特許 7452288 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】

(24)【登録日】2024-03-11

(45)【発行日】2024-03-19

(54)【発明の名称】超音波探触子

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/00 20060101AFI20240312BHJP

【ＦＩ】

A61B8/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020112234

(22)【出願日】2020-06-30

(65)【公開番号】P2022011236

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-03-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】門倉 雅彦

【審査官】蔵田 真彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２７０５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－４５０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－４８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－３７６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３３３９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９８０９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ８／００－８／１５

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波振動子ユニットと音響カップリング液を収容し音響ウィンドウを有した密閉液室内で当該超音波振動子ユニットを揺動させる超音波探触子であって、
前記超音波振動子ユニットは、当該超音波振動子ユニットの揺動時に前記音響ウィンドウに向いており超音波が出入射する正面と、当該正面に隣接し当該揺動の軸に平行な２つの側面とを有し、
前記音響ウィンドウと前記揺動の軸との間に前記正面が配置され、
前記密閉液室内は、前記超音波振動子ユニットが揺動する際に方向転換する揺動終端にある時に、前記２つの側面の一方に接近対峙する互いに異なる角度で配置された２つの内壁面を有し、
前記２つの側面及び／又は前記２つの内壁面は、前記音響カップリング液を前記揺動の軸を中心にした周方向に整流する整流形状を有する超音波探触子。

【請求項2】

前記２つの側面及び前記２つの内壁面が、前記整流形状を有する請求項１に記載の超音波探触子。

【請求項3】

前記２つの側面及び／又は前記２つの内壁面が有する前記整流形状は、１条又は並列２条以上の溝による請求項１又は請求項２に記載の超音波探触子。

【請求項4】

前記２つの側面及び前記２つの内壁面が有する前記整流形状は、１条又は並列２条以上の溝により、
前記超音波振動子ユニットが前記揺動終端にある時に、前記側面の溝と前記内壁面の溝とが対向する請求項２に記載の超音波探触子。

【請求項5】

前記溝は、前記音響ウィンドウ側から前記揺動の軸側に至るに従い、次第に深く形成されている請求項３又は請求項４に記載の超音波探触子。

【請求項6】

前記超音波振動子ユニットが前記揺動終端にある時に、互いに近接対峙する前記側面と前記内壁面とは略平行となる請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の超音波探触子。

【請求項7】

前記超音波振動子ユニットの前記正面に対する反対面と、前記密閉液室の内壁との間は、前記音響カップリング液が流通可能な隙間を保持している請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の超音波探触子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を利用した超音波診断装置の超音波探触子に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波診断は、超音波探触子を患者の被検体の体表又は体腔内から当てるという簡単な操作で心臓や胎児の様子が超音波画像として得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。

【0003】

超音波探触子としては、３Ｄ／４Ｄの画像を取得するために、音響ウィンドウとフレームとで構成された密閉液室内で音響カップリング液に満たされた超音波振動子ユニットを揺動させるものがある。
このような揺動走査式の超音波振動子において、ボリュームレートを高速化する（高速揺動する）上で、音響カップリング液による流体負荷を低減することが必要となっている。
音響カップリング液は、液体の粘性をもっているため、超音波振動子ユニットが揺動動作することにより、液体の粘性が負荷となる。
超音波振動子ユニットが音響カップリング液の中を揺動するとき、音響カップリング液は、片側の領域から超音波振動子ユニットにより押し出されて、超音波振動子ユニットの奥側（音響ウィンドウの逆側）を通り、超音波振動子ユニットの反対側の領域に大きく移動することになる。このとき、音響ウィンドウとフレーム間の領域、すなわち密閉液室内の形状により、密閉液室内での音響カップリング液の流れが、渦を巻いたり、また、フレームに設置された構造物により流れが遮られたり、音響カップリング液が超音波振動子ユニットの揺動方向に垂直方向などに流れが発生したりする場合は、音響カップリング液の動きが大きな負荷となる。
特許文献１，２にあっては、可動部（超音波振動子ユニット）に流線形状部分を構成して整流性を高めようとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４９７１９０５号公報

【文献】特開２００５－２７０５５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、超音波探触子を小型軽量化させるために、音響カップリング液の容積を減らすことが望まれている。そのために密閉液室の内壁面を、当該内壁面側に揺動した超音波振動子ユニットの側面と平行にすることを考える。しかし、超音波振動子ユニットが揺動の両端に来て、内壁面と近接するときに流体の通路がさらに小さくなり、より流体の負荷が大きくなってしまう。
また、温度により音響カップリング液の粘性が強くなった場合は、さらに音響カップリング液による負荷抵抗が大きくなり、高速揺動が困難になる。

