JPH0673521B2

JPH0673521B2 - 超音波変換器プローブ組立体

Info

Publication number: JPH0673521B2
Application number: JP61003705A
Authority: JP
Inventors: ポール・フレドリツク・メイヤーズ; ジユリアン・ドウ
Original assignee: テクニケア・コーポレイシヨン
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1986-01-13
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: US4688576A; EP0188341B1; DE3673658D1; ATE56093T1; CN86100099A; EP0188341A2; EP0188341A3; JPS61168335A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は超音波診断用造影に使用するための超音波変換
器プローブに関し、特に、このようなプローブの組立体
に関する。

超音波画像形成用の変換器プローブは、患者の内部組織
構造の実時間画像を形成するためには、小さく、軽く、
かつ取扱いが容易であるように設計される。実時間画像
を形成するために、超音波エネルギー線が患者に迅速に
伝搬され、そして、表示に適切な画像形成フオーマット
で迅速に処理するためにエコーがプローブによって受信
されねばならない。望ましくは、プローブはいわゆる扇
形走査フオーマットのような、広い視野にわたって画像
を形成すべきである。扇形走査画像は、プローブから放
射方向に超音波エネルギーを繰返して伝搬し、そして受
信することによって形成される。超音波ビームは電子的
に同期させた直線配列のプローブによって行われるよう
な電子的方法で誘導するか、あるいは機械移動式変換器
プローブによって機械的に誘導することができる。本発
明の目的は、変換器が円弧に沿って機械的に掃引され
て、扇形走査を行なう機械移動式変換器を提供すること
である。このような機械式プローブにおける比較的簡単
な機械式駆動用組立体は、同調配列式プローブのビーム
を「操向」するために使用される比較的複雑な電子工学
装置の機能を得るために使用される場合、同調配列式プ
ローブと比較して有利である。

機械式プローブにおいて、変換器を移動もしくは振動さ
せるために使用される機構は、製造の容易さおよび信頼
性のために簡単かつ頑丈であるべきである。プローブの
部品は、時間を費やし、かつ複雑な配列工程を行うこと
なく正確、迅速に組立てることができるべきである。完
成プローブは、偶発的に落下させることによる衝撃のよ
うな、時折り生じ偶発的な取扱いミスに耐えることがで
きるべきである。

本発明の原理に従えば、頑丈で、組立てが容易な機械式
変換器プローブ組立体が提供される。プローブの部品は
中空のケース内に配置される。組立体の基準点はケース
の内側表面に置かれる。モータ組立体及び変換器取付け
組立体はケース内に配置され、一緒にしっかりと接続さ
れている。この両者の接続部において、モータ及び変換
器組立体は基準点に接触しており、これによってケース
内に変換器及びその駆動機構を位置を定めて配置でき
る。基準点に対してモータ及び変換器組立体を付勢する
手段が設けられ、この手段は、プローブ機構の耐ショッ
ク取付けにも役立つ。

第１図に、本発明の原理に従って組立てられた超音波変
換器プローブが示されている。プローブの諸要素はアル
ミニウムから機械加工され、又はデルリン、ポリスルホ
ン又は同様な材料で成形することができるケース10内に
収められている。音透過性コーン即ちキャップ12がケー
スの先に取付けられている。キャップ12は、超音波に対
して高い透過性を有するポリエチレン又は他の材料で作
られる。使用時には、超音波エネルギーは、プローブ内
の媒介液によって超音波変換器32に、そして超音波変換
器32からキャップ12を通過する。音透過性キャップ12は
ケースの先端の外周開口のまわりの溝にかん合され、圧
縮バンド16によってシールされている。このシルがキャ
ップ12及びケース10の間で圧縮されたＯーリングによっ
て液密にされる。

変換器取付け組立体30は要素32〜38を含んでいる。変換
器32は変換器リング34に着座さている。さらに変換器リ
ング34は変換器カップ36内の所定の位置にスナップばめ
してある。これによって同一外側寸法の変換器リングで
種々の異なる特性の変換器を製造するのが可能になる。
特定の変換器を有するプローブが注文された場合、選択
された変換器及びリングモジュールは、必要な電気接続
がなされて変換器カップにスナップばめすることができ
る。

