JPS5886150A - 機械的超音波スキヤナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超音波尋問装置、特に、典型的に医療に使
用される型式の機械的超音波スキャナに関する。

機械的超音波セクタスキャナ類は、診療において共用さ
れている。この種のスキャナは、その把持部を形成する
ハウジングに、超音波エネルギーを扇形領域に送出する
とともにそこからの反響を受けるように回転あるいは振
動する超音波変換器を内蔵している。受は取った反響を
表わす信号は陰極線管のビームを変調する。ビームは、
画面上に、走査し・ようとする領域を映出するように制
御される。この結果、陰極線管は考査領域の像を表示し
、これを、上記スキャナによって人体の各部分を尋問す
る際の診療に用いることができる。

既に、部分走査を有効におこなうべく、超音波変換器を
機械的に駆動するための種々の装置が提案されている。

例えば、超音波変換器は、永久磁石にしつかり固定でき
る。この変換器および磁石は、一対のサーボ駆動コイル
が巻回された一対の電機子磁極間で回転するように装着
されている。

各コイルはサーボ増幅器の出力端子に接続され、該サー
ボ増幅器に超音波変換器の角度位置を表わす信号および
所望の角度位置を表わす信号が印加される。

また、４つの超音波変換器を９０　間隔で装着した回転
子が用いられている。この回転子は、モータにより、モ
ータシャフトの回転軸に垂直な軸の周りに連続的に駆動
され、かつ、各変換器は、きに作動される。

また、連続的に回転するクランクの周面の一端に、１点
を基準として旋回するように接触した超音波プローグが
用いられている。超音波的な動作表面が配置されたプロ
ーブの他端は、ローリングダイアフラムを介してスキャ
ナハウジングに固定されている。プローブは、クランク
が回転するに応じて平面内で前後に振動するように、一
対の板によって一平面内で移動するように拘束されてい
る。

機械的セクタスキャナによって果状し得る可視表示デー
タの１秒間当りのフレーム数は、モータに接続された回
転あるいは振動する変換装置の慣性モーメントを含むモ
ータ負荷に応じたものである。もし、負荷が余りにも大
きいと知覚し得る振動が生じ、このことは、陰極線管に
表示される像を毀損する。このように、機械的セクタス
キャナの重要な特性は、慣性モーメントが小さいことで
ある。もう１つの望まれる特性は、ハウジング同番こお
ける構成部分の配置が小型化されることである。

この発明によれば、１８０°　より小さい角度をもって
出力軸の周りに振動するモータの出力シャフトは、直角
駆動装置を介して超音波変換器１こ結合されている。好
ましくは、ｇＩ＆１のベベルギアＣま上記出力シャフト
の一端に装着される。変換器【言上記出力シャフトに直
交する走査軸の周りを回転するように回転可能に支持さ
れており、第１のベベルギアに係合する＠２のベベルギ
アは、上ｄ己変換器の局面の中心寄りの位置番こ装着さ
れて０る。

出力シャフトの振動は一両ベベルギアを介して変換器に
、結合される。好ましくは、第２のギアは走査軸の周り
に弧状に配設された複数の歯を有し、かつ該第２のギア
は、変換器の背面が各歯より走査軸により近くに存在す
るように設置される。上述したようにベベルギアを組み
合わせることにより、変換器およびその装着構成部分は
より小ざい慣性モーメントを有することになり、よって
、モータの出力シャフトにかかる負荷は小さくなる。

この結果、所定の出力トルクを有するモータは、超音波
変換器を高い角速度で駆動することができよって、ＣＲ
Ｔの画面に表示されるラインおよび／又はフレーム数は
増大する。

第１図において、機械的超音波セクタスキャナの把持部
は、密封された室１２を形成したノ１ウジング１０を備
えている。該室１２内に、モータ１４と角度位置センサ
１６とが設置されている。モータ１４は、ハウジングｌ
Ｏにブラケット１５を介して装着されている。モータ１
４は、１８０よりも小さい角度をもって出力軸２０の周
りに振動する出力シャフト１８を有している。典型的に
は、振動の範囲は９０°のオーダの大きさであって、そ
れに応じた走査領域は、角度９０°以内に維持されるよ
うになっている。軸２０は、／％１ウジング１０の長手
方向軸と合致している。実施例では、モータ１４は、た
とえば、広角度の回転が制限されたブラシレス直流トル
クモータのように、角度制限されたトルクモータで構成
することができる。