【0006】

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、超音波振動子ユニットと音響カップリング液を収容し音響ウィンドウを有した密閉液室内で当該超音波振動子ユニットを揺動させる超音波探触子において、当該密閉液室内の音響カップリング液の容量を減らして小型軽量化を実現し、かつ、超音波振動子ユニットの揺動時の音響カップリング液による負荷を低減して、高速揺動による高ボリュームレート化を実現することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一つの態様の超音波探触子は、超音波振動子ユニットと音響カップリング液を収容し音響ウィンドウを有した密閉液室内で当該超音波振動子ユニットを揺動させる超音波探触子であって、前記超音波振動子ユニットは、当該超音波振動子ユニットの揺動時に前記音響ウィンドウに向いており超音波が出入射する正面と、当該正面に隣接し当該揺動の軸に平行な２つの側面とを有し、前記音響ウィンドウと前記揺動の軸との間に前記正面が配置され、前記密閉液室内は、前記超音波振動子ユニットが揺動する際に方向転換する揺動終端にある時に、前記２つの側面の一方に接近対峙する互いに異なる角度で配置された２つの内壁面を有し、前記２つの側面及び／又は前記２つの内壁面は、前記音響カップリング液を前記揺動の軸を中心にした周方向に整流する整流形状を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、密閉液室内の音響カップリング液の容量を減らして超音波探触子の小型軽量化を実現するとともに、超音波振動子ユニットの側面及び／又は密閉液室の内壁面の整流形状により超音波振動子ユニットの揺動時の音響カップリング液の流動を整流して当該音響カップリング液による負荷を低減することで高速揺動による高ボリュームレート化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る超音波探触子の断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る超音波探触子の断面図であり、超音波振動子ユニットが図１とは逆に振れている状態を示す。

【図3】本発明の一実施形態に係る超音波探触子の断面図であり、図１とは９０°異なる断面図を示しており、超音波振動子ユニットを除いている。

【図4】本発明の一実施形態に係る超音波探触子の断面図であり、図１とは９０°異なる断面図を示している。

【図5】本発明の一実施形態に係る超音波探触子の先端部の斜視図であり、音響ウィンドウを除いている。

【図6】本発明の他の一実施形態に係る超音波探触子の先端部の斜視図であり、音響ウィンドウを除いている。

【図7】深さ一定の溝の斜視図である。

【図8】次第に深く形成されている溝の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

【0011】

図１から図５に示すように本発明の一実施形態に係る超音波探触子Ａ１は、音響ウィンドウ１０と、フレーム１１と、グリップ部筐体１２と、モーター１３と、ケーブル１４と、超音波振動子ユニット２０とを備え、密閉液室１５が構成されている。

【0012】

密閉液室１５は、音響ウィンドウ１０とフレーム１１とにより構成され、超音波が出入射する音響ウィンドウ１０を有する閉空間となっている。密閉液室１５内に、超音波振動子ユニット２０と音響カップリング液を収容している。

【0013】

超音波振動子ユニット２０は、揺動の軸２１で揺動可能にしてフレーム１１に支持されている。
グリップ部筐体１２に、モーター１３が配置されている。伝動機構１６によりモーター１３の駆動力が超音波振動子ユニット２０に伝動し、密閉液室１５内で当該超音波振動子ユニットを揺動させる。

【0014】

超音波振動子ユニット２０は、当該超音波振動子ユニット２０の揺動時に音響ウィンドウ１０に向いており超音波が出入射する正面２２と、当該正面２２に隣接し当該揺動の軸２１に平行な２つの側面２３，２４とを有する。
音響ウィンドウ１０と揺動の軸２１との間に正面２２が配置される。
音響ウィンドウ１０は、図１及び図２に示す揺動の軸２１に垂直な断面において、揺動の軸２１を略中心とした円弧状に形成されており、正面２２と音響ウィンドウ１０の内面との距離がほぼ一定に保たれて超音波振動子ユニット２０が揺動する。
正面２２と音響ウィンドウ１０の内面との間の隙間は常に狭く保たれており、音響カップリング液の十分な通過空間とはなりにくい。
これに対し、超音波振動子ユニット２０の正面２２に対する反対面２５と、密閉液室１５の内壁との間は、音響カップリング液が流通可能な比較的大きな隙間を保持している。

【0015】

図１は、超音波振動子ユニット２０が揺動する際に方向転換する揺動終端にある時を示している。図２は、その逆側の揺動終端にある時を示している。
密閉液室１５内は、超音波振動子ユニット２０が揺動終端にある時に、２つの側面２３，２４の一方に接近対峙する２つの内壁面１７，１８を有する。すなわち、密閉液室１５内は、図１に示すように超音波振動子ユニット２０が一方の揺動終端にある時、側面２３に近接対峙する内壁面１７を有する。また、密閉液室１５内は、図２に示すように超音波振動子ユニット２０が他方の揺動終端にある時、側面２４に近接対峙する内壁面１８を有する。

