JPH0248254B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、機械的に超音波ビームを扇形走査
し、扇形の超音波断層像を得ることができる機械
式扇形走査型の超音波探触子に関するものであ
る。

従来例の構成とその問題点 超音波ビームを生体に向けて放射し、生体内の
音響インピーダンスの差違によつて生じる反射波
を受信し、所望の生体断層画像を表示する超音波
診断装置が公知である。その中で、圧電振動子を
超音波伝搬媒質を充填した容器の中で、ある任意
の点を中心に、往復運動させる。あるいは圧電振
動子を回転支持体に設け、この回転支持体を回転
することにより、超音波ビームを機械的に扇形走
査する方式の超音波診断装置が知られている。

後者の圧電振動子を回転することによつて、超
音波ビームを扇形走査する方式の機械式扇形走査
型超音波探触子としては、第１図Ａに示したもの
が知られている。ここで第１図Ａは、従来の機械
式扇形走査型超音波探触子の概略図、第１図Ｂ
は、回転支持体部分の概略側面図、第１図Ｃは同
軸型ロータリートランスの概観図、第１図Ｄは、
探触子の概略動作原理を示す回路図で、点線で囲
まれた部分が回転することをそれぞれ示す。第１
図Ａ〜Ｄにおいて、１は回転支持体、２ａ，２
ｂ，２ｃは圧電振動子、３ａ，３ｂ，３ｃはリー
ドスイツチ、４は軸受、５は超音波伝搬媒質を充
たした容器、６ａ，６ｂは同軸型ロータリートラ
ンスを構成する固定コイルと回転コイル、７及び
９はプーリ、８はベルト、１０はモーター、１１
はモーターの回転制御検出器、１２は本体装置と
の接続ケーブル、１３は探触子ケース、１４は固
定永久磁石、１５は回転軸をそれぞれ示す。第１
図Ａ〜Ｄに示す従来の機械式扇形走査型超音波探
触子において、回転支持体１は、その外周面に３
個の圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃと、この３個の
圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃを切換え選択するリ
ードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃ、及び回転支持体
１の回転軸１５に設けて同軸型のロータリートラ
ンスを構成する回転コイル６ｂから概略構成され
ている。回転支持体１は、モーター１０、プーリ
７及び９、ベルト８によつて回転される。一方モ
ーター１０の回転は、回転制御検出器１１にもと
づいて、一定の回転数に保持する様に制御され
る。なお、回転コイル６ｂ、固定コイル６ａの対
による同軸型のロータリートランスは、回転して
いる圧電振動子との電気信号の結合を必接触に行
うためのものである。

この従来の機械式扇形走査型超音波探触子によ
る動作は、第１図Ｄにより明らかである。例えば
圧電振動子２ａによる超音波パルスビームの扇形
走査を行うには、固定永久磁石１４と、回転支持
体１の回転するリードスイツチ３ａとの相対位置
により、リードスイツチ３ａが閉じられる。当然
この時、圧電振動子２ａは、生体と所望の位置に
対している必要があることは言うまでもない。次
に本体装置との接続ケーブル１２を通じて、圧電
振動子２ａを付勢する電気パルス信号を同軸型ロ
ータリートランスの固定コイル６ａに印加する。
その信号は、直ちに回転コイル６ｂに電磁気誘導
により誘起されて圧電振動子２ａが付勢する。

そして圧電振動子２ａから超音波パルスビーム
が発生し、それは超音波伝搬媒質を充たした容器
５を通して、生体に向けて放射される。一方、生
体からの音響インピーダンスの差違による反射波
は、逆の経路を経て圧電振動子２ａで受波され
る。その受波信号は、直ちに回転コイル６ｂを介
して電磁気誘導により固定コイル６ａに伝えら
れ、接続ケーブル１２を通じて、本体装置に送ら
れ、適当な信号処理を経て一走査線分として、そ
の強弱をブラウン管上に表示する。

