JP2004229993A

JP2004229993A - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic equipment

Info

Publication number: JP2004229993A
Application number: JP2003023775A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Toyoshima; 弘祥豊島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide diagnostic equipment linking image position information of ultrasonic vibrators with motor rotation position information. <P>SOLUTION: This ultrasonic probe is provided with a drive motor 3 driving the ultrasonic vibrators 1 and 2 in the distal end 39 of an ultrasonic prove and the ultrasonic vibrators are directly attached to the drive motor. The image position information of the ultrasonic vibrators are linked with the motor rotation position information using a position information detector of the drive motor as the position information detector of the ultrasonic vibrators. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波プローブとそれを使用した超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、医療用超音波プローブは、超音波振動子を設けた先端部を被診断者の体内に挿入して診断対象の診断部付近に配置し、超音波振動子により超音波を照射し、診断部によって反射された反射波を超音波振動子により受信し、その受信された反射波のデータが診断装置に送信されてデータ処理されることにより診断部の断面画像が得られることになっており、更に、超音波振動子を回転させることにより、診断部の複数の断面画像を得ることができるようになっている。
【０００３】
従来、複数の超音波画像を得るための医療用超音波プローブとしては、経食道用超音波プローブが知られている（たとえば特許文献１を参照）。これは、基端部に設けられたダイアルを手動で回転操作することによりワイヤを介して超音波振動子を回転させる構成であり、超音波振動子の回転位置はダイアルの操作量で知ることができる。
【０００４】
しかしながら、このような構成ではワイヤに伸び、若しくは緩みが生じると、ダイアルの操作量に対する超音波振動子の回転量が変化するので、その回転位置を正確に知ることができない。しかも、手動のダイアル操作方式では、超音波振動子を一定間隔で回転、停止させることは難しく医療分野で要望の高い三次元撮影において画像がばらついてしまうという不具合がある。
【０００５】
そこで、更に従来では、経膣超音波プローブで先端部にモータを搭載するものが登場してきた（たとえば、特許文献２を参照）。これは超音波プローブの先端部に設けられたモータにより超音波振動子を回転させる構成であり、ＡＢ相の２相インクリメンタルエンコーダでロータの相対位置情報を検出し、Ｚ相ＭＲセンサでロータの絶対位置情報を検出し、その相対位置情報と絶対位置情報の２つを用いて絶対位置を基準位置として相対位置情報を割りふることでロータの回転角度情報を決定し、その回転角度情報をもとにモータコイルへの通電制御を行っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−２０６４５０号公報（第２８５頁、図３）
【特許文献２】
特開平７−１２８３１２号公報（第４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の超音波プローブでは位置検出用マグネットとＭＲセンサにより構成されたエンコーダにより、モータ１回転に対しＡ，Ｂ２相の均等な数十パルスの信号が発生し、モータ及び超音波振動子の位置検出を行っているが、近年要望されている、より高精度な画像を得るためには、より高精度なモータ及び超音波振動子の位置検出を行う必要がある。それには従来の超音波プローブの構成では検出用マグネットの着磁により形成されている磁極の間隔を狭くするか、あるいは従来と同一の磁極の間隔で検出用マグネットの外径を大きくする必要がある。かかるに、磁極の間隔を狭くした場合、エンコーダの信号を得るためには位置検出用マグネット外径部とＭＲセンサの距離をより小さくする必要があり、距離を小さくすることにより位置検出用マグネットとＭＲセンサの位置調整がより難しくなると伴に、温度等影響により位置検出用マグネットの外径が変化した場合、ＭＲセンサに接触し、ＭＲセンサを破損してしまう場合が発生する。また、位置検出用マグネットの外径を大きくすると超音波プローブの先端が大きくなっていしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、より高精度なモータ及び超音波振動子の位置検出を容易に行う超音波プローブを提供すると伴に、上記超音波プローブを用いることにより、より高精度な画像を得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくす。
【００１０】
さらに、駆動モータの回転制御情報を超音波振動子の角度情報として使用可能なように、超音波振動子の位置を確定する。
下記のいずれかでもって、ロータに対する超音波振動子の取付位置を絶対位置として確定することが可能となる。
（１）ロータのＺ相基準情報位置に合わせて、超音波振動子を取り付ける。
（２）または、超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報を合わせる。
【００１１】
さらに、超音波振動子の位置情報分解能をあげるためには、位置情報の検出器の性能を上げる必要がある。超音波振動子を駆動するモータをも超音波プローブの先端に構成している関係で、検出器を設けるスペースがないので、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用する。したがって、超音波振動子の位置情報分解能をあげることは駆動モータの位置情報分解能をあげることである。超音波振動子駆動モータの相対位置情報手段としてのエンコーダのパルス数をあげる。
【００１２】
さらに、超音波振動子の位置情報とロータの相対位置情報との関連は超音波振動子の絶対位置はＺ相基準情報位置と関連をもたせることで、Ｚ相基準情報位置とロータの相対位置情報と関連づけることで可能となる。Ｚ相の位置とＡＢ相の信号を確定するために下記のいずれかの規定をする。
（１）Ｚ相信号の立ち上がりとＡ相（またはＢ相）信号の立ち上がりの位相差を規定する。
（２）または、決められたＺ相信号の信号幅のなかにＡ相（またはＢ相）信号の立ち上がりを調整する。
【００１３】
または、決められたＺ相信号の信号幅のなかにＡ相（またはＢ相）信号の立ち上がりを調整する。
【００１４】
さらに、波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、そのパルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路からＡＢ相のＭＲ信号を４逓倍する。たとえば、ＡＢ相ＭＲ信号がそれぞれ３００パルスなら、合成後は４逓倍された１２００パルスの位置情報が得られる。その位置情報で得られたビーム軌跡面の超音波断層画像を処理する画像処理装置が可能となる。
【００１５】
さらに、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。
【００１６】
さらに、超音波振動子の位置情報を超音波診断装置に伝達するために、下記の手段をとることで、課題が解決できる。
（１）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、矩形波信号として、超音波診断装置本体へ伝達する。この場合は超音波振動子の位置は本体側で処理して把握して管理されている。
（２）ＡＢ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達する。この場合は超音波振動子の位置は本体側で処理して把握して管理されている。超音波振動子の絶対位置は超音波振動子を取り付けた時の情報をもとに把握する。
（３）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側と送受信して、情報伝達を行う。
（４）ＡＢ相の信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、さらに、超音波振動子を取り付けた時の情報をもとに超音波振動子の絶対位置として把握しプローブ側のマイコンで情報処理管理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側と送受信して、情報伝達を行う。
【００１７】
【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の超音波プローブにおいて、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、回転に伴って、超音波振動子の超音波ビーム軌跡面を形成し、回転側の超音波振動子の信号伝達手段を具備し、前記駆動モータと超音波振動子とは同一回転中心で同じ回転数を有し、９０度位相差のある２相の信号を発生させるエンコーダと、駆動モータの制御情報とした前記エンコーダの２相の出力信号を波形整形する波形整形回路と、前記波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路を具備し、合成回路からの出力信号を超音波診断装置本体にも伝達し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする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超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができ、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用することで、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。さらに駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用できるので、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。
【００１８】
また、ＡＢ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。エンコーダより出力される９０度位相差のある２相の信号を電気的に処理することにより、各々の信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジによるパルスを合成し、前記合成パルス信号を用いることにより、駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができ、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として４逓倍情報を使用した超音波診断画像を得ることができる
本発明の請求項２に記載の発明は請求項１記載の超音波プローブで得られた駆動モータ位置情報をビーム軌跡面の超音波断層画像の処理位置情報として使用処理する画像処理装置を有する超音波診断装置としたものであり、電子−機械走査式の２次元走査用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たウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にした超音波プローブができ、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。さらに、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が提供でき、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ので、より高精度な超音波断層画像が得られる超音波診断装置が提供できる。駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができ、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として４逓倍情報を使用した超音波診断画像をもとにした超音波診断装置が提供できる。
【００１９】
本発明の請求項３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の超音波プローブにおいて、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、回転に伴って、超音波振動子の超音波ビーム軌跡面を形成し、回転側の超音波振動子の信号伝達手段を具備し、前記駆動モータと超音波振動子とは同一回転中心で同じ回転数を有し、９０度位相差のある２相の信号を発生させるエンコーダと、駆動モータの制御情報とした前記エンコーダの２相の出力信号を波形整形する波形整形回路と、前記波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路を具備し、さらに、同じ基準位置情報手段を基にした超音波振動子の位置情報として駆動モータの位置情報を本体装置側へビット通信情報に変換して送信する手段を具備し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする超音波プローブとしたものであり、駆動モータ及び超音波振動子の高精度な位置信号を用いることにより、より高精度な超音波断層画像が得られるという作用を有する。超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができ、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用することで、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。さらに駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用できるので、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができる。また、ＡＢ相の信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側と送受信して、情報伝達を行うことで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
【００２０】
本発明の請求項４に記載の発明は請求項３記載の超音波プローブで得られた駆動モータ位置情報をビーム軌跡面の超音波断層画像の処理位置情報として使用処理する画像処理装置を有する超音波診断装置としたものであり、電子−機械走査式の２次元走査用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たウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にした超音波プローブができ、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。さらに、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、超音波振動子の位置が安定し、ビームの軌跡が安定でより高精度な超音波断層画像が得られる超音波診断装置が提供できる。駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができ、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として４逓倍情報を使用した超音波診断画像をもとにした超音波診断装置が提供できる。
【００２１】
【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。
【００２２】
（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。
【００２３】
本実施例の超音波診断装置は超音波プローブと画像処理部を備えた本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端３９とハンドル６とコネクタボックス（または中継ボックス）１８とケーブル４０で構成される。超音波プローブの先端３９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。
【００２４】
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の駆動軸とは同一の軸９（回転軸９でもあり、駆動軸９でもある）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。
【００２５】
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情報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。
【００２６】
基準位置情報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、ノイズを受けないようにするため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３９からハンドル６へ引き回される。
【００２７】
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素子として別の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３００極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も３００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３００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４０を通ってコネクタボックス１８に内蔵の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１９はモータ駆動回路７８と駆動制御マイコン７７との構成がある。コネクタボックス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。
【００２８】
位相差が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。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信号処理する中継調整基板７に配線される。中継調整基板７は波形整形回路７４とパルス発生回路７５と合成回路７６から構成される。合成回路７６から、長い配線処理をしてコネクタボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９へ配線され、さらに駆動制御マイコン７７（またはプローブＣＰＵとする）で処理を行い、超音波診断装置本体に情報伝達される。モータはコネクタボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９に搭載されるモータ駆動回路７８でもって駆動され、指令制御等は駆動制御マイコン７７で行う。超音波プローブと装置本体はコネクタボックスでもって脱着可能になっている。信号構成的にはプローブ側で一旦仕様構成できるようにしてある。プローブ側の信号等はコネクタボックス１８を介して装置本体に通電され、モータ駆動のための制御情報等は駆動制御マイコン７７で処理を行い、超音波診断装置本体ＣＰＵと密着な連携を取っている。
【００２９】
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を通ってコネクタボックス１８に接続され、コネクタボックス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。
【００３０】
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されることが多い。
【００３１】
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。
【００３２】
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、脱気したうえで、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によっても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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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（高周波の場合は増幅器２７ａ、低周波の場合は増幅器２７ｂ）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（高周波の場合は対数増幅器２８ａ、低周波の場合は対数増幅器２８ｂ）で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路（高周波の場合は検波回路２９ａ、低周波の場合は検波回路２９ｂ）にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器（高周波の場合はゲイン設定器３０ａ、低周波の場合はゲイン設定器３０ｂ）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。
【００３９】
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。
【００４０】
超音波診断装置本体からＩ／Ｏ線７９（超音波信号の送受信線）を介して送られた電気信号により超音波振動子１（または２）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１（または２）の電気的変化はＩ／Ｏ線７９を介して超音波診断装置本体に伝達される。Ｉ／Ｏ線７９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Ｉ／Ｏ線７９の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。Ｉ／Ｏ線７９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２１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。
【００４１】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータ３の位置情報信号ラインはエンコーダ１５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Ｉ／Ｏ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。
【００４２】
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７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でコネクタボックス１８に接続されている。超音波プローブはそのコネクタボックス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を回してコネクタボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【００４３】
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（Ｉ／Ｏ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。ケーブル４０は超音波振動子側とコネクタ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。
【００４４】
駆動モータの制御駆動回路１９をコネクタボックス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、コネクタボックス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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
図４、図５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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。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。
【００５２】
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に接続し、そこからケーブルを使用した長い配線処理をしてコネクタボックスに内蔵した駆動モータの制御駆動回路に接続し、さらにコネクタボックスを超音波診断装置本体に装着して、駆動モータの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。
【００５３】
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（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。
【００５４】
本実施例では超音波振動子は２個を使用している。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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本に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。
【００５９】
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）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コイル（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。
【００６０】
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、膜厚が厚い方が良いが、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。
【００６１】
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。
【００６２】
コアに電着塗装を施す工程の例を以下に説明する。
【００６３】
浴槽に水溶性又は水分散型塗料を入れ、コアを浴槽に侵漬し、導電性のコアの塗装する箇所に電極を取り付け、浴槽に付属する対極との間に通電すると、電荷を持った樹脂粒子は電気泳動によってコアに移動して析出する。これを水洗して焼き付ける。
【００６４】
浴槽の組成や温度、通電条件を適正な水準に管理すると、塗膜厚の調整が容易でばらつきの少ない電着塗装膜ができ、１０μｍで公差±５μｍでも管理できる。コアは外周部にも電着塗装膜がつくので、電着塗装膜を管理すれば、モータ組立特性上問題にはならない。薄い電着塗装膜の場合、電着塗装膜でコアと巻線との絶縁を持たせるためには、コアエッジ部のエッジカバー率があまり高くないので絶縁膜の強度には注意が必要である。
【００６５】
