JP2008229245A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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Mikinobu Hoshino
干野  幹信
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that the conventional ultrasonic diagnostic apparatus needs a complicated electronic circuit to clean ultrasonic beams electronically and causes a large apparatus and a high cost. <P>SOLUTION: The ultrasonic diagnostic apparatus has an ultrasonic probe, and gives a drive signal to the ultrasonic probe to transmit the ultrasound and simultaneously takes an echo signal from the ultrasonic probe, and forms the diagnostic information from the echo signal, and the ultrasonic probe has an ultrasonic transducer buried in a sonic transmitter, and it has an angular velocity sensor for detecting the inclined angle of the ultrasonic transducer, at least two acceleration sensors for detecting the acceleration in the perpendicular direction to the axis of the ultrasonic transducer and the ultrasonic probe, at least an acceleration sensor for detecting the acceleration in the axial direction of the ultrasonic transducer and the ultrasonic probe, and a base plate equipped with the ultrasonic transducer, the angular velocity sensor, and the acceleration sensor, and it is characterized in that the scanning of the ultrasonic probe is performed manually. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波診断装置に関するものであって、特に超音波に基づく診断情報を生成し、測定精度を向上させつつ容易に使用することができる小型の装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly, to a small apparatus that generates diagnostic information based on ultrasonic waves and can be easily used while improving measurement accuracy.

超音波診断装置は診断対象の内部を超音波ビームで走査して超音波エコー信号を受信し、超音波エコーの信号の強度に対応した画像データを求め、それによっていわゆるBモード画像と呼ばれる二次元断面画像を生成する。超音波診断装置は一般的には病院等で用いるものであって、広く知られるところであるが、一般消費者が任意の場所や状況で使用することは想定されていない。しかし、情報端末機器の普及に伴って、高度な情報機器を消費者が個人的に携帯し、任意の場所や状況で使用することは一般化しつつあるので、従来では医療機関で用いられている超音波診断装置であっても、消費者が個人的に携帯し、任意の場所や状況で使用することが可能となれば利便性が著しく向上し、個人の健康管理に著しく寄与するものである。   The ultrasound diagnostic device scans the inside of the diagnostic object with an ultrasound beam, receives an ultrasound echo signal, obtains image data corresponding to the intensity of the ultrasound echo signal, and thereby a so-called two-dimensional image called a B-mode image A cross-sectional image is generated. An ultrasonic diagnostic apparatus is generally used in hospitals and the like and is widely known, but is not assumed to be used by general consumers in arbitrary places and situations. However, with the widespread use of information terminal equipment, it is becoming common for consumers to carry advanced information equipment personally and use it in any location or situation, so it has been used in medical institutions in the past. Even if it is an ultrasonic diagnostic device, if the consumer can carry it personally and use it in any place or situation, the convenience will be significantly improved and it will contribute significantly to personal health management. .

このような目的で超音波信号を利用して皮下脂肪の厚さを計測する装置もある(特許文献1参照)。この図7に示した装置では、超音波駆動検出回路をコンパクトにして、超音波信号処理をインターフェイスを備えたパーソナルコンピュータで行わせることで全体システムをコンパクトにして在宅でも使用可能としている。   There is also an apparatus for measuring the thickness of subcutaneous fat using an ultrasonic signal for this purpose (see Patent Document 1). In the apparatus shown in FIG. 7, the ultrasonic drive detection circuit is made compact, and the ultrasonic signal processing is performed by a personal computer equipped with an interface, so that the entire system is made compact and usable at home.

特開2005−152605号公報(3頁)JP 2005-152605 A (page 3)

特許文献1に示した従来技術では、携帯型とは言っても、生体内2次元断面画像を取得するために複数のアレイ状に並べた超音波トランスデューサから少しずつ位相をずらして超音波を発信し、超音波波面を制御して超音波ビームを掃引かつフォーカスしている。   In the prior art disclosed in Patent Document 1, even though it is portable, ultrasonic waves are transmitted by gradually shifting the phase from ultrasonic transducers arranged in a plurality of arrays in order to acquire a two-dimensional in-vivo cross-sectional image. The ultrasonic wave front is controlled to sweep and focus the ultrasonic beam.

このような構成においては、据置型の超音波診断装置と同じように非常に複雑な電子回路を必要とし、高価格となってしまうことは明らかである。また、携帯可能とは言っても限界があり、常に医師が持ち歩いて必要なときにすぐに使えるほどの、例えば聴診器ほどの小型軽量にはならないという問題があった。   In such a configuration, it is obvious that a very complicated electronic circuit is required as in the case of a stationary ultrasonic diagnostic apparatus, resulting in a high price. Moreover, even though it is portable, there is a limit, and there is a problem that it is not as small and light as a stethoscope, for example, so that a doctor can always carry it around and use it immediately.

上述した従来技術による問題点を解消するため、本発明は、簡単な構成の超音波診断装置で生体内部の状態を非侵襲で簡便に測定し、常に携帯することのできる低コストの超音波診断装置を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems caused by the conventional technology, the present invention provides a low-cost ultrasonic diagnosis that can be easily carried by a non-invasive and simple measurement of the internal state of a living body with a simple configuration ultrasonic diagnostic apparatus. An object is to provide an apparatus.

上記目的を達成するため本発明の超音波診断装置では下記記載の構成を採用する。   In order to achieve the above object, the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention employs the following configuration.

超音波プローブを有し、
超音波プローブに駆動信号を与えて超音波を送信させるとともに
超音波プローブからエコー信号を取り込み、
エコー信号に基づいて診断情報を生成する超音波診断装置であって、
超音波プローブは
音波伝達体の内部に超音波トランスデューサが埋設され、
超音波トランスデューサの傾き角度を検出する角速度センサと、
超音波プローブの軸に直角方向の加速度を検出する複数の加速度センサと、
超音波プローブの軸方向の加速度を検出する加速度センサと、
超音波トランスデューサと角速度センサと加速度センサとを具備する基板とを有することを特徴とする。
Have an ultrasonic probe,
Applying a drive signal to the ultrasonic probe to transmit the ultrasonic wave and capturing an echo signal from the ultrasonic probe,
An ultrasonic diagnostic apparatus that generates diagnostic information based on an echo signal,
The ultrasonic probe has an ultrasonic transducer embedded in the sound transmission body,
An angular velocity sensor for detecting the tilt angle of the ultrasonic transducer;
A plurality of acceleration sensors for detecting acceleration in a direction perpendicular to the axis of the ultrasonic probe;
An acceleration sensor that detects the axial acceleration of the ultrasonic probe;
It has the board | substrate which comprises an ultrasonic transducer, an angular velocity sensor, and an acceleration sensor.

また、本発明の超音波診断装置は、
信号駆動検出ユニットを有し、
信号駆動検出ユニットは
超音波プローブを格納する部分と超音波プローブの有無を検知する検知センサを有することが好ましい。
The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is
A signal drive detection unit,
The signal drive detection unit preferably has a portion for storing the ultrasonic probe and a detection sensor for detecting the presence or absence of the ultrasonic probe.