以上のごとく回転支持体１と共に圧電振動子２
ａを連続的に回転せしめて、次々と超音波パルス
ビームを扇形走査し、扇形状の生体の超音波断層
像が得られる。ここで、リードスイツチ３ａは、
圧電振動子２ａによる所定の角度範囲の扇形走査
が完了するまで閉じておく必要があり、それは固
定永久磁石１４の形状、強さなどを適当に選定す
ることにより行われる。以下同様の原理にもとづ
いて、圧電振動子２ｂによる扇形走査を行う時
は、リードスイツチ３ｂが閉じ、圧電振動子２ｃ
による扇形走査を行う時は、リードスイツチ３ｃ
を閉じることによつて行われる。それ故、各圧電
振動子２ａ，２ｂ，２ｃ、固定永久磁石１４及び
リードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃの相対位置が決
められている。通常１個の圧電振動子では90゜の
扇形走査が行われており、回転支持体１が回転す
る毎に、３個の圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃを順
番に、リードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃを開閉す
ることによつて、切換え選択使用される。

以上のごとく圧電振動子を回転支持体と共に回
転することによる機械式扇形走査型超音波探触子
では、比較的振動は少なく、小形で良好な超音波
断層像が得られる。又、３個の圧電振動子を用い
ることにより毎秒30フレームの断層像を比較的容
易に得ることができる。それ故、心臓の様に働き
の速い生体臓器の超音波断層像を得ることにも適
用できるなどの長所を有している。

しかしながら、例えば、３個の圧電振動子２
ａ，２ｂ，２ｃを用いて毎秒30フレームの超音波
断層像を得ようとすれば、１個の圧電振動子当
り、毎秒10フレームの断層像を得る必要がある。
その為には、回転支持体１を毎秒10回転しなけれ
ばならない。従つて、圧電振動子切換えリードス
イツチ３ａ，３ｂ，３ｃは、１秒間に10回開閉す
ることになり、１時間では、３万6000回の開閉と
極めて多い。一方、通常リードスイツチ３ａ，３
ｂ，３ｃと圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃを組込む
回転支持体１本体は、探触子をあまり大きくしな
い為に、１例としてその直径は約26ミリ、長さは
約20ミリぐらいであり、従つて、組込むリードス
イツチ３ａ，３ｂ，３ｃは、それに合う様に、十
分小形でなければならない。又、リードスイツチ
３ａ，３ｂ，３ｃの開聞容量としては、圧電振動
子２ａ，２ｂ，２ｃを付勢するために、印加する
高電圧にも十分耐える必要があり、普通、特別大
形のリードスイツチを除いては、その開閉寿命は
約1000万回ぐらいである。それは、前述の様に、
１時間当り３万6000回開閉するとすれば、約278
時間でリードスイツチの故障が生じることを意味
している。つまりそれは、約278時間で探触子が
故障することであり、実用上極めて短い探触子の
寿命である。

また回転支持体１に取り付けるリードスイツチ
３ａ，３ｂ，３ｃの組込みにおいては、リードス
イツチ３ａ，３ｂ，３ｃの開閉に要する時間、チ
ヤツタリング時間、圧電振動子２ａ，２ｂ，２ｃ
の切換えタイミング時間などを考慮して、３個の
リードスイツチ３ａ，３ｂ，３ｃの相互の配置、
固定永久磁石１４と、３個の圧電振動子２ａ，２
ｂ，２ｃとの相対位置関係を極めて注意深く調整
しなければならない。又、同軸型ロータリートラ
ンスの厚みは、比較的大きいなどの欠点を有して
いる。

発明の目的 本発明は、以上の様な事情に鑑みてなされたも
のであつて、圧電振動子の切換えリードスイツチ
のかわりに、ロータリートランスを用いて、かつ
その設置位置を配慮することによつて、小形で、
著しく長寿命の超音波探触子を安価に提供するこ
とを目的とするものである。