また、電着塗装膜ではなく、蒸着重合薄膜を施すこともある。その蒸着重合薄膜は対環境特性が優れているので、油の中や水の中などに使用される場合には採用される膜である。その蒸着重合薄膜について説明をする。蒸着重合法は、物理的な真空蒸着法を基に熱エネルギーによりモノマーを蒸発、活性化させ、基材上でモノマーを重合させることにより高分子薄膜を作製する方法である。この方法は高分子薄膜が単純な装置で製作できるので本願のモータコアの絶縁や電子部品材料へ応用ができる。モータのコアの絶縁膜に高分子薄膜を工業的に処理するためには、膜厚の制御性、均一性、大面積化、処理速度の高速化、膜性能の再現性などの条件を満足する方法が要求される。
この蒸着重合法は次のような特徴がある。
（１）無媒体、無溶媒で重合できること。
（２）真空中であるので不純物の混入がさけられ高純度の薄膜ができること。
（３）薄膜が容易に得られこと。
（４）分子配列の制御が可能であるので薄膜制御性がよい。
（５）ドライプロセスである。
（６）薄膜の電気特性は溶液法で作製した膜と同等である。
（７）難加工性高分子の薄膜法として最適である。
（８）マスク蒸着が可能であるため膜のパターン形成が簡単にできる。
【００６６】
モータのコアの場合は形状が複雑であったりするので、全方向同時蒸着重合法が用いられる。この全方向同時蒸着重合法は、基材や真空槽壁をモノマー分子の蒸発温度以上に加熱しておき、この中に２種類のモノマーを同時に導入し、両者が基材上で反応して蒸気圧の低い二量体や三量体となり基材上に付着し、さらに反応して高分子の薄膜を成長させる。モノマー分子が真空槽全面化から蒸発するので、複雑な基材にも均一に薄膜が形成できる。
【００６７】
またモータのコアに使用される薄膜には、ポリアミド、ポリアゾメチル、ポリ尿素、ポリオキサジアゾール、ポリウレタン、ポリエステルなどに加えて、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ベンゾシクロブテン、フッ素化アモルファスカーボン、有機ガラス、パリレンなどが使用される。
【００６８】
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。
【００６９】
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ＦＰＣ６３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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
ベースハウジング５６は金属粉末射出成形法（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ＝ＭＩＭ）によって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。
【００７４】
ＭＩＭで製作するために次のような観点で金型製品形状、製品成形条件などを設計検討した。
（１）部品の厚みができるだけ、均一な厚みになるようにする。
（２）円弧形状が多い形状であっても離形を優先にする。
（３）支柱部と支持部を設けた形状とする。
（４）焼結後の２次加工箇所をできるだけ少なくする。
（５）抜きテーパを０にする箇所を設け精度向上をはかる。
（６）軽量であること。
【００７５】
また、ＭＩＭは、加熱溶融された熱可塑性の物質を高圧・高速で金型内へ射出し冷却することで部品を生産するプラスチック成形方法に類似したものであり、金属の素材を微粒粉末（金属粉末）に粉砕し、その金属粉末とバインダーとなる樹脂あるいはワックスなどの流動性を付与させる有機系物質を混練し、得られた素材を加熱して溶融し、造粒し、プラスチックと同様に射出成形をする。その後、得られた成形体を熱分解方式などで脱脂した後、焼結を行うことで金属部品を生産する方法である。
【００７６】
ベースハウジング５６の材料には、強度が必要であり、超音波伝播媒体に対して物性が安定であり材料として、ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等、非鉄系材料ＷＣ−Ｃｏ、Ｗ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｗ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｔｉなどが使用できる材料が選定できる。医療機器などには防錆の関係でＳＵＳ３０４Ｌなどがよく使用される。
【００７７】
一方、バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルフィド等の各種熱可塑性樹脂や、各種ワックス、パラフィン等のうちの１種または２種以上を混合して用いた。
【００７８】
ベースハウジング５６のバインダーの一例としてアクリル樹脂とポリスチレン等を配合し、添加量を変えながら実験した結果、寸法の低下が見られず成形体を焼結することができる添加量は３５〜５５ｖｏｌ％であり、ベースハウジング５６は添加量４５ｖｏｌ％程度にして製作した。
【００７９】
金属粉末とバインダーの混練物には、ベースハウジング５６のブランク形状でＭＲ素子取付部やステータ側トランス取付部は抜きテーパのないストレート部を成形体に求めるために、可塑剤、潤滑剤などの添加物を微量添加している。
【００８０】
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、本体からコネクタ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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。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。
【００８３】
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、ＦＰＣ６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【００８４】
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、小型で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。
【００８５】
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。
【００８６】
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、小型で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。
【００８７】
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よいことから、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。
【００８８】
本発明では、駆動モータの駆動制御をするために、磁気式エンコーダを使用して駆動モータの位置情報を入手している。駆動モータのロータフレームに超音波振動子を直に取り付けているために、ロータフレームの側面側に設けた磁気式エンコーダで得られた位置情報は超音波振動子の正確な位置情報として使用できる。そのため駆動モータの制御に使用する位置情報を、超音波振動子から得られる画像情報の位置情報として使用する。
【００８９】
モータの磁気式エンコーダに使用するＭＲ素子が９０度位相のものであるので、信号を処理することでより位置情報数の多い方法が可能である。
【００９０】
まず、駆動モータの位置情報について説明する（図１〜図５の符号を使用する）。
【００９１】
駆動モータ３には基準位置情報を知るための基準位置情報手段として、磁性材のＺ相ピン１２がＳＵＭ２４ＬやＳＵＹなどの磁性材で作られたロータフレーム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から超音波プローブのハンドル６にある中継調整基板７に接続されて、その中継調整基板７からシールドケーブルを通ってコネクタボックス１８にある駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。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７において、矩形波処理される。図６にＺ相ＭＲ素子の増幅回路図と矩形波処理回路図の一例を１つの回路図中で表す。図６はＡＢ相ＭＲ素子信号の増幅回路図と矩形波処理回路図も表している。ＡＢ相ＭＲ素子側についての回路の詳細説明は後述する。図６の回路において、１３はＺ相ＭＲ素子、１７はＡＢ相ＭＲ素子、８０はＺ相ＭＲオペアンプ、８１はＡ相ＭＲオペアンプ、８２はＢ相ＭＲオペアンプ、８３はＺ相ＭＲコンパレータ、８４はＡ相ＭＲコンパレータ、８５はＢ相ＭＲコンパレータである。
【００９２】
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情報手段は、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信号の信号レベルが小さい、すなわち入力端子８６の電圧は小さいので、モータの近くの中継アンプ基板１４に搭載のＺ相ＭＲオペアンプ８０で信号増幅される。オペアンプ後の波形は１パルスと言っても、ＭＲ素子の抵抗に変化がない時には抵抗８９，９０で決まる電位になる、抵抗８９，９０は同じ値のものを使用する関係で回路電圧Ｖｃｃの中点電位示す。例えば回路印加電圧５Ｖの場合は約２．５Ｖが中点電位となる。Ｚ相ピン１２がＺ相ＭＲ素子１３を通過するときには図７（ａ）のように一度盛り上がって、中点電位以下に盛り下がるような波形になる。Ｚ相ＭＲ素子１３から直ぐの信号は出力幅が小さい。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。
【００９３】
増幅後の信号振幅はＺ相ピンの調整などによって変化するので、Ｚ相ピン１２はＺ相ＭＲ素子出力確認後接着固定する。増幅後のＺ相信号は中継調整基板７の波形整形回路７４で矩形処理される。中継アンプ基板１４で増幅されたＺ相ＭＲ素子１３の信号が波形整形回路７４に入力される。入力された入力信号は抵抗とコンデンサで構成されるフィルタを通って、Ｚ相ＭＲのコンパレータ８３に入力され、可変抵抗器９３で作られる基準電圧と比較され、Ｚ相ＭＲコンパレータ８３の出力信号は入力信号が基準電圧より低い場合はコンパレータ８３の出力は「Ｈ」レベル（Ｈｉｇｈ）になり、低い場合は「Ｌ」レベル（Ｌｏｗ）になる。図７（ｂ）のようなＺ相ＭＲのコンパレータ出力波形が得られる。
【００９４】
図７に見られるようにＺ相コンパレータ８３はヒステリシスがあるために、コンパレータ出力の立ち上がり時の入力電位（ｓ点での電位）とコンパレータ出力のたち下がり時の入力電位（ｅ点の電位）とは同じ電位にはならない。
【００９５】
矩形処理された信号は０−５Ｖの矩形波信号であり、外部からのノイズの影響を受けにくい。
【００９６】
さらに、駆動モータの回転制御情報を超音波振動子の角度情報として使用可能なように、超音波振動子の位置を確定する必要がある。その方法としては、
（ａ）ロータのＺ相基準情報位置に合わせて、超音波振動子を取り付ける。
（ｂ）超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報を合わせる。そのいずれかでもって、ロータの対する超音波振動子の取付位置を絶対位置として確定することが可能となる。以下には、超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報を合わせる方法を説明する。図８、図９を参照のこと。
【００９７】
図８にはＺ相調整時のロータの超音波振動子取付面とベースハウジングの取付面とのなす角度を９０度にした基準ジグで駆動モータを取付る。ロータフレーム５０の超音波振動子取付面９４とベースハウジング５６の取付面９５とは９０度で固定されたものであるので、超音波振動子の機械的な絶対位置状態が決定できる。その状態でＺ相ＭＲ信号を関連づけるために、可変抵抗器９０でＺ相の「Ｈ」レベルである幅をあらかじめ決めておき、この幅が決定したらＺ相ＭＲ素子１３を取り付けているビス９６をゆるめて、上記９０度ジグ固定状態でＺ相ＭＲ素子のコンパレータ８３の出力電位が「Ｈ」レベルになるように、図８に示すＺ相ＭＲ素子移動調整方向にＭＲ素子取付台の位置をずらし、Ｚ相ＭＲ素子のコンパレータ８３の出力電位が「Ｈ」レベルになる位置でビス９６をしめつけ固定する。その時は、Ｚ相ＭＲ素子のコンパレータ信号が「Ｈ」レベルの時は、ベースハウジング５６の取付面９５に対して９０度位置に超音波振動子の取付面９４が位置していることを示す。Ｚ相調整時の幅ｔｚを大きくして調整すれば、その幅が超音波振動子の絶対位置情報の誤差になるので、その幅ｔｚを小さく規定すればいい。作業性の問題である範囲に決まられている。
【００９８】
上記のようなＺ相調整をしない場合、超音波振動子の絶対基準位置９７に対して、図９（ａ）や図９（ｃ）に見られるようにＺ相ＭＲのコンパレータ出力が「Ｈ」レベルが確定しないので、Ｚ相調整を行うことで図９（ｂ）のように超音波振動子の絶対基準位置９７がコンパレータ出力「Ｈ」レベルの位置に調整することができる。
【００９９】
Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置は駆動モータの回転基準位置になるように組み立てたことになる。Ｚ相の矩形波の立ち上がりの位置を例えばロータフレームの超音波振動子の取付面に対して９０度位置に調整することによって、Ｚ相の立ち上がりから駆動ロータの基準位置が明確になり、さらには超音波振動子１、２の回転基準位置も明確になる。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。
【０１００】
駆動モータ３には相対位置情報手段として磁気式エンコーダ１５が組み込まれている。その磁気式エンコーダ１５はエンコーダマグネット１６と位置検出素子のＡＢ相ＭＲ素子１７である。そのＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、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。図６にはそのＡＢ相ＭＲ素子の増幅回路と波形整形回路の一例が示されている。図６において、１７はＡＢ相ＭＲ素子、８１はＡ相ＭＲオペアンプ、８２はＢ相ＭＲオペアンプ、８４はＡ相ＭＲコンパレータ、８５はＢ相ＭＲコンパレータであって、８７、８８はＡＢ相ＭＲ素子の源信号から増幅回路に入る入力端子である。ＡＢ相の増幅回路はＺ相の増幅回路と同じであるので、説明は前述してあるので省略する。エンコーダマグネット１６には回転着磁で多極着磁がなされている磁極をＡＢ相ＭＲ素子で検出した場合、正弦波波形の信号が得られる。その信号をＭＲオペアンプ８１、８２で増幅すれば、ゲイン倍された振幅の正弦波波形が得られる。たとえば、エンコーダマグネット１６は３００極である場合、ＡＢ相ＭＲ素子信号も３００パルスとなる。増幅後ＭＲ素子信号はＡ相とＢ相とも３００パルスであって、９０度の位相差を持っている。
【０１０１】
Ｚ相ＭＲ信号は矩形波の波形整形後、特に波形処理はしないが、ＡＢ相ＭＲ信号は波形整形後にも波形処理回路へ伝達される。その波形処理回路を説明するために、図１０には波形整形回路７４も含めて、波形整形回路７４、パルス発生回路７５、合成回路７６の回路構成の一例を示す。図１１にはＭＲ素子１７の信号を中継アンプ基板１４で増幅した後の波形整形回路７４、パルス発生回路７５及び合成回路７６での信号波形を示す。
【０１０２】
図１０の入力端子９８、９９に中継アンプ基板１４で増幅されたＭＲ素子１７の２相の信号がそれぞれ入力される。入力端子９８から入力された入力信号１００は波形整形回路７４のコンパレータ８３に入力され、可変抵抗器１０１調整設定された基準電圧１０２と比較される。コンパレータ８３の出力信号１０３は入力信号１００が基準電圧１０２より高い場合はコンパレータ８３の出力は「Ｈ」レベルになり、低い場合は「Ｌ」レベルになる。次にコンパレータ８３の出力信号１０３はコンデンサと抵抗で構成のフィルタを通って、パルス発生回路７５の抵抗１０４、１０５を通り排他的論理和１０６に入力される。その際抵抗１０５と排他的論理和１０６の間にはコンデンサ１０７が対ＧＮＤに設けられており、抵抗１０５側の排他的論理和１０６の入力信号は抵抗１０４側の入力信号より、抵抗１０５とコンデンサ１０７の値により決定される時間分遅れた信号になる。その結果、排他的論理和１０６の出力信号１０８はコンパレータ８３の出力信号１０３の立ち上がり及び立ち下がりにより論理が変化する出力信号１０８になる。
【０１０３】
もう一方の入力端子９９から入力された入力信号１０９はコンパレータ８４に入力される。コンパレータ８４、抵抗１１０、１１１、コンデンサ１１３、排他的論理和１１２の動作は前述した回路と同様の為省略するが、コンパレータ８４の出力信号と、抵抗１１１及びコンデンサ１１３により遅れた信号とを排他的論理和１１２から得られる出力信号を１１４とする。
【０１０４】
図１１には入力端子９８、９９の信号（図１１の（ａ））を処理して、排他的論理和１０６、１１２からの出力から、出力信号１０８、１１４（図１１の（ｂ））を処理した出力信号１１９（図１１の（ｃ））の信号波形を示す。
【０１０５】
入力端子９８、９９の信号が図１１（ａ）の上下に示すような信号波形であるとすると、波形整形回路７４を通ってパルス発生回路７５を通る。そのパルス発生回路７５の排他的論理和１０６、１１２からの出力信号１０８、１１４は図１１（ｂ）に示すような信号波形となる。
【０１０６】
出力信号１０８、１１４は合成回路７６のＯＲ論理素子１１５、１１６に入力される。図１０に示される合成回路７６は、ＯＲ論理素子１１５、１１６とインバータ素子１１７、１１８で構成されている。合成回路７６により出力信号１１９を得ることが出来る。出力信号１１９の信号波形は図１１（ｃ）で示すような波形となる。以上より、入力端子９８、９９の信号周期Ｔの１／４周期の出力信号１１９を得ることが出来る。すなわち、ＡＢ相の信号を４逓倍したことになる。
【０１０７】
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３００極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ３００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１２００パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。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、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。
【０１０８】
超音波振動子の絶対位置はＺ相のＭＲ信号から決定させるが、超音波振動子からの相対位置情報信号の始めの位置を超音波振動子の位置にできるだけ近くするために、図１２に波形整形回路７４から得られるＡ相、Ｂ相、Ｚ相の矩形波形を示す。図１２（ａ）はＺ相ＭＲのコンパレータ出力波形である。図１２（ｂ）はＡ相ＭＲのコンパレータ出力波形が得られる。図１２（ｃ）はＢ相ＭＲコンパレータのコンパレータ出力波形である。Ａ相の波形とＢ相の波形との位相差は９０度である。モータを逆回転させると位相差は逆位相になる。
【０１０９】
Ｚ相ＭＲのコンパレータ出力波形と４逓倍したパルスとで超音波振動子の絶対位置を確定するよりも、Ｚ相ＭＲのコンパレータ出力波形とＡＢ相コンパレータ出力とで超音波振動子の絶対位置を確定するほうがより精度の高くて、調整作業的にも可能である。
【０１１０】
超音波振動子の絶対位置が正確であれば、得られた超音波診断画像の画像位置情報が正確になる。図１２ではＺ祖信号の立ち上がり１２０の位置が次関係になるようにＡＢ相ＭＲ素子波形を調整する。Ｚ相位置調整は超音波振動子の位置関係づけをすでに終了しているので再調整は誤差が大きくなるので行なわない。そのためにＡＢ相ＭＲ素子の方を調整することになる。
【０１１１】
以下の（ａ）（ｂ）を満足するように調整することで、Ｚ相ＭＲコンパレータ出力の立ち上がりからＢ相ＭＲコンパレータ出力の立ち上がりまでの時間はＡ相ＭＲ信号周期の４分の１以下の時間になる。
（ａ）Ｚ相のコンパレータ出力が「Ｈ」レベルの時間幅のときに、Ｂ相ＭＲコンパレータ出力の立ち上がりがあるようにする。すなわち、Ｂ相の立ち上がりをＺ相ＭＲコンパレータ出力の「Ｈ」レベルで囲む。
（ｂ）Ｚ相のコンパレータの立ち上がりがＡ相ＭＲのコンパレータ出力の「Ｈ」レベルにある。
【０１１２】
超音波振動子の位置調整にはＡＢ相ＭＲのコンパレータ出力信号を使用し、相対位置情報にはＡＢ相ＭＲの４逓倍出力信号を使用する。モータの駆動はＡＢ相ＭＲの増幅信号やコンパレータ出力信号を使用する。超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。
【０１１３】
ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理した波形信号を直接超音波診断装置本体へ伝達することはせず、駆動制御マイコン（プローブＣＰＵ）７７で超音波振動子の位置情報の処理を行い、ホストＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ７７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ホストＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ７７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ＣＰＵ７７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ＣＰＵ７７で管理されていて、その管理情報をホスト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ＣＰＵ７７とホスト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。
【０１１４】
駆動モータ制御駆動回路１９をコネクタボックス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、コネクタボックス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。
【０１１５】
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などの特徴をもち、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができ、画質の良好な２次元の超音波断層画像が得られる。
【０１１６】
（実施例２）
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。
【０１１７】
図１３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。また、図１４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１５は超音波振動子を駆動する駆動モータの断面図である。
【０１１８】
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）１２１とハンドル（または操作部、手元操作部）１２２とコネクタボックス１２３と挿入管（または導中部）１２４とケーブル１２５で構成される。超音波プローブの先端１２１には超音波振動子１２６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１２６とともに回転する駆動するロータ部分（駆動ロータとする）１２７が構成され、駆動ロータ１２７を支持するベースハウジング１２８が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１２１からハンドル１２２まではフレキシブルな挿入管１２４で構成され、その挿入管１２４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１２２にはコントローラノブ１２９が構成される。ハンドル１２２にはケーブル１２５を介してコネクタボックス１２３が接続され、コネクタボックス１２３には駆動モータ制御駆動回路１３０があり、その駆動モータ制御駆動回路１３０には位置検出信号処理回路１３１とモータ駆動回路１３２とプローブＣＰＵ１３３が構成されている。そのコネクタボックス１２３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。
【０１１９】
超音波振動子１２６は駆動ロータ１２７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１２６の回転軸と駆動モータの駆動軸１３４とは同一の軸となる。駆動軸１３４に対して超音波振動子１２６のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子１２６側のビーム放射軸１３５方向にビーム軌跡面１３６を形成する。その駆動ロータ１２７が回転することで超音波振動子１２６のビーム軌跡面１３６は回転する。その軌跡面１３６は駆動軸１３４に対して平行な面となる。
【０１２０】
本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１２６を備えており、超音波振動子１２６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。
【０１２１】
駆動ロータ１２７の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ１２７に取り付けられた超音波振動子１２６の位置情報を知ることになる。駆動ロータ１２７の回転位置は１回転の基準となる基準位置情報手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ１２７の回転位置情報を知ることができる。
【０１２２】
基準位置情報手段として、磁気式エンコーダは使わず、ロータの絶対位置を設定する方法は、機構的に複雑な場合が多い。本発明の場合は以下のようにして絶対位置を可能とした。
（ａ）ロータの回転を規制する。
【０１２３】
ロータ側の規制部として、ロータフレーム１５９の一部に規制部材１７０を取付け、ステータ側の規制部としてはベースハウジング１２８の一部に突起１７１を形成し、駆動ロータ１２７の回転を規制する。その規制されたことによって駆動ロータ１２７は連続回転ができず、揺動運動しかできない。回転規制で基準位置を形成する場合は、揺動運動の超音波診断プローブに適用される。すなわち、実施例２に示すような経食道超音波プローブは連続回転をしなくてよいために、回転規制方式が可能である。
（ｂ）ロータの基準位置と超音波振動子の位置関係を確定する。
【０１２４】
超音波振動子１２６をロータフレーム１５９に取り付ける時に、ロータフレーム１５９の規制部材１７０をベースハウジング１２８の突起部１７１に当接させた状態で、超音波振動子１２６をベースハウジング１２８に対して設定された位置に取り付ける。したがって、ベースハウジング１２８の突起部１７１の当接端点位置から超音波振動子１２６の素子基準までの角度位置関係が確定できる。
（ｃ）その規制端点を回転座標基準原点にする。
【０１２５】
超音波プローブでは非通電時には超音波振動子１２６の位置がどこにあるのか不明であるので、超音波振動子１２６の位置を確定しなくてはいけない。コア１６４に巻回されたコイル１６６に通電をすることでロータは回転する。回転をしていくと回転規制される状態になるが、回転規制が正規な規制状態なのか、もう一方の規制状態になっているのかが、回転規制した状態では判断できない。回転規制にいたるまでの回転状態でロータの回転を検出して、回転状態が正しい状態かを判断する。仮にもう一方での規制状態であれば、ロータを回転させて正規な規制状態を形成する。その正しい規制状態でロータの回転角度座標の基準位置とすればよい。その正しい規制状態で相対位置情報のカウントターをリセットし、原点位置にすればよい。その位置を座標原点にしておけば、その位置から相対情報をもとに角度位置情報を確定していけばよい。その行為を通電の際には必ず行えば、正確な超音波振動子の位置を把握することができる。
【０１２６】
また、相対位置情報手段としては磁気式エンコーダを使用する。その磁気式エンコーダはエンコーダマグネット１３７とＭＲ素子１３８で構成される。相対位置情報手段としてのＭＲ素子１３８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１２７の回転方向をその位相差から求めることができる。ＭＲ素子１３８はベースハウジング１２８に取り付けられている。駆動ロータ１２７側に構成されたエンコーダマグネット１３７は外周にＡＢ相磁極が着磁されている。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１３８から得る。
