JP2004255017A - 超音波プローブおよび超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、より安全で信頼性の高い超音波プローブおよび超音波診断装置を提供することを目的とする。
【解決手段】温度センサ４３からの検出信号をプローブマイコン１３で温度に演算処理し、その演算結果に基づき、超音波伝搬媒質が設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段がある。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信して体内臓器の状態を観察・診断する超音波プローブおよび超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来超音波プローブに温度センサを搭載した装置としては、音響レンズおよび音響カプラーの温度変動に対応したものであって、温度センサで温度を測定し、その温度値と設定値との差を本体側のＣＰＵで演算処理して補正を加えて、例えばフォーカス物理量などを調整して画像表示するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、スタンドオフ用カプラーを使用した超音波プローブでは、カプラー材質の温度が変化しても画像ひずみやデフォーカスが発生するので、カプラー内の温度を測定し、その測定温度と設定温度との差を求め、温度依存性のあるパラメータ、例えば、受信エコー信号に対する受信遅延時間、受信エコー信号に対する可変口径・可変フォーカス制御時の受信フォーカスの切換タイミングなどを補正して画像表示をする超音波診断装置が知られている（例えば特許文献２および特許文献３参照）。
【０００４】
一般に知られている超音波プローブに温度センサを使用して温度を測定する目的は、超音波信号が温度に依存した速度を持っているために、その温度を測定して補正を加えることでより正確な超音波画像を得ることである。電子走査型の超音波プローブであって、超音波振動子からの発熱による温度変化や被検体の温度での影響を極力小さくしようとしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２４５９３５号公報（第９−１３頁、図１、図３、図６、図７、図１２）
【特許文献２】
特開平７−１７８０８９号公報（第６−７頁、図１、図４）
【特許文献３】
特開平１０−１２７６３２号公報（第６頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、超音波信号が温度に依存した速度を持っているために正確な超音波画像を得ることができないので、温度センサを使用して温度を測定して補正を加えることで、超音波振動子からの発熱による温度変化や被検体の温度での影響を極力小さくしようとしたものであって、超音波プローブの温度情報による故障などに対するものではない。
【０００７】
超音波プローブの操作者が温度情報を見落したり、超音波診断を受ける患者に誤った診断を与える可能性がないように、より安全で信頼性の高い、超音波画像が良く、取り扱いが簡単な超音波プローブおよび超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の超音波プローブは、
（１）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。
（２）超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させる駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンをプローブ側に搭載する。
（３）超音波振動子を回転させる駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンを装置本体に接続するコネクタボックス内に搭載する。
（４）温度センサを超音波プローブの先端に組み込む。先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、超音波振動子の発熱による影響と駆動モータによる影響を判断する。
（５）温度センサの抵抗値を超音波プローブのハンドル部分で電圧値に検出する変換部を設ける。
（６）温度センサの抵抗値を電圧に変換して、Ａ／Ｄコンバータでデジタル値に変換してプローブマイコンで演算処理を行う。
（７）温度センサからの検出信号をプローブマイコンで演算処理を行い、その演算結果を本体装置側に伝達する手段がある。
（８）温度センサはサーミスタを使用。
（９）温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、超音波伝搬媒質が設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段がある。
（１０）超音波伝搬媒質が設定温度以上になると超音波プローブの動作が停止状態であることを超音波診断装置本体に通知する。
（１１）温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、ひとたび動作を停止すると超音波プローブ側の判断では超音波伝搬媒質の温度が設定温度以下になっても動作状態に再び戻ることのない、不可逆性を有する。
（１２）ひとたび動作を停止すると超音波伝搬媒質の温度が設定温度以下になったら、装置本体からの指令でもって動作状態に復帰する。
（１３）超音波プローブでの超音波伝搬媒質の温度について、プローブと装置本体の双方で情報を把握している。
（１４）駆動モータに取り付けた超音波振動子の超音波ビームの軌跡面画像を構成するための位置情報をプローブマイコンで処理を行い、通信手段をもって、装置本体側へ送受信する。基準位置情報と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。
（１５）プローブマイコンと本体マイコン（ホストＣＰＵ）は位置情報以外に超音波プローブの温度や駆動モータの状態を伝達している。位置情報以外も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。
【０００９】
以上のことから超音波プローブ先端部の温度を検出する検出手段（温度センサ）と、検出手段による温度検出値により超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、これにより、より安全で信頼性の高い超音波プローブおよび超音波診断装置を実現することができる。
【００１０】
【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に直接取付けて、駆動モータを駆動させることで超音波振動子を回転させる駆動モータを超音波プローブの先端部に構成し、さらにその超音波プローブ先端部に温度センサを搭載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、温度センサを超音波プローブの先端に組み込むことで、先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、超音波振動子の発熱による影響と駆動モータによる影響を判断して、超音波プローブの操作者が温度情報を見落したり、超音波診断を受ける患者に誤った診断を与える可能性がないように、より安全で信頼性の高い、超音波画像の良い超音波プローブができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明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を具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した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る駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンをプローブ側に搭載し、さらに、その超音波プローブ先端部に温度センサを搭載して、先端部の超音波伝搬媒質の温度をその温度センサで検出して、その信号検出値から温度値に変換する演算処理を、前記プローブマイコンで行う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、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。