JP2001170053A - 超音波プローブとその操作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常に同一の回転基準位置を設定するととも
に、超音波画像の三次元データの取得の際に、時間遅れ
を生じさせないようにする。 【解決手段】 超音波を送受波する超音波振動子２１
を、同一平面内で回転自在となるようにプーリ２２で保
持し、このプーリをワイヤ２４を介して往復回転駆動さ
せてその回転角度を磁性体２５および磁気抵抗素子２６
により検出するとともに、プーリの回転基準位置の設定
と回転量の規制を、突起３６に係合する切り欠き２２
ａ、２２ｂにより行い、このプーリを、初期回転位置を
越えて所定角度回転させた後所望の方向へ反転させるこ
とにより、初期回転位置に設定する。これにより、常に
同一の回転基準位置を設定し、三次元データの取得に際
しては、初期回転位置から時間遅れなく超音波ビームの
走査を開始できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤを介して超
音波振動子を往復回転駆動することにより、超音波の走
査断面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とその操作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波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画像を容易に観察できるマル
チプレーン型超音波プローブが知られている。このマル
チプレーン型超音波プローブは、超音波を送受波する超
音波振動子を機械的に回転させたり、または電子的に切
換えて見かけ上回転させることにより、超音波の走査領
域（例えばセクタ状の断面）を回転させて、複数の任意
断面の超音波断層像を収集するものである。従って、超
音波の走査手段が、複数の超音波振動子を一次元方向に
配列して構成されている場合は、上記超音波の走査領域
の回転は超音波振動子列を機械的に回転させることによ
って実現される。また、超音波の走査手段が、複数の超
音波振動子を二次元方向にアレイ状に配列して構成され
ている場合は、上記超音波の走査領域の回転は超音波振
動子アレイを電子的に切換えて駆動することによって実
現される。このようなマルチプレーン型超音波プローブ
には、例えば、被検体の食道および胃を含む上部消化管
へ経口的に挿入して、上部消化管側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：Transe
sophageal Echocardiography）がある。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
像を観察することができるので、肋骨や皮下脂肪による
超音波の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、体腔内の任意の方向から断層像を観
察したり記録することができるという特徴を有してい
る。

【０００３】このような従来のマルチプレーンＴＥＥ超
音波プローブは、内視鏡装置のスコープに似た外観形状
をしており、手元操作部から長く導中部が延出し、その
先端側に屈曲部を介して先端部が形成されている。そし
て、この先端部側から導中部が被検体に経口的に挿入さ
れるが、以下、被検体の体腔内に挿入される部分を挿入
管部と称するものとする。そして、マルチプレーンＴＥ
Ｅ超音波プローブにあっては、挿入管部の先端内部に超
音波を送受波する超音波振動子が、同一平面内で回転自
在となるプーリに保持された状態で設けられている。プ
ーリの円周面には溝が穿設されており、プーリに巻きか
けるようにこの溝にワイヤが嵌め込まれている。そし
て、ワイヤは手元操作部にまで延びており、手元操作部
に設けられているモータの回転軸に連結された駆動用プ
ーリに巻きかけられている。

【０００４】よって、モータを駆動すれば駆動用プーリ
が回転し、その回転がワイヤを介して超音波振動子を取
付けたプーリに伝達され、このプーリとともに超音波振
動子が回転する。また、モータを一方向だけでなく、正
逆転させることにより、超音波振動子を往復回転させる
ことができる。このように、超音波振動子を回転させた
状態で超音波を送受波すれば、超音波ビームの走査面全
体が回転し、走査領域を自由に変化させるこができる。
なおこれは、先端部自体が回転するものではなく、先端
部の内部で超音波振動子がプーリとともに回転している
ので、被検体への苦痛を最小限にして、異なる角度で横
断する様々な断層像として対象部位を観察し、診断する
ことができる。なお、超音波振動子を保持するプーリの
外周近傍の所定位置に、プーリの回転角度を検出するた
めのエンコーダとセンサが配置されている。よって、こ
れらエンコーダとセンサによる検出結果として回転角度
情報を得て、これを断層像とともに表示器に表示するこ
とにより、医師などの操作者に対して診断情報として提
供できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のマル
チプレーン型の超音波プローブでは、このプローブが使
用される超音波診断装置の起動当初に、前述のセンサに
当接しているエンコーダの位置を、超音波振動子の回転
駆動角度の基準位置すなわち原点としていた。そのた
め、超音波診断装置の起動の度に、超音波振動子の原点
が異なることとなっていた。例えば、前回の起動時と今
回の起動時とでは、超音波走査面が＋１０度の回転位置
にあるという同じ角度情報が表示器に表示されていたと
しても、実際の超音波ビームの走査面が異なっているこ
とがあった。そのため、異なった回転角度を基準位置と
するように操作者に誤解を与えてしまったりして、操作
をし難くしていた。また、近時超音波画像を三次元表示
する試みがなされているが、その際の超音波画像の三次
元データとして、基準位置から１８０度分のデータを取
得する必要がある。このようなときに、超音波振動子が
基準位置すなわち０度より進んだ位置にあれば、モータ
を逆回転させて一旦超音波振動子を０度の位置へ戻し、
その後１８０度方向へ反転させながら超音波ビームを走
査してデータを収集することになる。