【０１２７】
駆動モータの回転位置情報手段として、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、光電センサを用いた光エンコーダなどでもよい。
【０１２８】
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。
【０１２９】
本実施例の超音波振動子１２６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。
【０１３０】
超音波振動子１２６から放射した超音波は超音波振動子１２６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１２６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１２４、ハンドル１２２、ケーブル１２５、コネクタボックス１２３を経由して、システム本体１４０の回路に送られる。
【０１３１】
次に超音波診断装置本体のシステム本体１４０内の送受信回路部分について説明する。
【０１３２】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器１４１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１４２に送られる。この振動子駆動回路１４２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１２６から生体内に放射される。
【０１３３】
超音波振動子１２６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１２６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１４０内の増幅器１４３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１４４で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路１４５にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器１４６をゲイン制御用コントローラ１４７で制御されてゲイン補正され、合成回路１４８で合成されて、Ａ／Ｄ変換器１４９にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ１５０で画像処理される。ＤＳＰ１５０で処理された座像は一旦画像メモリ１５１にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ１５１にストアされ、高速画像ＤＳＰ１５０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）１５２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１５３にて２次元超音波断層画像として表示される。
【０１３４】
本体装置のシステム本体１４０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ１３９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ＣＰＵ１３９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。
【０１３５】
図１３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：ＴｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌＥｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）である。挿入管１２４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１２１から挿入管１２４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、心臓弁の動きは挿入管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。
【０１３６】
超音波プローブの先端１２１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１５４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１２１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１２１とハンドル１２２は屈曲性のある挿入管１２４で接続されている。ハンドル１２２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１２９が構成されている。コントローラノブ１２９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１２９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１２９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１２９についている。コントローラノブ１２９の信号はコネクタボックス１２３からシステム本体１４０のホストＣＰＵ１３９に送られ、ホストＣＰＵ１３９からそのコントローラノブ１２９の指令に合わせて駆動モータ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。
【０１３７】
超音波プローブはハンドル１２２からケーブル１２５でコネクタボックス１２３に接続されている。超音波プローブはそのコネクタボックス１２３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１４０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１５５があり、装着後はノブ１５５を回してコネクタボックス１２３を本体にしっかりとロックする。
【０１３８】
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、本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こと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。
【０１３９】
超音波振動子１２６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１４の符号１５６）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図１４の符号１５７）とを可能にしている。
【０１４０】
超音波プローブの先端１２１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１２４やケーブル１２５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ス１２３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。
【０１４１】
図１５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。
【０１４２】
図１５において、超音波振動子１２６は素子ホルダー１５８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１５９の天面部に取り付けられ、駆動軸１３４を中心にして回転する。その超音波振動子１２６の先端には音響レンズ１６０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１６０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１２６の信号線は中空の駆動軸１３４の軸中央穴を通って、駆動モータの外部に引き出される。
【０１４３】
超音波振動子１２６のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子１２６側のビーム放射軸１３５方向にビーム軌跡面１３６を形成する。ロータフレーム１５９に天面部に取り付けられている超音波振動子１２６は駆動軸１３４を中心に回転するので、超音波振動子１２６のビーム軌跡面１３６も回転する。その軌跡面１３６は駆動軸１３４に対して平行な面となる。そのビーム軌跡面１３６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１５６と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面１５７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。
【０１４４】
本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。
【０１４５】
超音波振動子１２６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１３６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）４５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。
（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。
（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。
（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。
（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（ｃ）や（ｄ）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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
駆動ロータはロータフレーム１５９には駆動マグネット１６１を取り付ける垂下部１６２と駆動軸１３４と超音波振動子を取り付けるインロー部１６３が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット１６１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１６１に対向する位置にコア１６４がベースハウジング１２８の中央円筒部１６５に接着固定される。そのコア１６４は突極の数６であって、３相になるように巻線１６６が巻回されている。コア１６４と巻線１６６との絶縁のために、コアには電着塗装がなされている。
【０１４８】
コア１６４の絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線１６６とコア１６４との電気絶縁を目的にしたものであるので、膜厚が厚い方が良いが、膜厚が厚いと巻線１６６とコア１６４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い膜で形成する。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。
【０１４９】
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１２８に貼られたＦＰＣ１６７に半田付け接続され、そのＦＰＣ１６７を駆動モータの外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣ１６７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。
【０１５０】
超音波振動子１２６が取り付けられたロータフレーム１５９は駆動軸１３４を軸受１６８、１６９で回転支承されている。その軸受１６８、１６９はベースハウジング１２８の中央円筒部１６５の内側に固定され、駆動軸１３４を中心に回転させることができる。
【０１５１】
相対位置情報手段としてのエンコーダはＡＢ相ＭＲ素子とエンコーダマグネットから構成され、そのＡＢ相ＭＲ素子から得られた信号はコネクタボックス１２３に駆動モータ制御駆動回路１３０に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１３０は位置検出信号処理回路１３１とモータ駆動回路１３２とプローブＣＰＵ１３３で構成されている。この位置検出信号処理回路１３１はＭＲ素子信号の増幅回路と波形整形回路とパルス発生回路と合成回路で構成されている。それぞれの回路については実施例１にて説明しているので省略する。位置検出信号処理回路１３１によって、ＡＢ相ＭＲ信号は波形整形回路後では原信号のパルス数とおなじ矩形波信号が得られ、合成回路後ではＡＢ相のパルス数の４逓倍したパルス数の信号が得られる。この４逓倍したパルス信号を超音波振動子の相対位置情報に用いることによって、ＭＲ素子原信号数より４倍の分解能のある画像情報が得られる。
【０１５２】
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１５９の回転位置情報を知ることである。ロータフレーム１５９の回転位置は１回転の基準となる基準位置情報手段と相対位置情報手段を併用してロータフレーム１５９の回転位置情報を知る。実施例２ではロータが連続回転できず、ある範囲を揺動運動する機構となっている。前述の基準位置情報手段と相対位置情報手段から得られた情報を基にプローブＣＰＵ１３３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ホストＣＰＵ１３９へ接続される。基準位置情報手段から設定できる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。
【０１５３】
実施例２の超音波プローブではＭＲ信号の処理回路はコネクタボックス１２３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、超音波プローブ先端部の小型化のためには、先端部にはできるだけ部品を配置しないこともあって、コネクタボックス１２３に駆動モータの制御駆動回路１３０が構成されている。
【０１５４】
超音波プローブと本体はコネクタボックス１２３でもって脱着分離ができるようになっている。分離可能であること利用して、コネクタボックス１２３にはモータ駆動回路１３２とプローブＣＰＵ１３３の構成をして、プローブ側でもってプローブの超音波振動子１２６をコントロールすることができるようにしている。基準位置情報とＡＢ相の信号からの相対位置情報をプローブＣＰＵ１３３で処理することで、超音波振動子１２６の位置を基準にした位置情報として管理する。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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
実施例２ではＡＢ相ＭＲ信号の増幅回路を設けているが、回路や信号レベルの関係から増幅せずに、原信号を直に波形整形回路を用いて矩形波処理をすることでより小型の超音波診断装置ができる。
【０１５８】
上記のような超音波プローブは先端に搭載した駆動モータの制御情報と連動した超音波振動子の位置情報に用いて座像処理をすることで、位置情報の正確な超音波プローブができ、その超音波プローブを用いた超音波診断装置を提供することが可能となり、医療分野に貢献するものとなる。
【０１５９】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、
（１）電子−機械走査式の２次元走査用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たウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にして、超音波伝搬媒質の封止範囲を狭くでき、全体的な超音波プローブの重量を軽くできる。
（２）駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用でき、精度のよい装置となる。
（３）超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができる。
（４）超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報を合わせることで駆動モータの回転制御情報を超音波振動子の角度情報として使用可能なように、超音波振動子の位置を確定することができる。
（５）駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用することで、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。
（６）駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用することで、駆動モータの位置検出器の分解能をあげることで、超音波振動子の位置情報分解能をあげることができる。
（７）駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、この４逓倍の信号を超音波振動子の角度位置情報として使用することで、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として使用した超音波診断画像を得ることができる。
（８）決められたＺ相信号の信号幅のなかにＡ相（またはＢ相）信号の立ち上がりを調整することで、超音波振動子の位置情報とロータの相対位置情報との関連づけることで可能となる。
（９）超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。
（１０）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、矩形波信号として、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１１）ＡＢ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１２）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側と送受信して、情報伝達を行うことで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１３）ＡＢ相の信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、さらに、超音波振動子を取り付けた時の情報をもとに超音波振動子の絶対位置として把握しプローブ側のマイコンで情報処理管理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側と送受信して、情報伝達を行うことで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１４）駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にして、超音波伝搬媒質の封止範囲を狭くでき、全体的な超音波プローブの重量を軽くできるうえに、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用でき、精度のよい装置であり、ケーブル軸に対して平行なビーム軌跡面で画質の良い超音波断層画像を得ることができる。
（１５）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次元超音波画像を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。
（１６）また、超音波振動子のビーム軌跡面はケーブル軸に対して同一方向を向いていて、駆動モータ軸はケーブル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はケーブル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。２次元駆動部の駆動モータをウインドウケースに中に内蔵できるので、小型で軽量な超音波プローブができる。それを使用した超音波診断ができ、診断の便宜性を向上させることができるので、超音波振動子の位置が安定し、ビームの軌跡が安定した通常の診断画像を行うことができる。
【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構造図
【図６】本発明の実施例１によるＭＲ素子信号の増幅回路と波形整形回路を示す図
【図７】本発明の実施例１によるＺ相ＭＲ信号波形を示す図
（ａ）増幅後波形を示す図
（ｂ）矩形処理後波形を示す図
【図８】本発明の実施例１によるＺ相ＭＲ素子調整説明図
【図９】本発明の実施例１によるＺ相ＭＲ素子調整説明のためのＺ相矩形信号を示す図
【図１０】本発明の実施例１によるＭＲ素子信号の波形整形回路とパルス発生回路と合成回路を示す図
【図１１】本発明の実施例１によるＭＲ素子信号の波形整形回路とパルス発生回路と合成回路の信号波形を示す図
（ａ）波形整形回路後を示す図
（ｂ）パルス発生回路後を示す図
（ｃ）合成回路後を示す図
【図１２】本発明の実施例２によるＭＲ素子の波形整形後波形を示す図
（ａ）Ｚ相素子信号を示す図
（ｂ）Ａ相素子信号を示す図
（ｃ）Ｂ相ＭＲ信号を示す図
【図１３】本発明の実施例２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１４】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１５】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断面図
【符号の説明】
１、２、１２６超音波振動子
３駆動モータ
４、１２７駆動ロータ
５、５６、１２８ベースハウジング
６、１２２ハンドル
７中継調整基板
８超音波伝搬媒質の容積調整機構
９、１３４駆動軸
１０、１３５ビーム放射軸
１１、１３６、１５６、１５７超音波ビーム軌跡面
１２Ｚ相ピン
１３ＭＲ素子（Ｚ相）
１４中継アンプ基板
１５磁気式エンコーダ
１６、１３７エンコーダマグネット
１７ＭＲ素子（ＡＢ相）
１８、１２３コネクタボックス
１９、１３０駆動モータ制御駆動回路
２０、１４０システム本体
２１ロータリトランス
２２ロータ側トランス
２３ステータ側トランス
２４、１５４ウインドウケース
２５、１４１パルス発生器
２６振動子駆動回路
２７ａ、２７ｂ、１４３増幅器
２８ａ、２８ｂ、１４４対数増幅器
２９ａ、２９ｂ、１４５検波回路
３０ａ、３０ｂ、１４６ゲイン設定器
３１、１４７ゲイン制御用コントローラ
３２、１４８合成回路
３３、１４９Ａ／Ｄ
３４、１５０ＤＳＰ
３５、１５１画像メモリ
３６、１５２ＤＳＣ
３７、１５３テレビモニタ
３８、１３９ホストＣＰＵ
３９、１２１先端
４０、１２５ケーブル
４１コネクタ差し込み口
４２、１５５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、１６４コア
４９、１６１駆動マグネット
５０、１５９ロータフレーム
５１、５２軸受
５３軸受ボス部
５４ロータ側板
５５、５８取付台
５７傾斜面（カット面）
５９、６０穴
６１、７１、１６６コイル（巻線）
６２絶縁膜
６３、６８、７２、１６７ＦＰＣ
６４リード線
６５音響レンズ
６６、６７、６９，７０コイル溝
７３走査角度
７４波形整形回路
７５パルス発生回路
７６合成回路
７７、１３３駆動制御マイコン（またはプローブＣＰＵ）
７８モータ駆動回路
７９Ｉ／Ｏ線
８０Ｚ相ＭＲオペアンプ
８１Ａ相ＭＲオペアンプ
８２Ｂ相ＭＲオペアンプ
８３Ｚ相ＭＲコンパレータ
８４Ａ相ＭＲコンパレータ
８５Ｂ相ＭＲコンパレータ
８６、８７、８８入力端子
８９、９０、９１、９２抵抗
９３、１０１可変抵抗器
９４超音波振動子取付面
９５ベースハウジング取付面
９６ビス
９７超音波振動子の絶対基準位置
９８、９９入力端子
１００、１０９入力信号
１０２基準電圧
１０３、１０８、１１４出力信号
１０４、１０５抵抗
１０６、１１２排他的論理和
１０７コンデンサ
１１０、１１１抵抗
１１３コンデンサ
１１５、１１６ＯＲ論理素子
１１７、１１８インバータ素子
１１９信号
１２０Ｚ相信号の立ち上がり
１２４挿入管
１２９コントローラノブ
１３１位置検出信号処理回路
１３２モータ駆動回路
１３８ＭＲ素子
１４２振動子駆動回路
１５８素子ホルダー
１６０音響レンズ
１６２垂下部
１６３インロー
１６５中央円筒部
１６８、１６９軸受
１７０規制部材
１７１突起部
ｔｚＺ相矩形信号の「Ｈ」レベルの時間幅[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
For example, a medical ultrasonic probe inserts a distal end provided with an ultrasonic vibrator into a body of a person to be diagnosed, arranges it near a diagnostic unit to be diagnosed, irradiates ultrasonic waves with the ultrasonic vibrator, and performs diagnosis. The reflected wave reflected by the unit is received by the ultrasonic vibrator, and the data of the received reflected wave is transmitted to the diagnostic device and subjected to data processing, whereby a cross-sectional image of the diagnostic unit is to be obtained. Further, by rotating the ultrasonic transducer, a plurality of cross-sectional images of the diagnostic unit can be obtained.
[0003]
Conventionally, a transesophageal ultrasonic probe has been known as a medical ultrasonic probe for obtaining a plurality of ultrasonic images (for example, see Patent Document 1). This is a configuration in which the ultrasonic vibrator is rotated via a wire by manually rotating the dial provided at the base end, and the rotational position of the ultrasonic vibrator can be known by the operation amount of the dial. it can.
[0004]
However, in such a configuration, if the wire is stretched or loosened, the amount of rotation of the ultrasonic vibrator with respect to the amount of operation of the dial changes, so that the rotational position cannot be known accurately. In addition, in the manual dial operation method, it is difficult to rotate and stop the ultrasonic vibrator at a constant interval, and there is a problem that images vary in three-dimensional imaging, which is highly demanded in the medical field.