変換器カップ36は、両側にボールベアリング取付具を有
し、硬鋼性の軸ピン40がそれを貫通している。ステンレ
ス鋼製のクランクピン42が軸ピン40に平行に変換器カッ
プにプレスばめされている。本発明の図示の実施態様に
おいて、クランクピン42は、0.090インチ（約2.3mm）の
距離で軸ピン40から離間されている。この間隔が、変換
器が振動する角度の決定因子の一つである。図示の実施
態様において、振動角度は90度であった。離間距離にお
ける千分の１インチの変化が振動角度で約１度の変化に
相当するということが判明した。

クランクシャフト44の一方の端部がベアリング支持にク
ランクピン42に連結されている。クランクシャフト44の
他方の端部もベアリング支持でモータ（組立体60）の移
動型磁石組立体64に取付けられている。変換器カップ36
から延びている軸ピン40の両端は、ジンバルカップ38の
基体から延びているアームの穴に位置している。軸ピン
は、ジンバルカップのアームに直交方向の止めねじによ
ってジンバルカップアームの穴内に固定されている。ジ
ンバルカップは、ジンバルカップの穴を貫通し、モータ
を囲んでいる拡張式ブッシュ61のねじ穴に至るねじ50及
び52によってプローブ内の所定の位置に保持されてい
る。ジンバルカップの基体及びスプール形状の拡張ブッ
シュは、ケース10の内周面の溝47のまわりに延びている
スナップリング46を挟んでいる。

モータ組立体60は、参照番号61〜68の部材を含んでい
る。モータの上部ベアリング68は、ジンバルカップ38の
基体の環状溝に一端で固定されている。下部ベアリング
66は、緩衝取付けスプリング74及び管76によって所定の
位置に保持され、管76はガラス／金属シール18に接触し
ている。シールの内方部分18aはガラスで作られ、それ
を貫通するいくつかの電気接続ピン19を有している。変
換器、モータ及び位置センサー（図示せず）からのリー
ド線がこれらのピンに接続されている。シールの外周部
18bは金属で作られ、Ｏーリング20によって囲まれてい
る。このＯーリング20はプローブの後部で液密シールを
形成し、そしてモータ及び変換器組立体が配置する液体
室に達している。液体室の外側で接続ピン及び接続器22
の間の接続がなされる。コネクタ22はケーブルの先の対
応するプラグと組合わされ、プローブに、そしてプロー
ブから必要な信号をもたらす。

クランクシャフト44は、ジンバルカップ38の基体及び上
部ベアリング68の穴を貫通し、磁石組立体64に接続され
ている。磁石組立体は、デルリン製のベアリング68及び
66中で往復運動するようにスライドする。圧縮ばね70及
び72が磁石組立体の両側に配置され、モータを駆動しな
い場合に、モータの中央位置に磁石組立体を置く作用を
する。この位置で、変換器は図示するように前方にまっ
すぐに向けて置かれている。圧縮ばね70及び72はまた、
磁石組立体64がその移動方向を逆にしようとして方向転
換する度毎のモータの方向転換を容易にする。円筒状の
磁石組立体64は環状コイル組立体62で囲まれている。位
置センサーピン82は、磁石組立体の下端部（右手）でね
じ穴にねじ込まれている。コイル組立体62が励磁される
と、磁石組立体64は前後、即ち図で水平に移動する。こ
れによって、クランクシャフト44が前後に往復運動させ
られ、それで軸ピン40のまわりで振動するように変換器
カップ及び変換器が動かされる。同時に、磁石組立体
は、下部ベアリング66の一部として形成されている位置
センサー巻型80を通して位置センサーピン82の移動させ
る。コイルはコイルフオーム80（図示せず）のまわりに
巻かれ、コイルを通る位置センサーピン82の移動は、ピ
ンの位置に関連してコイルのインダクタンス、及びそれ
に相応して変換器の偏倚角を変化させる。この変化する
インダクタンスが検知され、変換器のその時の位置を確
かめるために使用される。

モータ及び位置センサーの構造及び操作の詳細な説明は
「位置センサーを有する超音波変換器プローブ駆動機構
（ULTRASONIC TRANSDUCER PROBE DRIVE MECHANISM WITH
POSITION SENSOR）」と言う名称の米国特許出願番号第
691,320号中に見出せる。