【０００６】しかし、図８に示すように、超音波振動子
すなわちプーリ１を０度の位置へ戻すために、モータに
引かれた側のワイヤ２ａはプーリ１に対して張った状態
となっている。それに対して他方のワイヤ２ｂは緩んだ
状態となってしまう。この状態のままモータを反転させ
て超音波振動子すなわちプーリ１を１８０度の方向へ回
転させようとすると、緩んでいるワイヤ２ｂがモータに
引かれるので、ワイヤ２ｂの緩みがなくなるまでの時間
遅れて、プーリ１の反転が始まることになり、その分画
像データの取得が遅れることになるという問題があっ
た。本発明は、常に同一の回転基準位置を設定すること
により、操作者に誤解を与えることなく操作をし易くす
るとともに、超音波画像の三次元データの取得の際に、
時間遅れを生じさせないようにするためになされたもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、超音波を送受波する超音
波振動子と、この超音波振動子を同一平面内で回転自在
となるように保持した保持手段と、この保持手段をワイ
ヤを介して往復回転駆動させる駆動手段と、この駆動手
段による前記保持手段の回転角度を検出する回転角度検
出手段と、前記保持手段の回転基準位置を設定するとと
もに、回転量を規制する回転規制手段とを具備すること
を特徴とするものである。これにより、常に同一の回転
基準位置が設定されるので、操作者に誤解を与えること
なく操作のし易い超音波プローブが提供される。また、
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波プロ
ーブにおいて、前記保持手段、回転角度検出手段および
回転規制手段は、被検体の体腔内に挿入される挿入管部
の先端部に設けられていることを特徴とするものであ
る。これにより、手探り状態で診断に供する形式の超音
波プローブにおいても、操作者に誤解を与えることな
く、回転基準位置を設定することができる。また、請求
項３に記載の発明は、請求項1または請求項2のいずれか
1項に記載の超音波プローブにおいて、前記回転規制手
段は、前記保持手段を回転基準位置から少なくとも１８
０度回転させるように回転量を規制するものであること
を特徴とするものである。これにより、確実に超音波画
像の三次元データを取得することができる。