さらに駆動モータを制御駆動する回路部を超音波プローブ側に構成することで、プローブ側で駆動モータのシステムは完結できる。さらに、温度センサを超音波プローブの先端に組み込むことで、先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理を駆動制御にも使用するプローブマイコンで行うことで、温度検出から演算処理を超音波プローブ側で行うことができる。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、超音波伝搬媒質が設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする請求項１および請求項２記載の超音波プローブとしたものであり、超音波プローブの先端に組み込んだ温度センサで先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理をおこなったプローブマイコンで、超音波伝搬媒質が設定温度以上になったら、駆動モータを停止させて超音波振動子の回転動作を停止させることで、超音波振動子の発熱による影響と駆動モータによる影響を減少させて、より安全で信頼性の高い超音波プローブを提供することができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、ひとたび動作を停止すると超音波プローブ側の判断では超音波伝搬媒質の温度が設定温度以下になっても動作状態に再び戻ることのない、不可逆性を有することを特徴とする請求項１から請求項３記載の超音波プローブとしたものであり、温度センサでもって測定された温度が設定温度以上になると、超音波プローブの駆動モータの停止や超音波振動子の回転停止およびその他電力を供給している箇所への電力供給を停止させるので、温度上昇するのを未然に防ぐことができる。ひとたび設定温度になり動作を停止させると、設定温度以下になっても超音波プローブ側での判断で動作状態には復帰しないので、設定温度以上になった履歴を確実に保持することができるので、より安全で信頼性の高い超音波プローブを実現することができる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は前記温度センサがサーミスタであることを特徴とする請求項１から請求項４記載の超音波プローブとしたものであり、温度センサとしてのサーミスタは温度によって抵抗値が変更するので、その抵抗値を測定することで温度を知ることができる。すなわち、温度センサの抵抗値を電圧に変換して、Ａ／Ｄコンバータでデジタル値に変換してプローブマイコンで演算処理を行うことでデジタル量として温度を知ることができる。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は前記温度センサの抵抗値を検出処理する回路をハンドル部分に構成したことを特徴とする請求項１から請求項５記載の超音波プローブとしたものであり、温度センサの抵抗値を超音波プローブのハンドル部分で電圧値に検出する変換部を設けることで、サーミスタの感温部からのリード線引き回しの影響を少なくできるので、より正確な超音波伝搬媒質の温度を測定することができる。
【００１６】
本発明の請求項７に記載の発明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を具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した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る駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンをプローブ側に搭載し、さらに、その超音波プローブ先端部に温度センサを搭載して、先端部の超音波伝搬媒質の温度をその温度センサで検出して、その信号検出値から温度値に変換する演算処理を、前記プローブマイコンで行い、その演算結果を本体装置に通知する手段を備え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、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。さらに駆動モータを制御駆動する回路部を超音波プローブ側に構成することで、プローブ側で駆動モータのシステムは完結できる。さらに、温度センサを超音波プローブの先端に組み込むことで、先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理を駆動制御にも使用するプローブマイコンで行うことで、温度検出から演算処理を超音波プローブ側で行うことができる。さらに、超音波伝搬媒質の温度を本体装置に通知する。通知をもとに温度をディスプレーに表示することもできるので、その都度の温度が把握でき、超音波プローブの操作者が温度情報を見落したり、超音波診断を受ける患者に誤った診断を与える可能性がないように、より安全で信頼性の高い、超音波画像の良い超音波プローブができる。
【００１７】
本発明の請求項８に記載の発明は超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、超音波伝搬媒質が設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、超音波診断装置に通知する手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の超音波プローブとしたものであり、超音波プローブの先端に組み込んだ温度センサで先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理をおこなったプローブマイコンで、超音波伝搬媒質が設定温度以上になったら、駆動モータを停止させて超音波振動子の回転動作を停止させ、さらにその停止状態を超音波診断装置に通知することで、停止状態が温度上昇によるものであることを操作者が認識することができるので、速やかに原因の特定と修理依頼等の対処ができる。
【００１８】
本発明の請求項９に記載の発明は超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、超音波診断装置に通知する手段を備え、ひとたび動作を停止すると超音波プローブ側の判断では超音波伝搬媒質の温度が設定温度以下になっても動作状態に再び戻ることのない、不可逆性を有し、装置本体側からの指令でもって復帰することを特徴とする請求項８記載の超音波プローブとしたものであり、温度センサでもって測定された温度が設定温度以上になると、超音波プローブの駆動モータの停止や超音波振動子の回転停止およびその他電力を供給している箇所への電力供給を停止させるので、温度上昇するのを未然に防ぐことができる。ひとたび設定温度になり動作を停止させると、設定温度以下になっても超音波プローブ側での判断で動作状態には復帰しないので、設定温度以上になった履歴を確実に保持することができるが、復帰する場合は装置本体側からの指令でもって動作復帰することで、復帰する場合の安全性を確保したうえでおこなうことができるので、より信頼性の高い超音波プローブを実現することができる。
【００１９】
本発明の請求項１０に記載の発明は超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させる駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンを装置本体に接続するコネクタボックス内に搭載し、駆動モータに取り付けた超音波振動子の超音波ビームの軌跡面画像を構成するための位置情報をプローブマイコンで処理を行い、通信手段をもって、装置本体側へ送受信することができることを特徴とする請求項１から請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの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。さらに画像の位置情報は駆動モータの位置情報をプローブマイコンで処理を行い、本体装置側へシリアル通信などの通信インタフエースでもって情報伝達する。その通信には温度センサの温度を演算処理するプローブマイコンの通信インタフェース端子を使用する。
【００２０】