本発明によれば、超音波を利用して誰でも生体内2次元断面画像を簡便に精確に計測することができ、極めて低価格で実現し、皮下脂肪の厚さの測定や悪性腫瘍などの検出が個人で容易にできるという効果を有する。超音波センサの動きを検出する角速度センサや加速度センサを備えているので、測定者が超音波プローブに適切な動きを与えることによって装置全体の動作をコントロールすることが可能である。これにより、操作性が著しく向上し、また、機械的スイッチ類の数を少なくすることが出来るので、故障の軽減にも寄与する。   According to the present invention, anyone can easily and accurately measure an in-vivo two-dimensional cross-sectional image using ultrasound, and can be realized at an extremely low price, such as measuring the thickness of subcutaneous fat and malignant tumors. This has the effect that detection can be easily performed by an individual. Since an angular velocity sensor and an acceleration sensor for detecting the movement of the ultrasonic sensor are provided, it is possible for the measurer to control the operation of the entire apparatus by giving an appropriate movement to the ultrasonic probe. Thereby, the operability is remarkably improved and the number of mechanical switches can be reduced, which contributes to the reduction of failure.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる超音波診断装置の好適な実施の形態を順を追って詳細に説明するが、あらかじめ若干の用語について説明する。まず超音波プローブの軸とは円筒状に構成されている超音波プローブ3の中心軸であり、図3で軸400として示されている。角速度センサとは回転角速度を検出するもので、本発明では水晶を用いる振動ジャイロセンサである。また、本発明の主たる目的は超音波プローブを手動で回転させ、回転量を角速度センサで検出することによって複雑な電子回路構成を採ることなく、生体内のBモード画像を簡便に得ることである。ところで、超音波プローブを手動で回転させた場合、一般的には操作している手のぶれや、被測定体の生体組織の状態によって超音波プローブの回転中心は空間的に移動するため絶対空間における回転中心の検出を行う必要がある。   Exemplary embodiments of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and some terms will be described in advance. First, the axis of the ultrasonic probe is a central axis of the ultrasonic probe 3 configured in a cylindrical shape, and is shown as an axis 400 in FIG. The angular velocity sensor detects a rotational angular velocity. In the present invention, the angular velocity sensor is a vibration gyro sensor using a crystal. Also, the main object of the present invention is to easily obtain an in-vivo B-mode image without manually adopting a complicated electronic circuit configuration by manually rotating an ultrasonic probe and detecting the rotation amount with an angular velocity sensor. . By the way, when the ultrasonic probe is rotated manually, the rotation center of the ultrasonic probe moves spatially depending on the shake of the hand being operated or the state of the living tissue of the measured object. It is necessary to detect the rotation center at.

また、超音波プローブの運動は超音波プローブに固定した座標系での回転中心を中心とする回転運動と回転中心の併進運動とに分けて考えることができる。この超音波プローブの超音波プローブに固定した座標系における回転中心を局所回転中心と呼ぶことにする。また、絶対空間における超音波プローブの基準点の位置を示す座標を位置座標と呼ぶことにする。なお超音波プローブの基準点は超音波プローブの先端とする。この絶対空間における超音波プローブの回転中心の検出を超音波プローブに設けられた3つの加速度センサで行うことを前もって述べておきたい。   In addition, the motion of the ultrasonic probe can be divided into a rotational motion centered on the rotational center in a coordinate system fixed to the ultrasonic probe and a translational motion of the rotational center. The rotation center in the coordinate system fixed to the ultrasonic probe of this ultrasonic probe will be referred to as a local rotation center. Further, the coordinates indicating the position of the reference point of the ultrasonic probe in the absolute space are referred to as position coordinates. The reference point of the ultrasonic probe is the tip of the ultrasonic probe. It should be mentioned in advance that the detection of the rotation center of the ultrasonic probe in the absolute space is performed by three acceleration sensors provided in the ultrasonic probe.

図4は、本発明の超音波診断装置の全体ブロック図を示すものである。この超音波診断装置は、超音波トランスデューサ1と振動ジャイロセンサ2と超音波プローブ軸に垂直な方向の加速度を検出する2つの加速度センサ4a、4bと、超音波プローブの軸方向の加速度を検出する1つの加速度センサ4dとを実装した超音波プローブ3と、超音波を発生させるための駆動信号を生成する送信部4と、超音波トランスデューサ1及び振動ジャイロセンサ2からの電気信号を受信する受信部5と、超音波エコー信号と角度情報から生体内部情報をBモード画像としてモニタ上に表示するための信号処理を行う信号処理部8とを備えている。さらにこの超音波診断装置は、入力部7と、表示部9を備えている。   FIG. 4 shows an overall block diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention. This ultrasonic diagnostic apparatus detects the acceleration in the axial direction of the ultrasonic probe, the vibration gyro sensor 2, the two acceleration sensors 4a and 4b that detect acceleration in the direction perpendicular to the ultrasonic probe axis, and the ultrasonic probe. An ultrasonic probe 3 on which one acceleration sensor 4d is mounted, a transmission unit 4 that generates a drive signal for generating ultrasonic waves, and a reception unit that receives electrical signals from the ultrasonic transducer 1 and the vibration gyro sensor 2 5 and a signal processing unit 8 that performs signal processing for displaying internal biological information as a B-mode image on the monitor from the ultrasonic echo signal and angle information. Further, the ultrasonic diagnostic apparatus includes an input unit 7 and a display unit 9.

超音波プローブ3は被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受信を行うも
のであり、超音波トランスデューサ1をその先端部分に備えている。この超音波トランスデューサ1は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また受信時には超音波信号を電気信号に変換する機能を有している。超音波エコー画像の解像度や感度に大きな影響を与える超音波周波数は図5に示されている超音波トランスデューサ1の圧電体101の厚みとバッキング材120の材質及び厚みによってほぼ決定される。この超音波プローブ3は小型、軽量に構成されており、同軸ケーブルによって後述する送信部4および受信部5に接続されている。
The ultrasonic probe 3 is for transmitting and receiving ultrasonic waves by bringing its front surface into contact with the surface of the subject, and is provided with the ultrasonic transducer 1 at the tip portion thereof. The ultrasonic transducer 1 is an electroacoustic transducer, and has a function of converting an electric pulse into an ultrasonic pulse at the time of transmission and converting an ultrasonic signal into an electric signal at the time of reception. The ultrasonic frequency that greatly affects the resolution and sensitivity of the ultrasonic echo image is substantially determined by the thickness of the piezoelectric body 101 of the ultrasonic transducer 1 and the material and thickness of the backing material 120 shown in FIG. The ultrasonic probe 3 is configured to be small and light, and is connected to a transmitter 4 and a receiver 5 described later by a coaxial cable.

振動ジャイロセンサ2は圧電素子を振動させ、その圧電素子に回転角速度Ωが加わると、もとの振動に対し直角方向にコリオリ力が生じる性質を利用したものである。このコリオリ力を検出用圧電素子で出力電圧として取り出している。振動ジャイロセンサ2は回転角速度を検出するので、検出信号はADコンバータ57でデジタル化された後、積分演算器82で積分され、方位角度に換算されて、超音波トランスデューサ1の方位角度情報としてメモリ86に記録される。   The vibration gyro sensor 2 utilizes the property that when a piezoelectric element is vibrated and a rotational angular velocity Ω is applied to the piezoelectric element, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the original vibration. This Coriolis force is extracted as an output voltage by the detecting piezoelectric element. Since the vibration gyro sensor 2 detects the rotational angular velocity, the detection signal is digitized by the AD converter 57, integrated by the integration calculator 82, converted into an azimuth angle, and stored as azimuth angle information of the ultrasonic transducer 1. 86.