[0005]
Therefore, conventionally, a transvaginal ultrasonic probe having a motor mounted at the distal end thereof has appeared (for example, see Patent Document 2). This is a configuration in which the ultrasonic transducer is rotated by a motor provided at the tip of the ultrasonic probe. The relative position information of the rotor is detected by an AB-phase two-phase incremental encoder, and the absolute position of the rotor is detected by a Z-phase MR sensor. The position information is detected, and the rotation angle information of the rotor is determined by dividing the relative position information using the absolute position as a reference position using the relative position information and the absolute position information, and based on the rotation angle information. The control of energization of the motor coil is performed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2-206450 (page 285, FIG. 3)
[Patent Document 2]
JP-A-7-128312 (page 4, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional ultrasonic probe, an encoder composed of a position detecting magnet and an MR sensor generates signals of several tens of pulses of two phases A and B equally for one rotation of the motor. Although the position of the transducer is detected, it is necessary to detect the position of the motor and the ultrasonic transducer with higher precision in order to obtain a more accurate image which has been demanded in recent years. For that purpose, in the configuration of the conventional ultrasonic probe, it is necessary to reduce the interval between the magnetic poles formed by the magnetization of the detecting magnet or to increase the outer diameter of the detecting magnet at the same interval between the magnetic poles as in the past. . As described above, when the distance between the magnetic poles is reduced, it is necessary to further reduce the distance between the outer diameter portion of the position detecting magnet and the MR sensor in order to obtain an encoder signal. As the position adjustment of the MR sensor becomes more difficult and the outer diameter of the position detecting magnet changes due to the influence of temperature or the like, the magnet may come into contact with the MR sensor and be damaged. Further, when the outer diameter of the position detecting magnet is increased, there is a problem that the tip of the ultrasonic probe becomes large.
[0008]
The present invention is to solve such a conventional problem, and provides an ultrasonic probe for easily detecting a position of a motor and an ultrasonic transducer with higher accuracy, and using the ultrasonic probe. Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a more accurate image.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a drive motor that drives an ultrasonic vibrator at the tip of an ultrasonic probe, and directly attaches the ultrasonic vibrator to the drive motor to reduce the variation in parts. Eliminates positional information errors due to aging and environmental changes.
[0010]
Further, the position of the ultrasonic vibrator is determined so that the rotation control information of the drive motor can be used as angle information of the ultrasonic vibrator.
With any of the following, the mounting position of the ultrasonic transducer with respect to the rotor can be determined as an absolute position.
(1) Attach an ultrasonic vibrator according to the Z-phase reference information position of the rotor.
(2) Or, matching the Z-phase reference information of the rotor with reference to the mounting position of the ultrasonic transducer.
[0011]
Further, in order to increase the resolution of the position information of the ultrasonic transducer, it is necessary to improve the performance of the position information detector. Since the motor that drives the ultrasonic transducer is also configured at the tip of the ultrasonic probe, there is no space to install a detector, so the position information detector of the drive motor is used as the ultrasonic transducer position information detector. use. Therefore, increasing the position information resolution of the ultrasonic transducer means increasing the position information resolution of the drive motor. The number of pulses of an encoder as relative position information means of the ultrasonic transducer drive motor will be described.
[0012]
Further, the relationship between the position information of the ultrasonic transducer and the relative position information of the rotor is determined by associating the absolute position of the ultrasonic transducer with the Z-phase reference information position. It becomes possible by associating with. To determine the position of the Z phase and the signal of the AB phase, one of the following rules is defined.
(1) The phase difference between the rise of the Z-phase signal and the rise of the A-phase (or B-phase) signal is defined.
(2) Alternatively, the rise of the A-phase (or B-phase) signal is adjusted within the determined signal width of the Z-phase signal.
[0013]
Alternatively, the rise of the A-phase (or B-phase) signal is adjusted within the determined signal width of the Z-phase signal.
[0014]
Further, a pulse generating circuit for generating a pulse from a rising edge and a falling edge of a two-phase output signal from the waveform shaping circuit, and an AB-phase MR from a synthesizing circuit for synthesizing the two-phase pulse signal from the pulse generating circuit. The signal is quadrupled. For example, if the AB phase MR signals are each 300 pulses, the position information of 1200 pulses quadrupled after the synthesis is obtained. An image processing apparatus that processes an ultrasonic tomographic image of a beam trajectory plane obtained based on the position information becomes possible.
[0015]
Further, by interlocking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even if the drive motor fluctuates in rotation. Good ultrasonic images can be obtained.
[0016]
Further, in order to transmit the position information of the ultrasonic transducer to the ultrasonic diagnostic apparatus, the following means can solve the problem.
(1) Waveform processing is performed on the AB-phase signal and the Z-phase signal and transmitted as a rectangular wave signal to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. In this case, the position of the ultrasonic transducer is processed and grasped and managed on the main body side.
(2) The waveform information of the AB phase signal is subjected to rectangular wave processing and transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. In this case, the position of the ultrasonic transducer is processed and grasped and managed on the main body side. The absolute position of the ultrasonic transducer is grasped based on information when the ultrasonic transducer is attached.
(3) Waveform processing of the AB phase signal and the Z phase signal, information processing is performed by the microcomputer on the probe side, the position information is converted into a bit information amount, and transmitted and received between the probe side and the main body side by serial communication means or the like. And communicate information.
(4) Waveform processing of the AB phase signal, information processing by the microcomputer on the probe side, and grasping as the absolute position of the ultrasonic vibrator based on the information when the ultrasonic vibrator is attached, the probe side The microcomputer performs information processing management, converts the position information into a bit information amount, and transmits and receives the information to and from the probe side and the main body side by serial communication means or the like, thereby transmitting information.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention is directed to an ultrasonic probe of 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. The ultrasonic vibrator is attached to 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. With the rotation, the ultrasonic beam trajectory of the ultrasonic vibrator is formed. , A signal transmitting means for the ultrasonic transducer on the rotating side, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer generate the two-phase signals having the same rotation center and the same number of rotations and having a phase difference of 90 degrees. An encoder; a waveform shaping circuit for shaping a waveform of the two-phase output signal of the encoder as control information of the drive motor; and a rising edge and a falling edge of the two-phase output signal from the waveform shaping circuit. A pulse generating circuit for generating a pulse signal, and a synthesizing circuit for synthesizing a two-phase pulse signal from the pulse generating circuit, and transmitting an output signal from the synthesizing circuit also to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. It is an ultrasonic probe characterized in that it is linked with the image position information of the motor and the rotational position information of the motor, and constitutes a drive motor for driving the ultrasonic transducer at the tip of the ultrasonic probe, and the drive motor By directly attaching the ultrasonic transducer, it is possible to eliminate positional information errors due to component variations, aging, and environmental changes, and the drive motor position information detector detects the ultrasonic transducer position information. By using the ultrasonic probe as a device, a small-sized ultrasonic probe in which a motor for driving an ultrasonic transducer is provided at the tip of the ultrasonic probe can be obtained. Furthermore, since the drive axis of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, the position information of the drive motor can be adopted as the position information of the ultrasonic vibrator, so that the image position information of the ultrasonic vibrator and the motor By interlocking with the rotation position information, the image information of the ultrasonic vibrator can be used as accurate angle information even if the rotation of the drive motor fluctuates, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained.
[0018]
Further, by processing the waveform information of the AB phase signal into a rectangular wave and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked. By electrically processing two-phase signals output from the encoder and having a 90-degree phase difference, a pulse based on a rising edge and a falling edge of each signal is synthesized, and driving is performed by using the synthesized pulse signal. By quadrupling the signal of the AB phase MR element as the relative position information of the motor, the signal can be used as angular position information of the ultrasonic transducer having higher resolution than the number of original signal pulses of the AB phase MR element. In a form interlocked with the position information of the motor, an ultrasonic diagnostic image using quadrupled information as image position information of the ultrasonic transducer can be obtained.
According to a second aspect of the present invention, there is provided an image processing apparatus comprising: an image processing apparatus configured to use drive motor position information obtained by the ultrasonic probe according to the first aspect as processing position information of an ultrasonic tomographic image on a beam trajectory plane; An ultrasonic diagnostic apparatus, in which a drive shaft of the drive motor and an ultrasonic vibrator are placed in a window case containing an ultrasonic propagation medium by an electro-mechanical scan type two-dimensional scanning ultrasonic vibrator drive motor. By constructing an ultrasonic transducer drive motor with the same axis of rotation, an ultrasonic probe with a small and lightweight mechanism can be created, and by linking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, Also, even if the rotation of the drive motor fluctuates, image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. Furthermore, 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. Since it can be improved, it is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a more accurate ultrasonic tomographic image. By quadrupling the signal of the AB phase MR element as the relative position information of the drive motor, it can be used as angular position information of the ultrasonic transducer with higher resolution than the number of original signal pulses of the AB phase MR element, In conjunction with the position information of the drive motor, an ultrasonic diagnostic apparatus can be provided based on an ultrasonic diagnostic image using quadrupled information as image position information of an ultrasonic transducer.