本発明の請求項１１に記載の発明は請求項１から請求項１０記載の超音波プローブであって、超音波プローブでの超音波伝搬媒質の温度について、プローブと装置本体の双方で情報を把握したことを特徴とする超音波診断装置としたものであり、温度センサによって測定された超音波伝搬媒質が設定温度以上になったら、超音波プローブの動作を停止させる手段を備えた構成を採り、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、超音波診断装置に通知する手段を備えた構成を採る。これらの構成により、超音波プローブの温度が上昇した場合、超音波プローブの駆動モータへの電力供給も停止し、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、このプローブを接続された超音波診断装置に伝達する。より安全性および信頼性が増大する。超音波プローブの動作が停止していることが把握でき、原因の特定が速やかに行われ、修理や検査等の対処も行いやすい。さらに、点検・保守を促すメッセージや点検・保守の際の連絡先を表示することもできる。
【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）
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。
【００２３】
図１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２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３は本発明の一実施例による超音波診断装置の装置本体である。図４は超音波振動子を駆動する駆動モータの断面図である。
【００２４】
本実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端（または挿入部）１とハンドル（または操作部、手元操作部）２とコネクタボックス３と挿入管（または導中部）４とケーブル５で構成される。超音波プローブの先端１には超音波振動子６を回転駆動させる駆動モータ７が構成されている。その駆動モータ７には超音波振動子６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）８が構成され、駆動ロータ８を支持するベースハウジング９が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１からハンドル２まではフレキシブルな挿入管４で構成され、その挿入管４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２にはコントローラノブ１０が構成される。ハンドル２にはケーブル５を介してコネクタボックス３が接続され、コネクタボックス３には駆動モータ制御駆動回路１１があり、その駆動モータ制御駆動回路１１にはモータ駆動回路１２とプローブマイコン１３が構成されている。そのコネクタボックス３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。
【００２５】
超音波振動子６は駆動ロータ８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６の回転軸と駆動モータ７の駆動軸とは同一の軸となる。回転軸と駆動軸とも符号１４とする。駆動軸１４に対して超音波振動子６のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子６側のビーム放射軸１５方向にビーム軌跡面１６を形成する。その駆動ロータ８が回転することで超音波振動子６のビーム軌跡面１６は回転する。その軌跡面１６は駆動軸１４に対して平行な面となる。
【００２６】
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６を備えており、超音波振動子６は、予め電子機構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。
【００２７】
駆動ロータ８の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ８に取り付けられた超音波振動子６の位置情報を知ることになる。駆動ロータ８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８の回転位置情報を知ることができる。
【００２８】
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。本実施例で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。
ロータ側の規制部として、ロータフレーム１７の一部に規制部材１８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９の一部に突起部１９を形成し、駆動ロータ８の回転を規制する。規制されたことによって駆動ロータ８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もよいために、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。
超音波振動子６をロータフレーム１７に取り付ける時に、ロータフレーム１７の規制部材１８をベースハウジング９の突起部１９に当接させた状態で、超音波振動子６をベースハウジング９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９の突起部１９の当接端点位置から超音波振動子６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。
超音波プローブでは非通電時には超音波振動子６の位置がどこにあるのか不明であるので、超音波振動子６の位置を確定しなくてはいけない。コア２０に巻回されたコイル２１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（逆方向）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ので、回転規制にいたるまでの回転状態でロータの回転方向を検出して、回転状態が正しい状態かを判断する。かり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。その回転方向の検出にはＭＲ素子２２が使用される。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６の位置を把握することができる。
【００２９】
また、相対位置情報手段としてはインクリメンタル磁気式エンコーダを使用する。そのインクリメンタル磁気式エンコーダはエンコーダマグネット２３とＭＲ素子２２で構成される。相対位置情報手段としてのＭＲ素子２２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８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２２はベースハウジング９に取り付けられている。駆動ロータ８側に構成されたエンコーダマグネット２３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２２から得る。
【００３０】
駆動モータ７の回転位置情報手段として、本実施例に示すようにＭＲ素子を用いた磁気エンコーダ以外に抵抗値の変化を検出するポテンショメータ、光電センサーを用いた光エンコーダなどでもいい。
【００３１】
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画像を駆動モータ７に搭載した超音波振動子６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画像を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画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。
【００３２】
本実施例の超音波振動子６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７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７で直接回転させている。
【００３３】