加速度センサ4a、4b、4dは、超音波プローブの軸400に垂直な方向と軸400に平行の方向に加速度が加わるとき、加速度により生じる圧電体の起電力を取り出すものである。この加速度センサで得られる加速度情報から超音波プローブを手動で回転させたときの超音波プローブの回転中心の座標を求める。検出された加速度信号は高入力インピーダンスの回転中心検出回路58及び位置座標検出回路60で増幅・演算処理された後、ADコンバータ59、61でデジタル化され、超音波プローブの回転中心座標情報としてRAM88,89に記録される。   The acceleration sensors 4a, 4b, and 4d extract the electromotive force of the piezoelectric body generated by the acceleration when the acceleration is applied in a direction perpendicular to the axis 400 of the ultrasonic probe and a direction parallel to the axis 400. From the acceleration information obtained by this acceleration sensor, the coordinates of the rotation center of the ultrasonic probe when the ultrasonic probe is manually rotated are obtained. The detected acceleration signal is amplified and calculated by the rotation center detection circuit 58 and the position coordinate detection circuit 60 with high input impedance, and then digitized by the AD converters 59 and 61, and the RAM 88 as rotation center coordinate information of the ultrasonic probe. , 89.

送信部4はパルス発生器43と、パルス遅延回路アレイ42と、FETスイッチアレイ41を備えている。パルス発生器43は被検体の内部に放射する超音波パルスの基準パルスを発生する。パルス遅延回路アレイ42は送信に使用される超音波トランスデューサ1と同数の複数の独立な遅延回路から構成されており、送信時における超音波ビームの収束距離を決定し、所定の深さに超音波を収束するための遅延時間を与えるための遅延回路であり、複数個の超音波トランスデューサを異なるタイミングで駆動する。FETスイッチアレイ41は超音波トランスデューサ1を駆動するための高圧パルスを生成するFETスイッチ回路アレイである。FETスイッチアレイ41はパルス遅延回路アレイ42と同様にして、送信に使用される超音波トランスデューサ1と同数の複数の独立な駆動回路を有しており、超音波プローブ3に内蔵された超音波トランスデューサ1を駆動し、超音波を放射するための駆動パルスを形成する。
The transmission unit 4 includes a pulse generator 43, a pulse delay circuit array 42, and an FET switch array 41. The pulse generator 43 generates a reference pulse of the ultrasonic pulse radiated into the subject. The pulse delay circuit array 42 is composed of a plurality of independent delay circuits equal in number to the ultrasonic transducers 1 used for transmission, determines the convergence distance of the ultrasonic beam at the time of transmission, and sets the ultrasonic wave to a predetermined depth. Is a delay circuit for giving a delay time for converging, and drives a plurality of ultrasonic transducers at different timings. The FET switch array 41 is an FET switch circuit array that generates a high-voltage pulse for driving the ultrasonic transducer 1. The FET switch array 41 has the same number of independent drive circuits as the ultrasonic transducers 1 used for transmission in the same manner as the pulse delay circuit array 42, and the ultrasonic transducers built in the ultrasonic probe 3. 1 is driven to form a driving pulse for emitting ultrasonic waves.

受信部5は信号ゲート51と、プリアンプ52と、対数変換アンプ53と、ADコンバータ54を備えている。プリアンプ52は超音波トランスデューサ1によって電気信号に変換された微小信号を増幅し十分なS/Nを確保する。一般に被検体内からの受信信号は80dB以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しているため、弱い信号を強調しダイナミックレンジを狭くして画像として表示可能となるようにするため、対数変換アンプ53は入力信号に対して検波を行い、超音波周波数成分を除去してその包絡線の振幅のみを検出し、同時にその振幅を対数変換する。ADコンバータ54はこの対数変換アンプ53の出力信号をAD変換する。なお、送信部4と受信部5で図6に示す信号駆動検出ユニット300を構成する。信号駆動検出ユニット300には検知センサとなる超音波プローブ検出センサ310が設けられている。   The receiving unit 5 includes a signal gate 51, a preamplifier 52, a logarithmic conversion amplifier 53, and an AD converter 54. The preamplifier 52 amplifies a minute signal converted into an electric signal by the ultrasonic transducer 1 to ensure sufficient S / N. In general, the received signal from within the subject has an amplitude with a wide dynamic range of 80 dB or more, so that the weak signal is emphasized and the dynamic range is narrowed so that it can be displayed as an image. The amplifier 53 detects the input signal, removes the ultrasonic frequency component, detects only the amplitude of the envelope, and simultaneously logarithmically converts the amplitude. The AD converter 54 AD converts the output signal of the logarithmic conversion amplifier 53. The transmission unit 4 and the reception unit 5 constitute a signal drive detection unit 300 shown in FIG. The signal drive detection unit 300 is provided with an ultrasonic probe detection sensor 310 serving as a detection sensor.

入力部7は操作パネル上から、装置の動作条件を入力するために用いられる。また様々な画質条件設定などの指示を行うこともできる。信号処理部8は受信した超音波信号と振動ジャイロセンサ2と加速度センサ4a、4b、4dからの信号とから演算処理を行い、
Bモード画像データを算出する。表示部9はカラーモニタで構成され、Bモード画像データの表示を行うことができる。
The input unit 7 is used for inputting operation conditions of the apparatus from the operation panel. It is also possible to instruct various image quality condition settings. The signal processing unit 8 performs arithmetic processing from the received ultrasonic signal, the signals from the vibration gyro sensor 2 and the acceleration sensors 4a, 4b, and 4d,
B-mode image data is calculated. The display unit 9 is composed of a color monitor and can display B-mode image data.

CPU81は受信部5からの信号をRAM86、87、88、89に一旦格納したのち、所定の演算アルゴリズムにしたがって座標変換85を行い、表示部9にBモード画像として表示する。CPU81は、その内部にプログラムなどを記憶するROM、データや途中の処理結果などを記憶するRAMなどの記憶手段を有しており、ROMに記憶しているプログラムの指示に従って演算処理を行う一般的なマイクロプロセッサである。   The CPU 81 temporarily stores the signals from the receiving unit 5 in the RAMs 86, 87, 88, and 89, performs coordinate conversion 85 according to a predetermined calculation algorithm, and displays the converted data on the display unit 9 as a B-mode image. The CPU 81 has a storage means such as a ROM for storing programs and the like therein, and a RAM for storing data, intermediate processing results, and the like, and generally performs arithmetic processing in accordance with instructions of the programs stored in the ROM. A microprocessor.

次に、図1を用いて本発明の超音波診断装置の第一の実施の形態における超音波プローブ3の構造を説明する。超音波プローブ3は円筒状のケーシング38、基板31、超音波トランスデューサ1、振動ジャイロセンサ2、2つの加速度センサ4a、4bと1つの加速度センサ4d、音波伝達体32、コネクタ34、皮膜39を備えている。基板31は、コネクタ34、超音波トランスデューサ1、振動ジャイロセンサ2、加速度センサ4a、4b、4cの配設及び音波伝達体32を固定する基台の役割も有している。コネクタ34は、受信部5との接続を行う。超音波トランスデューサ1、振動ジャイロセンサ2、加速度センサ4a、4b、4dからの電気信号は、図示しない基板31上の配線接続手段を介してコネクタ34に接続している。   Next, the structure of the ultrasonic probe 3 in the first embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The ultrasonic probe 3 includes a cylindrical casing 38, a substrate 31, an ultrasonic transducer 1, a vibration gyro sensor 2, two acceleration sensors 4 a and 4 b and one acceleration sensor 4 d, a sound transmission body 32, a connector 34, and a coating 39. ing. The substrate 31 also has a role of a base for fixing the acoustic wave transmission body 32 and the arrangement of the connector 34, the ultrasonic transducer 1, the vibration gyro sensor 2, the acceleration sensors 4a, 4b, and 4c. The connector 34 connects to the receiving unit 5. Electrical signals from the ultrasonic transducer 1, the vibration gyro sensor 2, and the acceleration sensors 4a, 4b, and 4d are connected to the connector 34 via a wiring connection unit on the substrate 31 (not shown).