発明の構成 本発明は上記目的を達成するもので、少なくと
も１個の圧電振動子を保持し回転する回転支持体
と、前記回転支持体を内包し、超音波伝搬媒質が
充填された第１の筐体と、前記回転支持体を駆動
する駆動手段と、前記駆動手段からの運動を回転
支持体に伝達する伝達手段と、前記伝達手段を少
なくとも内包し、前記第１の筐体と隣接配置され
た第２の筐体と、前記圧電振動子と同数のロータ
リートランスとを備え、前記ロータリートランス
は圧電振動子に接続された回転コイルと固定コイ
ルとで構成されており、前記回転コイルは回転支
持体または伝達手段の側面に設置されており、前
記固定コイルは、前記回転コイルに対向して第１
または第２の筐体の内側面に設置されて、平面対
向型のロータリートランスを構成してなることを
特徴とする超音波探触子を提供するものである。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

第２図Ａは、本発明による機械式扇形走査型超
音波探触子の一実施例を示す概観図、第２図Ｂ
は、回転支持体と平面対向型ロータリートランス
部分の概観図、第２図Ｃは、探触子の概略動作原
理を示す回路図で、点線で囲まれた部分が回転す
ることをそれぞれ示す。

ここで第２図Ａ〜Ｃにおいて、１０は回転支持
体、２０ａ，２０ｂ，２０ｃは圧電振動子、３０
ａ，３１ａ，３２ａは渦巻き状に巻いた、あるい
は形成した固定コイル、３０ｂ，３１ｂ，３２ｂ
は渦巻き状に巻いた、あるいは形成した回転コイ
ル、３３は磁性コア、３４は電磁気しやへい板、
４０は軸受、４５は回転軸、５０は超音波伝搬媒
質を充たした容器、５５は探触子筐体、６０及び
８０はプーリ、７０はベルト、９０はモーター、
１００はモーター９０の回転制御検出器、１１０
は本体装置との接続ケーブル、１２０は探触子ケ
ースをそれぞれ示す。第２図Ｂに示した様に、固
定コイル３０ａと回転支持体１０と共に回転する
回転コイル３０ｂ、及び磁気しやへいの為の磁性
コア３３とにより一対の薄い平面対向型ロータリ
ートランス（本実施例では、厚さ約2.5ミリ）が
構成される。以下同様に、固定コイル３１ａと固
定コイル３１ｂ、磁性コア３３の対により、更に
固定コイル３２ａと回転コイル３２ｂ、磁性コア
３３の対により、都合３対の、圧電振動子２０
ａ，２０ｂ，２０ｃに対応する薄い平面対向型ロ
ータリートランスが構成される。この平面対向型
ロータリートランスは、回転している圧電振動子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃとの電気的結合を非接触
に行う為のものである。尚、磁性コア３３は、フ
エライト等の磁性材料で作られ、ロータリートラ
ンスの能率を良くすると共に、各々の平面対向型
ロータリートランス間の電磁気的干渉を抑制する
ためのものである。更にパーマロイなどの磁性材
料による電磁気しやへい板３４を各々の平面対向
型ロータリートランスの間に設けると、より一層
電磁気的干渉を防ぐことが出来ることは言うまで
もない。ここで本実施例では、平面対向型ロータ
リートランスを構成するにあたつて、回転コイル
３０ｂ，３１ｂは回転支持体１０の側面に埋め込
み、回転コイル３２ｂはプーリ６０の側面に設
け、固定コイル３０ａは超音波伝搬媒質を充たし
た容器５０の内側面に埋め込み、固定コイル３１
ａ，３２ａは探触子筐体５５の内側面に埋め込む
様に設けた。その結果、本実施例における平面対
向型ロータリートランスでは、１対あたり約2.5
ミリ、３対あたり約7.5ミリある厚さは、容器５
０及び探触子筐体５５の大きさに全く影響せず小
型構成が可能となつた。この場合回転コイル３０
ｂ，３１ｂ、固定コイル３０ａ、及び固定コイル
３１ａ，３２ａは必らずしも埋め込み配置にする
ことはなく、回転支持体１０の側面、容器５０の
内側面、探触子筐体５５の内側面に当接してそれ
ぞれ設置しても良い。

