JP2004194711A - Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic probe - Google Patents

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JP2004194711A JP2002363456A JP2002363456A JP2004194711A JP 2004194711 A JP2004194711 A JP 2004194711A JP 2002363456 A JP2002363456 A JP 2002363456A JP 2002363456 A JP2002363456 A JP 2002363456A JP 2004194711 A JP2004194711 A JP 2004194711A
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Hiroyoshi Toyoshima
弘祥 豊島
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus in which a motor system to drive an ultrasonic vibrator only by the ultrasonic probe can be constructed and the ultrasonic probe can be detached from and attached to the main body of the apparatus. <P>SOLUTION: The ultrasonic diagnostic apparatus includes a driving motor mounted with the ultrasonic vibrator in a window housing and a driving circuit to control the driving motor in a relay box. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子駆動モータとそれを使用した超音波プローブおよび超音波診断装置に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
生体を対象とした超音波診断装置などに用いる超音波プローブとしては、大別してリニア走査方式とセクタ走査方式とがあり、セクタ走査方式には、主として電子セクタ走査方式とメカニカルセクタ走査方式とがある。このメカニカルセクタ走査型超音波プローブとしては、色々な種類と方法が知られている（例えば非特許文献１参照）。また、このメカニカルセクタ走査型超音波プローブとしては、色々な走査方式がある（例えば非特許文献２参照）。
【０００３】
従来、超音波プローブ（超音波探触子、超音波診断用プローブともいう）は、いろいろなもの等が知られている（例えば特許文献１〜５参照）。超音波プローブは電子式のものが主流であって、機械式は少ない。機械式は駆動機構部が複雑になり、プローブ先端と手元操作部が大きくなりやすいなどの課題がある。そこで最近では超音波振動子を駆動するのにモータが使用されてきている。モータも使用するプローブの種類によって、整流子モータ、ブラシレスモータ、パルスモータ、ステッピングモータ、超音波モータなどが存在する。
【０００４】
最近の診断画像の分解能を上げる要望に対して、使用するモータも制御されるモータでなくてはならなくなってきている。制御モータはモータ部と制御部が必要であるが、超音波診断装置の場合はモータを超音波プローブの先端に置くために、小型でなくてはならず、制御部とモータ部は別々に分かれいる。駆動モータの制御部は超音波診断装置本体の基板に構成されていることが多い。
【０００５】
本体基板には画像表示などのシステムの電子部品が搭載されているので、使用する超音波プローブと一対のものとして取り扱われているために、駆動モータの制御部を別にしても大きな効果が期待できなかった。しかしながら、最近画像表示に高精度、高画質、高速表示などの要求があり、使用するＤＳＰも最新のものを使用しないといけなくなり、システム基板を変更して対応することが多くなりつつある。その変更とともに使用するＣＰＵも高速のものに変更することがある。超音波診断装置の診断仕様をステップアップして最適な装置に仕上げることを短時間に行う必要があり、仕様の充実をはかる時に、本体基板に占める本体システム部割合が多くなり、基板サイズが大きくなり、小型化装置への展開などに支障が出てきている。そうした中で駆動モータの制御部などあまり変更がない部分は別の基板に構築する方が開発効率の点で良い場合があるとして検討され始めてきている。
【０００６】
改めて、駆動モータの制御部を別する理由をまとめると
（１）開発時間の短縮
（２）超音波診断装置の仕様拡大が容易
（３）超音波診断装置のオプションなど容易
（４）超音波診断装置のシステム基板がフルに使用できる。
（５）仕様変更などにも容易に対応できる。
（６）超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増す。
などが挙げられる。
【０００７】
しかし、従来技術の超音波診断装置は保守や互換性などの問題で、駆動モータの制御部を別にするまでには至っていない。
【０００８】
従来の超音波診断装置、超音波プローブについて、以下に説明する。
特許文献１に開示されている超音波プローブは、超音波振動子を搭載した超音波プローブ先端とハンドルが筐体構造をしたものであって、超音波プローブ先端のモータはハンドルに搭載され、軸の先端を超音波プローブの先端までのばし、その先端部に超音波振動子を搭載した構造である。モータはパルスモータであり、そのモータの駆動回路はケーブルを通って接続された回転制御装置に接続される。プローブからは超音波診断装置本体にケーブルが接続されている。本体とモータ回転制御装置は別の筐体に納められている。本体装置と回転制御装置が別体であるので、取り扱いなどの作業性が悪いなどの課題があり、最近では見受けられなくなった。本体装置にモータ回転制御を内蔵した一体のものが使用されていることが多い。
【０００９】
また、特許文献２に記載されるようにモータを超音波プローブに内蔵した超音波プローブを使用した超音波診断装置であって、その超音波プローブ内蔵のモータの制御部分は装置本体に構成する超音波診断装置が多くあり、モータのパルスモータ、ブラシモータ、ブラシレスモータなどが使用されているが、モータの回転制御部（一般にドライバーともいう）も超音波診断装置本体に構成される。すなわち、回転速度信号生成部や回転検出部をさして回転制御部ということになる。
【００１０】
特許文献３には３次元超音波プローブととその装置が説明されている。超音波振動子を回転駆動するモータは超音波プローブの先端に構成し、その回転モータ全体を揺動させるモータはハンドルに構成している。２つのモータは超音波プローブの先端とハンドルに構成され、その２つのモータの駆動回路は本体に構成されている。
【００１１】
特許文献４に記載された超音波プローブは超音波振動子を搭載する先端とガイドチューブとハンドルがある構成の超音波プローブであって、超音波振動子を駆動するモータはハンドルに構成され、フレキシブルシャフトをモータから超音波プローブ先端まで設けて、超音波振動子を回転揺動させるようにしていて、モータを駆動する回路関係は体腔内超音波診断装置本体に構成されている。フレキシブルシャフトは内通しているガイドチューブは屈曲性のある部材である。
【００１２】
この超音波プローブは体腔内挿入型超音波探触子の１つとして血管内に挿入される細径プローブである。この細径プローブは、挿入部（挿入管）と操作部とで構成される。挿入部は、シースチューブと、その内部に挿入されるフレキシブルシャフトや駆動ワイヤなどで構成され、そのフレキシブルシャフトや駆動ワイヤの先端に設けられた超音波振動子とで構成される。また、操作部はフレキシブルシャフトを回転駆動するモータがある。モータを回転させることで、超音波振動子は回転するが、先端の超音波振動子は挿入管の挿入方向に対してラジアル方向に超音波ビームが発射されるようになっている。超音波振動子が直接ラジアル方向に向いているプローブや、音響ミラーを設けた間接的にラジアル方向に超音波振動子のビームを放射するものもある（例えば特許文献４参照）。
【００１３】
特許文献５に示されている超音波診断装置は音響ミラーで間接的に挿入方向に対してラジアル方向に超音波振動子のビームを放射する超音波プローブから構成されている。超音波振動子は超音波プローブの先端に構成し、その超音波振動子を回転させるモータは手元操作部に構成し、モータの伝達力はフレキシブルシャフトを用いて超音波振動子に伝達される。回転制御機構部はあるがそのモータは制御駆動回路部がなく、過負荷制御する回路であると考えられるので、モータはブラシレスモータではなく、ブラシ付きのモータである。しかし、過負荷制御する回路を回転駆動制御回路の一種と考えることもできるが、この回転制御機構部は装置本体に構成されていて、装置の焼損やモータの焼損などを未然に防ぐための過電流検出回路と電源の遮断回路などで構成されている。
【００１４】
この従来例のように、モータやプローブ全体のコントロールなどは本体の装置回路に構成されることがほとんどである。
【００１５】
一般的に、超音波振動子を回転させるモータは超音波振動子の近傍に構成されるが、モータの駆動回路は電力の供給や基板の実装の合理化などで、装置本体基板上に構成されていることが多いので、モータの制御基板だけを単独で構成することは、得策であると考えられていない。
【００１６】
最近のモータの駆動回路にマイコンを使用して制御させる技術が盛んになりつつあり、超音波診断装置においても、マイコン制御の駆動回路を用いて超音波振動子を精度よく回転駆動させることが盛んに開発されてきている。
【００１７】
【特許文献１】
特公平１−３１３７３号公報（第４−５頁、図１、図２）
【特許文献２】
特開２０００−１０７１７９号公報（第５−７頁、図１、図２）
【特許文献３】
特開２００１−４６３７７号公報（第１０頁、図１）
【特許文献４】
特開平７−１６３５６２号公報（第６頁、図１）
【特許文献５】
特開平７−１８４８８８号公報（第６頁、図１）
【非特許文献１】
医歯薬出版株式会社発行「超音波検査入門（第２版）」（第５４−５５頁）
【非特許文献２】
（社）日本電子機械工業会編『改訂医用超音波機器ハンドブック』
（１９９７．１．２０コロナ社発行）（第９１頁、表３．１１）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のメカニカルセクタ走査型超音波プローブは２次元や３次元の超音波断層画像が得られるものである。超音波振動子のビーム軌跡面は駆動モータの回転軸に対して直交しているものや軸方向になっているものもある。駆動モータの回転軸軸に対していろいろなビーム軌跡面の超音波プローブが存在するが、駆動モータの回転制御部が装置本体に構成されているために、装置本体のシステム回路と超音波プローブは一体のものであって、別の超音波プローブを取付けることは保証されていない。本体基板には画像表示などのシステムの電子部品が搭載されているので、使用する超音波プローブと一対のものとして取り扱われているためである。
【００１９】
画像表示に高精度、高画質、高速表示などの要求に迅速対応するためには、システム基板には
（１）高速のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を使用が容易にできる基板スペースが確保されていること。
（２）システム基板のサイズを変更せずに行えること。
（３）使用するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が高速のものに変更することができるスペースが確保されていること。
（４）将来、別の電子部品を実装付加するだけの余裕がシステム基板にあること。
（５）画像用ＤＳＰやメモリや処理ＣＰＵなどが最新のものが使用できる技術進歩に合わせて仕様変更可能な部分とあまり変更がない部分子とが混在しないように分離可能であること。
（６）仕様変更可能な部分とあまり変更がない部分子とを別の基板に構築することができること。
などが必要となる。
【００２０】
駆動モータの制御部を本体システム基板と別にする理由はついては、前述してある。モータ駆動回路と本体システムとの接続方法を明確にしていれば、モータ駆動回路だけ単独でグレードアップすることができる。さらには、開発時間を短縮して、新製品を市場に投入することができる。
【００２１】
本体システム基板に超音波振動子駆動モータ制御駆動回路を搭載しないことによる利点や欠点がある。どのように構築するかによって、システムの内容が異なってくる。
（１）超音波振動子駆動モータのモータ仕様が同じではない。たとえば、ブラシ付きモータ、ブラシレスモータ、ステッピングモータ、超音波モータなど様々なモータで構成することができる。本体システムとは関係なくできること。
（２）超音波振動子駆動モータの印加電圧が様々である。モータが異なれば、印加電圧も異なるために、すべて一定にできない。供給電源は５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖなどを行って、供給電源から基準電圧を制御するようにすること。
（３）超音波振動子駆動モータがブラシレスモータであっても、駆動システムが３相半波、３相全波、２相全波など様々な仕様が存在する。本体システムには駆動回路部仕様に影響がない汎用のインタフェースが必要である。
（４）超音波振動子駆動モータがブラシレスモータであっても、モータの駆動マグネットの極数や巻線スリット数なども様々な仕様が存在する。本体システムには駆動回路部仕様に影響がない汎用のインタフェースが必要である。
（５）超音波振動子駆動モータの回転位置情報の分解角度精度も様々な場合が存在する。本体システムに渡す信号分解能は４逓倍以下の信号とする。位置の把握は超音波診断装置本体に知らせる機構であること。
（６）超音波振動子駆動モータの回転位置情報の信号レベルの装置本体への引き渡し仕様など様々な場合が存在する。ノイズの受けないようなレベルで行う必要がある。
（７）装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができること。
【００２２】
本発明は、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築し、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの超音波プローブを使用した走査超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作し、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築し、超音波プローブを使用した走査超音波診断装置を提供することである。
【００２４】
超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築する事が実現できる必要がある。したがって、駆動モータ制御駆動回路は超音波プローブ側に構築する必要がある。
【００２５】
また、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるようにするために、中継ボックスで超音波診断装置の本体に接続される構成とした。
そのために装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるために、運搬やメインテナンスなどが容易になり、さらには、ポータブルな超音波診断装置を製作し、定期健康診断などに使用できるようなシステムを構築していくことが可能なものにすることができる。さらに、医療診断の拡大にもなり、医療が充実していくことができる。
【００２６】
本発明は、上記目的を達成するために、
（ａ）超音波振動子と駆動モータが内包した先端と筐体接続されたハンドルが構成される超音波プローブの場合、超音波振動子駆動モータと超音波プローブは以下の構成がひとつ以上なされる。
（１）コンパクト構成にするために、超音波伝播媒質を内包し、ウインドウケース内に超音波振動子と超音波振動子駆動モータとを構成させる。
（２）超音波プローブは超音波振動子と駆動モータが内包した先端と筐体接続されたハンドルが構成され、ハンドルからケーブルで接続された中継ボックスが構成され、その中継ボックスで超音波診断装置の本体に接続される構成である。
（３）駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに内蔵し、マイコン制御駆動回路はモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路である。
（４）超音波振動子駆動モータには、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用いる。
（５）駆動モータに使用される磁気式エンコーダの信号は増幅処理あるいは増幅処理と矩形波処理をマイコン制御駆動回路で行う。
（６）磁気式エンコーダの検出素子はＭＲ素子である。
（７）ＭＲ素子から出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端の第１信号処理部（中継基板）で行い、その増幅信号を波形処理する第２信号処理部（中継基板）をハンドルに配置し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（８）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する信号処理部（中継基板）を超音波プローブの先端に配置し、処理信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（９）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する信号処理部（中継基板）を超音波プローブのハンドルに配置し、処理信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１０）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端に配置した信号処理部（中継基板）で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号とその増幅信号を処理させて信号を生成させる。
（１１）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端に配置した中継基板で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号をモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御駆動させる。
（１２）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのハンドルに配置した中継基板で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号あるいは増幅信号とその増幅信号を矩形波処理させて信号を生成させる。
（１３）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのハンドルに配置した中継基板で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号をモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御駆動させる。
（１４）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号は超音波プローブの先端からハンドルを経由してケーブルを通って、中継ボックスの内部基板に伝達され、この中継ボックスの内部基板には、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の処理とモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（１５）超音波振動子駆動モータには回転側部材にロータフレーム、駆動マグネットを有し、固定側部材に巻線、駆動軸、ベースを有した構成である。
（１６）超音波振動子駆動モータは整流子モータ以外のモータである。
（１７）超音波振動子駆動モータはブラシレスモータである。
（１８）超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させる構成である。
（１９）駆動モータの回転側部材は２つの軸受で回転支承され、その軸受の間にコアと巻線が形成され、その２つの軸受間のロータフレームに超音波振動子が形成され、さらにその２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースが構成される。
（２０）超音波プローブ先端からハンドルに接続される軸（ハンドル軸）に直交するように駆動モータの駆動軸が超音波プローブのウインドウケース内に構成される。
（２１）そのハンドルに平行に超音波振動子の超音波ビームの軌跡面が構成される。
（ｂ）超音波プローブは超音波振動子と駆動モータが内包した先端と先端から挿入管で接続されたハンドルとハンドルからケーブルで接続された中継ボックスとで構成された超音波プローブ場合、超音波振動子駆動モータと超音波プローブは以下の構成がひとつ以上なされる。
【００２７】
モータと超音波振動子は一体的な構成の場合で、たとえば、ロータフレームに超音波振動子を取り付けられている。
【００２８】
モータと超音波振動子は別体で構成され、たとえば、モータの駆動軸（回転軸）の先端に取り付けられた台に超音波振動子が取り付けられている。
（１）コンパクト構成にするために、超音波伝播媒質を内包し、ウインドウケース内に超音波振動子と超音波振動子駆動モータとを構成させる。
（２）超音波プローブは超音波振動子と駆動モータが内包した先端と先端から挿入管で接続されたハンドルとハンドルからケーブルで接続された中継ボックスとで構成され、その中継ボックスで超音波診断装置の本体に接続される構成である。
（３）駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに内蔵し、マイコン制御駆動回路はモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路である。
（４）挿入管は屈曲性のあるフレキシブルな管である。
（５）超音波振動子駆動モータには、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用いる。
（６）磁気式エンコーダの検出素子はＭＲ素子である。
（７）ＭＲ素子のＭＲ信号の増幅は超音波プローブで行う。
（８）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端の信号処理部（中継基板）で行い、その増幅信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスの内部基板に接続する。この中継ボックスの内部基板には、ＭＲ素子の信号増幅を波形処理する矩形波回路とモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（９）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を挿入菅の中を通してハンドルに導き、そのハンドルの中継基板でＭＲ信号の信号増幅を行い、その増幅信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスの内部基板に接続する。この、中継ボックスの内部基板には、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（１０）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を挿入菅の中を通してハンドルに導き、さらにハンドルを通って中継ボックスの内部基板に接続する。この中継ボックスの内部基板では、ＭＲ信号の信号増幅とモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（１１）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端の第１信号処理部（中継基板）で行い、その増幅信号を波形処理する第２信号処理部（中継基板）をハンドルに配置し、処理信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１２）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する中継基板を超音波プローブの先端に配置し、処理信号は挿入管を通って、ハンドルを経由し、さらにケーブルを通って伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１３）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号は挿入管を通って、ＭＲ素子信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する中継基板を超音波プローブのハンドルに配置して、ＭＲ素子信号をハンドルの中継基板に接続し、処理信号はケーブルを通って伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１４）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ素子信号は挿入管を通って、ハンドルを経由し、さらにケーブルを通って伝達させて、中継ボックスに構成された中継基板の処理回路でＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の波形処理を行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１５）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する中継基板を超音波プローブの先端に配置し、矩形波信号は挿入管を通って、ハンドルを経由し、さらにケーブルを通って伝達させて、中継ボックスの内部基板に伝達され、この中継ボックスの内部の基板には、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の処理波形処理とモータ制御駆動回路が構成されている。
（１６）超音波振動子駆動モータには回転側部材にロータフレーム、駆動マグネット、駆動軸を有し、固定側部材に巻線、ベースを有した構成である。
（１７）超音波振動子駆動モータは整流子モータ以外のモータである。
（１８）駆動モータの回転側部材は軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面である。
（１９）超音波プローブ先端からハンドルへ接続する挿入管の挿入方向に直交するように駆動モータの駆動軸が超音波プローブのウインドウケース内に構成される。
（２０）その挿入管の挿入方向に直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面が構成される。駆動モータを回転させることで、駆動モータのロータフレームに搭載された超音波振動子を回転させ、任意角度の超音波ビーム軌跡面を走査することで超音波断層像を得る超音波プローブの先端に内蔵する駆動モータであって、
挿入軸に沿った断層のビーム軌跡面や挿入軸に直角方向のビーム軌跡面を可能とする。
（２１）駆動モータの回転側部材は軸受で回転支承され、その回転軸の先端に取り付けられた台に超音波振動子が取り付けられ、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成される。この場合は超音波ビーム軌跡面を挿入軸に直角方向にするために、反射ミラーがある。
（２２）駆動モータの回転側部材は軸受で回転支承され、その回転軸の先端に取り付けられた台に超音波振動子が取り付けられ、その回転軸に対して平行面に超音波振動子取付面が構成される。この場合は超音波ビーム軌跡面を挿入軸に直角方向になる。反射ミラーなどは不要である。
（２３）挿入軸に沿った断層のビーム軌跡面や挿入軸に直角方向のビーム軌跡面を可能とする。
【００２９】
本発明による電子−機械走査式の超音波振動子駆動モータによって、超音波伝播媒質を内包し、ウインドウケース内に駆動モータと超音波振動子を構成させ、超音波プローブ先端を小型にすることができ、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができるなどのメリットがある。そのために、開発時間の短縮や超音波診断装置のオプションなどが容易にできるようになり、超音波診断装置の仕様拡大が容易に行えるようになる。また、仕様変更なども容易に対応できる。超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増すなどがある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、生体の情報を検出しエコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波診断装置としたものであり、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるという作用を有する。
【００３１】
請求項２に記載の発明は、生体の情報を検出しエコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１に記載の超音波診断装置としたものであり、プローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側は把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することがモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができるという作用を有する。
【００３２】
請求項３に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、またＭＲ素子を用いることでロータの回転方向を知ることができる。さらにＺ相ＭＲ素子を用いることでロータの基準位置情報を知ることができる。ロータにエンコーダマグネットを取り付け、回転着磁等のそのエンコーダマグネットに着磁することで小型で規則正し位置情報を得ることができる等、画質のよい超音波断層画像が得られるという作用を有する。
【００３３】
請求項４に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるという作用を有する。
【００３４】
請求項５に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第１信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるという作用を有する。
【００３５】
請求項６に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブ内で信号増幅とその増幅信号を矩形波処理とを行い、ＭＲ信号の矩形波信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し矩形波処理することで外部ノイズの影響を受けに難くすることができるという作用を有する。
【００３６】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置に搭載された駆動モータとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をハンドルで増幅し矩形波処理することで、超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができる。さらに小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作し、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるという作用を有する。
【００３７】
請求項８に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブとしたものであり、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作することができ、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるという作用を有する。
【００３８】
請求項９に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項８に記載の超音波プローブとしたものであり、超音波伝播媒質を内包し、ウインドウケース内に駆動モータと超音波振動子を構成させ、超音波プローブ先端を小型にすることができ、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結することができる。超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、開発時間の短縮や超音波診断装置のオプションなどが容易にできるようになり、超音波診断装置の仕様拡大が容易に行えるようになる。仕様変更などにも容易に対応できる。超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増すことができるという作用を有する。
【００３９】
請求項１０に記載の発明は、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させるように構成し、駆動モータのロータを２つの軸受で回転支承し、その軸受の間にコアと巻線を形成し、その２つの軸受間のロータフレームに超音波振動子取り付け部を形成し、さらにその２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースを構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、超音波プローブの先端に回転支承させるロータ部を構成させ、そのロータ部に超音波振動子取り付ける構造が可能となり、２つの軸受を用いることで剛性の強いモータができる。すなわち、２つの軸受で回転支承されたロータフレームに超音波振動子を取り付けるために、回転が安定するうえに、超音波振動子の位置が安定するので、座像の精度を向上することができるという作用を有する。
【００４０】
請求項１１に記載の発明は、超音波プローブセンサ部からハンドル部に接続される軸（ハンドル軸）に直交するように駆動モータの駆動軸を超音波プローブのウインドウケース内に構成し、そのハンドル軸に平行に超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、超音波振動子の走査面がハンドル軸に平行な超音波プローブを、脱着、装着可能なシステムとして、小型に形成することができるという作用を有する。
【００４１】
請求項１２に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で増幅して中継ボックスの回路に接続することによって矩形波処理をして、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるという作用を有する。
【００４２】
請求項１３に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるという作用を有する。
【００４３】
請求項１４に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第１信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び９記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができる。さらに信号処理部を第１信号処理部と第２信号処理部と別の箇所に分散して構成することで、それぞれの箇所での大きさを小さくすることができるので超音波プローブ先端部の大きさを小さくすることができるという作用を有する。
【００４４】
請求項１５に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をセンサ部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し矩形波処理することで外部ノイズの影響を受けに難くすることができるいう作用を有する。
【００４５】
請求項１６に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をハンドル部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、超音波プローブ内のハンドル部の信号処理部にてＭＲ素子の信号を増幅し矩形波処理することで外部ノイズの影響を受けに難くすることができるうえに、プローブ先端部を小型にすることができる。さらにモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結することができるという作用を有する。
【００４６】
請求項１７に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された信号処理部の処理回路でＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理を行い、前記中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することがモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にすることができるという作用を有する。
【００４７】
請求項１８に記載の発明は、中継ボックスには、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する回路、および駆動モータ制御駆動回路を一体に構成してなる請求項１７記載の超音波プローブとしたものであり、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができるという作用を有する。
【００４８】
請求項１９に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、
生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブとしたものであり、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるという作用を有する。
【００４９】
請求項２０に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１９記載の超音波プローブとしたものであり、ローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側にも把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することがモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができ、制御駆動回路と同じ基板に処理回路を構成することで、中継ボックスに納める基板数が少なくなり作業性などが向上する。メインテナンスが容易になるという作用を有する。
【００５０】
請求項２１に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面である請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブとしたものであり、回転するロータフレームの天面に超音波振動子を取り付けるために、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、回転軸に対して平行に超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、超音波振動子がモータのロータフレームに直接搭載されているので、位置が安定する。座像の精度を向上することができる細経プローブなどが製作することができるという作用を有する。
【００５１】
請求項２２に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略直交するように構成され、その挿入管に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブとしたものであり、超音波振動子回転する駆動モータを超音波プローブの先端に搭載し、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビーム軌跡面が形成できるので、細経プローブなどが製作することができる。また、超音波振動子の位置が安定という作用を有する。
【００５２】
請求項２３に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略平行するように構成され、その駆動軸に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブとしたものであり、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交した超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、位置が安定な細経プローブなどが製作することができるという作用を有する。
【００５３】
請求項２４に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面であって、駆動モータを回転させることで、駆動モータのロータフレームに搭載された超音波振動子を回転させ、任意角度の超音波ビーム軌跡面を走査することで超音波断層像を得る超音波プローブの先端に内蔵する駆動モータであって、断層のビーム軌跡面が挿入軸に直交する軸を中心にして回転する請求項２１記載の超音波プローブとしたものであり、位置が安定な細経プローブなどが製作することができるという作用を有する。
【００５４】
請求項２５に記載の発明は、請求項８から請求項２４のいずれかに記載の超音波プローブに搭載された駆動モータとしたものであり、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるという作用を有する。
【００５５】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００５６】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例におけるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。また、図２に超音波プローブの外観斜視図を示す。
【００５７】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体装置（または本体システム部）から構成される。超音波プローブは先端３９とハンドル６と中継ボックス１８とケーブル４０で構成される。超音波プローブの先端には超音波振動子１、２を回転駆動させる駆動モータ３が構成されている。その駆動モータ３には超音波振動子とともに回転する駆動ロータ４が構成され、駆動ロータ４を支持するベースハウジング５（ベースやハウジングともいう）が内蔵され、超音波プローブのハンドル６には駆動モータの位置検出信号の中継調整基板７と超音波伝搬媒質の容積調整機構８とが構成されている。
【００５８】
超音波振動子１、２は駆動ロータ４の回転部の外周部に取り付けられている。そのため超音波振動子１、２の回転軸と駆動モータ３の駆動軸９とは同一の軸となる。駆動軸９に対して超音波振動子１、２のビームはラジアル方向に放射させる。超音波振動子１側のビーム放射軸１０を図１に図示する。その駆動ロータ４が回転することで超音波振動子１、２のビーム放射軸１０は面を形成し、その軌跡面１１は駆動軸９に対して直交した面となる。その軌跡面１１はモータのベースハウジングなど影響で３６０度の面でなく、ある角度範囲の面となる。
【００５９】
駆動ロータ４の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ４に取り付けられた超音波振動子１、２の位置情報を知ることになる。駆動ロータ４の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ４の回転位置情報を知ることができる。基準位置手段として磁性材のピン１２（Ｚ相ピンともいう）とＭＲ素子１３（Ｚ相ＭＲ素子ともいう）で構成されていて、そのＭＲ素子１３はＺ相ＭＲ素子として他のＭＲ素子と区別している。Ｚ相ＭＲ素子１３では磁性材のピン１２が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１３では駆動ロータ４の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために駆動ロータ４の基準位置を知ることができる。そのＺ相ＭＲ素子信号は信号レベルが小さいので、ノイズを受けにくくするためにモータの近くの中継アンプ基板１４で信号増幅されて、プローブ先端からハンドル６へ取り出される。
【００６０】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ１５が組み込まれ、その磁気式エンコーダ１５は駆動ロータ４側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５側にＭＲ素子１７（ＡＢ相ＭＲ素子ともいう）で構成されている。ＭＲ素子１７はＡＢ相ＭＲ素子としＺ相ＭＲ素子と区別される。ＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度である。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動ロータ４の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１６の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から得る。たとえば、エンコーダマグネット１６は１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり１８０の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１６は回転着磁がなされているために、磁極間の角度精度は非常に高い。そのＡＢ相ＭＲ信号もモータの近傍の中継アンプ基板１４で一旦増幅して、さらに正弦波波形の信号を矩形波処理する中継調整基板７に配線し、ケーブルを通って中継ボックス１８の内蔵基板に搭載の駆動モータのマイコン制御駆動回路１９に接続される。その内臓基板の駆動モータのマイコン制御駆動回路１９ではモータ駆動制御マイコン２０６とモータ制御駆動回路２０７（以後プローブＣＰＵとも表記する）とが構成されている。中継ボックス１８は超音波診断装置本体のシステム本体２０に接続されて、駆動モータのマイコン制御駆動回路１９など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【００６１】
この駆動モータ３は回転数３００ｒ／ｍｉｎから１８００ｒ／ｍｉｎまで数段階に切り換えて回転駆動することができる。たとえば、エンコーダマグネット１６が１８０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ１８０パルスとなるので、そのままのパルス数でも使用できるが、超音波振動子１、２の回転角度位置の分解精度を上げるために、Ａ相Ｂ相を４逓倍すれば、１回転あたり７２０パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。その駆動モータ３の駆動軸９と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、ばらつきもなく回転角度精度の良好なものとなり、画像もその信号をトリガーに使用する場合はかなり画質の良い超音波診断画像となる。
【００６２】
超音波振動子１、２からの信号を駆動モータ３の外部に取り出すためにロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１はロータ側トランス２２とステータ側トランス２３で構成され、ロータ側トランス２２は駆動ロータ４側のロータ端部に構成され、ロータ側トランス２２の信号線は超音波振動子１、２に接続される。ステータ側トランス２３はベースハウジング５側に固定され、ステータ側トランス２３の信号線は超音波プローブの先端からハンドル６、ケーブル４０を通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス１８を本体に装着することで、超音波振動子の信号は本体の回路側へ接続される。
【００６３】
ロータリトランス２１は信号を非接触で伝達することができるので、接触型のスリップリングに比べて駆動モータに作用する負荷が非常に小さいすることができるために、小型駆動モータの場合にはロータリトランスを使用する設計が行われる。
【００６４】
超音波振動子１（または２）から放射した超音波は超音波振動子１（または２）の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１（または２）で受信され、電気信号に変換されて、ロータリトランス２１を通って駆動モータの外部に取り出されて、システム本体内の増幅器に送られる。
【００６５】
超音波振動子１、２からの信号の周波数特性がそれぞれ異なるように構成されていて、周波数の高い方の超音波振動子を高周波振動子、周波数の低い方を低周波振動子といって区別する。
【００６６】
駆動ロータ４を支承するベースハウジング５はプローブ本体の取り付け台に固定されている。またベースハウジング５には駆動ロータ４を支承する支持部とプローブ本体の取り付け台に固定される支持部から構成された、一体部材もので形成されている。ベース剛性を高めて、駆動モータの支持剛性を強くしている。
【００６７】
駆動ロータ４とベースハウジング５と中継アンプ基板１４は超音波プローブの先端に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４内の超音波伝播媒質に内包されている。ウインドウケース２４内の超音波伝搬媒質は気泡が含まれないように減圧して、脱気した上で封止される。封止された超音波伝搬媒質が環境によって膨張したりしても、媒質の圧力が緩和されるように超音波伝搬媒質の容積調整機構８が設けられている。この超音波伝搬媒質の容積調整機構８はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。その容積調整機構８と中継調整基板７は超音波プローブのハンドル６に構成されている。この超音波伝搬媒質の内に気泡が混入してしまった場合は、気泡の音響インピーダンスが極小であるため、超音波伝搬媒質と気泡との界面において超音波が反射される。この結果、超音波画像がまっ白になる程の多重反射ノイズが生じてしまい、超音波画像の観察は事実上不可能になる場合があるので、気泡を含まないように製作される。
【００６８】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０内の送受信回路部分について説明する。超音波振動子の周波数特性の異なる２つの振動子に対して、高周波用と低周波用と信号線が異なる。図１では、超音波振動子１、２を説明の都合上、高周波振動子を超音波振動子１とし、低周波振動子を超音波振動子２であるとする。
【００６９】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では周波数に相当する超音波振動子に駆動信号を周波数に相当した方のロータリトランス２１を介して、相当した超音波振動子１（または２）に供給駆動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１（または２）から生体内に放射される。
【００７０】
高周波用送信信号の場合は高周波振動子１から、低周波用送信信号の場合は低周波振動子２から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１（または２）によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体２０内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、合成回路３２で信号合成されて、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された座像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや超音波振動子の位置情報やモータ駆動制御マイコンとの通信などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【００７１】
図２に超音波プローブの外観斜視図を示す。図３は超音波診断装置本体をしめす。図２において、６はハンドルを示し、中継調整基板が内蔵されている。３９は超音波プローブの先端であり、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端３９は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端３９とハンドル６はハードな筐体で接続されていて、ハンドル６を手で持つことで先端の方向は決定できる。超音波プローブはハンドル６からケーブル４０で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス１８を超音波診断装置のコネクタ差し込み口４１に装着することで、システム本体２０に接続される。診断中に超音波プローブがはずれないようにロック機構のついたノブ４２があり、装着後はノブ４２を回して中継ボックス１８を本体装置にしっかりとロックする。
【００７２】
超音波プローブの先端３９は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。このケーブル４０は、超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力線（入出力線とのいう）と駆動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用や温度センサの信号線などをコネクタボック１８に伝達するフレキシシブルなケーブルであって、被覆により保護され、かつシールドが施されている。ケーブル４０は超音波振動子側と中継ボックスの両端で接地されている。図２ではケーブル４０は長いので、途中省略して表現している。
【００７３】
駆動モータはマイコン制御駆動となっている。中継ボックス１８にはモータ駆動回路２０６と駆動制御マイコン（プローブＣＰＵ）２０７が構成されている。本体ＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ２０７とはシリアル通信のバスのインタフェースで接続されている。本体装置のキーボード４４やトラックボール４５等の操作による本体側の指令情報は本体ＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ２０７に送信されて、その指令情報内容に基づく動作を駆動モータがするようにプローブＣＰＵ２０７がモータ駆動回路２０６を制御する。駆動モータの位置情報や超音波振動子の位置情報等はプローブＣＰＵ２０７で管理されていて、その管理情報を本体ＣＰＵへ送信し、本体側でもプローブ先端部の情報を把握している。プローブと本体の双方が独立して管理されている。
【００７４】
中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９にはモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７とが構成されている。さらに、そのの駆動モータ制御駆動回路１９にはモータの過電流保護回路などのモータ保護回路も構成されている。それら回路はすべてプローブ側で完結するようになっている。
【００７５】
モータ駆動は本体ＣＰＵ３８の指令を受けるが、プローブＣＰＵ２０７でプローブ全体の制御を司ることができるので、プローブ側で一つの系をなしているといえる。
【００７６】
プローブＣＰＵ２０７と本体ＣＰＵ３８とのインタフェース仕様を汎用性あるものにすることによって、他機種のプローブに対しても接続が可能となる。
【００７７】
駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに構成することで、本体システムの設計が軽減されるうえに、中継ボックスと診断装置本体との接続の仕様を汎用的に決定することで、プローブの仕様が異なっても、診断装置のソフト面を変えることで容易に対応できる。超音波振動子を駆動するモータの制御部はプローブ側で行うことができ、プローブ側で駆動モータのシステムは一応完結できる。
【００７８】
図３に示す超音波診断装置の本体は液晶のディスプレー４３と装置を操作するためのキーボード４４と走査角度位置など移動させるためのトラックボール４５があって、車４６で移動できるようになっている。キーボード４４などの本体操作部の下側にコネクタ差し込み口４１が数個設けられている。超音波プローブを作業しやすい所定位置に設置するために、超音波プローブのハンドルを固定するフック４７が操作部近傍のサイドに設けられていて、数種の診断プローブを診断できるよう配置することができる。
【００７９】
図４、図５は本実施例におけるヘキサ巻の円筒形状の巻線を使用したスロットレスのコア付きモータの図であって、図４は断面図、図５は側面図である。このスロットレスのコア付きモータは回転数制御のブラシレスモータであって、センサレス駆動タイプのアウターロータ回転タイプある。この実施例のモータは超音波振動子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。説明のために図４、図５にはウインドウケースやハンドルなどケーシング類は省略してある。
【００８０】
図４、図５においてそのスロットレスのコア４８は固定側であって、駆動マグネット４９の付いているロータフレーム５０が回転側である。ロータフレーム５０は小判形状をしていて、内側には半円状の駆動マグネット４９が２個対向して取り付けられている。ロータフレーム５０の小判形状でフラットになった外周面には超音波振動子１、２が取り付けられている。そのためロータフレーム５０が駆動軸９（シャフトともいう）を中心に回転すると、そのロータフレーム５０に搭載の超音波振動子１、２も駆動軸９を中心に回転する。ロータフレーム５０は軸受５１、５２で回転支承されている。軸受５１はロータフレーム５０に設けられた軸受ボス部５３に取り付けられている。もう一方の軸受５２はロータ側板５４に取り付けられ、そのロータ側板５４はロータフレーム５０に嵌合挿入して装着される。
【００８１】
モータを制御するために、ロータ側板５４にはエンコーダマグネット１６が取り付けられていていて、エンコーダマグネット１６の表面に多数の等間隔に磁極が着磁されている。エンコーダマグネット１６の外周に対向するように磁気抵抗素子（ＭＲ素子、ＡＢ相ＭＲ素子ともいう）１７が磁性材の取付台５５に取り付けられて、その取付台５５をベースハウジング５６に取り付ることで、エンコーダマグネット１６の外周と微少な隙間を設けてＡＢ相ＭＲ素子１７を配置固定する。
【００８２】
また駆動ロータの回転位置情報を知るための相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれている。その磁気式エンコーダは駆動ロータ側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５６側にＡＢ相ＭＲ素子１７とで構成されている。エンコーダマグネット１６の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として１２ナイロン系を使用している。
【００８３】
駆動マグネット４９の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット１６とＡＢ相ＭＲ素子１７との隙間が非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット１６の膨潤や切削振れや組立振れなどの影響を少なくする必要がある。ロータ側板５４にエンコーダマグネット１６を接着固定した状態で組加工して部品による振れを小さくしている。また、エンコーダマグネット１６のプラスチックマグネットでのフェライトの含有量を大きくした材料を使用している。つまりエンコーダマグネット１６については、超音波伝播媒質中で使用されるので膨潤影響を考慮して、７９％以上磁性材を含有したものを使用している。
【００８４】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれ、その磁気式エンコーダの位置検出素子はＡＢ相ＭＲ素子１７である。そのＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために、ロータフレーム５０に取り付けた超音波振動子１，２の回転位置情報を知ることができる。回転着磁機で多極に着磁されたエンコーダマグネット１６の外周とＡＢ相ＭＲ素子１７は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組み込みがなされる。そのエンコーダマグネット１６の磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させる。
【００８５】
たとえば、エンコーダマグネット１６は１８０極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０パルスとなるので、駆動ロータの位置情報としては１回転あたり１８０パルスの分解精度の信号が得られる。Ａ相とＢ相とも１８０パルスであって、９０度の位相差を持っているので、Ａ相、Ｂ相の信号を４逓倍すれば、１回転あたり７２０の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１６は回転着磁がなされるために、磁極間の角度精度は非常に高いので、磁極間の角度精度は非常に高いので、４逓倍してもかなり角度精度のよい位置情報が得られる。
【００８６】
そのＡＢ相ＭＲ素子１７の信号は可撓性基板（ＡＢ相ＦＰＣともいう、図示せず）を通って駆動ロータの近傍の中継アンプ基板１４（第一信号処理部）で一旦増幅して、さらに正弦波波形の信号を矩形波処理する中継調整基板（第二信号処理部）に接続し、そこからシールド配線処理したケーブルを使用して中継ボックスに内蔵した駆動モータ制御駆動回路１９に接続し、さらに中継ボックスを超音波診断装置本体に装着して、駆動モータ制御駆動回路に電力を供給する。また、装置によってはＭＲ信号の矩形波信号はシステム本体側にも接続して、パルスの情報を伝達している。実施例では、ＭＲ素子信号より得られたモータの基準位置情報と相対位置情報をモータ駆動制御マイコン２０７で加工処理して、シリアル通信情報として本体ＣＰＵ３８に伝達している。
【００８７】
駆動モータには基準位置情報を知るための基準位置手段として磁性材のＺ相ピン１２がＳＵＭ２４ＬやＳＵＹなどの磁性材のロータフレーム５０の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン１２は円筒形状した部分をロータフレーム５０の外周に設けられた円筒の穴に挿入して取り付けられ、駆動回転方向に対して先端鋭角になるようにカット面５７が両方に設けられている。このＺ相ピン１２への磁束は駆動マグネット４９から得ている。Ｚ相ピン１２を検出するＺ相ＭＲ素子１３が磁性材の取付台５８を介してベースハウジング５６に取り付けられている。Ｚ相ＭＲ素子１３の信号は可撓性基板（または、Ｚ相ＦＰＣともいう、図示せず）を通って中継アンプ基板１４に接続され、中継アンプ基板１４（第一信号処理部）から超音波プローブのハンドルにある中継調整基板（第二信号処理部）に接続されて、その中継調整基板からシールドケーブルを通って中継ボックスにある駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスから超音波診断装置本体側へ接続される。中継アンプ基板１４ではＺ相ＭＲ素子の信号を増幅している、さらにその増幅した信号を中継調整基板において、矩形波処理をされる。
【００８８】
第一信号処理部はＡＢ相ＭＲ素子とＺ相ＭＲ素子の信号を増幅し、第二信号処理部ではその増幅信号を矩形波処理している。例えば、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号が５０ｍＶｐｐの全振幅の場合、第一信号処理部ではアンプゲインが３６倍であるとするとアンプ後の信号振幅は１．８Ｖｐｐとなる信号処理を行い、第二信号処理部ではコンパレータを用いて矩形波処理を行うので回路電圧５Ｖとすれば矩形波は０Ｖと５Ｖとの矩形波振幅となる。矩形波信号は２．５Ｖでの位相情報を使用することが多い。モータの位置情報を精度よく把握するには第一信号処理部のアンプ後の信号も中継ボックスの回路に接続する。信号線が多くなるために、矩形波処理する第二信号処理部を中継ボックスの回路基板に構成する場合もある（たとえば後述の実施例２、実施例６参照のこと）。また第二信号処理部を設けずに第一信号処理の信号でもって構成している実施例もある（たとえば実施例３、実施例７参照）。
【００８９】
磁性材のＺ相ピン１２とＺ相ＭＲ素子１３で構成されていて、基準位置手段は磁性材のＺ相ピン１２が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１３では駆動ロータの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいので、モータの近くの中継アンプ基板１４で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号は中継調整基板のコンパレータ回路で矩形処理される。矩形処理された信号は外部からのノイズの影響を受けにくい。Ｚ相ＭＲ素子１３からすぐの信号は外部ノイズの影響を受けやすいので、中継アンプ基板１４をベースハウジング５６の近くに配置して、増幅するようにしている。Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置を駆動ロータの基準位置にすれば、駆動モータの回転基準位置になり、さらには超音波振動子１、２の回転基準位置にもなる。このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１、２の位置を決めておけば、超音波振動子の回転位置の基準を個々の超音波プローブ間の相違なく決定することができる。
【００９０】
超音波振動子１、２への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１のロータ側トランス２２をロータフレーム５０の側面に取り付け、ステータ側トランス２３はベースハウジング５６側に取り付けられている。ロータリトランス２１は２チャンネル（チャンネルを今後ｃｈと表記する）構成であるので、トランス対向面にはリング状のコイル溝が２本それぞれのトランスには形成されていて、そのリング状の溝には巻線が数ターン平面上に配置されている。ロータ側トランス２２の巻線はコイル溝６６，６７の下にあけられた穴５９を通ってロータフレーム５０側に引き出されてロータ側トランスの裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続される。また、超音波振動子のリード線もロータ側トランス裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続し、ロータ側トランス２２の巻線を超音波振動子に導通接続する。ステータ側トランス２３もロータ側トランス２２の巻線に対向する位置にリング状のコイル溝６９、７０を設け、そのコイル溝６９、７０にコイル７１（または巻線）を数ターン巻配置し、その巻線の端はステータトランス側のリング状溝の奥に設けた穴６０に通して、ステータ側トランスの裏側のＦＰＣ７２に接続する。そのＦＰＣ７２からはシールド線などを使用して超音波診断装置本体側へ接続する。
本実施例では超音波振動子は２個使用している。符号では１，２である。さらに、２種類の超音波振動子を搭載することができるので、１つの超音波プローブで２つの距離分解能の異なったものとして扱えるなどの長所がある。
【００９１】
一般に距離分解能は周波数が高いと向上するが、周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなるので、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り換えて使用することができるために、より便利な超音波診断が可能となる。
【００９２】
また、ロータフレーム５０に取り付けた超音波振動子１、２は駆動軸９に対して１８０度離れた位置に取り付けられる、１方の超音波振動子から放射した超音波がもう一方の超音波振動子でも受信され、超音波の受信信号にノイズとして入らないように、２個の超音波振動子の相対角度位置を１８０度にしている。送信された超音波振動子はその反射信号を受信するが、反射信号をもう一方の超音波振動子で受信すると、その信号はノイズとなるために、複数個の超音波振動子を使用する場合は送受信は同一の超音波振動子で行い、他の超音波振動子には受信信号がのらないようにする必要がある。
ロータリトランス２１場合ではクロストークができるだけ小さくなるようにロータリトランス２１の材質や磁性材のリングやショートリングや漏れ磁気回路の遮断などの対策をこうじている。クロストークは画像のノイズとなるので、充分な配慮が必要となる。
【００９３】
超音波振動子はリード線が２本でていて、１本は電気グランド（ＧＮＤ）であり、もう１本は信号線である。本実施例の超音波プローブでは駆動ロータに超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うために３本のリード線として処理できる。超音波振動子は１８０度離れているので、電気グランドの線同士を容易に接続することはできないのでロータ側トランス２２の裏側に設けたＦＰＣ６８を介して接続している。そのＦＰＣ６８には４箇所にランドがあって超音波振動子のリード線を半田付け接続する。
【００９４】
超音波診断装置本体から入出力線を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、被検体から反射される超音波を受波し電荷量の変化を生じる。この超音波振動子の電気的変化は入出力線を介して超音波診断装置本体に伝達される。入出力線に流れる電気信号は２ｋHz〜１２ｋHzと範囲の周波数信号であるために不要輻射の主たるノイズ源となる。本実施例では液封止の箇所は入出力線一部を可撓性基板で構成して、そのほかはシールド線を使用している。入出力線はシールドしているため、不要輻射対策の効果を有するが、ロータリトランスの近傍はシールドをすることができない。使用する周波数の電極の位置を検討することで、不要輻射を低減させている。すなわち、そのリング状の溝の外周側から内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【００９５】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインはエンコーダからの超音波振動子の走査位置を知るための信号ラインであり、超音波信号の送受信部からノイズが入ると、位置情報が不安定となり、駆動モータの制御に不安定になる。モータの制御を安定にさせるためも入出力部は電気シールドして、ノイズの影響を及ぼさないようにしている。
【００９６】
駆動マグネット４９に対向するように円筒状のコア４８が駆動軸９（シャフトともいう）に固定されている。そのコア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１はは円筒状のヘキサ巻の巻線である。
【００９７】
コア４８は円筒状のコアであるので、スロットのあるコアと区別され、スロットレスコアと呼ばれている。このスロットレスコア４８には、絶縁膜６２が膜状に施されている。実施例ではこの絶縁膜６２はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線６１とコア４８との電気絶縁を目的にしたものであるので膜厚が厚い方がよいが、膜厚が厚いと巻線６１とコア４８の間に隙間が生じ、効率が低下することになるので、膜厚はできるだけ薄くするような工程を採用している。絶縁膜はスプレー塗装によっても膜形成が可能である。絶縁膜６２を形成した電着塗装膜、真空蒸着膜などが使用される。
【００９８】
電着塗装膜は絶縁性の優れた膜であって、工業的には比較的に容易に膜形成できるうえに、電着塗装膜は耐環境性が優れているために空気以外の環境、たとえば油などの環境下でも、モータ使用が可能となる。絶縁に絶縁テープをする場合は油などの環境下では粘着剤が特性劣化するために使用できないが、電着塗装膜では油などの環境でも問題なく使用できる。
【００９９】
真空での蒸着重合法による薄膜は、コアの角部のカバーコート率は良好であるので、巻線とコアとの絶縁が確実にできる。
【０１００】
コア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１は円筒状のヘキサ巻の巻線である。巻線６１のタップはコア４８の端面に設けられたフレキシブル基板６３を介してリード線６４に接続され、そのリード線６４は駆動軸９の溝を通ってロータの外に引き出される。
【０１０１】
駆動モータの回転部は駆動軸９を中心に回転し、ロータフーム５０の外周部に取り付けられた超音波振動子１、２も駆動軸９を中心にして回転する。その超音波振動子１、２は、トランスデューサとも呼ばれて、超音波プローブの中核をなす部品である。超音波振動子１、２の先端には音響レンズ６５がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ６５であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。
【０１０２】
超音波振動子１、２のビームは駆動モータの駆動軸９に対して直交してラジアル方向にスキャンされる。そのためにビームの軌跡面１１は駆動軸９に直交しているが、ハンドルの軸に対しては平行な面となっている。したがってハンドルの軸に対しては平行な面となるビーム軌跡面１１の超音波断層画像が得られる。超音波振動子１、２は駆動モータで回転されるので、その時の超音波振動子のビーム軌跡面１１が駆動軸９に対して直交する面である。図５から分かるように、超音波振動子から超音波を送受信して得られる超音波振動子配列方向の超音波断層画像取得領域は３６０度の全周ではなくベースハウジング５６に妨げられて、ある範囲の超音波画像しか得られない。その範囲では超音波振動子で走査できる超音波走査可能領域を表す。実際の超音波診断装置では反射の問題などを考慮して幾何学的な角度よりも少し小さな設定となっている。この角度を走査角度７３という。本実施例場合では角度は２２０度となっている。
【０１０３】
ベースハウジング５６は金属粉末射出成形法（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ＝ＭＩＭ）によって金属焼結金属から形成されている。ＭＩＭは、Ｒ．Ｅ．Ｗｉｅｃｈがウィテック・プロセスを開発し、１９７２年に実用化された技術で、３次元的な複雑な形状の部品を精度良く生産できることから、機械加工、ダイカスト、精密鋳造、粉末冶金に次ぐ第五世代の金属加工法として注目を集めている工法であって、寸法公差的には一般的な公差においては１０mm以下では許容公差±０．０５mm、特別に管理された場合では許容公差で±０．０３mm程度であり、金属加工精度に匹敵するうえに、他の金属ダイキャストなどでは得られない精度である。本実施例のベースハウジング５６は３次元的な複雑な形状であるうえに、駆動モータを支承するために支持剛性が必要である上に、超音波振動子の回転軸の位置寸法が安定であることも重要な要件であり、ＭＩＭを採用して製作をした。
【０１０４】
材料としてＳＵＳ３１６を使用しているので、剛性があり変形は少ないうえに、非磁性であるのでロータの磁性に影響を受けない。
【０１０５】
実施例の巻線６１はヘキサ巻の円筒状巻線である。この巻線はコアレスモータに使用されている巻線であって、この巻線を円筒状のコアの外周に挿入にて使用する構成をとっている。このヘキサ巻の巻線である。ヘキサ巻線工程は巻回作業、テープ仮固定作業、平プレス作業、カーリング作業、アニール作業という内容になっている
図４、図５から、駆動モータのモータリード線６４は駆動軸９の溝から外部に引き出されて、モータリード線６４は駆動モータが３相でΔ結線であることから、３本であり、その個々のモータリード線は所定の中継アンプ基板１４に半田接続される。駆動モータの電力は超音波診断装置本体から供給される。つまり、本体から中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１９に供給されて、その駆動モータ制御駆動回路のコイル出力部からハンドルの中継調整基板を経由して、さらに中継アンプ基板も経由して、モータリード線６４（一般にＵ相、Ｖ相、Ｗ相として区別されている）に接続される。モータリード線６４はモータの駆動電流が流れるために、リード線抵抗が小さなものを使用している。すなわち、導体を太くしている。
【０１０６】
図４、図５によれば、駆動軸の中心にして内側から、コア、絶縁膜、巻線、空気の隙間、マグネット、ロータフレームのような構成である。すなわち、スロットレスのコア付きモータの構成となっている。
【０１０７】
図４で示すように超音波振動子１、２への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス２１で構成されている。ロータリトランス２１はロータ側トランス２２をロータフレーム５０に取り付けられ、ステータ側トランス２３がベースハウジング５６側に取り付けられている。
【０１０８】
超音波振動子が２個搭載されているのでロータリトランス２１は２チャンネル構成であるので、トランス対向面にはリング状の溝が２本それぞれのトランスには形成されている。
【０１０９】
ロータ側トランス２１の表面に同心円状にコイル溝６６、６７が形成され、そのコイル溝６６、６７には、溝に適した半径のコイルが装着される。駆動モータをウインドウケース内に収納するために、ロータリトランス２１は円板形状のものであって、できるだけ薄いものを採用した。コイル溝６６、６７に配置するコイルの処理方法によっては、モータのトルク発生スペースが小さくなるので、特性の低下を少なくするように、フレキシブル基板６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【０１１０】