本発明の超音波診断装置は、超音波プローブ3を生体に押接し、目的の生体組織を超音波ビームが掃引するよう、手動で超音波プローブ3と生体との接触部付近を中心として回転走査することにより、生体内からの超音波エコー信号と振動ジャイロセンサ2で検出した超音波プローブ3の方位角度と2つの加速度センサ4a、4bから検出した加速度情報と1つの加速度センサ4dから検出した軸方向移動量から、座標変換85を施し生体内部組織のBモード画像を構成するものである。   In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the ultrasonic probe 3 is pressed against the living body, and is manually rotated and scanned around the contact portion between the ultrasonic probe 3 and the living body so that the ultrasonic beam is swept through the target living tissue. By doing so, the ultrasonic echo signal from the living body, the azimuth angle of the ultrasonic probe 3 detected by the vibration gyro sensor 2, the acceleration information detected from the two acceleration sensors 4a and 4b, and the axis detected from one acceleration sensor 4d A B-mode image of the internal tissue of the living body is constructed by applying coordinate transformation 85 from the amount of directional movement.

生体内部の音響インピーダンスの異なる組織の界面から反射された超音波は送信時と同一の超音波トランスデューサ1で受信され、超音波トランスデューサ1は受信信号としてエコー信号を発生する。このエコー信号は、信号ゲート51で送信信号から分離され、エコー信号のみがプリアンプ52、対数変換アンプ53、ADコンバータ54を介してRAM87に格納される。   The ultrasonic waves reflected from the interface between tissues having different acoustic impedances inside the living body are received by the same ultrasonic transducer 1 as that used for transmission, and the ultrasonic transducer 1 generates an echo signal as a received signal. This echo signal is separated from the transmission signal by the signal gate 51, and only the echo signal is stored in the RAM 87 via the preamplifier 52, logarithmic conversion amplifier 53, and AD converter 54.

以下に超音波プローブ3の詳細な説明を記す。本発明の超音波トランスデューサ1は送信および受信の両方に使用するように構成された同心円状に配置された複数の圧電素子からなる。
送信部4から送信された駆動パルスが超音波トランスデューサ1に印加されると、超音波トランスデューサ1内の圧電素子が駆動パルスによって励振され、超音波を発生する。
A detailed description of the ultrasonic probe 3 will be described below. The ultrasonic transducer 1 of the present invention comprises a plurality of concentrically arranged piezoelectric elements configured to be used for both transmission and reception.
When the drive pulse transmitted from the transmission unit 4 is applied to the ultrasonic transducer 1, the piezoelectric element in the ultrasonic transducer 1 is excited by the drive pulse to generate an ultrasonic wave.

超音波トランスデューサ1の固有共振周波数は高い方が分解能は高いが、生体内での吸収も多くなるため、対象により適切な固有共振周波数を選択する。本発明では、生体内部の組織診断を想定して説明するので、固有共振周波数を4MHzとする。   The higher the natural resonance frequency of the ultrasonic transducer 1 is, the higher the resolution is. In the present invention, description will be made on the assumption of tissue diagnosis inside the living body, so that the natural resonance frequency is 4 MHz.

したがって、本発明で用いる超音波エコー法では、まず、超音波送信部4のパルス発生器43でパルス幅200ns程度の電気パルスを基準周波数10kHz、すなわち時間間隔100μs間隔で生成し、この電気パルスをパルス遅延回路42に送り、超音波トランスデューサ1で発生する超音波波面が深さ方向の決められた点で順次収束するように、時間的に焦点位置が変化するいわゆるダイナミックフォーカスが実現するように遅延を与える。   Therefore, in the ultrasonic echo method used in the present invention, first, an electric pulse having a pulse width of about 200 ns is generated at a reference frequency of 10 kHz, that is, at a time interval of 100 μs by the pulse generator 43 of the ultrasonic transmission unit 4, and this electric pulse is generated. Delayed so as to realize so-called dynamic focus in which the focal position changes with time so that the ultrasonic wavefront generated by the ultrasonic transducer 1 is successively converged at predetermined points in the depth direction. give.

なお、本発明では超音波トランスデューサ1から放射される超音波のビーム進行方向での収束方法をダイナミックフォーカスとし、超音波ビームの走査のみを手動で行っている。このようにすることで著しく電子回路の構成が簡単となり装置が小型となる。さらに、超音波トランスデューサ1から放射される超音波をダイナミックフォーカスとせず、固定の曲率を持つ超音波トランスデューサから放射され、球面波として伝播し、所定の位置で収束させるようにしてもよい。この場合は、一層装置を小型・低価格とすることができる。ただし、この場合は超音波ビームの焦点深度は深くなく、得られる画像の鮮明度がダイナミックフォーカスに比べていくらか劣るが実用上は十分である。   In the present invention, the focusing method in the beam traveling direction of the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer 1 is the dynamic focus, and only the scanning of the ultrasonic beam is manually performed. This remarkably simplifies the configuration of the electronic circuit and reduces the size of the device. Furthermore, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transducer 1 may be emitted from an ultrasonic transducer having a fixed curvature, propagated as a spherical wave, and converged at a predetermined position without using dynamic focus. In this case, the apparatus can be further reduced in size and price. However, in this case, the focal depth of the ultrasonic beam is not deep, and the sharpness of the obtained image is somewhat inferior to that of the dynamic focus, but it is sufficient for practical use.

図1に示すように、本発明の超音波診断装置の超音波トランスデューサ1は音波伝達体32の内部に設けられている。音波伝達体32は、皮膚と同程度の音響インピーダンスを有するシリコンゲルなどの高分子ゲルで構成することが好ましい。音波伝達体32はポリウレタンやポリスチレン等の皮膜39により被覆され保護される。音波伝達体32をキャップ式にして交換可能となるようにしておけば、皮膜39を使用しなくてもよい。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic transducer 1 of the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is provided inside a sound wave transmitting body 32. The acoustic wave transmission body 32 is preferably composed of a polymer gel such as silicon gel having an acoustic impedance comparable to that of the skin. The acoustic wave transmission body 32 is covered and protected by a film 39 such as polyurethane or polystyrene. If the sonic transmission body 32 is made to be replaceable by a cap type, the coating 39 need not be used.

図5を用いて超音波トランスデューサ1の構造を説明する。超音波トランスデューサ1に用いられる圧電体101としては、例えばPVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の高分子圧電材料や、あるいはこれらの高分子圧電材料とチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の無機圧電材料との複合体等が用いられる。また、圧電体101の両面上には表電極110、裏電極111が形成されている。これら電極と裏電極にそれぞれ図示しないリード線の一端が電気的に接続されている。電気パルス幅200nsに対して共振周波数4MHzとなるようにするために、圧電体101の厚さは、50μm〜60μmが好適である。また、厚さ40μmの銅板からなるバッキング材120により背面への超音波が前面側へ反射されパルス幅の短かい超音波パルスが効率的に発生される。生体内部へ超音波を細いビームとして入射するには圧電体101の直径は4〜5mmが好適である。圧電体の前面は図示しない保護膜によって被覆されている。   The structure of the ultrasonic transducer 1 will be described with reference to FIG. As the piezoelectric body 101 used for the ultrasonic transducer 1, for example, a polymer piezoelectric material such as PVDF (polyvinylidene fluoride), or an inorganic piezoelectric material such as these polymer piezoelectric materials and lead zirconate titanate (PZT). Or a complex thereof. A front electrode 110 and a back electrode 111 are formed on both surfaces of the piezoelectric body 101. One end of a lead wire (not shown) is electrically connected to the electrode and the back electrode. In order to achieve a resonance frequency of 4 MHz with respect to an electric pulse width of 200 ns, the thickness of the piezoelectric body 101 is preferably 50 μm to 60 μm. Also, the ultrasonic wave toward the back surface is reflected to the front surface side by the backing material 120 made of a copper plate having a thickness of 40 μm, and an ultrasonic pulse with a short pulse width is efficiently generated. In order to make ultrasonic waves enter the living body as a thin beam, the diameter of the piezoelectric body 101 is preferably 4 to 5 mm. The front surface of the piezoelectric body is covered with a protective film (not shown).