超音波振動子６から放射した超音波は超音波振動子６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６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４、ハンドル２、ケーブル５、コネクタボックス３を経由して、システム本体２４の回路に送られる。
【００３４】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２４内の送受信回路部分について説明する。
【００３５】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では超音波振動子に駆動信号を供給駆動して超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子６から生体内に放射される。
【００３６】
超音波振動子６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６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２４内の増幅器２７にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、合成回路３２で合成されて、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された画像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体２４には、装置全体の回路を統括する本体マイコン３８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、処理命令などをしている。本体マイコン３８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。
【００３７】
図２に示す超音波プローブの外観斜視図はマルチプレーン超音波プローブの一例である。被検体に経口的に挿入され、食道および胃を含む上部消化管から心臓を観察するマルチプレーンＴＥＥ超音波プローブ（ＴＥＥ：Ｔｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌ Ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）である。挿入管４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１から挿入管４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。
【００３８】
超音波プローブの先端１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３９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１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１とハンドル２は屈曲性のある挿入管４で接続されている。ハンドル２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１０が構成されている。コントローラノブ１０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１０を回転させると、その回転方向に駆動モータ７が回転し、かつ超音波振動子６も回転するので、回転速度などはコントローラノブ１０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７の回転停止などのスイッチもコントローラノブ１０についている。コントローラノブ１０の信号はコネクタボックス３に構成された駆動モータ制御駆動回路１１のプローブマイコン１３に送られ、そのコントローラノブ１０の入力内容に合わせてプローブマイコン１３から指令がモータ駆動回路１２に伝達され、その指令内容に基づいて駆動モータ７は制御駆動される。コントローラノブ１０の信号内容についてはプローブマイコン１３からシステム本体２４の本体マイコン３８に伝送される。
【００３９】
超音波プローブはハンドル２からケーブル５でコネクタボックス３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３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２４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４０があり、装着後はノブ４０を回してコネクタボックス３を本体にしっかりとロックする。
【００４０】
従来の超音波診断装置の場合では手元操作部では使用頻度の高い基本操作だけが行えるようにしていたが、実施例ではプローブ側に手元操作により指令内容を処理して指令動作をさせることができるので、手元操作でもって超音波振動子の全部の操作ができる。手元操作では複雑になる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。
【００４１】
超音波振動子６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２の符号４１）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図２の符号４２）とを可能にしている。
【００４２】
超音波プローブの先端１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４やケーブル５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温度センサ４３の信号線などをコネクタボック３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。
【００４３】
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４４と装置を操作するためのキーボード４５と走査角度位置など移動させるためのトラックボール４６があって、車４７で移動できるようになっている。キーボード４５などの本体操作部の下側にコネクタ差し込み口４８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４９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。
【００４４】
図４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素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。
【００４５】
本実施例の駆動モータはブラシレスモータであるが、超音波モータでもステッピングモータなどでもよい。
【００４６】
図４において、超音波振動子６は素子ホルダー５０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１７の天面部に取り付けられ、駆動軸１４を中心にして回転する。その超音波振動子６の先端には音響レンズ５１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５１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６の信号線は中空の駆動軸１４の軸中央穴を通って、駆動モータの外部に引き出される。
【００４７】
超音波振動子６のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子６側のビーム放射軸１５方向にビーム軌跡面１６を形成する。ロータフレーム１７に天面部に取り付けられている超音波振動子６は駆動軸１４を中心に回転するので、超音波振動子６のビーム軌跡面１６も回転する。その軌跡面１６は駆動軸１４に対して平行な面となる。そのビーム軌跡面１６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４１と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面４２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。
