JP2649185B2 - 超音波検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、人体の体内等に挿入されて、超音波診断，
検査を行うための超音波検査装置に関するものである。

［従来の技術］ 超音波検査装置は、超音波送受信器とその観測装置と
を有し、超音波観測装置は超音波信号の送信回路及び受
信回路と、この受信回路で受信した超音波反射エコー信
号の処理回路を備えた信号処理機構と、この信号処理機
構からの出力信号に基づいて超音波画像を表示するモニ
タ装置とから構成され、医療等の分野において広く用い
られている。

ここで、超音波検査，診断の精度及び機能の向上を図
るために、超音波送受信器を体内に挿入して、検査，診
断の対象となる部位の近傍位置にまで導いて、超音波の
送受信を行うようにしたものが用いられるようになって
きている。また、内視鏡による検査，診断に加えて当該
の検査対象部位の体腔壁内組織に関する情報をも取得し
て、３次元的な検査を行うために、超音波プローブを内
視鏡をガイドとして体内に挿入するようにしたものも開
発されている。この種の超音波検査装置にあっては、内
視鏡に設けられている鉗子その他の処置具を挿通するた
めの挿通路を介して超音波プローブを挿通させて、超音
波送受信器を挿通路の先端部分から体内に導出した状態
で、超音波の送受信を行うように構成されている。

而して、超音波検査，診断を行うに当っては、超音波
送受信器を体腔等の腔壁に密着させるか、または水等の
超音波伝播部材を介在させて、腔壁に対面させて超音波
の送受信を行うが、超音波送受信器としては、その小型
化の要請から単板振動子が用いられるようになってお
り、この関係から、この超音波送受信器を直線方向また
は回転方向に手動操作または自動的に移動させるように
走査しなければならない。このように、超音波送受信器
を機械的に走査させる間に所定の幅の超音波断層像が取
得されるが、この超音波断層像をモニタ装置に表示する
には、超音波の反射エコー信号だけでなく、超音波送受
信器の位置の信号をも得る必要がある。従って、この種
の超音波検査装置にあっては、超音波送受信器の走査ス
トローク上の位置を検出するための機構を持たせるよう
になっている。

従来技術においては、内視鏡における挿通部の導入部
に位置トランスデューサを設けて、この位置トランスデ
ューサに超音波プローブを連結するようになし、超音波
プローブを軸線方向に移動させると、位置トランスデュ
ーサによりその移動を検出するように構成したものがあ
る。ここで、従来技術による位置トランスデューサはポ
テンショメータを有し、該ポテンショメータからの信号
によって超音波送受信器の走査ストローク上の位置が検
出される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前述したポテンショメータは位置の検出を
電圧等のアナログ信号として得るものであるから、電源
電圧の変動や、外乱ノイズの影響を受け易い。しかも、
この種の超音波検査装置にあっては、例えば20mmの幅で
約500パルスの超音波信号が出力されるというように、
超音波パルスの送信間隔は、例えば40μｍ程度の極めて
狭いもので、このために超音波送受信器の位置検出機構
としては、極めて高度な位置検出に関する分解能を必要
とする。ところが、前述したポテンショメータから得ら
れる電圧信号に基づいて位置検出を行うには、その出力
信号をコンパレータで比較して、レベル差を求めるよう
にするが、この場合において、分解能を高めると、比較
されるレベル差がその分だけ小さくなり、信号の安定が
得られず、信頼性に劣ることになる。

以上のことから、ポテンショメータにおいては位置検
出の分解能に限界があり、この種の超音波送受信器が要
求する程度の分解能を持たせることが困難であるという
欠点がある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、機
械的に走査が行われる超音波送受信器の位置検出を極め
て高い分解能で、正確に、しかも安定した状態で行うこ
とができるようにした超音波検査装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 前述の目的を達成するために、本発明は、先端に超音
波送受信器を装着した挿入部の基端部を操作ユニットに
連結し、該操作ユニットには、前記挿入部の途中部位を
着脱可能に連結するための連結部材を備え、軸線方向に
押し引き操作可能な剛性杆状の操作手段を設けて、該操
作手段の押し引き操作により超音波プローブを軸線方向
に移動させて超音波送受信器を走査させるようになし、
また操作手段には、この操作手段の軸線方向の動きを回
転運動に変換する動作変換手段及び該動作変換手段の回
転を検出するロータリ式のインクリメンタルエンコーダ
と、その押し込みストローク端位置を検出する原点位置
検出手段とを設ける構成としたことをその特徴とするも
のである。