バッキング材120は基体130に固定される。基体130はバッキング材120及び圧電体101の固定基板であり、バッキング材120が好適な条件で振動するようにバッキング材120の周辺のみで固定されている。バッキング材120のPVDFとの反対側には不要なバッキング材の振動を吸収して除くために高粘性の高分子ゲル140が貼付される。   The backing material 120 is fixed to the base body 130. The base 130 is a fixed substrate for the backing material 120 and the piezoelectric body 101, and is fixed only around the backing material 120 so that the backing material 120 vibrates under suitable conditions. A high-viscosity polymer gel 140 is affixed to the opposite side of the backing material 120 to the PVDF to absorb and remove unnecessary vibration of the backing material.

圧電体101には、リード線間に20V程度のパルス電圧を印加することにより超音波をパルス的に発生する。このとき生体内に入射されるエネルギーはおおよそ4mWであり、生体に与える影響は皆無と考えてよい。   The piezoelectric body 101 generates ultrasonic waves in a pulsed manner by applying a pulse voltage of about 20 V between the lead wires. At this time, the energy incident on the living body is approximately 4 mW, and it may be considered that there is no influence on the living body.

振動ジャイロセンサ2について説明する。振動ジャイロセンサ2は一般的な振動ジャイロセンサでよいが、本発明では3脚振動ジャイロセンサを用いる。3脚振動ジャイロセンサは、振動している圧電体に回転角速度Ωを加えたとき、もとの振動に対し直角方向に生じたコリオリ力を検出用圧電体で出力電圧として取り出すものである。振動ジャイロセンサ2は回転角速度を検出するので、検出信号はADコンバータ57でデジタル化された後、積分演算82が行われ超音波プローブ1の方位角参照情報としてRAM86に記録される。   The vibration gyro sensor 2 will be described. The vibration gyro sensor 2 may be a general vibration gyro sensor, but a three-leg vibration gyro sensor is used in the present invention. The tripod vibration gyro sensor extracts a Coriolis force generated in a direction perpendicular to the original vibration as an output voltage by a detection piezoelectric body when a rotational angular velocity Ω is applied to the vibrating piezoelectric body. Since the vibration gyro sensor 2 detects the rotational angular velocity, the detection signal is digitized by the AD converter 57, and then the integration calculation 82 is performed and recorded in the RAM 86 as the azimuth angle reference information of the ultrasonic probe 1.

加速度センサ4a、4bは加速度検出方向が超音波プローブ3の軸400に垂直かつ基板31に平行になるように固定される。加速度センサ4dは加速度検出方向が超音波プローブの軸400と平行になるように固定される。加速度センサは加速度を検出するので、検出信号は高入力インピーダンスの軸方向加速度検出回路60で増幅された後、ADコンバータ61でデジタル化され、超音波プローブ3の軸400の方向の加速度情報としてR
AM84に記録される。
The acceleration sensors 4 a and 4 b are fixed so that the acceleration detection direction is perpendicular to the axis 400 of the ultrasonic probe 3 and parallel to the substrate 31. The acceleration sensor 4d is fixed so that the acceleration detection direction is parallel to the axis 400 of the ultrasonic probe. Since the acceleration sensor detects acceleration, the detection signal is amplified by the high-input-impedance axial acceleration detection circuit 60, digitized by the AD converter 61, and R as acceleration information in the direction of the axis 400 of the ultrasonic probe 3.
Recorded in AM84.

次に超音波プローブ3を手動で回転させ、生体内のBモード画像を得る方法について図2、図3を用いて詳細な説明を記す。図示しない超音波プローブ3を手動で回転させた場合、図2で模式的に示されるように、一般的には超音波プローブ3を操作している手のぶれや、被測定体の生体表面700や生体内部組織750の状態によって、超音波プローブ3の回転中心420は例えば420aから420fへと移動するため超音波プローブ3の回転中心の検出を行う必要がある。回転中心の検出には超音波プローブ3の局所回転中心と、超音波プローブ3の位置座標を求める。超音波プローブ3の位置座標は、超音波プローブ3の軸400の方向の加速度を求め、その時刻での方位角度を考慮して超音波プローブ3の絶対空間における平行移動量から算出する。   Next, a method for manually rotating the ultrasonic probe 3 to obtain an in-vivo B-mode image will be described in detail with reference to FIGS. When the ultrasonic probe 3 (not shown) is manually rotated, as schematically shown in FIG. 2, generally, the hand operating the ultrasonic probe 3 or the living body surface 700 of the measurement object is measured. Depending on the state of the internal tissue 750 or the living body, the rotation center 420 of the ultrasonic probe 3 moves from 420a to 420f, for example, so that it is necessary to detect the rotation center of the ultrasonic probe 3. For detection of the rotation center, the local rotation center of the ultrasonic probe 3 and the position coordinates of the ultrasonic probe 3 are obtained. The position coordinates of the ultrasonic probe 3 are calculated from the amount of parallel movement of the ultrasonic probe 3 in the absolute space by obtaining the acceleration in the direction of the axis 400 of the ultrasonic probe 3 and considering the azimuth angle at that time.

まず、超音波プローブ3の瞬間的な局所回転中心を求めるために、図3に示すように加速度センサ4a、4bでその位置の超音波プローブ3の軸400に垂直な方向の加速度を検出し、加速度信号の正負及び大小から以下の手順で超音波プローブ3の瞬間的な局所回転中心を決定する。   First, in order to obtain the instantaneous local rotation center of the ultrasonic probe 3, as shown in FIG. 3, the acceleration sensors 4a and 4b detect acceleration in a direction perpendicular to the axis 400 of the ultrasonic probe 3 at that position, The instantaneous local rotation center of the ultrasonic probe 3 is determined from the positive / negative and magnitude of the acceleration signal by the following procedure.

図3で、加速度センサ4aの超音波プローブ3の位置座標を示している超音波プローブ3の先端からの距離をLa、加速度センサ4bの超音波プローブ3の先端からの距離をLbとする。d=La−Lbとする。超音波プローブ3の局所回転中心の超音波プローブ3の先端からの距離をLc、加速度センサ4aの出力をVa、加速度センサ4bの出力をVbとする。VaとVbの比をκとする。すなわちκ=Va/Vbとする。この除算は一般の割算専用の演算増幅器、例えばAD534を用いて行うことができ、入力をVa、Vbとして出力としてκを得ることができる。   In FIG. 3, the distance from the tip of the ultrasonic probe 3 indicating the position coordinates of the ultrasonic probe 3 of the acceleration sensor 4a is La, and the distance from the tip of the ultrasonic probe 3 of the acceleration sensor 4b is Lb. d = La−Lb. The distance from the tip of the ultrasonic probe 3 at the local rotation center of the ultrasonic probe 3 is Lc, the output of the acceleration sensor 4a is Va, and the output of the acceleration sensor 4b is Vb. Let the ratio of Va and Vb be κ. That is, κ = Va / Vb. This division can be performed using a general operational amplifier dedicated to division, for example, AD534, and the input can be Va and Vb, and κ can be obtained as the output.

