度を検出するセンサが設けられているが、そのセンサについては図示省略されている。ネック部28の内部には軸状部30の内部に比べてスペース的な余裕があるので、ネック部28の内部空間に対してモータ54の先端部分を保持するホルダ66が設けられている。もっとも、モータ54の先端部分が先端部内の構造体によって直接的に保持されてもよい。ネック部28の内部においてホルダ66に隣接して生じた空き空間図3においてホルダ66の左側の空間)が配線部材を通す空間として利用される。

0036

図4には先端部内の構造が示されている。構造体56は、円形台座としての基部56Aと、フレームをなす支持部56Bと、により構成される。基部56Aと支持部56Bは一体化されてもよい。支持部56Bは、中空構造を有し、支持部56Bの内部には、中間軸部材及び複数の歯車等が収容されている。既に説明したように、先端部内には、気密室としての媒体室58が形成されており、その媒体室58内に、走査機構60及び可動体としての振動子部62が配置されている。

0037

走査機構60は、軸受け部材70、軸部材76、及び、伝達機構80を有する。軸部材76は、振動子部62を揺動運動させるための部材である。軸部材76の中心軸(中心線)周りにおいて振動子部62が回転運動する。伝達機構については後に説明する。

0038

軸受け部材70は、取付け端部71、中間部72、第1軸受け端部(第1軸受け)74A、及び、第2軸受け端部(第2軸受け)74Bを有する。取付け端部71は、肥大した板状の形態を有し、取付け端部71が支持部56Bの取付け面上に固定されている。取付け端部71に連なる中間部72は軸部材76に沿って伸長している。中間部72における取付け端部71側の第1位置に第1軸受け端部74Aが連結されておりており、中間部72における取付け端部71から離れた第2位置に第2軸受け端部74Bが連結されている。各軸受け端部74A,74Bは、リング状の形態を有し、それぞれベアリングを有している。第1位置は、先端部の中心軸が通過する位置又はその近傍位置である。回転軸上において、第1位置の一方側に第2位置が設定されており、第1位置の他方側に第3位置が設定されている。第3位置には、後述する平歯車90が設けられている。

0039

中間部72及び2つの軸受け端部74A,74Bの全体は二股状形態を構成している。回転軸上において相互に離れた2つの位置において2つの軸受け端部74A,74Bによって軸部材76が回転可能に保持されている。これにより軸部材76の保持状態が安定化されている。他の位置に更に軸受け又は軸受け端部を設けるようにしてもよい。本実施形態では、軸部材76が振動子部62と一緒に回転運動するが、軸部材76を非回転軸として構成することも考えられる。実施形態においては、短尺型の軸部材76が利用されており、その軸部材76の両端部ではなく、その中央部及び一方端部が保持されている。その結果、軸部材76の他方端部に駆動力を伝達する部材を設けることが可能となっている。

0040

振動子部62は、円弧状又は半円状に湾曲した湾曲体78を有する。湾曲体78は、複数の層からなる積層体でもある。湾曲体78における積層構造は、湾曲方向(電子走査方向)のほぼ全体に及んでいる。実施形態において、湾曲体78の両端部には、軸部材76を保持する構造が設けられていない。

0041

具体的には、湾曲体78は、円弧状の電子走査方向に配列された複数の振動素子からなる振動素子アレイを有する。湾曲体78において、振動素子アレイの前側(超音波放射側)には1又は複数の整合層が設けられ、更に、1又は複数の整合層の前側には音響レンズが設けられている。音響レンズの表面が先端部ケースの内面に対して対向している。湾曲体78において、振動素子アレイの後側つまり背面側(超音波放射側とは反対側)にはバッキングが設けられている。バッキングは不要な超音波を吸収又は散乱させる材料により構成されている。

0042

湾曲体78は、台座又は骨格として機能する可動ベース81に取り付けられている。可動ベース81は、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成される。可動ベース81は、中央部分と一対の羽状部分とからなる。中央部分はの下部のような形態を有する。その中央部分の両端から一対の羽状部分が湾曲しつつ伸長している。可動ベース81は、バッキングの後面(背面)に接合される円筒面状の前面を有し、また、可動フレーム82が取り付けられる平坦な取付け面を有する。取付け面を形成したので、可動ベース81への可動フレーム82の取り付けが容易であり、また強固な取り付けを行える。