第２図及び2a図に、第１図の変換器取付け組立体30及び
モータ組立体60がそれらに付随する組立体諸要素ととも
に示されている。変換器32は変換器リング34に着座さ
れ、弾性の軟質ゴム材の層上に置かれている。ゴム材は
変換器リング及びその取付体から変換器を音響的に絶縁
する作用を行ない、それによって超音波振動の組立体へ
の結合を防止する。これによってプローブ及びその画像
形成システムにおける残響の発生及び対応する画像のア
ーティファクトを防止する。

変換器及び変換器リングは、変換器カップ36にスナップ
ばめされ、さらにジンバルカップ38のアーム38a及び38b
の間に回動可能に取付けられているものとして図示され
ている。アーム38a及び38bの先端に、ジンバルカップに
軸ピンを保持する止めねじが見られる。クランクシャフ
ト44は、変換器の背後のクランクピンに接続され、ジン
バルカップ38の基体の穴を通って延びている。

変換器取付け組立体30の右方に、ブッシュクリップ即ち
スナップリング46がある。スナップリングの背後にはモ
ータ組立体60がある。拡張ブッシュ61の小径部中心内
に、本図では見られない磁石組立体64及びコイル組立体
62がある。拡張ブッシュの前方先端の開口から延びて、
上部ベアリング68がある。プローブが組立てられる場
合、上部ベアリングはジンバルカップ38の基体の裏部の
穴のまわりの環状溝39に着座される。溝39は第2a図のじ
ンバルカップの裏から見た平面図に示されている。拡張
ブッシュ61の大径部先端の溝94及び96は、拡張ブッシュ
の先端とケース10の内側表面との間に液密シールを形成
するＯーリング90及び92（第１図参照）を収容する。位
置センサー用コイルフオーム80がモータ組立体の後部か
ら延びて示されている。モータ組立体60の背後に、緩衝
取付けスプリング74及び管76がある。

プローブの組立ては次のように進行する。まずＯーリン
グを有するガラス／金属シール18がプローブの後部に着
座される。次いで、管76がシール18に接触するように、
管76及び緩衝取付けスプリング74がケースに滑りばめさ
れる。次いで、下部ベアリング66が緩衝取付けスプリン
グ74に接触するように、モータ組立体60がケースに滑り
ばめされる。緩衝取付けスプリング74は非圧縮状態であ
るの、磁石及びコイル組立体64及び62、上部及び下部ベ
アリング68及び66を含む拡張ブッシュ61内のモータの諸
要素はスプリング74によって前方に押され、ブッシュ61
の先端から押出される。拡張ブッシュ61は、ケース10の
内壁と接触状態にあるＯーリング90及び92の抵抗しか受
けないので、第１図に示す最終位置に押しやられる。モ
ータの諸要素が拡張ブッシュ61内にゆるく固定されてい
るので、コイル組立体並びにベアリング66及び68を取囲
んでいる液体用の空所が形成される。モータが作動する
と、この液体用の空所は、ベアリング66及び68の穴65及
び67内へ、そしてそこから圧送される液体を収容する。

次に、先端のとがったプライヤーを使用して、ケースに
挿入するためにスナップリング46を小さな径に圧縮す
る。スナップリングがケースの内周のまわりの溝47に合
わされ、プライヤーが取除かれると、スナップリングは
溝47に所定の位置で係する。溝の寸法は重要でなく、ス
ナップリングがこの時点で溝にゆるく係合できればよ
い。最終組立て工程が示すように、溝の先端の位置だけ
が重要である。

最後に、変換器取付け組立体がプローブ内に挿入され
る。クランクシャフト44は、第１図に示すように磁石組
立体64の端部のピンに引掛るか、またはそこにスナップ
ばめされる。環状の溝39は、拡張ブッシュ61の端部から
延びている上部ベアリング68の端部のまわりで固定され
る。さらに、変換器取付け組立体は拡張ブッシュ61の穴
にねじ込まれた固定用ねじ50及び52によって固定して配
置される。ねじがしっかり締められると、ジンバルカッ
プ38の基体がプローブの後部方向にモータの諸要素を押
すように、緩衝取付けスプリング74の力が対向する。ね
じが完全に締められると、緩衝マウントスプリング74は
圧縮状態になる。