位置センサ１６は、ハウジング１０上に、ブラケラト２
２を介して装着された静止部分と、シャフト１８上に装
着された可動部分とを有する。実施例では、位置センサ
１６は、ピッヵーリングアンドコーポレーショ７　（Ｐ
ｉｃｋｅｒｉｎｇ　＆Ｃｏ、）、インコーポレーション
、プレインビュウ・ニューヨー／ｙ　（Ｉｎｃ、　Ｐｌ
ａｉｎｖｉｅｗ、　Ｎ、　Ｙ、　）等の型式２０６０２
のような差動変圧器で構成するようにしてもよい。

上記ハウジング１０の一方の端部は開放きれている。出
力シャフト１８は　　　室１２を貫通してハウジング１
０の開放端部に近い点まで延在しており、そして、超音
波エネルギーに対して透過性のキャップ２４は、該ハウ
ジング１ｏの開放端部を被覆しかつ封止している。走査
シャフト２６は出力シャフト１８の一端から離間されて
いる。シャツ（２６は、出力軸２０に、好ましくは直角
に横断する走査軸２８を有している。シャフト２６の両
端は、それぞれ、ブラケット３ｏおよび３２を介して、
ハウジング１０内で支持されている。

シャフト２６の両端は、それぞれ、ブラケットｌおよび
３２内に形成された穴に圧入されたボールベアリング（
図示しない）を介して回転するように軸支されている。

ベベルギア３６を含む超音波変換装置３４は、シャフト
２６に回転するように装着されている。ベベルギア３６
に係合。するベベルギア３８は、出力シャフト１８の一
端にしっかりと固定されている。このようにして、モー
タＩ４を駆動することにより生じる出力シャフト１８の
振動は、直角駆動装置として機能するベベルギア３６お
よび３８を介して、モータ１４の軸と直交する軸の周り
での変換装置３４の振動に変換される。　　　室１２は
、当該スキャナからの超音波エネルギーにより尋問され
る媒体、たとえば、体組織と略同じ音速を有する水等の
液体で充満されている。キャップ２４の一端は半球状で
ある。このようにして、超音波エネルギーが変換装置３
４とキャップ２４間で液体を介して伝播する距離は、当
該セクタスキャン内での変換装置３４の全ての角度位置
に対して同一とされる。

第２図、第３図、および第４図に示すように、変換装置
３４は、凹面もしくは平面状の前面を備えた円板状の好
ましくは焦点調整された圧電系子４０と、該素子４０の
背面上の防音材料にてなる本体４１とを備えている。本
体４１は、第３図に示すように、ベベルギア３６に接す
る平面を汀している。変換装置３４は、米国特許第４．
１４８．０９４号に開示されているように、公知の種々
の方法で構成される。

素子４０は支持リング４２に嵌入され、所定の位置で接
着されており、そして、防音材料はリング４２内の空間
に発泡状にして注入される。その防音材料が固まると、
本体４１が形成される。リング４２は、対向するように
配置されたコレット形状の延長部４４および４６を有し
、各延長Ｎ！Ａ４と４６にはそれぞれ穴４８と５０が設
けられている。延長部４４および４６の外面は、ともに
、リング４２の外面に沿う曲面を有し、かつ、延長部４
４および４６の内面は、ともに、平面である。