実際に手動で超音波プローブ3の回転操作を行った場合、超音波プローブ3の局所回転中心は特定の位置に固定されずLcが異なる様々な位置となり、超音波プローブ3の局所回転中心と2つの加速度センサ4a、4bとの位置関係によって次のように3つの場合に分けて考えることができる。それぞれの場合によってLcがd、κ、Lbを用いて次のように求まる。
1)超音波プローブ3の局所回転中心が加速度センサ4bより生体側にある場合は、
Lc=d/(κ−1)−Lb
2)超音波プローブの局所回転中心が加速度センサ4aより外側(生体より離れている方)にある場合は、
Lc=−d/(κ−1)+Lb
3)超音波プローブの局所回転中心が加速度センサ4aと加速度センサ4bの間にある場合は、
Lc=d/(1−κ)+Lb
以上の式から超音波プローブ3の局所回転中心の超音波プローブ3の先端からの距離Lcが求められる。
When the rotation operation of the ultrasonic probe 3 is actually performed manually, the local rotation center of the ultrasonic probe 3 is not fixed at a specific position and is in various positions with different Lc. Depending on the positional relationship between the two acceleration sensors 4a and 4b, the following three cases can be considered. In each case, Lc is obtained as follows using d, κ, and Lb.
1) When the local rotation center of the ultrasonic probe 3 is closer to the living body than the acceleration sensor 4b,
Lc = d / (κ−1) −Lb
2) When the local rotation center of the ultrasonic probe is outside the acceleration sensor 4a (away from the living body),
Lc = −d / (κ−1) + Lb
3) When the local rotation center of the ultrasonic probe is between the acceleration sensor 4a and the acceleration sensor 4b,
Lc = d / (1-κ) + Lb
From the above formula, the distance Lc from the tip of the ultrasonic probe 3 at the local rotation center of the ultrasonic probe 3 is obtained.

次に、加速度センサ4dの出力から一般的な差分法等の数値演算を施すことによって超音波プローブ3の軸400の方向の変位が求められ、超音波プローブ3の位置座標が算出される。   Next, a displacement in the direction of the axis 400 of the ultrasonic probe 3 is obtained by performing a numerical operation such as a general difference method from the output of the acceleration sensor 4d, and the position coordinates of the ultrasonic probe 3 are calculated.

この超音波プローブ3の局所回転中心座標と超音波プローブ3の位置座標とから超音波プローブ3の絶対空間における回転中心座標が求まり、Bモード画像を構成することが出来る。   The rotation center coordinates in the absolute space of the ultrasonic probe 3 can be obtained from the local rotation center coordinates of the ultrasonic probe 3 and the position coordinates of the ultrasonic probe 3, and a B-mode image can be constructed.

手動走査によっては完全に一定の角速度で超音波プローブ3を回転させることはほとんど不可能であるから、加速度信号が厳密に0になることは有り得ない。したがって、 κ=Va/Vbの除算でVbが0となって商が無限大となることはない。しかしながら、κに相当する演算増幅器の出力が、電源電圧に依存する飽和出力となることは有り得る。この場合はVbが非常に小さくなったときであるから、演算増幅器の出力が飽和出力となっている場合は、超音波プローブ3は加速度センサ4bの位置を中心とする回転運動を行っていると近似して差し支えない。   Since it is almost impossible to rotate the ultrasonic probe 3 at a completely constant angular velocity by manual scanning, the acceleration signal cannot be exactly zero. Therefore, the division of κ = Va / Vb does not make Vb 0 and the quotient does not become infinite. However, the output of the operational amplifier corresponding to κ may be a saturated output that depends on the power supply voltage. In this case, Vb is very small. Therefore, when the output of the operational amplifier is saturated, the ultrasonic probe 3 is performing a rotational motion around the position of the acceleration sensor 4b. It can be approximated.

次に、本発明の超音波診断装置を用いてBモード画像を構成する方法について説明する。
超音波プローブ3はたとえばt0の時点で最初に生体表面に対して垂直となるように置かれる。ここで超音波プローブ3の方位角度が0°となるように図示しないスイッチにより電気的にリセットして積分演算82の出力が0Vとなるようにする。回転走査動作が開始され超音波プローブ3は所定の負の角度まで適切な速度で回転させられる。その時刻をt1とする。それから、超音波プローブ3を好ましくは一定の角速度で正の所定の角度まで回転させる。
Next, a method for constructing a B-mode image using the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention will be described.
For example, the ultrasonic probe 3 is first placed so as to be perpendicular to the living body surface at time t0. Here, the output of the integration calculation 82 is set to 0 V by electrical resetting by a switch (not shown) so that the azimuth angle of the ultrasonic probe 3 becomes 0 °. The rotational scanning operation is started and the ultrasonic probe 3 is rotated at an appropriate speed up to a predetermined negative angle. Let that time be t1. Then, the ultrasonic probe 3 is rotated to a positive predetermined angle, preferably at a constant angular velocity.

この間に超音波トランスデューサ1は被検体に超音波を送信し、一定時間経過後に生体内部の音響インピーダンスの異なる組織の界面から反射された超音波エコーを受信し、超音波エコー信号は適切な処理を施された後で、RAM87に格納される。検出された角速度は積分され、対応する時間に於ける超音波プローブ3の方位角度が生体表面に対する法線を基準としてRAM86に格納される。   During this time, the ultrasonic transducer 1 transmits an ultrasonic wave to the subject, receives an ultrasonic echo reflected from the interface of the tissue with different acoustic impedance inside the living body after a certain period of time, and the ultrasonic echo signal performs an appropriate process. After being applied, it is stored in the RAM 87. The detected angular velocity is integrated, and the azimuth angle of the ultrasonic probe 3 at the corresponding time is stored in the RAM 86 with reference to the normal to the living body surface.

回転走査と同時に超音波プローブ3の方位角度情報と局所回転中心座標情報と超音波プローブ3の位置座標と超音波エコー信号情報とから一般的な座標変換を行うことにより生体内のBモード画像を生成することができる。得られたBモード画像は表示部9に表示される。また、精細なBモード画像を得る目的として、回転走査終了後、RAM86、88、89とRAM87の中に格納された超音波プローブ3の方位角度情報と局所回転中心座標情報と超音波プローブ3の位置座標と超音波エコー信号情報とから高度の画像処理を行うこともできる。   Simultaneously with the rotational scanning, the B-mode image in the living body is obtained by performing general coordinate conversion from the azimuth angle information of the ultrasonic probe 3, the local rotation center coordinate information, the position coordinate of the ultrasonic probe 3, and the ultrasonic echo signal information. Can be generated. The obtained B-mode image is displayed on the display unit 9. In addition, for the purpose of obtaining a fine B-mode image, the azimuth angle information, the local rotation center coordinate information of the ultrasonic probe 3 and the ultrasonic probe 3 stored in the RAM 86, 88, 89 and RAM 87 after the end of the rotational scanning. Advanced image processing can also be performed from the position coordinates and ultrasonic echo signal information.