さらに、プローブの諸要素はその各々に相互作用する力
の組合せによってケース中にしっかりとかつ正確に配置
される。圧縮された緩衝取付けスプリングの力がプロー
ブの前方および後方に向けらる。後方の力は、管76を通
してガラス／金属シール18にもたらされ、その場に確実
なシールを保持する。このことがＯーリングによって形
成された完全な液密シールドを接続する助けとなる。前
方にもたらされたスプリングの力は、モータの下部ベア
リング66、コイル組立体62及び上部ベアリング68をジン
バルカップ38の基体にしっかり固定させ、その場にモー
タの諸要素を保持する。さらに、この前方のスプリング
力は、ねじ50及び52によって拡張ブッシュ61にもたらさ
れ、拡張プッシュを前方に引っ張って、ジンバルカップ
38及び拡張プッシュ61の間でスナップリング46を挟む。
挟まれたスナップリング46は緩衝取付けスプリング74の
力によって前方に最終的に押圧されて、溝47の先端にし
っかり押圧されたその前面にスナップリングを位置させ
る。このように、変換器取付け組立体30及びモータ組立
体60は、この溝47の先端を基準としてケース10内の所定
の位置に配置させる。これらのガラス／金属シールをし
っかり押圧し、プローブ部材を位置を定めて配置する機
能に加えて、スプリング74は、緩衝取付けとしてプロー
ブの諸要素の保護も行なう。プローブが偶発的に落とさ
れ、接続器22の端部で衝突した場合、スプリング74は衝
突に際して圧縮し、ほとんどの落下力を吸収する。モー
タの諸要素は接続器22の方に押されるが、この力は緩衝
取付けスプリング74によって緩和される。スプリング74
はあまりゆるく、又はあまり強く圧縮しないように選択
された圧縮量を呈するのが望ましい。ゆるすぎる圧縮は
モータの諸要素を作動中揺れ又は振動させ、強すぎる圧
縮は、緩衝取付けスプリングの緩衝緩和能力を減少させ
る。スプリングが圧縮される場合は、望ましい程度でス
プリング74を圧縮するのに適する管76の長さを選択する
ことによって選ばれる。従って、スプリング74が圧縮さ
れる度合は、使用される特有のスプリングの特性に依存
する設計上の選択の問題でありうる。

第１図の変換器プローブは、他の方向に加えられた衝撃
にも耐えることができる。プローブが先端から落下する
場合、軟質プラスチック製キャップ12が圧縮して、大部
分の衝撃力を吸収する。固い表面への激しい落下はキャ
ップ12を砕く。これによってキャップ及び液体の交換が
必要になるが、通常、変換器取付け組立体及びモータ組
立体の修理を必要としない。プローブの側部の衝撃は、
プラスチックケースを使用することによって吸収するこ
とができる。さらに、Ｏーリング90及び92並びにベアリ
ング66及び68とコイル組立体62とを囲んでいる液体用空
所が、ある程度のモータ部材の衝撃緩和を果す。プロー
ブ内の液体は実質的に全方向での落下力を押える助けも
する。

本発明の図示した実施態様において、いくつかの理由に
より、ケース10を二つの部材で形成するのが望ましいこ
とがわかった。第１図に示すように、コネクタ22を保持
するケースの後部部材10aはケース10の主部にねじ込む
ためにねじ溝が切られている別個の部材である。ケース
部材10aを除くと、ケースの前部から下方までシール18
を滑らす必要がもはやないので、組立てがさらに容易に
なる。シールがケースの狭い部分を通って押込められる
と、Ｏーリングが動かなくなるので、このシールの滑り
ばめは困難になる。好ましい形態において、シールは、
部材10aを除いた状態で後部から取付けられ、これによ
って動かなくなるという問題がなくなる。さらに、別個
の部材10aは異なる寸法及び形式のコネクタを有して形
成できる。最終の組立て工程中に、使用者が望むコネク
タを有する部材10aが選択され、ワイヤーの接続がなさ
れ、次いでその部材がねじ込まれる。