第２図に示すように、ギア３６は略円筒状の本体５６と
、ギアの歯６０が形成された歯冠５８とを有している。

各ギア歯６０は、対応するギア３８上の各ギア歯と噛合
している。ギア３６の部分は、歯６０に対向する側に装
着用の平面６２を残すように切除されている。軸穴６４
は面６２の近くでギア３６を貫通するように形成されて
いる。穴４８および６４は、シャフト２６の大径部５２
を受は入れる。穴５０は、シャフト２６の大径部５４を
受は入れる。シャフト２６はりング４２およびギア３６
に結合されて変換装置３４の一部分を形成する。部分５
２および５４の舷側のシャフト２６の端部５３および５
５は、上述したように−ブラケット３０および３２内で
回転するように軸受けされている。面６２は本体４１の
平坦な背面に接している。望ましくは、ギア３６は、本
体４１にしっかりと固着するようにしてもよい。ギア３
６、素子４０、本体４１．リング４２、およびシャフト
２６は、ハウジング１０に対して回転可能となっている
。ギア３６はリング４２の周辺に配置され、このように
して、構成部分の配置が小型化されている。本体４１の
背面は、平面６２を介して、各歯６０１円筒部５６の局
面、および平面６２と対向する歯冠部５８よりも走査軸
２８により近くに存在する。このように非対称な組み合
わせ配置とすれば変換装置３４に対するモーメント腕が
短かくなり、したがって、慣性モーメントが小さくなる
。この結実装置３４は、より速い角速度で回転可能ζな
り、このようにして、知覚し得る振動もなく陰極線管面
でのフレーム率を大きくすることができる。代表的な実
施例において、秒当り２５又は３０フレームを、振動に
起因する像の毀損もなく表示することができる。このよ
うにフレーム率を大きくすることにより、尋問対象物の
動きを効率的に獲えることができかつ表示することがで
きる。

導電性の端子パッド６６および６８は、本体４１の背面
に形成されている。第４図に示すように、端子パッド６
６および６８は、ベベルギア３６の近くでシャフト２６
の互いに対向する側部に隣接して配置されている。可撓
性の絶縁リード７０゜７２がシャフト２６の周りに同じ
方向に巻回されている。

リード７０の一端は、たとえは、半田により、パッド６
６に電気的に接続されている。リード７２の一端は、た
とえば、半田により、パッド６８に電気的に接続されて
いる。パッド６６および６８に接続されたリード７０お
よび７２の端部に十分なたるみ部分が残され、素子４０
の振動に順応するようになっている。このようにして、
素子４０がある１つの方向に揺動するとリード７０およ
び７２の端部はシャフト２６の周りに巻き付く一方素子
４０が他の方向に揺動するとリード７０および７２の端
部は巻戻される。リード７０および７２の他端は、第５
図とともに後述するように、送受信回路に接続されてい
る。シャフト２６の周りにリード７０および７２を巻き
付ければ、当該り一ド７０および７２に対して応力を緩
和することとなり、かつ、送受信回路と素子４０との間
に簡便でかつ制御されたルーチ、ン経路を提供する。

第５図において、三角波発生器７４の出方端子は、加え
合せ点７６の入力端子、コンパレータ７８の入力端子、
および伝送ゲート８３の伝送久方端子に接続されている
。位置センサ１６の出力端子は、上記加え合せ点７６の
もう１つの入力端子に接続されている。加え合せ点７６
の出力端子は、モータ１４の制御入力端子に接続されて
いる。三角波発生器７４は、低い値から高い値に線型的
に変化し、その後、低い値に線型的に復帰するような繰
り返し電圧を出力する。位置センサ１６は、モータ１４
の出力シャフトの角度位置に比例した電圧を発生する。

モータ１４は三角波発生器７４と位置センサ１６とから
それぞれ送出される電圧の間の差に応じて駆動され、後
者は前者番こ追従するようになっており、このようにし
て、角度位置を第１の角度位置から　９４２の角度位置
となるよう番こし、その後第２の角度位置から第１の角
度位置に直線的に復帰するようになっている。モータ１
４の出力シャフトを線型的に振動することにより、素子
４０の線型的な部分走ｆ（セクタスキャン〕を生起させ
る。基準電圧電源８０は、表示ライン（表示Ｒ）の数と
等しい数゛の出力を有する。