ロータリトランス２１のロータ側トランス２２を薄いスペースの中に構成することができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【０１１１】
ステータ側トランス２３もロータ側トランス２２と同様に２チャンネルの構成になっている。ステータ側トランス２３のトランス対向面には、ロータ側のコイル溝と対向する半径位置に２本のコイル溝６９、７０が形成され、そのコイル溝６９、７０には、溝に適した半径のコイル７１が装着されている。コイル７１は非磁性材である接着材にてコイル溝に固定され、ステータ側トランス２３のコイル７１の端末線は溝の下にあけられた穴６０を通ってステータ側トランス２３の裏側に引き出され、ステータ側トランス２３の裏側に貼られたＦＰＣ７２に半田付け接続される。そのＦＰＣ７２を介して、超音波診断装置本体側へと接続される。ステータ側トランス２３の裏側のＦＰＣ７２は、ベースハウジング５６の支柱部に支障がない位置でシールド線に半田接続され、超音波診断装置本体側へ接続する。
【０１１２】
コイルの引き出しを裏面にすることで、ステータ側トランスを薄いスペースの中に構成することができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【０１１３】
超音波診断装置の使用周波数は１ＭHz〜１０ＭHzであり、家電製品に比べて周波数が高い。したがって、使用するトランスの材料は初透磁率μｉの周波数特性が使用周波数の範囲でフラットな材料がいいことから、初透磁率は比較的小さな材料が使用される。超音波診断装置のロータリトランスの初透磁率は６５０以下のものが好適である。
【０１１４】
（実施例２）
図６は本発明の一実施例におけるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。
【０１１５】
図７に超音波プローブの外観斜視図を示す。
【０１１６】
図８、図９は、本実施例における超音波振動子駆動モータの構造図を示す。実施例１との相違点はＭＲ素子の出力信号を超音波プローブの先端の基板で増幅し、その増幅信号をハンドルとケーブルを経由して中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に直接接続している。
【０１１７】
本実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部から構成される。超音波プローブの先端には超音波振動子１、２を回転駆動させる駆動モータ７４の駆動ロータ７５、駆動ロータ７５を支持するベースハウジング７６が内蔵され、超音波プローブのハンドル６には超音波伝搬媒質の容積調整機構８が構成されている。
【０１１８】
超音波振動子１、２は駆動ロータ７５の回転部の外周部に取り付けられている。そのため超音波振動子１、２の回転軸と駆動モータ７４の駆動軸７７とは同一の軸となる。駆動軸７７に対して超音波振動子１、２のビームはラジアル方向（符号１０）に放射させる。その駆動ロータ７５が回転することが超音波振動子１，２のビームの軌跡面１１は駆動軸７７に対して直交した面である。すなわち、そのビームの軌跡面１１に垂直な軸は駆動モータ７４の駆動軸７７である。
【０１１９】
駆動モータ７４の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ７５に取り付けられた超音波振動子１，２の位置情報を知ることになる。駆動ロータ７５の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報を位置手段を併用して駆動ロータ７５の回転位置情報を知ることができる。基準位置手段として磁性材のＺ相ピン７８とＺ相ＭＲ素子７９で構成されている。Ｚ相ＭＲ素子７９では磁性材のＺ相ピン７８が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子７９では駆動ロータ７５の１回転に１パルスの信号が検出される。そのために駆動ロータ７５の基準位置を知ることができる。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいのでノイズを受けないため、モータの近くの中継基板８０で信号増幅され、さらに正弦波波形の信号を矩形波処理されて、ケーブルの長い配線処理して中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に接続される。矩形波処理されたＺ相ＭＲ信号は中継ボックスから超音波診断装置本体のシステム本体にも接続される。Ｚ相信号は矩形波の立ち上がり信号を使用している関係で正弦波形は制御的にも必要がないので、モータの近くで処理を行った。したがって引き回しの長さが短くなるので外部ノイズを受けにくい。
【０１２０】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ８１が組み込まれ、その磁気式エンコーダ８１は駆動ロータ側にエンコーダマグネット８２とベースハウジング７６側にＡＢ相ＭＲ素子８３で構成されている。ＡＢ相ＭＲ素子８３はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動モータの回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット８２の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子８３から得る。たとえば、エンコーダマグネット８２は１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり１８０の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット８２は回転着磁がなされるために、磁極間の角度精度は非常に高い。そのＡＢ相信号もモータの近傍の中継基板８０で増幅し、その増幅された信号はケーブルの長い配線の中を通って中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。駆動モータはマイコン制御駆動となっている。中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９にはモータ駆動回路２０６と駆動制御マイコン（プローブＣＰＵともいう）２０７が構成されている。
【０１２１】
本体ＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ２０７とは双方方向のシリアル通信で、本体装置側とプローブ側での情報のやりとりを行っている。本体装置のキーボード４４やトラックボール４５等の操作による本体側の指令情報は本体ＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ２０７にシリアル通信にて送信されて、その指令情報内容に基づいてプローブＣＰＵ２０７は駆動モータを動作させる。プローブＣＰＵ２０７側であらかじめ決められた情報に基づく駆動モータの動作は保証されているので、プローブＣＰＵ２０７でもってモータ駆動回路２０６を制御していることになる。すなわち、駆動モータの位置情報や超音波振動子の位置情報等は主体的にはプローブＣＰＵ２０７で管理されていて、その管理情報を本体ＣＰＵへ送信し、本体側でもプローブ先端部の情報を共有している。従って、プローブと本体の双方が独立して管理されている。プローブ側での安全保護機能も単独で処理できるように、その駆動モータ制御駆動回路１９にはモータの過電流保護回路などのモータ保護回路も構成されている。それら回路はすべてプローブ側で完結するようになっている。
【０１２２】
プローブＣＰＵ２０７とと本体ＣＰＵ３８とのインタフェース仕様を汎用性のあるものにすることによって、他機種のプローブに対しても接続が可能となる。この他機種のプローブを接続するようにすることが可能にするためには、本発明の目的でもあり、その目的を可能にするためには、プローブ側と本体装置側が基本的には独立している必要がある。プローブＣＰＵ２０７とと本体ＣＰＵ３８とのインタフェース仕様を汎用性のあるものにすることで対応が可能になる。
【０１２３】
駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに構成することで、本体システムの設計が軽減されるうえに、中継ボックスと診断装置本体との接続の仕様を汎用的に決定することで、プローブの仕様が異なっても、診断装置のソフト面を変えることで容易に対応できる。超音波振動子を駆動するモータの制御部はプローブ側で行うことができ、プローブ側で駆動モータのシステムは一応完結できる。本体側にモータの駆動部を構成する必要もなく、本体開発も早くなり、技術の進歩に合わせた装置開発も可能となる。
【０１２４】
実施例２ではハンドルに手元スイッチ６ａを設けている。超音波診断装置で診断作業中に、本体装置側の操作では不便な場合があるので、手元で簡単な操作が可能なようなスイッチをハンドルに設け、手元スイッチ６ａの操作内容はプローブＣＰＵ２０７でコントロールし、さらにその操作内容は本体ＣＰＵ３８にも情報として伝達される。その操作が不具合のある場合などは本体側から、操作不可の情報がプロープＣＰＵ２０７に送られ操作は実施されないこともできる。
【０１２５】
また、ＡＢ相増幅信号は制御マイコンで矩形波信号処理されて、超音波診断装置の本体システム２０にも中継ボックス１８を経由して接続される。画像を表示するためには位置情報がないと表現することができないために、本体システム側でも、超音波振動子の位置情報が必要である。ＡＢ相の矩形波のパルス数を本体マイコンに送るのではなく、シリアル通信を使用して、ｂｉｔ位置情報として送信している。
【０１２６】
この駆動モータ７４は回転数３００ｒ／ｍｉｎから１２００ｒ／ｍｉｎまで数段階に切り換えて回転駆動する。たとえば、エンコーダマグネット８２が１８０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ１８０パルスとなるので、そのままのパルス数でも使用できるが、超音波振動子１、２の回転角度位置の分解精度を上げるために、Ａ相Ｂ相を４逓倍すれば、１回転あたり７２０パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。その駆動モータ７４の駆動軸７７と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、ばらつきもなく回転角度精度の良好なものとなり、画像もその信号をトリガーに使用しているのでかなり画質の良い超音波診断画像となる。マイコンで内挿分割することで、７２０の分解以上の分解能にすることができる。
【０１２７】
超音波振動子１、２からの信号を駆動モータ７４の外部に取り出すために、スリップリング８４が駆動ロータ７５のロータ端部に構成されている。超音波振動子１（または超音波振動子２）から放射した超音波は超音波振動子１（または超音波振動子２）の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１（または超音波振動子２）で受信され、電気信号に変換されて、スリップリング８４を通って駆動モータ７４の外部に取り出されて、システム本体内の増幅器２７に送られる。
【０１２８】
超音波振動子１、２からの信号の周波数特性がそれぞれ異なるように構成されていて、周波数の高い方の超音波振動子を高周波振動子、周波数の低い方を低周波振動子という。
【０１２９】
駆動ロータ７５を支承するベースハウジング７６はプローブ本体取付台８５に固定されている。またベースハウジング７６には駆動ロータ７５を支承する支持部とプローブ本体取付台８５に固定される支持部から構成された、一体部材もので形成されている。一体部材で形成することでベース剛性を高めて、駆動モータの支持剛性を強くしている。
【０１３０】
駆動ロータ７５とベースハウジング７６と中継基板８０は超音波プローブの先端に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４内の超音波伝播媒質に内包されている。ウインドウケース２４内の超音波伝搬媒質は気泡が含まれないように減圧して、脱気した上で封止される。封止された超音波伝搬媒質が環境によって膨張したりしても、媒質の圧力が緩和されるように超音波伝搬媒質の容積調整機構８が設けられている。この超音波伝搬媒質の容積調整機構８はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。その容積調整機構８は超音波プローブのハンドル６に構成されている。
【０１３１】
また駆動モータを駆動するための駆動モータ制御駆動回路１９は中継ボックス内に構成されている。
【０１３２】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０の送受信回路部分について説明する。超音波振動子の周波数特性の異なる２つの振動子に対して、超音波振動子１、２を説明の都合上、高周波振動子を超音波振動子１とし、低周波振動子を超音波振動子２であるとする。
【０１３３】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では周波数に相当する超音波振動子に駆動信号を周波数に相当した方のスリップリング８４を介して、相当した超音波振動子１（または超音波振動子２）に供給駆動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１（または超音波振動子２）から生体内に放射される。
【０１３４】
高周波用送信信号の場合は高周波振動子１から、低周波用送信信号の場合は低周波振動子２から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１（または超音波振動子２）によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、合成回路３２で信号合成されて、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された画像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。システム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや駆動モータの駆動回路などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、プローブとしての処理を統括していることになる。
【０１３５】
図７において、６はハンドルを示し、３９は超音波プローブの先端であり、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４が先端に取り付けられていて、駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブは本体にケーブル４０の先に中継ボックス１８で接続されている。先端３９は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。このケーブル４０は、超音波振動子１、２と超音波診断装置本体とを接続する入出力線と駆動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用の信号線などを超音波診断装置本体と接続するケーブル４０であって、被覆により保護され、かつシールドが施されている。ケーブル４０は超音波振動子側と超音波診断装置本体側の両端で接地されている。
【０１３６】
ハンドルには手元スイッチ６ａがあって、超音波振動子の回転の開始停止を行っている。信号ライン的には、スイッチ６ａは駆動モータ制御駆動回路に接続されている。
【０１３７】
図８、図９は、本実施例における超音波振動子駆動モータの構造図を示す。説明のために図８、図９にはウインドウケースやハンドルなどケーシング類は省略してある。
【０１３８】
図８、図９において、１、２は超音波振動子、７５は駆動モータの駆動ロータ、７６はベースハウジング、７８は磁性材のＺ相ピン、８０は中継基板、８１は磁気式エンコーダ、８２はエンコーダマグネット、８３はＡＢ相ＭＲ素子、８４はスリップリングである。
【０１３９】
駆動モータ７４の回転部は駆動モータの駆動軸７７を中心に回転し、ロータフレーム８６の外周部に超音波振動子１、２が取り付けられている。その超音波振動子１，２は、トランスデューサとも呼ばれて、超音波プローブの中核をなす部品である。超音波振動子１、２の先端には音響レンズ８７がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ８７であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。
【０１４０】
超音波振動子１、２のビームは駆動モータの駆動軸７７に対して直交してラジアル方向にスキャンされる。そのためにビームの軌跡面１１は駆動軸７７に直交している。駆動モータの駆動軸７７には直交しているが、ハンドル６の軸に対しては平行な面となっているビーム軌跡面１１の超音波断層画像が得られる。超音波振動子１，２は駆動モータ７４で回転されるので、その時の超音波振動子のビーム軌跡面１１が駆動モータの駆動軸７７に対して直交する面である。図９から分かるように、超音波振動子から超音波を送受信して得られる超音波振動子配列方向の超音波断層画像取得領域は３６０度の全周ではなくベースハウジング７６に妨げられて、ある範囲の超音波画像しか得られない。その範囲では超音波振動子で走査できる超音波走査可能領域角度を走査角度という。実際の超音波診断装置では走査角度は反射の問題などを考慮して幾何学的な角度よりも少し小さな設定となっている。本実施例場合では２３０度となっている。
【０１４１】
駆動モータ７４には基準位置情報を知るための基準位置手段として磁性材のＺ相ピン７８が磁性材のロータフレーム８６の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン７８は円筒形状した部分をロータフレーム８６の外周に設けられた円筒の穴に挿入して取り付けられ、駆動回転方向に対して先端鋭角になるようにカット面８８が両方に設けられている。このＺ相ピン７８への磁束は駆動モータ７４のメインマグネットから得ている。Ｚ相ピン７８を検出するＺ相ＭＲ素子７９（図８、図９には図示せず、図６参照）が磁性材の取付台を介してベースハウジング７６に取り付けられている。Ｚ相ＭＲ素子の信号はＺ相ＦＰＣ８９を通って中継基板８０に接続され、超音波プローブのハンドルにはフラットリード線９０を介して接続される。超音波伝搬媒質の封止には、丸線のリード線では封止が完全にできないためにフラットリード線を用いている。フラットリード線から中継ボックスまではシールドケーブルを使用する。外部からのノイズによって制御系が乱されないためである。中継ボックスからは中継ボックスを介して超音波診断装置本体側へ接続される。Ｚ相ピン７８とＺ相ＭＲ素子で構成されていて、基準位置手段はＺ相ピン７８が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子では駆動モータの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいのでノイズを受けないため、モータの近くの中継基板８０で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号は中継ボックス１８のモータ制御駆動回路１９に構成されるコンパレータ回路で矩形処理される。中継基板８０で矩形処理された信号は外部からのノイズの影響を受けにくい。Ｚ相矩形波信号の立ち上がり位置を駆動ロータ７５の基準位置にすれば、駆動ロータ７５の回転基準位置になり、さらには超音波振動子１，２の回転基準位置にもなる。このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１、２の位置を決めておけば、超音波振動子１、２の回転位置の基準を個々の超音波プローブ間の相違なく決定することができる。
【０１４２】
また駆動モータ７４の回転位置情報を知るための相対位置情報手段として磁気式エンコーダ８１が組み込まれている。その磁気式エンコーダ８１は駆動ロータ７５側にエンコーダマグネット８２とベースハウジング７６側にＡＢ相ＭＲ素子８３とで構成されている。エンコーダマグネット８２の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として１２ナイロン系を使用している。
【０１４３】
メインマグネットの漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット８２と、ベースハウジング７６側に取り付けられたＡＢ相ＭＲ素子８３との隙間が非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット８２の膨潤などの影響を少なくする必要がある。そのために、エンコーダマグネット８２はプラスチックマグネットで、そのフェライトの含有量については、超音波伝播媒質中で使用されるので膨潤影響を考慮して、７９％以上磁性材を含有したものを使用している。
【０１４４】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ８１が組み込まれ、その磁気式エンコーダ８１の位置検出素子はＡＢ相ＭＲ素子８３である。そのＡＢ相ＭＲ素子８３はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動モータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために制御用エンコーダに使用されるＭＲ素子は９０度位相差のものがほとんどである。多極に回転着磁されたエンコーダマグネット８２の外周とのギャップを介してＡＢ相ＭＲ素子８３は対向配置されている。
【０１４５】
そのエンコーダマグネットの磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子８３から得る。たとえば、エンコーダマグネット８２は９０極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も９０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり９０パルスの分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット８２は回転着磁がなされるために、磁極間の角度精度は非常に高い。Ａ相、Ｂ相の信号を４逓倍すれば、１回転あたり３６０の分解精度の信号が得られので、磁極間の角度精度は非常に高いので、４逓倍してもかなり角度精度のよい位置情報が得られる。
そのＡＢ相ＭＲ素子８３の信号はＡＢ相ＦＰＣ９１を通って駆動ロータ７５の近傍の中継基板８０で増幅して、そのＡＢ相信号はケーブルの長い配線処理して中継ボックス１８のモータ制御駆動回路１９に接続される。
【０１４６】
超音波振動子１、２への送受信信号をロータフレーム８３の外部に取り出すために、スリップリング８４構成されている。スリップリング８４は駆動モータ側に絶縁シートなどの絶縁材を中間に介在させて、所用数量の電極９２を構成して、その電極９２は超音波振動子１、２が接続されている。その電極９２はそれぞれの電極にコンタクトして電気的接続をするためのブラシ９３がフェノール樹脂材などの電気絶縁材からなるブラシホルダー９４を介してベースハウジング７６に取り付けられている。ブラシ９３からの入出力信号はＩ／ＯＦＰＣを通って超音波診断装置本体側へ接続される。
【０１４７】
電極９２は３個の電極で構成されていて、それぞれ電極はポリエステルの絶縁シート９７で絶縁されている。
【０１４８】
１個の超音波振動子にはリード線が２本でていて、１本は電気グランド（ＧＮＤ）であり、もう１本は信号線である。本実施例の超音波プローブでは駆動ロータ３に超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うために３本のリード線として処理できる。超音波振動子は１８０度離れているので、電気グランドの線同士を容易に接続することはできないので電極９２を介して接続している。電極９２からは４本のリード線が出ている。その内２本は約１８０度離れた同じ電極から出ている。
【０１４９】
電極の個数の方は２個の超音波振動子のために３個必要である。その３個の電極のうち、ウインドウケース側に電気グランドの電極を構成し、内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
駆動モータ７４のモータ線９５はシャフトの溝から外部に引き出されて、モータ線９５は駆動モータが３相でΔ結線であることから３本であり、その個々のモータ線は所定の中継基板８０に半田接続される。中継基板８０に接続されモータ線は一般にＵ相、Ｖ相、Ｗ相として区別されている。
【０１５０】
駆動ロータ７５の両端はベースハウジング７６の支柱部で支承されているので、駆動モータは両持ち支持である。すなわち、超音波振動子の回転体も両持ち支持されていることになる。ベースハウジング７６はプローブの取り付け台に取り付ける支持部と駆動ロータ７５を支承する支柱部から構成されている。支持部での支承は、ベースハウジング７６が凹形状したくぼみの中に駆動ロータ７５を取り付けるために、簡単には組み込みできない。組み込まれた状態で説明すれば、駆動ロータ７５の両端に駆動軸７７を軸受カラ９６で外周を覆い、その軸受カラ９６がベースハウジング７６の支柱部の穴に係合挿入されている。軸受カラ９６があるために、ベースハウジング７６から駆動軸７７は抜けない。すなわち、超音波振動子は両持ち軸受の駆動ロータ７５のロータフレーム外周に取り付けられているために駆動ロータ７５の両軸受の間に構成されている。従って駆動軸７７に対して超音波断層画像は直交している。
【０１５１】
駆動モータを回転させると、駆動軸を中心にして走査するので、駆動軸７７に直交した駆動ビーム軌跡面１１で超音波断層画像が得られる。その超音波断層画像は２次元画像である。このように、本実施では２次元走査用超音波プローブが可能となる。たとえば、２３０度範囲の超音波断層画像が得られるという従来にない測定範囲の広きものが得ることができる。また、２次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小型化、軽量化することができるという利点を有する。
【０１５２】
本実施例では超音波振動子は２個使用している。符号では１，２である。超音波振動子１、２からの信号の周波数特性がそれぞれ異なるように構成されていて、高周波振動子と低周波振動子の２種類の超音波振動子を搭載することができるので、１つの超音波プローブで２つの距離分解能の異なったものとして扱える。一般に距離分解能は周波数が高いと向上するが、周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなるので、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り換えて使用することができるために、よりよい超音波診断が可能となる。
【０１５３】
また、ロータフレーム８６に取り付けた超音波振動子１、２は駆動軸に対して１８０度離れた位置に取り付けられる、１方の超音波振動子から放射した超音波がもう一方の超音波振動子でも受信され、超音波の受信信号にノイズとして入らないように、１８０度の対で２個の超音波振動子を取り付けている。送信された超音波振動子はその反射信号を受信するが、反射信号をもう一方の超音波振動子で受信すると、その信号はノイズとなるために、複数個の超音波振動子を使用する場合は、送受信は同一の超音波振動子で行い、他の超音波振動子には受信信号がのらないようにする必要がある。スリップリングの場合はそのノイズ影響がほとんどない。
【０１５４】
超音波振動子と装置本体との電気信号の送受信が正しく行われ、ノイズの少ない正確な超音波画像を得ることができる。
【０１５５】
ベースハウジング７６は金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）によって金属焼結金属から形成されている。機構的には複雑なうえに、体腔内に挿入する駆動機構部であるために、小さな部品となり、一般的な旋削加工などでは不可能な形状となるために、ベースをＭＩＭ工法で製作し、強度などの性能を充分に確保している。
【０１５６】
駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているのでコンパクトにウインドウケース内に構成できる２次元超音波画像用走査する機構を内蔵することができる。超音波を走査するための駆動モータを小型、軽量に作製でき、駆動モータをウインドウケースに内蔵した超音波プローブを提供でき、そのプローブを用いて超音波診断ができ、診断の便宜性を向上させることができる超音波診断装置が提供できる。
【０１５７】
このように、本実施例における２次元走査用超音波プローブは軽量で小型でプローブ先端に駆動部の主な機構部が内蔵されている。超音波振動子によると、広角な範囲の超音波断層画像が得られる。また、２次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小型化することができるという利点を有する。
【０１５８】
本実施例の２次元走査用超音波プローブによる２次元的スキャンが可能であり、超音波振動子が固定された駆動モータの回転にともなって、駆動モータ側のエンコーダから回転角度信号が超音波診断装置に伝送され、２次元の超音波断層画像が得られる。駆動ロータを支承したベースハウジングをプローブの取付部にしっかり取付ることで、耐衝撃性が向上することになる。
【０１５９】
また、実施例２の場合、図６に示す中継基板８０でＭＲ素子の出力信号を増幅と矩形波処理するようにして、その信号をハンドルとケーブルを経由して中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に接続している構成の超音波プローブでも可能である。
【０１６０】
（実施例３）
図１０は本発明の一実施例におけるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。また超音波プローブの外観斜視図は図２に類似であるので図示しない。
【０１６１】
実施例１との相違点はＭＲ素子の出力信号を増幅する基板を超音波プローブのハンドルに構成し、矩形波処理回路が必要な回路構成の場合は中継ボックス内の駆動モータ制御駆動回路で生成するが、マイコン駆動であるために、マイコンで相対位置情報は必要な信号形態に加工される。
【０１６２】
実施例２との相違点はＭＲ素子の出力信号を増幅する基板を超音波プローブのハンドルに構成していること。
【０１６３】
超音波プローブの先端を小さくするために先端の基板はハンドル部に構成することでダウンサイジングになっている。ＡＢ相ＭＲ素子、Ｚ相ＭＲ素子への接続線が多く必要であるが、作業的には煩雑ではあるが小型化を容易に達成することができる。
【０１６４】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端とハンドル６と中継ボックス１８とケーブル４０で構成される。超音波プローブの先端には超音波振動子１、２を回転駆動させる駆動モータ３が構成されている。その駆動モータ３には超音波振動子とともに回転する駆動ロータ４が構成され、駆動ロータ４を支持するベースハウジング５が内蔵され、超音波プローブのハンドル６には駆動モータの位置検出信号の中継基板９８と超音波伝搬媒質の容積調整機構８とが構成されている。
【０１６５】
超音波振動子１、２は駆動ロータ４の回転部の外周部に取り付けられている。そのため超音波振動子１、２の回転軸と駆動モータ３の駆動軸９とは同一の軸となる。駆動軸９に対して超音波振動子１、２のビームはラジアル方向に放射させる。超音波振動子１側のビーム放射軸１０を図示する。その駆動ロータ４が回転することで超音波振動子１，２のビーム放射軸１０は面を形成し、その軌跡面１１は駆動軸９に対して直交した面となる。
【０１６６】
駆動ロータ４の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ４に取り付けられた超音波振動子１，２の位置情報を知ることになる。駆動ロータ４の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ４の回転位置情報を知ることができる。基準位置手段として磁性材のＺ相ピン９９とＺ相ＭＲ素子１００で構成されている。Ｚ相ＭＲ素子１００では磁性材のＺ相ピン９９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１００では駆動ロータ４の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために駆動ロータ４の基準位置を知ることができる。そのＺ相ＭＲ素子信号は信号レベルが小さいので、中継基板９８で信号増幅がされる。その増幅信号はケーブル４０の長い配線通って中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。駆動モータ制御駆動回路１９でＺ相ＭＲ信号は矩形波処理される。
【０１６７】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ１５が組み込まれ、その磁気式エンコーダ１５は駆動ロータ４側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５側にＡＢ相ＭＲ素子１７で構成されている。ＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動ロータ４の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１６の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から得る。たとえば、エンコーダマグネット１６は１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり１８０の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１６は回転着磁がなされているために、磁極間の角度精度は非常に高い。そのＡＢ相信号も中継基板９８で増幅される。その増幅信号はケーブル４０の中を通って中継ボックス１８に内蔵の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。中継ボックス１８は超音波診断装置本体のシステム本体２０に接続されて、駆動モータ制御駆動回路１９など駆動モータを駆動するための電力も供給している。
【０１６８】
この駆動モータ３は回転数３００ｒ／ｍｉｎから１８００ｒ／ｍｉｎまで数段階に切り換えて回転駆動する。たとえば、エンコーダマグネット１６が１８０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ１８０パルスとなるので、そのままのパルス数でも使用できるが、超音波振動子１、２の回転角度位置の分解精度を上げるために、Ａ相Ｂ相を４逓倍すれば、１回転あたり７２０パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。その駆動モータ３の駆動軸９と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、ばらつきもなく回転角度精度の良好なものとなり、画像もその信号をトリガーに使用する場合はかなり画質の良い超音波診断画像となる。
【０１６９】
超音波振動子１、２からの信号を駆動モータ３の外部に取り出すためにロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１はロータ側トランス２２とステータ側トランス２３で構成され、ロータ側トランス２２は駆動ロータ４側のロータ端部に構成され、ロータ側トランス２２の信号線は超音波振動子１，２に接続される。ステータ側トランス２３はベースハウジング５側に固定され、ステータ側トランス２３の信号線は超音波プローブの先端からハンドル６、ケーブルを通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス１８を本体に装着することで、超音波振動子の信号は本体の回路側へ接続される。
【０１７０】
ロータリトランス２１は信号を非接触で伝達することができるので、接触型のスリップリングに比べて駆動モータに作用する負荷が非常に小さいために、小型駆動モータの場合には使用する設計を行う。
【０１７１】
超音波振動子１（または超音波振動子２）から放射した超音波は超音波振動子１（または超音波振動子２）の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１（または超音波振動子２）で受信され、電気信号に変換されて、ロータリトランス２１を通って駆動モータの外部に取り出されて、システム本体内の増幅器に送られる。
【０１７２】
超音波振動子１、２からの信号の周波数特性がそれぞれ異なるように構成されていて、周波数の高い方の超音波振動子を高周波振動子、周波数の低い方を低周波振動子といって区別する。
【０１７３】
駆動ロータ４を支承するベースハウジング５はプローブ本体の取り付け台に固定されている。またベースハウジング５には駆動ロータ４を支承する支持部とプローブ本体の取り付け台に固定される支持部から構成された、一体部材もので形成されている。ベース剛性を高めて、駆動モータの支持剛性を強くしている。
【０１７４】
駆動ロータ４とベースハウジング５は超音波プローブの先端に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４内の超音波伝播媒質に内包されている。ウインドウケース２４内の超音波伝搬媒質は気泡が含まれないように減圧して、脱気した上で封止される。封止された超音波伝搬媒質が環境によって膨張したりしても、媒質の圧力が緩和されるように超音波伝搬媒質の容積調整機構８が設けられている。この超音波伝搬媒質の容積調整機構８はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。その容積調整機構８と中継基板９８は超音波プローブのハンドル６に構成されている。
【０１７５】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０内の送受信回路部分について説明する。超音波振動子の周波数特性の異なる２つの振動子に対して、高周波用と低周波用と信号線が異なる。図１では、超音波振動子１、２を説明の都合上、高周波振動子を超音波振動子１とし、低周波振動子を超音波振動子２であるとする。
【０１７６】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では周波数に相当する超音波振動子に駆動信号を周波数に相当した方のロータリトランス２１を介して、相当した超音波振動子１（または超音波振動子２）に供給駆動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１（または超音波振動子２）から生体内に放射される。
【０１７７】
高周波用送信信号の場合は高周波振動子１から、低周波用送信信号の場合は低周波振動子２から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１（または超音波振動子２）によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体２０内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、合成回路３２で信号合成されて、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された座像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや駆動モータの位置情報やモータ駆動などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【０１７８】
超音波プローブの先端は、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端とハンドル６はハードな筐体で接続されていて、ハンドル６を手で持つことで先端の方向は決定できる。
【０１７９】
超音波プローブの先端には中継基板は構成せず、ハンドル６に中継基板９８を構成しているために、先端の体積を小さくすることができ、先端を液封止する超音波伝搬媒質の量も少なくできるので、先端の重量を軽くすることができる。超音波伝搬媒質内で基板を使用しない構造ができるので、基板の積層密度や部品の実装密度を上げることができ、中継基板を小型にできる。ハンドルも小型にできるために、超音波プローブを軽量にすることができ、診断作業性が一段と向上する。
【０１８０】
実施例の駆動モータはマイコン制御駆動となっている。中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９にはモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７が構成されている。
【０１８１】
本体ＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ２０７とは双方方向のシリアル通信で、本体装置側とプローブ側での情報のやりとりを行っている。本体装置の指令情報は本体ＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ２０７にシリアル通信にて送信されて、その指令情報内容に基づいてプローブＣＰＵ２０７は駆動モータを動作させる。駆動モータの位置情報や超音波振動子の位置情報等は主体的にはプローブＣＰＵ２０７で管理されていて、その管理情報を本体ＣＰＵへ送信し、本体側でもプローブ先端部の情報を共有している。その共有の情報管理をするために、プローブＣＰＵ２０７と本体ＣＰＵ３８とのインタフェース仕様が決められている。そのインタフェース仕様が他の機種のプローブであっても、同じ仕様で決めらている場合には、他機種のプローブに対しても接続が可能となる。インタフェース仕様を汎用性のあるものに取り決めることで、他機種のプローブの互換性ができる。医療分野ではかなり独創的な内容になっている。
【０１８２】
駆動モータ制御駆動回路１９を中継ボックス１８に構成することで、本体システムの設計が軽減されるうえに、中継ボックス１８と診断装置本体との接続の仕様を汎用的に決定することで、プローブの仕様が異なっても、診断装置のソフト面を変えることで容易に対応できる。超音波振動子を駆動するモータの制御部はプローブ側で行うことができ、プローブ側で駆動モータのシステムは一応完結できる。
【０１８３】
図１１は本実施例におけるヘキサ巻の円筒形状の巻線を使用したスロットレスのコア付きモータの断面図である。
【０１８４】
図１２はこのスロットレスのコア付きモータの側面図である。このスロットレスのコア付きモータは回転数制御のブラシレスモータであって、センサレス駆動タイプのアウターロータ回転タイプある。この実施例のモータは超音波振動子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。説明のために図１１、図１２にはウインドウケースやハンドルなどケーシング類は省略してある。
【０１８５】
図１１、図１２においてそのコア４８は固定側であって、駆動マグネット４９の付いているロータフレーム１０３が回転側である。ロータフレーム１０３は小判形状をしていて、内側には半円状の駆動マグネット４９が２個対向して取り付けられている。ロータフレーム１０３の小判形状でフラットになった外周面には超音波振動子１、２が取り付けられている。そのためロータフレーム１０３が駆動軸９を中心に回転すると、そのロータフレーム１０３に搭載の超音波振動子１、２も駆動軸９を中心に回転する。ロータフレーム１０３の両サイドにはロータ側板１０４、１０５があって、ロータ側板１０４はロータリトランス２１側のもので、ロータ側板１０５はエンコーダ側ものである。ロータ側板１０４には軸受ボス部５３に設けられ、その軸受ボス部５３に軸受５１が取り付けられている。またロータ側板１０４にはロータ側トランス２２を係合して固定するインロー部１０６があって、外周側端面の箇所も固定して、軸受５１に対して面振れが小さくなるように組み立てる。ロータ側板１０５にはもう一方の軸受５２が取り付けられる。それらロータ側板１０４，１０５はロータフレーム１０３に嵌合挿入して装着され、その取り付けられた軸受５１、５２で回転支承されている。
【０１８６】
モータを制御するために、ロータ側板１０５にはエンコーダマグネット１６が取り付けられていていて、エンコーダマグネット１６の表面に多数の等間隔に磁極が着磁されている。エンコーダマグネット１６の外周に対向するようにＡＢ相ＭＲ素子１７が磁性材の取付台５５に取り付けられて、その取付台５５をベースハウジング５６に取り付ることで、エンコーダマグネット１６の外周と微少な隙間を設けてＡＢ相ＭＲ素子１７を配置固定する。
【０１８７】
また駆動ロータの回転位置情報を知るための相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれている。その磁気式エンコーダは駆動ロータ側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５６側にＡＢ相ＭＲ素子１７とで構成されている。エンコーダマグネット１６の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として１２ナイロン系を使用している。
【０１８８】
駆動マグネット４９の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット１６とＡＢ相ＭＲ素子１７との隙間が非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット１６の膨潤や切削振れや組立振れなどの影響を少なくする必要がある。ロータ側板１０５にエンコーダマグネット１６を接着固定した状態で組加工して部品による振れを小さくしている。
【０１８９】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれ、その磁気式エンコーダの位置検出素子はＡＢ相ＭＲ素子１７である。そのＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために、ロータフレーム１０３に取り付けた超音波振動子１，２の回転位置情報を知ることができる。回転着磁機で多極に着磁されたエンコーダマグネット１６の外周とＡＢ相ＭＲ素子１７は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組込みがなされる。そのエンコーダマグネット１６の磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させる。
【０１９０】
そのＡＢ相ＭＲ素子１７の信号はハンドルにある中継基板で増幅される。中継基板からケーブルを通って中継ボックスに内蔵した駆動モータ制御駆動回路に接続し、さらに中継ボックスを超音波診断装置本体に装着して、駆動モータ制御駆動回路に電力を供給する。また、装置によってはＭＲ信号の矩形波信号はシステム本体側にも接続して、パルスの情報を伝達している場合があるので、その場合にはマイコン制御駆動回路でＭＲ増幅信号から矩形波信号へ処理するか、マイコンからの出力として作成する。マイコン搭載の場合は超音波振動子の位置情報はＡＢ相ＭＲ増幅信号から処理をしてシリアル通信とした情報に変換して位置情報のやり取りがなされることがある。
【０１９１】
駆動モータには基準位置情報を知るための基準位置手段として磁性材のＺ相ピン９９が磁性材のロータフレーム１０３の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン９９はロータフレーム１０３の中間部ではなく、エンコーダマグネットに近い側に装着されている。Ｚ相ピン９９は円筒形状した部分をロータフレーム１０３の外周に設けられた円筒の穴に挿入して取り付けられ、駆動回転方向に対して先端鋭角になるようにカット面１０７が両方に設けられている。このＺ相ピン９９への磁束は駆動マグネット４９から得ている。Ｚ相ピン９９を検出するＺ相ＭＲ素子１００が磁性材の取付台１０１を介してベースハウジング５６のアングル１０２に取り付けられている。Ｚ相ＭＲ素子１００の信号はハンドルの中継基板に接続される。中継基板からシールドケーブルを通って中継ボックスにある駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスから超音波診断装置本体側へ接続される。
【０１９２】
磁性材のＺ相ピン９９とＺ相ＭＲ素子１００で構成されていて、基準位置手段はＺ相ピン９９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１００では駆動ロータの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいので、ハンドルの中継基板で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号はコンパレータ回路で矩形処理される。矩形処理された信号は矩形波信号であり、外部からのノイズの影響を受けにくい。Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置を駆動ロータの基準位置にすれば、駆動モータの回転基準位置になり、さらには超音波振動子１、２の回転基準位置にもなる。このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１、２の位置を決めておけば、超音波振動子の回転位置の基準を個々の超音波プローブ間の相違なく決定することができる。
【０１９３】
超音波振動子１、２への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１のロータ側トランス２２をロータフレーム１０３の側面に取り付られたロータ側板１０４に取り付けられる。ステータ側トランス２３はベースハウジング５６側に取り付けられている。ロータリトランス２１は２チャンネル構成であるので、トランス対向面にはリング状のコイル溝が２本それぞれのトランスには形成されていて、そのリング状の溝には巻線が数ターン平面上に配置されている。ロータ側トランス２２の巻線はコイル溝６６，６７の下にあけられた穴５９を通ってロータ側板１０４側に引き出されてロータ側トランスの裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続される。また、超音波振動子のリード線もロータ側トランス裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続し、ロータ側トランス２２の巻線を超音波振動子に導通接続する。ステータ側トランス２３もロータ側トランス２２の巻線に対向する位置にリング状のコイル溝６９、７０を設け、そのコイル溝６９、７０に巻線７１を数ターン巻配置し、その巻線の端はステータトランス側のリング状溝の奥に設けた穴６０に通して、ステータ側トランスの裏側のＦＰＣ７２に接続する。そのＦＰＣ７２からはシールド線などを使用して超音波診断装置本体側へ接続する。
【０１９４】
本実施例では超音波振動子は２個を使用している。符号では１，２である。さらに、２種類の超音波振動子を搭載することができるので、１つの超音波プローブで２つの距離分解能の異なったものとして扱えるなどの長所がある。。
【０１９５】
一般に距離分解能は周波数が高いと向上するが、周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなるので、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り換えて使用することができるために、より便利な超音波診断が可能となる。
【０１９６】
また、ロータフレーム１０３に取り付けた超音波振動子１、２は駆動軸９に対して１８０度離れた位置に取り付けられる、１方の超音波振動子から放射した超音波がもう一方の超音波振動子でも受信され、超音波の受信信号にノイズとして入らないように、２個超音波振動子の相対角度位置を１８０度にしている。送信された超音波振動子はその反射信号を受信するが、反射信号をもう一方の超音波振動子で受信すると、その信号はノイズとなるために、複数個の超音波振動子を使用する場合、送受信は同一の超音波振動子で行い、他の超音波振動子には受信信号がのらないようにする必要がある。
【０１９７】
超音波振動子はリード線が２本でていて、１本は電気グランド（ＧＮＤ）であり、もう１本は信号線である。本実施例の超音波プローブでは駆動ロータに超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うために３本のリード線として処理できる。超音波振動子は１８０度離れているので、電気グランドの線同士を容易に接続することはできないのでロータ側トランス２２の裏側に設けたＦＰＣ６８を介して接続している。そのＦＰＣ６８には４箇所にランドがあって超音波振動子のリード線を半田付け接続する。
【０１９８】
超音波診断装置本体から入出力線を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、被検体から反射される超音波を受波し電荷量の変化を生じる。この超音波振動子の電気的変化は入出力線を介して超音波診断装置本体に伝達される。入出力線に流れる電気信号は２ｋHz〜１２ｋHzと範囲の周波数信号であるために不要輻射の主たるノイズ源となる。本実施例では液封止の箇所は入出力線一部を可撓性基板で構成して、そのほかはシールド線を使用している。入出力線はシールドしているため、不要輻射対策の効果を有するが、ロータリトランスの近傍はシールドをすることができない。使用する周波数の電極の位置を検討することで、不要輻射を低減させている。すなわち、そのリング状の溝の外周側から内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【０１９９】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインはエンコーダからの超音波振動子の走査位置を知るための信号ラインであり、超音波信号の送受信部からノイズが入ると、位置情報が不安定となり、駆動モータの制御に不安定になる。モータの制御を安定にさせるためも入出力部は電気シールドして、ノイズの影響を及ぼさないようにしている。
【０２００】
駆動マグネット４９に対向するように円筒状のコア４８が駆動軸９に固定されている。そのコア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１は円筒状のヘキサ巻の巻線である。
コア４８は円筒状のコアであるので、スロットのあるコアと区別され、スロットレスコアと呼ばれている。このスロットレスコア４８には、絶縁膜６２が膜状に施されている。実施例ではこの絶縁膜６２はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線６１とコア４８との電気絶縁を目的にしたものであるので膜厚が厚い方がよいが、膜厚が厚いと巻線６１とコア４８の間に隙間が生じ、効率が低下することになるので、膜厚はできるだけ薄くするような工程を採用している。
【０２０１】
コア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１は円筒状のヘキサ巻の巻線である。巻線６１のタップはコア４８の端面に設けられたフレキシブル基板６３を介してリード線６４に接続され、そのリード線６４は駆動軸９の溝を通ってロータの外に引き出される。
【０２０２】
駆動モータの回転部は駆動軸９を中心に回転し、ロータフーム１０３の外周部に取り付けられた超音波振動子１、２も駆動軸９を中心にして回転する。その超音波振動子１、２は、トランスデューサとも呼ばれて、超音波プローブの中核をなす部品である。超音波振動子１、２の先端には音響レンズ６５がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ６５であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。
【０２０３】
超音波振動子１、２のビームは駆動モータの駆動軸９に対して直交してラジアル方向にスキャンされる。そのためにビームの軌跡面１１は駆動軸９に直交しているが、ハンドルの軸に対しては平行な面となっている。したがってハンドルの軸に対しては平行な面となるビーム軌跡面１１の超音波断層画像が得られる。超音波振動子１、２は駆動モータで回転されるので、その時の超音波振動子のビーム軌跡面１１が駆動軸９に対して直交する面である。超音波振動子から超音波を送受信して得られる超音波振動子配列方向の超音波断層画像取得領域は３６０度の全周ではなくベースハウジング５６に妨げられて、ある範囲の超音波画像しか得られない。その範囲では超音波振動子で走査できる超音波走査可能領域を表す。実際の超音波診断装置では反射の問題などを考慮して幾何学的な角度よりも少し小さな設定となっている。この角度を走査角度７３という。その走査角度７３のビーム軌跡面１１は本実施例場合では角度は２２０度となっている。
【０２０４】
ベースハウジング５６は金属粉末射出成形法によって金属焼結金属から形成されている。本実施例のベースハウジング５６は３次元的な複雑な形状であるうえに、駆動モータを支承するために支持剛性が必要である上に、超音波振動子の回転軸の位置寸法が安定であることも重要な要件であり、ＭＩＭを採用して製作をした。
【０２０５】
図１１、図１２から、駆動モータのモータリード線６４はシャフト９の溝から外部に引き出されて、モータリード線６４は駆動モータが３相でΔ結線であることから、３本であり、その個々のモータリード線はハンドルの中継基板９８に半田接続される。駆動モータの電力は超音波診断装置本体から供給される。つまり、本体から中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９に供給されて、その駆動モータ制御駆動回路１９のコイル出力部からハンドルの中継基板９８を経由して、モータリード線６４（一般にＵ相、Ｖ相、Ｗ相として区別されている）に接続される。モータリード線６４はモータの駆動電流が流れるために、リード線抵抗が小さなものを使用している。すなわち、導体を太くしている。
【０２０６】
図１１で示すように超音波振動子１、２への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス２１で構成されている。ロータリトランス２１はロータ側トランス２２をロータ側板１０４に取り付けられ、ステータ側トランス２３がベースハウジング５６側に取り付けられている。
【０２０７】
超音波振動子が２個搭載されているのでロータリトランス２１は２チャンネル構成であるので、トランス対向面にはリング状の溝が２本それぞれのトランスには形成されている。
【０２０８】
ロータ側トランス２２の表面に同心円状にコイル溝６６、６７が形成され、そのコイル溝６６，６７には、溝に適した半径のコイルが装着される。駆動モータをウインドウケース内に収納するために、ロータリトランス２１は円板形状のものであって、できるだけ薄いものを採用した。コイル溝６６、６７に配置するコイルの処理方法によっては、モータのトルク発生スペースが小さくなるので、特性の低下を少なくするように、フレキシブル基板６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【０２０９】
ロータリトランス２１のロータ側トランス２２を薄いスペースの中に構成することができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【０２１０】
ステータ側トランス２３もロータ側トランス２２と同様に２チャンネルの構成になっている。ステータ側トランス２３のトランス対向面には、ロータ側のコイル溝と対向する半径位置に２本のコイル溝６９、７０が形成され、そのコイル溝６９、７０には、溝に適した半径のコイル７１が装着されている。コイル７１は非磁性材である接着材にてコイル溝に固定され、ステータ側トランス２３のコイル７１の端末線は溝の下にあけられた穴６０を通ってステータ側トランス２３の裏側に引き出され、ステータ側トランス２３の裏側に貼られたＦＰＣ７２に半田付け接続される。そのＦＰＣ７２を介して、超音波診断装置本体側へと接続される。ステータ側トランス２３の裏側のＦＰＣ７２は、ベースハウジング５６の支柱部に支障がない位置でシールド線に半田接続され、超音波診断装置本体側へ接続する。
【０２１１】
コイルの引き出しを裏面にすることで、ステータ側トランスを薄いスペースの中に構成することができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【０２１２】
（実施例４）
図１３は本発明の一実施例におけるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。また超音波プローブの外観斜視図は図２に類似であるので図示しない。
【０２１３】
実施例１及び実施例２、実施例３との相違点はＭＲ素子の出力信号を増幅する回路を超音波プローブの中継ボックス内の基板に構成する。超音波プローブの先端とハンドルを小さくするために、中継ボックスに配置可能なものは構成するようにした一例である。
【０２１４】
本実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端とハンドル６と中継ボックス１８とケーブル４０で構成される。超音波プローブの先端には超音波振動子１、２を回転駆動させる駆動モータ３が構成されている。その駆動モータ３には超音波振動子とともに回転する駆動ロータ４が構成され、駆動ロータ４を支持するベースハウジング５が内蔵され、超音波プローブのハンドル６には超音波伝搬媒質の容積調整機構８とが構成されている。
【０２１５】
超音波振動子１、２は駆動ロータ４の回転部の外周部に取り付けられている。そのため超音波振動子１、２の回転軸と駆動モータ３の駆動軸９とは同一の軸となる。駆動軸９に対して超音波振動子１、２のビームはラジアル方向に放射させる。超音波振動子１側のビーム放射軸１０を図示する。
【０２１６】
駆動ロータ４の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ４に取り付けられた超音波振動子１，２の位置情報を知ることになる。駆動ロータ４の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ４の回転位置情報を知ることができる。基準位置手段として磁性材のＺ相ピン１０９とＺ相ＭＲ素子１１０で構成されている。Ｚ相ＭＲ素子１１０では磁性材のＺ相ピン１０９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１１０では駆動ロータ４の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために駆動ロータ４の基準位置を知ることができる。Ｚ相ＭＲ素子の出力信号は超音波プローブの先端からハンドルとケーブルを経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１９に接続され、その駆動モータ制御駆動回路１９の増幅矩形処理回路１０８で増幅し矩形処理を行い、モータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７に接続し、プローブＣＰＵ２０７から本体システムのホストＣＰＵ３８に信号処理された情報量として伝達させる。
【０２１７】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ１５が組み込まれ、その磁気式エンコーダ１５は駆動ロータ４側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５側にＡＢ相ＭＲ素子１７で構成されている。ＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度である。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動ロータ４の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１６の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から得る。たとえば、エンコーダマグネット１６は１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり１８０の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１６は回転着磁がなされているために、磁極間の角度精度は非常に高い。
【０２１８】
ＡＢ相ＭＲ素子の出力信号も超音波プローブの先端からハンドルとケーブルを経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１９に接続され、その駆動モータ制御駆動回路１９の増幅矩形処理回路１０８で増幅し矩形処理を行い、モータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７に接続し、プローブＣＰＵ２０７で位置情報がシリアル情報に変換され、通信形態として本体システムのホストＣＰＵ３８に信号情報が伝達される。
【０２１９】
中継ボックス１８は超音波診断装置本体のシステム本体２０に接続されて、駆動モータ制御駆動回路１９など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０２２０】
超音波振動子１、２からの信号を駆動モータ３の外部に取り出すためにロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１はロータ側トランス２２とステータ側トランス２３で構成され、ロータ側トランス２２は駆動ロータ４側のロータ端部に構成され、ロータ側トランス２２の信号線は超音波振動子１、２に接続される。ステータ側トランス２３はベースハウジング５側に固定され、ステータ側トランス２３の信号線は超音波プローブの先端からハンドル６、ケーブルを通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス１８を本体に装着することで、超音波振動子の信号は本体の回路側へ接続される。
【０２２１】
ロータリトランス２１は信号を非接触で伝達することができるので、接触型のスリップリングに比べて駆動モータに作用する負荷が非常に小さいために、小型駆動モータの場合には使用する設計を行う。
【０２２２】
超音波振動子１（または超音波振動子２）から放射した超音波は超音波振動子１（または超音波振動子２）の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１（または超音波振動子２）で受信され、電気信号に変換されて、ロータリトランス２１を通って駆動モータの外部に取り出されて、システム本体内の増幅器に送られる。
【０２２３】
超音波振動子１、２からの信号の周波数特性がそれぞれ異なるように構成されていて、周波数の高い方の超音波振動子を高周波振動子、周波数の低い方を低周波振動子といって区別する。
【０２２４】
駆動ロータ４を支承するベースハウジング５はプローブ本体の取り付け台に固定されている。またベースハウジング５には駆動ロータ４を支承する支持部とプローブ本体の取り付け台に固定される支持部から構成された、一体部材もので形成されている。ベース剛性を高めて、駆動モータの支持剛性を強くしている。
【０２２５】
駆動ロータ４とベースハウジング５は超音波プローブの先端に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４内の超音波伝播媒質に内包されている。ウインドウケース２４内の超音波伝搬媒質は気泡が含まれないように減圧して、脱気した上で封止される。封止された超音波伝搬媒質が環境によって膨張したりしても、媒質の圧力が緩和されるように超音波伝搬媒質の容積調整機構８が設けられている。この超音波伝搬媒質の容積調整機構８はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。その容積調整機構８は超音波プローブのハンドル６に構成されている。
【０２２６】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０内の送受信回路部分について説明する。超音波振動子の周波数特性の異なる２つの振動子に対して、高周波用と低周波用と信号線が異なる。図１３では、超音波振動子１、２を説明の都合上、高周波振動子を超音波振動子１とし、低周波振動子を超音波振動子２であるとする。
【０２２７】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では周波数に相当する超音波振動子に駆動信号を周波数に相当した方のロータリトランス２１を介して、相当した超音波振動子１（または超音波振動子２）に供給駆動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１（または超音波振動子２）から生体内に放射される。
【０２２８】
高周波用送信信号の場合は高周波振動子１から、低周波用送信信号の場合は低周波振動子２から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１（または超音波振動子２）によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体２０内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、合成回路３２で信号合成されて、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された座像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや駆動モータの位置情報やモータ駆動などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【０２２９】
超音波プローブの先端は、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端とハンドル６はハードな筐体で接続されていて、ハンドル６を手で持つことで先端の方向は決定できる。
【０２３０】
超音波プローブの先端にもハンドルにも中継基板は構成せずしているために、先端の体積を小さくすることができ、先端を液封止する超音波伝搬媒質の量も少なくできるので、先端の重量を軽くすることができる。超音波伝搬媒質内で基板を使用しない構造ができるので、基板の積層密度や部品の実装密度を上げることができ、基板を小型にできる。ハンドルも小型にできるために、超音波プローブを軽量にすることができ、診断作業性が一段と向上する。
【０２３１】
駆動モータ制御駆動回路１９を中継ボックス１８に構成することで、本体システムの設計が軽減されるうえに、中継ボックス１８と診断装置本体との接続の仕様を汎用的に決定することで、プローブの仕様が異なっても、診断装置のソフト面を変えることで容易に対応できる。超音波振動子を駆動するモータの制御部はプローブ側で行うことができ、プローブ側で駆動モータのシステムは一応完結できる。
【０２３２】
図１４は本実施例におけるヘキサ巻の円筒形状の巻線を使用したスロットレスのコア付きモータの断面図である。このスロットレスのコア付きモータはサーボ制御のブラシレスモータであって、センサレス駆動タイプのアウターロータ回転タイプある。この実施例のモータは超音波振動子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。説明のために図１４にはウインドウケースやハンドルなどケーシング類は省略してある。
【０２３３】
図１４においてそのコア４８は固定側であって、駆動マグネット４９の付いているロータフレーム１１３が回転側である。ロータフレーム１１３は小判形状をしていて、内側には半円状の駆動マグネット４９が２個対向して取り付けられている。ロータフレーム１１３の小判形状でフラットになった外周面には超音波振動子１、２が取り付けられている。そのためロータフレーム１１３が駆動軸９を中心に回転すると、そのロータフレーム１１３に搭載の超音波振動子１、２も駆動軸９を中心に回転する。ロータフレーム１１３の両サイドにはロータ側板１０４、１０５があって、ロータ側板１０４はロータリトランス２１側のもので、ロータ側板１０５はエンコーダ側ものである。ロータ側板１０４には軸受ボス部５３に設けられ、その軸受ボス部５３に軸受５１が取り付けられている。またロータ側板１０４にはロータ側トランス２２を係合して固定するインロー部１０６があって、外周側端面の箇所も固定して、軸受５１に対して面振れが小さくなるように組み立てる。ロータ側板１０５にはもう一方の軸受５２が取り付けられる。それらロータ側板１０４，１０５はロータフレーム１１３に嵌合挿入して装着され、その取り付けられた軸受５１、５２で回転支承されている。
【０２３４】
モータを制御するために、ロータ側板１０５にはエンコーダマグネット１６が取り付けられていていて、エンコーダマグネット１６の表面に多数の等間隔に磁極が着磁されている。エンコーダマグネット１６の外周に対向するようにＡＢ相ＭＲ素子１７が磁性材の取付台５５に取り付けられて、その取付台５５をベースハウジング５６に取り付ることで、エンコーダマグネット１６の外周と微少な隙間を設けてＡＢ相ＭＲ素子１７を配置固定する。
【０２３５】
また駆動ロータの回転位置情報を知るための相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれている。その磁気式エンコーダは駆動ロータ側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５６側にＡＢ相ＭＲ素子１７とで構成されている。
【０２３６】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれ、その磁気式エンコーダの位置検出素子はＡＢ相ＭＲ素子１７である。そのＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために、ロータフレーム１１３に取り付けた超音波振動子１，２の回転位置情報を知ることができる。回転着磁機で多極に着磁されたエンコーダマグネット１６の外周とＡＢ相ＭＲ素子１７は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組み込みがなされる。そのエンコーダマグネット１６の磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させる。
【０２３７】
駆動モータには基準位置情報を知るための基準位置手段として磁性材のＺ相ピン１０９が磁性材のロータフレーム１１３の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン１０９はロータフレーム１１３の中間部ではなく、エンコーダマグネットに近い側に装着されている。Ｚ相ピン１０９は円筒形状した部分をロータフレーム１１３の外周に設けられた円筒の穴に挿入して取り付けられ、素子に対向する側は傾斜を持っている。Ｚ相ピン１０９を検出するＺ相ＭＲ素子１１０が磁性材の取付台１１１を介してベースハウジング５６のアングル１１２に取り付けられている。
【０２３８】
磁性材のＺ相ピン１０９とＺ相ＭＲ素子１１０で構成されていて、基準位置手段はＺ相ピン１０９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１１０では駆動ロータの１回転に１パルスの信号が検出される。
【０２３９】
超音波振動子１、２（図１３参照）への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１のロータ側トランス２２をロータフレーム１１３の側面に取り付られたロータ側板１０４に取り付けられる。ステータ側トランス２３はベースハウジング５６側に取り付けられている。ロータリトランス２１は２チャンネル構成であるので、トランス対向面にはリング状のコイル溝が２本それぞれのトランスには形成されていて、そのリング状の溝には巻線が数ターン平面上に配置されている。
【０２４０】
ロータ側トランス２２の巻線はコイル溝６６、６７の下にあけられた穴５９を通ってロータ側板１０４側に引き出されてロータ側トランスの裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続される。また、超音波振動子のリード線もロータ側トランス裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続し、ロータ側トランス２２の巻線を超音波振動子に導通接続する。
【０２４１】
超音波振動子はリード線が２本でていて、１本は電気グランド（ＧＮＤ）であり、もう１本は信号線である。本実施例の超音波プローブでは駆動ロータに超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うために３本のリード線として処理できる。超音波振動子は１８０度離れているので、電気グランドの線同士を容易に接続することはできないのでロータ側トランス２２の裏側に設けたＦＰＣ６８を介して接続している。そのＦＰＣ６８には４箇所にランドがあって超音波振動子のリード線を半田付け接続する。
【０２４２】
駆動モータをウインドウケース内に収納するために、ロータリトランス２１は円板形状のものであって、できるだけ薄いものを採用した。コイル溝６６、６７に配置するコイルの処理方法によっては、モータのトルク発生スペースが小さくなるので、特性の低下を少なくするように、フレキシブル基板６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【０２４３】
ロータリトランス２１のロータ側トランス２２を薄いスペースの中に構成することができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【０２４４】
ステータ側トランス２３もロータ側トランス２２と同様に２チャンネルの構成になっている。ステータ側トランス２３のトランス対向面には、ロータ側のコイル溝と対向する半径位置に２本のコイル溝６９、７０が形成され、そのコイル溝６９、７０には、溝に適した半径の巻線７１が装着されている。巻線７１は非磁性である接着材にてコイル溝に固定され、ステータ側トランス２３のコイル７１の端末線は溝の下にあけられた穴６０を通ってステータ側トランス２３の裏側に引き出され、ステータ側トランス２３の裏側に貼られたＦＰＣ７２に半田付け接続される。そのＦＰＣ７２を介して、超音波診断装置本体側へと接続される。ステータ側トランス２３の裏側のＦＰＣ７２は、ベースハウジング５６の支柱部に支障がない位置でシールド線に半田接続され、超音波診断装置本体側へ接続する。
【０２４５】
コイルの引き出しを裏面にすることで、ステータ側トランスを薄いスペースの中に構成することができるので、小型な軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【０２４６】