【0016】

内壁面１７と内壁面１８とは、互いに異なる角度で配置されており、内壁面１７は、図１において側面２３に対向する角度、内壁面１８は、図２において側面２４に対向する角度に配置されている。すななわ、超音波振動子ユニット２０が揺動終端にある時に、互いに近接対峙する側面２３（２４）と内壁面１７（１８）とは略平行となる。
これにより、密閉液室１５は、図１及び図２に示すように揺動の軸２１に垂直な断面において、超音波振動子ユニット２０が揺動動作において存在し得る空間をわずかなマージンをとって囲むようなほぼ扇形となっている。
そのため、密閉液室１５内の音響カップリング液の容量を減らして小型軽量化を実現することができる。

【0017】

２つの側面２３，２４及び／又は２つの内壁面１７，１８は、音響カップリング液を揺動の軸２１を中心にした周方向に整流する整流形状を有する。
本実施形態においては、２つの内壁面１７，１８が当該整流形状としての溝１７ｇ，１８ｇをそれぞれ有する。
溝１７ｇ，１８ｇの連続方向が、音響ウィンドウ１０側から揺動の軸２１側に至る方向とされており、図１及び図２中に矢印で示すように、超音波振動子ユニット２０が揺動した側の逆側に拡張される空間へと、音響カップリング液を円滑に移動させることができる。図１に示すように音響カップリング液が超音波振動子ユニット２０の逆側に移動し、超音波振動子ユニット２０が反転、揺動すれば、図２に示すように音響カップリング液が超音波振動子ユニット２０の逆側に移動し、これを繰り返す。その際、溝１７ｇ，１８ｇの整流作用により、音響ウィンドウ１０の乱流化を抑え、流れを円滑に整流し、音響カップリング液による流体負荷を低く抑えることができる。
したがって、超音波振動子ユニット２０の揺動時の音響カップリング液の流動を整流して当該音響カップリング液による負荷を低減することで高速揺動による高ボリュームレート化を実現することができる。

【0018】

以上まとめると、密閉液室１５内の音響カップリング液の容量を減らして超音波探触子の小型軽量化を実現するとともに、超音波振動子ユニットの揺動時の音響カップリング液の流動を整流して当該音響カップリング液による負荷を低減することで高速揺動による高ボリュームレート化を実現することができる。

【0019】

上記の溝１７ｇ，１８ｇのような整流形状としての溝は、１条又は並列２条以上を設けて実施することができる。本実施形態では、並列２条以上とする。溝を並列２条以上とすることで、揺動の軸２１と平行な方向の流れを抑制して整流し、音響カップリング液による流体負荷を低く抑えることができる。

【0020】

また、図６に示す超音波探触子Ａ２のように、２つの側面２３，２４が溝２３ｇ，２４ｇを有する構成を実施してもよい。この場合も同様の効果が得られる。
さらに、図６に示すように２つの側面２３，２４及び２つの内壁面１７，１８の双方が溝１７ｇ，１８ｇ，２３ｇ，２４ｇを有する構成を実施してもよい。さらに整流作用が得られる。

【0021】

また、図６に示すように超音波振動子ユニット２０が揺動終端にある時に、側面２３（２４）の溝と内壁面１７（１８）の溝とが対向する配置とする。この対向する配置とは、１つの溝１７ｇ（１８ｇ）と１つの溝２３ｇ（２４ｇ）との底部中央ライン、両端エッジラインが対向する配置である。側面２３（２４）の溝と内壁面１７（１８）の溝とが対向する配置となることで、パイプ状の流路を形成して整流し、音響カップリング液による流体負荷を低く抑えることができる。
なお、整流形状は、溝に代え、フィン形状等にしてもよい。

【0022】

以上の溝１７ｇ，１８ｇ，２３ｇ，２４ｇとしては、図７に示すように音響ウィンドウ１０側から揺動の軸２１側に辿って、深さｄ一定の溝Ｇ１を適用して実施してもよい。
また、以上の溝１７ｇ，１８ｇ，２３ｇ，２４ｇとしては、図８に示すように音響ウィンドウ１０側から揺動の軸２１側に至るに従い、次第に深く形成されている溝Ｇ２を適用して実施してもよい。
超音波振動子ユニット２０の揺動に伴い音響ウィンドウ１０の流動速度が高まり得る揺動の軸２１を回り込む空間において、溝Ｇ２を適用することにより、増速化を抑えて乱流化を防ぎ、より効果的に音響カップリング液による流体負荷を低く抑えることができる。

【符号の説明】

【0023】

１０ 音響ウィンドウ
１１ フレーム
１２ グリップ部筐体
１３ モーター
１４ ケーブル
１５ 密閉液室
１６ 伝動機構
１７，１８ 内壁面
１７ｇ，１８ｇ 溝
２０ 超音波振動子ユニット
２１ 揺動の軸
２２ 正面
２３，２４ 側面
２３ｇ，２４ｇ溝
２５ 反対面
Ａ１ 超音波探触子
Ａ２ 超音波探触子
Ｇ１ 溝
Ｇ２ 溝
ｄ 溝の深さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】