【００４８】
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、心臓の超音波断層画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。
【００４９】
超音波振動子６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１６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°に移動させた画像から患者の基本断面画像を瞬時に得るための測定モードである。
（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°に移動させた画像から患者の基本断面画像を瞬時に得るための測定モードである。
（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、心臓の弁の動きを瞬時に観測する動作モードである。
【００５０】
このような動作モードがダイレクトに超音波振動子６を駆動モータ７で駆動することによって可能である。
【００５１】
駆動ロータ８はロータフレーム１７には駆動マグネット５２を取り付ける垂下部５３と駆動軸１４と超音波振動子を取り付けるインロー部５４が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット５２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５２に対向する位置にコア２０がベースハウジング９の中央円筒部５５に接着固定される。そのコア２０は突極の数６であって、３相になるようにコイル２１が巻回されている。コア２０とコイル２１との絶縁のために、コア２０には電着塗装がなされている。
【００５２】
コア２０の絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、コイル２１とコア２０との電気絶縁を目的にしたものであるので、膜厚が厚い方がよいが、膜厚が厚いとコイル２１とコア２０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２０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７のコア２０に電着塗装膜や真空蒸着膜を使用することが多い。
【００５３】
駆動モータ７の３相のブラシレスモータであって、コア２０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９に貼られたＦＰＣ５６に半田付け接続され、そのＦＰＣ５６を駆動モータ７の外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣ５６のランドに駆動モータ制御駆動回路１１からのモータリード線を中継基板５７の回路を経由して接続する。
【００５４】
超音波素子６が取り付けられたロータフレーム１７は駆動軸１４を軸受５８、５９で回転支承されている。その軸受５８、５９はベースハウジング９の中央円筒部５５の内側に固定され、駆動軸１４を中心に回転させることができる。
【００５５】
相対位置情報手段としてのエンコーダはＡＢ相ＭＲ素子２２とエンコーダマグネット２３から構成され、そのＡＢ相ＭＲ素子２２から得られた信号はハンドル２の中継基板５７に接続される。その中継基板５７は位置検出信号処理回路６０と温度センサ４３の検出処理回路６１が構成されている。
【００５６】
図５に示すように、この位置検出信号処理回路６０はＭＲ素子信号の増幅回路６２と波形整形回路６３とパルス発生回路６４と合成回路６５で構成されている。
【００５７】
エンコーダマグネット２３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２２で検出した場合、ＭＲ素子出力端子６６、６７に正弦波波形の信号が得られる。そのＭＲ素子出力端子６６、６７の電圧は小さいので、増幅回路６２で増幅される。その増幅回路６２ではオペアンプ６８、６９によって抵抗比で決定されるゲイン倍された振幅の正弦波波形が得られ決定される。Ａ相ＭＲ側で説明すれば、ＭＲ素子の抵抗に変化がない時には抵抗７０、７１で決まる電位になる、抵抗７０、７１は同じ値のものを使用する関係で回路電圧の中点電位示す。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。
【００５８】
端子７２、７３には増幅されたＭＲ素子２２の２相の信号がそれぞれ入力される。入力端子７２から入力された入力信号は波形整形回路６３のＡ相ＭＲコンパレータ７４に入力され、可変抵抗器７６で調整設定された基準電圧と比較される。Ａ相ＭＲコンパレータ７４の出力信号は入力信号が基準電圧より高い場合はＡ相ＭＲコンパレータ７４の出力は「Ｈ」レベルになり、低い場合は「Ｌ」レベルになる。
【００５９】
次にＡ相ＭＲコンパレータ７４の出力信号はパルス発生回路６４の抵抗７８、７９を通り排他的論理和８１に入力される。その際抵抗７９と排他的論理和８１の間にはコンデンサ８０が対ＧＮＤに設けられており、抵抗７９側の排他的論理和８１の入力信号は抵抗７８側の入力信号より、抵抗７９とコンデンサ８０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８１の出力信号８２はＡ相ＭＲコンパレータ７４の出力信号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８２になる。
【００６０】
もう一方の端子７３から入力された入力信号はＢ相ＭＲコンパレータ７５に入力される。Ｂ相ＭＲコンパレータ７５、可変抵抗器７７の動作は前述と同様であり、さらにパルス発生回路６４の抵抗８３、８４、コンデンサ８５、排他的論理和８６の動作は前述した回路と同様の為に省略する。出力信号８７は合成回路６５に接続される。
【００６１】
パルス発生回路６４の出力信号８２、８７は合成回路６５のＯＲ論理素子８８、８９に入力され、合成回路６５は、ＯＲ論理素子８８、８９とインバータ素子９０、９１で構成されている。合成回路６５により出力端子９２に出力信号を得ることが出来る。以上より、端子７２、７３の入力信号周期の１／４周期の出力信号８２、８７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。
【００６２】
駆動モータ７の制御にはＡＢ相の４逓倍信号ではなく、増幅回路６２の増幅信号を用いている。制御方法によっては波形整形回路６３後の矩形波信号を用いる場合もあるが、起動のための確定したセンサがない場合は４逓倍信号より、元信号のパルス数の信号を用いることが多い。
【００６３】
位置検出信号処理回路６０によって、ＡＢ相ＭＲ信号は波形整形回路６３後では元信号のパルス数とおなじ矩形波信号が得られ、合成回路６５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素子元信号数より４倍の分解能のある画像情報が得られる。
【００６４】
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１７の回転位置情報を知ることである。ロータフレーム１７の回転位置は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１７の回転位置情報を知る。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マイコン１３で信号情報処理がなされ、通信信号の情報として超音波診断装置本体側の本体マイコン３８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。
【００６５】
基準位置情報手段と相対位置情報手段からの情報を処理せずに本体マイコン３８に伝達する方法でもよいが、本実施例ではプローブマイコン１３がプローブ側に設定されているので、プローブマイコン１３側で処理を行い、その処理情報を本体装置側に伝達するほうが本体側の画像処理の処理マージンが多くでき、他の管理処理が可能となる。
【００６６】