【０００８】さらに、請求項４に記載の発明は、同一平
面内で回転自在となるように、超音波を送受波する超音
波振動子を保持した保持手段を、ワイヤを介して往復回
転駆動させるものにおいて、前記保持手段の初期回転位
置を設定する場合に、前記保持手段を一旦所望の回転方
向とは逆の方向へ初期回転位置を越えて所定角度回転さ
せ、その後所望の方向へ前記保持手段を反転させること
により、初期回転位置に前記保持手段を設定することを
特徴とする超音波プローブの操作方法である。これによ
り、超音波画像の三次元データを取得するような場合
に、初期回転位置から時間遅れを生じさせることなく、
超音波ビームの走査を開始させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波プロー
ブとその操作方法の実施の形態について、図１ないし図
７を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る超
音波プローブの一実施の形態としての、マルチプレーン
ＴＥＥ超音波プローブを示した外観図である。なおこれ
らの図において、同一部分には同一符号を付して示して
ある。マルチプレーンＴＥＥ超音波プローブ１０は、回
転する超音波振動子を収納した先端部１１と、先端部１
１の向きを上下、左右方向に変えたり、先端部１１を被
検体の体腔内面に密着させるために屈曲させる屈曲部１
２と、先端部１１を体腔内の所望箇所へ導くとともに、
先端部１１や屈曲部１２を操作するためのワイヤや信号
線などを内包した導中部１３と、医師などの操作者が当
該マルチプレーンＴＥＥ超音波プローブ１０を操作する
ための手元操作部１４とから構成されている。この先端
部１１、屈曲部１２、導中部１３は挿入管部を形成して
いる。なお、手元操作部１４からケーブル１５が延出し
ており、このケーブル１５は、図示しない超音波診断装
置本体にコネクタなどを介して接続され、超音波診断装
置本体とマルチプレーンＴＥＥ超音波プローブ１０との
間で、超音波振動子の駆動制御や電源供給などが行われ
るようになっている。また手元操作部１４には、アング
ル用ノブ１６および先端部１１に収納されている超音波
振動子の回転をオン／オフさせるためのスイッチ１７が
設けられている。

【００１０】次に、先端部１１に収納されている超音波
振動子まわりの概略的な構成を、図２に示してあるの
で、これについて説明する。すなわち、超音波振動子２
１は、プーリ２２の一方の平らな面に保持されている。
プーリの円周面には溝２３が穿設されており、この溝２
３にワイヤ２４が嵌め込まれることにより、プーリ２２
にワイヤ２４が巻きかけられている。このワイヤ２４は
図１に示した手元操作部１４にまで延びており、手元操
作部１４に設けられている後述するモータ（図２には示
されていない）の回転軸に連結された駆動用プーリに巻
きかけられている。また、プーリ２２の円周面の一部に
は、その回転軸の方向に平行に、後述する磁性体２５が
所定間隔で塗布されている。そして、プーリ２２の円周
面近傍に、磁性体２５の有無を検出する磁気抵抗素子２
６がホルダ２７に保持されて設置されている。なお、プ
ーリ２２に保持された超音波振動子２１は、例えば図３
（ａ）に示すように、複数の圧電素子２１ａを一次元的
にアレイ状に配列して構成され、各圧電素子２１ａは矩
形の長辺同士が接するように配列されていて、かつ、そ
の長辺はアレイの周辺になるにつれて徐々に短くなり、
その結果、超音波振動子２１は平面的には円形を呈する
ものとなっている。また、図３（ｂ）に示すように、超
音波振動子２１は、寸法の等しい矩形の圧電素子２１ｂ
が、一次元的にアレイ状に配列されたものでもよい。ま
た、詳細な図示は省略したが、超音波振動子２１の下面
側は、バッキング材を介してプーリ２２に固定されてお
り、一方、超音波振動子２１の上面側には、音響整合層
を介して球面または円筒形の音響レンズが配置され、そ
の上には音響伝播液を介して音響窓が設けられている。
そして、このような超音波振動子２１を保持したプーリ
２２や磁気抵抗素子２６を有するホルダ２７は、先端部
１１として樹脂製のモールド部材によって、水密に覆わ
れている。

【００１１】次に、上記のように構成されたマルチプレ
ーンＴＥＥ超音波プローブ１０における、超音波振動子
２１の回転駆動制御について説明する。図４は、本発明
に係る超音波プローブにおける、超音波振動子の回転駆
動制御系を示した系統図である。超音波振動子の回転を
オン／オフさせるためのスイッチ１７は、手元操作部１
４に設けられているもので、このスイッチ１７を押すと
コントローラ３１によって制御された電源３２から、電
力が手元操作部１４に設けられているモータ３３へ供給
される。この電力の供給を受けてモータ３３が回転し、
その回転軸に連結された図示しない駆動用プーリも回転
する。従って、駆動用プーリに巻きかけられているワイ
ヤ２４が駆動され、このワイヤ２４を介してプーリ２２
が回転駆動される。なお、スイッチ１７が押し続けられ
ている間、モータ３３に電力が供給されるので、この期
間プーリ２２も連続的に回転する。そしてプーリ２２に
は、超音波振動子２１が取付けられているので、スイッ
チ１７を押している間超音波振動子２１は回転し、スイ
ッチ１７の押すのを止めると超音波振動子２１の回転も
止まることになる。よって、超音波振動子２１を回転さ
せながら、これを駆動して超音波の送受波を行うことに
より、超音波ビームの走査面を回転させることができ、
よって、対象部位を異なる角度で横断する様々な断層画
像を取得することができる。