[0019]
The invention according to claim 3 of the present invention is directed to an ultrasonic probe of 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. The ultrasonic vibrator is attached to 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. With the rotation, the ultrasonic beam trajectory of the ultrasonic vibrator is formed. , A signal transmitting means for the ultrasonic transducer on the rotating side, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer generate the two-phase signals having the same rotation center and the same number of rotations and having a phase difference of 90 degrees. An encoder; a waveform shaping circuit for shaping a waveform of the two-phase output signal of the encoder as control information of the drive motor; and a rising edge and a falling edge of the two-phase output signal from the waveform shaping circuit. A pulse generating circuit for generating a pulse signal, a synthesizing circuit for synthesizing two-phase pulse signals from the pulse generating circuit, and a drive motor as position information of the ultrasonic transducer based on the same reference position information means. An ultrasonic probe comprising means for converting the position information of the ultrasonic transducer into bit communication information and transmitting the bit communication information to the main unit, and interlocking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor. By using the high-precision position signals of the drive motor and the ultrasonic transducer, there is an effect that a more accurate ultrasonic tomographic image can be obtained. A drive motor that drives the ultrasonic vibrator at the tip of the ultrasonic probe is configured, and the ultrasonic vibrator is directly attached to the drive motor, resulting in positional information errors due to component variations, aging, and environmental changes. By using the position information detector of the drive motor as the position information detector of the ultrasonic vibrator, the motor that drives the ultrasonic vibrator is configured at the tip of the ultrasonic probe. A sound probe is made. Furthermore, since the drive axis of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, the position information of the drive motor can be adopted as the position information of the ultrasonic vibrator, so that the image position information of the ultrasonic vibrator and the motor By interlocking with the rotation position information, the image information of the ultrasonic vibrator can be used as accurate angle information even if the rotation of the drive motor fluctuates, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. By quadrupling the signal of the AB phase MR element as the relative position information of the drive motor, the signal can be used as angular position information of the ultrasonic transducer having higher resolution than the number of original signal pulses of the AB phase MR element. Further, the AB-phase signal is subjected to waveform processing, information processing is performed by the microcomputer on the probe side, the position information is converted into a bit information amount, and transmitted and received between the probe side and the main body side by serial communication means or the like to transmit information. Thereby, it is possible to link the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an image processing apparatus comprising: an image processing device configured to use drive motor position information obtained by the ultrasonic probe according to the third aspect as processing position information of an ultrasonic tomographic image on a beam locus plane. An ultrasonic diagnostic apparatus, in which a drive shaft of the drive motor and an ultrasonic vibrator are placed in a window case containing an ultrasonic propagation medium by an electro-mechanical scan type two-dimensional scanning ultrasonic vibrator drive motor. By constructing an ultrasonic transducer drive motor with the same axis of rotation, an ultrasonic probe with a small and lightweight mechanism can be created, and by linking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, Also, even if the rotation of the drive motor fluctuates, image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. Furthermore, 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. It is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can improve the position of the ultrasonic transducer, stabilize the beam trajectory, and obtain a more accurate ultrasonic tomographic image. By quadrupling the signal of the AB phase MR element as the relative position information of the drive motor, it can be used as angular position information of the ultrasonic transducer with higher resolution than the number of original signal pulses of the AB phase MR element, In conjunction with the position information of the drive motor, an ultrasonic diagnostic apparatus can be provided based on an ultrasonic diagnostic image using quadrupled information as image position information of an ultrasonic transducer.
[0021]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
(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.
[0023]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes a main body system unit (or main unit) including an ultrasonic probe and an image processing unit. The ultrasonic probe includes a tip 39, a handle 6, a connector box (or relay box) 18, and a cable 40. A drive motor 3 for rotating and driving the ultrasonic transducers 1 and 2 is provided at a distal end 39 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.
[0024]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to the outer peripheral portion of the rotating portion of the drive rotor 4. Therefore, the rotational axes of the ultrasonic vibrators 1 and 2 and the drive shaft of the drive motor 3 are the same axis 9 (rotary shaft). 9 and the drive shaft 9). 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.
[0025]
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 reference position information means and relative position information means which serve as a reference for one rotation.
[0026]
The reference position information 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). Distinction. 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 Z-phase MR element signal has a small signal level, the signal is amplified by the relay amplifier board 14 near the motor so as not to receive noise, and routed from the probe tip 39 to the handle 6.
[0027]
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 distinguished from another MR element as an AB 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 300 magnetic poles, the AB phase MR signal also has 300 pulses, so that a signal having a resolution of 300 resolution 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 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 the cable 40 to the drive built in the connector box 18. It is connected to the motor control drive circuit 19. The drive motor control drive circuit 19 includes a motor drive circuit 78 and a drive control microcomputer 77. The connector 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.
[0028]
Since there is a phase difference, 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. 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 once by the relay amplifier board 14 near the motor, and is further wired to the relay adjustment board 7 that processes a signal having a sine wave waveform. The relay adjustment board 7 includes a waveform shaping circuit 74, a pulse generating circuit 75, and a synthesizing circuit 76. From the synthesizing circuit 76, a long wiring process is performed and the wiring is sent to the drive motor control drive circuit 19 of the connector box 18, and further processed by the drive control microcomputer 77 (or a probe CPU) to transmit information to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. Is done. The motor is driven by a motor drive circuit 78 mounted on the drive motor control drive circuit 19 of the connector box 18, and command control and the like are performed by a drive control microcomputer 77. The ultrasonic probe and the apparatus main body are detachable by a connector box. In terms of the signal configuration, the probe can be configured once by the specifications. Signals and the like on the probe side are supplied to the apparatus main body via the connector box 18, control information for driving the motor is processed by the drive control microcomputer 77, and cooperates closely with the ultrasonic diagnostic apparatus main body CPU. .
[0029]
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 connector box 18 through the handle 6 and the cable 40 from the tip of the ultrasonic probe, and the connector 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.
[0030]
Since the rotary transformer 21 can transmit a signal in a non-contact manner, the load acting on the drive motor is very small as compared with the contact type slip ring, and therefore, the rotary transformer 21 is often used in the case of a small drive motor. .
[0031]
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.
[0032]
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. If bubbles are mixed in by the volume adjustment mechanism 8 of the ultrasonic wave propagation medium, the ultrasonic wave is reflected at the interface between the ultrasonic wave propagation medium and the air bubbles because the acoustic impedance of the air bubbles is extremely small. As a result, multiple reflection noises are generated to the extent that the ultrasonic image becomes completely white, and observation of the ultrasonic image may become practically impossible. 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.
[0033]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described.
[0034]
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. 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 1 (or 2), converted into an electric signal, and taken out of the drive motor through the rotary transformer 21. And sent to the amplifier in the system body.
[0035]
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.
[0036]
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.
[0037]
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 drive pulse is formed. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 1 (or 2) into the living body.
[0038]
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 2) used at the time of transmission and is weak corresponding to the reflection intensity of the ultrasonic echo is supplied to an amplifier (the amplifier 27a for high frequency, the amplifier 27a for low frequency) in the system body 20. Is amplified by the amplifier 27b) and sent to the B-mode signal processing circuit. In the B-mode signal processing circuit, the vibrator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier (a logarithmic amplifier 28a for a high frequency, a logarithmic amplifier 28b for a low frequency), and a detection circuit for envelope detection (a detection circuit 29a for a high frequency). In the case of a low frequency, the signal is detected by a detection circuit 29b), and a gain setting device for gain correction (a gain setting device 30a for a high frequency and a gain setting device 30b for a low frequency) is controlled by a gain control controller 31. Then, the gain is corrected, the signal is synthesized by the synthesizing circuit 32, A / D converted by the A / D converter 33, and image 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.
[0039]
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.
[0040]
The ultrasonic transducer 1 (or 2) emits an ultrasonic wave by an electric signal sent from the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the I / O line 79 (transmission / reception line of the ultrasonic signal) and is reflected from the subject. Ultrasonic waves are received, causing a change in the amount of charge. The electrical change of the ultrasonic transducer 1 (or 2) is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the I / O line 79. Since the electric signal flowing through the I / O line 79 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 I / O line 79 is formed of a flexible substrate in the liquid sealing part, and the other part uses a shield line. Since the I / O line 79 is shielded, it has an effect of countermeasures for unnecessary radiation, but the vicinity of the rotary transformer 21 cannot be shielded. The unnecessary radiation is reduced by examining the position of the electrode at the frequency to be used.
[0041]
The position information signal line of the drive motor 3 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 15, and noise enters from the ultrasonic signal transmitting / receiving unit. Then, the position information becomes unstable, and the control of the drive motor becomes unstable. In order to stabilize the control of the motor, the I / O section is also electrically shielded so as not to affect the noise.
[0042]
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 7 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 connector box 18 by a cable 40 from the handle 6. The ultrasonic probe is connected to the system main body 20 by attaching the connector 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 connector box 18 to the main body.
[0043]
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 (I / O line) for connecting the ultrasonic vibrator and the ultrasonic diagnostic apparatus main body, an electric control line for driving and controlling the drive motor, a signal line such as an encoder, and a shock detection line. This is a flexible cable for transmitting signal lines of a temperature sensor and the like to the connector box 18, and is protected by a coating and shielded. The cable 40 is grounded at the ultrasonic transducer side and at both ends of the connector box. In FIG. 2, since the cable 40 is long, it is omitted in the middle.
[0044]
By configuring the control box 19 of the drive motor in the connector box 18, the design of the main body system is reduced, and the connection specification between the connector box 18 and the diagnostic apparatus main body is determined in a general-purpose manner. 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.
[0045]
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 a keyboard. 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.
[0046]
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. 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 FIGS.
[0047]
4 and 5, the 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.
[0048]
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.
[0049]
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.
[0050]
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.
[0051]
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 50 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 there is large garbage, it gets into the gaps, so it is cleaned after being oiled and installed. 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.
[0052]
The signal of the AB phase MR element 17 passes through a flexible board (also called an AB phase FPC, not shown), is once amplified by the relay amplifier board 14 near the driving rotor, and further converted into a rectangular sinusoidal signal. Connected to the relay adjustment board that performs the wave processing, from which a long wiring process using a cable is performed, connected to the control drive circuit of the drive motor built in the connector box, and the connector box is mounted on the ultrasonic diagnostic equipment body And supplies power to the control drive circuit of the drive motor. Further, depending on the device, the rectangular wave signal of the MR signal is also connected to the system body to transmit pulse information.
[0053]
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 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 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 and 70 at positions facing the windings of the rotor-side transformer 22, and a coil (winding) 71 is arranged in the coil grooves 69 and 70 by several turns. The end of the wire passes through a hole 60 provided at the back of the ring-shaped groove on the stator transformer side, and is 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.
[0054]
In this embodiment, two ultrasonic transducers are used. 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.
[0055]
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.
[0056]
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 It is necessary to perform phase reception with the same ultrasonic transducer, and to prevent reception signals from being applied to other ultrasonic transducers.
[0057]
In the case of the rotary transformer 21, countermeasures such as cutting off of a ring or a short ring of a material or a magnetic material of the rotary transformer 21 and a leakage magnetic circuit are made to minimize crosstalk. Since crosstalk causes noise in an image, sufficient consideration is required.
[0058]
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.
[0059]
A cylindrical core 48 is fixed to the drive shaft 9 (shaft) so as to face the drive magnet 49. The core 48 is insulated, and a cylindrical coil (winding) 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding.
[0060]
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 the embodiment, the insulating film 62 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin, which is used for the purpose of electrical insulation between the winding 61 and the core 48. Therefore, a thicker film is better. Since a gap is formed between the winding 61 and the core 48 to lower the efficiency, 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.
[0061]
The electrodeposition coating film is a film having excellent insulation properties, and can be formed relatively easily industrially. In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, it can be used in environments other than air, such as oil. Under such an environment, the motor can be used. 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.
[0062]
An example of the step of applying electrodeposition coating to the core will be described below.
[0063]
Put a water-soluble or water-dispersed paint in the bathtub, immerse the core in the bathtub, attach the electrode to the place where the conductive core is coated, and apply electricity between the counter electrode attached to the bathtub, the resin with electric charge The particles migrate to the core by electrophoresis and precipitate. This is washed with water and baked.
[0064]
When the composition, temperature and energizing conditions of the bathtub are controlled to appropriate levels, an electrodeposition coating film with easy adjustment of the coating film thickness and little variation can be obtained, and it can be controlled even with a tolerance of ± 5 μm at 10 μm. Since the core is coated with an electrodeposition coating film also on the outer peripheral portion, if the electrodeposition coating film is managed, there is no problem in terms of motor assembly characteristics. In the case of a thin electrodeposition coating film, it is necessary to pay attention to the strength of the insulating film because the edge coverage of the core edge portion is not so high in order to provide insulation between the core and the winding by the electrodeposition coating film.
[0065]
Further, instead of an electrodeposition coating film, a vapor-deposited polymer thin film may be applied. Since the vapor-deposited polymer thin film has excellent environmental characteristics, it is a film to be used when used in oil or water. The vapor-deposited polymer thin film will be described. The vapor deposition polymerization method is a method of producing a polymer thin film by evaporating and activating a monomer by thermal energy based on a physical vacuum deposition method, and polymerizing the monomer on a base material. This method can be applied to the insulation of the motor core and the material of electronic parts of the present invention since the polymer thin film can be manufactured by a simple device. In order to industrially process a polymer thin film on the insulating film of the motor core, conditions such as controllability of film thickness, uniformity, large area, high processing speed, and reproducibility of film performance are satisfied. A method is required.
This vapor deposition polymerization method has the following features.
(1) It can be polymerized without a medium and without a solvent.
(2) Since it is in a vacuum, contamination of impurities is avoided and a high-purity thin film can be formed.
(3) A thin film can be easily obtained.
(4) Since the molecular arrangement can be controlled, the thin film controllability is good.
(5) A dry process.
(6) The electrical characteristics of the thin film are equivalent to those of a film manufactured by a solution method.
(7) It is most suitable as a thin film method for difficult-to-process polymers.
(8) Since mask deposition is possible, film pattern formation can be simplified.
[0066]
In the case of the motor core, the shape is complicated or the like, so that the omnidirectional simultaneous vapor deposition polymerization method is used. In this omnidirectional simultaneous vapor deposition polymerization method, a substrate and a vacuum chamber wall are heated to a temperature higher than the evaporation temperature of monomer molecules, and two types of monomers are simultaneously introduced into the two, and both react on the substrate to form a vapor. It becomes a dimer or a trimer having a low pressure, adheres to the base material, and further reacts to grow a polymer thin film. Since the monomer molecules evaporate from the entire surface of the vacuum chamber, a thin film can be uniformly formed on a complicated substrate.
[0067]
In addition, in addition to polyamide, polyazomethyl, polyurea, polyoxadiazole, polyurethane, polyester, etc., polyimide, fluorinated polyimide, benzocyclobutene, fluorinated amorphous carbon, organic glass, Parylene or the like is used.
[0068]
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.
[0069]
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 an FPC 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.
[0070]
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.