ところで各平面対向型ロータリートランスの回
転コイル３０ｂ，３１ｂ，３２ｂと、圧電振動子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃは第２図Ｃに示すごとく
電気的に接続される。又、３個の固定コイル３０
ａ，３１ａ，３２ａは、それぞれ独立に接続ケー
ブル１１０を通じて本体装置に接続される。一方
圧電振動子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及び回転コイ
ル３０ｂ，３１ｂ，３２ｂを設けた回転支持体１
０はモーター９０、プーリ６０，８０及びベルト
７０により回転される。モーター９０の回転制御
検出器１００により一定の回転数に保持される。
尚、本実施例では、毎秒３０フレームの扇形超音
波断層像を得る為に、３個の圧電振動子２０ａ，
２０ｂ，２０ｃを回転支持体１０の外周面に120゜
の等間隔に設け、１個の圧電振動子では90゜の扇
形走査ができる。ここで圧電振動子２０ａ，２０
ｂ，２０ｃの超音波放射側に、必要に応じて、生
体との音響インピーダンス整合をとる為に音響整
合層を一層以上設ける。又、平面対向型ロータリ
ートランスのインダクタンスは、圧電振動子２０
ａ，２０ｂ，２０ｃと電気的整合をとることによ
り、超音波の送受信の効率を高められることは言
うまでもない。

本実施例による機械式扇形走査型超音波探触子
の動作原理は、第２図Ｃによつて明らかである。
すなわち例えば、圧電振動子２０ａが回転支持体
１０の回転につれて、生体との所望の位置に来た
時、圧電振動子２０ａを付勢する電気パルス信号
を平面対向型ロータリートランスを構成する固定
コイル３０ａに印加する。その信号は直ちに回転
コイル３０ｂに、電磁気誘導により誘起されて、
圧電振動子２０ａを付勢する。そして圧電振動子
２０ａから発生した超音波パルスビームは、超音
波伝搬媒質を充たした容器５０を通じて、生体に
向けて放射される。一方生体からの音響インピー
ダンスの差違から生じる反射波は、逆の経路を経
て、圧電振動子２０ａで受波される。その受波信
号は、固定コイル３０ｂを介して固定コイル３０
ａに電磁気誘導により伝えられ、接続ケーブル１
１０を通じて本体装置で送られる。そして適当な
信号処理を経て、一走査線分として、その強弱を
ブラウン管上に表示する。以上のごとく回転支持
体１０と共に圧電振動子２０ａを回転せしめて、
次々と超音波パルスビームを扇形に走査し、所定
角度（本実施例では90゜である）の扇形状の生体
の超音波断層像を得る。以下同様の原理に従つて
圧電振動子２０ｂ、及び２０ｃで順番にそれぞれ
90゜の扇形走査を行う。尚、電磁気しやへい板３
４は、平面対向型ロータリートランス間の電磁気
的干渉をより一層制御する為に用いた。以上の様
に本実施例では、回転支持体１０は、毎秒10回転
させて、且つ３個の圧電振動子２０ａ，２０ｂ，
２０ｃを設け、生体との相対位置に応じて、平面
対向型ロータリートランスの固定コイル３０ａ，
３１ａ，３２ａを切換え選択することによつて、
付勢する圧電振動子２０ａ，２０ｂ，２０ｃのい
ずれかを選択使用する。その結果、圧電振動子１
個当り毎秒10フレーム、都合毎秒30フレームの扇
形超音波断層像が得られる。尚、平面対向型ロー
タリートランスの固定コイル３０ａ，３１ａ，３
２ａを切換え選択するには、本体装置に設けた無
接点の半導体スイツチ素子により容易に行うこと
ができる。