【００１２】ところで、前述のようにプーリ２２の円周
面の一部には、その回転軸の方向に平行に磁性体２５が
所定間隔で塗布されており、プーリ２２の円周面近傍に
設置された磁気抵抗素子２６によって、磁性体２５の有
無が検出されるようになっている。図５は、その様子を
示したものである。すなわち、プーリ２２の円周面を展
開して示すと図５（ａ）のように、例えば磁性体２５を
塗布した部分（ハッチングしてある部分）と、塗布して
いない部分とが交互に所定間隔に形成されている。プー
リ２２の円周面近傍には、ホルダ２７に保持された磁気
抵抗素子２６が設置されているので、このようなプーリ
２２が回転すると、磁気抵抗素子２６のそばを磁性体２
５が通過する毎に、磁気抵抗素子２６からパルス信号３
４が送出される。よって、図５（ｂ）に示すように、プ
ーリ２２の回転に応じて、磁気抵抗素子２６のそばを通
過した磁性体２５の数だけ、パルス信号３４が列となっ
て順次プーリ２２の回転に同期して発生する。このパル
ス信号３４の列は、プーリ２２の回転量を反映した信号
であり、コントローラ３１へ供給されて、ここでパルス
信号３４に基づきプーリ２２の回転角度が検出される。
なお、検出されたプーリ２２の回転角度は、超音波振動
子２１の同一平面内での回転角度であり、それは取得さ
れた断層像の同一平面内での角度でもある。従って、そ
の角度情報は、コントローラ３１を介して表示器３５へ
供給され、断層像とともに表示器３５に表示されるよう
になっている。よって、医師などは、表示器３５に表示
された角度表示を参考にして断層像を観察したり、モー
タ３３の回転駆動量を調節したりすることができる。

【００１３】ところで、上記のように超音波振動子２１
を同一平面内で回転させて断層像を得ると、二次元の断
層像のデータを基にして、三次元の画像を構築するこが
できる。この三次元画像を構築する場合は、超音波振動
子２１を同一平面内で１８０度回転させることにより、
０度から１８０度の範囲にわたって超音波ビームを走査
して断層像データを取得する必要がある。そのため、本
発明では図６に示すように、プーリ２２にその回転量を
規制するための手段として、二ヶ所に切り欠き２２ａ、
２２ｂを設けてある。一方、プーリ２２を保持している
先端部１１を形成する樹脂製のモールド部材に、突起３
６が設けられている。よって、プーリ２２が１８０度以
上回転すると、ある所定の角度で突起３６に切り欠き２
２ａ、２２ｂが干渉するようになっている。なお、図６
は、プーリ２２の背面側（すなわち、超音波振動子２１
の設けられている面とは反対側の面）を、プーリ２２を
保持している先端部１１を形成する樹脂製のモールド部
材側から見た平面図である。

【００１４】そこで、プーリ２２に形成されている切り
欠き２２ａは、例えば、突起３６に対して−２０度の位
置で干渉し、切り欠き２２ｂは突起３６に対して１８０
度の位置で干渉するように設けられていて、プーリ２２
は−２０度から１８０度の間を回転可能になっているも
のとする。そして、超音波プローブ１０を起動する（す
なわち、超音波診断装置を起動する）ときに、プーリ２
２を逆転方向（例えば０度の方向）へ回転駆動させるよ
うに、予め設定しておくものとする。従って、超音波プ
ローブ１０を起動すると、プーリ２２が逆転して−２０
度の位置で突起３６に干渉するため、それ以上回転動作
が行われなくなる。この、所定時間にわたって回転角度
に変化がないことが、コントローラ３１で検出される
と、コントローラ３１はモータ３３を反転させるような
指示を出す。すなわち、この時点でプーリ２２は１８０
度方向へ向けて回転駆動させられこととなり、この時点
を、プーリ２２すなわち超音波振動子２１の回転基準位
置とする。よって、このような初期設定操作を行うこと
により、超音波振動子２１がどのような状態で止まって
いても、いつも同じ回転基準位置を設定することができ
る。