[0071]
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.
[0072]
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.
[0073]
The base housing 56 is formed of a sintered metal by a metal powder injection molding method (Metal Injection Molding = MIM). 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.
[0074]
In order to manufacture by MIM, the mold product shape, product molding conditions and the like were designed and examined from the following viewpoints.
(1) Make the thickness of the parts as uniform as possible.
(2) Even if the shape has a large number of arcs, the release is given priority.
(3) The shape is provided with a support portion and a support portion.
(4) Minimize the number of secondary processing sites after sintering.
(5) Improve accuracy by providing a place where the taper is set to zero.
(6) Light weight.
[0075]
In addition, MIM is similar to a plastic molding method in which a heated and melted thermoplastic substance is injected into a mold at high pressure and high speed and cooled to produce a part. Powder), knead the metal powder and an organic substance such as a resin or wax that serves as a binder to impart fluidity, heat and melt the resulting material, granulate it, and inject it in the same manner as plastic. Do molding. After that, the obtained molded body is degreased by a thermal decomposition method or the like, and then sintered to produce a metal part.
[0076]
The material of the base housing 56 needs to be strong and has stable physical properties with respect to the ultrasonic wave propagation medium. -Co, W-Cu-Ni, W-Fe-Ni, Ti, etc. can be used. SUS304L or the like is often used for medical equipment because of rust prevention.
[0077]
On the other hand, as the binder, for example, polyethylene, olefin resins such as polypropylene, acrylic resins, styrene resins such as polystyrene, polyamide, polyimide, polyester, polyether, liquid crystal polymer, various thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide, One or a mixture of two or more of various waxes, paraffins and the like were used.
[0078]
As an example of the binder of the base housing 56, an acrylic resin and polystyrene were blended, and the experiment was performed while changing the addition amount. As a result, the addition amount capable of sintering the molded body without a decrease in the dimensions was 35 to 55 vol%. In addition, the base housing 56 was manufactured with an addition amount of about 45 vol%.
[0079]
The kneaded product of the metal powder and the binder is added with a plasticizer, a lubricant, etc. in order to obtain a straight portion without a taper in the MR element mounting portion and the stator side transformer mounting portion in the blank shape of the base housing 56 and without a taper. Substance is added in a small amount.
[0080]
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 wire is supplied from the main body to the drive motor control drive circuit of the connector box, and 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. 64 (generally distinguished as U-phase, 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.
[0081]
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.
[0082]
Since two ultrasonic transducers are mounted, the rotary transformer 21 has a two-channel configuration. A ring-shaped groove is formed in each of the two transformers on the transformer facing surface.
[0083]
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 method of processing the coils arranged in the coil grooves 66 and 67, the space for generating the torque of the motor is reduced. Therefore, the connection of the coil terminals is performed using the FPC 68 so as to reduce the deterioration of the characteristics.
[0084]
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.
[0085]
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.
[0086]
By placing the coil drawer on the back, the stator-side transformer can be configured in a thin space, so that a small and lightweight drive motor for driving the ultrasonic vibrator can be formed. Can be built into the tip.
[0087]
The operating frequency of the ultrasonic diagnostic apparatus is 1 MHz to 10 MHz, which is higher than that of home electric appliances. Therefore, since the material of the transformer to be used is preferably a material whose initial magnetic permeability μi has a flat frequency characteristic in the range of the used frequency, 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.
[0088]
In the present invention, in order to control the drive of the drive motor, the position information of the drive motor is obtained using a magnetic encoder. Since the ultrasonic vibrator is directly attached to the rotor frame of the drive motor, position information obtained by the magnetic encoder provided on the side surface of the rotor frame can be used as accurate position information of the ultrasonic vibrator. Therefore, the position information used for controlling the drive motor is used as the position information of the image information obtained from the ultrasonic transducer.
[0089]
Since the MR element used in the magnetic encoder of the motor has a phase of 90 degrees, a method with more position information is possible by processing signals.
[0090]
First, the position information of the drive motor will be described (the reference numerals in FIGS. 1 to 5 are used).
[0091]
As the reference position information means for knowing the reference position information, the drive motor 3 has a magnetic material Z-phase pin 12 attached to an outer peripheral portion of a rotor frame 50 made of a magnetic material such as SUM24L or SUY. 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 board 14 through a flexible board (or Z-phase FPC, not shown), and is connected to the relay amplifier board 14 on the handle 6 of the ultrasonic probe. It is connected to the adjustment board 7 and is connected from the relay adjustment board 7 to the drive motor control drive circuit 19 in the connector box 18 through the shielded cable. The relay amplifier board 14 amplifies the signal of the Z-phase MR element, and the amplified signal is subjected to rectangular wave processing in the relay adjustment board 7. FIG. 6 shows an example of an amplifying circuit diagram and a rectangular wave processing circuit diagram of the Z-phase MR element in one circuit diagram. FIG. 6 also shows an amplifier circuit diagram of the AB phase MR element signal and a rectangular wave processing circuit diagram. A detailed description of the circuit for the AB phase MR element will be described later. In the circuit of FIG. 6, 13 is a Z-phase MR element, 17 is an AB-phase MR element, 80 is a Z-phase MR operational amplifier, 81 is an A-phase MR operational amplifier, 82 is a B-phase MR operational amplifier, 83 is a Z-phase MR comparator, and 84 is The A-phase MR comparator 85 is a B-phase MR comparator.
[0092]
The reference position information means is composed of a magnetic material Z-phase pin 12 and a Z-phase MR element 13. Since the magnetic material has one Z-phase pin 12, the Z-phase MR element 13 has one rotation of the drive rotor. , A one-pulse signal is detected. Since the signal level of the Z-phase MR signal is low, that is, the voltage of the input terminal 86 is low, the signal is amplified by the Z-phase MR operational amplifier 80 mounted on the relay amplifier board 14 near the motor. Even if the waveform after the operational amplifier is one pulse, it has a potential determined by the resistors 89 and 90 when there is no change in the resistance of the MR element. The point potential is shown. For example, when the circuit applied voltage is 5 V, about 2.5 V is the midpoint potential. When the Z-phase pin 12 passes through the Z-phase MR element 13, the waveform once rises as shown in FIG. 7A and falls below the midpoint potential. The output width of the signal immediately from the Z-phase MR element 13 is small. Since the relay amplifier board 14 is easily affected by external noise, the relay amplifier board 14 is arranged near the base housing 56 for amplification.
[0093]
Since the signal amplitude after amplification changes due to adjustment of the Z-phase pin, the Z-phase pin 12 is bonded and fixed after checking the output of the Z-phase MR element. The amplified Z-phase signal is subjected to rectangular processing by the waveform shaping circuit 74 of the relay adjustment board 7. The signal of the Z-phase MR element 13 amplified by the relay amplifier board 14 is input to the waveform shaping circuit 74. The input signal is input to a Z-phase MR comparator 83 through a filter including a resistor and a capacitor, and is compared with a reference voltage generated by a variable resistor 93. The output signal of the Z-phase MR comparator 83 is When the input signal is lower than the reference voltage, the output of the comparator 83 becomes “H” level (High), and when it is lower, it becomes “L” level (Low). A comparator output waveform of the Z-phase MR as shown in FIG. 7B is obtained.
[0094]
As shown in FIG. 7, since the Z-phase comparator 83 has hysteresis, the input potential when the comparator output rises (potential at point s) and the input potential when the comparator output falls (potential at point e) Are not at the same potential.
[0095]
The signal subjected to the rectangular processing is a rectangular wave signal of 0-5 V, and is hardly affected by external noise.
[0096]
Further, it is necessary to determine the position of the ultrasonic transducer so that the rotation control information of the drive motor can be used as the angle information of the ultrasonic transducer. As a method,
(A) Attach an ultrasonic vibrator in accordance with the Z-phase reference information position of the rotor.
(B) Match the Z-phase reference information of the rotor with reference to the mounting position of the ultrasonic transducer. With either of them, it is possible to determine the mounting position of the ultrasonic transducer with respect to the rotor as an absolute position. Hereinafter, a method of matching the Z-phase reference information of the rotor with reference to the mounting position of the ultrasonic transducer will be described. See FIG. 8, FIG.
[0097]
In FIG. 8, the drive motor is mounted with a reference jig in which the angle between the ultrasonic transducer mounting surface of the rotor and the mounting surface of the base housing during Z-phase adjustment is 90 degrees. Since the ultrasonic transducer mounting surface 94 of the rotor frame 50 and the mounting surface 95 of the base housing 56 are fixed at 90 degrees, the mechanical absolute position of the ultrasonic transducer can be determined. In this state, in order to associate the Z-phase MR signal, the width of the “H” level of the Z-phase is determined in advance by the variable resistor 90, and when this width is determined, the screw 96 to which the Z-phase MR element 13 is attached is replaced. The position of the MR element mounting base is shifted in the Z-phase MR element movement adjustment direction shown in FIG. 8 so that the output potential of the comparator 83 of the Z-phase MR element becomes “H” level in the 90-degree jig fixed state. The screw 96 is tightened and fixed at a position where the output potential of the comparator 83 of the Z-phase MR element becomes the “H” level. At this time, when the comparator signal of the Z-phase MR element is at the “H” level, it indicates that the mounting surface 94 of the ultrasonic transducer is located at 90 degrees with respect to the mounting surface 95 of the base housing 56. If the width tz at the time of Z-phase adjustment is adjusted to be large, the width becomes an error of the absolute position information of the ultrasonic vibrator, so that the width tz may be specified to be small. It is determined to be a workability issue.
[0098]
When the Z-phase adjustment as described above is not performed, the comparator output of the Z-phase MR is set to “H” with respect to the absolute reference position 97 of the ultrasonic transducer as shown in FIGS. 9A and 9C. Since the level is not determined, the absolute reference position 97 of the ultrasonic transducer can be adjusted to the position of the comparator output “H” level as shown in FIG. 9B by performing the Z-phase adjustment.
[0099]
This means that the assembling is performed so that the rising position of the Z-phase comparator signal becomes the rotation reference position of the drive motor. By adjusting the rising position of the Z-phase rectangular wave to, for example, a 90-degree position with respect to the mounting surface of the ultrasonic oscillator of the rotor frame, the reference position of the drive rotor becomes clear from the rising of the Z-phase, The rotation reference positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 become clear. 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. .
[0100]
The drive motor 3 incorporates a magnetic encoder 15 as relative position information means. The magnetic encoder 15 is an encoder magnet 16 and an AB phase MR element 17 as a position detecting element. The AB phase MR element 17 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. FIG. 6 shows an example of an amplification circuit and a waveform shaping circuit of the AB phase MR element. 6, reference numeral 17 denotes an AB phase MR element, 81 denotes an A phase MR operational amplifier, 82 denotes a B phase MR operational amplifier, 84 denotes an A phase MR comparator, 85 denotes a B phase MR comparator, and 87 and 88 denote AB phase MR elements. This is an input terminal that enters the amplifier circuit from the source signal of the first stage. Since the AB-phase amplifier circuit is the same as the Z-phase amplifier circuit, the description has been described above and will not be repeated. When the AB-phase MR element detects a magnetic pole of the encoder magnet 16 that has been multipolarly magnetized by rotational magnetization, a signal having a sine wave waveform is obtained. When the signal is amplified by the MR operational amplifiers 81 and 82, a sine wave waveform having an amplitude multiplied by the gain is obtained. For example, when the encoder magnet 16 has 300 poles, the AB phase MR element signal also has 300 pulses. The amplified MR element signal has 300 pulses in both the A phase and the B phase, and has a phase difference of 90 degrees.
[0101]
The Z-phase MR signal is not subjected to any particular waveform processing after the waveform shaping of the rectangular wave, but the AB-phase MR signal is also transmitted to the waveform processing circuit after the waveform shaping. In order to explain the waveform processing circuit, FIG. 10 shows an example of a circuit configuration of the waveform shaping circuit 74, the pulse generating circuit 75, and the synthesizing circuit 76, including the waveform shaping circuit 74. FIG. 11 shows signal waveforms in the waveform shaping circuit 74, the pulse generating circuit 75, and the synthesizing circuit 76 after the signal of the MR element 17 is amplified by the relay amplifier board 14.
[0102]
Two-phase signals of the MR element 17 amplified by the relay amplifier board 14 are input to input terminals 98 and 99 in FIG. 10, respectively. The input signal 100 input from the input terminal 98 is input to the comparator 83 of the waveform shaping circuit 74, and is compared with the reference voltage 102 adjusted and set by the variable resistor 101. The output signal 103 of the comparator 83 becomes “H” level when the input signal 100 is higher than the reference voltage 102, and becomes “L” level when the input signal 100 is lower than the reference voltage 102. Next, the output signal 103 of the comparator 83 passes through a filter composed of a capacitor and a resistor, passes through the resistors 104 and 105 of the pulse generating circuit 75, and is input to the exclusive OR 106. At this time, a capacitor 107 is provided between the resistor 105 and the exclusive OR 106 with respect to GND, and the input signal of the exclusive OR 106 on the resistor 105 side is based on the input signal on the resistor 104 side. The signal is delayed by the time determined by the value of 107. As a result, the output signal 108 of the exclusive OR 106 becomes the output signal 108 whose logic changes according to the rise and fall of the output signal 103 of the comparator 83.
[0103]
The input signal 109 input from the other input terminal 99 is input to the comparator 84. The operations of the comparator 84, the resistors 110 and 111, the capacitor 113, and the exclusive OR 112 are omitted because they are the same as those of the above-described circuit, but the output signal of the comparator 84 and the signal delayed by the resistor 111 and the capacitor 113 are exclusive. The output signal obtained from the logical sum 112 is denoted by 114.
[0104]
In FIG. 11, the signals at the input terminals 98 and 99 ((a) in FIG. 11) are processed, and the output signals 108 and 114 ((b) in FIG. 11) are converted from the outputs from the exclusive ORs 106 and 112. 12 shows a signal waveform of the processed output signal 119 (FIG. 11C).
[0105]
Assuming that the signals at the input terminals 98 and 99 have signal waveforms as shown in the upper and lower parts of FIG. 11A, the signal passes through the pulse shaping circuit 75 through the waveform shaping circuit 74. The output signals 108 and 114 from the exclusive ORs 106 and 112 of the pulse generation circuit 75 have signal waveforms as shown in FIG.
[0106]
The output signals 108 and 114 are input to OR logic elements 115 and 116 of the synthesis circuit 76. The combining circuit 76 shown in FIG. 10 includes OR logic elements 115 and 116 and inverter elements 117 and 118. The output signal 119 can be obtained by the combining circuit 76. The signal waveform of the output signal 119 has a waveform as shown in FIG. As described above, an output signal 119 having a quarter of the signal period T of the input terminals 98 and 99 can be obtained. That is, the AB phase signal is quadrupled.
[0107]
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 300 magnetic poles, the AB phase MR signal also has 300 pulses, so that the number of pulses can be used as it is. However, the resolution of the rotational angle positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 can be improved. If the A-phase and the B-phase are multiplied by 4 in order to increase the number, the number of pulses becomes 1200 pulses per rotation, which is four times the resolution of the original signal. Since the encoder magnet 16 is rotated and magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is extremely high. Therefore, even if the encoder magnet 16 is quadrupled, position information with considerably high angular accuracy can be obtained. 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.