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してプローブマイコン１３で超音波振動子６の位置情報の処理を行い、本体マイコン３８とプローブマイコン１３とは双方方向のシリアル通信で、本体装置側とプローブ側での情報のやりとりを行っている。本体装置の指令情報は本体マイコン３８からプローブマイコン１３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マイコン１３は駆動モータ７を動作させる。駆動モータ７の位置情報や超音波振動子６の位置情報等は主体的にはプローブマイコン１３で管理されていて、その管理情報を本体マイコン３８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、プローブマイコン１３と本体マイコン３８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。
【００６７】
たとえば、エンコーダマグネット２３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６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２３は回転着磁がなされるために、磁極間の角度精度は非常に高いので、磁極間の角度精度は非常に高いので、４逓倍してもかなり角度精度のよい位置情報が得られる。その駆動モータ７の駆動軸１４と超音波振動子６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。
【００６８】
超音波振動子を直接に駆動モータに取り付ける機械走査式超音波プローブであるので、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。
【００６９】
超音波伝搬媒質の温度を検出するために、温度センサ４３は超音波プローブ先端１の超音波伝搬媒質の中に設置され、超音波振動子６の発熱による影響と駆動モータ７による発熱影響および被検体による温度伝達影響を超音波伝搬媒質の温度として判断するために測定をしている。
【００７０】
その温度センサ４３について以下に説明する。
【００７１】
温度センサ４３は白金やサーミスタなどであり、小型の電子部品であって体温に近い温度付近を正確に測定することが可能ならば何でもよい。ただ、超音波伝搬媒質に対する材料の耐久性が必要であるが、一般に使用される電子部品なら問題はない。本実施例の説明では温度センサ４３をサーミスタとして行う。
【００７２】
図６には一実施例における温度センサの検出処理回路を示す。図６において、サーミスタ９３の抵抗値Ｒｓとして、抵抗９４の抵抗値Ｒｆとすると、サーミスタ９３と抵抗９４は直列に接続されているので、両端に印加される回路電圧Ｖｃとすれば、サーミスタ９３の端子間電圧Ｖｏｕｔと抵抗９４の端子間電圧Ｖｆは以下のように表せる。
【００７３】
（数１）
Ｖｏｕｔ＝（Ｒｓ／（Ｒｆ＋Ｒｓ））×Ｖｃ
Ｖｆ＝（Ｒｆ／（Ｒｆ＋Ｒｓ））×Ｖｃ
サーミスタ９３は温度によって抵抗値が変化するので、サーミスタ９３の抵抗値を直接もとめることは、超音波プローブにあっては測定誤差などが大きくなるのであまり好ましくない。サーミスタ９３側を直接測定することよりも、もう一方の抵抗９４側を測定して、間接的にサーミスタ９３の抵抗変化を求めるのことが適している。すなわち、抵抗９４には温度抵抗変化が非常に小さな抵抗を用いて抵抗９４の端子間電圧Ｖｆを測定し、降下電圧からサーミスタ９３の端子電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｃ―Ｖｆとして求める。サーミスタ９３は体温近傍での温度に対する抵抗値変化は直線とみなすことができるので、サーミスタ９３の抵抗に対する温度係数からサーミスタ９３の温度を求めることもできるが、計算をもっと簡単にするために、図６の回路構成でもって、２つの温度条件にサーミスタ９３をおいて、サーミスタの端子間電圧の変化を近似式にして、あらかじめその近似式の係数を求めておけば、電圧値を測定することでサーミスタ９３の温度を求めることができる。たとえば、２つの温度条件Ｔａ、Ｔｂでの抵抗９４の端子間電圧ＶｆはＶｆａ、Ｖｆｂであったすると、サーミスタの温度Ｔは抵抗９４の電圧Ｖｆから次式で求められる。ａ、ｂはあらかじめ決定された係数である。
【００７４】
（数２）
Ｔ＝ａ×（Ｖｃ−Ｖｆ）＋ｂ
ａ＝（Ｔａ−Ｔｂ）／（Ｖｏｕｔａ−Ｖｏｕｔｂ）
ｂ＝（Ｔａ・Ｖｏｕｔｂ−Ｔｂ・Ｖｏｕｔａ）／（Ｖｏｕｔｂ−Ｖｏｕｔａ）
Ｖｏｕｔａ＝Ｖｃ−Ｖｆａ
Ｖｏｕｔｂ＝Ｖｃ−Ｖｆｂ
図６における温度センサの検出処理回路のサーミスタを除いた回路部をハンドル２の中継基板５７に構成することで、サーミスタの感温部からのリード線引き回しの影響を少なくできるので、より正確な超音波伝搬媒質の温度を測定することができる。検出処理回路をコネクタボックスの基板に構成してもよいが、ＡＢ相ＭＲ素子信号の増幅に使用しているオペアンプが余っていることもあり回路構成上使用できることがあるので簡単に構成できることがある。
【００７５】
上述のようにサーミスタを直接測定するのではなく、直列に接続されている抵抗９４の端子電圧からサーミスタの温度を求めることができる。図６の場合はグランドがわにサーミスタを構成する回路図を示してあるので、サーミスタ９３の端子抵抗から温度を求める方法とした。
【００７６】
（数３）
Ｔ＝ａ×Ｖｏｕｔ＋ｂ
ａ、ｂは（数２）の係数である。
【００７７】
サーミスタ９３の端子間電圧をＡ／Ｄ変換器にいれて、プローブマイコンでデジタル処理可能なようにした。マイコンにはＡ／Ｄ素子が組み込まれたものもあり、Ａ／Ｄ端子のあるマイコンでは直接に端子９５を接続する。
【００７８】
サーミスタは温度の変化につれてその抵抗値が極めて大きく変化する温度に敏感な抵抗体である。一般の抵抗は温度が上がると抵抗値も若干上がるが、医療用のサーミスタは抵抗値が下がるものを使用することが多い。サーミスタはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉを主体とした遷移金属酸化物を原料にして、焼結されたファインセラミック半導体の感熱素子である。超音波プローブの先端に組み込む温度センサとしてのサーミスタは表面実装タイプのチップサーミスタやガラス封止タイプのサーミスタがある。超音波伝搬媒質中での使用のために、図７のようなガラス封止タイプのサーミスタが使用されることが多い。図７において、絶縁された線９６の先端を電極形成した電極部９７をサーミスタチップ９８に接続し、その部分をガラス９９で封止した構造である。ガラス封止されているために、耐熱性および機械的強度があって、経年変化が小さいのでより安定性が高い。応答性を向上させるために、セラミックチップと封止ガラス表面までの距離を短くしている。その結果サーミスタが小型になる。
【００７９】
温度センサの検出電圧はプローブマイコン１３のＡ／Ｄ回路部でデジタル量に変換させる。温度センサの特性係数などから温度センサ部の温度を演算処理して求める。その求められた温度は本体マイコン３８とプローブマイコン１３との双方方向のシリアル通信で、本体装置側で情報として伝達される。逐一情報として伝達させる温度をもとに、温度上昇状況を予測したり、警告などを本体ディスプレーに表示したりする。表示することでその都度の温度が把握でき、超音波プローブの操作者が温度情報を見落したり、超音波診断を受ける患者に誤った診断を与えることがない。
【００８０】
超音波プローブとしてあらかじめ設定した温度以上になると、以下の処理がなされる。本願でいうあらかじめ設定された温度は危険温度を指し、通常動作の温度は危険温度以下である。設定温度には動作状態の温度シグナルとしてのものが危険温度以下に設定されている超音波診断装置が提供できるので、その点での正常温度設定での動作の扱いについても説明した。
（ａ）プローブマイコン１３はモータ駆動回路のモータコイルへの通電をＯＦＦする。（通常作動時の温度上昇の場合）
この場合はＡＢ相ＭＲ素子２２への通電がなされているので、たとえ駆動ロータ８が外乱によって回転しても、プローブマイコン１３での位置情報は常に現在の駆動ロータ位置の位置情報を演算し把握している。この状態では駆動モータのコイル部だけが動作していないだけである。装置本体側もその状態は通信情報として超音波プローブから入手している。この場合は温度が低下した時には、本来の異常温度でないので、動作指令が入力されれば、コイル側に通電して通常の駆動動作を行う。この場合は正常動作での温度上昇であるので、プローブマイコンからの復帰がある。
（ｂ）温度が危険温度範囲に達した場合は駆動モータ制御駆動回路の通電をＯＦＦする。