［作用］ 超音波送受信器による走査を行うためには、超音波プ
ローブの挿入部を機械的に変位させる手段と、超音波送
受信器の位置を検出する手段とが必要である。

挿入部を変位させる手段としては、該挿入部が連結さ
れる操作ユニットに押し引き操作を行う操作手段を設
け、この操作手段に対して、挿入部を着脱可能に連結す
る構成としている。従って、操作手段は挿入部の任意の
位置に連結できることから、走査範囲を決定するのに便
利である。

超音波送受信器の位置信号は、挿入部に連結されてい
る操作手段の動きを検出することにより取得する。操作
手段は手動操作または自動的に押し引き操作されるが、
挿入部はこの操作手段の動きに連動するものであるか
ら、操作手段の動きが挿入部の軸線方向の動きに変換さ
れて、この挿入部の先端に設けた超音波送受信器が直線
方向に移動することにより走査される。ただし、操作手
段の軸線方向の動きを直接検出するのではなく、この操
作手段の動きを回転方向の動きに変換する。これによっ
て、回転式のエンコーダを用い、このエンコーダからの
信号に基づいて、超音波送受信器の位置信号を、ノイズ
等の影響が少なく、安定した状態で出力されるデジタル
信号として取り出すことができる。

ここで、エンコーダとしては、アブソリュートエンコ
ーダを用いれば、超音波送受信器の絶対位置の検出が行
われるので、モニタ装置における表示位置とのマッチン
グを容易に行うことができるので都合が良い。しかしな
がら、このアブソリュートエンコーダを用いて、位置検
出に関する分解能を高めるには大径のエンコーダを用い
なければならない。

そこで、エンコーダの小型化の見地からはインクリメ
ンタルエンコーダが有利である。現状において一般に選
択可能なエンコーダを使用し、エンコーダを増速回転し
て、全走査ストロークの間で複数回転させるようにすれ
ば、小型でコンパクト、かつ軽量のエンコーダによって
高い分解能を得ることができ、内視鏡における挿通路の
導入部に装着する上で有利である。

ただし、インクリメンタルエンコーダにあっては、超
音波送受信器の移動方向と相対位置との検出は行うこと
ができるが、その絶対位置を検出することはできない。
そこで、超音波送受信器の走査ストロークにおける一定
の位置、即ち操作手段の押し込みストローク端位置を原
点位置として検出する原点位置検出手段を設ける。実際
に走査を行う際には、まずこの原点位置検出手段で走査
ストローク端位置を検出させ、この原点位置検出手段の
出力信号を基準位置信号として、この基準位置からの超
音波送受信器の変位方向及び変位量をエンコーダからの
信号に基づいて検出する。従って、このような構成を採
用することによって、内視鏡に装着され、超音波プロー
ブの操作機構と、超音波送受信器の位置検出機構とを含
む操作ユニットの構成が簡略化、小型化される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

まず、第１図に超音波診断装置の全体構成を示す。図
中において、１は超音波プローブを示し、この超音波プ
ローブ１は内視鏡Ｓの鉗子等の処置具を挿通するための
挿通路Ｃを介して体内等の超音波検査，診断を行う部位
にまでガイドするように構成されている。このために、
超音波プローブ１は、軟性部材からなる挿入部材２の先
端に先端硬質部３を装着してなるもので、この先端硬質
部３に単板振動子からなる超音波送受信器４が装着され
ている。

超音波プローブ１における先端硬質部３は挿入部材２
に対して相対回転可能となっており、該先端硬質部３に
装着した超音波送受信器４の送受信面4aはこの先端硬質
部３の一側に形成した開口に臨んでいる。ここで、超音
波送受信器４は方向に直線的に移動させることによっ
て、体腔の腔壁部分に沿って一定長さ分だけ走査させ
て、この走査範囲における体内組織断層に関する超音波
画像を取得することができるように構成されている。

挿入部材２は、第２図に示したように、フッ素樹脂等
のように滑りの良い軟性チューブ材からなる可撓性のス
リーブ５を有し、このスリーブ５内にはケーブル６が挿
通されている。このケーブル６は超音波送受信器４に対
して信号の授受を行う機能と、先端硬質部３を遠隔操作
によって回転動作させるための制御機とも併せ有するも
のである。従って、このケーブル６は同軸ケーブルから
なる超音波信号の送受信線７とこの送受信線７に被装さ
れた２重の密着コイルばね８とから構成され、該密着コ
イルばね８の先端部分は先端硬質部３に固定されて、こ
の密着コイルばね８により超音波送受信器４の回転操作
の推力の伝達を行わせる構成となっている。