本実施例では超音波振動子は２個を使用している。そのため、２種類の超音波振動子を搭載することができるので、１つの超音波プローブで２つの距離分解能の異なったものとして扱えるなどの長所がある。一般に距離分解能は周波数が高いと向上するが、周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなるので、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り換えて使用することができるために、より便利な超音波診断が可能となる。
【０２４７】
また、ロータフレーム１１３に取り付けた超音波振動子１、２（図１３参照）は駆動軸９に対して１８０度離れた位置に取り付けられる、１方の超音波振動子から放射した超音波がもう一方の超音波振動子でも受信され、超音波の受信信号にノイズとして入らないように、２個超音波振動子の相対角度位置を１８０度にしている。送信された超音波振動子はその反射信号を受信するが、反射信号をもう一方の超音波振動子で受信すると、その信号はノイズとなるために、複数個の超音波振動子を使用する場合は相受信は同一の超音波振動子で行い、他の超音波振動子には受信信号がのらないようにする必要がある。
【０２４８】
超音波診断装置本体から入出力線を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、被検体から反射される超音波を受波し電荷量の変化を生じる。この超音波振動子の電気的変化は入出力線を介して超音波診断装置本体に伝達される。入出力線に流れる電気信号は２ｋHz〜１２ｋHzと範囲の周波数信号であるために不要輻射の主たるノイズ源となる。本実施例では液封止の箇所は入出力線一部を可撓性基板で構成して、そのほかはシールド線を使用している。入出力線はシールドしているため、不要輻射対策の効果を有するが、ロータリトランスの近傍はシールドをすることができない。使用する周波数の電極の位置を検討することで、不要輻射を低減させている。すなわち、そのリング状の溝の外周側から内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【０２４９】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインはエンコーダからの超音波振動子の走査位置をしるための信号ラインであり、超音波信号の送受信部からノイズが入ると、位置情報が不安定となり、駆動モータの制御に不安定になる。モータの制御を安定にさせるためも入出力部は電気シールドして、ノイズの影響を及ぼさないようにしている。
【０２５０】
駆動マグネット４９に対向するように円筒状のコア４８が駆動軸９に固定されている。そのコア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１はは円筒状のヘキサ巻の巻線である。
【０２５１】
コア４８は円筒状のコアであるので、スロットのあるコアと区別され、スロットレスコアと呼ばれている。このスロットレスコア４８には、絶縁膜６２が膜状に施されている。実施例ではこの絶縁膜６２はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線６１とコア４８との電気絶縁を目的にしたものであるので膜厚が厚い方がよいが、膜厚が厚いと巻線６１とコア４８の間に隙間が生じ、効率が低下することになるので、膜厚はできるだけ薄くするような工程を採用している。絶縁膜はスプレー塗装によっても膜形成が可能である。絶縁膜６２を形成した電着塗装膜、真空蒸着膜などが使用される。
【０２５２】
コア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１は円筒状のヘキサ巻の巻線である。巻線６１のタップはコア４８の端面に設けられたフレキシブル基板６３を介してリード線６４に接続され、そのリード線６４は駆動軸９の溝を通ってロータの外に引き出される。
【０２５３】
図１４から、駆動モータのモータリード線６４はシャフト９の溝から外部に引き出されて、モータリード線６４は駆動モータが３相でΔ結線であることから、３本であり、その個々のモータリード線はハンドルの中継基板に半田接続される。駆動モータの電力は超音波診断装置本体から供給される。つまり、本体から中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に供給されて、その駆動モータ制御駆動回路のコイル出力部から中継基板を経由して、モータリード線６４（一般にＵ相、Ｖ相、Ｗ相として区別されている）に接続される。モータリード線６４はモータの駆動電流が流れるために、リード線抵抗が小さなものを使用している。すなわち、導体を太くしている。
【０２５４】
（実施例５）
図１５は本発明の一実施例における超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。
【０２５５】
図１６に体腔内挿入型超音波プローブの外観斜視図を示す。この超音波プローブは、食道や腸などの消化器官診断や血管へ直接挿入して振動子を走査させて超音波診断を行うものである。図１７は超音波プローブの先端に内蔵する一実施例における超音波振動子駆動モータの断面図でする。
【０２５６】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端（または挿入部）１１４とハンドル（または操作部、手元操作部）１１５と中継ボックス１８と挿入管（または導中部）１１６とケーブル１１７で構成される。超音波プローブの先端１１４には超音波振動子１１８を回転駆動させる駆動モータが構成されている。その駆動モータには超音波振動子１１８とともに回転する駆動ロータ１２０が構成され、駆動ロータ１２０を支持するベースハウジング１２１が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１１４からハンドル１１５まではフレキシブルな挿入管１１６で構成され、その挿入管１１６は血管や口腔内に挿入される細長い管であって、シースチューブとその中を電気信号線が通っている。超音波プローブのハンドル１１５には駆動モータの位置検出信号を中継処理するためのの中継基板１２２が構成されている。その中継基板１２２はハンドルに設けられたコントローラノブ１２４の指令を中継処理するようにして、その中継基板１２２からまとめて中継ボックス１８に信号伝達を行っている。ハンドル１１５にはケーブル１１７を介して中継ボックス１８が接続され、その中継ボックス１８を介して超音波診断装置本体に超音波探触子が電気的に接続される。
【０２５７】
超音波振動子１１８は駆動ロータ１２０の回転部の天面部に取り付けられている。そのため超音波振動子１１８の回転軸と駆動モータの駆動軸１２３とは同一の軸となる。駆動軸１２３に対して超音波振動子１１８のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子１１８側のビーム放射軸１２４方向にビーム軌跡面１２５を形成する。その駆動ロータ１２０が回転することで超音波振動子１１８のビーム軌跡面１２５は回転する。その軌跡面１２５は駆動軸１２３に対して平行な面となる。
【０２５８】
実施例の超音波プローブは、被検者の体腔内に挿入して体腔内の被検部の超音波画像を得る体腔内用超音波プローブであって、この体腔内用超音波プローブは、先端に超音波振動子１１８を備えており、超音波振動子１１８は、予め機械的に決定された回転範囲内の任意角度の超音波断層画像を撮るようになっている。
【０２５９】
駆動ロータ１２０の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ１２０に取り付けられた超音波振動子１１８の位置情報を知ることになる。駆動ロータ１２０の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ１２０の回転位置情報を知ることができる。
【０２６０】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７で構成される。また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７で構成される。ＭＲ素子はＡＢ相ＭＲ素子であって、Ｚ相ＭＲ素子部とＡＢ相ＭＲ素子部とが一つのＭＲ素子に形成されている。Ｚ相ＭＲ素子部は超音波振動子側に形成され、ＡＢ相ＭＲ素子部はベースハウジング１２１側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１２６も超音波振動子側はＺ相磁極部であって、ベースハウジング１２１側はＡＢ相磁極部である。
【０２６１】
ＭＲ素子１２７のＺ相信号は駆動ロータ１２０の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために駆動ロータ１２０の基準位置を知ることができる。そのＺ相信号は信号レベルが小さいのでノイズを受けないため、モータの近くの中継アンプ基板１２８で信号増幅されて、挿入管１１６を通ってハンドル１１５の中継基板１２２で中継処理される。中継基板１２２ではＭＲ信号の矩形処理を行う場合もある。さらにケーブル１１７を通って中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１９はモータ駆動回路２０６と本体ＣＰＵ２０７が構成されている。
【０２６２】
相対位置情報手段としてＭＲ素子１２７のＡＢ相検出部と駆動ロータ１２０側にエンコーダマグネット１２６とで構成されている。ＡＢ相検出部はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動ロータ１２０の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１２６の外周にはＡＢ相磁極とＺ相磁極が着磁されていて、特にＡＢ相磁極部は多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１２７から得る。
【０２６３】
たとえば、エンコーダマグネット１２０のＡＢ相磁極が１５０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり１５０の分解精度の信号が得られる。そのＡＢ相信号もモータの近傍の中継アンプ基板１２８で一旦増幅して、さらにハンドル１１５で中継基板１２２に配線し、ケーブル１１７を通って中継ボックス１８に内蔵の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。中継ボックス１８は超音波診断装置本体のシステム本体２０に接続されて、駆動モータ制御駆動回路１９など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０２６４】
また、ＡＢ相、Ｚ相の信号は超音波診断装置の本体システム２０には直接接続するのではなく、中継ボックス１８のプローブＣＰＵ２０７で位置情報として信号処理して、通信仕様基づいた位置情報で本体ＣＰＵに伝達される。本体システム側でも、超音波振動子の位置情報が必要である。ＡＢ相，Ｚ相信号で処理された超音波振動子位置をもとに画像を表示するためには位置情報がないと表現することができない。
【０２６５】
超音波振動子１１８からの信号を駆動モータの外部に取り出すためにロータリトランス１２９が構成されている。ロータリトランス１２９はロータ側トランス１３０とステータ側トランス１３１で構成され、ロータ側トランス１３０は駆動ロータ１２０側の駆動軸１２３の端部に構成され、ロータ側トランス１３０の信号線は中空の駆動軸１２３の中を通って超音波振動子１１８に接続される。ステータ側トランス１３１はベースハウジング１２１側に固定され、ステータ側トランス１３１の信号線は超音波プローブの先端１１４から挿入管１１６を通ってハンドル１１５、ケーブル１１７を通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス１８を本体に装着することで、超音波振動子の信号は本体の回路側へ接続される。
【０２６６】
ロータリトランス１２９は信号を非接触で伝達することができるので、接触型のスリップリングに比べて駆動モータに作用する負荷が非常に小さい。経食道超音波プローブの場合は駆動モータが小型であり発生トルクも小さいので、発生する発熱量を抑えるためには通電電流を小さくする必要があって、負荷を小さくすることからロータリトランスが用いられることが多い。
【０２６７】
超音波振動子１１８から放射した超音波は超音波振動子１１８の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１１８で受信され、電気信号に変換されて、ロータリトランス１２９を通って駆動モータの外部に取り出されて、システム本体内の増幅器２７に送られる。
【０２６８】
駆動ロータ１２０とベースハウジング１２１と中継アンプ基板１２８は超音波プローブの先端に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース１３２内の超音波伝播媒質に内包されている。ウインドウケース１３２内の超音波伝搬媒質は気泡が含まれないように減圧して、脱気した上で封止される。封止された超音波伝搬媒質が環境によって膨張したりしても、媒質の圧力が緩和されるように超音波伝搬媒質の容積調整機構１３３が設けられている。この超音波伝搬媒質の容積調整機構１３３はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。経食道プローブのような小型の場合は容積調整機構１３３がないこともある。
【０２６９】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０内の送受信回路部分について説明する。
【０２７０】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では周波数に相当する超音波振動子に駆動信号をロータリトランスを介して、超音波振動子１１８に供給駆動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１１８から生体内に放射される。
【０２７１】
超音波振動子１１８から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１１８によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体２０内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された座像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや駆動モータの位置情報やモータ駆動などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【０２７２】
図１６に超音波プローブの外観斜視図を示す。
【０２７３】
挿入管１１６は屈曲性をもったシースチューブとそのシースチューブの中を電気信号線で構成され、先端１１４から挿入管１１６までを体腔内に挿入した状態で超音波診断が行われる。たとえば、超音波プローブを血管内に挿入した状態で、駆動モータを回転させれば、超音波振動子によって形成される超音波ビーム軌跡面が回転され、走査画像が得られていく。
【０２７４】
超音波プローブの先端１１４は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース１３２が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端１１４は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端１１４とハンドル１１５は屈曲性のある挿入管１１６で接続されている。ハンドル１１５は手で持って操作する手元操作部であって、操作のためのコントローラノブ１３４が構成されている。コントローラノブ１３４には各種のスイッチが付いていて、回転することができる。コントローラノブ１３４を回転させると、その回転方向に応じて駆動モータが回転し、かつ超音波振動子も回転するので、回転速度などはコントローラノブ１３４に設けられたスイッチを操作することで変速を行う。駆動モータの回転停止などのスイッチもコントローラノブ１３４に付いている。コントローラノブ１３４の信号は一端プローブＣＰＵ２０７で情報処理され、プローブＣＰＵ２０７からそのコントローラノブの指令に合わせてモータが駆動するようにモータ駆動回路に命令が伝達される。それと同時にシステム本体２０のホストＣＰＵ３８にも指令情報が送られ、ホストＣＰＵ３８からも間接的に指令をコントロールしている。プローブ側と本体側はプローブＣＰＵ２０７と本体ＣＰＵ３８との通信手段でもって情報の交換を行っている。
【０２７５】
超音波プローブはハンドル１１５からケーブル１１７で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス１８を超音波診断装置のコネクタ差し込み口に装着することで、システム本体２０に接続される。診断中に超音波プローブがはずれないようにロック機構のついたノブ１３５があり、装着後はノブ１３５を回して中継ボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【０２７６】
超音波振動子１１８はプローブ先端側面に設けられているので、体腔内患部の側面方向を診断でき、かつハンドルの手元操作部のみによるコントロールもできる。たとえば９０度回転し、挿入軸に沿った断層面の診断（ビーム軌跡面は図１６の符号１３６）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図１６の符号１３７）とを可能にしている。プローブＣＰＵ２０７でハンドルのコントローラノブの指令に基づき動作を可能にしている。
【０２７７】
また、超音波振動子の全部の操作方法は超音波診断装置本体の操作部から行うことができ、手元操作部では使用頻度の高い基本操作を行えるようにしている。
【０２７８】
超音波プローブの先端１１４は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。この挿入管１１６やケーブル１１７は、超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力線と駆動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用や温度センサの信号線などをコネクタボック１８に伝達するフレキシシブルなケーブルであって、被覆により保護され、かつシールドが施されている。
【０２７９】
図１７は本実施例におけるコア付きでアウターロータ回転タイプのブラシレスモータの断面図であって、このモータは超音波振動子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。
【０２８０】
図１７において、超音波振動子１１８は素子ホルダー１３８の筐体の枠中で構成されていて、駆動モータのロータフーム１１９の天面部に取り付けられ、駆動軸１２３を中心にして回転する。その超音波振動子１１８の先端には音響レンズ１３９がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ１３９であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。超音波振動子の信号線は中空の駆動軸１２３の軸中央の穴を通って、ロータ側のトランス１３０に接続される。
【０２８１】
ロータ側トランス１３０は駆動軸１２３に対する面振れを小さくするためにブシュ１４１を介して取り付けられている。ロータ側トランス１３０とブシュ１４１をあらかじめ取り付けて、トランス面に対するブシュ１４１の内径を組加工して面と軸の直角度を出しておく。そうすることで、ロータ側トランス１３０の駆動軸１２３に対する面ぶれを小さく抑えている。ロータリトランスの必要なチャンネル数だけ、ロータ側トランスの表面に同心円状にコイル溝が形成され、そのコイル溝には、溝に適した半径のコイルが装着される。小型駆動モータをウインドウケース内に収納するために、ロータリトランス１２９は円板形状のものであって、できるだけ薄いものを採用した。ロータリトランス１２９のロータ側トランス１３０を薄いスペースの中に構成することができるので、超音波振動子を駆動する小型軽量な駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【０２８２】
ステータ側トランス１３１もロータ側トランス１３０と同様なチャンネル数の構成になっている。ステータ側トランス１３１のトランス対向面には、ロータ側トランス１３０のコイル溝と対向する半径位置にコイル溝が形成され、そのコイル溝には溝に適した半径のコイルが装着されている。ステータ側トランス１３１のコイル線はベースハウジング１２１に貼り付けられたＦＰＣ１４２に一旦半田付け接続される。そのＦＰＣ１４２を介してシールド線に半田接続され、そのシールド線は超音波診断装置本体側へと接続される。コイルの引き出し部をステータ側トランスの薄いスペースの中に構成することができるので、超音波振動子を駆動する小型軽量な駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。また、ステータ側トランス１３１はセンター出しに軸芯カラー１４３を使って行っている。軸芯カラー１４３はベースハウジング１２１とステータ側トランス１３１の内周部とを係合させて位置決めがなされている。
【０２８３】
クロストークは画像のノイズとなるので、充分な配慮が必要となる。ロータリトランス１２９はロータリトランス１２９の材質や磁性材のリングやショートリングや漏れ磁気回路の遮断などの対策を行い、クロストークをできるだけ小さくなるようにしている。
【０２８４】
超音波診断装置の使用周波数は１ＭHz〜１０ＭHzであり、家電製品に比べて周波数が高い。したがって、使用するトランスの材料は初透磁率μｉの周波数特性が使用周波数の範囲でフラットな材料がいいことから、初透磁率は比較的小さな材料が使用される。超音波診断装置のロータリトランスの初透磁率は６５０以下のものが好適である。
【０２８５】
超音波振動子１１８のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子１１８側のビーム放射軸１２４方向にビーム軌跡面１２５を形成する。ロータフレーム１１９に天面部に取り付けられている超音波振動子１１８は駆動軸１２３を中心に回転するので、超音波振動子１１８のビーム軌跡面１２５も回転する。その軌跡面１２５は駆動軸１２３に対して平行な面となる。そのビーム軌跡面１２５は超音波プローブ挿入軸に沿った断層面のビーム軌跡面１３６（図１６の符号１３６）と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面１３７（図１６の符号１３７）以外の角度にも移動することが可能であるので、任意角度の超音波断層画像を撮ることができる超音波診断装置であって医療診断に役立っている。
【０２８６】
図１５の駆動ロータ１２０はロータフレーム１１９を主に示している。そのロータフレーム１１９には駆動マグネット１４４を取り付ける垂下部１４５と駆動軸１２３と超音波振動子を取り付けるインロー部１４６が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット１４４はネオジボンド磁石で８極の着磁がなされている。駆動マグネット１４４に対向する位置にコア１４７がベースハウジング１２１の中央円筒部１４８に接着固定される。そのコア１４７は突極の数６であって、中心を対称の突極を同一相になるように巻線１４９が巻回されている。コアと巻線との絶縁のために、コアには電着塗装がなされている。
【０２８７】
コア１４７には、絶縁膜が膜状に施されている。本実施例ではこの絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線１４９とコア１４７との電気絶縁を目的にしたものであるので膜厚が厚い方がよいが、膜厚が厚いと巻線１４９とコア１４７の間に隙間が生じ、効率が低下することになるので、膜厚はできるだけ薄く膜で形成する。絶縁膜は５０μｍ以下の膜厚のコアを使用した。電着塗装膜は絶縁性の優れた膜であって、工業的には比較的に容易に膜形成できるうえに、電着塗装膜は耐環境性が優れているために空気以外の環境、たとえば油などの環境下でも、モータ使用が可能となる。
【０２８８】
駆動モータの３相のブラシレスモータであって、コアに巻線された線はＹ結線処理され、そのコモン線はモータ外部には取りださない構成にするために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３本の線を処理する。この３本の線はベースハウジング１２１に貼られたＦＰＣ１４０に半田付け接続され、そのＦＰＣ１４０を駆動モータの外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣのランドに駆動モータ制御駆動回路からのモータリード線を接続する。
【０２８９】
超音波振動子１１８が取り付けられたロータフレーム１１９は駆動軸１２３を軸受１５０、１５１で回転支承されている。その軸受１５０、１５１はベースハウジング１２１の中央円筒部の内側に固定され、駆動軸１２３を中心に回転させることができる。
【０２９０】
超音波振動子の回転位置を知ることが、画像表示には必要であるので、超音波振動子の取り付けられたロータフレーム１１９の回転位置情報を知ることは必要である。ロータフレーム１１９の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用してロータフレーム１１９の回転位置情報を知る。
【０２９１】
ロータフレーム１１９の基準位置情報を知るための基準位置手段としてエンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７で構成される。エンコーダマグネット１２６はＺ相磁極部とＡＢ相磁極部が同じエンコーダマグネット１２６に構成されている。着磁されているために外観から見ることができないが、ＭＲ素子を用いることで磁極の極性状態を見ることができる。ＭＲ素子１２７は一つの素子の中にＡＢ相、Ｚ相の検出部が形成されている。Ｚ相の検出部はＭＲ素子１１７の超音波振動子側に構成されているので、Ｚ相磁極もエンコーダマグネット１２６の超音波振動子側に存在している。Ｚ相磁極は一回転のうち一カ所に単極の着磁が施されている。単極の磁極をきれいに作成することができない場合はエンコーダマグネットのＺ相部の一カ所だけＡＢ相の磁極部と同じ径で構成しこれ以外は一段落としてエンコーダマグネットにしている。
【０２９２】
Ｚ相ＭＲ素子信号はロータフレームの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいので、モータの近くの中継アンプ基板１２８で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号はハンドルの中継基板１２２の信号中継処理される。その中継基板１２２からシールドケーブルを通って中継ボックスにある駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスから超音波診断装置本体側へ接続される。
【０２９３】
Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置を超音波振動子の基準位置にすれば、このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１１８による座像表示が可能であり、Ｚ相の信号位置と超音波振動子の位置を決めておけば、超音波振動子の回転位置の基準を個々の超音波プローブ間の相違なく決定することができる。
【０２９４】
また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７で構成される。ＭＲ素子１２７はＡＢＺ相ＭＲ素子であって、Ｚ相ＭＲ素子部とＡＢ相ＭＲ素子部とが一つのＭＲ素子に形成されている。Ｚ相ＭＲ素子部は超音波振動子側に形成され、ＡＢ相ＭＲ素子部はベースハウジング１２１側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１２６も超音波振動子側はＺ相磁極部であって、ベースハウジング１２１側はＡＢ相磁極部である。
【０２９５】
駆動マグネット１４４の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、ロータフレームの肉厚を厚めにし、エンコーダマグネット１２６も厚めにした上で、エンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７との隙間が非常に狭く設定している。
【０２９６】
相対位置情報手段として組み込まれた磁気式エンコーダはＡＢ相、Ｚ相を一対のエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成している。そのＭＲ素子１２７のＡＢ相検出部はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために、ロータフレーム１１９に取り付けた超音波振動子１１８の回転位置情報を知ることができる。ＡＢ相磁極はエンコーダマグネット１２６の外周に回転着磁機で多極に着磁されて得られる。エンコーダマグネット１２６の外周とＡＢ相ＭＲ素子１２７は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組み込みがなされる。そのエンコーダマグネット１２６の磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１２７から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させている。
【０２９７】
ＡＢ相、Ｚ相信号ともモータの近くの中継アンプ基板１２８で信号増幅されて、挿入管を通ってハンドルの中継基板で中継処理され、さらにケーブルを通って中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に接続される。中継ボックスは超音波診断装置本体のシステム本体に接続されて、駆動モータ制御駆動回路など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０２９８】
また、ＡＢ相、Ｚ相の矩形波信号は超音波診断装置の本体システムにも中継ボックスを経由して接続される。本体システム側でも、超音波振動子の位置情報が必要である。つまり、画像を表示するためには位置情報がないと表現することができない。
【０２９９】
実施例５の超音波プローブは中継アンプ基板を超音波プローブ先端に中継基板をハンドルに構成するタイプである。他の実施例のように、中継基板を超音波プローブの先端やハンドルや中継ボックスに構成するなどの方法もある。
【０３００】
しかしながら、本発明の主眼である中継ボックスには駆動モータ制御駆動回路基板が構成されている。
【０３０１】
（実施例６）
図１８は本発明の一実施例における超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。
【０３０２】
また、図１９に体腔内挿入型超音波プローブの外観斜視図を示す。この超音波プローブは、食道や腸などの消化器官診断や血管へ直接挿入して振動子を走査させて超音波診断を行うものである。
【０３０３】
図２０は超音波プローブの先端に内蔵する一実施例における超音波振動子駆動モータの断面図である。メカニカル駆動方式の超音波プローブの先端は、超音波振動子と超音波振動子から発信される超音波パルス列により構成される超音波ビームの進行方向を変更させる音響ミラーと超音波振動子を回転させる駆動モータと、これらを保持するための保持部材である円筒状のハウジングに実装して構成されている。
【０３０４】
超音波振動子を駆動する駆動モータ１５２の駆動軸１５３の先端には超音波振動子１５４を取り付ける受け台１５５が接着固定されている。
【０３０５】
超音波振動子１５４の信号はロータリトランスを用いて伝達される。そのロータリトランスはステータ側トランス１５６とロータ側トランス１５７で構成されている。ロータ側トランス１５７は受け台１５５に固定され、超音波振動子１５４とともに回転する。超音波振動子とロータ側トランスは電気的に接続されている。ステータ側トランス１５６は駆動モータ１５２のハウジング側に固定され、ステータ側トランス１５６の信号線は超音波プローブの先端から挿入管１５８を通ってハンドル１５９、ケーブル１６０を通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス１８を本体に装着することで、超音波振動子の信号は本体の回路側へ接続される。
【０３０６】
超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることは画像表示には必要な情報である。駆動モータの回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることができる。
【０３０７】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１６１の端面の突部１６２とＺ相ＭＲ素子１６３で構成される。また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１６１とＡＢ相ＭＲ素子１６４で構成される。
【０３０８】
Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の端面に突部１６２が１箇所形成されていて、単極に着磁されいている。Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために超音波振動子１５４の基準位置を知ることができる。Ｚ相ＭＲ素子の出力信号は超音波プローブの先端から挿入管１５８、ハンドル１５９に構成されている中継基板１６５に接続され、その中継基板１６５で増幅等の処理を行い、ケーブル１６０を経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１６６に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１６６に構成されているプローブＣＰＵ２０７で処理され、情報データとして通信手段を使用して本体ＣＰＵ３８へ伝送される。
【０３０９】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれ、その磁気式エンコーダはエンコーダマグネット１６１とＡＢ相ＭＲ素子１６４で構成されている。ＡＢ相ＭＲ素子１６４はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度である。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動モータ１５２の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１６１の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１６４から得る。ＡＢ相ＭＲ素子の出力信号も超音波プローブの先端から挿入管１５８、ハンドル１５９に構成されている中継基板１６５に接続され、その中継基板１６５で増幅等の処理を行い、ケーブル１６０を経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１６６に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１６６に構成されているプローブＣＰＵ２０７で処理され、情報データとして通信手段を使用して本体ＣＰＵ３８へ伝送される。
【０３１０】
Ｚ相、ＡＢ相の信号も基準位置と相対位置を求めるためで、その信号をプローブＣＰＵ２０７で処理することで、超音波振動子の位置を基準にした位置情報として管理できるので、プローブ側と本体側のインターフェース仕様を統一することによって、他の診断用途の超音波プローブでも接続ができる。本体装置も表示機能など解析して他機種に対応すれことによって、１システムでもって、多くの診療科で使用可能な超音波診断装置が提供できることにもなる。
【０３１１】
超音波振動子１５４に超音波発振器２５からパルス電圧を印加することにより、超音波振動子から超音波パルスが発信され、反射ミラー１６７で反射された後に同超音波プローブ外部に出力される。そして、生体の観測対象により反射された超音波パルスは、反射ミラー１６７によってその向きを変えられ、超音波振動子１５４に入射する。この超音波プローブは超音波振動子１５４と反射ミラー１６７との間に超音波パルス伝達区間を設けることにより、超音波ビームと観測対象との間に時間間隔をおくことで近距離の観測が可能になる。
【０３１２】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０内の送受信回路部分について説明する。
【０３１３】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では周波数に相当する超音波振動子に駆動信号をロータリトランスを介して、超音波振動子１５４に供給駆動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１５４から反射ミラー１６７で反射されて生体内に放射される。
【０３１４】
超音波振動子１１８から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１１８によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体２０内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された座像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像としして表示される。本体装置のシステム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや駆動モータの位置情報やモータ駆動などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【０３１５】
超音波プローブの外観斜視図（図１９）に示されるように超音波振動子のビームは反射ミラーで反射され、挿入管１５８の挿入方向に直交する方向に放射される。超音波振動子は駆動モータによって回転するので、超音波振動子のビームは回転によっては面を構成する。その構成の超音波振動子のビーム軌跡面１６８は挿入管の挿入方向に直交するように形成される。
【０３１６】
挿入管１５８は屈曲性をもったシースチューブとそのシースチューブの中を電気信号線で構成され、超音波プローブの先端から挿入管１１６までを体腔内に挿入した状態で超音波診断が行われる。たとえば、超音波プローブを血管内に挿入した状態で、駆動モータを回転させれば、超音波振動子によって形成される超音波ビーム軌跡面が回転され、走査画像が得られていく。
【０３１７】
超音波プローブの先端１６９は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース１７０が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端１６９は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端１６９とハンドル１５９は屈曲性のある挿入管１５８で接続されている。ハンドル１５９は手で持って操作する手元操作部であって、操作のためのコントローラノブ１７１が構成されている。コントローラノブ１７１には各種のスイッチが付いていて、回転することができる。コントローラノブ１７１を回転させると、その回転方向に応じて駆動モータが回転し、かつ超音波振動子も回転するので、回転速度などはコントローラノブ１７１に設けられたスイッチを操作することで変速を行う。駆動モータの回転停止などのスイッチもコントローラノブ１７１についている。コントローラノブ１７１の信号はプローブＣＰＵ２０７で情報処理され、プローブＣＰＵ２０７からそのコントローラノブの指令に合わせてモータが駆動するようにモータ駆動回路に命令が伝達される。それと同時にシステム本体２０のホストＣＰＵ３８にも指令情報が送られ、ホストＣＰＵ３８からも間接的に指令をコントロールしている。プローブ側と本体側はプローブＣＰＵ２０７と本体ＣＰＵ３８との通信手段でもって情報の交換を行っている。
【０３１８】
コントローラノブ１７１の信号は中継ボックス１８からシステム本体２０のホストＣＰＵ３８に送られ、ホストＣＰＵ３８からそのコントローラノブの指令に合わせて駆動モータの制御回路に命令が伝達される。その命令に基づいて駆動モータは制御駆動される。
【０３１９】
超音波プローブはハンドル１５９からケーブル１６０で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス１８を超音波診断装置のコネクタ差し込み口に装着することで、システム本体２０に接続される。診断中に超音波プローブがはずれないようにロック機構のついたノブ１７２があり、装着後はノブ１７２を回して中継ボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【０３２０】
超音波振動子１５４のビームはプローブ先端側面から放射されるので、体腔内患部の側面方向を診断でき、かつハンドルの手元操作部のみによるコントロールもできる。また、超音波振動子の全部の操作方法は超音波診断装置本体の操作部から行うことができ、手元操作部では使用頻度の高い基本操作を行えるようにしている。
【０３２１】
超音波プローブの先端１６９は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。この挿入管１５８やケーブル１６０は、超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力線と駆動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用や温度センサの信号線などをコネクタボック１８に伝達するフレキシシブルなケーブルであって、被覆により保護され、かつシールドが施されている。
【０３２２】
図２０は本実施例におけるインナーロータタイプのブラシレスモータの断面図であって、このモータは超音波振動子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。
【０３２３】
図２０において、超音波振動子１５４は受け台１５５の筐体の枠中で構成されていて、駆動モータの駆動軸１５３の先端に構成されている。超音波振動子１５４の先端には屈折の現象を有効に利用するための音響レンズ１３９が付いている。超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。
【０３２４】
超音波振動子の信号伝達のためにロータリトランスが用いられていて、ロータリトランスのロータ側トランス１５７は受け台１５５の面に固定されている。ロータ側トランス１５７は超音波振動子１５４と一体に回転する。駆動軸１５３の外周をロータ側トランス１５７の内周と係合して固定するために回転センターにロータ側トランスのセンターを合わせることが容易にできる。
【０３２５】
ステータ側トランス１５６もロータ側トランス１５７と同様な構成になっている。ステータ側トランス１５６のトランス対向面の隙間が均一になるように組み立てられる。ステータ側トランス１５６は駆動モータのハウジングの側面に固定される。
【０３２６】
ロータリトランスはロータ側トランス１５７とステータ側トランス１５６は、薄膜の絶縁された角コイルをロール状に巻いて作成したものであって、磁性トランスコアなどは使用しない構造になっている。
【０３２７】
ステータ側トランスから電気信号線はＦＰＣを用いて先端の挿入管側に引き出し、ＦＰＣを介してシールド線に半田接続され、そのシールド線は超音波診断装置本体側へと接続される。
【０３２８】
駆動モータは回転側に駆動マグネットがあって、固定側にハウジング２０８とコア１７４が構成された構造である。その回転可能は駆動マグネット１７３は駆動軸１５３に取り付けられていて、その駆動マグネット１７３は駆動軸１５３が２つの軸受１７５、１７６で回転可能に支承されている。
【０３２９】
駆動モータのコア１７４は分割コアであって、個々の分割コアは絶縁処理膜が施されている。実施例ではこの絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線１７７とコア１７４との電気絶縁を目的にしたものであるので、膜厚をできるだけ薄くなるようにして効率が低下する抑えている。絶縁膜は５０μｍ以下の膜厚のコアを使用した。電着塗装膜は絶縁性の優れた膜であって、工業的には比較的に容易に膜形成できるうえに、電着塗装膜は耐環境性が優れているために空気以外の環境、たとえば油などの環境下でも、モータ使用が可能となる。
【０３３０】
駆動モータは３相のブラシレスモータであって、コアに巻線された線はＹ結線処理され、そのコモン線はモータ外部には取りださない構成にするために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３本の線を処理する。この３本の線はモータハウジング２０８から駆動モータの外部に引き出し、挿入管を通ってハンドルの中継基板を経由して、ケーブルを通って中継ボックスのモータ制御駆動回路に接続される。
【０３３１】
超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることは画像表示には必要な情報である。駆動モータの回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることができる。
【０３３２】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１６１の端面の突部１６２とＺ相ＭＲ素子１６３で構成される。Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の端面に突部１６２が１箇所形成されていて、単極に着磁されいている。Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために超音波振動子１５４の基準位置を知ることができる。Ｚ相ＭＲ素子の出力信号は超音波プローブの先端から挿入管、ハンドルの中継基板１６５で信号増幅等の信号中継処理される。その中継基板１６５からケーブルを経由して中継ボックスに構成されている駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスの駆動モータの制御駆動基板に構成されているプローブＣＰＵで信号情報処理がなされ、通信信号の情報として超音波診断装置本体側の本体ＣＰＵへ接続される。
【０３３３】
このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１５４による座像表示が可能である。
【０３３４】
また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１６１とＡＢ相ＭＲ素子１６４で構成される。ＡＢ相ＭＲ素子１６４はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度である。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動モータの回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１６１の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１６４から得る。たとえば、エンコーダマグネット１６１のＡＢ相磁極が１５０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり１５０の分解精度の信号が得られる。ＡＢ相ＭＲ素子の出力信号も超音波プローブの先端から挿入管、ハンドルの中継基板とケーブルを経由して中継ボックスに構成されている駆動モータの制御駆動基板に接続される。その駆動モータの制御駆動基板に構成されたプローブＣＰＵ２０７を用いて通信信号で伝送できるようにデジタル信号情報に処理し、通信情報信号として超音波診断装置の本体ＣＰＵに通信伝達される。
【０３３５】
中継ボックス１８は超音波診断装置本体のシステム本体に接続されて、駆動モータ制御駆動回路など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０３３６】
Ｚ相、ＡＢ相の信号も基準位置と相対位置を求めるためで、その信号をプローブＣＰＵ２０７で処理することで、Ｚ相の信号位置と超音波振動子の位置を決めておけば、超音波振動子の位置を基準にした位置情報として管理できる。
【０３３７】
ＡＢ相磁極はエンコーダマグネット１６１の外周に回転着磁機で多極に着磁されて得られる。エンコーダマグネット１６１の外周とＡＢ相ＭＲ素子１６４は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組み込みがなされる。そのエンコーダマグネット１６１の磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１６４から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させている。
【０３３８】
実施例６の超音波プローブは中継基板はハンドル部に構成するタイプである。他の実施例のように、中継基板を超音波プローブの先端や中継ボックスに構成するなどの方法もある。また実施例１のように中継基板を分割して配置するなどの方法もある。しかしながら、本発明の主眼である中継ボックスには駆動モータ制御駆動回路基板が構成されている。プローブ側と本体側は決められたインタフェース仕様に基づき、通信手段でもって情報管理を行っている。またプローブ側で駆動モータの制御管理が可能となり、本体のＣＰＵには情報の共通のために送信している。
【０３３９】
（実施例７）
本発明の実施例は、超音波プローブ先端に内蔵された振動子をモータで回転することにより断面位置を任意に変えることのできる、いわゆるマルチプレーン型の超音波プローブ及び超音波診断装置に関するものである。
【０３４０】
図２１は本発明の一実施例における走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。
【０３４１】
また、図２２に体腔内挿入型超音波プローブの外観斜視図を示す。この超音波プローブは、食道や腸などの消化器官診断や血管へ直接挿入して振動子を走査させて超音波診断を行うものである。
【０３４２】
図２３は超音波振動子を駆動する駆動モータの断面図である。
【０３４３】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端（または挿入部）１７８とハンドル（または操作部、手元操作部）１７９と中継ボックス１８と挿入管（または導中部）１８０とケーブル１８１で構成される。超音波プローブの先端１７８には超音波振動子１８２を回転駆動させる駆動モータが構成されている。その駆動モータには超音波振動子１８２とともに回転駆動するロータ部分（駆動ロータとする）１８３が構成され、駆動ロータ１８３を支持するベースハウジング１８４が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１７８からハンドル１７９まではフレキシブルな挿入管１８０で構成され、その挿入管１８０は血管や口腔内に挿入される細長い管であって、シースチューブとその中を電気信号線が通っている。超音波プローブのハンドル１７９にはコントロールノブ１８５が構成される。ハンドル１７９にはケーブル１８１を介して中継ボックス１８が接続され、中継ボックス１８には駆動モータ制御駆動回路１８７があり、その駆動モータ制御駆動回路１８７には位置検出信号処理回路１８６とモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７が構成されている。その中継ボックス１８を介して超音波診断装置本体に超音波探触子が電気的に接続される。
【０３４４】
超音波振動子１８２は駆動ロータ１８３の回転部の天面部に取り付けられている。そのため超音波振動子１８２の回転軸と駆動モータの駆動軸１８８とは同一の軸となる。駆動軸１８８に対して超音波振動子１８２のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子１８２側のビーム放射軸１８９方向にビーム軌跡面１９０を形成する。その駆動ロータ１８３が回転することで超音波振動子１８２のビーム軌跡面１９０は回転する。その軌跡面１９０は駆動軸１８８に対して平行な面となる。
【０３４５】
実施例の超音波プローブは、被検者の体腔内に挿入して体腔内の被検部の超音波画像を得る体腔内用超音波プローブであって、この体腔内用超音波プローブは、先端に超音波振動子１８２を備えており、超音波振動子１８２は、予め機械的に決定された回転範囲内の任意角度の超音波断層画像を撮るようになっている。
【０３４６】
駆動ロータ１８３の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ１８３に取り付けられた超音波振動子１８２の位置情報を知ることになる。駆動ロータ１８３の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ１８３の回転位置情報を知ることができる。
【０３４７】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２で構成される。また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２で構成される。ＭＲ素子はＡＢＺ相ＭＲ素子であって、Ｚ相ＭＲ素子部とＡＢ相ＭＲ素子部とが一つのＭＲ素子に形成されている。Ｚ相ＭＲ素子部は超音波振動子側に形成され、ＡＢ相ＭＲ素子部はベースハウジング１８４側に形成されている。したがって、エンコーダマグネットも超音波振動子側はＺ相磁極部であって、ベースハウジング側はＡＢ相磁極部である。
【０３４８】
ＭＲ素子１９２のＺ相信号は駆動ロータ１８３の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために駆動ロータ１８３の基準位置を知ることができる。そのＺ相信号は挿入管１８０を通ってハンドル１７９、ケーブル１８１を通って、中継ボックス１８の駆動モータの制御駆動基板１８７に接続される。中継ボックスの駆動モータの制御駆動基板１８７にはＭＲ信号の処理回路１８６とモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７とが構成されている。そのＭＲ信号の処理回路１８６でＭＲ信号は信号増幅されて、さらにプローブＣＰＵ２０７で信号情報処理がなされ、通信信号の情報として超音波診断装置本体側の本体ＣＰＵ３８へ接続される。ＭＲ信号は増幅後矩形波処理した信号も使用する場合は、超音波振動子との位置関係を機械的に合わせる超音波プローブに用いる。
【０３４９】
相対位置情報手段としてＭＲ素子１９２のＡＢ相検出部と駆動ロータ１８３側にエンコーダマグネット１９１とで構成されている。ＡＢ相検出部はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動ロータ１８３の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１９１の外周にはＡＢ相磁極とＺ相磁極が着磁されている。特にＡＢ相磁極部は多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１９２から得る。
【０３５０】
また、ＡＢ相、Ｚ相による信号情報はプローブＣＰＵ２０７で加工処理されて、位置情報の通信情報として超音波診断装置の本体システム２０に伝達される。本体システム側でも、超音波振動子の位置情報が必要であるので、つまり、画像を表示するためには位置情報がないと表現することができないからである。たとえば、エンコーダマグネット１９１のＡＢ相磁極が１５０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり１５０の分解精度の信号が得られる。Ｚ相信号の１回転に１パルスであるので、Ｚ相の信号を基準にしてＡＢ相のパルスを考えると、ＡＢ相パルスが絶対位置情報になるので、その絶対位置情報を通信仕様にあわせたものにすればよい。Ｚ相の位置信号と超音波振動子の位置情報があらかじめ決まっていれば、その絶対位置情報を使用すればよいが、プローブごとに異なっている場合は超音波振動子からみた位置情報になるようにプローブごとに補正を加える。
【０３５１】
中継ボックス１８は超音波診断装置本体のシステム本体２０に接続されて、駆動モータ制御駆動回路１８７など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０３５２】
駆動モータの回転位置情報手段として、本実施例に示すようにＭＲ素子を用いた磁気エンコーダ以外に抵抗値の変化を検出するポテンショメータ、光電センサーを用いた光エンコーダなどでもいい。
【０３５３】
本実施例はプローブ自体を回転させることなく多数の断層面の超音波断層像を超音波振動子を駆動モータに搭載して超音波振動子を回転させる超音波プローブが示されている。超音波の走査領域（例えばセクタ状の平面）を回転させることにより、任意の角度の超音波のビーム軌跡面を走査することで超音波断層像得る超音波プローブである。このようなマルチプレーンの超音波断層像を得ることができることからマルチプレーン超音波プローブとして区別している。
【０３５４】
本実施例の超音波振動子１８２は、複数の超音波振動子が一次元方向に配列されてなる超音波振動子列で構成されていて、その超音波振動子列のパルス駆動手段が駆動モータの位置情報と連動して走査するシステムになった構成であり、その超音波振動子列を駆動モータで回転させている。
【０３５５】
超音波振動子１８２から放射した超音波は超音波振動子１８２の放射面に直交した角度で放射され、生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１８２で受信され、電気信号に変換されて、シールドされた数本の入出力線を伝って、挿入管１８０、ハンドル１７９、ケーブル１８１、中継ボックス１８を経由して、システム本体２０の回路に送られる。
【０３５６】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０内の送受信回路部分について説明する。
【０３５７】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では超音波振動子に駆動信号を供給駆動して超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１８２から生体内に放射される。
【０３５８】
超音波振動子１８２から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１８２によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体２０内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、合成回路３２で合成されて、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された座像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや駆動モータの位置情報やモータ駆動などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【０３５９】
図２２に示す超音波プローブの外観斜視図はマルチプレーン超音波プローブの一例である。被検体に経口的に挿入され、食道および胃を含む上部消化管から心臓を観察するマルチプレーンＴＥＥ超音波プローブ（ＴＥＥ：Ｔｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌ Ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）である。挿入管１８０は屈曲性をもったシースチューブとそのシースチューブの中を電気信号線で構成され、先端１７８から挿入管１８０までを体腔内に挿入した状態で超音波診断が行われる。たとえば、超音波プローブの挿入管を口から食道に挿入し、食道近傍の臓器や胃あるいは十二指腸などの超音波診断を行うものであるが、心臓弁の動きを食道に挿入した状態で、駆動モータを回転させれば、超音波振動子によって形成される超音波ビーム軌跡面が回転され、走査画像が得られる。
【０３６０】
超音波プローブの先端１７８は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース１９３が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端１７８は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端１７８とハンドル１７９は屈曲性のある挿入管１８０で接続されている。ハンドル１７９は手で持って操作する手元操作部であって、操作のためのコントローラノブ１８５が構成されている。コントローラノブ１８５には各種のスイッチが付いていて、いろいろなモードで回転させることができる。コントローラノブ１８５を回転させると、その回転方向に駆動モータが回転し、かつ超音波振動子も回転するので、回転速度などはコントローラノブ１８５に設けられたスイッチを操作することで変速を行う。駆動モータの回転停止などのスイッチもコントローラノブ１８５についている。コントローラノブ１８５の信号は中継ボックス１８からシステム本体２０のホストＣＰＵ３８に送られ、ホストＣＰＵ３８からそのコントローラノブ１８５の指令に合わせて駆動モータの制御回路に命令が伝達される。その命令に基づいて駆動モータは制御駆動される。
【０３６１】
超音波プローブはハンドル１７９からケーブル１８１で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス１８を超音波診断装置のコネクタ差し込み口に装着することで、システム本体２０に接続される。診断中に超音波プローブがはずれないようにロック機構のついたノブ１９４があり、装着後はノブ１９４を回して中継ボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【０３６２】
従来の超音波診断装置の場合では手元操作部では使用頻度の高い基本操作だけが行えるようにしていたが、実施例ではプローブ側に手元操作により指令内容を処理して指令動作をさせることができるので、手元操作でもって超音波振動子の全部の操作ができる。手元操作では複雑になる場合や複合操作などの場合には超音波診断装置本体の操作部から行うことができるようになっている。操作機能を手元操作部に持たせるようにしている。
【０３６３】
超音波振動子１８２はプローブ先端側面に設けられているので、体腔内患部の側面方向を診断でき、かつハンドルの手元操作部のみによるコントロールでも、たとえば９０度回転し、挿入軸に沿った断層面の診断（ビーム軌跡面は図２２の符号１９５）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図２２の符号１９６）とを可能にしている。
【０３６４】
超音波プローブの先端１７８は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。この挿入管１８０やケーブル１８１は、超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力線と駆動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用や温度センサの信号線などをコネクタボック１８に伝達するフレキシシブルなケーブルであって、被覆により保護され、かつシールドが施されている。
【０３６５】
図２３は本実施例におけるコア付きでアウターロータ回転タイプのブラシレスモータの断面図である。このモータは超音波振動子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。
【０３６６】
図２３において、超音波振動子１８２は素子ホルダー２０９の筐体の枠中で構成されていて、駆動モータのロータフーム２１０の天面部に取り付けられ、駆動軸１８８を中心にして回転する。その超音波振動子１８２の先端には音響レンズ２１１がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ２１１であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。超音波振動子１８２の信号線は中空の駆動軸１８８の軸中央の穴を通って、駆動モータの外部に引き出される。
【０３６７】
超音波振動子１８２のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子１８２側のビーム放射軸１８９方向にビーム軌跡面１９０を形成する。ロータフレーム１９６に天面部に取り付けられている超音波振動子１８２は駆動軸１８８を中心に回転するので、超音波振動子１８８のビーム軌跡面１９０も回転する。その軌跡面１９０は駆動軸１８８に対して平行な面となる。そのビーム軌跡面１９０は超音波プローブ挿入軸に沿った断層面のビーム軌跡面１９５（図２２の符号１９５）と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面１９６（図２２の符号１９６）以外の角度にも移動することが可能であるので、任意角度の超音波断層画像を撮ることができる超音波診断装置であって医療診断に役立っている。
【０３６８】
実施例のマルチプレーンＴＥＥ超音波プローブは、体腔内部から診断部位の画像を観察可能であるため、経食道用超音波プローブでは肋間の影響あるいは皮下脂肪による超音波減衰の影響を受けることがなく、また血管挿入超音波プローブでは皮下脂肪による超音波減衰の影響を受けることがなく、鮮明な画像が得られるとともに、体腔内の任意方向から見た断層面を観察することができる。本実施例の超音波プローブ一例は、食道に挿入され、心臓の超音波断層像を得るマルチプレーン経食道超音波プローブであって、バイプレーン型の経食道超音波プローブの実施例である。
【０３６９】
超音波振動子１８２は、複数の超音波振動子が一次元方向に配列されてなる超音波振動子列で構成されていて、同時にビーム軌跡面１９０の画像を得ることができる。この超音波振動子列の搭載された駆動モータを以下のような動作モードで駆動させることで、複雑な画像診断が可能となる。
（ａ）定速回転動作
（ｂ）ステップ動作（１度、２度、３度）
（ｃ）１５度バイプレーン動作
（ｄ）９０度バイプレーン動作
（ｅ）外部同期バイプレーン動作
（ａ）の定速回転動作は任意時間での角度位置の２次元画像を複数枚合成して３次元画像処理を行うことができるようにした動作モードであって、心臓の大きさや患部疾患の大きさや方向などを把握することができる。
【０３７０】
（ｂ）のステップ動作は一定角度間隔の２次元画像を観察するものである。この２次元画像を複数枚合成して３次元画像処理を行うことができるようにした動作モードであって、心臓の大きさや患部疾患の大きさや方向などを把握することができる。
【０３７１】
（ｃ）の４５度バイプレーン動作は個人差などによって心臓の位置や角度が微妙にずれている患者に対して、超音波振動子角度を０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°の移動させた画像から患者の基本断面画像を瞬時に得るための測定モードである。
【０３７２】
（ｄ）の９０度バイプレーン動作も個人差などによって心臓の位置や角度が微妙にずれている患者に対して、超音波振動子角度を０°、９０°、１８０°の移動させた画像から患者の基本断面画像を瞬時に得るための測定モードである。
【０３７３】
（ｅ）の外部同期モードは心臓の鼓動は各人異なるため、あらかじめ設定した時間で（３）や（４）のバイプレーン動作を行うことができないために、心臓の鼓動に同期させてバイプレーン動作させて、心臓の弁の動きを瞬時に観測する動作モードである。
【０３７４】
このような動作モードがダイレクトに超音波振動子をモータで駆動することによって可能である。
【０３７５】
駆動ロータはロータフレーム２１０には駆動マグネット１９７を取り付ける垂下部１９８と駆動軸１８８と超音波振動子を取り付けるインロー部１９９が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット１９７は異方性ネオジ磁石でＢＨｍａｘ＝３９ＭＧＯｅの特性であって８極の着磁がなされている。駆動マグネット１９７に対向する位置にコア２００がベースハウジング１８４の中央円筒部２０１に接着固定される。そのコア２００は突極の数６であって、３相になるように巻線２０２が巻回されている。コア２００と巻線２０２との絶縁のために、コアには電着塗装がなされている。
【０３７６】
コア２００の絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線２０２とコア２００との電気絶縁を目的にしたものであるので膜厚が厚い方がよいが、膜厚が厚いと巻線２０２とコア２００の間に隙間が生じ、モータ効率が低下することになるので、膜厚はできるだけ薄く膜で形成する。たとえば絶縁膜は５０μｍ以下の膜厚のコアを使用した。電着塗装膜は絶縁性の優れた膜であって、工業的には比較的に容易に膜形成できるうえに、電着塗装膜は耐環境性が優れているために空気以外の環境、たとえば油などの環境下でも、モータ使用が可能となる。超音波伝搬媒質内で駆動モータを使用する超音波診断装置において、駆動モータのコアに電着塗装膜や真空蒸着膜を使用することが多い。
【０３７７】
駆動モータの３相のブラシレスモータであって、コアに巻線された線はＹ結線処理され、そのコモン線はモータ外部には取りださない構成にするために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３本の線を処理する。この３本の線はベースハウジング１８４に貼られたＦＰＣ２０３に半田付け接続され、そのＦＰＣ２０３を駆動モータの外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣ２０３のランドに駆動モータ制御駆動回路からのモータリード線を接続する。
【０３７８】
超音波振動子１８２が取り付けられたロータフレーム１９６は駆動軸１８８を軸受２０４、２０５で回転支承されている。その軸受２０４、２０５はベースハウジング１８４の中央円筒部２０１の内側に固定され、駆動軸１８８を中心に回転させることができる。
【０３７９】
超音波振動子の回転位置を知ることが、画像表示には必要であるので、超音波振動子の取り付けられたロータフレーム１９６の回転位置情報を知ることである。ロータフレーム１９６の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用してロータフレーム１９６の回転位置情報を知る。
【０３８０】
ロータフレーム１９６の基準位置情報を知るための基準位置手段としてエンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２で構成される。エンコーダマグネット１９１はＺ相磁極部とＡＢ相磁極部が同じエンコーダマグネット１９１に構成されている。着磁されているために外観から見ることができないが、ＭＲ素子を用いることで磁極の極性状態を見ることができる。ＭＲ素子１９２は一つの素子の中にＡＢ相、Ｚ相の検出部が形成されている。Ｚ相の検出部はＭＲ素子１９２の超音波振動子側に構成されているので、Ｚ相磁極もエンコーダマグネット１９１の超音波振動子側に存在している。Ｚ相磁極は一回転のうち一カ所に単極の着磁が施されている。単極の磁極をきれいに作成することができない場合はエンコーダマグネットのＺ相部の一カ所だけＡＢ相の磁極部と同じ径で構成しこれ以外は一段落としてエンコーダマグネットにしている。
【０３８１】
Ｚ相ＭＲ素子信号はロータフレームの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相信号は挿入管を通ってハンドル、ケーブルを通って、中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１８７（中継基板に相当する）に接続される。中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１８７のＭＲ信号処理回路１８６でＭＲ信号は信号増幅されて、さらにプローブＣＰＵ２０７で信号情報処理がなされ、通信信号の情報として超音波診断装置本体側の本体ＣＰＵ３８へ接続される。
【０３８２】
また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２で構成される。ＭＲ素子はＡＢＺ相ＭＲ素子であって、Ｚ相ＭＲ素子部とＡＢ相ＭＲ素子部とが一つのＭＲ素子に形成されている。Ｚ相ＭＲ素子部は超音波振動子側に形成され、ＡＢ相ＭＲ素子部はベースハウジング１８４側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１９１も超音波振動子側はＺ相磁極部であって、ベースハウジング１８４側はＡＢ相磁極部である。
【０３８３】
駆動マグネット１９７の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、ロータフレームの肉厚を厚めにし、エンコーダマグネット１９１も厚めにした上で、エンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２との隙間が非常に狭く設定している。
【０３８４】
相対位置情報手段として組み込まれた磁気式エンコーダはＡＢ相、Ｚ相を一対のエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成している。そのＭＲ素子１９２のＡＢ相検出部はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために、ロータフレーム２１０に取り付けた超音波振動子１８２の回転位置情報を知ることができる。ＡＢ相磁極はエンコーダマグネット１９１の外周に回転着磁機で多極に着磁されて得られる。エンコーダマグネット１９１の外周とＡＢ相ＭＲ素子１９２は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組み込みがなされる。そのエンコーダマグネット１９１の磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１９２から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させている。
【０３８５】
また、ＡＢ相、Ｚ相による信号情報はプローブＣＰＵ２０７で加工処理されて、位置情報の通信情報として超音波診断装置の本体システム２０に伝達される。本体システム側でも、画像を表示するために超音波振動子の位置情報が必要である。Ｚ相、ＡＢ相の信号も基準位置と相対位置を求めるためで、その信号をプローブＣＰＵ２０７で処理することで、Ｚ相の信号位置と超音波振動子の位置を決めておけば、超音波振動子の位置を基準にした位置情報として管理できる。
【０３８６】
中継ボックスは超音波診断装置本体のシステム本体に接続されて、駆動モータ制御駆動回路など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０３８７】
駆動マグネット１９７の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２との隙間が非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット１９１の膨潤や切削振れや組立振れなどの影響を少なくする必要がある。ロータフレーム１９６にエンコーダマグネット１９１を接着固定した状態で組加工してエンコーダマグネットの外周面振れを小さくしている。また、エンコーダマグネット１６のプラスチックマグネットでのフェライトの含有量を大きくした材料を使用している。つまりエンコーダマグネット１９１については、超音波伝播媒質中で使用されるので膨潤影響を考慮して、７９％以上磁性材を含有したものを使用している。たとえば、エンコーダマグネット１９１の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として１２ナイロン系を使用している。
【０３８８】
たとえば、エンコーダマグネット１９１は１５０極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０パルスとなるので、駆動ロータの位置情報としては１回転あたり１５０パルスの分解精度の信号が得られる。Ａ相とＢ相とも１５０パルスであって、９０度の位相差を持っているので、Ａ相、Ｂ相の信号を４逓倍すれば、１回転あたり６００の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１９１は回転着磁がなされるために、磁極間の角度精度は非常に高いので、４逓倍してもかなり角度精度のよい位置情報が得られる。
【０３８９】
ベースハウジング１８４は金属粉末射出成形法（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ＝ＭＩＭ）によって焼結金属から形成されている。成形精度と焼結寸法精度を安定にするために、材料としてＳＵＳ３１６Ｌを使用している。
【０３９０】
実施例７の超音波プローブではＭＲ信号の処理回路は中継ボックスに構成するタイプである。他の実施例のように、ＭＲ信号の処理のために中継基板を超音波プローブの先端やハンドルに構成するなどの方法もある。また実施例１のように中継基板を分割して配置するなどの方法もある。しかしながら、本発明の主眼である中継ボックスには駆動モータ制御駆動回路基板が構成されている。プローブ側でもってプローブの超音波振動子をコントロールすることができる。Ｚ相、ＡＢ相の信号をプローブＣＰＵ２０７で処理することで、超音波振動子の位置を基準にした位置情報として管理できるので、プローブ側と本体側のインターフェース仕様を統一することによって、他の診断用途の超音波プローブでも接続ができる。本体装置も表示機能など解析して他機種に対応することによって、１システムでもって、多くの診療科で使用可能な超音波診断装置が提供できることにもなる。
【０３９１】
このように、本実施例における２次元走査用超音波プローブは軽量かつ小型でプローブ先端に駆動部の主な機構部が内蔵されている。超音波振動子によると、広角な範囲の超音波断層画像が得られる。
【０３９２】
本実施例の２次元走査用超音波プローブによる２次元的スキャンが可能であり、超音波振動子が固定された駆動モータの回転にともなって、駆動モータ側のエンコーダから回転角度信号が超音波診断装置に伝送され、２次元の超音波断層画像が得られる。
