特許 5667420 超音波探触子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5667420

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】超音波探触子

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20150122BHJP

   A61B 8/00 20060101ALI20150122BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20150122BHJP

【ＦＩ】

   H04R17/00 330G

   A61B8/00

   G01N29/24 504

【請求項の数】1

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2010-263863(P2010-263863)

(22)【出願日】2010年11月26日

(65)【公開番号】特開2012-95256(P2012-95256A)

(43)【公開日】2012年5月17日

【審査請求日】2013年10月28日

(31)【優先権主張番号】特願2010-219215(P2010-219215)

(32)【優先日】2010年9月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094651

【弁理士】

【氏名又は名称】大川 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100123478

【弁理士】

【氏名又は名称】田邉 隆

(72)【発明者】

【氏名】那 珂 洋 二

【審査官】 武田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−１２２３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１１７７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６３８１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２６７８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４９３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ａ６１Ｂ ８／００

Ｇ０１Ｎ ２９／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長軸方向に並べられて超音波送受波面に音響レンズを有する圧電素子群を、密閉容器内に収容された回転保持台上に設け、前記圧電素子群の短軸方向に前記回転保持台を回転揺動することにより前記圧電素子群の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査し、前記密閉容器内に音響媒質としての液体を充填した短軸揺動型超音波探触子において、前記音響レンズの表面と前記密閉容器の内周面との間を長軸方向または短軸方向に伝播した後に前記音響レンズの範囲を超えて前記密閉容器内を進行する不要超音波が、前記密閉容器内のいずれかの反射部位にて反射する際に、反射後の不要超音波
が前記音響レンズの表面と前記密閉容器の内周面との間に戻る方向には反射しないようにするため、 前記密閉容器が、少なくとも診断時に被検体の体表に接するカバーと前記回転保持台を支持する容器本体とからなり、前記反射部位が前記カバー内面の一部とそれと隣接する前記容器本体の面の一部の２面からなり、前記２面のなす角度が鋭角または鈍角をなすように、前記２面のうちの一方、または両方の面を傾斜させることにより、前記不要超音波が前記２面で連続して反射した後に、反射前の進行方向とは異なる方向に進行するようにしたことを特徴とする短軸揺動型超音波探触子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検体（生体）に対して圧電素子群から超音波の送受波を行い、被検体の超音波診断のための三次元データの取り込みを行う超音波探触子に関し、とくに、圧電素子群を収納した密閉容器の内部で反射した不要超音波を防ぐようにした超音波探触子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の超音波探触子、例えば、短軸揺動型超音波探触子は、図１３に示すように、長軸方向に並べられて音響レンズ６を有する圧電素子群２を回転保持台１の水平部上に設けて、いずれも断面が凹状をした容器本体３ａとカバー３ｂとからなる密閉容器３内に収容する。回転保持台１の両端側の脚部１ａ，１ｂには軸受を設け、容器本体３ａの側壁に長軸方向に設けられた回転中心軸７と滑合するようにする。

【0003】

回転保持台１の一方の脚部１ｂに設けられた短軸方向に回転揺動する第１かさ歯車４ａは、密閉容器３の底壁を密閉・貫通した回転シャフト８に固着した第２かさ歯車４ｂと噛合する。これにより、回転保持台１と圧電素子群２を短軸方向に回転揺動し、圧電素子群２の超音波送受波面から送受波される超音波を圧電素子群２の短軸方向に機械的に走査する。密閉容器３内には、超音響媒質としての液体Ｌ、例えばオイル、が充填される。

【0004】

ここでの音響レンズ６は、その曲率部の外周から延出した脚部６ａを有し、さらに長軸方向の両端側の超音波送受波面側に超音波吸収手段としての突出部６ｂが設けられる。突出部６ｂは、その先端側をカバー３ｂの内周面３ｃに倣って円弧状とし、容器本体３ａの底壁には、中空部を有する軽量体１０が接着剤等によって固着され、回転保持台１の下方に充填した超音波媒質Ｌ中に埋没されている。