本発明では、超音波プローブ3の空間的な動きを検出するジャイロセンサや加速度センサを備えているので、測定者が超音波プローブ3に適切な動きを与えることによってソフト的に装置全体の動作をコントロールすることが可能である。例えば最終位置で所定の時間、例えば2秒間静止させたら測定終了とする。これにより、操作性が著しく向上し、また、スイッチ類の数を少なくすることが出来るので、故障の軽減にも寄与する。   In the present invention, since the gyro sensor and the acceleration sensor for detecting the spatial movement of the ultrasonic probe 3 are provided, the measurement person gives an appropriate movement to the ultrasonic probe 3 so that the operation of the entire apparatus can be performed in software. It is possible to control. For example, the measurement is terminated when it is left at a final position for a predetermined time, for example, 2 seconds. Thereby, the operability is remarkably improved and the number of switches can be reduced, which contributes to the reduction of failure.

以上説明したことを用いて本発明の超音波診断装置でBモード画像を構成する方法について、図6に示される信号駆動検出ユニット300に収納された超音波プローブ3を操作する実際の手続きをステップを追って説明する。

ステップ1:
測定者が信号駆動検出ユニット300に収められた超音波プローブ3を信号駆動検出ユニット300から取り出すことにより、検知センサとなる超音波プローブ検出センサ310が超音波プローブ3が取り出されたことを検出し信号駆動検出ユニット300の電源、信号処理部8及び表示部9の電源がスリープ状態から復帰しオンとなる。

ステップ2:
測定者が超音波プローブ3の先端を生体700に軽く押し当て、超音波プローブの中心軸が生体700に概ね垂直となるように保持する。この時刻をT1とする。この状態で所定
の時間、超音波プローブ3を、たとえば2秒間程度静止させる。

ステップ3:
振動ジャイロセンサ2の出力をモニタしているCPU81は、超音波プローブ3を静止させることによってその値が所定の値以下となったと判断し、そのときの超音波プローブ3の中心軸方向が生体に垂直方向であるとし、表示部9に表示すべきBモード画像の生体に垂直方向に相当する線を決定する。ここで超音波プローブ3の方位角度が0°となるように図示しないスイッチにより電気的にリセットして積分演算82の出力が0Vとなるようにする。

ステップ4:
測定者が超音波プローブ3を適切な速度で走査開始の初期位置まで手動で回転して持ってくる。この時刻をT2とする通常は所定の負の角度までたとえば−50°とする。そこで所定の時間、たとえば超音波プローブ3を2秒間程度再び静止させる。CPUはその位置を測定スタートとして判断する。

ステップ5:
測定者は超音波プローブ3を一定の角速度で正の方向に手動で回転させる。そのとき振動ジャイロセンサ2の出力として検出された角速度は積分演算82で積分され対応する時間に於ける超音波プローブ3の方位角度として決定される。また同時に方位角度はRAM86に格納される。

ステップ6:
CPU81は決定された超音波プローブの方向に対応して表示部9上にBモード時間軸を配置し、2つの加速度センサ4a、4bの出力から超音波プローブ3の局所回転中心座標を計算し、その局所回転中心と超音波プローブ3の絶対空間に於ける位置座標から回転中心座標を求め、そこを中心にして、微小時間Δtの間にBモード時間軸を回転させ、超音波エコーデータのエコー相当時刻に対応してBモード時間軸の輝度を変調し表示部9にBモード画像として表示する。

ステップ7:
CPU81は経過した微小時間Δtに対応して加速度センサ4dの出力を積分して、微小時間Δtの間に超音波プローブ3の軸方向変位を求め、超音波プローブ3の位置座標を超音波プローブ3の中心軸方向にその変位だけずらし、超音波プローブ3の位置座標を確定する。

ステップ8: 測定者はステップ4からステップ7を繰り返しながら、超音波プローブ3を最終位置まで回転させる。

ステップ9:
測定者が超音波プローブ3を最終位置まで回転させ、そこで所定の時間、たとえば2秒間程度、再度静止させる。振動ジャイロセンサ2の出力をモニタしているCPU81は、超音波プローブ3を静止させることによってその値が所定の値以下となったと判断し、測定終了と判断する。

ステップ10:
測定者が信号駆動検出ユニット300に超音波プローブ3を収めると、超音波プローブ検出センサ310が超音波プローブ3が収納されたことを検出し信号駆動検出ユニット300の電源、信号処理部8及び表示部9の電源をスリープ状態にする。
The method for constructing a B-mode image with the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention using what has been described above is a step of the actual procedure for operating the ultrasonic probe 3 housed in the signal drive detection unit 300 shown in FIG. I will explain later.

Step 1:
When the measurer takes out the ultrasonic probe 3 contained in the signal drive detection unit 300 from the signal drive detection unit 300, the ultrasonic probe detection sensor 310 serving as a detection sensor detects that the ultrasonic probe 3 has been taken out. The power source of the signal drive detection unit 300 and the power source of the signal processing unit 8 and the display unit 9 are restored from the sleep state and turned on.

Step 2:
The measurer lightly presses the tip of the ultrasound probe 3 against the living body 700 and holds the ultrasound probe so that the central axis of the ultrasound probe is substantially perpendicular to the living body 700. This time is T1. In this state, the ultrasonic probe 3 is kept stationary for a predetermined time, for example, for about 2 seconds.

Step 3:
The CPU 81 monitoring the output of the vibration gyro sensor 2 determines that the value has become equal to or less than a predetermined value by stopping the ultrasonic probe 3, and the direction of the central axis of the ultrasonic probe 3 at that time is determined by the living body. A line corresponding to the vertical direction of the living body of the B-mode image to be displayed on the display unit 9 is determined with the vertical direction. Here, the azimuth angle of the ultrasonic probe 3 is electrically reset by a switch (not shown) so that the azimuth angle of the ultrasonic probe 3 becomes 0 ° so that the output of the integral calculation 82 becomes 0V.

Step 4:
A measurer manually rotates the ultrasonic probe 3 to an initial position for starting scanning at an appropriate speed. Normally, this time is T2, for example, -50 ° up to a predetermined negative angle. Therefore, the ultrasonic probe 3 is stopped again for a predetermined time, for example, about 2 seconds. The CPU determines that position as a measurement start.

Step 5:
The measurer manually rotates the ultrasonic probe 3 in the positive direction at a constant angular velocity. At this time, the angular velocity detected as the output of the vibration gyro sensor 2 is integrated by the integration operation 82 and determined as the azimuth angle of the ultrasonic probe 3 at the corresponding time. At the same time, the azimuth angle is stored in the RAM 86.

Step 6:
The CPU 81 arranges the B-mode time axis on the display unit 9 corresponding to the determined direction of the ultrasonic probe, calculates the local rotation center coordinates of the ultrasonic probe 3 from the outputs of the two acceleration sensors 4a and 4b, The rotation center coordinates are obtained from the position of the local rotation center and the position of the ultrasonic probe 3 in the absolute space, and the B-mode time axis is rotated for a minute time Δt around that position, thereby echoing the ultrasonic echo data. The luminance of the B-mode time axis is modulated corresponding to the corresponding time and displayed on the display unit 9 as a B-mode image.

Step 7:
The CPU 81 integrates the output of the acceleration sensor 4d corresponding to the elapsed minute time Δt, obtains the axial displacement of the ultrasonic probe 3 during the minute time Δt, and determines the position coordinates of the ultrasonic probe 3 as the ultrasonic probe 3. The position coordinates of the ultrasonic probe 3 are determined by shifting the displacement in the direction of the central axis of the ultrasonic probe 3.