危険温度に至ったら、プローブマイコン１３は装置本体に温度センサの温度が危険温度に至ったことを通知する。その時測定温度値も送信する。その後、駆動モータ制御駆動回路１１の電源ライン上に設置されたリレーを作動させて回路電流を遮断する。このリレーが再度電源を投入しないと復帰しないようになっている。そのリレー復帰は本体装置からのリセットを行うことで復帰し、プローブ側からの指令ではいっさい復帰しない。この場合は不可逆性のある復帰であるといえる。設定温度（危険温度）以上になり、ひとたび動作停止すれば、超音波プローブ側の判断では超音波伝搬媒質の温度が設定温度以下になっても動作状態に再び戻ることがないので、より安全で信頼性の高い、超音波画像の良い超音波プローブができる。
【００８１】
プローブマイコン１３はプローブ側での情報処理を行っている。本体装置の指令情報は本体マイコン３８からプローブマイコン１３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マイコン１３は駆動モータ７を動作させる。駆動モータ７の位置情報や超音波振動子６の位置情報等は主体的にはプローブマイコン１３で管理されていて、その管理情報を本体マイコン３８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、プローブマイコン１３と本体マイコン３８とのインタフェース仕様が決められている。
【００８２】
ＡＢ相の信号からの相対位置情報をプローブマイコン１３で処理することで、超音波振動子６の位置を基準にした位置情報として管理する。超音波プローブと本体装置はコネクタボックス３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３にはモータ駆動回路１２とプローブマイコン１３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６をコントロールすることができるようにしている。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３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プローブマイコン１３で処理を行い、超音波診断装置の本体マイコン３８と密着な連携を取っている。
【００８３】
このように、本実施例における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広角な範囲の超音波断層画像が得られる。
【００８４】
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て超音波振動子の位置情報に用いて画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。
【００８５】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、
（１）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、温度センサを超音波プローブの先端に組み込むことで、先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、超音波振動子の発熱による影響と駆動モータによる影響を判断して、超音波プローブの操作者が温度情報を見落したり、超音波診断を受ける患者に誤った診断を与える可能性がないように、より安全で信頼性の高い、超音波画像の良い超音波プローブができる。
（２）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、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。さらに駆動モータを制御駆動する回路部を超音波プローブ側に構成することで、プローブ側で駆動モータのシステムは完結できる。さらに、温度センサを超音波プローブの先端に組み込むことで、先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理を駆動制御にも使用するプローブマイコンで行うことで、温度検出から演算処理を超音波プローブ側で行うことができる。
（３）超音波プローブの先端に組み込んだ温度センサで先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理をおこなったプローブマイコンで、超音波伝搬媒質が設定温度以上になったら、駆動モータを停止させて超音波振動子の回転動作を停止させることで、超音波振動子の発熱による影響と駆動モータによる影響を減少させて、より安全で信頼性の高い超音波プローブを提供することができる。
（４）温度センサでもって測定された温度が設定温度以上になると、超音波プローブの駆動モータの停止や超音波振動子の回転停止およびその他電力を供給している箇所への電力供給を停止させるので、温度上昇するのを未然に防ぐことができる。ひとたび設定温度になり動作を停止させると、設定温度以下になっても超音波プローブ側での判断で動作状態には復帰しないので、設定温度以上になった履歴を確実に保持することができるので、より安全で信頼性の高い超音波プローブを実現することができる。
（５）温度センサとしてのサーミスタは温度によって抵抗値が変更するので、その抵抗値を測定することで温度を知ることができる。すなわち、温度センサの抵抗値を電圧に変換して、Ａ／Ｄコンバータでデジタル値に変換してプローブマイコンで演算処理を行うことでデジタル量として温度を知ることができる。
（６）温度センサの抵抗値を超音波プローブのハンドル部分で電圧値に検出する変換部を設けることで、サーミスタの感温部からのリード線の引き回しの影響を少なくできるので、より正確な超音波伝搬媒質の温度を測定することができる。
（７）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、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。さらに駆動モータを制御駆動する回路部を超音波プローブ側に構成することで、プローブ側で駆動モータのシステムは完結できる。さらに、温度センサを超音波プローブの先端に組み込むことで、先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理を駆動制御にも使用するプローブマイコンで行うことで、温度検出から演算処理を超音波プローブ側で行うことができる。さらに、超音波伝搬媒質の温度を本体装置に通知する。通知をもとに温度をディスプレーに表示することもできるので、その都度の温度が把握でき、超音波プローブの操作者が温度情報を見落したり、超音波診断を受ける患者に誤った診断を与える可能性がないように、より安全で信頼性の高い、超音波画像の良い超音波プローブができる。
（８）超音波プローブの先端に組み込んだ温度センサで先端部の超音波伝搬媒質の温度を測定して、測定温度の演算処理をおこなったプローブマイコンで、超音波伝搬媒質が設定温度以上になったら、駆動モータを停止させて超音波振動子の回転動作を停止させ、さらにその停止状態を超音波診断装置に通知することで、停止状態が温度上昇によるものであることを操作者が認識することができるので、速やかに原因の特定と修理依頼等の対処ができる。
（９）温度センサでもって測定された温度が設定温度以上になると、超音波プローブの駆動モータの停止や超音波振動子の回転停止およびその他電力を供給している箇所への電力供給を停止させるので、温度上昇するのを未然に防ぐことができる。ひとたび設定温度になり動作を停止させると、設定温度以下になっても超音波プローブ側での判断で動作状態には復帰しないので、設定温度以上になった履歴を確実に保持することができるが、復帰する場合は装置本体側からの指令でもって動作復帰することで、復帰する場合の安全性を確保したうえでおこなうことができるので、より信頼性の高い超音波プローブを実現することができる。
（１０）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。さらに画像の位置情報は駆動モータの位置情報をプローブマイコンで処理を行い、本体装置側へシリアル通信などの通信インタフエースでもって情報伝達する。その通信には温度センサの温度を演算処理するプローブマイコンの通信インタフェース端子を使用する。
（１１）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。