【0005】

このような構成によれば、超音波吸収手段としての突出部６ｂを音響レンズ６の両端側に設けてあるので、圧電素子群２の長軸方向に伝播する不要超音波が超音波吸収手段（突出部６ｂ）によって吸収される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−２２２２４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、このような従来の超音波探触子では、密閉容器内に音響媒質（超音波媒質）としての液体を充填した密閉容器の内部で反射し、超音波探触子から外部へ出ない不要超音波は、診断装置の画像上に不要エコーとなって現れるため、超音波診断の妨げとなる。

【0008】

そこで、このような不要エコーを防ぐために、前出特許文献１（特開２００７−２２２２４４号公報）では、突出部（超音波吸収手段）６ｄを音響レンズの脚部に付加しているが、突出部６ｂとカバー内周面３ｃとの間には、クリアランスｇを設ける必要があるために、不要エコーを十分に除去することができず、また、部品点数や組立工数が増加によりコストアップ要因にもなっていた。

【0009】

このような不要エコーは、以下のような経路で不要超音波が、これを送信した圧電素子に戻ってしまうことにより発生する。以下、添付した図９に基づいて不要エコーの発生原理を説明する。

【0010】

まず、圧電素子から放射された不要超音波は、音響レンズ表面とカバー内面との間で反射を繰り返して圧電素子群の長軸方向または短軸方向に伝播して音響レンズの範囲の外に出る（図９に示すＤ部及びＥ部参照）。

【0011】

この不要超音波が、密閉容器内のいずれかの部位で反射する際に、反射前の方向と同じ方向に反射すると、元の経路を辿って最終的に音響レンズ上の放射された地点付近に戻る。これを送信時の圧電素子が受信すると画像上の不要エコーとなる。

【0012】

上述のような、反射の際に反射前の方向と同じ方向に反射して元の経路に戻るようなケースは以下の通りである。（ここで、図９は探触子が、図１０に示すように、中心位置にあり、長軸方向に不要超音波が伝播する場合を示す。）
（１）反射面に対して９０度で入射した場合（入射角＝０°、図９に示すＤ部、矢印方向に点線で示す）。

【0013】

（２）互いになす角度が略９０度である２平面（凹の直角コーナー形状）のいずれか一方の面に入射する場合（図９に示すＥ部、矢印方向に実線で示す）。

【0014】

ここで、上記（２）について補足説明すると、図７に示すように、互いのなす角度θの２面（第１及び第２反射面）で連続して反射する場合、反射前の方向（入射角ａ）と２回反射後の方向（同じ基準での射出角ｃ）の関係は正反射の性質（反射面の法線に対する入射角と射出角の値は等しく、反射前後の各進行方向は法線について対称）を使って計算すると以下の通りになる。

【0015】

すなわち、図７に示す、ΔＡＢＯの内角について、（９０−ａ）＋（９０−ｂ）＋θ＝１８０ → ｂ＝θ−ａ、また、
ΔＡＢＣの内角について、ａ＋２×ｂ＋ｃ＝１８０、ｂを消去すると、
ｃ＝１８０−ａ−２×（θ−ａ）＝ａ−２×θ＋１８０
θ＝９０のとき、ｃ＝ａ、となる。

【0016】

よって、θ＝９０°の場合は、どのような入射角であっても、射出角は入射角と同じであり、かつ角度ａと角度ｃは、基準に対して同じ方向と、ここで定義しているので、反射前後の進行方向は同じになる。

【0017】

従って、どの入射角であっても、反射後は元の経路に戻ることになるので、このような９０°をなす２面での連続反射は不要エコーの原因となりやすいことが分る。

【0018】

次に各反射部位での反射により、不要超音波が圧電素子に戻る例を説明する。

【0019】

図１０は、探触子が中心位置にあり、不要超音波が短軸方向に伝播する場合を示す。

【0020】

図１１は、探触子が所定角度回動した位置にあり、不要超音波が短軸方向に伝播する場合を示す。

【0021】

図１０と図１１は、いずれも容器本体の上部端面（図８に示す面Ｕ）とカバー内面が互いに９０°をなす２面を構成しており、この部位で反射した不要超音波が反射前の経路に戻る様子を示している。