このように前記実施例によれば、ロータリート
ランスの構成において、回転コイルは、回転支持
体の側面、及び回転支持体の回転軸に設けたプー
リに設置し、それらと対向する固定コイルは、探
触子筐体、及び回転支持体を内包し超音波伝搬媒
質を充填した容器の内側面に設置することによつ
て、回転支持体や容器、及び探触子筐体の大きさ
に影響することがなく小型化が図れる。また圧電
振動子の切換え選択は、無接点の半導体スイツチ
素子のよりロータリートランスの固定コイルを切
換え選択することにより行われる為に、非接触で
半永久的である。しかも、寿命が短かく故障しや
すく、取り付けのむずかしいリードスイツチを用
いない為、探触子の製作は極めて容易であり、信
頼性の高い、高性能の機械式扇形走査型超音波探
触子を提供することができる。

なお前記実施例では圧電振動子が３個の場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、１個以上の圧電振動子について適用で
きる。

また前記実施例ではモーターと回転支持体間の
運動伝達手段として、プーリとベルトの組合わせ
について示したが、歯車、チエーン等の組合わせ
になる他の伝達手段であつても良いことはもちろ
んである。

発明の効果 以上要するに本発明は少なくとも１個の圧電振
動子を保持し回転する回転支持体と、前記回転支
持体を内包し、超音波伝搬媒質が充填された第１
の筐体と、前記回転支持体を駆動する駆動手段
と、前記駆動手段からの運動を回転支持体に伝達
する伝達手段と、前記伝達手段を少なくとも内包
し、前記第１の筐体と隣接配置された第２の筐体
と、前記圧電振動子と同数のロータリートランス
とを備え、前記ロータリートランスは圧電振動子
に接続された回転コイルと固定コイルとで構成さ
れており、前記回転コイルは回転支持体または伝
達手段の側面に設置されており、前記固定コイル
は、前記回転コイルに対向して第１または第２の
筐体の内側面に設置されて、平面対向型のロータ
リートランスを構成してなることを特徴とする超
音波探触子を提供するもので、小型で、信頼性が
高く、高性能かつ長寿命の超音波探触子を安価に
得ることができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来の機械式扇形走査型超音波探触
子の概観図、同図Ｂは同探触子の回転支持体の側
面図、同図Ｃは同探触子の同軸型ロータリートラ
ンスの概観図、同図Ｄは同探触子の動作原理を示
す回路図、第２図Ａは本発明の超音波探触子の一
実施例を示す概観図、同図Ｂは同実施例の回転支
持体の平面対向型ロータリートランスを示す概観
図、同図Ｃは同実施例の概略動作原理を示す回路
図である。 １０……回転支持体、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ
……圧電振動子、３０ａ，３１ａ，３２ａ……固
定コイル、３０ｂ，３１ｂ，３２ｂ……回転コイ
ル、３３……磁性コア、３４……電磁気しやへい
板、４０……軸受、４５……回転軸、５０……超
音波伝搬媒質を充たした容器、５５……探触子筐
体、６０，８０……プーリ、７０……ベルト、９
０……モーター、１００……回転制御検出器、１
１０……接続ケーブル、１２０……探触子ケー
ス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも一層の音響整合層を有するととも
   に、少なくとも１個の圧電振動子を保持し回転す
   る回転支持体と、前記回転支持体を内包し、超音
   波伝搬媒質が充填された第１の筐体と、前記回転
   支持体を駆動する駆動手段と、前記駆動手段から
   の運動を回転支持体に伝達する伝達手段と、前記
   伝達手段を少なくとも内包し、前記第１の筐体と
   隣接配置された第２の筐体と、前記圧電振動子と
   同数のロータリートランスとを備え、前記ロータ
   リートランスは圧電振動子に接続された回転コイ
   ルと固定コイルとで構成されており、前記回転コ
   イルは回転支持体または前記伝達手段の側面に設
   置されており、前記固定コイルは前記回転コイル
   と対向して、第１または第２の筐体の内側面に設
   置されるとともに、前記回転コイルおよび前記固
   定コイルは、平板状に形成されて、前記圧電振動
   子と電気的整合を有してなることを特徴とする超
   音波探触子。