（１２）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、精度の良い装置となる。
（１３）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。
（１４）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。
（１５）温度センサによって測定された超音波伝搬媒質が設定温度以上になったら、超音波プローブの動作を停止させる手段を備えた構成を採り、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、超音波診断装置に通知する手段を備えた構成を採る。これらの構成により、超音波プローブの温度が上昇した場合、超音波プローブの駆動モータへの電力供給も停止し、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、このプローブを接続された超音波診断装置に伝達する。より安全性および信頼性が増大する。超音波プローブの動作が停止していることが把握でき、原因の特定が速やかに行われ、修理や検査等の対処も行いやすい。さらに、点検・保守を促すメッセージや点検・保守の際の連絡先を表示することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１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ＭＲ素子信号の位置検出信号処理回路図
【図６】本発明の実施例１による温度センサの検出処理回路図
【図７】本発明の実施例１によるサーミスタを示す図
【符号の説明】
１ 先端
２ ハンドル
３ コネクタボックス
４ 挿入管
５ ケーブル
６ 超音波振動子
７ 駆動モータ
８ 駆動ロータ
９ ベースハウジング
１０ コントローラノブ
１１ 駆動モータ制御駆動回路
１２ モータ駆動回路
１３ プローブマイコン
１４ 駆動軸
１５ 放射軸
１６、４１、４２ ビーム軌跡面
１７ ロータフレーム
１８ 規制部材
１９ 突起部
２０ コア
２１ コイル
２２ ＭＲ素子（ＡＢ相）
２３ エンコーダマグネット
２４ システム本体
２５ パルス発生器
２６ 振動子駆動回路
２７ 増幅器
２８ 対数増幅器
２９ 検波回路
３０ ゲイン設定器
３１ ゲイン制御用コントローラ
３２、６５ 合成回路
３３ Ａ／Ｄ
３４ ＤＳＰ
３５ 画像メモリ
３６ ＤＳＣ
３７ テレビモニタ
３８ 本体マイコン（ホストＣＰＵ）
３９ ウインドウケース
４０ ノブ
４３ 温度センサ
４４ ディスプレー
４５ キーボード
４６ トラックボール
４７ 車
４８ コネクタ差し込み口
４９ フック
５０ 素子ホルダー
５１ 音響レンズ
５２ 駆動マグネット
５３ 垂下部
５４ インロー部
５５ 中央円筒部
５６ ＦＰＣ
５７ 中継基板
５８、５９ 軸受
６０ 位置検出信号処理回路
６１ 検出処理回路
６２ 増幅回路
６３ 波形整形回路
６４ パルス発生回路
６６ ＭＲ素子出力端子
６７ ＭＲ素子出力端子
６８ Ａ相ＭＲオペアンプ
６９ Ｂ相ＭＲオペアンプ
７０、７１、７８、７９、８３、８４、９４ 抵抗
７２、７３、９５ 端子
７４ Ａ相ＭＲコンパレータ
７５ Ｂ相ＭＲコンパレータ
７６、７７ 可変抵抗器
８０、８５ コンデンサ
８１、８６ 排他的論理和
８２、８７ 出力信号
８８、８９ ＯＲ論理素子
９０、９１ インバータ素子
９２ 出力端子
９３ サーミスタ
９６ 線
９７ 電極部
９８ サーミスタチップ
９９ ガラス

Claims (11)

1. 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に直接取付けて、駆動モータを駆動させることで超音波振動子を回転させる駆動モータを超音波プローブの先端部に構成し、さらにその超音波プローブ先端部に温度センサを搭載したことを特徴とする超音波プローブ。
2. 超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースを具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した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る駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンをプローブ側に搭載し、さらに、その超音波プローブ先端部に温度センサを搭載して、先端部の超音波伝搬媒質の温度をその温度センサで検出して、その信号検出値から温度値に変換する演算処理を、前記プローブマイコンで行うことを特徴とする超音波プローブ。
3. 超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、超音波伝搬媒質が設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする請求項１および請求項２記載の超音波プローブ。
4. 超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、ひとたび動作を停止すると超音波プローブ側の判断では超音波伝搬媒質の温度が設定温度以下になっても動作状態に再び戻ることのない、不可逆性を有することを特徴とする請求項１から請求項３記載の超音波プローブ。
5. 前記温度センサがサーミスタであることを特徴とする請求項１から請求項４記載の超音波プローブ。
6. 前記温度センサの抵抗値を検出処理する回路をハンドル部分に構成したことを特徴とする請求項１から請求項５記載の超音波プローブ。
7. 超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースを具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した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る駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンをプローブ側に搭載し、さらに、その超音波プローブ先端部に温度センサを搭載して、先端部の超音波伝搬媒質の温度をその温度センサで検出して、その信号検出値から温度値に変換する演算処理を、前記プローブマイコンで行い、その演算結果を本体装置に通知する手段を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
8. 超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、超音波伝搬媒質が設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、超音波診断装置に通知する手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。
9. 超音波プローブの先端部に温度センサを組み込み、その温度センサからの検出信号をプローブマイコンで温度に演算処理し、その演算結果に基づき、設定温度以上になると超音波プローブの動作を停止させる手段を備え、超音波プローブの動作が停止状態にあることを、超音波診断装置に通知する手段を備え、ひとたび動作を停止すると超音波プローブ側の判断では超音波伝搬媒質の温度が設定温度以下になっても動作状態に再び戻ることのない、不可逆性を有し、装置本体側からの指令でもって復帰することを特徴とする請求項８記載の超音波プローブ。
10. 超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させる駆動モータの駆動回路と駆動制御するプローブマイコンを装置本体に接続するコネクタボックス内に搭載し、駆動モータに取り付けた超音波振動子の超音波ビームの軌跡面画像を構成するための位置情報をプローブマイコンで処理を行い、通信手段をもって、装置本体側へ送受信することができることを特徴とする請求項１から請求項９記載の超音波プローブ。
11. 請求項１から請求項１０記載の超音波プローブであって、超音波プローブでの超音波伝搬媒質の温度について、プローブと装置本体の双方で情報を把握したことを特徴とする超音波診断装置。

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