[0108]
The absolute position of the ultrasonic vibrator is determined from the Z-phase MR signal. In order to make the initial position of the relative position information signal from the ultrasonic vibrator as close as possible to the position of the ultrasonic vibrator, FIG. 7 shows A-phase, B-phase, and Z-phase rectangular waveforms obtained from the shaping circuit 74. FIG. 12A shows a comparator output waveform of the Z-phase MR. FIG. 12B shows the output waveform of the A-phase MR comparator. FIG. 12C shows a comparator output waveform of the B-phase MR comparator. The phase difference between the A-phase waveform and the B-phase waveform is 90 degrees. When the motor is rotated in the reverse direction, the phase difference becomes the opposite phase.
[0109]
Rather than determining the absolute position of the ultrasonic transducer by the Z-phase MR comparator output waveform and the quadrupled pulse, the absolute position of the ultrasonic transducer is determined by the Z-phase MR comparator output waveform and the AB-phase comparator output. The higher the accuracy, the higher the accuracy of the adjustment.
[0110]
If the absolute position of the ultrasonic transducer is accurate, the image position information of the obtained ultrasonic diagnostic image will be accurate. In FIG. 12, the AB phase MR element waveform is adjusted so that the position of the rising edge 120 of the Z Z signal has the following relationship. In the Z-phase position adjustment, since the positional relationship of the ultrasonic transducer has already been completed, the re-adjustment is not performed because the error increases. Therefore, the AB phase MR element is adjusted.
[0111]
By adjusting so as to satisfy the following (a) and (b), the time from the rise of the output of the Z-phase MR comparator to the rise of the output of the B-phase MR comparator is less than one-fourth of the period of the A-phase MR signal. become.
(A) The output of the B-phase MR comparator is set to rise when the output of the Z-phase comparator has an "H" level time width. That is, the rise of the B phase is surrounded by the “H” level of the output of the Z phase MR comparator.
(B) The rising edge of the Z-phase comparator is at the “H” level of the A-phase MR comparator output.
[0112]
An AB phase MR comparator output signal is used for position adjustment of the ultrasonic transducer, and a quadrupled output signal of the AB phase MR is used for relative position information. The driving of the motor uses the amplified signal of the AB phase MR and the output signal of the comparator. By linking the image position information of the ultrasonic vibrator and the rotational position information of the motor, even if the drive motor fluctuates, the image information of the ultrasonic vibrator can be used as accurate angle information. A sound image is obtained.
[0113]
Waveform signals obtained by subjecting the AB-phase signal and the Z-phase signal to waveform processing are not directly transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main unit, and the drive control microcomputer (probe CPU) 77 processes the ultrasonic transducer position information. The host CPU 38 and the probe CPU 77 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 host CPU 38 to the probe CPU 77 by serial communication, and the probe CPU 77 operates the drive motor based on the content of the command information. The position information of the drive motor, the position information of the ultrasonic vibrator, and the like are mainly managed by the probe CPU 77, and the management information is transmitted to the host CPU, and the information on the tip of the probe is also shared on the main body side. . In order to manage the shared information, an interface specification between the probe CPU 77 and the host 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.
[0114]
By configuring the drive motor control drive circuit 19 in the connector box 18, the design of the main body system is reduced, and the specification of the connection between the connector box 18 and the diagnostic apparatus main body is determined in a general manner, 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.
[0115]
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 vibrator, the ultrasonic tomographic image having a wide angle range can be obtained, and the ultrasonic vibrator can be linked with the image position information of the ultrasonic vibrator and the rotational position information of the motor, thereby achieving a high image quality. A two-dimensional ultrasonic tomographic image is obtained.
[0116]
(Example 2)
An embodiment of the present invention relates to a so-called multi-plane type ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus capable of arbitrarily changing a cross-sectional position by rotating a vibrator built in a tip of an ultrasonic probe with a motor. .
[0117]
FIG. 13 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a scanning ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention. FIG. 14 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. FIG. 15 is a sectional view of a drive motor for driving the ultrasonic transducer.
[0118]
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 (or an insertion portion) 121, a handle (or an operation portion, a hand operation portion) 122, a connector box 123, an insertion tube (or a middle portion) 124, and a cable 125. A drive motor configured to rotationally drive the ultrasonic vibrator 126 is configured at the tip 121 of the ultrasonic probe. The drive motor includes a rotor portion (hereinafter referred to as a drive rotor) 127 that rotates together with the ultrasonic transducer 126, and a base housing 128 that supports the drive rotor 127 is built in the tip of the ultrasonic probe. The distal end 121 to the handle 122 are constituted by a flexible insertion tube 124, 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 controller knob 129 is formed on the handle 122 of the ultrasonic probe. A connector box 123 is connected to the handle 122 via a cable 125. The connector box 123 has a drive motor control drive circuit 130. The drive motor control drive circuit 130 has a position detection signal processing circuit 131 and a motor drive circuit 132. And a probe CPU 133. An ultrasonic probe is electrically connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the connector box 123.
[0119]
The ultrasonic vibrator 126 is attached to the top surface of the rotating part of the drive rotor 127. Therefore, the rotation axis of the ultrasonic vibrator 126 and the drive shaft 134 of the drive motor are the same axis. The beam of the ultrasonic transducer 126 is emitted in the axial direction with respect to the drive shaft 134. A beam trajectory surface 136 is formed in the direction of the beam emission axis 135 on the ultrasonic transducer 126 side. The rotation of the drive rotor 127 causes the beam trajectory surface 136 of the ultrasonic transducer 126 to rotate. The trajectory surface 136 is a surface parallel to the drive shaft 134.
[0120]
The ultrasonic probe of the present 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 is An ultrasonic vibrator 126 is provided at the tip, and the ultrasonic vibrator 126 takes an ultrasonic tomographic image at an arbitrary angle within a rotation range that is mechanically determined in advance.
[0121]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 127 means knowing the position information of the ultrasonic transducer 126 attached to the drive rotor 127. The rotational position of the drive rotor 127 can be known by using both reference position information means and relative position information means which serve as a reference for one rotation.
[0122]
The method of setting the absolute position of the rotor without using a magnetic encoder as the reference position information means is often mechanically complicated. In the case of the present invention, the absolute position is made possible as follows.
(A) Restrict the rotation of the rotor.
[0123]
A restricting member 170 is attached to a part of the rotor frame 159 as a restrictor on the rotor side, and a protrusion 171 is formed on a part of the base housing 128 as a restrictor on the stator side to restrict the rotation of the drive rotor 127. Due to the restriction, the drive rotor 127 cannot rotate continuously, but can only swing. When a reference position is formed by rotation regulation, the present invention is applied to an oscillating ultrasonic diagnostic probe. That is, since the transesophageal ultrasonic probe as shown in the second embodiment does not need to rotate continuously, a rotation regulating method is possible.
(B) The positional relationship between the reference position of the rotor and the ultrasonic transducer is determined.
[0124]
When attaching the ultrasonic vibrator 126 to the rotor frame 159, the ultrasonic vibrator 126 is set with respect to the base housing 128 in a state where the regulating member 170 of the rotor frame 159 is in contact with the projection 171 of the base housing 128. In the right position. Therefore, the angular positional relationship from the contact end point position of the projection 171 of the base housing 128 to the element reference of the ultrasonic transducer 126 can be determined.
(C) The regulation end point is set as the rotation coordinate reference origin.
[0125]
When the ultrasonic probe is not energized, it is unknown where the ultrasonic transducer 126 is located, so the position of the ultrasonic transducer 126 must be determined. By energizing the coil 166 wound around the core 164, the rotor rotates. As the rotation is made, the rotation is restricted. However, it is impossible to determine whether the rotation is in the regular restriction state or the other restriction state in the rotation restricted state. The rotation of the rotor is detected in the rotation state up to the rotation regulation, and it is determined whether the rotation state is correct. If it is the other regulation state, the rotor is rotated to form a regular regulation state. What is necessary is just to make it the reference position of the rotation angle coordinate of a rotor in the correct regulation state. The counter of the relative position information may be reset to the origin position in the correct regulation state. If the position is set as the coordinate origin, the angular position information may be determined from the position based on the relative information. If this action is always performed when power is supplied, the position of the ultrasonic transducer can be accurately grasped.
[0126]
A magnetic encoder is used as the relative position information means. The magnetic encoder includes an encoder magnet 137 and an MR element 138. The MR element 138 as relative position information means 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 rotor 127 can be obtained from the phase difference. The MR element 138 is attached to the base housing 128. An AB phase magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 137 configured on the drive rotor 127 side. The AB phase magnetic pole portion is magnetized with multiple magnetic poles, and obtains a number of signals from the MR element 138 corresponding to the number of magnetic poles.
[0127]
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, or the like may be used in addition to a magnetic encoder using an MR element as shown in the embodiment.
[0128]
In this embodiment, there is shown an ultrasonic probe that rotates ultrasonic transducers by mounting ultrasonic tomographic images of many tomographic planes on a drive motor without rotating the probe itself. 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.
[0129]
The ultrasonic vibrator 126 of the present embodiment is configured by an ultrasonic vibrator row in which a plurality of ultrasonic vibrators are arranged in a one-dimensional direction, and a pulse driving unit of the ultrasonic vibrator row is a drive motor. The ultrasonic transducer array is rotated by a drive motor.
[0130]
Ultrasonic waves radiated from the ultrasonic transducer 126 are radiated at an angle perpendicular to the radiation surface of the ultrasonic transducer 126 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 126, converted into an electric signal, and transmitted through several shielded input / output lines. Via the handle 122, the cable 125, and the connector box 123 to the circuit of the system body 140.
[0131]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 140 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described.
[0132]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines the repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 141 and is sent to the pulse vibrator driving circuit 142 having the determined ultrasonic frequency. In the vibrator driving circuit 142, a driving pulse is formed to supply a driving signal to the ultrasonic vibrator and generate an ultrasonic wave. The driving pulse causes the ultrasonic transducer 126 to radiate the living body.
[0133]
Ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transducer 126 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 126 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 143 in the system main body 140 and then sent to the B-mode signal processing circuit. . In the B-mode signal processing circuit, the vibrator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 144, detected by a detection circuit 145 for envelope detection, and controlled by a gain control unit 147 for a gain setting unit 146 for gain correction. The image data is corrected, synthesized by the synthesis circuit 148, A / D converted by the A / D converter 149, and subjected to image processing by the high-speed image DSP 150. The seat image processed by the DSP 150 is temporarily stored in the image memory 151. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 151, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 150, and converted into signals corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 152. Then, the image is displayed on the television monitor 153 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image.
[0134]
The system main body 140 of the main unit includes a host CPU 139 that controls the entire circuit of the main unit, and comprehensively monitors image data, memory, position information of a driving motor, motor driving, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 139 controls the processing as an ultrasonic probe based on an input associated with an external input operation to the main unit.
[0135]
The external perspective view of the ultrasonic probe shown in FIG. 13 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 124 includes a flexible sheath tube and an electric signal line in the sheath tube, and ultrasonic diagnosis is performed in a state in which the distal end 121 to the insertion tube 124 are inserted into a body cavity. For example, the insertion tube of an ultrasonic probe is inserted into the esophagus from the mouth, and ultrasound diagnosis of organs near the esophagus, the stomach, and the duodenum is performed. By rotating the drive motor, the ultrasonic beam locus plane formed by the ultrasonic transducer is rotated, and a scanned image is obtained.
[0136]
The distal end 121 of the ultrasonic probe has a window case 154 made of a window material having ultrasonic transparency attached to the distal end, and the distal end 121 of the ultrasonic probe has a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like built therein. The tip 121 of the ultrasonic probe and the handle 122 are connected by a flexible insertion tube 124. The handle 122 is a hand-held operation unit operated by hand, and has a controller knob 129 for operation. The controller knob 129 has various switches, and can be rotated in various modes. When the controller knob 129 is rotated, the drive motor rotates in 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 129. A switch for stopping the rotation of the drive motor is also provided on the controller knob 129. The signal of the controller knob 129 is sent from the connector box 123 to the host CPU 139 of the system main body 140, and a command is transmitted from the host CPU 139 to the drive motor control circuit in accordance with the command of the controller knob 129. The drive motor is controlled and driven based on the command.
[0137]
The ultrasonic probe is connected to the connector box 123 by a cable 125 from the handle 122. The ultrasonic probe is connected to the system main body 140 by attaching the connector box 123 to the connector insertion port of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is a knob 155 with a lock mechanism so that the ultrasonic probe does not come off during the diagnosis, and after mounting, the knob 155 is turned to securely lock the connector box 123 to the main body.
[0138]
In the case of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, only the frequently used basic operations can be performed at the hand operation unit. However, in the present embodiment, it is possible to process the command content by the hand operation on the probe side to perform the command operation. Since it is possible, all operations of the ultrasonic vibrator can be performed by hand operation. In the case of complicated operation or complex operation in the hand operation, 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.
[0139]
Since the ultrasonic transducer 126 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 operating part of the handle, for example, by rotating 90 degrees, and to cut the tomographic plane along the insertion axis (A beam trajectory plane 156 in FIG. 14) and a diagnosis perpendicular to the insertion axis (a beam trajectory plane 157 in FIG. 14).
[0140]
The tip 121 of the ultrasonic probe has a smooth, streamlined cylindrical shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The insertion tube 124 and the cable 125 include an input / output line for connecting the ultrasonic vibrator 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 123, which is protected by a coating and shielded.
[0141]
FIG. 15 is a cross-sectional view of the outer rotor rotation 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.
[0142]
In FIG. 15, the ultrasonic transducer 126 is formed in the frame of the housing of the element holder 158, is attached to the top surface of the rotor fume 159 of the drive motor, and rotates around the drive shaft 134. An acoustic lens 160 is provided at the tip of the ultrasonic transducer 126. It is the acoustic lens 160 that effectively utilizes the phenomenon of refraction, and the ultrasonic wave is focused on the vibrator surface by a concave acoustic lens on the surface of the vibrator because the speed of sound is faster 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 transducer 126 passes through the center hole of the hollow drive shaft 134 and is drawn out of the drive motor.
[0143]
The beam of the ultrasonic transducer 126 is emitted in the drive axis direction. A beam trajectory surface 136 is formed in the direction of the beam emission axis 135 on the ultrasonic transducer 126 side. Since the ultrasonic transducer 126 attached to the top surface of the rotor frame 159 rotates around the drive shaft 134, the beam trajectory surface 136 of the ultrasonic transducer 126 also rotates. The trajectory surface 136 is a surface parallel to the drive shaft 134. The beam trajectory plane 136 can move to an angle other than the beam trajectory plane 156 of the tomographic plane along the ultrasonic probe insertion axis and the beam trajectory plane 157 perpendicular to the insertion axis. An ultrasonic diagnostic apparatus capable of taking an ultrasonic tomographic image, which is useful for medical diagnosis.
[0144]
Since the multi-plane TEE ultrasonic probe of the present embodiment can observe the image of the diagnostic site from inside the body cavity, the transesophageal ultrasonic probe is not affected by intercostal or ultrasonic attenuation due to subcutaneous fat. In addition, a blood vessel-inserted ultrasonic probe is not affected by ultrasonic attenuation due to subcutaneous fat, so that a clear image can be obtained and a tomographic plane viewed from an arbitrary direction in a body cavity can be observed. 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.