Step 8: The measurer rotates the ultrasonic probe 3 to the final position while repeating Step 4 to Step 7.

Step 9:
The measurer rotates the ultrasonic probe 3 to the final position, and then rests again for a predetermined time, for example, about 2 seconds. The CPU 81 that monitors the output of the vibration gyro sensor 2 determines that the value has become a predetermined value or less by stopping the ultrasonic probe 3, and determines that the measurement is completed.

Step 10:
When the measurer puts the ultrasonic probe 3 in the signal drive detection unit 300, the ultrasonic probe detection sensor 310 detects that the ultrasonic probe 3 has been put in, and the power source, the signal processing unit 8 and the display of the signal drive detection unit 300 are detected. The power supply of the unit 9 is set to the sleep state.

高精細なBモード画像を得るために、超音波プローブ3の走査終了後にRAM86、RAM87、RAM88、RAM89の中に格納されている超音波プローブ3の方位角度情報と超音波エコー信号情報と回転中心情報と超音波プローブ3の位置座標から高度の画像処理を施すことも可能である。得られたBモード画像は表示部9に表示される。   In order to obtain a high-definition B-mode image, the azimuth angle information, ultrasonic echo signal information, and rotation center of the ultrasonic probe 3 stored in the RAM 86, RAM 87, RAM 88, and RAM 89 after the scanning of the ultrasonic probe 3 is completed. It is also possible to perform advanced image processing from the information and the position coordinates of the ultrasonic probe 3. The obtained B-mode image is displayed on the display unit 9.

ステップ3において超音波プローブを所定の負の角度まで回転し、走査の初期位置まで持ってくるときの回転角速度は、たとえば50(度/秒)程度であり、T1からT2までの時間は、2秒程度であるとよい。すなわち、掃引角度として100度程度となる。また、ステップ4では振動ジャイロセンサ2で角速度を検出しているのであるから、回転速度は必ずしも一定の角速度である必要はなく、原理的には任意で良いのであるが、極端に速いと振動ジャイロセンサ2の信号を処理する電子回路で電源電圧の制約により振動ジャイロセンサ2の信号が飽和してしまうこともあり得るのである程度一定の方が好ましい。   In step 3, the rotational angular velocity when the ultrasonic probe is rotated to a predetermined negative angle and brought to the initial scanning position is, for example, about 50 (degrees / second), and the time from T1 to T2 is 2 It should be around seconds. That is, the sweep angle is about 100 degrees. In step 4, since the angular velocity is detected by the vibration gyro sensor 2, the rotational speed does not necessarily have to be a constant angular velocity, and in principle, it may be arbitrary, but if it is extremely fast, the vibration gyro The electronic circuit that processes the signal of the sensor 2 may saturate the signal of the vibration gyro sensor 2 due to power supply voltage restrictions.

以上説明したように、本発明の超音波診断装置によれば、誰でも生体内の2次元的な断面を超音波Bモード画像として、誰でも簡便にかつ正確に計測することができる。超音波センサの動きを検出するジャイロセンサや加速度センサを備えているので、測定者が超音波プローブに適切な動きを与えることによって装置全体の動作をコントロールすることが可能である。これにより、操作性が著しく向上し、また、スイッチ類の数を少なくすることが出来るので、故障の軽減にも寄与する。また、本発明の超音波診断装置は皮下脂肪厚測定や静脈位置計測、頭蓋骨内の硬膜下血腫あるいは悪性腫瘍などの検出などの簡易測定に応用することができる。   As described above, according to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, anyone can easily and accurately measure a two-dimensional cross section in a living body as an ultrasonic B-mode image. Since the gyro sensor and the acceleration sensor for detecting the movement of the ultrasonic sensor are provided, it is possible for the measurer to control the operation of the entire apparatus by giving an appropriate movement to the ultrasonic probe. Thereby, the operability is remarkably improved and the number of switches can be reduced, which contributes to the reduction of failure. The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention can be applied to simple measurement such as subcutaneous fat thickness measurement, vein position measurement, detection of subdural hematoma or malignant tumor in the skull.

本発明の超音波診断装置は簡便に正しい生体内の断面画像が測定できることから、病院のみならず介護施設などの場においても使用することができる。ベッドサイドでの測定が容易であるから生体に負荷をかけられない被験者への使用に好適である。超音波診断装置全体を超小型軽量にすることができるため、一般家庭の健康管理用としても適している。   Since the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention can easily measure a correct in-vivo cross-sectional image, it can be used not only in a hospital but also in a nursing facility. Since measurement at the bedside is easy, it is suitable for use in a subject who cannot place a load on the living body. Since the entire ultrasound diagnostic apparatus can be made small and light, it is also suitable for general household health management.

本発明の超音波診断装置の実施形態における超音波プローブ部を説明する図である。It is a figure explaining the ultrasonic probe part in embodiment of the ultrasonic diagnosing device of this invention. 本発明の超音波診断装置の実施形態における超音波プローブ部の走査の図である。It is a figure of the scanning of the ultrasonic probe part in embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus of this invention. 超音波プローブ部の回転中心を求める方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of calculating | requiring the rotation center of an ultrasonic probe part. 本発明の超音波診断装置のブロック図である。1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention. 本発明の超音波診断装置の超音波トランスデューサを説明する図である。It is a figure explaining the ultrasonic transducer of the ultrasonic diagnostic apparatus of this invention. 超音波プローブを信号駆動検出ユニットにセットした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which set the ultrasonic probe to the signal drive detection unit. 従来の超音波診断装置を説明する図である。It is a figure explaining the conventional ultrasonic diagnostic apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波トランスデューサ
2 振動ジャイロセンサ
3 超音波プローブ
4a,4b、4d 加速度センサ
32 音波伝達体
400 軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic transducer 2 Vibration gyro sensor 3 Ultrasonic probe 4a, 4b, 4d Acceleration sensor 32 Sonic wave transmission body 400 Axis

Claims (2)

超音波プローブを有し、
該超音波プローブに駆動信号を与えて超音波を送信させるとともに
前記超音波プローブからエコー信号を取り込み、
該エコー信号に基づいて診断情報を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブは
音波伝達体の内部に超音波トランスデューサが埋設され、
該超音波トランスデューサの傾き角度を検出する角速度センサと、
前記超音波プローブの軸に直角方向の加速度を検出する複数の加速度センサと、
前記超音波プローブの軸方向の加速度を検出する加速度センサと、
前記超音波トランスデューサと前記角速度センサと前記加速度センサとを具備する基板とを有する超音波診断装置。
Have an ultrasonic probe,
A drive signal is given to the ultrasonic probe to transmit an ultrasonic wave, and an echo signal is captured from the ultrasonic probe,
An ultrasonic diagnostic apparatus that generates diagnostic information based on the echo signal,
The ultrasonic probe has an ultrasonic transducer embedded in a sound transmission body,
An angular velocity sensor for detecting an inclination angle of the ultrasonic transducer;
A plurality of acceleration sensors for detecting acceleration in a direction perpendicular to the axis of the ultrasonic probe;
An acceleration sensor for detecting an axial acceleration of the ultrasonic probe;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a substrate including the ultrasonic transducer, the angular velocity sensor, and the acceleration sensor.
信号駆動検出ユニットを有し、
該信号駆動検出ユニットは
前記超音波プローブを格納する部分と前記超音波プローブの有無を検知する検知センサとを有することを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
A signal drive detection unit,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the signal-driven detection unit includes a portion that stores the ultrasonic probe and a detection sensor that detects the presence or absence of the ultrasonic probe.
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