【０３９３】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるという有利な効果が得られる。
【０３９４】
また、請求項２記載の発明によれば、プローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側は把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができるということが得られるものである。
【０３９５】
また、請求項３記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、またＭＲ素子を用いることでロータの回転方向を知ることができる。さらにＺ相ＭＲ素子を用いることでロータの基準位置情報を知ることができる。ロータにエンコーダマグネットを取り付け、回転着磁等のそのエンコーダマグネットに着磁することで小型で規則正し位置情報を得ることができる等、画質のよい超音波断層画像が得られる。
【０３９６】
また、請求項４記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるということが得られるものである。
【０３９７】
また、請求項５記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるということが得られるものである。
【０３９８】
また、請求項６記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し、矩形波処理することで外部ノイズの影響を受け難くすることができるということが得られるものである。
【０３９９】
また、請求項７記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をハンドルで増幅し、矩形波処理することで超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができる。さらに小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作し、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるということが得られるものである。
【０４００】
また、請求項８記載の発明によれば、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータを製作することができ、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるということが得られるものである。
【０４０１】
また、請求項９記載の発明によれば、超音波伝播媒質を内包し、ウインドウケース内に駆動モータと超音波振動子を構成させ、超音波プローブ先端を小型にすることができ、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結することができる。超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、開発時間の短縮や超音波診断装置のオプションなどが容易にできるようになり、超音波診断装置の仕様拡大が容易に行えるようになる。仕様変更などにも容易に対応できる。超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増すことができるということが得られるものである。
【０４０２】
また、請求項１０記載の発明によれば、超音波プローブの先端に回転支承させるロータ部を構成させ、そのロータ部に超音波振動子取り付ける構造が可能となり、２つの軸受を用いることで剛性の強いモータができる。すなわち、２つの軸受で回転支承されたロータフレームに超音波振動子を取り付けるために、回転が安定するうえに、超音波振動子の位置が安定するので、座像の精度を向上することができる。
【０４０３】
また、請求項１１記載の発明によれば、超音波振動子の走査面がハンドル軸に平行な超音波プローブを、脱着、装着可能なシステムとして、小型に形成することができるということが得られるものである。
【０４０４】
また、請求項１２記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で増幅して中継ボックスの回路に接続することによって矩形波処理をして、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるということが得られるものである。
【０４０５】
また、請求項１３記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるということが得られるものである。
【０４０６】
また、請求項１４記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができる。さらに信号処理部を第１信号処理部と第２信号処理部と別の箇所に分散して構成することで、それぞれの箇所での大きさを小さくすることができるので超音波プローブ先端部の大きさを小さくすることができるということが得られるものである。
【０４０７】
また、請求項１５記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し、矩形波処理することで外部ノイズの影響を受け難くすることができるということが得られるものである。
【０４０８】
また、請求項１６記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、超音波プローブ内のハンドル部の信号処理部にてＭＲ素子の信号を増幅し、矩形波処理することで外部ノイズの影響を受け難くすることができるうえに、プローブ先端部を小型にすることができる。さらにモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結することができるということが得られるものである。
【０４０９】
また、請求項１７記載の発明によれば、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にすることができるということが得られるものである。
【０４１０】
また、請求項１８記載の発明によれば、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端に、より小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができるということが得られるものである。
【０４１１】
また、請求項１９記載の発明によれば、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端に、より小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるということが得られるものである。
【０４１２】
また、請求項２０記載の発明によれば、プローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側にも把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができ、制御駆動回路と同じ基板に処理回路を構成することで、中継ボックスに納める基板数が少なくなり作業性などが向上する。メインテナンスが容易になるということが得られるものである。
【０４１３】
また、請求項２１記載の発明によれば、回転するロータフレームの天面に超音波振動子を取り付けるために、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、回転軸に対して平行に超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、超音波振動子がモータのロータフレームに直接搭載されているので、位置が安定する。座像の精度を向上することができる細経プローブなどを製作することができるということが得られるものである。
【０４１４】
また、請求項２２記載の発明によれば、超音波振動子回転する駆動モータを超音波プローブの先端に搭載し、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビーム軌跡面が形成できるので、細経プローブなどを製作することができる。また、超音波振動子の位置が安定するということが得られるものである。
【０４１５】
また、請求項２３記載の発明によれば、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交した超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、位置が安定な細経プローブなどを製作することができるということが得られるものである。
【０４１６】
また、請求項２４記載の発明によれば、位置が安定な細経プローブなどを製作することができるということが得られるものである。
【０４１７】
また、請求項２５記載の発明によれば、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるということが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図２】本発明の実施例１による超音波プローブの外観斜視図
【図３】本発明の実施例１による超音波診断装置を示す図
【図４】本発明の実施例１による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【図５】本発明の実施例１による超音波振動子駆動モータの駆動モータの構造図
【図６】本発明の実施例２によるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図７】本発明の実施例２による超音波プローブの外観斜視図
【図８】本発明の実施例２による超音波振動子駆動モータの駆動モータの構造図
【図９】本発明の実施例２による超音波振動子駆動モータの駆動モータの構造図
【図１０】本発明の実施例３によるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図１１】本発明の実施例３による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【図１２】本発明の実施例３による超音波振動子駆動モータの駆動モータの構造図
【図１３】本発明の実施例４によるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図１４】本発明の実施例４による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【図１５】本発明の実施例５による超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図１６】本発明の実施例５による超音波プローブの外観斜視図
【図１７】本発明の実施例５による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【図１８】本発明の実施例６による超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図１９】本発明の実施例６による超音波プローブの外観斜視図
【図２０】本発明の実施例６による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【図２１】本発明の実施例７による超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図２２】本発明の実施例７による超音波プローブの外観斜視図
【図２３】本発明の実施例７による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【符号の説明】
１、２、１１８、１５４、１８２ 超音波振動子
３、７４、１５２ 駆動モータ
４、７５、１２０、１８３ 駆動ロータ
５、５６、７６、１２１、１８４ ベースハウジング
６、１１５、１５９、１７９ ハンドル
６ａ 手元スイッチ
７ 中継調整基板
８ 超音波伝搬媒質の容積調整機構
９、７７，１２３，１５３、１８８ 駆動軸
１０ ビーム放射軸
１１ 超音波ビーム軌跡面
１２、９９、１０９ Ｚ相ピン
１３ ＭＲ素子（Ｚ相）
１４、１２８ 中継アンプ基板
１５、８１ 磁気式エンコーダ
１６、８２、１２６、１６１、１９１ エンコーダマグネット
１７ ＭＲ素子（ＡＢ相）
１８ 継ボックス
１９、１８７ 駆動モータ制御駆動回路
２０ システム本体
２１、１２９ ロータリトランス
２２、１３０、１５７ ロータ側トランス
２３、１３１、１５６ ステータ側トランス
２４、１３２、１７０、１９３ ウインドウケース
２５ パルス発生器
２６ 振動子駆動回路
２７ 増幅器
２８ 対数増幅器
２９ 検波回路
３０ ゲイン設定器
３１ ゲイン制御用コントローラ
３２ 合成回路
３３ Ａ／Ｄ
３４ ＤＳＰ
３５ 画像メモリ
３６ ＤＳＣ
３７ テレビモニタ
３８ ホストＣＰＵ
３９、１１４、１６９、１７８ 先端
４０、１１７、１６０、１８１ ケーブル
４１ コネクタ差し込み口
４２、１３５、１７２、１９４ ノブ
４３ ディスプレー
４４ キーボード
４５ トラックボール
４６ 車
４７ フック
４８、１４７、１７４、２００ コア
４９、１４４、１７３、１９７ 駆動マグネット
５０、８６、１０３、１１３、１１９、２１０ ロータフレーム
５１、５２、１５０、１５１、１７５、１７６、２０４、２０５ 軸受
５３ 軸受ボス部
５４、１０４、１０５ ロータ側板
５５、５８、１０１、１１１ 取付台
５７ 傾斜面（カット面）
５９、６０ 穴
６１、１４９、１７７、２０２ 巻線
６２ 絶縁膜
６３ フレキシブル基板
６４ リード線
６５、８７、１３９、２１１ 音響レンズ
６６、６７、６９、７０ コイル溝
６８、７２、１４０、１４２、２０３ ＦＰＣ
７１ コイル
７３ 走査角度
７９、１１０、１６３ Ｚ相ＭＲ素子
８０、９８、１２２、１６５ 中継基板
８３、１６４ ＡＢ相ＭＲ素子
８４ スリップリング
８５ プローブ本体取付台
８８、１０７ カット面
８９ Ｚ相ＦＰＣ
９０ フラットリード線
９１ ＡＢ相ＦＰＣ
９２ 電極
９３ ブラシ
９４ ブラシホルダー
９５ モータ線
９６ 軸受カラ
９７ 絶縁シート
１００ Ｚ相ＭＲ
１０２、１１２ アングル
１０６、１４６、１９９ インロー
１０８ 増幅矩形処理回路
１１６、１５８、１８０ 挿入管
１２４、１８９ 放射軸
１２５、１３６、１３７、１６８、１９０、１９５、１９６ ビーム軌跡面
１２７、１９２ ＭＲ素子
１３３ 容積調整機構
１３４、１７１、１８５ コントローラノブ
１３８、２０９ 素子ホルダー
１４１ ブシュ
１４３ 軸芯カラー
１４５、１９８ 垂下部
１４８、２０１ 中央円筒部
１５５ 受け台
１６２ 突起
１６６ 駆動モータ制御駆動基板
１６７ 反射ミラー
１８６ 処理回路
２０６ モータ駆動回路
２０７ プローブＣＰＵ
２０８ ハウジング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic transducer drive motor, an ultrasonic probe using the same, and an ultrasonic diagnostic apparatus.
[0002]
[Prior art]
Ultrasonic probes used in ultrasonic diagnostic apparatuses for living bodies are roughly classified into a linear scanning method and a sector scanning method, and the sector scanning method mainly includes an electronic sector scanning method and a mechanical sector scanning method. . Various types and methods are known as the mechanical sector scanning ultrasonic probe (for example, see Non-Patent Document 1). There are various scanning methods for the mechanical sector scanning ultrasonic probe (for example, see Non-Patent Document 2).
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of ultrasonic probes (also referred to as ultrasonic probes and ultrasonic diagnostic probes) are known (for example, see Patent Documents 1 to 5). The ultrasonic probe is mainly of the electronic type, and few of the mechanical type. The mechanical type has a problem that the drive mechanism is complicated, and the tip of the probe and the operation part at hand are likely to be large. Therefore, recently, a motor has been used to drive the ultrasonic vibrator. There are commutator motors, brushless motors, pulse motors, stepping motors, ultrasonic motors, etc., depending on the type of probe that also uses a motor.
[0004]
In response to recent demands for increasing the resolution of diagnostic images, the motor to be used must be a controlled motor. The control motor requires a motor section and a control section.However, in the case of an ultrasonic diagnostic apparatus, the motor must be small in order to place the motor at the tip of the ultrasonic probe, and the control section and the motor section are separated. I have. The control unit of the drive motor is often configured on a substrate of the ultrasonic diagnostic apparatus main body.
[0005]
Since the electronic parts of the system such as image display are mounted on the main body board, it is treated as a pair with the ultrasonic probe to be used, so a great effect can be expected even if the control unit of the drive motor is separated could not. However, recently, there has been a demand for high precision, high image quality, high speed display, and the like for image display, and the latest DSP has to be used, and the number of systems to be changed has been increased. The CPU used together with the change may be changed to a high-speed CPU. It is necessary to step up the diagnostic specifications of the ultrasonic diagnostic equipment and finish it to the optimum equipment in a short time.When enriching the specifications, the ratio of the main body system part to the main body board increases, and the board size increases. This has hindered the development of miniaturized devices. In such a situation, it has begun to be considered that a part that does not change much, such as a control unit of a drive motor, may be better constructed on another substrate in terms of development efficiency.
[0006]
Again, the reasons for separating the control unit of the drive motor can be summarized
(1) Reduction of development time
(2) Easy expansion of ultrasonic diagnostic equipment specifications
(3) Options such as ultrasonic diagnostic equipment are easy
(4) The system board of the ultrasonic diagnostic apparatus can be fully used.
(5) It can easily cope with a change in specifications.
(6) The versatility of the system board of the ultrasonic diagnostic apparatus is increased.
And the like.
[0007]
However, the ultrasonic diagnostic apparatus of the related art has not been able to separate the control unit of the drive motor due to problems such as maintenance and compatibility.
[0008]
A conventional ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic probe will be described below.
The ultrasonic probe disclosed in Patent Literature 1 has a housing structure in which the tip of an ultrasonic probe on which an ultrasonic vibrator is mounted and a handle have a housing structure. Is extended to the tip of the ultrasonic probe, and an ultrasonic transducer is mounted on the tip. The motor is a pulse motor, and the drive circuit of the motor is connected to a rotation control device connected through a cable. A cable is connected from the probe to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. The main body and the motor rotation control device are housed in separate housings. Since the main body device and the rotation control device are separate bodies, there are problems such as poor workability in handling and the like, and these have not been found recently. In many cases, an integrated device having a built-in motor rotation control is used in the main unit.
[0009]
Also, as described in Patent Document 2, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe having a motor built in an ultrasonic probe, and a control part of the motor having the ultrasonic probe built therein is an ultrasonic There are many ultrasonic diagnostic apparatuses, and a pulse motor, a brush motor, a brushless motor, and the like are used. A rotation control unit (generally, a driver) of the motor is also configured in the ultrasonic diagnostic apparatus main body. That is, the rotation speed signal generation unit and the rotation detection unit are referred to as a rotation control unit.
[0010]
Patent Document 3 describes a three-dimensional ultrasonic probe and its device. The motor that drives the ultrasonic transducer to rotate is configured at the tip of the ultrasonic probe, and the motor that swings the entire rotary motor is configured to the handle. The two motors are constituted by the tip of the ultrasonic probe and the handle, and the drive circuits of the two motors are constituted by the main body.
[0011]
The ultrasonic probe described in Patent Document 4 is an ultrasonic probe having a configuration in which a tip on which an ultrasonic vibrator is mounted, a guide tube, and a handle, and a motor for driving the ultrasonic vibrator is configured in a handle, and is flexible. A shaft is provided from the motor to the tip of the ultrasonic probe so that the ultrasonic vibrator is rotated and oscillated. The circuit for driving the motor is configured in the main body ultrasonic diagnostic apparatus body. The guide tube through which the flexible shaft passes is a flexible member.
[0012]
This ultrasonic probe is a small-diameter probe inserted into a blood vessel as one of the ultrasonic probes inserted into a body cavity. This small-diameter probe includes an insertion section (insertion tube) and an operation section. The insertion section is composed of a sheath tube, a flexible shaft or a drive wire inserted therein, and an ultrasonic transducer provided at the tip of the flexible shaft or the drive wire. The operation unit includes a motor that rotationally drives the flexible shaft. By rotating the motor, the ultrasonic vibrator rotates, but the ultrasonic vibrator at the tip emits an ultrasonic beam in a radial direction with respect to the insertion direction of the insertion tube. There are a probe in which an ultrasonic transducer is directly directed in the radial direction, and a probe in which an acoustic mirror is provided and indirectly emits a beam of the ultrasonic transducer in the radial direction (for example, see Patent Document 4).
[0013]
The ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Literature 5 includes an ultrasonic probe that indirectly emits a beam of an ultrasonic transducer in a radial direction with respect to an insertion direction by an acoustic mirror. The ultrasonic vibrator is provided at the tip of the ultrasonic probe, the motor for rotating the ultrasonic vibrator is provided in the hand operation unit, and the transmission force of the motor is transmitted to the ultrasonic vibrator using a flexible shaft. Although there is a rotation control mechanism, the motor does not have a control drive circuit, and is considered to be a circuit for overload control. Therefore, the motor is not a brushless motor but a motor with a brush. However, the circuit for controlling overload can be considered as a kind of rotation drive control circuit.However, this rotation control mechanism is configured in the main body of the apparatus, and is used to prevent burnout of the apparatus and motor. It is composed of a current detection circuit and a power cutoff circuit.
[0014]
As in the conventional example, the control of the motor and the entire probe is mostly configured in the device circuit of the main body.
[0015]
Generally, a motor for rotating an ultrasonic vibrator is configured in the vicinity of the ultrasonic vibrator, but a drive circuit of the motor is configured on a device main body substrate by supplying power or rationalizing mounting of the substrate. Therefore, it is not considered that it is advantageous to configure only the control board of the motor alone.
[0016]
Recently, the technology of controlling the drive circuit of a motor using a microcomputer is becoming more and more active, and even in an ultrasonic diagnostic apparatus, it has been active to drive the ultrasonic vibrator with high precision using a drive circuit controlled by a microcomputer. Has been developed.
[0017]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 1-33733 (pages 4-5, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 2]
JP-A-2000-107179 (pages 5 to 7, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 3]
JP 2001-46377 A (page 10, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP-A-7-163562 (page 6, FIG. 1)
[Patent Document 5]
JP-A-7-184888 (page 6, FIG. 1)
[Non-patent document 1]
"Introduction to Ultrasound Examination (Second Edition)" published by Medical and Dental Publishing Co., Ltd.
[Non-patent document 2]
Japan Electronic Machinery Manufacturers Association, “Revised Medical Ultrasound Equipment Handbook”
(Published by Corona Co., Ltd., 1997.1.20) (Page 91, Table 3.11)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional mechanical sector scanning ultrasonic probe is capable of obtaining a two-dimensional or three-dimensional ultrasonic tomographic image. The beam trajectory plane of the ultrasonic transducer may be orthogonal to the rotation axis of the drive motor or axial. There are ultrasonic probes with various beam trajectory planes with respect to the rotation axis of the drive motor, but since the rotation control unit of the drive motor is configured in the device main body, the system circuit and the ultrasonic probe of the device main body are The attachment of another ultrasonic probe is not guaranteed. This is because electronic components of a system such as an image display are mounted on the main body substrate, and are handled as a pair with an ultrasonic probe to be used.
[0019]
In order to quickly respond to demands such as high precision, high image quality, high speed display, etc. for image display, the system board
(1) A board space for easily using a high-speed DSP (Digital Signal Processor) is secured.
(2) Being able to be performed without changing the size of the system board.
(3) A space is secured so that the CPU (Central Processing Unit) used can be changed to a high-speed CPU.
(4) The system board has room for mounting additional electronic components in the future.
(5) A part whose specification can be changed in accordance with technological progress in which the latest image DSP, memory, processing CPU, etc. can be used, and a part which is not changed much can be separated so as not to be mixed.
(6) A part whose specification can be changed and a part molecule which does not change much can be constructed on different substrates.
Is required.
[0020]
The reason why the control unit of the drive motor is separated from the main system board has been described above. If the connection method between the motor drive circuit and the main system is clarified, the motor drive circuit alone can be upgraded alone. Furthermore, new products can be brought to market with reduced development time.
[0021]
There are advantages and disadvantages of not mounting the ultrasonic vibrator drive motor control drive circuit on the main system board. The contents of the system differ depending on how it is constructed.
(1) The motor specifications of the ultrasonic vibrator drive motor are not the same. For example, various motors such as a brush motor, a brushless motor, a stepping motor, and an ultrasonic motor can be used. What can be done regardless of the main system.
(2) The applied voltage of the ultrasonic vibrator drive motor varies. If the motors are different, the applied voltages are also different, so that they cannot all be constant. The power supply is performed at 5 V, 12 V, 24 V, etc., and the reference voltage is controlled from the power supply.
(3) Even if the ultrasonic transducer drive motor is a brushless motor, the drive system has various specifications such as three-phase half-wave, three-phase full-wave, and two-phase full-wave. The main system needs a general-purpose interface that does not affect the specifications of the drive circuit.
(4) Even if the ultrasonic vibrator drive motor is a brushless motor, there are various specifications such as the number of drive magnet poles and the number of winding slits of the motor. The main system needs a general-purpose interface that does not affect the specifications of the drive circuit.
(5) There are various cases in which the resolution angle accuracy of the rotational position information of the ultrasonic transducer drive motor is also various. The signal resolution passed to the main unit system is a signal of 4 times or less. The mechanism for notifying the position of the ultrasonic diagnostic device must be known.
(6) There are various cases, such as a specification for delivering the signal level of the rotational position information of the ultrasonic transducer drive motor to the apparatus main body. It must be performed at a level that does not receive noise.
(7) The device body and the ultrasonic probe must be detachable and attachable.
[0022]
The present invention provides a scanning ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe of an ultrasonic transducer driving motor capable of driving a small and lightweight ultrasonic transducer by constructing a motor system for driving an ultrasonic transducer only with an ultrasonic probe. The purpose is to do.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is to manufacture a small and lightweight scanable ultrasonic transducer drive motor, build a motor system for driving the ultrasonic transducer only with the ultrasonic probe, and perform scanning ultrasonic diagnosis using the ultrasonic probe. It is to provide a device.
[0024]
It is necessary to be able to construct a motor system that drives an ultrasonic transducer using only an ultrasonic probe. Therefore, the drive motor control drive circuit needs to be constructed on the ultrasonic probe side.
[0025]
In addition, in order that the apparatus main body and the ultrasonic probe can be attached and detached and attached, the relay box is connected to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus with a relay box.
Therefore, the main body and the ultrasonic probe can be attached and detached and attached, which facilitates transportation and maintenance, and furthermore, a portable ultrasonic diagnostic apparatus can be manufactured and used for periodic medical examinations. It is possible to build a system. Furthermore, medical diagnosis can be expanded and medical treatment can be enhanced.
[0026]
The present invention, in order to achieve the above object,
(A) In the case of an ultrasonic probe configured with a handle connected to a housing and an end including an ultrasonic transducer and a drive motor, the ultrasonic transducer drive motor and the ultrasonic probe have one or more of the following configurations. .
(1) In order to achieve a compact configuration, an ultrasonic wave propagation medium is included, and an ultrasonic vibrator and an ultrasonic vibrator drive motor are configured in a window case.
(2) The ultrasonic probe has a handle connected to the end of the ultrasonic vibrator and the drive motor and a housing, and a relay box connected to the handle by a cable. The relay box is used for an ultrasonic diagnostic apparatus. Is connected to the main body.
(3) The microcomputer control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the microcomputer control drive circuit is a motor drive control microcomputer and a motor control drive circuit.
(4) A magnetic encoder is used for the ultrasonic vibrator drive motor as the relative rotation position information means of the drive motor.
(5) The signal of the magnetic encoder used in the drive motor is subjected to amplification processing or amplification processing and rectangular wave processing by a microcomputer control drive circuit.
(6) The detection element of the magnetic encoder is an MR element.
(7) A first signal processing unit (relay board) at the tip of the ultrasonic probe amplifies the MR signal output from the MR element, and a second signal processing unit (relay board) that performs waveform processing on the amplified signal. It is arranged on a handle, and a rectangular wave signal is transmitted by a cable line, and is connected to a motor control drive circuit configured in a relay box.
(8) A signal processing unit (relay board) for amplifying the MR signal output from the MR element and performing waveform processing on the amplified signal is disposed at the tip of the ultrasonic probe, and the processed signal is transmitted through a cable line. Connect to the motor control drive circuit configured in the relay box.
(9) A signal processing unit (relay substrate) for amplifying the MR signal output from the MR element and performing waveform processing on the amplified signal is disposed on the handle of the ultrasonic probe, and the processed signal is transmitted through a cable line. Connect to the motor control drive circuit configured in the relay box.
(10) Signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by a signal processing unit (relay board) disposed at the tip of the ultrasonic probe, and connected to a motor control drive circuit configured in a relay box to amplify the signal. The signal and the amplified signal are processed to generate a signal.
(11) The signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by a relay board disposed at the tip of the ultrasonic probe, and the amplified signal is connected to a motor control drive circuit provided in the relay box to control the motor drive. It is connected to a microcomputer and a motor control drive circuit to control and drive the drive motor.
(12) The signal of the MR signal output from the MR element is amplified by a relay board disposed on the handle of the ultrasonic probe, and connected to a motor control drive circuit provided in a relay box to generate an amplified signal or an amplified signal. The amplified signal is subjected to rectangular wave processing to generate a signal.
(13) The signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by the relay board arranged on the handle of the ultrasonic probe, and the amplified signal is connected to the motor control drive circuit provided in the relay box to control the motor drive by the amplified signal. It is connected to a microcomputer and a motor control drive circuit to control and drive the drive motor.
(14) The MR signal output from the MR element is transmitted from the tip of the ultrasonic probe via the handle to the internal board of the relay box via the cable and the internal board of the relay box. Signal amplification, processing of the amplified signal, a motor drive control microcomputer, and a motor control drive circuit are configured.
(15) The ultrasonic vibrator drive motor has a configuration in which the rotating member has a rotor frame and a driving magnet, and the fixed member has a winding, a driving shaft, and a base.
(16) The ultrasonic vibrator drive motor is a motor other than the commutator motor.
(17) The ultrasonic vibrator drive motor is a brushless motor.
(18) The ultrasonic vibrator is mounted on the outer peripheral portion of the rotor frame of the drive motor, and the ultrasonic vibrator is rotated around the drive shaft of the drive motor.
(19) The rotating member of the drive motor is rotatably supported by two bearings, a core and a winding are formed between the bearings, and an ultrasonic oscillator is formed on a rotor frame between the two bearings. A base for fixing the drive shaft is formed outside the two bearings.
(20) The drive shaft of the drive motor is configured in the window case of the ultrasonic probe so as to be orthogonal to the axis connected to the handle from the tip of the ultrasonic probe (handle axis).
(21) The trajectory plane of the ultrasonic beam of the ultrasonic transducer is formed in parallel with the handle.
(B) In the case of an ultrasonic probe comprising an ultrasonic vibrator, a tip in which a drive motor is included, a handle connected from the tip by an insertion tube, and a relay box connected from the handle by a cable, an ultrasonic probe is used. The vibrator drive motor and the ultrasonic probe have one or more of the following configurations.
[0027]
The motor and the ultrasonic vibrator have an integral structure. For example, the ultrasonic vibrator is attached to a rotor frame.
[0028]
The motor and the ultrasonic vibrator are configured separately, and, for example, the ultrasonic vibrator is mounted on a table mounted on the tip of the drive shaft (rotary shaft) of the motor.
(1) In order to achieve a compact configuration, an ultrasonic wave propagation medium is included, and an ultrasonic vibrator and an ultrasonic vibrator drive motor are configured in a window case.
(2) The ultrasonic probe is composed of an ultrasonic transducer, a distal end containing a drive motor, a handle connected from the distal end by an insertion tube, and a relay box connected from the handle by a cable. This is a configuration that is connected to the main body of the device.
(3) The microcomputer control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the microcomputer control drive circuit is a motor drive control microcomputer and a motor control drive circuit.
(4) The insertion tube is a flexible tube having flexibility.
(5) For the ultrasonic vibrator drive motor, a magnetic encoder is used as rotational relative position information means of the drive motor.
(6) The detection element of the magnetic encoder is an MR element.
(7) The amplification of the MR signal of the MR element is performed by an ultrasonic probe.
(8) Signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by the signal processing unit (relay board) at the tip of the ultrasonic probe, and the amplified signal is transmitted by a cable line and connected to the internal board of the relay box. I do. On the internal substrate of the relay box, a rectangular wave circuit for performing waveform processing of signal amplification of the MR element, a motor drive control microcomputer, and a motor control drive circuit are configured.
(9) The MR signal output from the MR element is guided to the handle through the insertion tube, the signal of the MR signal is amplified by the relay board of the handle, and the amplified signal is transmitted by the cable line, and is transmitted to the relay box. Connect to internal board. On the internal board of the relay box, a motor drive control microcomputer and a motor control drive circuit are configured.
(10) The MR signal output from the MR element is guided to the handle through the insertion tube, and further connected to the internal board of the relay box through the handle. On the internal board of the relay box, a signal amplification of the MR signal, a motor drive control microcomputer, and a motor control drive circuit are configured.
(11) A second signal processing unit (relay substrate) that amplifies the signal of the MR signal output from the MR element by the first signal processing unit (relay substrate) at the tip of the ultrasonic probe and performs waveform processing on the amplified signal. Is arranged on the handle, and the processing signal is transmitted by a cable line, and is connected to the motor control drive circuit formed in the relay box.
(12) A relay board for signal amplification of the MR signal output from the MR element and waveform processing of the amplified signal is arranged at the tip of the ultrasonic probe, and the processed signal passes through the insertion tube, passes through the handle, and It is transmitted through a cable and connected to a motor control drive circuit configured in the relay box.
(13) The MR signal output from the MR element passes through the insertion tube, and a relay board for amplifying the signal of the MR element signal and processing the waveform of the amplified signal is disposed on the handle of the ultrasonic probe, and the MR element signal is transmitted. It is connected to the relay board of the handle, and the processing signal is transmitted through the cable and connected to the motor control drive circuit configured in the relay box.
(14) The MR element signal output from the MR element is transmitted through the insertion tube, through the handle, and further through the cable, and is processed by the processing circuit of the relay board provided in the relay box. Amplification and waveform processing of the amplified signal are performed, and the signal is connected to a motor control drive circuit provided in a relay box.
(15) A relay board for signal amplification of the MR signal output from the MR element and waveform processing of the amplified signal is arranged at the tip of the ultrasonic probe, and the rectangular wave signal passes through the insertion tube, passes through the handle, The signal is further transmitted through a cable and transmitted to the internal board of the relay box. The circuit board inside the relay box includes a signal amplification of the MR element, a processing waveform processing of the amplified signal, and a motor control drive circuit. I have.
(16) The ultrasonic vibrator drive motor has a configuration in which the rotating member has a rotor frame, a driving magnet, and a driving shaft, and the fixed member has a winding and a base.
(17) The ultrasonic vibrator drive motor is a motor other than the commutator motor.
(18) The rotating side member of the drive motor is rotatably supported by a bearing, and an ultrasonic vibrator mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis, and the ultrasonic vibrator mounting surface is a rotor frame of the drive motor. It is the top surface side of.
(19) The drive shaft of the drive motor is configured in the window case of the ultrasonic probe so as to be orthogonal to the insertion direction of the insertion tube connected from the tip of the ultrasonic probe to the handle.
(20) The trajectory plane of the ultrasonic beam of the ultrasonic transducer is formed orthogonal to the insertion direction of the insertion tube. By rotating the drive motor, the ultrasonic vibrator mounted on the rotor frame of the drive motor is rotated, and by scanning the ultrasonic beam trajectory surface at an arbitrary angle, an ultrasonic tomographic image is obtained at the tip of the ultrasonic probe. A built-in drive motor,
A beam trajectory plane of a tomography along the insertion axis and a beam trajectory plane perpendicular to the insertion axis are enabled.
(21) The rotary member of the drive motor is rotatably supported by a bearing, the ultrasonic vibrator is mounted on a table mounted on the tip of the rotary shaft, and the ultrasonic vibrator is mounted on a surface orthogonal to the rotary shaft. The surface is configured. In this case, a reflecting mirror is provided to make the ultrasonic beam trajectory plane perpendicular to the insertion axis.
(22) The rotary member of the drive motor is rotatably supported by a bearing, the ultrasonic vibrator is mounted on a table mounted on the tip of the rotary shaft, and the ultrasonic vibrator mounting surface is parallel to the rotary shaft. Is configured. In this case, the ultrasonic beam trajectory plane is perpendicular to the insertion axis. No reflection mirror or the like is required.
(23) A beam trajectory plane of a tomography along the insertion axis and a beam trajectory plane perpendicular to the insertion axis are enabled.