これらの出力は、三角波発生器７４からの電圧と比較す
るようにコンパレータ７８に印加される。

基準電圧電源８０からの各出力の電圧値は、各別の表示
ラインと対応している。三角波発生器７４から送出され
る電圧が基準電圧電源８０からの電圧値の１つと一致す
る毎に、コンパレータ７８は１つのトリがパルスを送出
し、該トリガパルスは送受信回路８２のトリが入力端子
と掃引発生器４のトリガ入力端子と伝送ゲート８３のゲ
ート入力端子とに印加される。各トリがパルスに応じて
送受信回路８２は、公知の方法で素子４０を作動させて
、一連の超音波エネルギーを発射させるとともに、伝送
ゲート８３は、三角波発生器７４からの当該素子４０の
角度位置に応じた電圧を通過させる。上述の噴出された
超行波エネルギーの反響が素′ｆ４０に戻ってくると、
この反響は、陰極線管（ＣＵＴ）８６のビーム変調入力
端子に印加される。掃引発生器８４からの掃引電圧およ
び三角波発生器７４からの電圧はそれぞれＣＲＴ８６の
ビーム偏向入力端子に印加され、その画面にＢ−スキャ
ンセクタ表示が映出される。

上述のこの発明の実施例は、この発明概念の好ましい例
として説明したものであり、この発明の技術的範囲はこ
のような実施例に限定されるものではない。当業者によ
れは、この範囲と思想とから離れることなしに種々の多
（の変形例を考え出すことができる。上述した実施例の
直角駆動装置を用いれば慣性モーメントを最も低くでき
るが、他の直角駆動装置も用いることができる。なお、
この発明は、走査された領域内にある対象のＡ−スキャ
ン表示を映出すこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る機械的超音波セクタスキャナ
の把持部、の側部部分断面図、第２図は第１図のスキャ
ナの超音波変換装置の分解斜視図、第３図は第１図のス
キャナの超音波変換装置の側部断面図、第４図は第１図
のスキャナの超音波変換装置の頂上部平面図、＄５図は
、第１図のスキ”ヤナの概略電気ブロック回路図である
。 １０・・・ハウジング、１４・・・モータ、１６・・・
角度位置センサ、１８・・・出力シャフト、２０・・・
出力軸、波変換装置、３６・・・ベベルギア（第１のギ
ア）、３８・・・ベベルギア（第２のギア〕、４ｏ・・
・圧電素子、４１・・・本体、４２・・・支持リング、
４８．５０・・・穴、５６・・・本体〔円筒部〕、５８
・・・歯冠、６゜・・・ギア歯、６２・・・装着用平面
、７０．７２・・・可撓性のリード、７４・・・三角波
発生器、７６・・・加え合せ点、７８・・・コンパレー
タ、８ｏ・・・基準電圧電源、８２・・・送受信回路、
８３・・・伝送ゲート、８４・・・掃引発生器。 特許出願人　アＩ′／＜ンヌトタ゛イアクンスティック
・リサーチ・コーポレイション代坤人弁理士青山　葆　
　外１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１１８０°より小さい角度をもって出力軸の周りに
   振動する出力シャフトを有するモータと；上記出力シャ
   フトの一端に装着された第１のベベルギアと； 上記出力シャフトの一端から離間した超音波変換器と； 上記出力軸を直角に横切る走査軸の周りに回転するよう
   に上記変換器を回転可能に支持する手段と； 上記変換器に装着され、上記出力シャフトの振動を該変
   換器に結合するように上記第１のギアと係合する第２の
   ベベルギアとを備えた機械的超音波スキャナ。 （２）上記支持手段は回転可能な走査シャフトを備え、
   該走査シャフトとともに１ユニツトとして回転するよう
   に、上記＄２のギアおよび上記変換器が装着される回転
   可能な走査シャフトを備えた特許請求の範囲第１項に記
   載のスキャナ。 （３）上記第２のギアは、上記走査軸の周りに弧状に配
   設された複数の歯紮有するとともに、上記変換器の背面
   が上記歯よりも上記駆動軸により近くに離間するように
   、設置されている特許請求の範囲第２項に記載のスキャ
   ナ。 （４）　　上記変換器は、前方に焦点調整した超音波放
   射面と、背部の装着用平面と、該装着用平面と放射面と