【0022】

図８に示す矢印は、探触子が回動した位置にあり、不要超音波が長軸方向に伝播する場合に、容器本体の端面（図８に示す面Ｔ）で反射する様子（実線矢印）を示す。ここで、この面Ｔでの不要超音波の入射角は、略０°のため、図９に示すＤ部での反射と同様に、反射後の方向は、反射前の方向と略同じとなり元の経路を戻っていく。

【0023】

さらに、反射部位の構成について説明する。

【0024】

上述したように、図８に示す面Ｓ、Ｔ、Ｕは容器本体の端面であるが、面Ｓ及び面Ｕは部品加工が容易となるように、図９に示す加工基準面と平行に形成されている。また、カバーの内面については容器本体と嵌合させることから、容器本体の面Ｓ、Ｔ、Ｕと隣接する部位では、これらの面と略垂直な面となっている。

【課題を解決するための手段】

【0025】

上記した課題を解決するために、本発明の短軸揺動型超音波探触子では、不要エコーを防ぐために、長軸方向に並べられて超音波送受波面に音響レンズを有する圧電素子群を、密閉容器内に収容された回転保持台上に設け、前記圧電素子群の短軸方向に前記回転保持台を回転揺動することにより前記圧電素子群の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査し、前記密閉容器内に音響媒質としての液体を充填した短軸揺動型超音波探触子を構成し、前記音響レンズの表面と前記密閉容器の内周面との間を長軸方向または短軸方向に伝播した後に前記音響レンズの範囲を超えて前記密閉容器内を進
行する不要超音波が、前記密閉容器内のいずれかの反射部位にて反射する際に、反射後の不要超音波が前記音響レンズの表面と前記密閉容器の内周面との間に戻る方向には反射しないようにするため、前記反射部位の表面形状を傾斜させる。

【0026】

また、本発明の超音波探触子では、前記密閉容器が、少なくとも超音波診断時に被検体の体表に接するカバーと前記回転保持台を支持する容器本体とから、かつ、前記反射部位が前記容器本体の面の一部からなり、前記反射部位に向かう前記不要超音波の前記反射部位での入射角がなるべく大きくなるように、前記反射部位の面を傾斜させることにより、前記不要超音波が前記反射部位で反射した後に、反射前の進行方向とは異なる方向に進行するようにする。

【0027】

さらに、本発明の超音波探触子では、前記密閉容器が、少なくとも超音波診断時に被検体の体表に接するカバーと前記回転保持台を支持する容器本体とから、かつ、前記反射部位が前記カバー内面の一部とそれと隣接する前記容器本体の面の一部の２面からなり、前記２面のなす角度が鋭角または鈍角をなすように、前記２面のうちの一方、または両方の面を傾斜させることにより、前記不要超音波が、前記２面で連続して反射した後に、反射前の進行方向とは異なる方向に進行するようにする。

【発明の効果】

【0028】

密閉容器内を進行する不要超音波が前記密閉容器内のいずれかの反射部位にて反射する際に、反射後の不要超音波が前記音響レンズの表面と前記密閉容器の内周面との間に戻る方向には反射しないようにするため、前記反射部位の表面形状を傾斜させ、不要超音波の発生を防いだので、探触子が中心位置及び回動した位置のいずれにおいても、従来のプローブで発生していた不要エコーの発生がなくなり、良好な超音波画像を得ることができるようになる（図１２の本発明によるプローブの欄を参照）。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の超音波探触子の斜視図であって、カバーを外して上から見た図である。