[0029]
The ultrasonic transducer driving motor of the electro-mechanical scanning type according to the present invention can include an ultrasonic propagation medium, configure the driving motor and the ultrasonic transducer in a window case, and reduce the size of the ultrasonic probe tip. By configuring the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit in a relay box, the motor control drive circuit can be completed with the ultrasonic probe alone, and the connection interface between the ultrasonic diagnostic device and the ultrasonic probe is unified, By changing the diagnostic software of the main body, various diagnoses can be performed with one diagnostic apparatus main body. Therefore, there are advantages that the ultrasonic probe can be easily attached and detached and attached, and that the ultrasonic probe can be designed independently while being linked to the development pace of the apparatus main body. Therefore, the development time can be shortened, the option of the ultrasonic diagnostic apparatus can be easily made, and the specification of the ultrasonic diagnostic apparatus can be easily expanded. In addition, specifications can be easily changed. The versatility of the system board of the ultrasonic diagnostic apparatus is increased.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention is an ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic probe that detects information of a living body and outputs an echo signal; and a main unit that performs image processing on the echo signal. The probe includes a sensor unit that comes close to the living body and a handle unit connected thereto, and is connected to the main unit via a cable and a relay box, the sensor unit includes an ultrasonic vibrator and a drive motor, and the drive motor A drive magnet and the ultrasonic vibrator are attached to the rotor, and the rotor is driven by a control drive circuit.The control drive circuit of the drive motor is built in the relay box. An ultrasonic diagnostic apparatus configured to be detachable from the main body, and a motor system that drives an ultrasonic transducer only with an ultrasonic probe. Can build Temu, device main body and the ultrasonic probe has the effect of being able desorption is mounted.
[0031]
The invention according to claim 2 is an ultrasonic diagnostic apparatus including an ultrasonic probe that detects information of a living body and outputs an echo signal and a main body that performs image processing on the echo signal, wherein the ultrasonic probe is a living body. A sensor part and a handle part connected to the sensor part, which are connected to the main body part via a cable and a relay box, wherein the sensor part has an ultrasonic oscillator and a drive motor, and the drive motor has a rotor A drive magnet and the ultrasonic vibrator are attached to and configured to be rotationally driven by a control drive circuit, and the control drive circuit is equipped with a microcomputer, and the microcomputer controls the drive circuit servo control, startup, operation, etc. To communicate information such as the sensor position by communication with the CPU of the main body, and the control drive circuit of the drive motor is connected to the relay box. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the relay box is configured to be detachable from the main body. By transmitting the position information by communication, the apparatus main body side can grasp the position of the ultrasonic transducer on the main body side, so that the drive system can be formed only by the probe side. Furthermore, if the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit are configured in a relay box, the motor control drive circuit is completed with the ultrasonic probe alone, and if the connection interface between the ultrasonic diagnostic device and the ultrasonic probe is unified, By changing the diagnostic software of the main body, various diagnoses can be performed with one diagnostic apparatus main body. Therefore, there is an effect that the ultrasonic probe can be easily attached and detached and mounted, and the ultrasonic probe alone can be designed while being linked to the development pace of the apparatus main body.
[0032]
According to a third aspect of the present invention, a drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and amplifies the signal of the MR signal output from the MR element. The signal processing unit of the sensor unit of the ultrasonic probe performs the amplification signal, transmits the amplified signal by a cable, and connects to the drive motor control drive circuit configured in the relay box to control the drive motor. An ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 or 2, wherein a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified so as not to be affected by external noise. Then, the rotation direction of the rotor can be known by using the MR element. Further, by using the Z-phase MR element, reference position information of the rotor can be known. By attaching an encoder magnet to the rotor and magnetizing the encoder magnet such as rotation magnetization, it is possible to obtain small-sized and regular position information, thereby obtaining an ultrasonic tomographic image with good image quality.
[0033]
According to a fourth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder comprises an encoder magnet and an MR element, and outputs an MR signal from the MR element to an ultrasonic probe. And amplifying the signal in the handle portion of the control box, and connecting the amplified signal of the MR signal to a drive motor control drive circuit provided in the relay box to control the drive motor. The ultrasonic diagnostic apparatus according to the above description, wherein a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified by the probe handle, thereby amplifying the signal near the MR element. There is an effect that the amplified signal can be routed without concern for the shielding performance by not being affected by external noise.
[0034]
According to a fifth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder comprises an encoder magnet and an MR element, and amplifies the signal of the MR signal output from the MR element. The first signal processing unit of the sensor unit of the ultrasonic probe performs a square wave processing on the amplified signal. The second signal processing unit is disposed on the handle unit, and the square wave signal is transmitted by a cable. 3. An ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein said ultrasonic diagnostic apparatus is configured to control a drive motor by connecting the drive motor to a drive circuit. The signal of the MR element is amplified by the first signal processing unit at the tip of the probe using an encoder, so that it is not affected by external noise, and the amplified signal is processed by the probe. By treating the rectangular wave by the second signal processing section of the handle portion closer to the tip, it has an effect that it is possible to route the amplified signal without worrying about the shielding performance.
[0035]
According to a sixth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder comprises an encoder magnet and an MR element, and outputs an MR signal from the MR element to an ultrasonic probe. The signal amplification and the square wave processing of the amplified signal are performed in the inside, and the square wave signal of the MR signal is connected to a drive motor control drive circuit configured in a relay box to control the drive motor. An ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 or 2, wherein a magnetic encoder is used as rotational relative position information means of a drive motor, and a signal of an MR element is amplified in an ultrasonic probe and subjected to rectangular wave processing. Therefore, it is possible to reduce the influence of external noise.
[0036]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a drive motor mounted on the ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein a magnetic encoder is used as rotational relative position information means of the drive motor. By amplifying the signal of the MR element with the handle and performing rectangular wave processing, a small driving motor can be mounted on the tip of the ultrasonic probe, and the tip of the ultrasonic probe can be reduced. Furthermore, it is possible to manufacture a compact and lightweight ultrasonic transducer drive motor that can scan, build a motor system that drives the ultrasonic transducer only with the ultrasonic probe, and use the relay box to create an ultrasonic diagnostic device. The main body and the ultrasonic probe have an effect that they can be easily attached and detached and attached.
[0037]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic probe for detecting information of a living body and transmitting the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus having a main body for performing image processing, wherein the sensor is connected to the living body and connected to the sensor. A handle portion, a cable for connecting the handle portion to the main body portion, and a relay box; the sensor portion having an ultrasonic vibrator and a drive motor; the drive motor having a drive magnet and the ultrasonic vibrator on its rotor; A control drive circuit for the drive motor, the control drive circuit being built in the relay box, wherein the relay box is configured to be detachable from the main body. It is an ultrasonic probe, and it is possible to manufacture a small and lightweight scannable ultrasonic transducer drive motor. Can build a motor system that drives the vibrator, also body and the ultrasonic probe of the ultrasonic diagnostic apparatus in the relay box has the effect of being able to easily detached and attached.
[0038]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic probe for detecting information of a living body and transmitting the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus having a main body for performing image processing, wherein the sensor is connected to the living body and connected to the sensor. A handle portion, a cable for connecting the handle portion to the main body portion, and a relay box; the sensor portion having an ultrasonic vibrator and a drive motor; the drive motor having a drive magnet and the ultrasonic vibrator on its rotor; It is mounted and rotated by a control drive circuit, and the control drive circuit is equipped with a microcomputer, which controls the drive circuit servo control, startup, operation, etc., and communicates with the main unit CPU. It transmits information such as a sensor position, and the control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay box is 9. An ultrasonic probe according to claim 8, wherein said ultrasonic probe includes an ultrasonic wave propagation medium, and includes a drive motor and an ultrasonic vibrator in a window case. The tip can be reduced in size, and the motor control drive circuit can be completed by a single ultrasonic probe by configuring the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit in a relay box. If the connection interface between the ultrasonic diagnostic apparatus and the ultrasonic probe is unified, various diagnostics can be performed with one diagnostic apparatus main body by changing the diagnostic software of the main body. Therefore, the development time can be shortened, the option of the ultrasonic diagnostic apparatus can be easily made, and the specification of the ultrasonic diagnostic apparatus can be easily expanded. It can easily respond to specification changes. This has the effect that the versatility of the system board of the ultrasonic diagnostic apparatus can be increased.
[0039]
According to a tenth aspect of the present invention, an ultrasonic vibrator is attached to an outer peripheral portion of a rotor frame of a drive motor to rotate the ultrasonic vibrator about a drive shaft of the drive motor. Is supported by two bearings, a core and a winding are formed between the bearings, an ultrasonic vibrator mounting part is formed on a rotor frame between the two bearings, and a drive is provided outside the two bearings. An ultrasonic probe according to claim 8 or 9, wherein said ultrasonic probe comprises a base for fixing a shaft, wherein a rotor portion for rotatably supporting a tip of said ultrasonic probe is constituted, and said rotor portion has ultrasonic vibration. It is possible to have a structure for mounting a child, and a motor having high rigidity can be obtained by using two bearings. That is, since the ultrasonic vibrator is attached to the rotor frame that is rotatably supported by the two bearings, the rotation is stabilized and the position of the ultrasonic vibrator is stabilized, so that the accuracy of the sitting image can be improved. Has an action.
[0040]
According to an eleventh aspect of the present invention, the drive shaft of the drive motor is configured in the window case of the ultrasonic probe so as to be orthogonal to the axis (handle axis) connected from the ultrasonic probe sensor unit to the handle unit, and the handle thereof is provided. The ultrasonic probe according to claim 8 or 9, wherein a trajectory plane of the ultrasonic beam of the ultrasonic transducer is configured to be parallel to the axis, and the scanning surface of the ultrasonic transducer is parallel to the handle axis. It has an effect that it is possible to form a compact ultrasonic probe as a detachable / removable system.
[0041]
According to a twelfth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder comprises an encoder magnet and an MR element, and amplifies the signal of the MR signal output from the MR element. The signal processing unit of the sensor unit of the ultrasonic probe performs the amplification signal, transmits the amplified signal by a cable, and connects to the drive motor control drive circuit configured in the relay box to control the drive motor. An ultrasonic probe according to claim 8 or claim 9, wherein a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is processed by a signal processing unit of a sensor unit of the ultrasonic probe. Square wave processing by amplifying and connecting to the circuit of the relay box to reduce the ultrasonic probe tip and the handle It has the effect that the door can be.
[0042]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder comprises an encoder magnet and an MR element, and outputs an MR signal from the MR element to an ultrasonic probe. The signal amplification is performed in the handle portion of the above, and the amplified signal of the MR signal is connected to the drive motor control drive circuit provided in the relay box to control the drive motor. The ultrasonic probe described in the above is used, and a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified by the probe handle, so that the signal is amplified at a position close to the MR element so that the external signal is amplified. Has the effect that amplified signals can be routed without concern for shielding performance, without being affected by noise.
[0043]
According to a fourteenth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder comprises an encoder magnet and an MR element, and amplifies the signal of the MR signal output from the MR element. A second signal processing unit for performing a rectangular wave processing of the amplified signal by the first signal processing unit of the sensor unit of the ultrasonic probe is disposed in the handle unit, and the rectangular wave signal is transmitted by a cable line and housed in the relay box. The ultrasonic probe according to claim 8 or 9, wherein the ultrasonic probe is configured to control a drive motor by being connected to the control drive circuit, wherein a magnetic encoder is used as rotation relative position information means of the drive motor. The signal of the MR element is amplified by the first signal processing unit at the tip of the probe so as not to be affected by external noise, and the amplified signal is placed near the tip of the probe. By treating the rectangular wave by the second signal processing section of the handle portion, it is possible to route the amplified signal without worrying about the shielding performance. Further, by disposing the signal processing unit separately from the first signal processing unit and the second signal processing unit, it is possible to reduce the size at each position. This has the effect of reducing the size.
[0044]
According to a fifteenth aspect of the present invention, a drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder comprises an encoder magnet and an MR element, and performs signal amplification of an MR signal output from the MR element. A signal processing unit for processing the amplified signal with a rectangular wave is disposed in the sensor unit, the rectangular wave signal is transmitted by a cable line, and connected to a control drive circuit housed in a relay box to control the drive motor. The ultrasonic probe according to claim 8 or claim 9, wherein a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and a signal of the MR element is amplified in the ultrasonic probe to obtain a rectangular shape. Wave processing has the effect of making it less likely to be affected by external noise.
[0045]
According to a sixteenth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder includes an encoder magnet and an MR element, and performs signal amplification of the MR signal output from the MR element. A signal processing unit for processing the amplified signal with a rectangular wave is arranged on the handle, and the rectangular wave signal is transmitted by a cable line, and connected to a drive motor control drive circuit formed in a relay box to control the drive motor. The ultrasonic probe according to claim 8 or claim 9, wherein a magnetic encoder is used as the rotation relative position information means of the drive motor, and signal processing of a handle portion in the ultrasonic probe is performed. By amplifying the signal of the MR element and subjecting it to rectangular wave processing, it is possible to reduce the effect of external noise and to reduce the size of the probe tip. It is possible. Further, by configuring the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit in a relay box, the motor control drive circuit can be completed by the ultrasonic probe alone.
[0046]
According to a seventeenth aspect of the present invention, the drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and the MR signal output from the MR element is transmitted through a cable line. The signal is transmitted, the signal processing of the MR element is performed by the processing circuit of the signal processing unit configured in the relay box, the amplified signal is subjected to rectangular wave processing, and connected to the drive motor control drive circuit configured in the relay box, The ultrasonic probe according to claim 8 or 9, wherein the ultrasonic probe is configured to control a drive motor, wherein the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit are configured in a relay box. Can be completed with the ultrasonic probe alone, and the connection interface between the ultrasonic diagnostic device and the ultrasonic probe can be unified. Various diagnostics can be performed with one of the diagnostic apparatus body by changing the. Therefore, there is an effect that attachment and detachment and attachment of the ultrasonic probe can be facilitated.
[0047]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the relay box, a signal amplification of the MR element, a circuit for processing the amplified signal with a rectangular wave, and a drive motor control drive circuit are integrally formed. Since it is a probe, the circuits can be put together in a relay box, so that a shield wire or the like for connecting the configuration processing unit is not required, and a drive motor control drive circuit with simple connection can be provided. Therefore, it is possible to mount a small drive motor on the tip of the ultrasonic probe, and it is possible to reduce the size of the tip of the ultrasonic probe.
[0048]
The invention according to claim 19 is an ultrasonic probe that detects information of a living body and sends the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus including a main body that performs image processing on the echo signal,
A sensor unit for approaching a living body, a flexible insertion tube and a handle unit extending from the sensor unit, a cable and a relay box for connecting the sensor unit to the main body unit, the sensor unit includes an ultrasonic vibrator and a drive motor, The drive motor is configured by attaching a drive magnet and the ultrasonic vibrator to its rotor, and is driven to rotate by a control drive circuit. The control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay The box is an ultrasonic probe that is configured to be detachable from the main body, and the circuit can be integrated in the relay box, so that a shield wire or the like connecting the configuration processing unit is unnecessary, and connection is simple. It can be a drive motor control drive circuit. For this reason, a small drive motor can be mounted on the tip of the ultrasonic probe, which has an effect that the tip of the ultrasonic probe can be reduced and the handle can be reduced.
[0049]
According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic probe for detecting information of a living body and transmitting the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus having a main body for performing image processing, wherein the sensor is arranged close to the living body and extends therefrom. A flexible insertion tube and a handle portion, a cable and a relay box for connecting the flexible tube to the main body portion, the sensor portion has an ultrasonic oscillator and a drive motor, and the drive motor has a drive magnet and The ultrasonic transducer is mounted and configured to be rotationally driven by a control drive circuit, and the control drive circuit is equipped with a microcomputer, and the microcomputer controls drive circuit servo control, activation, operation, and the like, Information transmission such as a sensor position is performed by communication with the main body CPU, and the control drive circuit of the drive motor is built in the relay box. The joint box is an ultrasonic probe according to claim 19, which is configured so as to be detachable from the main body. The drive circuit can be controlled on the lobe side, and the probe side and the apparatus main body side communicate with each other. Since the position information is transmitted to the main body side by transmitting the position information, the drive system can be formed only by the probe side. Furthermore, if the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit are configured in a relay box, the motor control drive circuit is completed with the ultrasonic probe alone, and if the connection interface between the ultrasonic diagnostic device and the ultrasonic probe is unified, By changing the diagnostic software of the main body, various diagnoses can be performed with one diagnostic apparatus main body. Therefore, the ultrasonic probe can be easily attached and detached and attached, and the ultrasonic probe can be designed independently while being linked to the development pace of the device main body. By configuring the processing circuit on the same substrate as the control drive circuit, Therefore, the number of boards to be stored in the relay box is reduced, and workability and the like are improved. This has the effect of facilitating maintenance.
[0050]
According to a twenty-first aspect of the present invention, the rotor of the drive motor is rotatably supported by a bearing, an ultrasonic vibrator mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis, and the ultrasonic vibrator mounting surface is driven. 21. The ultrasonic probe according to claim 19, wherein the ultrasonic probe is a side surface of a top surface of a rotor frame of a motor, and an ultrasonic transducer is attached to a top surface of a rotating rotor frame. An ultrasonic beam is emitted in the axial direction, an ultrasonic beam trajectory plane can be formed parallel to the rotation axis, and the position is stabilized because the ultrasonic transducer is directly mounted on the rotor frame of the motor. This has the effect that a fine-diameter probe or the like that can improve the accuracy of the sitting image can be manufactured.
[0051]
According to a twenty-second aspect of the present invention, the rotor of the drive motor is rotatably supported by a bearing, an ultrasonic transducer mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis, and the drive shaft of the drive motor extends from the sensor unit. 21. The ultrasonic probe according to claim 19, wherein the ultrasonic probe is configured so as to be substantially perpendicular to the insertion tube, and constitutes a trajectory plane of an ultrasonic beam of the ultrasonic transducer substantially perpendicular to the insertion tube. A drive motor that rotates the ultrasonic vibrator is mounted on the tip of the ultrasonic probe, and an ultrasonic beam is emitted so as to be orthogonal to the insertion direction of the insertion tube, and the ultrasonic wave is orthogonal to the insertion direction of the insertion tube. Since a beam trajectory plane can be formed, a narrow probe can be manufactured. In addition, the position of the ultrasonic transducer is stabilized.
[0052]
According to a twenty-third aspect of the present invention, the rotor of the drive motor is rotatably supported by a bearing, an ultrasonic transducer mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis, and the drive shaft of the drive motor extends from the sensor unit. 21. The ultrasonic probe according to claim 19, wherein the ultrasonic probe is configured so as to be substantially parallel to the insertion tube, and forms a trajectory plane of an ultrasonic beam of the ultrasonic vibrator substantially orthogonal to a drive shaft thereof. Ultrasonic beams are radiated in the axial direction with respect to the rotation axis, and an ultrasonic beam trajectory plane perpendicular to the insertion direction of the insertion tube can be formed. Has the effect of being able to.
[0053]
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, the rotor of the drive motor is rotatably supported by a bearing, an ultrasonic transducer mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis, and the ultrasonic transducer mounting surface is driven. By rotating the drive motor on the top side surface of the rotor frame of the motor, the ultrasonic vibrator mounted on the rotor frame of the drive motor is rotated to scan the ultrasonic beam trajectory surface at an arbitrary angle. 22. A drive motor built in the tip of an ultrasonic probe for obtaining an ultrasonic tomographic image, wherein the beam trajectory plane of the tomogram rotates about an axis orthogonal to the insertion axis. There is an effect that it is possible to manufacture a narrow diameter probe having a stable position.
[0054]
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided a drive motor mounted on the ultrasonic probe according to any one of the eighth to twenty-fourth aspects, wherein the motor drives the ultrasonic transducer only with the ultrasonic probe. A system can be constructed, and there is an effect that the apparatus main body and the ultrasonic probe can be detached and attached.
[0055]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0056]
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an external perspective view of the ultrasonic probe.
[0057]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment includes an ultrasonic probe and a main unit (or a main system unit). The ultrasonic probe includes a distal end 39, a handle 6, a relay box 18, and a cable 40. A drive motor 3 configured to rotationally drive the ultrasonic transducers 1 and 2 is provided at the tip of the ultrasonic probe. The drive motor 3 includes a drive rotor 4 that rotates together with the ultrasonic vibrator, a base housing 5 (also referred to as a base or a housing) that supports the drive rotor 4 is built in, and a drive motor 6 is mounted on a handle 6 of the ultrasonic probe. And a volume adjusting mechanism 8 for the ultrasonic wave propagation medium.
[0058]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to an outer peripheral portion of a rotating part of the drive rotor 4. Therefore, the rotation axes of the ultrasonic transducers 1 and 2 and the drive shaft 9 of the drive motor 3 are the same axis. The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are radiated in the radial direction with respect to the drive shaft 9. FIG. 1 shows a beam radiation axis 10 on the side of the ultrasonic transducer 1. When the drive rotor 4 rotates, the beam radiation axes 10 of the ultrasonic transducers 1 and 2 form a surface, and the trajectory surface 11 becomes a surface orthogonal to the drive shaft 9. The trajectory plane 11 is not a plane of 360 degrees due to the influence of the base housing of the motor or the like, but is a plane within a certain angle range.
[0059]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 4 means knowing the position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the drive rotor 4. The rotational position of the drive rotor 4 can be known by using both the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means. The reference position means includes a magnetic material pin 12 (also referred to as a Z-phase pin) and an MR element 13 (also referred to as a Z-phase MR element). The MR element 13 is distinguished from other MR elements as a Z-phase MR element. I'm different. Since the Z-phase MR element 13 has one magnetic material pin 12, the Z-phase MR element 13 can detect one pulse signal per rotation of the drive rotor 4. Therefore, the reference position of the drive rotor 4 can be known. Since the signal level of the Z-phase MR element signal is small, the signal is amplified by the relay amplifier board 14 near the motor to make it hard to receive noise, and is taken out from the probe tip to the handle 6.
[0060]
A magnetic encoder 15 is incorporated as relative position information means. The magnetic encoder 15 includes an encoder magnet 16 on the drive rotor 4 side and an MR element 17 (also referred to as an AB phase MR element) on the base housing 5 side. The MR element 17 is an AB phase MR element and is distinguished from a Z phase MR element. The AB phase MR element 17 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 4 can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 16, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB-phase MR element 17. For example, since the encoder magnet 16 has 180 magnetic poles, the AB-phase MR signal also has 180 pulses, so that a 180-degree resolution signal per rotation can be obtained as the position information of the drive motor. Since the encoder magnet 16 is rotationally magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. The AB phase MR signal is also once amplified by the relay amplifier board 14 near the motor, further wired to the relay adjustment board 7 for processing a sine wave signal into a rectangular wave, and passed through a cable to the built-in board of the relay box 18. It is connected to a microcomputer control drive circuit 19 of the mounted drive motor. The microcomputer control drive circuit 19 for the drive motor of the built-in board includes a motor drive control microcomputer 206 and a motor control drive circuit 207 (hereinafter also referred to as a probe CPU). The relay box 18 is connected to a system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body and supplies power for driving a drive motor such as a microcomputer control drive circuit 19 of the drive motor.
[0061]
The drive motor 3 can be rotated in several steps from 300 r / min to 1800 r / min. For example, when the encoder magnet 16 has 180 magnetic poles, the AB phase MR signal also has 180 pulses, so that the number of pulses can be used as it is, but the resolution of the rotational angle positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 can be improved. If the A-phase and B-phase are multiplied by 4 in order to increase the number, the number of pulses becomes 720 per rotation, which is four times the resolution of the original signal. Since the drive shaft 9 of the drive motor 3 and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, the rotation angle accuracy is good without variation and the image quality is quite good when the signal is used as a trigger. It becomes an ultrasonic diagnostic image.
[0062]
A rotary transformer 21 is configured to extract signals from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive motor 3. The rotary transformer 21 includes a rotor-side transformer 22 and a stator-side transformer 23. The rotor-side transformer 22 is provided at a rotor end on the drive rotor 4 side. The signal line of the rotor-side transformer 22 is connected to the ultrasonic transducers 1 and 2. Connected. The stator-side transformer 23 is fixed to the base housing 5 side, and the signal line of the stator-side transformer 23 is connected to the relay box 18 through the handle 6 and the cable 40 from the tip of the ultrasonic probe, and the relay box 18 is mounted on the main body. Thus, the signal of the ultrasonic transducer is connected to the circuit side of the main body.
[0063]
Since the rotary transformer 21 can transmit signals in a non-contact manner, the load acting on the drive motor can be extremely small as compared with a contact type slip ring. A design that uses is made.
[0064]
The ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer 1 (or 2) advances radially to the center of the ultrasonic transducer 1 (or 2) and enters the living tissue. A part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, received by the ultrasonic transducer 1 (or 2), converted into an electric signal, and passed through the rotary transformer 21 to the outside of the drive motor. It is taken out and sent to the amplifier in the system body.
[0065]
The frequency characteristics of the signals from the ultrasonic vibrators 1 and 2 are configured to be different from each other, and the ultrasonic vibrator having a higher frequency is referred to as a high frequency vibrator and the lower frequency is referred to as a low frequency vibrator. I do.
[0066]
A base housing 5 supporting the drive rotor 4 is fixed to a mounting base of the probe main body. Further, the base housing 5 is formed as an integral member composed of a supporting portion for supporting the driving rotor 4 and a supporting portion fixed to a mounting base for the probe main body. The base rigidity is increased to increase the support rigidity of the drive motor.
[0067]
The drive rotor 4, the base housing 5, and the relay amplifier board 14 are formed at the tip of the ultrasonic probe, and are entirely contained in an ultrasonic propagation medium in a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency. . The ultrasonic wave propagation medium in the window case 24 is depressurized so as not to contain bubbles, degassed, and sealed. A volume adjustment mechanism 8 for the ultrasonic propagation medium is provided so that the pressure of the sealed ultrasonic propagation medium is reduced even if the sealed ultrasonic propagation medium expands due to the environment. The volume adjusting mechanism 8 of the ultrasonic wave propagation medium is formed of a rubber-based elastic bag. The volume adjustment mechanism 8 and the relay adjustment board 7 are formed on the handle 6 of the ultrasonic probe. If a bubble is mixed into the ultrasonic propagation medium, the acoustic impedance of the bubble is extremely small, so that the ultrasonic wave is reflected at the interface between the ultrasonic propagation medium and the bubble. As a result, multiple reflection noises are generated so that the ultrasonic image becomes completely white, and observation of the ultrasonic image may become practically impossible. Therefore, the ultrasonic image is manufactured so as not to include bubbles.
[0068]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described. For two vibrators having different frequency characteristics of the ultrasonic vibrator, signal lines are different for high frequency and low frequency. In FIG. 1, it is assumed that the high-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 1 and the low-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 2 for convenience of explanation.
[0069]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator drive circuit 26, the driving signal is supplied to the corresponding ultrasonic vibrator 1 (or 2) via the rotary transformer 21 corresponding to the frequency, and is driven by the ultrasonic vibrator corresponding to the frequency. , A driving pulse is formed. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 1 (or 2) into the living body.
[0070]
Ultrasonic waves radiated into the living body from the high-frequency vibrator 1 in the case of a high-frequency transmission signal and from the low-frequency vibrator 2 in the case of a low-frequency transmission signal are reflected by tissues in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. A weak reception signal, which is received by the ultrasonic transducer 1 (or 2) used at the time of transmission and which is equivalent to the reflection intensity of the ultrasonic echo, is amplified by the amplifier 27 in the system main body 20, and then subjected to B-mode signal processing. Sent to the circuit. In the B-mode signal processing circuit, the oscillator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 28, detected by a detection circuit 29 for envelope detection, and controlled by a gain control controller 31 to control a gain setter 30 for gain correction. The signal is corrected, the signal is synthesized by the synthesizing circuit 32, A / D converted by the A / D converter 33, and processed by the high-speed image DSP 34. The seat image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 of the main unit has a host CPU 38 which controls the entire circuit of the main unit. The host CPU 38 comprehensively monitors image data, memory, position information of an ultrasonic transducer, and communication with a motor drive control microcomputer, and executes processing instructions. And so on. The host CPU 38 supervises the processing as an ultrasonic probe by an input according to an external input operation to the main unit.
[0071]
FIG. 2 shows an external perspective view of the ultrasonic probe. FIG. 3 shows the ultrasonic diagnostic apparatus main body. In FIG. 2, reference numeral 6 denotes a handle, in which a relay adjustment board is built. Reference numeral 39 denotes an end of an ultrasonic probe, and a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency is attached to the end. The end 39 of the ultrasonic probe includes a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like. ing. The distal end 39 of the ultrasonic probe and the handle 6 are connected by a hard housing, and the direction of the distal end can be determined by holding the handle 6 by hand. The ultrasonic probe is connected to the relay box 18 from the handle 6 by a cable 40. The ultrasonic probe is connected to the system main body 20 by attaching the relay box 18 to the connector insertion port 41 of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is a knob 42 with a lock mechanism so that the ultrasonic probe does not come off during the diagnosis, and after mounting, the knob 42 is turned to securely lock the relay box 18 to the main unit.
[0072]
The tip 39 of the ultrasonic probe has a smooth cylindrical streamline shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The cable 40 includes an input / output line (referred to as an input / output line) for connecting the ultrasonic vibrator and the ultrasonic diagnostic apparatus main body, an electric control line for controlling the drive of the drive motor, a signal line for an encoder, and the like. A flexible cable for transmitting a signal line for detection or a temperature sensor to the connector box 18, which is protected by a coating and shielded. The cable 40 is grounded at the ultrasonic transducer side and at both ends of the relay box. In FIG. 2, since the cable 40 is long, it is omitted in the middle.
[0073]
The drive motor is controlled by a microcomputer. The relay box 18 includes a motor drive circuit 206 and a drive control microcomputer (probe CPU) 207. The main body CPU 38 and the probe CPU 207 are connected by a serial communication bus interface. Command information on the main body side by operating the keyboard 44, the trackball 45, etc. of the main body device is transmitted from the main body CPU 38 to the probe CPU 207, and the probe CPU 207 controls the motor driving circuit 206 so that the driving motor performs an operation based on the contents of the command information. Control. The position information of the drive motor, the position information of the ultrasonic vibrator, and the like are managed by the probe CPU 207, and the management information is transmitted to the main body CPU, and the main body side also grasps the information of the probe tip. Both the probe and the body are managed independently.
[0074]
The drive motor control drive circuit 19 of the relay box 18 includes a motor drive circuit 206 and a probe CPU 207. Further, the drive motor control drive circuit 19 is also provided with a motor protection circuit such as a motor overcurrent protection circuit. All of these circuits are completed on the probe side.
[0075]
The motor drive receives a command from the main body CPU 38, but since the probe CPU 207 can control the entire probe, it can be said that the probe side forms one system.
[0076]
By making the interface specifications between the probe CPU 207 and the main body CPU 38 versatile, connection to other types of probes is possible.
[0077]
By configuring the microcomputer control drive circuit of the drive motor in the relay box, the design of the main unit system is reduced, and the specifications of the connection between the relay box and the diagnostic device main body are determined in a general manner, so that the probe specifications Can be easily dealt with by changing the software aspect of the diagnostic device. The control unit of the motor that drives the ultrasonic transducer can be performed on the probe side, and the drive motor system can be completed on the probe side.
[0078]
The main body of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 3 has a liquid crystal display 43, a keyboard 44 for operating the apparatus, and a trackball 45 for moving a scanning angle position and the like, and can be moved by a car 46. . Several connector insertion ports 41 are provided below the main body operation unit such as the keyboard 44. A hook 47 for fixing the handle of the ultrasonic probe is provided on the side near the operation unit in order to set the ultrasonic probe at a predetermined position where it is easy to work, and may be arranged so that several types of diagnostic probes can be diagnosed. it can.
[0079]
4 and 5 are views of a slotless motor with a core using hexagonal cylindrical windings according to the present embodiment. FIG. 4 is a sectional view, and FIG. 5 is a side view. This slotless motor with a core is a rotationless control brushless motor, and is a sensorless drive type outer rotor rotation type. The motor of this embodiment is an ultrasonic transducer drive motor, and is an example of a motor mounted on the tip of a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus. For the sake of explanation, casings such as a window case and a handle are omitted in FIGS.
[0080]
4 and 5, the slotless core 48 is on the fixed side, and the rotor frame 50 with the drive magnet 49 is on the rotating side. The rotor frame 50 has an oval shape, and two semicircular drive magnets 49 are mounted inside the rotor frame 50 so as to face each other. Ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to the outer peripheral surface of the rotor frame 50 which is flat and flat. Therefore, when the rotor frame 50 rotates around the drive shaft 9 (also referred to as a shaft), the ultrasonic vibrators 1 and 2 mounted on the rotor frame 50 also rotate around the drive shaft 9. The rotor frame 50 is rotatably supported by bearings 51 and 52. The bearing 51 is attached to a bearing boss 53 provided on the rotor frame 50. The other bearing 52 is attached to the rotor side plate 54, and the rotor side plate 54 is fitted and inserted into the rotor frame 50.
[0081]
In order to control the motor, an encoder magnet 16 is attached to the rotor side plate 54, and a large number of magnetic poles are magnetized on the surface of the encoder magnet 16 at equal intervals. A magnetoresistive element (also referred to as an MR element or an AB phase MR element) 17 is attached to a magnetic material mounting base 55 so as to face the outer periphery of the encoder magnet 16, and the mounting base 55 is mounted to the base housing 56. Thus, the AB phase MR element 17 is arranged and fixed with a small gap provided between the outer circumference of the encoder magnet 16 and the encoder magnet 16.
[0082]
Further, a magnetic encoder is incorporated as relative position information means for knowing rotation position information of the drive rotor. The magnetic encoder includes an encoder magnet 16 on the drive rotor side and an AB phase MR element 17 on the base housing 56 side. The material of the encoder magnet 16 is a plastic magnet, and 12 nylon is used as a base resin.
[0083]
The gap between the encoder magnet 16 and the AB-phase MR element 17 is set to be very small so that the influence of the leakage magnetic flux of the drive magnet 49 is not affected by the encoder output. Since the gap is narrow, it is necessary to reduce the influence of swelling of the encoder magnet 16, cutting runout, assembly runout, and the like. The assembly process is performed in a state where the encoder magnet 16 is bonded and fixed to the rotor side plate 54 to reduce the runout due to the parts. Further, a material in which the content of ferrite in the plastic magnet of the encoder magnet 16 is increased is used. That is, since the encoder magnet 16 is used in the ultrasonic wave propagation medium, a magnet material containing 79% or more of a magnetic material is used in consideration of the swelling effect.
[0084]
A magnetic encoder is incorporated as relative position information means, and the position detecting element of the magnetic encoder is an AB phase MR element 17. The AB phase MR element 17 is an MR element capable of obtaining signals of two channels of A phase and B phase, and has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor can be obtained from the phase difference. Therefore, it is possible to know the rotational position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the rotor frame 50. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 16 magnetized in multiple poles by the rotary magnetizer and the AB-phase MR element 17 is about 50 μm, and is driven in the ultrasonic wave propagation medium. If they get into the gaps, they are oil-washed before being assembled. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 16 is detected from the AB phase MR element 17, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0085]
For example, when the encoder magnet 16 has 180 poles, the AB phase MR signal also has 180 pulses, so that a signal with a resolution of 180 pulses per rotation can be obtained as the position information of the drive rotor. Since both the A-phase and the B-phase have 180 pulses and a phase difference of 90 degrees, if the signals of the A-phase and the B-phase are quadrupled, a signal with a resolution of 720 per rotation can be obtained. Since the encoder magnet 16 is rotated and magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. Therefore, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. .
[0086]
The signal of the AB-phase MR element 17 passes through a flexible substrate (also referred to as an AB-phase FPC, not shown), and is once amplified by a relay amplifier substrate 14 (first signal processing unit) near the driving rotor, and further amplified. A signal having a sine wave waveform is connected to a relay adjustment board (second signal processing unit) that processes the signal into a rectangular wave, and then connected to a drive motor control drive circuit 19 built in the relay box using a shielded cable, Further, the relay box is mounted on the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and power is supplied to the drive motor control drive circuit. Further, depending on the device, the rectangular wave signal of the MR signal is also connected to the system body to transmit pulse information. In this embodiment, the motor drive control microcomputer 207 processes the reference position information and the relative position information of the motor obtained from the MR element signal, and transmits the processed information to the main CPU 38 as serial communication information.
[0087]
A Z-phase pin 12 made of a magnetic material is attached to the outer periphery of a rotor frame 50 made of a magnetic material such as SUM24L or SUY as reference position means for knowing reference position information. The Z-phase pin 12 is attached by inserting a cylindrical portion into a cylindrical hole provided on the outer periphery of the rotor frame 50, and a cut surface 57 is provided on both sides so as to be at an acute angle with respect to the driving rotation direction. ing. The magnetic flux to the Z-phase pin 12 is obtained from the drive magnet 49. A Z-phase MR element 13 for detecting the Z-phase pin 12 is mounted on a base housing 56 via a mounting 58 made of a magnetic material. The signal of the Z-phase MR element 13 is connected to the relay amplifier substrate 14 through a flexible substrate (or Z-phase FPC, not shown), and is transmitted from the relay amplifier substrate 14 (first signal processing unit) to the ultrasonic wave. It is connected to a relay adjustment board (second signal processing unit) on the handle of the probe, and is connected from the relay adjustment board through a shielded cable to a control drive board of a drive motor in a relay box. The relay box is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side. The relay amplifier board 14 amplifies the signal of the Z-phase MR element. The amplified signal is subjected to rectangular wave processing in the relay adjustment board.
[0088]
The first signal processor amplifies the signals of the AB phase MR element and the Z phase MR element, and the second signal processor performs rectangular wave processing on the amplified signal. For example, when the original signal of the AB-phase MR element has a full amplitude of 50 mVpp, the first signal processing unit performs signal processing so that the signal amplitude after the amplification becomes 1.8 Vpp if the amplifier gain is 36 times, and Since the signal processing unit performs the rectangular wave processing using the comparator, if the circuit voltage is 5V, the rectangular waves have rectangular wave amplitudes of 0V and 5V. A rectangular wave signal often uses phase information at 2.5V. In order to accurately grasp the position information of the motor, the signal after amplification of the first signal processing unit is also connected to the circuit of the relay box. In order to increase the number of signal lines, the second signal processing unit for performing the rectangular wave processing may be formed on the circuit board of the relay box (for example, see Example 2 and Example 6 described later). There is also an embodiment in which a signal of the first signal processing is configured without providing the second signal processing unit (for example, see the third and seventh embodiments).
[0089]
Since the Z-phase MR element 13 is composed of a magnetic material Z-phase pin 12 and a Z-phase MR element 13 and the reference position means is a single magnetic material Z-phase pin 12, the Z-phase MR element 13 rotates one rotation of the drive rotor. One pulse signal is detected. Since the signal level of the Z-phase MR signal is small, the signal is amplified by the relay amplifier board 14 near the motor. The amplified Z-phase signal is subjected to rectangular processing by a comparator circuit of the relay adjustment board. The signal subjected to the rectangular processing is hardly affected by external noise. Since the signal immediately from the Z-phase MR element 13 is easily affected by external noise, the relay amplifier board 14 is arranged near the base housing 56 to amplify the signal. If the rising position of the Z-phase comparator signal is set to the reference position of the drive rotor, it becomes the rotation reference position of the drive motor, and also the rotation reference position of the ultrasonic transducers 1 and 2. If the positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 are determined based on the reference position by the Z-phase signal, the reference of the rotational position of the ultrasonic transducer can be determined without difference between the individual ultrasonic probes. .
[0090]
A rotary transformer 21 is configured to extract signals transmitted to and received from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive rotor. The rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 is attached to a side surface of the rotor frame 50, and the stator-side transformer 23 is attached to the base housing 56 side. Since the rotary transformer 21 has a two-channel structure (channels will be referred to as channels hereinafter), two ring-shaped coil grooves are formed in each of the transformers on the transformer facing surface, and the ring-shaped grooves are formed in the ring-shaped grooves. The windings are arranged on a plane for several turns. The winding of the rotor-side transformer 22 is drawn out to the rotor frame 50 side through a hole 59 formed under the coil grooves 66 and 67 and connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer. Also, the lead wire of the ultrasonic transducer is connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer, and the winding of the rotor-side transformer 22 is electrically connected to the ultrasonic transducer. The stator-side transformer 23 is also provided with ring-shaped coil grooves 69, 70 at positions facing the windings of the rotor-side transformer 22, and a coil 71 (or winding) is arranged in the coil grooves 69, 70 by several turns. The ends of the windings are passed through holes 60 provided in the ring-shaped grooves on the stator transformer side and connected to the FPC 72 on the back side of the stator transformer. The FPC 72 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body using a shielded wire or the like.
In this embodiment, two ultrasonic transducers are used. The code is 1 or 2. Furthermore, since two types of ultrasonic transducers can be mounted, there is an advantage that one ultrasonic probe can be treated as having two different distance resolutions.
[0091]
Generally, the distance resolution improves as the frequency increases, but as the frequency increases, the attenuation of the ultrasonic waves increases, so that diagnosis cannot be performed in a deep part. Since the child can be switched and used, more convenient ultrasonic diagnosis can be performed.
[0092]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 mounted on the rotor frame 50 are mounted at a position 180 degrees away from the drive shaft 9, and ultrasonic waves radiated from one ultrasonic vibrator generate ultrasonic vibrations from the other ultrasonic vibrator. The relative angular position of the two ultrasonic transducers is set to 180 degrees so that the ultrasonic transducer does not receive the ultrasonic signals as noise. The transmitted ultrasonic transducer receives its reflected signal, but if the reflected signal is received by the other ultrasonic transducer, the signal becomes noise, so when using multiple ultrasonic transducers The transmission and reception must be performed by the same ultrasonic transducer, and the reception signal must not be superimposed on the other ultrasonic transducers.
In the case of the rotary transformer 21, countermeasures such as cutting off of a ring or a short ring of a material of the rotary transformer 21, a magnetic material, a leakage magnetic circuit, etc. are made so as to minimize crosstalk. Since crosstalk causes noise in an image, sufficient consideration is required.
[0093]
The ultrasonic transducer has two leads, one is an electric ground (GND), and the other is a signal line. In the ultrasonic probe of the present embodiment, two ultrasonic vibrators are attached to the drive rotor, so there are four lead wires. However, since the electric ground is handled in common, it can be processed as three lead wires. Since the ultrasonic transducers are separated by 180 degrees, the electric ground lines cannot be easily connected to each other. Therefore, they are connected via the FPC 68 provided on the back side of the rotor-side transformer 22. The FPC 68 has lands at four locations, and leads of the ultrasonic vibrator are connected by soldering.
[0094]
The ultrasonic transducer emits an ultrasonic wave based on an electric signal transmitted from the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the input / output line, receives the ultrasonic wave reflected from the subject, and changes the charge amount. The electrical change of the ultrasonic transducer is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the input / output line. Since the electric signal flowing through the input / output line is a frequency signal in the range of 2 kHz to 12 kHz, it becomes a main noise source of unnecessary radiation. In this embodiment, a part of the input / output line is formed of a flexible substrate in the liquid sealing part, and the other part uses a shield line. Since the input and output lines are shielded, they have the effect of countermeasures for unwanted radiation, but cannot be shielded near the rotary transformer. The unnecessary radiation is reduced by examining the position of the electrode at the frequency to be used. That is, the frequency of the ultrasonic transducer is increased from the outer peripheral side to the inner side of the ring-shaped groove.
[0095]
The position information signal line of the drive motor that is rotationally driven in the ultrasonic propagation medium is a signal line for knowing the scanning position of the ultrasonic transducer from the encoder. The information becomes unstable and the control of the drive motor becomes unstable. In order to stabilize the control of the motor, the input / output unit is electrically shielded so as not to affect the noise.
[0096]
A cylindrical core 48 is fixed to the drive shaft 9 (also referred to as a shaft) so as to face the drive magnet 49. The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding.
[0097]
Since the core 48 is a cylindrical core, it is distinguished from a core having a slot and is called a slotless core. The slotless core 48 is provided with an insulating film 62 in a film shape. In this embodiment, the insulating film 62 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin and is used for the purpose of electrical insulation between the winding 61 and the core 48. Since a gap is generated between the wire 61 and the core 48 and the efficiency is reduced, a process for reducing the film thickness as much as possible is adopted. The insulating film can also be formed by spray coating. An electrodeposition coating film on which the insulating film 62 is formed, a vacuum deposition film, or the like is used.
[0098]
The electrodeposition coating film is a film having excellent insulating properties, and can be formed relatively easily industrially.In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, the environment other than air, for example, The motor can be used even in an environment such as oil. When an insulating tape is used for insulation, the adhesive cannot be used in an environment such as oil because the properties of the adhesive deteriorate. However, an electrodeposition coating film can be used in an environment such as oil without any problem.
[0099]
Since a thin film formed by vapor deposition polymerization in a vacuum has a good cover coating ratio at the corners of the core, insulation between the winding and the core can be ensured.
[0100]
The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding. The tap of the winding 61 is connected to a lead wire 64 via a flexible substrate 63 provided on an end face of the core 48, and the lead wire 64 is drawn out of the rotor through a groove of the drive shaft 9.
[0101]
The rotating portion of the drive motor rotates about the drive shaft 9, and the ultrasonic vibrators 1 and 2 attached to the outer peripheral portion of the rotor fume 50 also rotate about the drive shaft 9. The ultrasonic transducers 1 and 2 are also called transducers, and are components that form the core of the ultrasonic probe. An acoustic lens 65 is provided at the tip of each of the ultrasonic vibrators 1 and 2. The acoustic lens 65 effectively utilizes the phenomenon of refraction. Ultrasonic waves have a higher acoustic velocity in a solid than in a liquid. I have. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used.
[0102]
The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are scanned in the radial direction orthogonal to the drive shaft 9 of the drive motor. For this purpose, the beam trajectory plane 11 is orthogonal to the drive shaft 9 but is parallel to the handle axis. Therefore, an ultrasonic tomographic image of the beam trajectory plane 11, which is a plane parallel to the axis of the handle, is obtained. Since the ultrasonic vibrators 1 and 2 are rotated by the drive motor, the beam trajectory plane 11 of the ultrasonic vibrator at that time is a plane orthogonal to the drive shaft 9. As can be seen from FIG. 5, the ultrasonic tomographic image acquisition area in the ultrasonic transducer array direction obtained by transmitting and receiving the ultrasonic waves from the ultrasonic transducer is obstructed by the base housing 56 instead of the entire 360-degree circumference. Only a range of ultrasound images can be obtained. The range represents an ultrasonic scannable area that can be scanned by the ultrasonic transducer. In an actual ultrasonic diagnostic apparatus, the angle is set slightly smaller than the geometric angle in consideration of the reflection problem and the like. This angle is called a scanning angle 73. In this embodiment, the angle is 220 degrees.
[0103]
The base housing 56 is formed of a metal sintered metal by a metal powder injection molding method (Metal Injection Molding = MIM). MIM is based on R.M. E. FIG. Wiech developed the Whitec process, a technology that was put into practical use in 1972, and was able to produce 3D parts with complex shapes with high precision. This method is attracting attention as a metalworking method. For general dimensional tolerances, tolerance is ± 0.05 mm for 10 mm or less, and ± 0.03 mm for specially controlled tolerance. This is comparable to the precision of metal processing, and cannot be obtained by other metal die casting. The base housing 56 of the present embodiment has a complicated three-dimensional shape, requires support rigidity to support the drive motor, and has a stable position of the rotational axis of the ultrasonic vibrator. This is also an important requirement, and the MIM was used for production.
[0104]
Since SUS316 is used as the material, the material is rigid and has little deformation. In addition, since it is non-magnetic, it is not affected by the magnetism of the rotor.
[0105]
The winding 61 of the embodiment is a hexagonal cylindrical winding. This winding is a winding used in a coreless motor, and has a configuration in which the winding is inserted into the outer periphery of a cylindrical core. This is a hexa winding. The hexa winding process consists of winding work, tape temporary fixing work, flat press work, curling work, and annealing work.
4 and 5, the motor lead wire 64 of the drive motor is drawn out of the groove of the drive shaft 9, and the motor lead wire 64 is three since the drive motor has three phases and Δ connection, The individual motor leads are soldered to a predetermined relay amplifier board 14. The power of the drive motor is supplied from the ultrasonic diagnostic apparatus main body. That is, the motor lead is supplied from the main body to the drive motor control drive circuit 19 of the relay box, and the motor lead is transmitted from the coil output portion of the drive motor control drive circuit via the relay adjustment board of the handle, and further via the relay amplifier board. Connected to line 64 (generally identified as U-phase, V-phase, W-phase). The motor lead wire 64 has a small lead wire resistance because a motor driving current flows. That is, the conductor is thickened.
[0106]
According to FIG. 4 and FIG. 5, the configuration is such as a core, an insulating film, a winding, an air gap, a magnet, and a rotor frame from the inside with respect to the center of the drive shaft. That is, the motor has a slotless motor with a core.
[0107]
As shown in FIG. 4, a rotary transformer 21 is provided for extracting signals transmitted to and received from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive rotor. The rotary transformer 21 has the rotor-side transformer 22 mounted on the rotor frame 50 and the stator-side transformer 23 mounted on the base housing 56 side.
[0108]
Since two ultrasonic transducers are mounted, the rotary transformer 21 has a two-channel configuration. Therefore, two ring-shaped grooves are formed in each of the transformers on the transformer facing surface.
[0109]
Coil grooves 66, 67 are formed concentrically on the surface of the rotor-side transformer 21, and a coil having a radius suitable for the grooves is mounted in the coil grooves 66, 67. In order to store the drive motor in the window case, the rotary transformer 21 has a disk shape and is as thin as possible. Depending on the processing method of the coils arranged in the coil grooves 66 and 67, the torque generating space of the motor is reduced, so that the connection of the coil terminals is performed using the flexible substrate 68 so as to reduce the deterioration of the characteristics.
[0110]
Since the rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 can be configured in a thin space, a drive motor for driving a small and lightweight ultrasonic vibrator can be formed, and the drive motor can be built in the tip of the ultrasonic probe. Can be.
[0111]
The stator-side transformer 23 has a two-channel configuration similarly to the rotor-side transformer 22. Two coil grooves 69 and 70 are formed on the transformer-facing surface of the stator-side transformer 23 at radial positions facing the coil grooves on the rotor side, and the coil grooves 69 and 70 have a coil having a radius suitable for the groove. 71 is attached. The coil 71 is fixed to the coil groove by an adhesive material that is a non-magnetic material, and the terminal wire of the coil 71 of the stator-side transformer 23 is drawn out to the back side of the stator-side transformer 23 through a hole 60 formed under the groove. Are connected by soldering to the FPC 72 attached to the back side of the stator-side transformer 23. Via the FPC 72, it is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side. The FPC 72 on the back side of the stator-side transformer 23 is soldered to a shielded wire at a position where there is no hindrance to the support portion of the base housing 56, and is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0112]
By placing the coil drawer on the back, the stator-side transformer can be configured in a thin space, so that a drive motor for driving a small and lightweight ultrasonic vibrator can be made. Can be built into the tip.