【００１５】しかしながら、回転基準位置に超音波振動
子２１を設定しようとして、プーリ２２の切り欠き２２
ｂを突起３６に干渉させて、−２０度の位置に一旦止め
ると、図７（ａ）に示すように、−２０度方向へプーリ
２２を回転させたワイヤ２４ａは張った状態となり、反
転させる側のワイヤ２４ｂは緩んだ状態となる。このこ
とは、図８でも説明したとおりである。そこで本発明で
は、超音波プローブ１０の起動時に、−２０度の位置ま
でプーリ２２を逆転させた後に、正転用のワイヤ２４ｂ
を引いて、プーリ２２を０度の位置まで正転させ、この
位置を初期回転位置とするものとする。従って、この時
点では図７（ｂ）に示すように、正転用のワイヤ２４ｂ
は張った状態となるので、モータ３３を駆動して三次元
データの取得を開始すると、タイムラグのないデータを
取得することができる。なお、本発明を経消化管式マル
チプレーンＴＥＥ超音波プローブについて説明したが、
これに限らず本発明は、経直腸式マルチプレーン超音波
プローブ、経膣式マルチプレーン超音波プローブ、開頭
時や開腹時に使用される術中式マルチプレーン超音波プ
ローブなどにも適用することができる。また、モータ３
３は手元操作部１４に限らず先端部１１に配置されてい
てもよい。さらに、プーリ２２に塗布されている磁性体
２５は、全周面に設ける必要はなく、所定の回転範囲に
のみ塗布されていればよいし、回転角度の検出は、磁気
によるものではなく光によるものでもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、常に同一の回転基準位置を設定することができる
とともに、超音波画像の三次元データを取得するに際し
ては、初期回転位置から時間遅れを生じさせることな
く、超音波ビームの走査を開始することのできる超音波
プローブが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波プローブの一実施の形態と
しての、マルチプレーンＴＥＥ超音波プローブを示した
外観図である。

【図２】マルチプレーンＴＥＥ超音波プローブの先端部
に収納されている超音波振動子まわりの概略的な構成を
示した説明図である。

【図３】アレイ状に配列された超音波振動子を示した説
明図である。

【図４】本発明に係る超音波プローブにおける、超音波
振動子の回転駆動制御系を示した系統図である。

【図５】プーリの回転角度の検出方法を説明するために
示した説明図である。

【図６】プーリの回転量を規制するための一実施の形態
を示した平面図である。

【図７】本発明に係る超音波プローブの操作方法を説明
した説明図である。

【図８】従来の問題点を説明した説明図である。

【符号の説明】

２２ プーリ ２２ａ 切り欠き ２２ｂ 切り欠き ２４ ワイヤ ３６ 突起

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送受波する超音波振動子と、こ
   の超音波振動子を同一平面内で回転自在となるように保
   持した保持手段と、この保持手段をワイヤを介して往復
   回転駆動させる駆動手段と、この駆動手段による前記保
   持手段の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記
   保持手段の回転基準位置を設定するとともに、回転量を
   規制する回転規制手段とを具備することを特徴とする超
   音波プローブ。
2. 【請求項２】 前記保持手段、回転角度検出手段および
   回転規制手段は、被検体の体腔内に挿入される挿入管部
   の先端部に設けられていることを特徴とする請求項１に
   記載の超音波プローブ。
3. 【請求項３】 前記回転規制手段は、前記保持手段を回
   転基準位置から少なくとも１８０度回転させるように回
   転量を規制するものであることを特徴とする請求項1ま
   たは請求項2のいずれか1項に記載の超音波プローブ。
4. 【請求項４】 同一平面内で回転自在となるように、超
   音波を送受波する超音波振動子を保持した保持手段を、
   ワイヤを介して往復回転駆動させるものにおいて、前記
   保持手段の初期回転位置を設定する場合に、前記保持手
   段を一旦所望の回転方向とは逆の方向へ初期回転位置を
   越えて所定角度回転させ、その後所望の方向へ前記保持
   手段を反転させることにより、初期回転位置に前記保持
   手段を設定することを特徴とする超音波プローブの操作
   方法。