0043

可動フレーム82は、振動子部62を軸部材76に取り付けるための連結部材である。具体的には、可動フレームは、例えば、アルミニウム等の金属部材で構成される。可動フレーム82は、回転軸を保持しつつそれに固定された一対の固定部86,88を有する。また、可動フレーム82は、伝達機構80の一部をなす平歯車90を有する。平歯車90は従動歯車である。可動フレーム82の上記のような機能から見て、可動フレーム82を走査機構60に属する部材として理解するのが自然である。

0044

振動子部62の背面側には、可動ベース81の内側に構成される内部空間として、凹部75が形成されている。凹部75は、概略的に見て直方体の形状を有する。凹部75は、背面開口及び2つの側面開口を有する。凹部75には、少なくとも走査機構60の一部分が入り込んでおり、実施形態においては、走査機構60における軸部材76の全部が入り込んでいる。もっとも、軸部材76の一部分だけが凹部75内に入り込む構成を採用してもよい。実施形態においては、第1軸受け端部74A、第2軸受け端部74B、及び、可動フレーム82の主要部も、凹部75の中に配置されている。もっとも、それらの一部分が凹部75からはみ出ていてもよい。ちなみに、可動フレーム82を振動子部62の一部とみなしたとしても、背面側に開いた窪みとしての凹部に、走査機構の一部が入り込んでいることに変わりはない。

0045

振動子部62として(凹部を有しない)半円筒状の形態を採用することも可能であるが、そのような場合、半円筒部分の後側に実質的に機能していない部分が生じる。本実施形態には、その部分の全体又は一部に凹部75が形成されている。

0046

実施形態によれば、振動子部62に凹部75を形成したので、その分だけ振動子部62が軽量化されている。また、振動子部62において音響伝搬媒体から受ける抵抗が低減されている。また、実施形態によれば、凹部75の内部に軸部材76を設けたので、軸部材76が振動子部62に近付けられている。これにより、先端部の内部構造を小型化できる。また、軸部材76と振動子部62とを連結するための部材の量を低減できるので、その分だけ軽量化でき、同時に、音響伝搬媒体から可動体が受ける抵抗を低減することが可能となる。結果として、先端部を小型化及び軽量化することが可能となる。更に、振動子部62及び走査機構60で生じる抵抗が低減されるので、機械的走査で必要となる駆動力を小さくすることが可能であり、つまりモータを小型化することが可能となる。換言すれば、中間部を太くすることなく、その内部にモータを配置することが可能となる。

0047

図5及び図6を用いて、先端部24、ネック部28及び軸状部30の詳細な構造について説明する。図5はyz断面を示しており、図6はxz断面を示している。

0048

図5において、ネック部28及び軸状部30に跨って(中間部における前側部分に)モータ54が配置されている。中間部においては、絶縁材料からなる中空のケース50の中に、硬質材料、具体的には金属からなるパイプ104が配置されている。パイプ104は外骨格体として機能し、つまり挿入部の強度を高める作用を発揮する。同時に電磁波シールド作用を発揮する。パイプ104の外面はケース50の内面に密着している。パイプ104は、ステンレス等の金属により構成される。パイプ104の先端部分は、モータ54の先端部分を保持しているホルダ66に連結されている。パイプ104の先端部分であってその側面にはスリット状の開口104Aが形成されている。開口104Aを通じて配線部材106がパイプ104の内部へ進入している。パイプ104とモータ54との間にはリング状の隙間55が生じており、その隙間55を配線部材106が通過している。配線部材106は、複数のシートからなる積層体(シート束)として構成されており、シート束の状態で配線部材106が隙間55を通過している。もっとも、分散化した複数のシートを隙間55に通すようにしてもよい。なお、図5においては、先端部24内において、振動子部62から出る配線部材が図示省略されている。

0049

モータ54の軸は、カップリング67により、シャフト92に連結されている。モータ54及びシャフト92は、軸状部30の中心軸上に並んで配置されている。シャフト92の先端部分に傘歯車94が形成されている。一方、回転自在に設けられた中間軸部材100には傘歯車96が設けられている。傘歯車94と傘歯車96とが噛み合っており、前者の駆動回転により、後者が従動回転する。中間軸部材100は、一対の軸受け102によって回転自在に保持されている。一対の軸受け102及び既に説明した軸受け部材70が構造体56によって保持されている。

0050

中間軸部材100には平歯車98が固定されており、その平歯車98は振動子部62側の平歯車90と噛み合っている。平歯車98が駆動回転すると、平歯車90が従動回転する。これにより、振動子部62が、軸部材76の回転軸(中心軸)周りにおいて回転運動する。具体的には、モータ54が一方方向へ回転すると、振動子部62が機械走査方向の一方側へ揺動運動し、モータ54が他方方向へ回転すると、振動子部62が機械走査方向の他方方向へ揺動運動する。