[0113]
The operating frequency of the ultrasonic diagnostic apparatus is 1 MHz to 10 MHz, which is higher than that of home electric appliances. Therefore, the material of the transformer used is preferably a material whose initial magnetic permeability μi has a flat frequency characteristic in the range of the used frequency, and a material having a relatively small initial magnetic permeability is used. The initial permeability of the rotary transformer of the ultrasonic diagnostic apparatus is preferably 650 or less.
[0114]
(Example 2)
FIG. 6 is a schematic block diagram showing the whole of an ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention.
[0115]
FIG. 7 shows an external perspective view of the ultrasonic probe.
[0116]
FIG. 8 and FIG. 9 are structural views of the ultrasonic vibrator drive motor in the present embodiment. The difference from the first embodiment is that the output signal of the MR element is amplified by the substrate at the tip of the ultrasonic probe, and the amplified signal is directly connected to the drive motor control drive circuit of the relay box via the handle and the cable. .
[0117]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an ultrasonic probe and a main body system unit. A drive rotor 75 of a drive motor 74 for rotating and driving the ultrasonic transducers 1 and 2 and a base housing 76 for supporting the drive rotor 75 are built in the tip of the ultrasonic probe. A medium volume adjusting mechanism 8 is configured.
[0118]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to the outer peripheral portion of the rotating portion of the drive rotor 75. Therefore, the rotation axes of the ultrasonic vibrators 1 and 2 and the drive shaft 77 of the drive motor 74 are the same axis. The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are emitted in the radial direction (reference numeral 10) with respect to the drive shaft 77. The rotation of the drive rotor 75 causes the beam trajectory surface 11 of the ultrasonic transducers 1 and 2 to be a surface orthogonal to the drive shaft 77. That is, the axis perpendicular to the trajectory plane 11 of the beam is the drive shaft 77 of the drive motor 74.
[0119]
Knowing the rotational position information of the drive motor 74 means knowing the position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the drive rotor 75. The rotational position of the drive rotor 75 can be known by using the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information together with the position means. The reference position means includes a Z-phase pin 78 made of a magnetic material and a Z-phase MR element 79. Since the Z-phase MR element 79 has only one Z-phase pin 78 made of a magnetic material, the Z-phase MR element 79 detects one pulse signal per rotation of the drive rotor 75. Therefore, the reference position of the drive rotor 75 can be known. Since the Z-phase MR signal does not receive noise because the signal level is small, the signal is amplified by the relay board 80 near the motor, and the sine wave signal is subjected to the rectangular wave processing, and the wiring is processed by the long wiring processing of the cable and relayed. Connected to the box drive motor control drive circuit. The Z-phase MR signal subjected to the rectangular wave processing is connected from the relay box to the system main body of the ultrasonic diagnostic apparatus main body. Since the Z-phase signal uses a rising signal of a rectangular wave, a sinusoidal waveform is not necessary for control, so the processing was performed near the motor. Therefore, since the length of the wiring is shortened, it is hard to receive external noise.
[0120]
A magnetic encoder 81 is incorporated as relative position information means. The magnetic encoder 81 includes an encoder magnet 82 on the drive rotor side and an AB phase MR element 83 on the base housing 76 side. The AB phase MR element 83 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive motor can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 82, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB phase MR element 83. For example, since the encoder magnet 82 has 180 magnetic poles, the AB-phase MR signal also has 180 pulses, so that a 180-degree resolution signal per rotation can be obtained as the position information of the drive motor. Since the encoder magnet 82 is rotationally magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. The AB phase signal is also amplified by the relay board 80 near the motor, and the amplified signal is connected to the drive motor control drive circuit 19 of the relay box through the long wiring of the cable. The drive motor is controlled by a microcomputer. The drive motor control drive circuit 19 of the relay box 18 includes a motor drive circuit 206 and a drive control microcomputer (also referred to as a probe CPU) 207.
[0121]
The main unit CPU 38 and the probe CPU 207 exchange information between the main unit and the probe by serial communication in both directions. Command information on the main body side by operating the keyboard 44, trackball 45, or the like of the main body device is transmitted from the main body CPU 38 to the probe CPU 207 by serial communication, and the probe CPU 207 operates the drive motor based on the content of the command information. Since the operation of the drive motor based on the information determined in advance by the probe CPU 207 is guaranteed, the motor drive circuit 206 is controlled by the probe CPU 207. That is, the position information of the drive motor and the position information of the ultrasonic transducer are mainly managed by the probe CPU 207, and the management information is transmitted to the main body CPU. ing. Therefore, both the probe and the main body are managed independently. The drive motor control drive circuit 19 is also provided with a motor protection circuit such as a motor overcurrent protection circuit so that the safety protection function on the probe side can be independently processed. All of these circuits are completed on the probe side.
[0122]
By making the interface specifications between the probe CPU 207 and the main body CPU 38 versatile, connection to probes of other models is possible. In order to be able to connect other types of probes, it is also an object of the present invention, and in order to enable that purpose, the probe side and the main unit side are basically independent. Need to be. By making the interface specification between the probe CPU 207 and the main body CPU 38 versatile, it is possible to cope with the problem.
[0123]
By configuring the microcomputer control drive circuit of the drive motor in the relay box, the design of the main unit system is reduced, and the specifications of the connection between the relay box and the diagnostic device main body are determined in a general manner, so that the probe specifications Can be easily dealt with by changing the software aspect of the diagnostic device. The control unit of the motor that drives the ultrasonic transducer can be performed on the probe side, and the drive motor system can be completed on the probe side. There is no need to configure a motor drive section on the main body side, and the development of the main body is quick, and it is possible to develop devices in accordance with technological advances.
[0124]
In the second embodiment, the handle is provided with a hand switch 6a. During the diagnostic operation with the ultrasonic diagnostic apparatus, there is a case where it is inconvenient to operate the main unit side. Therefore, a switch that allows easy operation at hand is provided on the handle, and the operation content of the hand switch 6a is controlled by the probe CPU 207. The contents of the operation are also transmitted to the main body CPU 38 as information. In the case where the operation is defective, information indicating that the operation cannot be performed is sent from the main body to the probe CPU 207, and the operation may not be performed.
[0125]
The AB-phase amplified signal is subjected to rectangular wave signal processing by the control microcomputer, and is connected to the main body system 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus via the relay box 18. Since it cannot be expressed that there is no positional information in order to display an image, the main body system also needs positional information of the ultrasonic transducer. The number of pulses of the AB-phase rectangular wave is not transmitted to the main body microcomputer, but is transmitted as bit position information using serial communication.
[0126]
The drive motor 74 is rotated in several steps from 300 r / min to 1200 r / min. For example, when the encoder magnet 82 has 180 magnetic poles, the AB phase MR signal also has 180 pulses, so that the number of pulses can be used as it is, but the resolution of the rotational angular position of the ultrasonic transducers 1 and 2 can be improved. If the A-phase and B-phase are multiplied by 4 in order to increase the number, the number of pulses becomes 720 per rotation, which is four times the resolution of the original signal. Since the drive shaft 77 of the drive motor 74 and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, the rotation angle accuracy is good without variation, and the image uses the signal as a trigger. It becomes a good ultrasonic diagnostic image. By performing the interpolation division by the microcomputer, the resolution can be made higher than the resolution of 720.
[0127]
A slip ring 84 is provided at the rotor end of the drive rotor 75 to extract signals from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive motor 74. Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic oscillator 1 (or the ultrasonic oscillator 2) radially enter the center of the ultrasonic oscillator 1 (or the ultrasonic oscillator 2) and enter the living tissue. After a part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, the ultrasonic wave is received by the ultrasonic oscillator 1 (or the ultrasonic oscillator 2), converted into an electric signal, and driven through the slip ring 84. It is taken out of the motor 74 and sent to the amplifier 27 in the system body.
[0128]
The frequency characteristics of the signals from the ultrasonic vibrators 1 and 2 are different from each other, and the ultrasonic vibrator having a higher frequency is called a high-frequency vibrator, and the ultrasonic vibrator having a lower frequency is called a low-frequency vibrator.
[0129]
The base housing 76 that supports the drive rotor 75 is fixed to the probe body mounting base 85. Further, the base housing 76 is formed as an integral member composed of a support portion for supporting the drive rotor 75 and a support portion fixed to the probe main body mounting base 85. The rigidity of the base is increased by being formed as an integral member, and the rigidity of support of the drive motor is increased.
[0130]
The drive rotor 75, the base housing 76, and the relay board 80 are formed at the tip of the ultrasonic probe, and are entirely contained in the ultrasonic propagation medium in the window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency. The ultrasonic wave propagation medium in the window case 24 is depressurized so as not to contain bubbles, degassed, and sealed. A volume adjustment mechanism 8 for the ultrasonic propagation medium is provided so that the pressure of the sealed ultrasonic propagation medium is reduced even if the sealed ultrasonic propagation medium expands due to the environment. The volume adjusting mechanism 8 of the ultrasonic wave propagation medium is formed of a rubber-based elastic bag. The volume adjusting mechanism 8 is formed on the handle 6 of the ultrasonic probe.
[0131]
A drive motor control drive circuit 19 for driving the drive motor is provided in the relay box.
[0132]
Next, the transmission / reception circuit portion of the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described. With respect to two vibrators having different frequency characteristics of the ultrasonic vibrator, the ultrasonic vibrators 1 and 2 are referred to as a high-frequency vibrator and the low-frequency vibrator is referred to as an ultrasonic vibrator for convenience of description. Suppose it is 2.
[0133]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator drive circuit 26, a drive signal is supplied to the corresponding ultrasonic vibrator 1 (or the ultrasonic vibrator 2) via the slip ring 84 corresponding to the frequency. Then, a driving pulse is generated to generate an ultrasonic wave. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2) into the living body.
[0134]
Ultrasonic waves radiated into the living body from the high-frequency vibrator 1 in the case of a high-frequency transmission signal and from the low-frequency vibrator 2 in the case of a low-frequency transmission signal are reflected by tissues in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The signal received by the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2) used at the time of transmission, and a weak reception signal corresponding to the reflection intensity of the ultrasonic echo is amplified by the amplifier 27 in the system main body and then B-mode. To the signal processing circuit. In the B-mode signal processing circuit, the oscillator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 28, detected by a detection circuit 29 for envelope detection, and controlled by a gain control controller 31 to control a gain setter 30 for gain correction. The signal is corrected, the signal is synthesized by the synthesizing circuit 32, A / D converted by the A / D converter 33, and processed by the high-speed image DSP 34. The image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 includes a host CPU 38 that controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, a memory, and a drive circuit of a drive motor, and performs processing instructions. The host CPU 38 supervises the processing as a probe by the input according to the external input operation to the main unit.
[0135]
In FIG. 7, reference numeral 6 denotes a handle, 39 denotes a tip of an ultrasonic probe, and a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency is attached to the tip, and a drive motor and an ultrasonic vibrator are provided. Built-in. The ultrasonic probe is connected to the main body via the relay box 18 at the end of the cable 40. The distal end 39 has a smooth, streamlined cylindrical shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The cable 40 includes an input / output line for connecting the ultrasonic transducers 1 and 2 and the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus, an electric control line for driving and controlling a drive motor, a signal line for an encoder, and a signal line for shock detection. And the like, which is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body and protected by a coating and shielded. The cable 40 is grounded at both ends of the ultrasonic transducer side and the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0136]
The handle has a hand switch 6a for starting and stopping the rotation of the ultrasonic transducer. As a signal line, the switch 6a is connected to a drive motor control drive circuit.
[0137]
FIG. 8 and FIG. 9 are structural views of the ultrasonic vibrator drive motor in the present embodiment. For description, casings such as a window case and a handle are omitted in FIGS.
[0138]
8 and 9, reference numerals 1 and 2 denote ultrasonic transducers, 75 denotes a drive rotor of a drive motor, 76 denotes a base housing, 78 denotes a Z-phase pin made of a magnetic material, 80 denotes a relay board, 81 denotes a magnetic encoder, 82 Is an encoder magnet, 83 is an AB phase MR element, and 84 is a slip ring.
[0139]
The rotating part of the drive motor 74 rotates about the drive shaft 77 of the drive motor, and the ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to the outer periphery of the rotor frame 86. The ultrasonic transducers 1 and 2 are also called transducers, and are components that form the core of the ultrasonic probe. An acoustic lens 87 is provided at the tip of each of the ultrasonic vibrators 1 and 2. The acoustic lens 87 effectively utilizes the phenomenon of refraction. Ultrasonic waves have a higher acoustic velocity in solids than in liquids. I have. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used.
[0140]
The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are scanned in the radial direction orthogonal to the drive shaft 77 of the drive motor. For this purpose, the beam trajectory plane 11 is orthogonal to the drive shaft 77. An ultrasonic tomographic image of the beam trajectory plane 11, which is orthogonal to the drive shaft 77 of the drive motor but parallel to the axis of the handle 6, can be obtained. Since the ultrasonic vibrators 1 and 2 are rotated by the drive motor 74, the beam trajectory surface 11 of the ultrasonic vibrator at that time is a surface orthogonal to the drive shaft 77 of the drive motor. As can be seen from FIG. 9, the ultrasonic tomographic image acquisition area in the ultrasonic transducer array direction obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves from the ultrasonic transducer is obstructed by the base housing 76 instead of the entire 360-degree circumference. Only a range of ultrasound images can be obtained. In that range, the ultrasonic scannable area angle that can be scanned by the ultrasonic transducer is called a scan angle. In an actual ultrasonic diagnostic apparatus, the scan angle is set slightly smaller than the geometric angle in consideration of the problem of reflection and the like. In this embodiment, the angle is 230 degrees.
[0141]
The drive motor 74 has a magnetic material Z-phase pin 78 attached to the outer periphery of a magnetic material rotor frame 86 as reference position means for knowing reference position information. The Z-phase pin 78 is attached by inserting a cylindrical portion into a cylindrical hole provided on the outer periphery of the rotor frame 86, and a cut surface 88 is provided on both sides so as to be at an acute angle with respect to the driving rotation direction. ing. The magnetic flux to the Z-phase pin 78 is obtained from the main magnet of the drive motor 74. A Z-phase MR element 79 (not shown in FIGS. 8 and 9; see FIG. 6) for detecting the Z-phase pin 78 is mounted on the base housing 76 via a magnetic material mounting base. The signal of the Z-phase MR element is connected to the relay board 80 through the Z-phase FPC 89, and is connected to the handle of the ultrasonic probe via a flat lead wire 90. For sealing the ultrasonic propagation medium, a flat lead wire is used because sealing cannot be completely performed with a round lead wire. Use a shielded cable from the flat lead wire to the junction box. This is because the control system is not disturbed by external noise. The relay box is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus body via the relay box. Since the Z-phase pin 78 and the Z-phase MR element are used, and the reference position means has one Z-phase pin 78, the Z-phase MR element detects one pulse signal per rotation of the drive motor. . Since the Z-phase MR signal does not receive noise because the signal level is small, the signal is amplified by the relay board 80 near the motor. The amplified Z-phase signal is subjected to rectangular processing by a comparator circuit included in the motor control drive circuit 19 of the relay box 18. The signal subjected to the rectangular processing in the relay board 80 is not easily affected by external noise. If the rising position of the Z-phase rectangular wave signal is set as the reference position of the drive rotor 75, it becomes the rotation reference position of the drive rotor 75, and further, becomes the rotation reference position of the ultrasonic transducers 1 and 2. If the positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 are determined based on the reference position based on the Z-phase signal, the reference of the rotational position of the ultrasonic transducers 1 and 2 is determined without difference between the individual ultrasonic probes. be able to.
[0142]
Further, a magnetic encoder 81 is incorporated as relative position information means for knowing rotation position information of the drive motor 74. The magnetic encoder 81 includes an encoder magnet 82 on the drive rotor 75 side and an AB phase MR element 83 on the base housing 76 side. The material of the encoder magnet 82 is a plastic magnet, and 12 nylon is used as a base resin.
[0143]
The gap between the encoder magnet 82 and the AB-phase MR element 83 attached to the base housing 76 is set to be very small so that the output of the encoder is not affected by the leakage flux of the main magnet. Since the gap is narrow, it is necessary to reduce the influence of the swelling of the encoder magnet 82 and the like. For this purpose, the encoder magnet 82 is a plastic magnet whose content of ferrite is 79% or more in consideration of the swelling effect because the ferrite content is used in the ultrasonic wave propagation medium. .
[0144]
A magnetic encoder 81 is incorporated as relative position information means, and a position detecting element of the magnetic encoder 81 is an AB phase MR element 83. The AB phase MR element 83 is an MR element capable of obtaining signals of two channels of A phase and B phase, and has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive motor can be obtained from the phase difference. Therefore, most MR elements used in the control encoder have a phase difference of 90 degrees. The AB-phase MR element 83 is arranged to face the outer periphery of the encoder magnet 82 which is rotatably magnetized in multiple poles via a gap.
[0145]
The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet is obtained from the AB phase MR element 83. For example, when the encoder magnet 82 has 90 poles, the AB phase MR signal also has 90 pulses, so that a signal with a resolution of 90 pulses per rotation can be obtained as the position information of the drive motor. Since the encoder magnet 82 is rotationally magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. If the A-phase and B-phase signals are multiplied by four, a signal with a resolution of 360 per rotation can be obtained, so that the angular accuracy between the magnetic poles is very high. Is obtained.
The signal of the AB-phase MR element 83 is amplified by the relay board 80 near the drive rotor 75 through the AB-phase FPC 91, and the AB-phase signal is processed by a long cable, and the motor control drive circuit 19 of the relay box 18 is processed. Connected to.
[0146]
A slip ring 84 is provided to take out transmission / reception signals to the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the rotor frame 83. The slip ring 84 has a required number of electrodes 92 with an insulating material such as an insulating sheet interposed therebetween on the drive motor side, and the electrodes 92 are connected to the ultrasonic vibrators 1 and 2. The electrodes 92 are provided with a brush 93 for contacting and electrically connecting the respective electrodes to a base housing 76 via a brush holder 94 made of an electrically insulating material such as a phenol resin material. Input / output signals from the brush 93 are connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body through the I / OFPC.
[0147]
The electrode 92 is composed of three electrodes, each of which is insulated by an insulating sheet 97 made of polyester.
[0148]
One ultrasonic transducer has two leads, one is an electric ground (GND), and the other is a signal line. In the ultrasonic probe of the present embodiment, two ultrasonic vibrators are attached to the drive rotor 3, so there are four lead wires. However, since the electric ground is handled in common, it can be processed as three lead wires. . Since the ultrasonic transducers are separated by 180 degrees, the electric ground lines cannot be easily connected to each other. Four lead wires protrude from the electrode 92. Two of them emerge from the same electrode about 180 degrees apart.
[0149]
Three electrodes are required for two ultrasonic transducers. Among these three electrodes, an electrode of an electric ground is formed on the window case side, and the frequency of the ultrasonic transducer is increased toward the inside.
The motor wires 95 of the drive motor 74 are drawn out of the shaft groove, and the motor wires 95 are three because the drive motor is three-phase and Δ-connected. Is connected by soldering. The motor wires connected to the relay board 80 are generally distinguished as U-phase, V-phase, and W-phase.
[0150]
Since both ends of the drive rotor 75 are supported by the pillars of the base housing 76, the drive motor is supported at both ends. That is, the rotating body of the ultrasonic transducer is also supported at both ends. The base housing 76 is composed of a support part to be attached to the mounting base of the probe and a support part for supporting the drive rotor 75. The support at the support cannot be easily incorporated because the base housing 76 mounts the drive rotor 75 in the recessed recess. Describing in an assembled state, the drive shaft 77 is covered on both ends of the drive rotor 75 with bearing collars 96, and the bearing collars 96 are engaged and inserted into holes in the support portion of the base housing 76. The drive shaft 77 does not come off from the base housing 76 because of the bearing collar 96. That is, since the ultrasonic vibrator is attached to the outer periphery of the rotor frame of the drive rotor 75 of the double-ended bearing, it is configured between the two bearings of the drive rotor 75. Therefore, the ultrasonic tomographic image is orthogonal to the drive shaft 77.
[0151]
When the drive motor is rotated, scanning is performed about the drive axis, so that an ultrasonic tomographic image is obtained on the drive beam trajectory plane 11 orthogonal to the drive axis 77. The ultrasonic tomographic image is a two-dimensional image. Thus, in the present embodiment, a two-dimensional scanning ultrasonic probe can be realized. For example, an unprecedented wide measurement range in which an ultrasonic tomographic image in a range of 230 degrees can be obtained can be obtained. In addition, when the ultrasonic probe for two-dimensional scanning is inserted into a body cavity and used, an ultrasonic transducer can be arranged at the distal end of the insertion section, so that the insertion section can be made smaller and lighter. It has the advantage of being able to.
[0152]
In this embodiment, two ultrasonic transducers are used. The code is 1 or 2. The frequency characteristics of the signals from the ultrasonic vibrators 1 and 2 are configured to be different from each other, and two types of ultrasonic vibrators, a high-frequency vibrator and a low-frequency vibrator, can be mounted. The acoustic probe can handle two different distance resolutions. Generally, the distance resolution improves as the frequency increases, but as the frequency increases, the attenuation of the ultrasonic waves increases, so that diagnosis cannot be performed in a deep part. Since the child can be switched and used, better ultrasonic diagnosis is possible.
[0153]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 mounted on the rotor frame 86 are mounted at a position 180 degrees away from the drive shaft, and the ultrasonic waves radiated from one ultrasonic vibrator emit the other ultrasonic vibrator. However, two ultrasonic vibrators are attached in pairs of 180 degrees so that the ultrasonic waves are not received and are not included in the ultrasonic reception signal as noise. The transmitted ultrasonic transducer receives its reflected signal, but if the reflected signal is received by the other ultrasonic transducer, the signal becomes noise, so when using multiple ultrasonic transducers In this case, it is necessary to perform transmission and reception by the same ultrasonic transducer, and to prevent reception signals from being transmitted to other ultrasonic transducers. In the case of a slip ring, there is almost no noise effect.
[0154]
The transmission and reception of electric signals between the ultrasonic transducer and the apparatus main body are performed correctly, and an accurate ultrasonic image with less noise can be obtained.
[0155]
The base housing 76 is formed from a metal sintered metal by metal powder injection molding (MIM). In addition to being mechanically complex, it is a small part because it is a drive mechanism that is inserted into the body cavity, and it has a shape that is impossible with general turning, etc., so the base is manufactured by the MIM method, Performance such as strength is sufficiently ensured.
[0156]
Due to the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator, the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor. Therefore, scanning for a two-dimensional ultrasonic image can be compactly configured in the window case. A mechanism can be built in. A drive motor for scanning ultrasonic waves can be made small and lightweight, and an ultrasonic probe having a drive motor built in a window case can be provided. Ultrasonic diagnosis can be performed using the probe, thereby improving the convenience of diagnosis. An ultrasonic diagnostic apparatus capable of performing the above can be provided.
[0157]
As described above, the two-dimensional scanning ultrasonic probe according to the present embodiment is lightweight and small, and the main mechanism of the driving unit is built in the tip of the probe. According to the ultrasonic transducer, a wide-angle ultrasonic tomographic image can be obtained. In addition, when the ultrasonic probe for two-dimensional scanning is used by inserting it into the body cavity, the ultrasonic transducer can be arranged at the distal end of the insertion section, so that the size of the insertion section can be further reduced. Having.
[0158]
The two-dimensional scanning by the two-dimensional scanning ultrasonic probe of the present embodiment is possible, and with the rotation of the drive motor to which the ultrasonic transducer is fixed, the rotation angle signal is transmitted from the encoder on the drive motor side to the ultrasonic diagnosis. The data is transmitted to the apparatus, and a two-dimensional ultrasonic tomographic image is obtained. By firmly attaching the base housing supporting the drive rotor to the attachment portion of the probe, impact resistance is improved.
[0159]
In the case of the second embodiment, the output signal of the MR element is amplified and subjected to rectangular wave processing by the relay board 80 shown in FIG. 6, and the signal is transmitted via a handle and a cable to the drive motor control drive circuit of the relay box. It is also possible to use an ultrasonic probe having a configuration connected to the above.
[0160]
(Example 3)
FIG. 10 is a schematic block diagram showing the whole of an ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention. The external perspective view of the ultrasonic probe is similar to FIG.
[0161]
The difference from the first embodiment is that the substrate for amplifying the output signal of the MR element is configured as the handle of the ultrasonic probe, and when the circuit configuration requires a rectangular wave processing circuit, the circuit is generated by the drive motor control drive circuit in the relay box. However, since the microcomputer is driven, the relative position information is processed into a necessary signal form by the microcomputer.
[0162]
The difference from the second embodiment is that the substrate for amplifying the output signal of the MR element is formed on the handle of the ultrasonic probe.
[0163]
In order to reduce the size of the tip of the ultrasonic probe, the size of the substrate at the tip is reduced by sizing the handle portion. Although many connection lines to the AB-phase MR element and the Z-phase MR element are required, downsizing can be easily achieved although the operation is complicated.
[0164]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment includes an ultrasonic probe and a main body system unit (or main body device). The ultrasonic probe includes a tip, a handle 6, a relay box 18, and a cable 40. A drive motor 3 configured to rotationally drive the ultrasonic transducers 1 and 2 is provided at the tip of the ultrasonic probe. The drive motor 3 includes a drive rotor 4 that rotates together with the ultrasonic vibrator, a base housing 5 that supports the drive rotor 4 is built in, and a handle 6 of the ultrasonic probe has a relay board for a position detection signal of the drive motor. 98 and a volume adjusting mechanism 8 for the ultrasonic wave propagation medium.
[0165]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to an outer peripheral portion of a rotating part of the drive rotor 4. Therefore, the rotation axes of the ultrasonic transducers 1 and 2 and the drive shaft 9 of the drive motor 3 are the same axis. The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are radiated in the radial direction with respect to the drive shaft 9. The beam emission axis 10 on the side of the ultrasonic transducer 1 is illustrated. As the drive rotor 4 rotates, the beam emission axes 10 of the ultrasonic transducers 1 and 2 form a surface, and the trajectory surface 11 becomes a surface orthogonal to the drive shaft 9.
[0166]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 4 means knowing the position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the drive rotor 4. The rotational position of the drive rotor 4 can be known by using both the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means. The reference position means includes a Z-phase pin 99 made of a magnetic material and a Z-phase MR element 100. Since the Z-phase MR element 100 has one Z-phase pin 99 made of a magnetic material, the Z-phase MR element 100 can detect a signal of one pulse for one rotation of the drive rotor 4. Therefore, the reference position of the drive rotor 4 can be known. Since the signal level of the Z-phase MR element signal is small, the signal is amplified by the relay board 98. The amplified signal is connected to the drive motor control drive circuit 19 of the relay box 18 through the long wiring of the cable 40. The drive motor control drive circuit 19 performs rectangular wave processing on the Z-phase MR signal.
[0167]
A magnetic encoder 15 is incorporated as relative position information means. The magnetic encoder 15 includes an encoder magnet 16 on the drive rotor 4 side and an AB phase MR element 17 on the base housing 5 side. The AB phase MR element 17 is an MR element capable of obtaining signals of two channels of A phase and B phase, and has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 4 can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 16, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB-phase MR element 17. For example, since the encoder magnet 16 has 180 magnetic poles, the AB-phase MR signal also has 180 pulses, so that a 180-degree resolution signal per rotation can be obtained as the position information of the drive motor. Since the encoder magnet 16 is rotationally magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. The AB phase signal is also amplified by the relay board 98. The amplified signal passes through a cable 40 and is connected to a drive motor control drive circuit 19 built in the relay box 18. The relay box 18 is connected to a system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and also supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit 19.
[0168]
The drive motor 3 is rotated in several steps from 300 r / min to 1800 r / min. For example, when the encoder magnet 16 has 180 magnetic poles, the AB phase MR signal also has 180 pulses, so that the number of pulses can be used as it is, but the resolution of the rotational angle positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 can be improved. If the A-phase and B-phase are multiplied by 4 in order to increase the number, the number of pulses becomes 720 per rotation, which is four times the resolution of the original signal. Since the drive shaft 9 of the drive motor 3 and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, the rotation angle accuracy is good without variation and the image quality is quite good when the signal is used as a trigger. It becomes an ultrasonic diagnostic image.
[0169]
A rotary transformer 21 is configured to extract signals from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive motor 3. The rotary transformer 21 includes a rotor-side transformer 22 and a stator-side transformer 23. The rotor-side transformer 22 is configured at a rotor end on the drive rotor 4 side. The signal line of the rotor-side transformer 22 is connected to the ultrasonic transducers 1 and 2. Connected. The stator side transformer 23 is fixed to the base housing 5 side, and the signal line of the stator side transformer 23 is connected to the relay box 18 through the handle 6 and the cable from the tip of the ultrasonic probe, and the relay box 18 is mounted on the main body. Then, the signal of the ultrasonic transducer is connected to the circuit side of the main body.
[0170]
Since the rotary transformer 21 can transmit signals in a non-contact manner, the load acting on the drive motor is very small as compared with the contact type slip ring. Therefore, the rotary transformer 21 is designed to be used in the case of a small drive motor.
[0171]
Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic oscillator 1 (or the ultrasonic oscillator 2) radially enter the center of the ultrasonic oscillator 1 (or the ultrasonic oscillator 2) and enter the living tissue. A part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, received by the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2), converted into an electric signal, and driven through the rotary transformer 21. It is taken out of the motor and sent to the amplifier in the system body.
[0172]
The frequency characteristics of the signals from the ultrasonic vibrators 1 and 2 are configured to be different from each other, and the ultrasonic vibrator having a higher frequency is referred to as a high frequency vibrator and the lower frequency is referred to as a low frequency vibrator. I do.
[0173]
A base housing 5 supporting the drive rotor 4 is fixed to a mounting base of the probe main body. Further, the base housing 5 is formed as an integral member composed of a supporting portion for supporting the driving rotor 4 and a supporting portion fixed to a mounting base for the probe main body. The base rigidity is increased to increase the support rigidity of the drive motor.
[0174]
The drive rotor 4 and the base housing 5 are formed at the tip of the ultrasonic probe, and are entirely contained in an ultrasonic wave propagation medium in a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency. The ultrasonic wave propagation medium in the window case 24 is depressurized so as not to contain bubbles, degassed, and sealed. A volume adjustment mechanism 8 for the ultrasonic propagation medium is provided so that the pressure of the sealed ultrasonic propagation medium is reduced even if the sealed ultrasonic propagation medium expands due to the environment. The volume adjusting mechanism 8 of the ultrasonic wave propagation medium is formed of a rubber-based elastic bag. The volume adjusting mechanism 8 and the relay board 98 are formed on the handle 6 of the ultrasonic probe.
[0175]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described. For two vibrators having different frequency characteristics of the ultrasonic vibrator, signal lines are different for high frequency and low frequency. In FIG. 1, it is assumed that the high-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 1 and the low-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 2 for convenience of explanation.
[0176]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator drive circuit 26, a drive signal is supplied to the corresponding ultrasonic vibrator 1 (or ultrasonic vibrator 2) via the rotary transformer 21 corresponding to the frequency. Then, a driving pulse is generated to generate an ultrasonic wave. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2) into the living body.
[0177]
Ultrasonic waves radiated into the living body from the high-frequency vibrator 1 in the case of a high-frequency transmission signal and from the low-frequency vibrator 2 in the case of a low-frequency transmission signal are reflected by tissues in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The received signal which is received by the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2) used at the time of transmission, and is weakly equivalent to the reflection intensity of the ultrasonic echo, is amplified by the amplifier 27 in the system main body 20 and then B It is sent to the mode signal processing circuit. In the B-mode signal processing circuit, the oscillator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 28, detected by a detection circuit 29 for envelope detection, and controlled by a gain control controller 31 to control a gain setter 30 for gain correction. The signal is corrected, the signal is synthesized by the synthesizing circuit 32, A / D converted by the A / D converter 33, and processed by the high-speed image DSP 34. The seat image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 of the main unit has a host CPU 38 that controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, memory, position information of a drive motor, motor drive, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 38 supervises the processing as an ultrasonic probe by an input according to an external input operation to the main unit.
[0178]
At the tip of the ultrasonic probe, a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency is attached to the tip, and the tip of the ultrasonic probe has a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like built therein. The tip of the ultrasonic probe and the handle 6 are connected by a hard housing, and the direction of the tip can be determined by holding the handle 6 by hand.
[0179]
Since the relay substrate is not formed at the tip of the ultrasonic probe and the relay substrate 98 is formed at the handle 6, the volume of the tip can be reduced, and the amount of the ultrasonic wave propagation medium that seals the tip with liquid can be reduced. Therefore, the weight of the tip can be reduced. Since a structure that does not use a substrate can be formed in the ultrasonic wave propagation medium, the stacking density of the substrate and the mounting density of components can be increased, and the relay substrate can be reduced in size. Since the handle can be made small, the weight of the ultrasonic probe can be reduced, and diagnostic workability is further improved.
[0180]
The drive motor of the embodiment is controlled by microcomputer control. The drive motor control drive circuit 19 of the relay box 18 includes a motor drive circuit 206 and a probe CPU 207.
[0181]
The main unit CPU 38 and the probe CPU 207 exchange information between the main unit and the probe by serial communication in both directions. The command information of the main unit is transmitted from the main CPU 38 to the probe CPU 207 by serial communication, and the probe CPU 207 operates the drive motor based on the contents of the command information. The position information of the drive motor, the position information of the ultrasonic transducer, and the like are mainly managed by the probe CPU 207, and the management information is transmitted to the main body CPU, and the main body side also shares the information of the probe tip. . In order to manage the shared information, an interface specification between the probe CPU 207 and the main body CPU 38 is determined. Even if the interface specification is a probe of another model, if it is determined by the same specification, connection to a probe of another model is possible. By arranging the interface specifications to be versatile, compatibility with other types of probes can be achieved. It's pretty original in the medical field.
[0182]
By configuring the drive motor control drive circuit 19 in the relay box 18, the design of the main body system is reduced, and the specification of the connection between the relay box 18 and the diagnostic apparatus main body is determined in general, so that the probe Even if the specifications are different, it can be easily handled by changing the software aspect of the diagnostic device. The control unit of the motor that drives the ultrasonic transducer can be performed on the probe side, and the drive motor system can be completed on the probe side.
[0183]
FIG. 11 is a cross-sectional view of a slotless motor with a core using hexagonal cylindrical windings in this embodiment.
[0184]
FIG. 12 is a side view of this slotless motor with a core. This slotless motor with a core is a rotationless control brushless motor, and is a sensorless drive type outer rotor rotation type. The motor of this embodiment is an ultrasonic transducer drive motor, and is an example of a motor mounted on the tip of a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus. For explanation, casings such as a window case and a handle are omitted in FIGS. 11 and 12.
[0185]
11 and 12, the core 48 is on the fixed side, and the rotor frame 103 with the drive magnet 49 is on the rotating side. The rotor frame 103 has an oval shape, and two semicircular drive magnets 49 are mounted inside the rotor frame 103 so as to face each other. Ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to the outer peripheral surface of the rotor frame 103 which is flat and flat. Therefore, when the rotor frame 103 rotates around the drive shaft 9, the ultrasonic vibrators 1 and 2 mounted on the rotor frame 103 also rotate around the drive shaft 9. Rotor side plates 104 and 105 are provided on both sides of the rotor frame 103. The rotor side plate 104 is on the rotary transformer 21 side, and the rotor side plate 105 is on the encoder side. The rotor side plate 104 is provided on a bearing boss 53, and the bearing 51 is attached to the bearing boss 53. Further, the rotor side plate 104 has a spigot portion 106 for engaging and fixing the rotor side transformer 22, and also fixing the portion on the outer peripheral side end surface to assemble the bearing 51 so as to reduce the surface runout. The other bearing 52 is attached to the rotor side plate 105. The rotor side plates 104 and 105 are fitted and inserted into the rotor frame 103, and are rotatably supported by bearings 51 and 52 attached thereto.
[0186]
In order to control the motor, an encoder magnet 16 is attached to the rotor side plate 105, and a large number of magnetic poles are magnetized on the surface of the encoder magnet 16 at equal intervals. The AB phase MR element 17 is mounted on a magnetic material mounting base 55 so as to face the outer circumference of the encoder magnet 16, and the mounting base 55 is mounted on the base housing 56. The AB phase MR element 17 is arranged and fixed by providing a gap.
[0187]
Further, a magnetic encoder is incorporated as relative position information means for knowing rotation position information of the drive rotor. The magnetic encoder includes an encoder magnet 16 on the drive rotor side and an AB phase MR element 17 on the base housing 56 side. The material of the encoder magnet 16 is a plastic magnet, and 12 nylon is used as a base resin.
[0188]
The gap between the encoder magnet 16 and the AB-phase MR element 17 is set to be very small so that the influence of the leakage magnetic flux of the drive magnet 49 is not affected by the encoder output. Since the gap is narrow, it is necessary to reduce the influence of swelling of the encoder magnet 16, cutting runout, assembly runout, and the like. The assembling process is performed with the encoder magnet 16 adhered and fixed to the rotor side plate 105 to reduce the runout due to the components.
[0189]
A magnetic encoder is incorporated as relative position information means, and the position detecting element of the magnetic encoder is an AB phase MR element 17. The AB phase MR element 17 is an MR element capable of obtaining signals of two channels of A phase and B phase, and has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor can be obtained from the phase difference. Therefore, the rotational position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the rotor frame 103 can be known. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 16 magnetized in multiple poles by the rotary magnetizer and the AB-phase MR element 17 is about 50 μm, and is driven in the ultrasonic wave propagation medium. If it gets into the gap, it is assembled after washing with oil. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 16 is detected from the AB phase MR element 17, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0190]
The signal of the AB phase MR element 17 is amplified by a relay board on the handle. The relay board is connected to a drive motor control drive circuit built in the relay box through a cable, and the relay box is mounted on the ultrasonic diagnostic apparatus main body to supply power to the drive motor control drive circuit. Also, depending on the device, the rectangular wave signal of the MR signal may be connected to the system body side to transmit pulse information. In this case, the microcomputer control drive circuit converts the rectangular wave signal from the MR amplified signal into a rectangular wave signal. Or create it as output from a microcomputer. When a microcomputer is mounted, the position information of the ultrasonic transducer may be processed from the AB-phase MR amplification signal and converted into serial communication information to exchange the position information.
[0191]
A magnetic material Z-phase pin 99 is attached to the outer periphery of the magnetic material rotor frame 103 as reference position means for knowing reference position information. The Z-phase pin 99 is mounted not on the intermediate portion of the rotor frame 103 but on the side near the encoder magnet. The Z-phase pin 99 is attached by inserting a cylindrical portion into a cylindrical hole provided on the outer periphery of the rotor frame 103, and a cut surface 107 is provided on both sides so as to be at an acute angle with respect to the driving rotation direction. I have. The magnetic flux to the Z-phase pin 99 is obtained from the drive magnet 49. A Z-phase MR element 100 for detecting a Z-phase pin 99 is mounted on an angle 102 of a base housing 56 via a mounting table 101 made of a magnetic material. The signal of the Z-phase MR element 100 is connected to the relay board of the handle. From the relay board, the shield cable is connected to the control drive board of the drive motor in the relay box. The relay box is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0192]
The Z-phase MR element 100 is composed of a magnetic material Z-phase pin 99 and a Z-phase MR element 100, and the reference position means has one Z-phase pin 99. A signal is detected. Since the signal level of the Z-phase MR signal is small, the signal is amplified by the relay board of the handle. The Z-phase signal after the amplification is subjected to rectangular processing by a comparator circuit. The signal subjected to the rectangular processing is a rectangular wave signal, and is less susceptible to external noise. If the rising position of the Z-phase comparator signal is set to the reference position of the drive rotor, it becomes the rotation reference position of the drive motor, and also the rotation reference position of the ultrasonic transducers 1 and 2. If the positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 are determined based on the reference position by the Z-phase signal, the reference of the rotational position of the ultrasonic transducer can be determined without difference between the individual ultrasonic probes. .
[0193]
A rotary transformer 21 is configured to extract signals transmitted to and received from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive rotor. The rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 is attached to a rotor-side plate 104 attached to a side surface of the rotor frame 103. The stator transformer 23 is mounted on the base housing 56 side. Since the rotary transformer 21 has a two-channel configuration, two ring-shaped coil grooves are formed in each of the transformers on the surface facing the transformer, and the windings are arranged in a plane of several turns in the ring-shaped grooves. Have been. The winding of the rotor-side transformer 22 is drawn out to the rotor-side plate 104 side through a hole 59 formed under the coil grooves 66 and 67 and connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer. Also, the lead wire of the ultrasonic transducer is connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer, and the winding of the rotor-side transformer 22 is electrically connected to the ultrasonic transducer. The stator-side transformer 23 also has ring-shaped coil grooves 69 and 70 at positions facing the windings of the rotor-side transformer 22, and windings 71 are arranged in the coil grooves 69 and 70 for several turns. Is connected to the FPC 72 on the back side of the stator side transformer by passing through a hole 60 provided at the back of the ring groove on the stator side. The FPC 72 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body using a shielded wire or the like.
[0194]
In this embodiment, two ultrasonic transducers are used. The code is 1 or 2. Furthermore, since two types of ultrasonic transducers can be mounted, there is an advantage that one ultrasonic probe can be treated as having two different distance resolutions. .
[0195]
Generally, the distance resolution improves as the frequency increases, but as the frequency increases, the attenuation of the ultrasonic waves increases, so that diagnosis cannot be performed in a deep part. Since the child can be switched and used, more convenient ultrasonic diagnosis can be performed.
[0196]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 mounted on the rotor frame 103 are mounted at a position 180 degrees away from the drive shaft 9, and the ultrasonic waves radiated from one ultrasonic vibrator cause the other ultrasonic vibration The relative angular position of the two ultrasonic transducers is set to 180 degrees so that the ultrasonic transducers do not receive the ultrasonic signals as noise. The transmitted ultrasonic transducer receives its reflected signal, but if the reflected signal is received by the other ultrasonic transducer, the signal becomes noise, so when using multiple ultrasonic transducers The transmission and reception must be performed by the same ultrasonic vibrator, and it is necessary to prevent reception signals from being applied to other ultrasonic vibrators.
[0197]
The ultrasonic transducer has two leads, one is an electric ground (GND), and the other is a signal line. In the ultrasonic probe of the present embodiment, two ultrasonic vibrators are attached to the drive rotor, so there are four lead wires. However, since the electric ground is handled in common, it can be processed as three lead wires. Since the ultrasonic transducers are separated by 180 degrees, the electric ground lines cannot be easily connected to each other. Therefore, they are connected via the FPC 68 provided on the back side of the rotor-side transformer 22. The FPC 68 has lands at four locations, and leads of the ultrasonic vibrator are connected by soldering.
[0198]
The ultrasonic transducer emits an ultrasonic wave based on an electric signal transmitted from the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the input / output line, receives the ultrasonic wave reflected from the subject, and changes the charge amount. The electrical change of the ultrasonic transducer is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the input / output line. Since the electric signal flowing through the input / output line is a frequency signal in the range of 2 kHz to 12 kHz, it becomes a main noise source of unnecessary radiation. In this embodiment, a part of the input / output line is formed of a flexible substrate in the liquid sealing part, and the other part uses a shield line. Since the input and output lines are shielded, they have the effect of countermeasures for unwanted radiation, but cannot be shielded near the rotary transformer. The unnecessary radiation is reduced by examining the position of the electrode at the frequency to be used. That is, the frequency of the ultrasonic transducer is increased from the outer peripheral side to the inner side of the ring-shaped groove.
[0199]
The position information signal line of the drive motor that is rotationally driven in the ultrasonic propagation medium is a signal line for knowing the scanning position of the ultrasonic transducer from the encoder. The information becomes unstable and the control of the drive motor becomes unstable. In order to stabilize the control of the motor, the input / output unit is electrically shielded so as not to affect the noise.
[0200]
A cylindrical core 48 is fixed to the drive shaft 9 so as to face the drive magnet 49. The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding.
Since the core 48 is a cylindrical core, it is distinguished from a core having a slot and is called a slotless core. The slotless core 48 is provided with an insulating film 62 in a film shape. In this embodiment, the insulating film 62 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin and is used for the purpose of electrical insulation between the winding 61 and the core 48. Since a gap is generated between the wire 61 and the core 48 and the efficiency is reduced, a process for reducing the film thickness as much as possible is adopted.
[0201]
The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding. The tap of the winding 61 is connected to a lead wire 64 via a flexible substrate 63 provided on an end face of the core 48, and the lead wire 64 is drawn out of the rotor through a groove of the drive shaft 9.
[0202]
The rotating portion of the drive motor rotates about the drive shaft 9, and the ultrasonic vibrators 1 and 2 attached to the outer periphery of the rotor fume 103 also rotate about the drive shaft 9. The ultrasonic transducers 1 and 2 are also called transducers, and are components that form the core of the ultrasonic probe. An acoustic lens 65 is provided at the tip of each of the ultrasonic vibrators 1 and 2. The acoustic lens 65 effectively utilizes the phenomenon of refraction. Ultrasonic waves have a higher acoustic velocity in a solid than in a liquid. I have. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used.
[0203]
The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are scanned in the radial direction orthogonal to the drive shaft 9 of the drive motor. For this purpose, the beam trajectory plane 11 is orthogonal to the drive shaft 9 but is parallel to the handle axis. Therefore, an ultrasonic tomographic image of the beam trajectory plane 11, which is a plane parallel to the axis of the handle, is obtained. Since the ultrasonic vibrators 1 and 2 are rotated by the drive motor, the beam trajectory plane 11 of the ultrasonic vibrator at that time is a plane orthogonal to the drive shaft 9. The ultrasonic tomographic image acquisition area in the ultrasonic transducer array direction obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves from the ultrasonic transducer is not obstructed by the 360-degree entire circumference but by the base housing 56, and only a certain range of ultrasonic images can be obtained. I can't. The range represents an ultrasonic scannable area that can be scanned by the ultrasonic transducer. In an actual ultrasonic diagnostic apparatus, the angle is set slightly smaller than the geometric angle in consideration of the reflection problem and the like. This angle is called a scanning angle 73. The beam trajectory plane 11 at the scanning angle 73 has an angle of 220 degrees in this embodiment.
[0204]
The base housing 56 is formed from a sintered metal metal by a metal powder injection molding method. The base housing 56 of the present embodiment has a complicated three-dimensional shape, requires support rigidity to support the drive motor, and has a stable position of the rotational axis of the ultrasonic vibrator. This is also an important requirement, and the MIM was used for production.
[0205]
11 and 12, the motor lead wire 64 of the drive motor is drawn out of the groove of the shaft 9, and the motor lead wire 64 is three since the drive motor is three-phase and Δ-connected. The individual motor leads are soldered to the relay board 98 of the handle. The power of the drive motor is supplied from the ultrasonic diagnostic apparatus main body. That is, the motor leads 64 (generally U-phase, generally U-phase, (Identified as V-phase and W-phase). The motor lead wire 64 has a small lead wire resistance because a motor driving current flows. That is, the conductor is thickened.
[0206]
As shown in FIG. 11, a rotary transformer 21 is provided for extracting transmission / reception signals to and from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive rotor. In the rotary transformer 21, the rotor-side transformer 22 is attached to the rotor-side plate 104, and the stator-side transformer 23 is attached to the base housing 56 side.
[0207]
Since two ultrasonic transducers are mounted, the rotary transformer 21 has a two-channel configuration. Therefore, two ring-shaped grooves are formed in each of the transformers on the transformer facing surface.
[0208]
Coil grooves 66 and 67 are formed concentrically on the surface of the rotor-side transformer 22, and a coil having a radius suitable for the grooves is mounted in the coil grooves 66 and 67. In order to store the drive motor in the window case, the rotary transformer 21 has a disk shape and is as thin as possible. Depending on the processing method of the coils arranged in the coil grooves 66 and 67, the torque generating space of the motor is reduced, so that the connection of the coil terminals is performed using the flexible substrate 68 so as to reduce the deterioration of the characteristics.
[0209]
Since the rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 can be configured in a thin space, a drive motor for driving a small and lightweight ultrasonic vibrator can be formed, and the drive motor can be built in the tip of the ultrasonic probe. Can be.
[0210]
The stator-side transformer 23 has a two-channel configuration similarly to the rotor-side transformer 22. Two coil grooves 69 and 70 are formed on the transformer-facing surface of the stator-side transformer 23 at radial positions facing the coil grooves on the rotor side, and the coil grooves 69 and 70 have a coil having a radius suitable for the groove. 71 is attached. The coil 71 is fixed to the coil groove by an adhesive material that is a non-magnetic material, and the terminal wire of the coil 71 of the stator-side transformer 23 is drawn out to the back side of the stator-side transformer 23 through a hole 60 formed under the groove. Are connected by soldering to the FPC 72 attached to the back side of the stator-side transformer 23. Via the FPC 72, it is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side. The FPC 72 on the back side of the stator-side transformer 23 is soldered to a shielded wire at a position where there is no hindrance to the support portion of the base housing 56, and is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0211]
By placing the coil drawer on the back, the stator-side transformer can be configured in a thin space, so that a drive motor for driving a small and lightweight ultrasonic vibrator can be made. Can be built into the tip.
[0212]
(Example 4)
FIG. 13 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention. The external perspective view of the ultrasonic probe is similar to FIG.
[0213]
The difference between the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment is that a circuit for amplifying the output signal of the MR element is formed on a substrate in a relay box of the ultrasonic probe. In order to make the tip of the ultrasonic probe and the handle smaller, the one that can be arranged in the relay box is an example in which it is configured.
[0214]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an ultrasonic probe and a main body system unit (or main body device). The ultrasonic probe includes a tip, a handle 6, a relay box 18, and a cable 40. A drive motor 3 configured to rotationally drive the ultrasonic transducers 1 and 2 is provided at the tip of the ultrasonic probe. The drive motor 3 includes a drive rotor 4 that rotates together with the ultrasonic vibrator, a base housing 5 that supports the drive rotor 4 is built in, and a handle 6 of the ultrasonic probe has a volume adjustment mechanism 8 for the ultrasonic propagation medium. Are configured.
[0215]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to an outer peripheral portion of a rotating part of the drive rotor 4. Therefore, the rotation axes of the ultrasonic transducers 1 and 2 and the drive shaft 9 of the drive motor 3 are the same axis. The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are radiated in the radial direction with respect to the drive shaft 9. The beam emission axis 10 on the side of the ultrasonic transducer 1 is illustrated.