本発明の原理に矛盾しない変形も可能である。たとえ
ば、スナップリングを置くための溝を使用する代りに、
ケースの内周のまわりに環状の突起又は断続的な一連の
突起がスナップリングを置くために形成できる。スナッ
プリングはこれらの突起の平らな面を押す。ケースにモ
ータ組立体60を挿入する場合、突起を通してＯーリング
を有する拡張ブッシュが通過できるような寸法にしなけ
ればならない。このことは一体的なケースでは重大な組
立ての問題を与えるが、二分割式又はクラムシェル状の
ケースが使用される場合は、望ましい代案となる。次い
で、二分割式ケースが閉じられ、シールされる前に、モ
ータ組立体並びに後部のスプリング、管及びシールがプ
ローブ中に配置できる。このような配置において、スナ
ップリングが、溝47の位置に置かれ、変換器取付け組立
体及び拡張ブッシュによって挟まれる、ケースの内周か
ら突き出ている環状の突条によって置替えることができ
る。しかしながら、この突条はケース内で移動できない
ので、突条の前後両面を正確な寸法にする必要がある。
さらに、プラスチックの突条は要求される構造強度を与
えないので、この代案はプラスチック製ケースより金属
性ケースにおける方が望ましい。プラスチックケースに
おいては、好ましい実施態様の溝及びスナップリング配
置の構造の一体性にとってさらに望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って組立てられた超音波変換
器プローブの部分断面図である。第２図は第１図のプローブの変換器及びモータ組立体を
さらに詳細に説明する分解斜視図である。第2a図はジン
バルカップの側面図である。 10……ケース、12……キャップ、30……変換器取付け組
立体、32……変換器、34……変換器リング、36……変換
器カップ、38……ジンバルカップ、40……軸ピン、46…
…スナップリング、60……モータ組立体、64……磁石組
立体、74……緩衝取付けスプリング、76……管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波変換器を振動させるための駆動機構
が用いられている超音波変換器プローブであって、前記プローブの諸要素を収容するための、内側表面に基
準指示部を有する中空なプローブケースと、前記ケース内に位置し、かつ前端部を有するモータ組立
体と、前記ケース内に位置し、前記超音波変換器を振動可能に
取付ける取付手段を有し、かつ後端部を有する変換器組
立体と、前記モータ組立体を前記変換器組立体に前記前端部およ
び後端部の接続部で連結する連結手段とを備え、前記接続部は前記基準指示部に関して前記連結手段によ
って固定的に位置決めされている、超音波変換器プロー
ブ。
【請求項２】前記モータ組立体及び変換器組立体を前記
基準指示部に対して押圧するための手段をさらに包含す
る特許請求の範囲１項記載のプローブ。
【請求項３】前記基準指示部と接触して前記プローブ内
に配置され、前記前端部及び後端部によって挟まれてい
るスナップリングをさらに包含する特許請求の範囲１項
記載のプローブ。
【請求項４】前記基準指示部が前記プローブケースの内
側表面の溝から成り、前記接続手段がねじから成る特許
請求の範囲第３項記載のプローブ。
【請求項５】前記変換器組立体が前記変換器を回動自在
に取付けるためのジンバルカップを含む特許請求の範囲
第１項記載のプローブ。
【請求項６】前記変換器組立体が前記変換器を保持する
リングを含み、前記リング及び変換器が前記ジンバルカ
ップにスナップばめされている特許請求の範囲第５項記
載のプローブ。
【請求項７】前記モータ組立体が後端部をさらに有し、
かつ前記付勢手段が前記モータの前記前端部を前記基準
指示部に対して押圧するために前記モータ組立体の前記
後端部に配置されたスプリングから成る特許請求の範囲
第２項記載のプローブ。
【請求項８】前記基準指示部が前記中空ケースの内側表
面の溝から成り、スナップリングが前記溝に配置されて
いる特許請求の範囲第７項記載のプローブ。
【請求項９】前記スプリングを望ましく圧縮させるため
に前記モータ組立体の後端部及び前記プローブの内側表
面の間に配置されたスペーサーをさらに包含する特許請
求の範囲第８項記載のプローブ。