0051

走査機構60は、伝達機構80を有し、その伝達機構80は、実施形態において、シャフト92、シャフト92の端部としての傘歯車94、中間軸部材100、平歯車98、平歯車90等を有する。走査機構60には、伝達機構80の他、軸受け部材70、軸部材76等が含まれる。もっとも、図示された具体的な構成は例示に過ぎないものである。中間軸部材を除外して、シャフト92の回転力を振動子部62へ直接的に伝達するようにしてもよい。複数の歯車の作用により、回転速度が調整されてよい。なお、シャフトの一部分はネック部28内に存在しているが、走査機構60の主要部分は先端部24内に配置されているので、走査機構60は先端部24内に配置された機構であると言い得る。もっとも、シャフト92を走査機構60以外の要素として理解してもよい。

0052

図5において、電子走査方向の一方端が+θ1として表現されており、電子走査方向の他方端が−θ1で表現されている。電子走査が行われる角度範囲は例えば−90°から+90°までの範囲である。なお、電子走査方向の中点(及び原点)は、先端部24の中心軸38上に位置している。ケース50に対してケース52が連結されている。ケース52における半球部分が生体接触部分52Aである。

0053

図6において、軸状部の中心軸32上にモータ54及びシャフト92が配置されている。中間軸部材100は、支持部56Bに固定された一対の軸受けによって回転自在に保持されている。中間軸部材100には平歯車98が固定されており、それは振動子部62側の平歯車90と噛み合っている。それらは、伝達機構80の一部を構成するものである。図6には、機械走査方向における一方端が+φ1で表現されており、機械走査方向における他方端が−φ1で表現されている。機械走査が行われる角度範囲は例えば−75°から+75°までの範囲である。なお、機械走査方向の中点(及び原点)は、先端部24の中心軸38上に位置している。

0054

図7には、先端部の一部分が拡大断面図として示されている。走査機構60は、軸部材76を有する。軸部材76は、第1及び第2軸受け端部74A,74Bによって回転自在に保持されている。一方、振動子部62は、湾曲体78及び可動ベース81を有する。符号108で示す湾曲した部分が、振動素子アレイ、1又は複数の整合層に相当している。その部分108の前側に音響レンズ110が設けられ、その部分108の後側つまり背面側にバッキング107が設けられている。湾曲体78は可動ベース81に固定されている。可動ベース81の内側には凹部75が形成されている。実施形態においては、凹部75の中に、軸部材76の全部が収容されており、また、第1及び第2軸受け端部74A,74Bの主要部分が収容されている。更に、走査機構60の一部をなす可動フレーム82も収容されている。

0055

このような構成により、先端部の小型化及び軽量化が図られている。また、振動子部62の揺動運動時に生じる負荷の低減により、駆動源としてのモータの小型化が図られている。軸部材における少なくとも一部分を凹部75内に進入させることにより、上記各利点が得られる。

0056

図8には、先端部の一部分が模式図として示されている。(A)はyz平面を示し、(B)はxy平面を示している。凹部75を幅広の溝としてみた場合、y方向が溝幅方向であり、x方向が溝中心線方向であり、z方向が溝深さ方向である。凹部75において、y方向が長手方向であり、x方向が短手方向である。符号64は軸部材76の中心軸つまり回転軸を示している。

0057

(A)に示すyz平面において、湾曲体78の背面側に可動ベース81が設けられている。可動ベース81の背面側の内側空間が凹部75である。凹部は矩形の背面開口202を有し、z方向におけるその位置が符号112で示されている。z方向における、軸部材76の両端位置が符号204,206で示されている。z方向における凹部の底の位置が符号208で示されている。z方向において、軸部材の両端の位置204,206は、いずれも背面開口202の位置112よりも、前側(z方向正側)にある。つまり、yz平面において、軸部材76の全部が凹部75内に収容されている。

0058

(B)に示すxy平面において、湾曲体78における電子走査方向の一方端部78A及び他方端部78Bの間が凹部75の背面開口202である。背面開口202は、一方端部78Aに接する一方の縁202Aと、他方端部78Bに接する他方の縁202Bと、を有する。一方の縁202Aと他方の縁202Bとの間が開口長212である。軸部材のy方向の全長210は開口長212よりも短い。つまり、xy平面においても、軸部材76の全部が凹部75内に収容されている。軸部材76の両端は、湾曲体78とは非接触状態にある。換言すれば、実施形態においては、短尺型の軸部材76が利用されている。