[0216]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 4 means knowing the position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the drive rotor 4. The rotational position of the drive rotor 4 can be known by using both the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means. The reference position means includes a Z-phase pin 109 made of a magnetic material and a Z-phase MR element 110. Since the Z-phase MR element 110 has only one Z-phase pin 109 made of a magnetic material, the Z-phase MR element 110 can detect one pulse signal per rotation of the drive rotor 4. Therefore, the reference position of the drive rotor 4 can be known. The output signal of the Z-phase MR element is connected from the tip of the ultrasonic probe via a handle and a cable to a drive motor control drive circuit 19 formed in a relay box 18, and the amplified rectangular processing of the drive motor control drive circuit 19 is performed. The signal is amplified by the circuit 108, subjected to rectangular processing, connected to the motor drive circuit 206 and the probe CPU 207, and transmitted from the probe CPU 207 to the host CPU 38 of the main body system as a signal-processed information amount.
[0219]
A magnetic encoder 15 is incorporated as relative position information means. The magnetic encoder 15 includes an encoder magnet 16 on the drive rotor 4 side and an AB phase MR element 17 on the base housing 5 side. The AB phase MR element 17 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 4 can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 16, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB-phase MR element 17. For example, since the encoder magnet 16 has 180 magnetic poles, the AB-phase MR signal also has 180 pulses, so that a 180-degree resolution signal per rotation can be obtained as the position information of the drive motor. Since the encoder magnet 16 is rotationally magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high.
[0218]
The output signal of the AB phase MR element is also connected from the tip of the ultrasonic probe to the drive motor control drive circuit 19 formed in the relay box 18 via the handle and the cable. The circuit 108 amplifies and performs rectangular processing, connects to the motor drive circuit 206 and the probe CPU 207, converts the position information into serial information by the probe CPU 207, and transmits the signal information to the host CPU 38 of the main system as a communication form.
[0219]
The relay box 18 is connected to a system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit 19.
[0220]
A rotary transformer 21 is configured to extract signals from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive motor 3. The rotary transformer 21 includes a rotor-side transformer 22 and a stator-side transformer 23. The rotor-side transformer 22 is provided at a rotor end on the drive rotor 4 side. The signal line of the rotor-side transformer 22 is connected to the ultrasonic transducers 1 and 2. Connected. The stator side transformer 23 is fixed to the base housing 5 side, and the signal line of the stator side transformer 23 is connected to the relay box 18 through the handle 6 and the cable from the tip of the ultrasonic probe, and the relay box 18 is mounted on the main body. Then, the signal of the ultrasonic transducer is connected to the circuit side of the main body.
[0221]
Since the rotary transformer 21 can transmit signals in a non-contact manner, the load acting on the drive motor is very small as compared with the contact type slip ring. Therefore, the rotary transformer 21 is designed to be used in the case of a small drive motor.
[0222]
Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic oscillator 1 (or the ultrasonic oscillator 2) radially enter the center of the ultrasonic oscillator 1 (or the ultrasonic oscillator 2) and enter the living tissue. A part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, received by the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2), converted into an electric signal, and driven through the rotary transformer 21. It is taken out of the motor and sent to the amplifier in the system body.
[0223]
The frequency characteristics of the signals from the ultrasonic vibrators 1 and 2 are configured to be different from each other, and the ultrasonic vibrator having a higher frequency is referred to as a high frequency vibrator and the lower frequency is referred to as a low frequency vibrator. I do.
[0224]
A base housing 5 supporting the drive rotor 4 is fixed to a mounting base of the probe main body. Further, the base housing 5 is formed as an integral member composed of a supporting portion for supporting the driving rotor 4 and a supporting portion fixed to a mounting base for the probe main body. The base rigidity is increased to increase the support rigidity of the drive motor.
[0225]
The drive rotor 4 and the base housing 5 are formed at the tip of the ultrasonic probe, and are entirely contained in an ultrasonic wave propagation medium in a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency. The ultrasonic wave propagation medium in the window case 24 is depressurized so as not to contain bubbles, degassed, and sealed. A volume adjustment mechanism 8 for the ultrasonic propagation medium is provided so that the pressure of the sealed ultrasonic propagation medium is reduced even if the sealed ultrasonic propagation medium expands due to the environment. The volume adjusting mechanism 8 of the ultrasonic wave propagation medium is formed of a rubber-based elastic bag. The volume adjusting mechanism 8 is formed on the handle 6 of the ultrasonic probe.
[0226]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described. For two vibrators having different frequency characteristics of the ultrasonic vibrator, signal lines are different for high frequency and low frequency. In FIG. 13, it is assumed that the high-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 1 and the low-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 2 for convenience of explanation.
[0227]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator drive circuit 26, a drive signal is supplied to the corresponding ultrasonic vibrator 1 (or ultrasonic vibrator 2) via the rotary transformer 21 corresponding to the frequency. Then, a driving pulse is generated to generate an ultrasonic wave. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2) into the living body.
[0228]
Ultrasonic waves radiated into the living body from the high-frequency vibrator 1 in the case of a high-frequency transmission signal and from the low-frequency vibrator 2 in the case of a low-frequency transmission signal are reflected by tissues in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The received signal which is received by the ultrasonic transducer 1 (or the ultrasonic transducer 2) used at the time of transmission, and is weakly equivalent to the reflection intensity of the ultrasonic echo, is amplified by the amplifier 27 in the system main body 20 and then B It is sent to the mode signal processing circuit. In the B-mode signal processing circuit, the oscillator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 28, detected by a detection circuit 29 for envelope detection, and controlled by a gain control controller 31 to control a gain setter 30 for gain correction. The signal is corrected, the signal is synthesized by the synthesizing circuit 32, A / D converted by the A / D converter 33, and processed by the high-speed image DSP 34. The seat image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 of the main unit has a host CPU 38 that controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, memory, position information of a drive motor, motor drive, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 38 supervises the processing as an ultrasonic probe by an input according to an external input operation to the main unit.
[0229]
At the tip of the ultrasonic probe, a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency is attached to the tip, and the tip of the ultrasonic probe has a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like built therein. The tip of the ultrasonic probe and the handle 6 are connected by a hard housing, and the direction of the tip can be determined by holding the handle 6 by hand.
[0230]
Since the relay board is not configured on the tip or handle of the ultrasonic probe, the volume of the tip can be reduced, and the amount of the ultrasonic propagation medium that seals the tip can be reduced. Can be reduced in weight. Since a structure that does not use a substrate can be formed in the ultrasonic wave propagation medium, the lamination density of the substrate and the mounting density of components can be increased, and the substrate can be downsized. Since the handle can be made small, the weight of the ultrasonic probe can be reduced, and diagnostic workability is further improved.
[0231]
By configuring the drive motor control drive circuit 19 in the relay box 18, the design of the main body system is reduced, and the specification of the connection between the relay box 18 and the diagnostic apparatus main body is determined in general, so that the probe Even if the specifications are different, it can be easily handled by changing the software aspect of the diagnostic device. The control unit of the motor that drives the ultrasonic transducer can be performed on the probe side, and the drive motor system can be completed on the probe side.
[0232]
FIG. 14 is a cross-sectional view of a slotless motor with a core using hexagonal cylindrical windings in this embodiment. The slotless motor with a core is a servo-controlled brushless motor, and is a sensorless drive type outer rotor rotating type. The motor of this embodiment is an ultrasonic transducer drive motor, and is an example of a motor mounted on the tip of a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus. For the sake of explanation, casings such as a window case and a handle are omitted in FIG.
[0233]
In FIG. 14, the core 48 is on the fixed side, and the rotor frame 113 with the drive magnet 49 is on the rotating side. The rotor frame 113 has an oval shape, and two semicircular drive magnets 49 are mounted inside the rotor frame 113 so as to face each other. Ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to the outer peripheral surface of the rotor frame 113 which is flat and flat. Therefore, when the rotor frame 113 rotates about the drive shaft 9, the ultrasonic vibrators 1 and 2 mounted on the rotor frame 113 also rotate about the drive shaft 9. Rotor side plates 104 and 105 are provided on both sides of the rotor frame 113. The rotor side plate 104 is on the rotary transformer 21 side, and the rotor side plate 105 is on the encoder side. The rotor side plate 104 is provided on a bearing boss 53, and the bearing 51 is attached to the bearing boss 53. Further, the rotor side plate 104 has a spigot portion 106 for engaging and fixing the rotor side transformer 22, and also fixing the portion on the outer peripheral side end surface to assemble the bearing 51 so as to reduce the surface runout. The other bearing 52 is attached to the rotor side plate 105. The rotor side plates 104 and 105 are fitted and inserted into the rotor frame 113, and are rotatably supported by bearings 51 and 52 attached thereto.
[0234]
In order to control the motor, an encoder magnet 16 is attached to the rotor side plate 105, and a large number of magnetic poles are magnetized on the surface of the encoder magnet 16 at equal intervals. The AB phase MR element 17 is mounted on a magnetic material mounting base 55 so as to face the outer circumference of the encoder magnet 16, and the mounting base 55 is mounted on the base housing 56. The AB phase MR element 17 is arranged and fixed by providing a gap.
[0235]
Further, a magnetic encoder is incorporated as relative position information means for knowing rotation position information of the drive rotor. The magnetic encoder includes an encoder magnet 16 on the drive rotor side and an AB phase MR element 17 on the base housing 56 side.
[0236]
A magnetic encoder is incorporated as relative position information means, and the position detecting element of the magnetic encoder is an AB phase MR element 17. The AB phase MR element 17 is an MR element capable of obtaining signals of two channels of A phase and B phase, and has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor can be obtained from the phase difference. Therefore, the rotational position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the rotor frame 113 can be known. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 16 magnetized in multiple poles by the rotary magnetizer and the AB-phase MR element 17 is about 50 μm, and is driven in the ultrasonic wave propagation medium. If they get into the gaps, they are oil-washed before being assembled. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 16 is detected from the AB phase MR element 17, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0237]
A magnetic material Z-phase pin 109 is attached to the outer periphery of the magnetic material rotor frame 113 as reference position means for knowing reference position information. The Z-phase pin 109 is mounted not on the intermediate portion of the rotor frame 113 but on the side near the encoder magnet. The Z-phase pin 109 is attached by inserting a cylindrical portion into a cylindrical hole provided on the outer periphery of the rotor frame 113, and the side facing the element has an inclination. A Z-phase MR element 110 for detecting a Z-phase pin 109 is mounted on an angle 112 of the base housing 56 via a magnetic material mount 111.
[0238]
The Z-phase MR element 110 is composed of a magnetic material Z-phase pin 109 and a Z-phase MR element 110, and the reference position means has only one Z-phase pin 109. A signal is detected.
[0239]
A rotary transformer 21 is configured to take out transmission / reception signals to and from the ultrasonic transducers 1 and 2 (see FIG. 13) to the outside of the drive rotor. The rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 is attached to a rotor-side plate 104 attached to a side surface of the rotor frame 113. The stator transformer 23 is mounted on the base housing 56 side. Since the rotary transformer 21 has a two-channel configuration, two ring-shaped coil grooves are formed in each of the transformers on the surface facing the transformer, and the windings are arranged in a plane of several turns in the ring-shaped grooves. Have been.
[0240]
The winding of the rotor-side transformer 22 is drawn out to the rotor-side plate 104 side through a hole 59 formed under the coil grooves 66 and 67 and connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer. Also, the lead wire of the ultrasonic transducer is connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer, and the winding of the rotor-side transformer 22 is electrically connected to the ultrasonic transducer.
[0241]
The ultrasonic transducer has two leads, one is an electric ground (GND), and the other is a signal line. In the ultrasonic probe of the present embodiment, two ultrasonic vibrators are attached to the drive rotor, so there are four lead wires. However, since the electric ground is handled in common, it can be processed as three lead wires. Since the ultrasonic transducers are separated by 180 degrees, the electric ground lines cannot be easily connected to each other. Therefore, they are connected via the FPC 68 provided on the back side of the rotor-side transformer 22. The FPC 68 has lands at four locations, and leads of the ultrasonic vibrator are connected by soldering.
[0242]
In order to store the drive motor in the window case, the rotary transformer 21 has a disk shape and is as thin as possible. Depending on the processing method of the coils arranged in the coil grooves 66 and 67, the torque generating space of the motor is reduced, so that the connection of the coil terminals is performed using the flexible substrate 68 so as to reduce the deterioration of the characteristics.
[0243]
Since the rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 can be configured in a thin space, a drive motor for driving a small and lightweight ultrasonic vibrator can be formed, and the drive motor can be built in the tip of the ultrasonic probe. Can be.
[0244]
The stator-side transformer 23 has a two-channel configuration similarly to the rotor-side transformer 22. Two coil grooves 69 and 70 are formed on the transformer facing surface of the stator-side transformer 23 at radial positions facing the coil grooves on the rotor side, and the coil grooves 69 and 70 have windings of a radius suitable for the grooves. Wire 71 is attached. The winding 71 is fixed to the coil groove with a non-magnetic adhesive, and the terminal wire of the coil 71 of the stator-side transformer 23 is drawn out to the back side of the stator-side transformer 23 through a hole 60 formed under the groove. Are connected by soldering to the FPC 72 attached to the back side of the stator-side transformer 23. Via the FPC 72, it is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side. The FPC 72 on the back side of the stator-side transformer 23 is soldered to a shielded wire at a position where there is no hindrance to the support portion of the base housing 56, and is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0245]
By placing the coil drawer on the back, the stator-side transformer can be configured in a thin space, so that a drive motor for driving a small and lightweight ultrasonic vibrator can be made. Can be built into the tip.
[0246]
In this embodiment, two ultrasonic transducers are used. Therefore, since two types of ultrasonic transducers can be mounted, there is an advantage that one ultrasonic probe can be treated as having two different distance resolutions. Generally, the distance resolution improves as the frequency increases, but as the frequency increases, the attenuation of the ultrasonic waves increases, so that diagnosis cannot be performed in a deep part. Since the child can be switched and used, more convenient ultrasonic diagnosis can be performed.
[0247]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 (see FIG. 13) mounted on the rotor frame 113 are mounted at a position 180 degrees away from the drive shaft 9, and ultrasonic waves radiated from one ultrasonic vibrator are already generated. The relative angle position between the two ultrasonic transducers is set to 180 degrees so that one of the ultrasonic transducers is also received and does not enter the received ultrasonic signal as noise. The transmitted ultrasonic transducer receives its reflected signal, but if the reflected signal is received by the other ultrasonic transducer, the signal becomes noise, so when using multiple ultrasonic transducers It is necessary to perform phase reception with the same ultrasonic transducer, and to prevent reception signals from being applied to other ultrasonic transducers.
[0248]
The ultrasonic transducer emits an ultrasonic wave based on an electric signal transmitted from the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the input / output line, receives the ultrasonic wave reflected from the subject, and changes the charge amount. The electrical change of the ultrasonic transducer is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the input / output line. Since the electric signal flowing through the input / output line is a frequency signal in the range of 2 kHz to 12 kHz, it becomes a main noise source of unnecessary radiation. In this embodiment, a part of the input / output line is formed of a flexible substrate in the liquid sealing part, and the other part uses a shield line. Since the input and output lines are shielded, they have the effect of countermeasures for unwanted radiation, but cannot be shielded near the rotary transformer. The unnecessary radiation is reduced by examining the position of the electrode at the frequency to be used. That is, the frequency of the ultrasonic transducer is increased from the outer peripheral side to the inner side of the ring-shaped groove.
[0249]
The position information signal line of the drive motor that is rotationally driven in the ultrasonic propagation medium is a signal line for determining the scanning position of the ultrasonic transducer from the encoder, and when noise enters from the transmitting and receiving unit of the ultrasonic signal, The position information becomes unstable and the control of the drive motor becomes unstable. In order to stabilize the control of the motor, the input / output unit is electrically shielded so as not to affect the noise.
[0250]
A cylindrical core 48 is fixed to the drive shaft 9 so as to face the drive magnet 49. The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding.
[0251]
Since the core 48 is a cylindrical core, it is distinguished from a core having a slot and is called a slotless core. The slotless core 48 is provided with an insulating film 62 in a film shape. In this embodiment, the insulating film 62 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin and is used for the purpose of electrical insulation between the winding 61 and the core 48. Since a gap is generated between the wire 61 and the core 48 and the efficiency is reduced, a process for reducing the film thickness as much as possible is adopted. The insulating film can also be formed by spray coating. An electrodeposition coating film on which the insulating film 62 is formed, a vacuum deposition film, or the like is used.
[0252]
The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding. The tap of the winding 61 is connected to a lead wire 64 via a flexible substrate 63 provided on an end face of the core 48, and the lead wire 64 is drawn out of the rotor through a groove of the drive shaft 9.
[0253]
From FIG. 14, the motor lead wires 64 of the drive motor are drawn out of the groove of the shaft 9, and the number of the motor lead wires 64 is three because the drive motor is three-phase and Δ-connected. The lead wire is soldered to the relay board of the handle. The power of the drive motor is supplied from the ultrasonic diagnostic apparatus main body. In other words, the motor leads 64 (generally U-phase, V-phase, and W-phase) are supplied from the main body to the drive motor control drive circuit of the relay box, and from the coil output portion of the drive motor control drive circuit via the relay board. Are distinguished). The motor lead wire 64 has a small lead wire resistance because a motor driving current flows. That is, the conductor is thickened.
[0254]
(Example 5)
FIG. 15 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention.
[0255]
FIG. 16 shows an external perspective view of an ultrasonic probe inserted into a body cavity. This ultrasonic probe is used for diagnosis of digestive organs such as the esophagus and intestine, and for ultrasonic diagnosis by inserting the probe directly into blood vessels and scanning the transducer. FIG. 17 is a cross-sectional view of an ultrasonic vibrator drive motor according to an embodiment incorporated in the tip of the ultrasonic probe.
[0256]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment includes an ultrasonic probe and a main body system unit (or main body device). The ultrasonic probe includes a distal end (or an insertion section) 114, a handle (or an operation section, a hand operation section) 115, a relay box 18, an insertion tube (or a middle section) 116, and a cable 117. A drive motor for rotating the ultrasonic transducer 118 is provided at the tip 114 of the ultrasonic probe. The drive motor includes a drive rotor 120 that rotates together with the ultrasonic vibrator 118, and a base housing 121 that supports the drive rotor 120 is built in the tip of the ultrasonic probe. The distal end 114 to the handle 115 are constituted by a flexible insertion tube 116. The insertion tube 116 is an elongated tube inserted into a blood vessel or an oral cavity, and a sheath tube and an electric signal line pass therethrough. The handle 115 of the ultrasonic probe is provided with a relay board 122 for relaying the position detection signal of the drive motor. The relay board 122 relays a command from the controller knob 124 provided on the handle, and collectively transmits signals from the relay board 122 to the relay box 18. A relay box 18 is connected to the handle 115 via a cable 117, and an ultrasonic probe is electrically connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the relay box 18.
[0257]
The ultrasonic vibrator 118 is mounted on the top surface of the rotating part of the drive rotor 120. Therefore, the rotation axis of the ultrasonic transducer 118 and the drive axis 123 of the drive motor are the same axis. The beam of the ultrasonic transducer 118 is emitted in the axial direction with respect to the drive shaft 123. A beam trajectory surface 125 is formed in the direction of the beam radiation axis 124 on the ultrasonic transducer 118 side. As the drive rotor 120 rotates, the beam trajectory surface 125 of the ultrasonic transducer 118 rotates. The trajectory surface 125 is a surface parallel to the drive shaft 123.
[0258]
The ultrasonic probe of the embodiment is an ultrasonic probe for a body cavity that is inserted into a body cavity of a subject to obtain an ultrasonic image of a test portion in the body cavity, and the ultrasonic probe for a body cavity has a distal end. The ultrasonic vibrator 118 is adapted to take an ultrasonic tomographic image at an arbitrary angle within a rotation range which is mechanically determined in advance.
[0259]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 120 means knowing the position information of the ultrasonic transducer 118 attached to the drive rotor 120. The rotational position of the drive rotor 120 can be known by using both the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means.
[0260]
The reference position means includes an encoder magnet 126 and an MR element 127. The relative position information means also includes the encoder magnet 126 and the MR element 127. The MR element is an AB phase MR element, and a Z phase MR element part and an AB phase MR element part are formed in one MR element. The Z-phase MR element is formed on the ultrasonic transducer side, and the AB-phase MR element is formed on the base housing 121 side. Therefore, the encoder magnet 126 is also a Z-phase magnetic pole on the ultrasonic transducer side, and an AB-phase magnetic pole on the base housing 121 side.
[0261]
As the Z-phase signal of the MR element 127, a signal of one pulse can be detected for one rotation of the drive rotor 120. Therefore, the reference position of the drive rotor 120 can be known. Since the Z-phase signal does not receive noise because the signal level is small, the signal is amplified by the relay amplifier board 128 near the motor, and is relayed by the relay board 122 of the handle 115 through the insertion tube 116. In some cases, the relay board 122 performs rectangular processing of the MR signal. Furthermore, it is connected to the drive motor control drive circuit 19 of the relay box 18 through the cable 117. The drive motor control drive circuit 19 includes a motor drive circuit 206 and a main body CPU 207.
[0262]
The relative position information means includes an AB phase detector of the MR element 127 and an encoder magnet 126 on the drive rotor 120 side. The AB phase detector is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 120 can be obtained from the phase difference. AB-phase magnetic poles and Z-phase magnetic poles are magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 126. In particular, the AB-phase magnetic pole portion is magnetized with multiple magnetic poles. 127.
[0263]
For example, if the AB-phase magnetic pole of the encoder magnet 120 is a 150-pole magnetic pole, the AB-phase MR signal also has 150 pulses, so that a signal with a resolution accuracy of 150 per rotation is obtained as the position information of the drive motor. The AB phase signal is also amplified once by the relay amplifier board 128 near the motor, further wired to the relay board 122 by the handle 115, and connected to the drive motor control drive circuit 19 built in the relay box 18 through the cable 117. You. The relay box 18 is connected to a system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit 19.
[0264]
The signals of the AB phase and the Z phase are not directly connected to the main body system 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus, but are processed as signals by the probe CPU 207 of the relay box 18 as position information. It is transmitted to the CPU. The main body system also needs the position information of the ultrasonic transducer. In order to display an image based on the ultrasonic transducer positions processed by the AB-phase and Z-phase signals, it cannot be expressed without positional information.
[0265]
A rotary transformer 129 is configured to extract a signal from the ultrasonic transducer 118 to the outside of the drive motor. The rotary transformer 129 includes a rotor-side transformer 130 and a stator-side transformer 131. The rotor-side transformer 130 is formed at an end of a drive shaft 123 on the side of the drive rotor 120. The signal line of the rotor-side transformer 130 is a hollow drive shaft 123. And is connected to the ultrasonic transducer 118. The stator-side transformer 131 is fixed to the base housing 121 side, and the signal line of the stator-side transformer 131 is connected from the tip 114 of the ultrasonic probe through the insertion tube 116 to the handle 115, through the cable 117 to the relay box 18, and relayed. By mounting the box 18 on the main body, the signal of the ultrasonic transducer is connected to the circuit side of the main body.
[0266]
Since the rotary transformer 129 can transmit signals in a non-contact manner, the load acting on the drive motor is very small as compared with a contact type slip ring. In the case of a transesophageal ultrasound probe, the drive motor is small and the generated torque is small, so it is necessary to reduce the current to reduce the amount of generated heat, and a rotary transformer is used because the load is reduced. Often.
[0267]
The ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 118 travel radially toward the center of the ultrasonic transducer 118 and enter the living tissue. After a part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, the ultrasonic wave is received by the ultrasonic transducer 118, converted into an electric signal, taken out of the drive motor through the rotary transformer 129, and It is sent to the amplifier 27 in the system body.
[0268]
The drive rotor 120, the base housing 121, and the relay amplifier board 128 are formed at the tip of the ultrasonic probe, and are entirely contained in the ultrasonic propagation medium in the window case 132 made of a window material having ultrasonic transparency. . The ultrasonic wave propagation medium in the window case 132 is depressurized so as not to contain bubbles, degassed, and sealed. The ultrasonic wave propagation medium volume adjusting mechanism 133 is provided so that the pressure of the sealed ultrasonic wave propagation medium is alleviated even if the sealed ultrasonic wave propagation medium expands due to the environment. The volume adjusting mechanism 133 of the ultrasonic wave propagation medium is formed of a rubber-based elastic bag. In a small case such as a transesophageal probe, the volume adjusting mechanism 133 may not be provided.
[0269]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described.
[0270]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator driving circuit 26, a driving pulse is formed to supply a driving signal to the ultrasonic vibrator 118 corresponding to the frequency via the rotary transformer to the ultrasonic vibrator 118 to generate an ultrasonic wave. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 118 into the living body.
[0271]
Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 118 into the living body are reflected by the tissue in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The received signal is received by the ultrasonic transducer 118 used at the time of transmission, and a weak reception signal corresponding to the reflection intensity of the ultrasonic echo is amplified by the amplifier 27 in the system body 20 and then sent to the B-mode signal processing circuit. . In the B-mode signal processing circuit, the oscillator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 28, detected by a detection circuit 29 for envelope detection, and controlled by a gain control controller 31 to control a gain setter 30 for gain correction. The image data is corrected, A / D converted by the A / D converter 33, and image-processed by the high-speed image DSP. The seat image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 of the main unit has a host CPU 38 that controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, memory, position information of a drive motor, motor drive, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 38 supervises the processing as an ultrasonic probe by an input according to an external input operation to the main unit.
[0272]
FIG. 16 shows an external perspective view of the ultrasonic probe.
[0273]
The insertion tube 116 is formed of a flexible sheath tube and an electric signal line in the sheath tube, and ultrasonic diagnosis is performed in a state where the portion from the distal end 114 to the insertion tube 116 is inserted into a body cavity. For example, if the drive motor is rotated with the ultrasonic probe inserted into the blood vessel, the ultrasonic beam trajectory formed by the ultrasonic transducer is rotated, and a scanned image is obtained.
[0274]
The distal end 114 of the ultrasonic probe has a window case 132 made of a window material having ultrasonic transparency attached to the distal end, and the distal end 114 of the ultrasonic probe has a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like built therein. The distal end 114 of the ultrasonic probe and the handle 115 are connected by a flexible insertion tube 116. The handle 115 is a hand-held operation unit operated by hand, and has a controller knob 134 for operation. The controller knob 134 has various switches and can be rotated. When the controller knob 134 is rotated, the drive motor rotates in accordance with the rotation direction, and the ultrasonic vibrator also rotates. Therefore, the rotation speed and the like are changed by operating a switch provided on the controller knob 134. . A switch for stopping the rotation of the drive motor is also provided on the controller knob 134. The signal of the controller knob 134 is processed at one end by the probe CPU 207, and a command is transmitted from the probe CPU 207 to the motor drive circuit so that the motor is driven in accordance with the instruction of the controller knob. At the same time, the command information is also sent to the host CPU 38 of the system main body 20, and the commands are also indirectly controlled from the host CPU 38. The probe side and the main body exchange information by means of communication between the probe CPU 207 and the main body CPU.
[0275]
The ultrasonic probe is connected to the relay box 18 from the handle 115 by a cable 117. The ultrasonic probe is connected to the system main body 20 by attaching the relay box 18 to the connector insertion port of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is a knob 135 with a lock mechanism so that the ultrasonic probe does not come off during the diagnosis. After mounting, the knob 135 is turned to securely lock the relay box 18 to the main body.
[0276]
Since the ultrasonic transducer 118 is provided on the side of the distal end of the probe, it is possible to diagnose the side direction of the affected part in the body cavity, and also to perform control using only the hand operation part of the handle. For example, by rotating by 90 degrees, diagnosis of a tomographic plane along the insertion axis (beam trajectory plane 136 in FIG. 16) and diagnosis perpendicular to the insertion axis (beam trajectory plane 137 in FIG. 16) are enabled. I have. The probe CPU 207 enables the operation based on a command from the controller knob of the handle.
[0277]
In addition, the entire operation method of the ultrasonic vibrator can be performed from the operation unit of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and the basic operation that is frequently used can be performed at the operation unit at hand.
[0278]
The tip 114 of the ultrasonic probe has a smooth cylindrical streamline shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The insertion tube 116 and the cable 117 include an input / output line for connecting the ultrasonic transducer and the ultrasonic diagnostic apparatus main body, an electric control line for driving and controlling the drive motor, a signal line for an encoder and the like, a shock detection and a temperature A flexible cable for transmitting a sensor signal line or the like to the connector box 18, which is protected by a coating and shielded.
[0279]
FIG. 17 is a cross-sectional view of an outer rotor rotating type brushless motor with a core according to the present embodiment. This motor is an ultrasonic vibrator driving motor, and is an example of a motor mounted on a probe tip of an ultrasonic diagnostic apparatus. is there.
[0280]
In FIG. 17, an ultrasonic transducer 118 is formed in a frame of a housing of an element holder 138, is attached to a top surface of a rotor fume 119 of a drive motor, and rotates around a drive shaft 123. An acoustic lens 139 is provided at the tip of the ultrasonic transducer 118. The acoustic lens 139 effectively utilizes the phenomenon of refraction. Since ultrasonic waves have a higher sound velocity in a solid than in a liquid, the ultrasonic beam is focused by a concave acoustic lens on the vibrator surface. I have. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used. The signal line of the ultrasonic transducer passes through a hole in the center of the hollow drive shaft 123 and is connected to the transformer 130 on the rotor side.
[0281]
The rotor-side transformer 130 is mounted via a bush 141 in order to reduce surface runout with respect to the drive shaft 123. The rotor-side transformer 130 and the bush 141 are attached in advance, and the inner diameter of the bush 141 with respect to the transformer surface is assembled to obtain a perpendicularity between the surface and the shaft. By doing so, the run-out of the rotor-side transformer 130 with respect to the drive shaft 123 is suppressed to be small. A coil groove is formed concentrically on the surface of the rotor-side transformer by the required number of channels of the rotary transformer, and a coil having a radius suitable for the groove is mounted in the coil groove. In order to store the small drive motor in the window case, the rotary transformer 129 is of a disk shape and is as thin as possible. Since the rotor-side transformer 130 of the rotary transformer 129 can be configured in a thin space, a small and lightweight drive motor for driving the ultrasonic vibrator can be obtained, and the drive motor can be built in the tip of the ultrasonic probe. it can.
[0282]
The stator-side transformer 131 has the same number of channels as the rotor-side transformer 130. A coil groove is formed on the transformer facing surface of the stator-side transformer 131 at a radial position facing the coil groove of the rotor-side transformer 130, and a coil having a radius suitable for the groove is mounted in the coil groove. The coil wire of the stator-side transformer 131 is temporarily connected to the FPC 142 attached to the base housing 121 by soldering. It is soldered to the shield wire via the FPC 142, and the shield wire is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side. Since the coil lead-out part can be configured in the thin space of the stator side transformer, a small and lightweight drive motor for driving the ultrasonic vibrator can be made, and the drive motor can be built into the tip of the ultrasonic probe. it can. In addition, the stator-side transformer 131 uses the shaft core collar 143 for centering. The shaft collar 143 is positioned by engaging the base housing 121 with the inner peripheral portion of the stator-side transformer 131.
[0283]
Since crosstalk causes noise in an image, sufficient consideration is required. The rotary transformer 129 takes measures such as cutting off a ring or a short ring of a material or a magnetic material of the rotary transformer 129 or a leakage magnetic circuit so as to minimize crosstalk.
[0284]
The operating frequency of the ultrasonic diagnostic apparatus is 1 MHz to 10 MHz, which is higher than that of home electric appliances. Therefore, the material of the transformer used is preferably a material whose initial magnetic permeability μi has a flat frequency characteristic in the range of the used frequency, and a material having a relatively small initial magnetic permeability is used. The initial permeability of the rotary transformer of the ultrasonic diagnostic apparatus is preferably 650 or less.
[0285]
The beam of the ultrasonic transducer 118 is radiated in the drive axis direction. A beam trajectory surface 125 is formed in the direction of the beam radiation axis 124 on the ultrasonic transducer 118 side. Since the ultrasonic transducer 118 attached to the top surface of the rotor frame 119 rotates about the drive shaft 123, the beam trajectory surface 125 of the ultrasonic transducer 118 also rotates. The trajectory surface 125 is a surface parallel to the drive shaft 123. The beam trajectory surface 125 is at an angle other than the beam trajectory surface 136 (reference numeral 136 in FIG. 16) of the tomographic plane along the ultrasonic probe insertion axis and the beam trajectory surface 137 perpendicular to the insertion axis (reference numeral 137 in FIG. 16). Is also capable of moving, so that it is an ultrasonic diagnostic apparatus capable of taking an ultrasonic tomographic image at an arbitrary angle, which is useful for medical diagnosis.
[0286]
The drive rotor 120 shown in FIG. 15 mainly shows a rotor frame 119. The rotor frame 119 is integrally formed with a hanging part 145 to which a drive magnet 144 is attached, a drive shaft 123 and a spigot part 146 to which an ultrasonic vibrator is attached. The ring-shaped drive magnet 144 is a neodybond magnet and is magnetized with eight poles. The core 147 is bonded and fixed to the central cylindrical portion 148 of the base housing 121 at a position facing the drive magnet 144. The core 147 has six salient poles, and a winding 149 is wound so that salient poles symmetrical about the center are in the same phase. The core is electrodeposited for insulation between the core and the winding.
[0287]
An insulating film is applied to the core 147 in a film shape. In the present embodiment, this insulating film is an electrodeposition coating film of an epoxy resin and is intended for electric insulation between the winding 149 and the core 147. Therefore, a thicker film is better. Since a gap is formed between the line 149 and the core 147 and the efficiency is reduced, the film is formed as thin as possible. As the insulating film, a core having a thickness of 50 μm or less was used. The electrodeposition coating film is a film having excellent insulating properties, and can be formed relatively easily industrially.In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, the environment other than air, for example, The motor can be used even in an environment such as oil.
[0288]
In a three-phase brushless motor of a drive motor, a wire wound on a core is subjected to a Y connection process, and a common wire thereof is U-phase, V-phase, and W-phase so as not to be taken out of the motor. Process the three lines of the phase. These three wires are connected by soldering to the FPC 140 attached to the base housing 121, the FPC 140 is drawn out of the drive motor, and the motor lead wire from the drive motor control drive circuit is connected to the land of the drawn FPC. I do.
[0289]
The rotor frame 119 to which the ultrasonic vibrator 118 is attached has the drive shaft 123 rotatably supported by bearings 150 and 151. The bearings 150 and 151 are fixed inside the central cylindrical portion of the base housing 121, and can be rotated about the drive shaft 123.
[0290]
Since it is necessary to know the rotational position of the ultrasonic transducer for displaying an image, it is necessary to know the rotational position information of the rotor frame 119 to which the ultrasonic transducer is attached. The rotation position of the rotor frame 119 is obtained by using the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means together with the rotation position information of the rotor frame 119.
[0291]
A reference position means for knowing reference position information of the rotor frame 119 includes an encoder magnet 126 and an MR element 127. The encoder magnet 126 has the same Z-phase magnetic pole portion and AB-phase magnetic pole portion as the same encoder magnet 126. Although it cannot be seen from the external appearance because it is magnetized, the polar state of the magnetic pole can be seen by using the MR element. The MR element 127 has AB and Z phase detection sections formed in one element. Since the Z-phase detecting unit is configured on the ultrasonic transducer side of the MR element 117, the Z-phase magnetic pole also exists on the ultrasonic transducer side of the encoder magnet 126. The Z-phase magnetic pole is monopolar magnetized in one place in one rotation. If it is not possible to create a single-pole magnetic pole neatly, only one portion of the Z-phase portion of the encoder magnet has the same diameter as the AB-phase magnetic pole portion, and the other portions constitute the encoder magnet as one paragraph.
[0292]
As the Z-phase MR element signal, one pulse signal is detected for one rotation of the rotor frame. Since the Z-phase MR signal has a small signal level, the signal is amplified by the relay amplifier board 128 near the motor. The amplified Z-phase signal is subjected to signal relay processing on the relay board 122 of the handle. The relay board 122 is connected to a control drive board of a drive motor in a relay box through a shielded cable. The relay box is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0293]
If the rising position of the Z-phase comparator signal is set to the reference position of the ultrasonic vibrator, a sitting image can be displayed by the ultrasonic vibrator 118 based on the Z-phase signal based on the reference position. If the position of the ultrasonic transducer is determined, the reference of the rotational position of the ultrasonic transducer can be determined without any difference between the individual ultrasonic probes.
[0294]
The relative position information means also includes the encoder magnet 126 and the MR element 127. The MR element 127 is an ABZ phase MR element, and the Z phase MR element section and the AB phase MR element section are formed in one MR element. The Z-phase MR element is formed on the ultrasonic transducer side, and the AB-phase MR element is formed on the base housing 121 side. Therefore, the encoder magnet 126 is also a Z-phase magnetic pole on the ultrasonic transducer side, and an AB-phase magnetic pole on the base housing 121 side.
[0295]
In order not to be affected by the leakage magnetic flux of the driving magnet 144 on the encoder output, the rotor frame is made thicker and the encoder magnet 126 is made thicker, and the gap between the encoder magnet 126 and the MR element 127 is very narrow. You have set.
[0296]
The magnetic encoder incorporated as the relative position information means comprises the AB phase and the Z phase with a pair of encoder magnets and an MR element. The AB phase detector of the MR element 127 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor can be obtained from the phase difference. Therefore, the rotational position information of the ultrasonic transducer 118 attached to the rotor frame 119 can be known. The AB-phase magnetic poles are obtained by being magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 126 into multiple poles by a rotary magnetizer. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 126 and the AB-phase MR element 127 is about 50 μm. Since the gap is driven in the ultrasonic wave propagation medium, if there is large dust, the dust may enter the gap. Incorporation is done above. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 126 is detected from the MR element 127, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0297]
Both the AB-phase and Z-phase signals are amplified by the relay amplifier board 128 near the motor, relayed by the relay board of the handle through the insertion tube, and further connected to the drive motor control drive circuit of the relay box through the cable. Is done. The relay box is connected to a system main body of the ultrasonic diagnostic apparatus main body and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit.
[0298]
The AB-phase and Z-phase rectangular wave signals are also connected to the main body system of the ultrasonic diagnostic apparatus via a relay box. The main body system also needs the position information of the ultrasonic transducer. That is, it cannot be expressed that there is no position information in order to display an image.
[0299]
The ultrasonic probe according to the fifth embodiment is of a type in which a relay amplifier substrate is provided at the tip of the ultrasonic probe and the relay substrate is provided as a handle. As in the other embodiments, there is a method in which the relay board is configured as a tip of an ultrasonic probe, a handle, or a relay box.
[0300]
However, the relay box, which is the main feature of the present invention, has a drive motor control drive circuit board.
[0301]
(Example 6)
FIG. 18 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention.
[0302]
FIG. 19 is an external perspective view of an ultrasonic probe inserted into a body cavity. This ultrasonic probe is used for diagnosis of digestive organs such as the esophagus and intestine, and for ultrasonic diagnosis by inserting the probe directly into blood vessels and scanning the transducer.
[0303]
FIG. 20 is a cross-sectional view of an ultrasonic vibrator drive motor according to one embodiment incorporated in the tip of the ultrasonic probe. The tip of the mechanically driven ultrasonic probe rotates the acoustic mirror and the ultrasonic transducer that change the traveling direction of the ultrasonic beam composed of the ultrasonic transducer and the ultrasonic pulse train transmitted from the ultrasonic transducer. The drive motor is mounted on a cylindrical housing which is a holding member for holding the drive motors.
[0304]
A receiving base 155 to which an ultrasonic vibrator 154 is attached is adhesively fixed to a tip of a drive shaft 153 of a drive motor 152 for driving the ultrasonic vibrator.
[0305]
The signal of the ultrasonic transducer 154 is transmitted using a rotary transformer. The rotary transformer includes a stator-side transformer 156 and a rotor-side transformer 157. The rotor-side transformer 157 is fixed to the receiving base 155, and rotates together with the ultrasonic transducer 154. The ultrasonic transducer and the rotor-side transformer are electrically connected. The stator-side transformer 156 is fixed to the housing side of the drive motor 152, and the signal line of the stator-side transformer 156 is connected to the relay box 18 from the tip of the ultrasonic probe through the insertion tube 158, the handle 159, the cable 160, By attaching the relay box 18 to the main body, the signal of the ultrasonic transducer is connected to the circuit side of the main body.
[0306]
Knowing the rotational position information of the ultrasonic transducer 154 is information necessary for displaying an image. The rotational position of the ultrasonic motor 154 can be known by using the relative position information means and the reference position means as a reference for one rotation.
[0307]
As the reference position means, it is composed of a projection 162 on the end face of the encoder magnet 161 and a Z-phase MR element 163. The relative position information means also includes an encoder magnet 161 and an AB phase MR element 164.
[0308]
In the Z-phase MR element 163, one projection 162 is formed on the end face of the encoder magnet 161, and is magnetized to a single pole. The Z-phase MR element 163 can detect one pulse signal per rotation of the encoder magnet 161. Therefore, the reference position of the ultrasonic transducer 154 can be known. The output signal of the Z-phase MR element is connected from the tip of the ultrasonic probe to a relay board 165 formed on the insertion tube 158 and the handle 159, performs processing such as amplification on the relay board 165, and passes through the cable 160. The drive motor control drive circuit 166 provided in the relay box 18 is connected. The signal is processed by the probe CPU 207 included in the drive motor control drive circuit 166, and is transmitted as information data to the main body CPU 38 using communication means.
[0309]
A magnetic encoder is incorporated as relative position information means. The magnetic encoder includes an encoder magnet 161 and an AB phase MR element 164. The AB phase MR element 164 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive motor 152 can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 161, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB-phase MR element 164. The output signal of the AB-phase MR element is also connected from the tip of the ultrasonic probe to the relay board 165 formed on the insertion tube 158 and the handle 159, performs processing such as amplification on the relay board 165, and passes through the cable 160. The drive motor control drive circuit 166 provided in the relay box 18 is connected. The signal is processed by the probe CPU 207 included in the drive motor control drive circuit 166, and is transmitted as information data to the main body CPU 38 using communication means.
[0310]
The Z-phase signal and the AB-phase signal are also used to determine the reference position and the relative position. By processing the signals with the probe CPU 207, it is possible to manage the position information based on the position of the ultrasonic transducer. By unifying the interface specifications on the side, an ultrasonic probe for other diagnostic uses can be connected. By analyzing the display function of the main unit and corresponding to other models, it is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can be used in many medical departments with one system.
[0311]
By applying a pulse voltage from the ultrasonic oscillator 25 to the ultrasonic vibrator 154, an ultrasonic pulse is transmitted from the ultrasonic vibrator, reflected by the reflection mirror 167, and output to the outside of the ultrasonic probe. Then, the direction of the ultrasonic pulse reflected by the observation target of the living body is changed by the reflection mirror 167, and is incident on the ultrasonic transducer 154. By providing an ultrasonic pulse transmission section between the ultrasonic transducer 154 and the reflection mirror 167, this ultrasonic probe enables short-distance observation by providing a time interval between the ultrasonic beam and the observation target. become.
[0312]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described.
[0313]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator drive circuit 26, a drive pulse is formed for supplying a drive signal to the ultrasonic vibrator corresponding to the frequency via the rotary transformer to the ultrasonic vibrator 154 to generate an ultrasonic wave. The driving pulse reflects the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 154 on the reflecting mirror 167 and radiates it into the living body.
[0314]
Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 118 into the living body are reflected by the tissue in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The signal is received by the ultrasonic transducer 118 used at the time of transmission, and a weak reception signal corresponding to the reflection intensity of the ultrasonic echo is amplified by the amplifier 27 in the system body 20 and then sent to the B-mode signal processing circuit. . In the B-mode signal processing circuit, the oscillator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 28, detected by a detection circuit 29 for envelope detection, and controlled by a gain control controller 31 to control a gain setter 30 for gain correction. The image data is corrected, A / D converted by the A / D converter 33, and image-processed by the high-speed image DSP. The seat image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 of the main unit has a host CPU 38 that controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, memory, position information of a drive motor, motor drive, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 38 supervises the processing as an ultrasonic probe by an input according to an external input operation to the main unit.
[0315]
As shown in the external perspective view of the ultrasonic probe (FIG. 19), the beam of the ultrasonic transducer is reflected by the reflection mirror and emitted in a direction orthogonal to the insertion direction of the insertion tube 158. Since the ultrasonic transducer is rotated by the drive motor, the beam of the ultrasonic transducer forms a surface depending on the rotation. The beam trajectory surface 168 of the ultrasonic vibrator having such a configuration is formed so as to be orthogonal to the insertion direction of the insertion tube.
[0316]
The insertion tube 158 is formed of a flexible sheath tube and an electric signal line inside the sheath tube, and ultrasonic diagnosis is performed in a state where the portion from the tip of the ultrasonic probe to the insertion tube 116 is inserted into a body cavity. For example, if the drive motor is rotated with the ultrasonic probe inserted into the blood vessel, the ultrasonic beam trajectory formed by the ultrasonic transducer is rotated, and a scanned image is obtained.
[0317]
The distal end 169 of the ultrasonic probe has a window case 170 made of a window material having ultrasonic transparency attached to the distal end, and the distal end 169 of the ultrasonic probe has a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like built therein. The tip 169 of the ultrasonic probe and the handle 159 are connected by a flexible insertion tube 158. The handle 159 is a hand-held operation unit operated by hand, and has a controller knob 171 for operation. The controller knob 171 has various switches and can be rotated. When the controller knob 171 is rotated, the drive motor rotates in accordance with the rotation direction and the ultrasonic vibrator also rotates. Therefore, the rotation speed and the like are changed by operating a switch provided on the controller knob 171. . A switch for stopping the rotation of the drive motor is also provided on the controller knob 171. The signal from the controller knob 171 is processed by the probe CPU 207, and a command is transmitted from the probe CPU 207 to the motor drive circuit so that the motor is driven in accordance with the command from the controller knob. At the same time, the command information is also sent to the host CPU 38 of the system main body 20, and the commands are also indirectly controlled from the host CPU 38. The probe side and the main body exchange information by means of communication between the probe CPU 207 and the main body CPU.
[0318]
The signal of the controller knob 171 is sent from the relay box 18 to the host CPU 38 of the system main body 20, and a command is transmitted from the host CPU 38 to the control circuit of the drive motor in accordance with the command of the controller knob. The drive motor is controlled and driven based on the command.
[0319]
The ultrasonic probe is connected to the relay box 18 from the handle 159 by a cable 160. The ultrasonic probe is connected to the system main body 20 by attaching the relay box 18 to the connector insertion port of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is a knob 172 provided with a lock mechanism so that the ultrasonic probe does not come off during diagnosis. After mounting, the knob 172 is turned to securely lock the relay box 18 to the main body.
[0320]
Since the beam of the ultrasonic transducer 154 is radiated from the side of the tip of the probe, the side direction of the affected part in the body cavity can be diagnosed, and control can be performed only by the operation part of the handle. In addition, the entire operation method of the ultrasonic vibrator can be performed from the operation unit of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and the basic operation that is frequently used can be performed at the operation unit at hand.
[0321]
The tip 169 of the ultrasonic probe has a smooth cylindrical streamline shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The insertion tube 158 and the cable 160 include an input / output line for connecting the ultrasonic transducer and the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus, an electric control line for driving and controlling the drive motor, a signal line for an encoder and the like, a shock detection and a temperature detection. A flexible cable for transmitting a sensor signal line or the like to the connector box 18, which is protected by a coating and shielded.
[0322]
FIG. 20 is a cross-sectional view of an inner rotor type brushless motor according to the present embodiment. This motor is an ultrasonic vibrator driving motor, and is an example of a motor mounted on a probe tip of an ultrasonic diagnostic apparatus.
[0323]
In FIG. 20, the ultrasonic vibrator 154 is formed in the frame of the housing of the receiving base 155, and is formed at the tip of the drive shaft 153 of the drive motor. An acoustic lens 139 for effectively utilizing the phenomenon of refraction is provided at the tip of the ultrasonic transducer 154. Since the ultrasonic wave has a higher sound velocity in a solid than in a liquid, the ultrasonic beam is focused on the vibrator surface by a concave acoustic lens. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used.
[0324]
A rotary transformer is used for transmitting signals from the ultrasonic transducer, and a rotor-side transformer 157 of the rotary transformer is fixed to a surface of the receiving base 155. The rotor transformer 157 rotates integrally with the ultrasonic transducer 154. Since the outer periphery of the drive shaft 153 is engaged with and fixed to the inner periphery of the rotor-side transformer 157, the center of the rotor-side transformer can be easily adjusted to the rotation center.
[0325]
The stator-side transformer 156 has the same configuration as the rotor-side transformer 157. The stator-side transformer 156 is assembled so that the gap between the transformer facing surfaces is uniform. The stator transformer 156 is fixed to a side surface of the housing of the drive motor.
[0326]
The rotary transformer has a rotor-side transformer 157 and a stator-side transformer 156 formed by winding a thin-film insulated square coil in a roll shape, and has a structure without using a magnetic transformer core or the like.
[0327]
The electric signal line from the stator side transformer is drawn out to the insertion tube side at the distal end using the FPC, soldered to the shield line via the FPC, and the shield line is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0328]
The drive motor has a structure in which a drive magnet is provided on a rotating side, and a housing 208 and a core 174 are provided on a fixed side. The rotatable drive magnet 173 is mounted on a drive shaft 153, and the drive shaft 153 is rotatably supported on the drive shaft 153 by two bearings 175 and 176.
[0329]
The core 174 of the drive motor is a split core, and each split core is provided with an insulating film. In this embodiment, this insulating film is an electrodeposition coating film of epoxy resin, which is used for the purpose of electrical insulation between the winding 177 and the core 174. I have. As the insulating film, a core having a thickness of 50 μm or less was used. The electrodeposition coating film is a film having excellent insulating properties, and can be formed relatively easily industrially.In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, the environment other than air, for example, The motor can be used even in an environment such as oil.
[0330]
The drive motor is a three-phase brushless motor. The wire wound on the core is Y-connected, and the common wire is U-phase, V-phase, W-phase so as not to be taken out of the motor. Process the three lines of the phase. These three wires are drawn out of the motor housing 208 to the outside of the drive motor, pass through the insertion tube, pass through the relay board of the handle, and are connected to the motor control drive circuit of the relay box through the cable.
[0331]
Knowing the rotational position information of the ultrasonic transducer 154 is information necessary for displaying an image. The rotational position of the ultrasonic motor 154 can be known by using the relative position information means and the reference position means as a reference for one rotation.