超音波プローブ１における挿入部材２の基端部分は操
作ユニット10に着脱可能に連結することができるように
なっている。この操作ユニット10は挿入部材２を押し引
き操作することによって、超音波送受信器４を所定の範
囲にわたって走査させるためのものである。このため
に、第３図に示したように、操作ユニット10の本体筺体
10aには操作手段として金属等のように剛性杆状の部材
で形成された操作杆11がその軸線方向にスライド可能に
装着されており、該操作杆11の端部には指掛け部11aが
連設されている。また、操作杆11には連結アーム12が連
設されており、該連結アーム12に挿入部材２の基端近傍
位置において着脱可能に連結されると共に、該連結アー
ム12への連結位置から所定の長さ分だけループを描くよ
うに湾曲せしめられて、その基端部分が本体筺体10aに
装着した回転可能型信号伝達器13に着脱可能に連結され
ている。

この挿入部材２を連結アーム12に連結した状態で、そ
れが位置ずれしないように固定するために、該挿入部材
２には金属製の連結パイプ14が挿通されており、該連結
パイプ14は連結アーム12の挿通孔12aに挿通されるもの
である。連結パイプ14には、第４図に示したように、そ
の軸線方向に貫通するスリット14aが形成されており、
またその一側端部近傍位置には前記連結アーム12におけ
る挿通孔12aの板厚方向両端のエッジ部分に係合する段
壁を備えた縮径部14bが設けられている。さらに、この
連結パイプ14には締め付けリング15が装着されており、
該締め付けリング15をねじ15aで締め付けることによっ
て連結パイプ14はスリット14aによる隙間分だけ縮径可
能となり、これによって挿入部材２の外套部材を構成す
るスリーブ５が緊締されて両者間を固定している。

従って、連結パイプ14の縮径部14bを連結アーム12に
おける挿通孔12aに嵌合するようにして連結させて、該
連結パイプ14を連結アーム12に連結固定し、また締め付
けリング15でこの連結パイプ14と挿入部材２との間を固
定することによって、挿入部材２におけるスリープ５は
操作ユニット10の操作杆11に連結した状態に固定され
る。この状態で、指掛け部11aに手指を掛けて操作杆11
をその軸線方向に押し引き操作すると、連結アーム12を
介してケーブル６及び先端硬質部３を含めた挿入部２全
体がこれに追従して押し引き動作せしめられて、先端硬
質部３に装着した超音波送受信器４が所定の方向に移動
せしめられる。

このように、超音波送受信器４を作動させて、その受
信信号を超音波観測装置Ｔに伝送して信号処理を行って
超音波画像用のモニタ装置Ｍに超音波画像を表示する
が、その際において、この超音波送受信器４による反射
エコーに関する信号だけでなく、該超音波送受信器４の
位置に関する信号をも取得する必要がある。このため
に、第５図にも示されているように、操作杆11の本体筺
体10a内の部分にはラック16が形成されており、該ラッ
ク16にはピニオン17が噛合しており、このラック−ピニ
オン機構によって、操作杆11の軸線方向の動きが回転方
向の変位に変換される。ピニオン17の回転軸17aはロー
タリ式のインクリメンタルエンコーダ18に連結され、こ
のエンコーダ18からの出力信号に基づいて操作杆11の位
置を検出するようになし、もってこの位置信号が超音波
観測装置Ｔに伝送されるようになっている。

操作杆11は、復帰ばね19によって常時第３図に仮想線
で示したように、操作ユニット10から突出する位置に付
勢されており、この復帰ばね19の付勢力に抗して本体筺
体10a内に押し込んで、第３図の実線位置に変位させた
状態から、それを引き出す方向に操作することによっ
て、挿入部材２の先端部分に設けた超音波送受信器４は
内視鏡Ｓ内に引き込まれる方向に移動してこの範囲分だ
け走査せしめられるようになっている。

そして、本体筺体10a内には、操作杆11の押し込みス
トローク端位置を検出する原点位置検出手段としての光
学センサ20が設けられ、また操作杆11の先端部には遮光
板11bが連設されており、この遮光板11bが光学センサ20
により検出された位置が超音波観測装置Ｔにおけるモニ
タ装置Ｍに表示される超音波画像の表示端となる基準位
置とされる。