0059

凹部75は、背面開口202及び一対の側面開口75A,75Bを有する。一対の側面開口75A,75Bにより、振動子部において音響伝搬媒体に衝突する部分の面積が低減される。もっとも、一対の側面開口75A,75Bを塞いだ構成を採用してもよい。振動子部に対して例えば流線型を有する膨らみを設けるようにしてもよい。

0060

可動ベース81の中央部の厚さをより薄くして、凹部75の深さをより深くしてもよい。電子走査方向における湾曲体78の全長が短い場合、軸部材76の一部だけを凹部75内に入れてもよい。湾曲体78における一方端部78Aと他方端部78Bとの間を繋げるように軸部材を配置してもよい。その場合、一方端部78Aと他方端部78Bとの間において、軸部材が保持され得る。体腔内に挿入される先端部の小型化のためには、湾曲体の外側に軸受け構造を設置するのは困難である。そこで、軸部材の両端部ではなく、その両端部を除いた中間部において、軸部材を保持する構成を採用するのが望ましい。変形例として、軸部材を保持する構成(例えば複数の軸受け)の一部分が凹部に入り込む態様が考えられる。

0061

図9には、ネック部28におけるA−A断面位置が示されている。その位置に対応する断面図が図10に示されている。図10には、中間部のケース50と、先端部のケース52とが現れている。パイプ104内にはモータ54が配置されている。パイプ104における下側(y方向正側)には開口104Aが形成されている。ネック部内の空間113から開口104Aを通じて、図示されていない配線部材がパイプ104の内部に差し込まれている。

0062

図11には配線部材が例示されている。図示された配線部材116は、積層された複数の配線用シート118からなり、それはシート束を構成している。振動子部の一方側の側面から複数の配線用シート118が引き出されており、それらは適宜、折り畳まれて、シート束が構成される。そのシート束が、媒体室から構造体(隔壁)を通過してネック部の内部空間に入った上で、パイプの内部空間を通って操作部まで引き出されている。

0063

個々のシート118においては、少なくともモータ近傍部分が図11の右側に模式的に示す構造を有している。シート118は、配線シート120とグラウンドテープ122とからなる。配線シート120は、図示の例において、絶縁性材料からなるシート本体134を有し、その一方側には、面電極としてのグラウンド層126と絶縁層コーティング層)128とが形成されている。シート本体134の他方側には、配線パターンとしての信号線列130と絶縁層132とが形成されている。グラウンドテープ122は、配線シート120に近い側から遠い側にかけて、接着層142、絶縁層138、面電極としてのグラウンド層135及び絶縁層140を有する。

0064

信号線列130が一対のグラウンド層126,135によって挟まれているので、信号線列130への電磁波ノイズの進入が効果的に抑制されている。特に、モータがノイズ源となるような場合、図11に示される構成を採用するのが望ましい。先端部内においては、各シートを配線シート120単体で構成するのが望ましい。そのような構成によれば振動子部の機械走査に際しての負荷を低減できる。

0065

上記実施形態によれば、振動子部に凹部を形成したので振動子部を軽量化でき、また、振動子部が音響伝搬媒体に衝突することにより生じる負荷を低減できる。振動子部の揺動軸部材のための軸部材を凹部内に配置したので、振動子部と軸部材とを近接させることができ、走査機構を簡素化及び軽量化できる。また、走査機構が音響伝搬媒体に衝突することにより生じる負荷を低減できる。それ故、先端部を小型化及び軽量化でき、また、駆動源として小型のモータを利用することが可能となる。その結果、モータを中間部の内部に配置することが可能となっている。その構成は、超音波プローブの更なる軽量化という利点をもたらすものであり、また、操作部の形状に自由度をもたらすものである。

0066

上記の構成は、経膣プローブ、経直腸プローブ、経食道プローブ、等の体腔内挿入型プローブに適用できる。なお、先端部の内部構造については、体腔内挿入型プローブの他、体表当接型プローブに適用し得る。

0067

10超音波プローブ、16 本体、20 挿入部、22 操作部、24 先端部、26 中間部、28ネック部、30 軸状部、41肥大部、54モータ、56構造体、58媒体室、60走査機構、62振動子部、66ホルダ、70軸受け部材、75 凹部、76軸部材、78湾曲体、80伝達機構、81可動ベース。

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