[0332]
As the reference position means, it is composed of a projection 162 on the end face of the encoder magnet 161 and a Z-phase MR element 163. In the Z-phase MR element 163, one projection 162 is formed on the end face of the encoder magnet 161, and is magnetized to a single pole. The Z-phase MR element 163 can detect one pulse signal per rotation of the encoder magnet 161. Therefore, the reference position of the ultrasonic transducer 154 can be known. The output signal of the Z-phase MR element is subjected to signal relay processing such as signal amplification from the tip of the ultrasonic probe to the insertion tube and the relay board 165 of the handle. The relay board 165 is connected via a cable to a control drive board of a drive motor provided in the relay box. Signal information processing is performed by a probe CPU configured on a control drive board of a drive motor of the relay box, and the information is connected to the main body CPU of the ultrasonic diagnostic apparatus main body as communication signal information.
[0333]
With the Z-phase signal, a sitting image can be displayed by the ultrasonic transducer 154 based on the reference position.
[0334]
The relative position information means also includes an encoder magnet 161 and an AB phase MR element 164. The AB phase MR element 164 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive motor can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 161, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB-phase MR element 164. For example, when the AB-phase magnetic pole of the encoder magnet 161 is a 150-pole magnetic pole, the AB-phase MR signal also has 150 pulses, so that a signal having a resolution accuracy of 150 per rotation is obtained as the position information of the drive motor. The output signal of the AB phase MR element is also connected from the tip of the ultrasonic probe to the control drive board of the drive motor configured in the relay box via the insertion tube, the relay board of the handle and the cable. Using the probe CPU 207 formed on the control drive board of the drive motor, the signal is processed into digital signal information so that it can be transmitted as a communication signal, and is transmitted as a communication information signal to the main unit CPU of the ultrasonic diagnostic apparatus.
[0335]
The relay box 18 is connected to a system main body of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit.
[0336]
The Z-phase and AB-phase signals are also used to determine the reference position and the relative position. The signals are processed by the probe CPU 207 to determine the Z-phase signal position and the ultrasonic transducer position. It can be managed as position information based on the position of the child.
[0337]
The AB phase magnetic pole is obtained by being magnetized to multiple poles on the outer periphery of the encoder magnet 161 by a rotary magnetizer. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 161 and the AB phase MR element 164 is about 50 μm, and is driven in an ultrasonic wave propagation medium. If there is large dust, the dust may enter the gap. Incorporation is done above. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 161 is detected from the MR element 164, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0338]
The ultrasonic probe according to the sixth embodiment is of a type in which the relay board is provided in the handle portion. As in the other embodiments, there is also a method in which the relay board is formed at the tip of an ultrasonic probe or a relay box. In addition, there is a method such as dividing the relay board as in the first embodiment. However, the relay box, which is the main feature of the present invention, has a drive motor control drive circuit board. The probe side and the main body side perform information management by communication means based on the determined interface specifications. Further, the control of the drive motor can be controlled and managed on the probe side, and the information is transmitted to the CPU of the main body for sharing the information.
[0339]
(Example 7)
An embodiment of the present invention relates to a so-called multi-plane type ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus which can arbitrarily change a cross-sectional position by rotating a vibrator built in a tip of an ultrasonic probe with a motor. is there.
[0340]
FIG. 21 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a scanning ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention.
[0341]
FIG. 22 is an external perspective view of an ultrasonic probe inserted into a body cavity. This ultrasonic probe is used for diagnosis of digestive organs such as the esophagus and intestine, and for ultrasonic diagnosis by inserting the probe directly into blood vessels and scanning the transducer.
[0342]
FIG. 23 is a cross-sectional view of a drive motor that drives the ultrasonic vibrator.
[0343]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment includes an ultrasonic probe and a main body system unit (or main body device). The ultrasonic probe includes a distal end (or an insertion section) 178, a handle (or an operation section, a hand operation section) 179, a relay box 18, an insertion tube (or a middle section) 180, and a cable 181. A drive motor for rotating and driving the ultrasonic transducer 182 is provided at the tip 178 of the ultrasonic probe. The drive motor includes a rotor portion (hereinafter referred to as a drive rotor) 183 that is driven to rotate together with the ultrasonic vibrator 182, and a base housing 184 that supports the drive rotor 183 is built in the tip of the ultrasonic probe. The distal end 178 to the handle 179 are constituted by a flexible insertion tube 180, which is an elongated tube inserted into a blood vessel or an oral cavity, and through which a sheath tube and an electric signal line pass. A control knob 185 is formed on the handle 179 of the ultrasonic probe. The relay box 18 is connected to the handle 179 via a cable 181. The relay box 18 has a drive motor control drive circuit 187. The drive motor control drive circuit 187 has a position detection signal processing circuit 186 and a motor drive circuit 206. And a probe CPU 207. An ultrasonic probe is electrically connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the relay box 18.
[0344]
The ultrasonic vibrator 182 is attached to the top surface of the rotating part of the drive rotor 183. Therefore, the rotation axis of the ultrasonic transducer 182 and the drive axis 188 of the drive motor are the same axis. The beam of the ultrasonic transducer 182 is emitted in the axial direction with respect to the drive shaft 188. A beam trajectory plane 190 is formed in the direction of the beam emission axis 189 on the ultrasonic transducer 182 side. As the drive rotor 183 rotates, the beam trajectory plane 190 of the ultrasonic transducer 182 rotates. The locus plane 190 is a plane parallel to the drive shaft 188.
[0345]
The ultrasonic probe of the embodiment is an ultrasonic probe for a body cavity that is inserted into a body cavity of a subject to obtain an ultrasonic image of a test portion in the body cavity, and the ultrasonic probe for a body cavity has a distal end. The ultrasonic vibrator 182 is adapted to take an ultrasonic tomographic image at an arbitrary angle within a rotation range which is mechanically determined in advance.
[0346]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 183 means knowing the position information of the ultrasonic transducer 182 attached to the drive rotor 183. The rotational position of the drive rotor 183 can be known by using both a reference position unit serving as a reference for one rotation and a relative position information unit.
[0347]
The reference position means includes an encoder magnet 191 and an MR element 192. The relative position information means also includes an encoder magnet 191 and an MR element 192. The MR element is an ABZ phase MR element, and a Z phase MR element part and an AB phase MR element part are formed in one MR element. The Z-phase MR element is formed on the ultrasonic transducer side, and the AB-phase MR element is formed on the base housing 184 side. Therefore, the encoder magnet also has a Z-phase magnetic pole on the ultrasonic transducer side and an AB-phase magnetic pole on the base housing side.
[0348]
As the Z-phase signal of the MR element 192, a signal of one pulse can be detected for one rotation of the drive rotor 183. Therefore, the reference position of the drive rotor 183 can be known. The Z-phase signal is connected to the control drive board 187 of the drive motor of the relay box 18 through the handle 179 and the cable 181 through the insertion tube 180. The control drive board 187 of the drive motor of the relay box includes an MR signal processing circuit 186, a motor drive circuit 206, and a probe CPU 207. The MR signal is amplified by the MR signal processing circuit 186, signal information is further processed by the probe CPU 207, and the signal is connected to the main body CPU 38 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body as communication signal information. When a signal subjected to rectangular wave processing after amplification is also used as the MR signal, the MR signal is used for an ultrasonic probe for mechanically adjusting the positional relationship with the ultrasonic transducer.
[0349]
The relative position information means includes an AB phase detection section of the MR element 192 and an encoder magnet 191 on the drive rotor 183 side. The AB phase detector is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 183 can be obtained from the phase difference. AB-phase magnetic poles and Z-phase magnetic poles are magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 191. In particular, the AB phase magnetic pole portion is magnetized with multiple magnetic poles, and signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the MR element 192.
[0350]
The signal information of the AB phase and the Z phase is processed by the probe CPU 207 and transmitted to the main body system 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus as communication information of position information. This is because the position information of the ultrasonic transducer is also required on the main body system side, that is, it cannot be expressed that there is no position information in order to display an image. For example, if the AB-phase magnetic pole of the encoder magnet 191 is a 150-pole magnetic pole, the AB-phase MR signal also has 150 pulses, so that a signal with a resolution accuracy of 150 per rotation is obtained as the position information of the drive motor. Since one pulse is generated for one rotation of the Z-phase signal, when the AB-phase pulse is considered based on the Z-phase signal, the AB-phase pulse becomes absolute position information. What you have to do. If the Z-phase position signal and the position information of the ultrasonic vibrator are predetermined, the absolute position information may be used, but if the position signal differs for each probe, the position information is viewed from the ultrasonic vibrator. Make corrections for each probe.
[0351]
The relay box 18 is connected to the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit 187.
[0352]
As the rotational position information means of the drive motor, a potentiometer for detecting a change in resistance value, an optical encoder using a photoelectric sensor, and the like may be used in addition to the magnetic encoder using the MR element as shown in this embodiment.
[0353]
In this embodiment, there is shown an ultrasonic probe in which ultrasonic ultrasonic transducers are mounted on a drive motor and ultrasonic ultrasonic transducers are rotated without rotating the probes themselves. This is an ultrasonic probe that obtains an ultrasonic tomographic image by scanning an ultrasonic beam trajectory plane at an arbitrary angle by rotating an ultrasonic scanning area (for example, a sector-shaped plane). Since such a multiplane ultrasonic tomographic image can be obtained, it is distinguished as a multiplane ultrasonic probe.
[0354]
The ultrasonic vibrator 182 of this embodiment is constituted by an ultrasonic vibrator row in which a plurality of ultrasonic vibrators are arranged in a one-dimensional direction, and a pulse driving means of the ultrasonic vibrator row is a drive motor. The ultrasonic transducer array is rotated by a drive motor.
[0355]
Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic vibrator 182 are emitted at an angle perpendicular to the radiation surface of the ultrasonic vibrator 182 and enter the living tissue. After a part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, the ultrasonic wave is received by the ultrasonic vibrator 182, converted into an electric signal, and transmitted through several shielded input / output lines. The signal is sent to the circuit of the system main body 20 via the handle 180, the handle 179, the cable 181, and the relay box 18.
[0356]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described.
[0357]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator driving circuit 26, a driving pulse is formed to supply a driving signal to the ultrasonic vibrator and generate an ultrasonic wave. The driving pulse is emitted from the ultrasonic transducer 182 into the living body.
[0358]
Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 182 into the living body are reflected by the tissue in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The signal is received by the ultrasonic transducer 182 used at the time of transmission, and a weak reception signal corresponding to the reflection intensity of the ultrasonic echo is amplified by the amplifier 27 in the system main body 20 and then sent to the B-mode signal processing circuit. . In the B-mode signal processing circuit, the oscillator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 28, detected by a detection circuit 29 for envelope detection, and controlled by a gain control controller 31 to control a gain setter 30 for gain correction. The image data is corrected, synthesized by the synthesizing circuit 32, A / D converted by the A / D converter 33, and subjected to image processing by the high-speed image DSP. The seat image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 of the main unit has a host CPU 38 that controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, memory, position information of a drive motor, motor drive, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 38 supervises the processing as an ultrasonic probe by an input according to an external input operation to the main unit.
[0359]
The external perspective view of the ultrasonic probe shown in FIG. 22 is an example of a multi-plane ultrasonic probe. A multi-plane TEE ultrasound probe (TEE) inserted orally into a subject to observe the heart from the upper gastrointestinal tract, including the esophagus and stomach. The insertion tube 180 is constituted by a flexible sheath tube and an electric signal line inside the sheath tube, and ultrasonic diagnosis is performed in a state where the portion from the distal end 178 to the insertion tube 180 is inserted into a body cavity. For example, the insertion tube of the ultrasonic probe is inserted into the esophagus from the mouth to perform ultrasonic diagnosis of organs near the esophagus, the stomach, the duodenum, and the like. Is rotated, the ultrasonic beam trajectory plane formed by the ultrasonic transducer is rotated, and a scanned image is obtained.
[0360]
The distal end 178 of the ultrasonic probe has a window case 193 made of a window material having ultrasonic transparency attached to the distal end, and the distal end 178 of the ultrasonic probe has a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like built therein. The tip 178 of the ultrasonic probe and the handle 179 are connected by a flexible insertion tube 180. The handle 179 is a hand-held operation unit operated by hand, and has a controller knob 185 for operation. The controller knob 185 has various switches and can be rotated in various modes. When the controller knob 185 is rotated, the drive motor rotates in the rotating direction and the ultrasonic vibrator also rotates. Therefore, the rotation speed and the like are changed by operating a switch provided on the controller knob 185. A switch for stopping the rotation of the drive motor is also provided on the controller knob 185. The signal of the controller knob 185 is sent from the relay box 18 to the host CPU 38 of the system main body 20, and a command is transmitted from the host CPU 38 to the control circuit of the drive motor in accordance with the command of the controller knob 185. The drive motor is controlled and driven based on the command.
[0361]
The ultrasonic probe is connected to the relay box 18 from the handle 179 by a cable 181. The ultrasonic probe is connected to the system main body 20 by attaching the relay box 18 to the connector insertion port of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is a knob 194 provided with a lock mechanism so that the ultrasonic probe does not come off during diagnosis. After mounting, the knob 194 is turned to securely lock the relay box 18 to the main body.
[0362]
In the case of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, only the most frequently used basic operations can be performed at the hand operation unit. However, in the embodiment, the command can be processed by the hand operation on the probe side to perform the command operation. Therefore, all operations of the ultrasonic transducer can be performed by hand operation. When the operation at hand is complicated or when the operation is complex, the operation can be performed from the operation unit of the ultrasonic diagnostic apparatus main body. The operation function is provided in the operation unit at hand.
[0363]
Since the ultrasonic transducer 182 is provided on the side surface of the distal end of the probe, it is possible to diagnose the side direction of the affected part in the body cavity, and it is possible to perform a control using only the hand operation part of the handle, for example, by rotating 90 degrees, to cut the tomographic plane along the insertion axis. (A beam trajectory plane 195 in FIG. 22) and a diagnosis in a direction perpendicular to the insertion axis (a beam trajectory plane 196 in FIG. 22) are possible.
[0364]
The tip 178 of the ultrasonic probe has a smooth, streamlined cylindrical shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The insertion tube 180 and the cable 181 include an input / output line for connecting the ultrasonic transducer and the ultrasonic diagnostic apparatus main body, an electric control line for driving and controlling the drive motor, a signal line for an encoder and the like, a shock detection and a temperature detection. A flexible cable for transmitting a sensor signal line or the like to the connector box 18, which is protected by a coating and shielded.
[0365]
FIG. 23 is a sectional view of an outer rotor rotating type brushless motor with a core according to the present embodiment. This motor is an ultrasonic vibrator drive motor, and is an example of a motor mounted on the tip of a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus.
[0366]
In FIG. 23, the ultrasonic vibrator 182 is formed in the frame of the housing of the element holder 209, is attached to the top surface of the rotor foom 210 of the drive motor, and rotates around the drive shaft 188. An acoustic lens 211 is provided at the tip of the ultrasonic transducer 182. The acoustic lens 211 effectively utilizes the phenomenon of refraction, and the ultrasonic wave is focused on the surface of the vibrator by a concave acoustic lens because the ultrasonic wave has a faster sound speed in a solid than in a liquid. I have. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used. The signal line of the ultrasonic vibrator 182 passes through a hole in the center of the hollow drive shaft 188 and is drawn out of the drive motor.
[0367]
The beam of the ultrasonic transducer 182 is emitted in the direction of the drive axis. A beam trajectory plane 190 is formed in the direction of the beam emission axis 189 on the ultrasonic transducer 182 side. Since the ultrasonic vibrator 182 mounted on the top surface of the rotor frame 196 rotates around the drive shaft 188, the beam trajectory plane 190 of the ultrasonic vibrator 188 also rotates. The locus plane 190 is a plane parallel to the drive shaft 188. The beam trajectory plane 190 is at an angle other than the beam trajectory plane 195 (reference numeral 195 in FIG. 22) of the tomographic plane along the ultrasonic probe insertion axis and the beam trajectory plane 196 perpendicular to the insertion axis (reference numeral 196 in FIG. 22). Is also capable of moving, so that it is an ultrasonic diagnostic apparatus capable of taking an ultrasonic tomographic image at an arbitrary angle, which is useful for medical diagnosis.
[0368]
Since the multi-plane TEE ultrasonic probe of the embodiment can observe the image of the diagnostic site from inside the body cavity, the transesophageal ultrasonic probe is not affected by the intercostal influence or the ultrasonic attenuation by the subcutaneous fat, The blood vessel-inserted ultrasonic probe can obtain a clear image without being affected by ultrasonic attenuation due to subcutaneous fat, and can observe a tomographic plane viewed from an arbitrary direction in a body cavity. One example of the ultrasonic probe according to the present embodiment is a multi-plane transesophageal ultrasonic probe that is inserted into the esophagus and obtains an ultrasonic tomographic image of the heart, and is an embodiment of a biplane transesophageal ultrasonic probe.
[0369]
The ultrasonic transducer 182 is constituted by an ultrasonic transducer row in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a one-dimensional direction, and can obtain an image of the beam trajectory plane 190 at the same time. By driving the drive motor on which the ultrasonic transducer row is mounted in the following operation modes, complicated image diagnosis can be performed.
(A) Constant speed rotation operation
(B) Step operation (1st, 2nd, 3rd)
(C) 15 degree biplane operation
(D) 90-degree biplane operation
(E) External synchronous biplane operation
The (a) constant-speed rotation operation is an operation mode in which a plurality of two-dimensional images at angular positions at an arbitrary time can be synthesized to perform three-dimensional image processing. The size and direction can be grasped.
[0370]
The step operation (b) is for observing a two-dimensional image at a constant angular interval. This is an operation mode in which a plurality of two-dimensional images can be synthesized to perform three-dimensional image processing, and the size of a heart, the size and direction of a diseased part, and the like can be grasped.
[0371]
The 45-degree biplane operation of (c) sets the ultrasonic transducer angles to 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, and 180 ° for a patient whose heart position and angle are slightly shifted due to individual differences and the like. This is a measurement mode for instantly obtaining a basic cross-sectional image of a patient from the moved image.
[0372]
(D) The 90-degree biplane operation is also performed on a patient whose heart position and angle are slightly shifted due to individual differences, etc., from an image obtained by moving the ultrasonic transducer angle by 0 °, 90 °, and 180 °. This is a measurement mode for instantly obtaining a basic cross-sectional image of a patient.
[0373]
In the external synchronization mode (e), since the heartbeat of each person is different, the biplane operation of (3) or (4) cannot be performed in a preset time, so that the biplane is synchronized with the heartbeat. This is an operation mode in which the operation of the heart valve is operated and the movement of the heart valve is observed instantaneously.
[0374]
Such an operation mode is possible by directly driving the ultrasonic transducer with a motor.
[0375]
The drive rotor has a rotor frame 210 and a hanging part 198 for attaching a drive magnet 197, a drive shaft 188, and a spigot part 199 for attaching an ultrasonic vibrator. The ring-shaped drive magnet 197 is an anisotropic neodymium magnet having a characteristic of BHmax = 39MGOe and is magnetized with eight poles. The core 200 is bonded and fixed to the central cylindrical portion 201 of the base housing 184 at a position facing the drive magnet 197. The core 200 has six salient poles, and the winding 202 is wound so as to have three phases. The core is coated with electrodeposition for insulation between the core 200 and the winding 202.
[0376]
The insulating film of the core 200 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin and is used for the purpose of electrical insulation between the winding 202 and the core 200. Therefore, a thicker film is better. A gap is formed between the core and the core 200, and the motor efficiency is reduced. Therefore, the film is formed as thin as possible. For example, as the insulating film, a core having a thickness of 50 μm or less was used. The electrodeposition coating film is a film having excellent insulating properties, and can be formed relatively easily industrially.In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, the environment other than air, for example, The motor can be used even in an environment such as oil. In an ultrasonic diagnostic apparatus using a drive motor in an ultrasonic propagation medium, an electrodeposition coating film or a vacuum deposition film is often used for a core of the drive motor.
[0377]
In a three-phase brushless motor of a drive motor, a wire wound on a core is subjected to a Y connection process, and a common wire thereof is U-phase, V-phase, and W-phase so as not to be taken out of the motor. Process the three lines of the phase. These three wires are connected by soldering to the FPC 203 affixed to the base housing 184, and the FPC 203 is drawn out of the drive motor, and a motor lead wire from the drive motor control drive circuit is connected to the land of the drawn out FPC 203. I do.
[0378]
The rotor frame 196 to which the ultrasonic vibrator 182 is attached has the drive shaft 188 rotatably supported by bearings 204 and 205. The bearings 204 and 205 are fixed inside the central cylindrical portion 201 of the base housing 184, and can be rotated about a drive shaft 188.
[0379]
Knowing the rotational position of the ultrasonic vibrator is necessary for displaying an image. Therefore, it is necessary to know the rotational position information of the rotor frame 196 to which the ultrasonic vibrator is attached. The rotation position of the rotor frame 196 is obtained by using the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means together with the rotation position information of the rotor frame 196.
[0380]
An encoder magnet 191 and an MR element 192 serve as reference position means for finding reference position information of the rotor frame 196. The encoder magnet 191 is configured such that the Z-phase magnetic pole part and the AB-phase magnetic pole part are the same. Although it cannot be seen from the external appearance because it is magnetized, the polar state of the magnetic pole can be seen by using the MR element. The MR element 192 has AB and Z phase detection sections formed in one element. Since the Z-phase detector is configured on the ultrasonic transducer side of the MR element 192, the Z-phase magnetic pole also exists on the ultrasonic transducer side of the encoder magnet 191. The Z-phase magnetic pole is monopolar magnetized in one place in one rotation. If it is not possible to create a single-pole magnetic pole neatly, only one portion of the Z-phase portion of the encoder magnet has the same diameter as the AB-phase magnetic pole portion, and the other portions constitute the encoder magnet as one paragraph.
[0381]
As the Z-phase MR element signal, one pulse signal is detected for one rotation of the rotor frame. The Z-phase signal passes through the insertion tube, passes through the handle and the cable, and is connected to the drive motor control drive circuit 187 (corresponding to a relay board) of the relay box. The MR signal is amplified by the MR signal processing circuit 186 of the drive motor control drive circuit 187 of the relay box, the signal information is further processed by the probe CPU 207, and the signal is connected to the main body CPU 38 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body as communication signal information. Is done.
[0382]
The relative position information means also includes an encoder magnet 191 and an MR element 192. The MR element is an ABZ phase MR element, and a Z phase MR element part and an AB phase MR element part are formed in one MR element. The Z-phase MR element is formed on the ultrasonic transducer side, and the AB-phase MR element is formed on the base housing 184 side. Accordingly, the encoder magnet 191 also has a Z-phase magnetic pole on the ultrasonic transducer side and an AB-phase magnetic pole on the base housing 184 side.
[0383]
In order not to be affected by the leakage magnetic flux of the drive magnet 197 on the encoder output, the rotor frame is made thicker and the encoder magnet 191 is made thicker, and the gap between the encoder magnet 191 and the MR element 192 is very narrow. You have set.
[0384]
The magnetic encoder incorporated as the relative position information means comprises the AB phase and the Z phase with a pair of encoder magnets and an MR element. The AB phase detector of the MR element 192 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor can be obtained from the phase difference. Therefore, the rotational position information of the ultrasonic vibrator 182 attached to the rotor frame 210 can be known. The AB phase magnetic pole is obtained by being magnetized to multiple poles on the outer periphery of the encoder magnet 191 by a rotary magnetizer. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 191 and the AB phase MR element 192 is about 50 μm, and is driven in an ultrasonic wave propagation medium. Incorporation is done above. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 191 is detected from the MR element 192, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0385]
The signal information of the AB phase and the Z phase is processed by the probe CPU 207 and transmitted to the main body system 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus as communication information of position information. The main body system also needs the position information of the ultrasonic transducer to display an image. The Z-phase and AB-phase signals are also used to determine the reference position and the relative position. The signals are processed by the probe CPU 207 to determine the Z-phase signal position and the ultrasonic transducer position. It can be managed as position information based on the position of the child.
[0386]
The relay box is connected to a system main body of the ultrasonic diagnostic apparatus main body and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit.
[0387]
The gap between the encoder magnet 191 and the MR element 192 is set to be very small so that the influence of the leakage magnetic flux of the drive magnet 197 is not affected by the encoder output. Since the gap is narrow, it is necessary to reduce the influence of swelling of the encoder magnet 191, cutting runout, assembly runout, and the like. The encoder magnet 191 is bonded and fixed to the rotor frame 196 to reduce the deflection of the outer peripheral surface of the encoder magnet. Further, a material in which the content of ferrite in the plastic magnet of the encoder magnet 16 is increased is used. That is, since the encoder magnet 191 is used in an ultrasonic wave propagation medium, a magnet material containing 79% or more of a magnetic material is used in consideration of the swelling effect. For example, the material of the encoder magnet 191 is a plastic magnet, and 12 nylon is used as a base resin.
[0388]
For example, when the encoder magnet 191 has 150 poles, the AB phase MR signal also has 150 pulses, so that a signal with a resolution of 150 pulses per rotation can be obtained as the position information of the drive rotor. Since the A phase and the B phase each have 150 pulses and a phase difference of 90 degrees, if the signals of the A phase and the B phase are quadrupled, a signal having a resolution accuracy of 600 per rotation can be obtained. Since the encoder magnet 191 is rotated and magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is extremely high. Therefore, even if the frequency is quadrupled, position information with considerably high angular accuracy can be obtained.
[0389]
The base housing 184 is formed of a sintered metal by a metal powder injection molding method (Metal Injection Molding = MIM). SUS316L is used as a material to stabilize molding accuracy and sintering dimensional accuracy.
[0390]
In the ultrasonic probe according to the seventh embodiment, the processing circuit for the MR signal is of a type configured in a relay box. As in the other embodiments, there is a method of forming a relay board at the tip or handle of an ultrasonic probe for processing an MR signal. In addition, there is a method such as dividing the relay board as in the first embodiment. However, the relay box, which is the main feature of the present invention, has a drive motor control drive circuit board. The ultrasonic transducer of the probe can be controlled on the probe side. By processing the Z-phase and AB-phase signals with the probe CPU 207, it can be managed as position information based on the position of the ultrasonic transducer, so that other diagnostics can be performed by unifying the interface specifications on the probe side and the main body side. The connection can be made with the ultrasonic probe used. By analyzing the display function of the main unit and corresponding to other models, it is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can be used in many medical departments with one system.
[0391]
As described above, the two-dimensional scanning ultrasonic probe according to the present embodiment is lightweight and small, and the main mechanism of the driving unit is built in the tip of the probe. According to the ultrasonic transducer, a wide-angle ultrasonic tomographic image can be obtained.
[0392]
The two-dimensional scanning by the two-dimensional scanning ultrasonic probe of the present embodiment is possible, and with the rotation of the drive motor to which the ultrasonic transducer is fixed, the rotation angle signal is transmitted from the encoder on the drive motor side to the ultrasonic diagnosis. The data is transmitted to the apparatus, and a two-dimensional ultrasonic tomographic image is obtained.
[0393]
【The invention's effect】
As is clear from the description of the above embodiment, according to the first aspect of the present invention, it is possible to construct a motor system for driving an ultrasonic transducer only with an ultrasonic probe, and the apparatus main body and the ultrasonic probe are detachable. , Can be mounted.
[0394]
According to the second aspect of the present invention, the drive circuit can be controlled on the probe side, and the probe side and the apparatus main body side transmit position information by communication, so that the position of the ultrasonic vibrator can be controlled by the main body. Since the side can be grasped, the drive system can be formed only by the probe side. Furthermore, by configuring the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit in a relay box, the motor control drive circuit can be completed with the ultrasonic probe alone, and if the connection interface between the ultrasonic diagnostic device and the ultrasonic probe is unified, By changing the diagnostic software of the main body, various diagnoses can be performed with one diagnostic apparatus main body. Therefore, it is possible to easily attach and detach the ultrasonic probe, and to design the ultrasonic probe alone while linking to the development pace of the apparatus main body.
[0395]
According to the third aspect of the present invention, a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified so as not to be affected by external noise. , The rotation direction of the rotor can be known. Further, by using the Z-phase MR element, reference position information of the rotor can be known. By attaching an encoder magnet to the rotor and magnetizing the encoder magnet such as rotation magnetization, it is possible to obtain small-sized and regular position information, thereby obtaining a high-quality ultrasonic tomographic image.
[0396]
According to the fourth aspect of the present invention, the magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified by the probe handle, so that the signal is amplified near the MR element. It is possible to obtain that the amplified signal can be routed without concern for the shield performance without being affected by external noise.
[0397]
According to the fifth aspect of the present invention, the influence of external noise is reduced by using a magnetic encoder as the rotational relative position information means of the drive motor and amplifying the signal of the MR element by the first signal processing unit at the tip of the probe. By receiving the amplified signal and subjecting it to rectangular wave processing in the second signal processing section of the handle near the probe tip, it is possible to route the amplified signal without worrying about the shielding performance It is.
[0398]
According to the present invention, a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified in the ultrasonic probe and subjected to rectangular wave processing, thereby affecting the influence of external noise. It is obtained that it can be hard to receive.
[0399]
According to the seventh aspect of the present invention, a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, the signal of the MR element is amplified by the handle, and rectangular wave processing is performed to reduce the size of the ultrasonic probe tip. A drive motor can be mounted, and the tip of the ultrasonic probe can be reduced. Furthermore, it is possible to manufacture a compact and lightweight ultrasonic transducer drive motor that can scan, build a motor system that drives the ultrasonic transducer only with the ultrasonic probe, and use the relay box to create an ultrasonic diagnostic device. It is obtained that the main body and the ultrasonic probe can be easily detached and attached.
[0400]
According to the invention of claim 8, it is possible to manufacture a small-sized and light-weight scanable ultrasonic vibrator drive motor, and to construct a motor system for driving the ultrasonic vibrator only with the ultrasonic probe. Further, the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus and the ultrasonic probe can be easily attached and detached and attached to and from the relay box.
[0401]
According to the ninth aspect of the present invention, the ultrasonic wave propagation medium is included, the drive motor and the ultrasonic vibrator are formed in the window case, and the tip of the ultrasonic probe can be reduced in size. By configuring the microcomputer and the motor control drive circuit in the relay box, the motor control drive circuit can be completed by the ultrasonic probe alone. If the connection interface between the ultrasonic diagnostic apparatus and the ultrasonic probe is unified, various diagnostics can be performed with one diagnostic apparatus main body by changing the diagnostic software of the main body. Therefore, the development time can be shortened, the option of the ultrasonic diagnostic apparatus can be easily made, and the specification of the ultrasonic diagnostic apparatus can be easily expanded. It can easily respond to specification changes. It is obtained that the versatility of the system board of the ultrasonic diagnostic apparatus can be increased.
[0402]
Further, according to the tenth aspect of the present invention, a structure is provided in which a rotor portion that is rotatably supported at the tip of the ultrasonic probe and an ultrasonic vibrator is attached to the rotor portion, and rigidity is obtained by using two bearings. A strong motor can be made. That is, since the ultrasonic vibrator is attached to the rotor frame which is rotatably supported by the two bearings, the rotation is stabilized and the position of the ultrasonic vibrator is stabilized, so that the accuracy of the sitting image can be improved.
[0403]
According to the eleventh aspect of the present invention, an ultrasonic probe whose scanning surface of the ultrasonic transducer is parallel to the handle axis can be formed in a small size as a detachable and attachable system. Things.
[0404]
According to the twelfth aspect of the present invention, a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified by the signal processing unit of the sensor unit of the ultrasonic probe, and the circuit of the relay box is amplified. In this way, it is possible to reduce the tip of the ultrasonic probe and to reduce the size of the handle by performing rectangular wave processing by connecting to the.
[0405]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified by the probe handle, thereby amplifying the signal near the MR element. It is possible to obtain that the amplified signal can be routed without concern for the shield performance without being affected by external noise.
[0406]
According to the fourteenth aspect of the present invention, the influence of external noise is reduced by using a magnetic encoder as the rotational relative position information means of the drive motor and amplifying the signal of the MR element by the first signal processing unit at the tip of the probe. The amplified signal is subjected to rectangular wave processing by the second signal processing section of the handle near the probe tip without receiving the amplified signal, so that the amplified signal can be routed without concern for the shielding performance. Further, by disposing the signal processing unit separately from the first signal processing unit and the second signal processing unit, it is possible to reduce the size at each position. That is, it is possible to reduce the size.
[0407]
According to the invention of claim 15, a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified in the ultrasonic probe and subjected to rectangular wave processing, thereby affecting external noise. It is obtained that it can be hard to receive.
[0408]
According to the sixteenth aspect of the present invention, a magnetic encoder is used as the rotational relative position information means of the drive motor, and the signal of the MR element is amplified by the signal processing unit of the handle unit in the ultrasonic probe, and the rectangular wave is amplified. By performing the processing, the influence of external noise can be reduced, and the tip of the probe can be reduced in size. Further, by configuring the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit in a relay box, it is possible to complete the motor control drive circuit with an ultrasonic probe alone.
[0409]
According to the seventeenth aspect of the present invention, the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit are configured in a relay box, so that the motor control drive circuit is completed by the ultrasonic probe alone, and the ultrasonic diagnostic apparatus and the ultrasonic probe By unifying the connection interface with the diagnostic apparatus, various diagnostics can be performed with one diagnostic apparatus main body by changing the diagnostic software of the main body. Therefore, it is possible to easily attach and detach the ultrasonic probe.
[0410]
According to the eighteenth aspect of the present invention, the circuits can be put together in the relay box, so that a shield wire or the like for connecting the configuration processing unit is not required, and the drive motor control drive circuit can be easily connected. Therefore, a smaller drive motor can be mounted on the tip of the ultrasonic probe, and the size of the ultrasonic probe can be reduced.
[0411]
According to the nineteenth aspect of the present invention, since the circuits can be integrated in the relay box, a shield wire or the like for connecting the configuration processing unit is not required, and the drive motor control drive circuit can be easily connected. For this reason, a smaller drive motor can be mounted on the tip of the ultrasonic probe, so that the tip of the ultrasonic probe can be made smaller and the handle can be made smaller.
[0412]
According to the twentieth aspect of the present invention, the drive circuit can be controlled on the probe side, and the probe side and the apparatus main body side transmit position information by communication, so that the position of the ultrasonic vibrator can be controlled by the main body. The drive system can be formed only on the probe side because the drive system can be grasped. Furthermore, by configuring the motor drive control microcomputer and the motor control drive circuit in a relay box, the motor control drive circuit can be completed with the ultrasonic probe alone, and if the connection interface between the ultrasonic diagnostic device and the ultrasonic probe is unified, By changing the diagnostic software of the main body, various diagnoses can be performed with one diagnostic apparatus main body. Therefore, the ultrasonic probe can be easily attached and detached and attached, and the ultrasonic probe can be designed independently while being linked to the development pace of the device main body. By configuring the processing circuit on the same substrate as the control drive circuit, Therefore, the number of boards to be stored in the relay box is reduced, and workability and the like are improved. The result is that maintenance becomes easier.
[0413]
According to the twenty-first aspect of the present invention, in order to mount the ultrasonic vibrator on the top surface of the rotating rotor frame, the ultrasonic beam is emitted in the axial direction with respect to the rotation axis, and is parallel to the rotation axis. Since the ultrasonic beam trajectory surface can be formed at the same time and the ultrasonic vibrator is directly mounted on the rotor frame of the motor, the position is stabilized. It is possible to produce a narrow probe which can improve the accuracy of the sitting image.
[0414]
According to the invention of claim 22, a drive motor for rotating the ultrasonic transducer is mounted on the tip of the ultrasonic probe, and an ultrasonic beam is emitted so as to be orthogonal to the insertion direction of the insertion tube. Since the ultrasonic beam trajectory surface can be formed so as to be perpendicular to the insertion direction, a narrow probe can be manufactured. Further, it is possible to obtain that the position of the ultrasonic transducer is stabilized.
[0415]
According to the twenty-third aspect of the present invention, the ultrasonic beam is emitted in the axial direction with respect to the rotation axis, and the ultrasonic beam trajectory plane perpendicular to the insertion direction of the insertion tube can be formed, and the position is stable. The result is that it is possible to manufacture a narrow probe.
[0416]
Further, according to the invention described in claim 24, it is possible to produce a narrow probe having a stable position.
[0417]
According to the twenty-fifth aspect of the present invention, it is possible to construct a motor system for driving an ultrasonic transducer only with an ultrasonic probe, and it is possible to attach and detach the apparatus main body and the ultrasonic probe. It is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an ultrasonic diagnostic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a drive motor of the ultrasonic transducer drive motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a structural diagram of a drive motor of the ultrasonic transducer drive motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is a structural diagram of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a structural diagram of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a structural diagram of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 16 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 17 is a sectional view of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 19 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a sixth embodiment of the present invention;
FIG. 21 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 22 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 23 is a sectional view of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,2,118,154,182 Ultrasonic transducer
3, 74, 152 drive motor
4, 75, 120, 183 drive rotor
5, 56, 76, 121, 184 Base housing
6, 115, 159, 179 handle
6a Hand switch
7 Relay adjustment board
8. Ultrasonic propagation medium volume adjustment mechanism
9, 77, 123, 153, 188 Drive shaft
10 Beam emission axis
11 Ultrasonic beam trajectory plane
12, 99, 109 Z-phase pin
13 MR element (Z phase)
14, 128 relay amplifier board
15, 81 Magnetic encoder
16, 82, 126, 161, 191 Encoder magnet
17 MR element (AB phase)
18 junction box
19,187 Drive motor control drive circuit
20 System body
21,129 rotary transformer
22, 130, 157 Transformer on rotor side
23, 131, 156 Stator side transformer
24, 132, 170, 193 window case
25 pulse generator
26 Transducer drive circuit
27 Amplifier
28 logarithmic amplifier
29 Detection circuit
30 Gain setting device
31 Gain control controller
32 synthesis circuit
33 A / D
34 DSP
35 image memory
36 DSC
37 TV monitor
38 Host CPU
39, 114, 169, 178
40, 117, 160, 181 cable
41 Connector outlet
42, 135, 172, 194 knob
43 Display
44 keyboard
45 Trackball
46 cars
47 hook
48, 147, 174, 200 cores
49, 144, 173, 197 Drive magnet
50, 86, 103, 113, 119, 210 rotor frame
51, 52, 150, 151, 175, 176, 204, 205 Bearing
53 Bearing boss
54, 104, 105 Rotor side plate
55, 58, 101, 111 Mounting base
57 Inclined surface (cut surface)
59, 60 holes
61, 149, 177, 202 winding
62 insulating film
63 Flexible board
64 lead wires
65, 87, 139, 211 acoustic lens
66, 67, 69, 70 Coil groove
68, 72, 140, 142, 203 FPC
71 coil
73 scanning angle
79, 110, 163 Z-phase MR element
80, 98, 122, 165 Relay board
83, 164 AB phase MR element
84 Slip ring
85 Probe body mounting base
88, 107 cut surface
89 Z-phase FPC
90 Flat lead wire
91 AB phase FPC
92 electrodes
93 brushes
94 brush holder
95 Motor wire
96 Bearing empty
97 Insulation sheet
100 Z phase MR
102, 112 angles
106, 146, 199
108 Amplification rectangle processing circuit
116, 158, 180 Insertion tube
124, 189 radiation axis
125, 136, 137, 168, 190, 195, 196 Beam trajectory plane
127, 192 MR element
133 Volume adjustment mechanism
134, 171, 185 Controller knob
138, 209 Element holder
141 Bush
143 shaft core color
145, 198 hanging part
148, 201 Central cylindrical part
155 cradle
162 protrusion
166 Drive motor control drive board
167 Reflection mirror
186 processing circuit
206 Motor drive circuit
207 Probe CPU
208 Housing

Claims (25)

生体の情報を検出しエコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波診断装置。What is claimed is: 1. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic probe that detects information of a living body and outputs an echo signal; and a main body that performs image processing on the echo signal. Unit, connected to the main body via a cable and a relay box, the sensor unit has an ultrasonic oscillator and a drive motor, and the drive motor has a drive magnet and an ultrasonic oscillator on its rotor. The control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay box is configured to be detachable from the main body. Ultrasound diagnostic equipment. 生体の情報を検出しエコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１に記載の超音波診断装置。What is claimed is: 1. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic probe that detects information of a living body and outputs an echo signal; and a main body that performs image processing on the echo signal. Unit, connected to the main body via a cable and a relay box, the sensor unit has an ultrasonic oscillator and a drive motor, and the drive motor has a drive magnet and an ultrasonic oscillator on its rotor. Is mounted and configured to be rotationally driven by a control drive circuit, the control drive circuit is equipped with a microcomputer, and the microcomputer controls the drive circuit servo control, startup, operation, etc., and communicates with the main body CPU. The control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay box The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 consisting configured detachably relative to the main body portion. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means. The encoder is composed of an encoder magnet and an MR element. The signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by the signal processing of the sensor unit of the ultrasonic probe. 3. The apparatus according to claim 1, wherein the amplified signal is transmitted by a cable, connected to a drive motor control drive circuit provided in the relay box, and the drive motor is controlled. Ultrasonic diagnostic equipment. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、
ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, the encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and amplifies the MR signal output from the MR element in the handle portion of the ultrasonic probe,
3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the amplified signal of the MR signal is connected to a drive motor control drive circuit provided in the relay box to control the drive motor. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第一信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means. The encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and the signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by the first part of the sensor unit of the ultrasonic probe. A second signal processing unit for performing a rectangular wave processing of the amplified signal by the signal processing unit is disposed in the handle unit, the rectangular wave signal is transmitted by a cable, and connected to a drive motor control drive circuit formed in a relay box. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic diagnostic apparatus is configured to control a drive motor. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブ内で信号増幅とその増幅信号を矩形波処理とを行い、ＭＲ信号の矩形波信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means. The encoder is composed of an encoder magnet and an MR element. The MR signal output from the MR element is amplified in an ultrasonic probe and the amplified signal is amplified. The rectangular wave processing is performed, and the rectangular wave signal of the MR signal is connected to a drive motor control drive circuit provided in the relay box to control the drive motor. Ultrasonic diagnostic equipment. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置に搭載された駆動モータ。A drive motor mounted on the ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1. 生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブ。An ultrasonic probe that detects information of a living body and sends the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus including a main body that performs image processing, and a sensor unit that comes close to a living body and a handle unit that is connected to the sensor unit. A connecting cable and a relay box, wherein the sensor unit has an ultrasonic vibrator and a drive motor, and the drive motor is configured by attaching a drive magnet and the ultrasonic vibrator to its rotor, and is rotated by a control drive circuit. An ultrasonic probe to be driven, wherein the control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay box is configured to be detachable from the main body. 生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項８に記載の超音波プローブ。An ultrasonic probe that detects information of a living body and sends the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus including a main body that performs image processing, and a sensor unit that comes close to a living body and a handle unit that is connected to the sensor unit. A connecting cable and a relay box, wherein the sensor unit has an ultrasonic vibrator and a drive motor, and the drive motor is configured by attaching a drive magnet and the ultrasonic vibrator to its rotor, and is rotated by a control drive circuit. It is driven, the control drive circuit is equipped with a microcomputer, the microcomputer controls the drive circuit servo control, startup, operation, etc., and communicates information such as sensor position by communication with the main body CPU, The control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay box is configured to be detachable from the main body. The ultrasonic probe according to claim 8 comprising. 超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させるように構成し、駆動モータのロータを２つの軸受で回転支承し、その軸受の間にコアと巻線を形成し、その２つの軸受間のロータフレームに超音波振動子取り付け部を形成し、さらにその２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースを構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。The ultrasonic vibrator is attached to the outer peripheral portion of the rotor frame of the drive motor, and the ultrasonic vibrator is configured to rotate around the drive shaft of the drive motor. The rotor of the drive motor is rotatably supported by two bearings. A core and a winding are formed between the bearings, an ultrasonic vibrator mounting portion is formed on a rotor frame between the two bearings, and a base for fixing a drive shaft outside the two bearings is formed. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein: 超音波プローブセンサ部からハンドル部に接続される軸（ハンドル軸）に直交するように駆動モータの駆動軸を超音波プローブのウインドウケース内に構成し、そのハンドル軸に平行に超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。The drive axis of the drive motor is configured in the window case of the ultrasonic probe so as to be orthogonal to the axis (handle axis) connected from the ultrasonic probe sensor section to the handle section, and the ultrasonic vibrator is parallel to the handle axis. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the ultrasonic probe forms a trajectory plane of the ultrasonic beam. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブ。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means. The encoder is composed of an encoder magnet and an MR element. The signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by the signal processing of the sensor unit of the ultrasonic probe. 10. The control unit according to claim 8, wherein the amplified signal is transmitted by a cable and connected to a drive motor control drive circuit provided in the relay box to control the drive motor. Ultrasonic probe. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブ。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, the encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and amplifies the MR signal output from the MR element in the handle portion of the ultrasonic probe, 10. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the amplified signal of the MR signal is connected to a drive motor control drive circuit provided in the relay box to control the drive motor. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第一信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means. The encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and the signal amplification of the MR signal output from the MR element is performed by the first part of the sensor unit of the ultrasonic probe. The signal processing unit performs a square wave processing of the amplified signal, a second signal processing unit is disposed on the handle unit, the rectangular wave signal is transmitted by a cable line, and connected to a control drive circuit housed in the relay box. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the ultrasonic probe is configured to control a drive motor. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をセンサ部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and a signal for amplifying the MR signal output from the MR element and processing the amplified signal with a rectangular wave. The processing unit is disposed in the sensor unit, and a rectangular wave signal is transmitted by a cable line, and the processing unit is connected to a control driving circuit housed in the relay box to control the driving motor. Item 10. An ultrasonic probe according to item 9. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をハンドル部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and a signal for amplifying the MR signal output from the MR element and processing the amplified signal with a rectangular wave. The processing unit is disposed on the handle unit, the rectangular wave signal is transmitted by a cable line, and the processing unit is connected to a driving motor control driving circuit formed in the relay box to control the driving motor. The ultrasonic probe according to claim 8 or claim 9. 駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された信号処理部の処理回路でＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の矩形波処理を行い、前記中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。The drive motor uses an encoder as its rotational relative position information means, and the encoder is composed of an encoder magnet and an MR element, and the MR signal output from the MR element is transmitted through a cable line to form a relay box. A signal processing unit of the signal processing unit performs signal amplification of the MR element and rectangular wave processing of the amplified signal, and is connected to a drive motor control drive circuit configured in the relay box to control the drive motor. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the ultrasonic probe comprises: 中継ボックスには、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する回路、および駆動モータ制御駆動回路を一体に構成してなる請求項１７記載の超音波プローブ。18. The ultrasonic probe according to claim 17, wherein the relay box is formed integrally with a signal amplification of the MR element, a circuit for processing the amplified signal with a rectangular wave, and a drive motor control drive circuit. 生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブ。An ultrasonic probe that detects information of a living body and sends the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus including a main body that performs image processing on the echo signal, and a sensor unit that comes close to the living body and a flexible insertion tube and a handle unit that extends from the sensor unit. The sensor unit includes an ultrasonic vibrator and a drive motor, and the drive motor includes a drive magnet and the ultrasonic vibrator attached to a rotor of the sensor unit. An ultrasonic probe, which is rotatably driven by a control drive circuit, wherein the control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay box is configured to be detachable from the main body. 生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１９記載の超音波プローブ。An ultrasonic probe that detects information of a living body and sends the echo signal to an ultrasonic diagnostic apparatus including a main body that performs image processing on the echo signal, and a sensor unit that comes close to the living body and a flexible insertion tube and a handle unit that extends from the sensor unit. The sensor unit includes an ultrasonic vibrator and a drive motor, and the drive motor includes a drive magnet and the ultrasonic vibrator attached to a rotor of the sensor unit. , Which is rotationally driven by a control drive circuit. The control drive circuit is equipped with a microcomputer, and the microcomputer controls the drive circuit servo control, startup, operation, etc., and communicates with the main body CPU through sensor positions and the like. The control drive circuit of the drive motor is built in the relay box, and the relay box is mounted on the main body. Ultrasonic probe removably constructed comprising according to claim 19 and. 駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面である請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブ。The rotor of the drive motor is rotatably supported by bearings, and an ultrasonic vibrator mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis, and the ultrasonic vibrator mounting surface is a top surface of a rotor frame of the drive motor. 21. The ultrasonic probe according to claim 19 or claim 20. 駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略直交するように構成され、その挿入管に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブ。The rotor of the drive motor is rotatably supported by bearings, and the ultrasonic transducer mounting surface is formed on a surface perpendicular to the rotation axis. The drive shaft of the drive motor is configured to be substantially perpendicular to the insertion tube extending from the sensor unit. 21. The ultrasonic probe according to claim 19, wherein the ultrasonic probe has a trajectory surface of an ultrasonic beam of the ultrasonic transducer substantially perpendicular to the insertion tube. 駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略平行するように構成され、その駆動軸に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブ。The rotor of the drive motor is rotatably supported by bearings, and the ultrasonic transducer mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis. The drive shaft of the drive motor is configured to be substantially parallel to the insertion tube extending from the sensor unit. 21. The ultrasonic probe according to claim 19, wherein said ultrasonic probe forms a trajectory plane of an ultrasonic beam of said ultrasonic transducer substantially orthogonal to said drive shaft. 駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面であって、駆動モータを回転させることで、駆動モータのロータフレームに搭載された超音波振動子を回転させ、任意角度の超音波ビーム軌跡面を走査することで超音波断層像を得る超音波プローブの先端に内蔵する駆動モータであって、断層のビーム軌跡面が挿入軸に直交する軸を中心にして回転する請求項２１記載の超音波プローブ。The rotor of the drive motor is rotatably supported by bearings, and an ultrasonic vibrator mounting surface is formed on a surface orthogonal to the rotation axis, and the ultrasonic vibrator mounting surface is a top surface of a rotor frame of the drive motor. An ultrasonic probe that obtains an ultrasonic tomographic image by rotating an ultrasonic transducer mounted on a rotor frame of the drive motor by rotating a drive motor and scanning an ultrasonic beam trajectory plane at an arbitrary angle. 22. The ultrasonic probe according to claim 21, further comprising a drive motor built in at the tip of the probe, wherein the beam trajectory plane of the tomogram rotates about an axis orthogonal to the insertion axis. 請求項８から請求項２４のいずれかに記載の超音波プローブに搭載された駆動モータ。A drive motor mounted on the ultrasonic probe according to any one of claims 8 to 24.
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JPWO2016157345A1 (en) * 2015-03-27 2017-12-28 株式会社ニコン Microscope device, observation method, and control program

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