【図2】図１に示した本発明の超音波探触子の長軸方向の縦断面図である。

【図3】図１に示した本発明の超音波探触子の短軸方向の縦断面図であって、超音波探触子が中心位置にある状態を示す。

【図4】図３に示した本発明の超音波探触子が、所定角度、短軸方向に回動した位置を示す。

【図5】図１に示した本発明の超音波探触子の音響レンズ表面の傾斜面を示す。

【図6】図５に示した面Ｐを被検体の体表と接するカバーまで延長した状態を示す。

【図7】超音波が２面で反射する場合の入射角と射出角の関係を示す図である。

【図8】従来例の超音波探触子の斜視図であって、カバーを外して上から見た図である。

【図9】図８に示した従来例の超音波探触子の長軸方向の縦断面図である。

【図10】図８に示した従来例の超音波探触子の短軸方向の縦断面図であって、超音波探触子が中心位置にある状態を示す。

【図11】図８に示した従来例の超音波探触子が、所定角度、短軸方向に回動した位置を示す。

【図12】従来例の超音波探触子と本発明の超音波探触子を用いた診断装置の画像を示す写真である。

【図13】従来例の超音波探触子の長軸方向の縦断面である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明の短軸揺動型超音波探触子では、上述した反射が起こる密閉容器の反射部位の形状について、反射後の超音波が反射前に進行してきた方向に戻らないような形状とする。そのために、解決するポイントとして、
（１）当該反射部位の反射面に入射する全ての不要超音波に対して、反射面となす角度が９０度（入射角が０°）とならないように反射面を傾斜させる、
（２）当該反射部位の形状が２面（第１及び２反射面）で構成される場合、その２面がなす角度が９０度とならないように、一方又は両方の反射面を傾斜させる、ようにする。

【0031】

そのため、本発明の短軸揺動型超音波探触子では、図１から図５に示すように、不要エコーの発生を防ぐために、長軸方向に並べられて超音波送受波面に音響レンズ６を有する圧電素子群２を、密閉容器３内に収容された回転保持台１上に設け、前記圧電素子群２の短軸方向に前記回転保持台１を、回転シャフト８ならびに第１かさ歯車４ａ及び第２かさ歯車４ｂにより回転揺動することにより、前記圧電素子群２の超音波送受波面から送受波される超音波を前記短軸方向に機械的に走査し、前記密閉容器３内に音響媒質としての液体Ｌを充填した超音波探触子を構成し、前記音響レンズ６の表面と前記密閉容器３の内周面３ｃとの間を長軸方向または短軸方向に伝播した後に前記音響レンズ６の範囲を超えて前記密閉容器３内を進行する不要超音波が、前記密閉容器３内のいずれかの反射部位にて反射する際に、反射後の不要超音波が前記音響レンズ６の表面と前記密閉容器３の内周面３ｃとの間に戻る方向には反射しないようにするため、前記反射部位の表面形状を傾斜させる。

【0032】

また、本発明の超音波探触子では、前記密閉容器３が、少なくとも診断時に被検体の体表に接するカバー３ｂと前記回転保持台１を支持する容器本体３ｄとから、かつ、前記反射部位が前記容器本体３ｄの面の一部からなり、前記反射部位に向かう前記不要超音波の前記反射部位での入射角がなるべく大きくなるように、前記反射部位の面を傾斜させることにより、前記不要超音波が前記反射部位で反射した後に、反射前の進行方向とは異なる方向に進行するようにする。

【0033】

さらに、本発明の超音波探触子では、前記密閉容器３が、少なくとも診断時に被検体の体表に接するカバー３ｂと前記回転保持台１を支持する容器本体３ｄとから、かつ、前記反射部位が前記カバー３ｂ内面の一部とそれと隣接する前記容器本体３ｄの面の一部の２面からなり、前記２面のなす角度が鋭角または鈍角をなすように、前記２面のうちの一方、または両方の面を傾斜させることにより、前記不要超音波が前記２面で連続して反射した後に、反射前の進行方向とは異なる方向に進行するようにする。