ここで、この超音波送受信器４によって走査される範
囲は、例えば直線方向に20mm程度で、この間に該超音波
送受信器４からは約500パルスの超音波信号が入射され
るようになっている。即ち、この走査ストロークにおい
て、40μｍ程度の間隔で超音波パルスが入射される関係
から、超音波送受信器４の位置検出を行うエンコーダ18
の分解能は、このような微小間隔の検出が可能な程度ま
で高めなければならない。

このために、エンコーダ18をＡ相18AとＢ相18Bとを備
えたインクリメンタルエンコーダ板18pとセンサ18sとか
ら構成し、しかもラック16に沿って転動するピニオン17
をその走査ストローク範囲において複数回転するように
している。これによって、小型でコンパクトなエンコー
ダで高度な分解能を発揮させるようにしている。ここ
で、インクリメンタルエンコーダにあっては、Ａ相18A
とＢ相18Bとの位相のずれに基づいて回転方向がインク
リメント方向かデクリメント方向かの判定は可能であ
る。従って、超音波送受信器４が前進方向にどれだけ変
位したか、または後退方向にどれだけ変位したかの検出
は可能である。

しかしながら、このインクリメンタルエンコーダにあ
っては、モニタ装置Ｍに表示する際において、超音波送
受信器４の位置とモニタ装置Ｍの表示端位置との対応を
取るために必要な超音波送受信器４の絶対位置を検出す
ることはできない。このエンコーダには前述したＡ相と
Ｂ相の外に、その原点位置を示すＺ相18Zが設けられて
いるが、超音波送受信器４の走査ストロークにおいて、
該エンコーダは複数回転せしめられるようになっている
から、このＺ相18Zを基準位置として用いることはでき
ない。このために、操作杆11の押動ストローク端位置を
光学センサ20により検出させ、この光学センサ20による
検出信号を基準信号となし、この基準信号をモニタ装置
Ｍにおける走査開始信号として用いるようにしている。

さらに、操作ユニット10にはコード21が接続されてお
り、該コード21は挿入部材２に内蔵されている送受信線
７を超音波観測装置Ｔに接続すると共に、エンコーダ18
からの超音波送受信器４の位置信号及び光学センサ20か
らの基準信号を超音波観測装置Ｔに伝送するようにして
いる。

本実施例は前述のように構成されるものであって、次
にその作動について説明する。

超音波診断装置を用いて患者の体内に挿入して超音波
検査，診断を行うには、まず内視鏡Ｓを患者の体内に挿
入して、その先端部分を所定の検査，診断を行うべき対
象となる部位にまで導く。この状態で、操作ユニット10
を挿通路Ｃの導入部CEに固定する。然る後に、超音波プ
ローブ１の挿入部２を内視鏡Ｓの挿通部Ｃに挿通させ
て、その先端硬質部３を内視鏡Ｓの先端部分から所定の
長さ分だけ突出させる。また、挿入部２の基端側位置に
装着した連結パイプ14を連結アーム12に連結すると共
に、該挿入部２とコード21と回転可能型信号伝達器13を
介して接続し、コード21の他端を超音波観測装置Ｔに接
続する。

そこで、内視鏡Ｓの監視下で、挿入部２における先端
硬質部３が体腔における所定の検査，診断を行うべき位
置に配置すると共に、超音波送受信器４における送受信
面4aを体腔の腔壁に対して所定の位置関係となるように
回動させる。

この状態で、操作杆11に設けた指掛け部11aを手指で
操作して、まず操作杆11を操作ユニット10の本体筺体10
a内に押し込んで、該操作杆11の先端に設けた遮光板11b
によって光学センサ20を遮光させる。これによって超音
波送受信器４が走査開始位置に配置されたことが検出さ
れ、これが基準信号として、モニタ装置Ｍにおける表示
の開始端位置に対応する信号となる。そして、操作杆11
を復帰ばね19の作用により、または手指で引き戻すよう
に操作しながら、超音波送受信器４の送受信面4aから超
音波の送受信を行う。この受信信号をケーブル６に設け
た送受信線７及びコード21を介して超音波信号処理回路
に刻々伝送する。

これと共に、操作杆11の変位に応じてピニオン17がラ
ック16に沿って転動して、エンコーダ18が回転し、この
エンコーダ18が所定角度回転する毎にパルス信号が出力
されて、コード21を介して超音波信号処理回路に伝送さ
れ、このエンコーダ18からの信号と、光学センサ20から
の基準位置信号とによって超音波送受信器４の走査位置
信号が得られる。従って、この走査位置信号と超音波反
射エコー信号とによって、モニタ装置Ｍに当該の検査，
診断を行うべき部位の体内組織の状態に関する超音波画
像が表示される。