[0145]
The ultrasonic transducer 126 is configured by an ultrasonic transducer row in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a one-dimensional direction, and can simultaneously obtain an image of the beam trajectory plane 136. 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) 45 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.
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.
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. A measurement mode for instantly obtaining a basic cross-sectional image of a patient from the moved image.
(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 °. A measurement mode for instantly obtaining a basic cross-sectional image of a patient.
In the external synchronization mode (e), since the heartbeat of each person is different, the biplane operation of (c) or (d) cannot be performed at a preset time, so that the biplane operation 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.
[0146]
Such an operation mode is possible by directly driving the ultrasonic transducer with a motor.
[0147]
The drive rotor has a rotor frame 159 integrally formed with a hanging portion 162 for attaching a drive magnet 161, a drive shaft 134, and a spigot portion 163 for attaching an ultrasonic vibrator. The ring-shaped drive magnet 161 is an anisotropic neodymium magnet having a characteristic of BHmax = 39MGOe and is magnetized with eight poles. The core 164 is bonded and fixed to the central cylindrical portion 165 of the base housing 128 at a position facing the drive magnet 161. The core 164 has six salient poles, and the winding 166 is wound so as to have three phases. The core is coated with electrodeposition for insulation between the core 164 and the winding 166.
[0148]
The insulating film of the core 164 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin and is used for the purpose of electrical insulation between the winding 166 and the core 164. Therefore, a thicker film is better. Since a gap is formed between the core 166 and the core 164 and the motor efficiency is reduced, the thickness 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 insulation properties, and can be formed relatively easily industrially. In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, it can be used in environments other than air, such as oil. Under such an environment, the motor can be used. 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.
[0149]
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 167 attached to the base housing 128, the FPC 167 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 167. I do.
[0150]
The rotor frame 159 to which the ultrasonic vibrator 126 is attached has the drive shaft 134 rotatably supported by bearings 168 and 169. The bearings 168 and 169 are fixed inside the central cylindrical portion 165 of the base housing 128, and can rotate about the drive shaft 134.
[0151]
The encoder serving as relative position information means is composed of an AB phase MR element and an encoder magnet, and a signal obtained from the AB phase MR element is connected to the connector box 123 and the drive motor control drive circuit 130. The drive motor control drive circuit 130 includes a position detection signal processing circuit 131, a motor drive circuit 132, and a probe CPU 133. The position detection signal processing circuit 131 includes an MR element signal amplification circuit, a waveform shaping circuit, a pulse generation circuit, and a synthesis circuit. Each circuit has been described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. After the waveform shaping circuit, the position detection signal processing circuit 131 obtains the same rectangular wave signal as the number of pulses of the original signal after the waveform shaping circuit, and after the synthesizing circuit, a signal having a pulse number four times the number of pulses of the AB phase is obtained. can get. By using the quadrupled pulse signal as the relative position information of the ultrasonic transducer, image information having a resolution four times the number of MR element original signals can be obtained.
[0152]
Since it is necessary to know the rotational position of the ultrasonic vibrator for image display, it is necessary to know the rotational position information of the rotor frame 159 to which the ultrasonic vibrator is attached. The rotational position of the rotor frame 159 is known by using both reference position information means and relative position information means, which serve as a reference for one rotation. The second embodiment has a mechanism in which the rotor cannot rotate continuously and swings in a certain range. The probe CPU 133 performs signal information processing based on the information obtained from the reference position information means and the relative position information means, and is connected to the host CPU 139 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body as communication signal information. If the position of the ultrasonic transducer which can be set by the reference position information means is determined, it can be managed as position information based on the position of the ultrasonic transducer.
[0153]
In the ultrasonic probe according to the second embodiment, the processing circuit for the MR signal is a type configured in the connector box 123. 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, in order to reduce the size of the tip portion of the ultrasonic probe, components may not be disposed at the tip portion as much as possible, so that the control drive circuit 130 of the drive motor is configured in the connector box 123.
[0154]
The ultrasonic probe and the main body can be detached and separated by a connector box 123. Utilizing the fact that it can be separated, the connector box 123 is configured with a motor drive circuit 132 and a probe CPU 133 so that the probe side can control the ultrasonic transducer 126 of the probe. The probe CPU 133 processes the reference position information and the relative position information from the AB phase signal, and manages the position information based on the position of the ultrasonic transducer 126 as a reference. By unifying the interface specifications on the probe side and the main body side, it is possible to connect even an ultrasonic probe for other diagnostic uses. 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.
[0155]
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.
[0156]
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.
[0157]
In the second embodiment, an amplifying circuit for the AB phase MR signal is provided. Ultrasound diagnostic equipment is made.
[0158]
The ultrasonic probe as described above uses the position information of the ultrasonic vibrator linked to the control information of the drive motor mounted on the tip to perform the sitting image processing, so that an ultrasonic probe with accurate position information can be formed. It is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe, which contributes to the medical field.
[0159]
【The invention's effect】
As is clear from the description of the above embodiment,
(1) The drive shaft of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are coaxial with each other in a window case containing an ultrasonic wave propagation medium by a two-dimensional scanning ultrasonic vibrator drive motor of an electro-mechanical scanning type. By configuring the configured ultrasonic vibrator drive motor, the mechanism can be reduced in size and weight, the sealing range of the ultrasonic propagation medium can be narrowed, and the overall weight of the ultrasonic probe can be reduced.
(2) Since the drive shaft of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, the position information of the drive motor can be adopted as the position information of the ultrasonic vibrator, so that the device has high accuracy.
(3) A drive motor for driving the ultrasonic vibrator is formed at the tip of the ultrasonic probe, and the ultrasonic vibrator is directly attached to the drive motor. Position information errors can be eliminated.
(4) Adjusting the Z-phase reference information of the rotor based on the mounting position of the ultrasonic vibrator so that the rotation control information of the drive motor can be used as angle information of the ultrasonic vibrator. The position can be determined.
(5) By using the position information detector of the drive motor as the position information detector of the ultrasonic transducer, a small ultrasonic probe having a motor for driving the ultrasonic transducer at the tip of the ultrasonic probe can be obtained. .
(6) Increasing the resolution of the position detector of the drive motor by using the position information detector of the drive motor as the position information detector of the ultrasonic transducer, thereby increasing the position information resolution of the ultrasonic transducer. Can be.
(7) By quadrupling the signal of the AB phase MR element as relative position information of the drive motor, and using the quadrupled signal as angular position information of the ultrasonic transducer, the position information of the drive motor can be obtained. In an interlocked form, an ultrasonic diagnostic image used as image position information of the ultrasonic transducer can be obtained.
(8) By adjusting the rise of the A-phase (or B-phase) signal within the determined signal width of the Z-phase signal, it is possible to associate the position information of the ultrasonic transducer with the relative position information of the rotor. It becomes.
(9) By interlocking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even if the drive motor fluctuates in rotation. A good ultrasonic image can be obtained.
(10) Waveform processing of the AB-phase signal and the Z-phase signal is transmitted to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus as a rectangular wave signal, so that the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor are linked. be able to.
(11) By processing the waveform information of the AB phase signal into a rectangular wave and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked.
(12) Waveform processing of the AB-phase signal and the Z-phase signal, information processing by the microcomputer on the probe side, conversion of the position information into bit information amount, transmission and reception between the probe side and the main body side by serial communication means or the like. By transmitting the information, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked.
(13) Waveform processing of the AB phase signal, information processing by the microcomputer on the probe side, and grasping as the absolute position of the ultrasonic transducer based on the information when the ultrasonic transducer is attached, and The microcomputer controls the information processing, converts the position information into bit information amount, transmits and receives the information to and from the probe side and the main body side by serial communication means, etc. Can be interlocked with the rotational position information.
(14) An ultrasonic vibrator drive motor in which the drive shaft of the drive motor and the rotational axis of the ultrasonic vibrator are formed on the same axis is configured to reduce the size and weight of the mechanism and narrow the sealing range of the ultrasonic propagation medium. In addition to reducing the overall weight of the ultrasonic probe, the drive shaft of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic transducer are the same axis, so that the position information of the drive motor can be used as the position information of the ultrasonic transducer. This is an apparatus that can be adopted and has high accuracy, and can obtain a high-quality ultrasonic tomographic image on a beam trajectory plane parallel to the cable axis.
(15) Due to the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator, since the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor, a two-dimensional ultrasonic image that can be compactly configured in the window case. 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.
(16) The beam trajectory plane of the ultrasonic transducer is oriented in the same direction with respect to the cable axis, the drive motor axis is perpendicular to the cable axis, and the beam trajectory plane is parallel to the cable axis. It is possible to obtain an ultrasonic tomographic image serving as a scanning surface which is a simple surface. Since the drive motor of the two-dimensional drive unit can be built in the window case, a small and lightweight ultrasonic probe can be obtained. Ultrasound diagnosis using this can be performed, and the convenience of diagnosis can be improved, so that a normal diagnostic image in which the position of the ultrasonic transducer is stable and the trajectory of the beam is stable can be performed.
[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 vibrator drive motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an MR element signal amplification circuit and a waveform shaping circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a Z-phase MR signal waveform according to the first embodiment of the present invention.
(A) Diagram showing the waveform after amplification
(B) Diagram showing waveform after rectangular processing
FIG. 8 is an explanatory diagram for adjusting a Z-phase MR element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a Z-phase rectangular signal for explaining Z-phase MR element adjustment according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a waveform shaping circuit, a pulse generating circuit, and a synthesizing circuit of an MR element signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing signal waveforms of an MR element signal waveform shaping circuit, a pulse generation circuit, and a synthesis circuit according to the first embodiment of the present invention.
(A) Diagram after the waveform shaping circuit
(B) Diagram showing after the pulse generation circuit
(C) Diagram showing after synthesis circuit
FIG. 12 is a diagram showing a waveform after waveform shaping of the MR element according to the second embodiment of the present invention.
(A) Diagram showing Z-phase element signal
(B) Diagram showing A-phase element signals
(C) Diagram showing B-phase MR signal
FIG. 13 is a schematic block diagram showing the whole of an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,2,126 Ultrasonic transducer
3 Drive motor
4,127 drive rotor
5, 56, 128 Base housing
6,122 handle
7 Relay adjustment board
8. Ultrasonic propagation medium volume adjustment mechanism
9, 134 drive shaft
10, 135 Beam emission axis
11, 136, 156, 157 Ultrasonic beam trajectory plane
12 Z phase pin
13 MR element (Z phase)
14 Relay amplifier board
15 Magnetic encoder
16, 137 Encoder magnet
17 MR element (AB phase)
18, 123 Connector box
19, 130 Drive motor control drive circuit
20, 140 System body
21 Rotary transformer
22 Transformer on rotor side
23 Stator side transformer
24, 154 window case
25,141 pulse generator
26 Transducer drive circuit
27a, 27b, 143 amplifier
28a, 28b, 144 logarithmic amplifier
29a, 29b, 145 detection circuit
30a, 30b, 146 Gain setting device
31, 147 Gain control controller
32,148 synthesis circuit
33, 149 A / D
34, 150 DSP
35, 151 Image memory
36, 152 DSC
37,153 TV monitor
38, 139 Host CPU
39, 121 Tip
40, 125 cable
41 Connector outlet
42, 155 knob
43 Display
44 keyboard
45 Trackball
46 cars
47 hook
48, 164 cores
49,161 Drive magnet
50, 159 rotor frame
51, 52 Bearing
53 Bearing boss
54 Rotor side plate
55, 58 Mounting base
57 Inclined surface (cut surface)
59, 60 holes
61, 71, 166 Coil (winding)
62 insulating film
63, 68, 72, 167 FPC
64 lead wires
65 Acoustic lens
66, 67, 69, 70 Coil groove
73 scanning angle
74 Waveform shaping circuit
75 pulse generation circuit
76 Synthesis circuit
77, 133 Drive control microcomputer (or probe CPU)
78 Motor drive circuit
79 I / O line
80 Z-phase MR operational amplifier
81 A-phase MR operational amplifier
82 B-phase MR operational amplifier
83 Z-phase MR comparator
84 A phase MR comparator
85 B-phase MR comparator
86, 87, 88 input terminal
89, 90, 91, 92 resistance
93, 101 Variable resistor
94 Ultrasonic vibrator mounting surface
95 Base housing mounting surface
96 screws
97 Absolute reference position of ultrasonic transducer
98, 99 input terminal
100, 109 input signal
102 Reference voltage
103, 108, 114 output signal
104, 105 resistance
106, 112 Exclusive OR
107 capacitor
110, 111 resistance
113 Capacitor
115, 116 OR logic element
117, 118 Inverter element
119 signals
120 Rise of Z-phase signal
124 insertion tube
129 Controller knob
131 Position detection signal processing circuit
132 Motor drive circuit
138 MR element
142 Transducer drive circuit
158 Element holder
160 acoustic lens
162 hanging part
163 Inlaw
165 center cylinder
168, 169 bearing
170 Regulation members
171 Projection
tz Time width of “H” level of Z-phase rectangular signal

Claims

In an ultrasonic probe of 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, an ultrasonic transducer is driven around a rotor frame of a motor. The ultrasonic vibrator is rotated around the drive shaft of the drive motor, and the ultrasonic beam trajectory of the ultrasonic vibrator is formed with the rotation, and the signal is transmitted from the ultrasonic vibrator on the rotating side. Means, the drive motor and the ultrasonic vibrator have the same rotation center and the same number of rotations, an encoder for generating two-phase signals having a phase difference of 90 degrees, and the drive motor control information. A waveform shaping circuit for shaping a waveform of a two-phase output signal of an encoder, and a pulse generating circuit for generating a pulse from a rising edge and a falling edge of the two-phase output signal from the waveform shaping circuit A synthesizing circuit for synthesizing a two-phase pulse signal from the pulse generating circuit, transmitting an output signal from the synthesizing circuit to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and obtaining image position information of the ultrasonic transducer and rotation of the motor. An ultrasonic probe that is linked to position information.

An ultrasonic diagnostic apparatus having an image processing device for processing the drive motor position information obtained by the ultrasonic probe according to claim 1 as processing position information of an ultrasonic tomographic image on a beam locus plane.

In an ultrasonic probe of 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, an ultrasonic transducer is driven around a rotor frame of a motor. The ultrasonic vibrator is rotated around the drive shaft of the drive motor, and the ultrasonic beam trajectory of the ultrasonic vibrator is formed with the rotation, and the signal is transmitted from the ultrasonic vibrator on the rotating side. Means, the drive motor and the ultrasonic vibrator have the same rotation center and the same number of rotations, an encoder for generating two-phase signals having a phase difference of 90 degrees, and the drive motor control information. A waveform shaping circuit for shaping a waveform of a two-phase output signal of an encoder, and a pulse generating circuit for generating a pulse from a rising edge and a falling edge of the two-phase output signal from the waveform shaping circuit And a synthesizing circuit for synthesizing the two-phase pulse signals from the pulse generating circuit, and further transmits the position information of the drive motor to the main unit as position information of the ultrasonic transducer based on the same reference position information means. An ultrasonic probe comprising means for converting to bit communication information and transmitting the bit communication information, wherein the ultrasonic probe is linked with image position information of an ultrasonic transducer and rotational position information of a motor.

An ultrasonic diagnostic apparatus having an image processing device for processing the drive motor position information obtained by the ultrasonic probe according to claim 3 as processing position information of an ultrasonic tomographic image on a beam locus plane.