   の間のエツジ面とで薄厚の形状を有するようにした特許
   請求の範囲第３項に記載のスキャナ。 （５）　　上記第２のギアは、複数の歯と対向する側に
   上記装着用平面に接する平面を有している特許請求の範
   囲第４項に記載のスキャナ。 ＋６）　　、Ｉ：記変換器のエツジ面は円形であり、か
   つ、変換器の支持手段は、当該変換器を嵌入するリング
   を有し、該リングは、内方で回転する駆動シャフトを受
   は入れるように個別の離間したコレットを有している特
   許請求の範囲第５項に記載のスキャナ。 （７）上記第２のギアは、該ギアの平面の近くに上記走
   査シャフトを受は入れる穴を有している特許請求の範囲
   第６項に記載の変換器。 （８）上記変換器は、さらに、送受信回路と、当該変換
   器上の一対の電気的端子と、上記回路と各端子との間の
   一対の可撓性のリードとを備え、上記各リードは、上記
   走査シャフトの周りに、当該変換器の振動に順応するよ
   うに十分なゆるみをもって同一方向に巻き付けられた特
   許請求の範囲４７項に記載の変換器。 （９）上記第２のギアは、上記駆動軸の周りに弧状番こ
   配設された複数の歯を有し、かつ、この第２のギアは、
   上記変換器の背部が上記歯よりも駆動軸により近（で離
   間するように、設置されている特許請求の範囲第１項に
   記載のスキャナ。 Ｏｌ　　上記変換器は、前方に焦点調整した超音波放射
   面と、背部の装着用平面と、該装着用平面と放射面との
   間のエツジ面とで薄厚の形状を仔するようにした特許請
   求の範囲第１項に記載のスキャナ。 （１１１上記第２のギヤは、複数の歯と対向する側に上
   記装着用平面に接する平面を仔している特許請求の範囲
   第１０項に記載のスキャナ。 αり　上記変換器のエツジ面は円形であり、がっ、変換
   器の装着手段は該変換器を嵌入するリングを備え、該リ
   ングは上記駆動シャフトを受は入れるように個別の離間
   したコレットを付している特許請求の範囲第１０項に記
   載のスキャナ。 αＪ　上記第２のギアは、該ギアの平面の近くに上記走
   査シャフトを受は入れる穴を有している特許請求の範囲
   第１項に記載の変換器。 Ｉ　上記変換器は、ざら番こ、送受信回路と、当該変換
   器上に一対の電気的端子と、該送受信回路と各端子との
   間に一対の可撓性のリードとを備え、上記各リードは、
   上記走査シャフトの周りに、当該変換器の振動に順応す
   るように十分なゆるみをもって同一方向に巻き付けられ
   た特許請求の範囲第２項に記載の変換器。 □ １５１１８０°　より小ざい角度をもって出方軸の周り
   に振動する出力シャフトを有するモータと；上記出力シ
   ャフトの一端から離間した変換器と；上記出力軸を直角
   に横切る走査軸の周りに回転するように上記変換器を回
   転可能に支持する走査シャフトと； 上記出力シャフトの振動を上記走査シャフトに結合する
   手段と； 送受信回路と； 上記変換器上の一対の電気的端子と； 上記回路と各端子との間に一対の可撓性のＩＪ−ドとを
   備え、上記各ＩＪ　−Ｆは、上、記走査シャフトの周り
   に、上記変換器の振動に順応するように十分なゆるみを
   もって巻き付けられた機械的超音波スキャナ。 （１６１上記走査シャフトを静止状態に設けるとともに
   、上記変換器を、該走査シャフト上に回転するように装
   着した特許請求の範囲第１５項に記載のスキャナ。 ０η　１８０°　より小さい角度をもって出力軸の周り
   に振動する出力シャフトを有するモータと；上記出力シ
   ャフトの一端から離間して設けられた超音波変換器と； 上記出力軸を直角に横切る走査軸の周りを回転するよう
   に上記超音波変換器を回転可能に支持する手段と； 上記出力シャフトの振動を上記超音波変換器に結合する
   ための直角駆動装置と； 上記超音波変換器が振動するに応じて周期的な超音波エ
   ネルギーパルスを発射するように該超音４変換器を周期
   的に作動させる手段と；上記超音波変換器が振動するに
   応じて該超音波変換器で受けた反響を可視表示する手段
   とを備えた機械的超音波スキャナ。