【0034】

そして従来形状、図８に示す面Ｓ、面Ｔ、面Ｕに、それぞれ図１のような傾斜を設けた。

【0035】

まず、上記ポイント（１）について説明する。

【0036】

図８に示す従来の探触子の形状の面Ｓについては、図５に示すように、面Ｐに傾斜面を設けた。これにより面Ｐに入射する超音波の入射角の範囲は、以下の２つが最大範囲となる。すなわち、
・面Ｐに対して最も左方から来る超音波＝音響レンズの端部付近を発して直接面Ｐの右端に向かう超音波（図５のＬ１参照）。

【0037】

・面Ｐに対して最も右方から来る超音波＝音響レンズの端部付近を発してカバー内面で反射して面Ｐ左端に向かう超音波（図５のＬ２参照）。

【0038】

ここで、面Ｐの法線Ｎは、これらＬ１とＬ２の方向の範囲に含まれないため、圧電素子群の長軸方向に伝播してきた不要超音波が入射角０°で反射することはなく、反射した超音波が元の経路を戻ることはない。

【0039】

また、図５に示した面Ｐをカバー内面まで延長した場合には、図６に示すように、面Ｐに向かう超音波の中に面Ｐの法線と平行（入射角０°）になるものが生じてしまい不要超音波が発生する。このため、本発明では、面Ｐをカバー内周面まで延長せずに面Ｐとは逆方向に傾斜させて、図５のように面Ｑを形成する。

【0040】

さらに、上記ポイント（２）について説明する。

【0041】

図５に示した面Ｑは、その近傍のカバー内面となす角度が約４５度であるために、超音波は、これらの面で反射を繰り返しても、反射前の方向とは異なる方向に進むので、元の経路に戻ることはない（図２に示す左側の矢印で示す実線を参照）。

【0042】

また、各反射部位での反射について説明する。

【0043】

図３は、探触子が中心位置にあり、不要超音波が短軸方向に伝播する場合に、容器本体内筒部３ｄの上部端部の面Ｕに傾斜面を設けた結果を示す。

【0044】

図４は、探触子が所定角度回動した位置にあり、不要超音波が短軸方向に伝播する場合に、面Ｕに傾斜面を設けた結果を示す。

【0045】

図３と図４に示した、いずれも面Ｕとカバー内周面が互いに約４５°をなす２面を構成しており、この反射部位で反射した不要超音波は反射前の方向とは異なる方向に進む様子を示している。

【0046】

ここで、図１に示す矢印は、探触子が所定角度回動した位置にあり、不要超音波が長軸方向に伝播する場合において、面Ｔの傾斜を急峻にした結果を示す。このようにすることにより、面Ｔでの不要超音波の入射角は０°ではなくなるので、不要超音波は、反射後に反射前の経路に戻ることはない。

【0047】

次に、本発明の超音波探触子を用いた診断装置の画像での効果について説明する。

【0048】

図１２に示す画像で分るように、本発明の超音波探触子（プローブ）では探触子が中心位置及び回動した位置のいずれにおいても、従来の超音波探触子で発生していた不要エコーの発生がなく、超音波診断に適合した良好な画像を得ることができた。

【0049】

すなわち、図１２に示すように、従来のプローブでは、探触子が中心位置にあるときに丸枠で示すように揺動方向の３ヶ所で不要エコーが、また、探触子が所定角度回動した位置では、ほぼ回動中心に不要エコーが発生したが、本発明のプローブでは、不要エコーの発生が認められなかった。

【符号の説明】

【0050】

１ 回転保持台
２ 圧電素子群
３ 密閉容器
３ａ カバー内筒
３ｂ カバー
３ｃ カバー内周面
３ｄ 容器本体
４ａ 第１かさ歯車
４ｂ 第２かさ歯車
５ 基台
６ 音響レンズ
７ 回転中心軸
８ 回転シャフト
Ｌ 超音波媒質

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】