而して、前述した超音波送受信器４の位置信号はエン
コーダ18による磁気的または光学的なパルス信号に基づ
くものであるから、電源電圧の変動や、ノイズ等の外乱
要因の影響により信号が乱れる可能性が少なく安定した
ものとなる。しかも、エンコーダ18への接続は、可撓性
のある挿入部２ではなく、この挿入部２と連動して動く
操作杆11に対してラック−ピニオン機構を介して接続す
る構成としているので、超音波送受信器４の動きを誤差
なく正確に検出できるようになる。従って、モニタ装置
Ｍに表示される超音波画像は、極めて正確なものとな
る。

なお、前述した実施例においては、超音波送受信器に
よる走査は、直線方向だけでなく、回転方向にも走査し
て超音波検査を行うようにすることもできる。また、こ
の超音波送受信器の走査は手動操作により行うようにし
たが、モータ等を用いて自動的に駆動するようにしても
よい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、超音波送受信器を走
査させる際に必要な超音波送受信器を変位させる機構
と、その位置を検出する機構とを設けるに当って、軸線
方向に押し引き操作可能な剛性杆状の操作手段に連結部
材を設けて、先端に超音波送受信器を設けた可撓性のあ
る挿入部の途中の部位を連結させるようになし、もって
挿入部を容易に、しかも正確に軸線方向に移動させて、
その先端に設けた超音波送受信器の動きを円滑に行わせ
ることができ、しかも超音波送受信器の位置を検出する
ために、構造が簡単で、超音波送受信器の位置検出信号
をノイズ等の外乱要因により影響されないパルス信号と
して取得できるエンコーダを用いるようになし、かつこ
れと操作手段の軸線方向の動きを回動運動に変換する動
作変換手段を併用することによって、ロータリ式のエン
コーダによる位置検出を可能ならしめ、さらにはエンコ
ーダ自体による絶対位置の検出を行う必要をなくすため
に、操作手段の押し込みストローク端位置を検出する原
点位置検出手段とを設け、この原点位置信号とエンコー
ダからの信号とに基づいて超音波送受信器の位置を検出
することによって、１走査ストローク内でエンコーダを
１回転以上回転できるようにして、小型で構造の簡単な
インクリメンタルエンコーダを用いて距離分解能を向上
させるようになし、これによって超音波プローブにおけ
る超音波送受信器の変位機構と、超音波送受信器の位置
検出機構とを含む操作ユニットの構成が簡略化、小型化
される等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は超音波
診断装置の全体構成図、第２図は挿入部材の断面図、第
３図は操作ユニットの断面図、第４図は連結パイプの外
観図、第５図は超音波送受信器の位置検出機構の構成説
明図である。 1:超音波プローブ、2:挿入部、2a:接続部、3:先端硬質
部、4:超音波送受信器、4a:送受信面、5:スリーブ、6:
ケーブル、7:送受信線、8:密着コイルばね、10:操作ユ
ニット、11:操作杆、13:回転可能型信号伝達器、14:連
結パイプ、16:ラック、17:ピニオン、18:エンコーダ、1
9:復帰ばね、20:光学センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 幸雄 埼玉県大宮市植竹町１丁目324番地 富 士写真光機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−2632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−191301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−2632（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−148302（ＪＰ，Ｕ) 医用超音波機器ハンドブック（社）日 本電子機械工業会編 コロナ社 Ｓ60. ４．20 Ｐ．113−Ｐ．115

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可撓性を有する挿入部の先端に超音波送受
   信器を装着してなる超音波プローブを、内視鏡の挿通部
   を介して挿入して観察対象部に導き、前記超音波送受信
   器を所定の方向に走査するようにした超音波検査装置に
   おいて、前記挿入部の基端部を操作ユニットに連結し、
   該操作ユニットには、前記挿入部の途中部位を着脱可能
   に連結するための連結部材を備え、軸線方向に押し引き
   操作可能な剛性杆状の操作手段を設けて、該操作手段の
   押し引き操作により前記超音波プローブを軸線方向に移
   動させて前記超音波送受信器を走査させるようになし、
   また前記操作手段には、該操作手段の軸線方向の動きを
   回転運動に変換する動作変換手段及び該動作変換手段の
   回転を検出するロータリ式のインクリメンタルエンコー
   ダと、その押し込みストローク端位置を検出する原点位
   置検出手段とを設ける構成としたことを特徴とする超音
   波検査装置。