JP2998502B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、体腔内に挿入されて、
超音波走査を行う際において、立体的な超音波画像を取
得できるようにした超音波診断装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】体腔内に挿入して超音波診断を行うため
に用いられる超音波診断装置は、患者の体腔内への挿入
部の先端部に超音波振動子を装着し、体外からこの挿入
部の操作を行って、診断すべき部位に超音波振動子を配
置して、体腔内壁から超音波パルスを入射して、その反
射エコーを受信するように構成されている。ここで、超
音波振動子による走査方式として、機械式走査を行うも
のと、電子式走査を行うものとがある。電子式走査を行
うように構成したものにあっては、複数の超音波振動子
が直線状に配列されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子式走査
としては、リニア走査，セクタ走査等が可能であるが、
いずれにしろ、この電子走査式の超音波診断装置で得ら
れる超音波断層像としては、当然、超音波振動子の配列
方向のものとなる。このような電子走査方式で走査して
いる間に、この走査ラインの近接位置の情報を取得する
必要がある場合には、超音波振動子の位置を走査しよう
とする位置にまで移動させなければならないが、体腔内
に挿入されている関係から、超音波振動子の移動量を制
御するのは極めて困難である。また、超音波振動子をラ
イン状に配置したものでは、患部等を立体的に把握でき
るように走査することはできない。勿論、超音波振動子
を二次元的に配列すれば、前述のような走査は可能では
あるものの、超音波振動子の数が多くなり、これに伴っ
てケーブルの本数が著しく増えることになる。ここで、
挿入部内に挿通するケーブルの数が多くなると、それだ
け嵩張るようになり、また断線のおそれも高くなる等の
問題点がある。

【０００４】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、ライン状に配列した超音波振動子を用いた超音
波プローブで立体的な超音波断層像を得ることができる
ようにすることを、その目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明は、挿入部の先端に装着され、複数の超音
波振動子をライン状に配設した回転円板と、この回転円
板を回転駆動する回転駆動部と、この回転駆動部に接続
され、回転円板を遠隔操作により回転させる回転力伝達
手段及びこの回転力伝達手段による回転角を検出するエ
ンコーダと、回転円板の回転角を略１８０°に規制する
ための回転角規制部と、回転円板が回転角規制部により
規制される角度まで回転したことを検出する検出部材と
からなり、前記回転力伝達手段が作動しているが、回転
円板が規制角度位置で停止していることを前記検出部材
で検出して、その間は前記エンコーダの出力信号を無効
にする制御手段とから構成したことをその特徴とするも
のである。

【０００６】

【作用】回転円板に複数の超音波振動子をライン状に配
列することによって、二次元的に超音波振動子を配列す
るものよりケーブルの数を少なくできる。そして、この
回転円板を回転させながら、超音波振動子に駆動パルス
を入力することによって、この超音波振動子が配列され
ているラインの長さを直径とする円形の走査領域が得ら
れる。従って、超音波振動子を設けた回転円板を患部等
に対面させて、この回転円板を回転させながら走査を行
うようにすれば、体腔内における走査範囲としては、円
柱状（リニア走査の場合）または裁頭円錐状（セクタ走
査の場合）となる。

【０００７】ところで、回転円板を一方向に回転させる
ようにすると、ケーブルにねじれが生じることになる。
ケーブルを回転可能なコネクタに接続すれば、常に一方
向に回転させるようにすることも可能であるが、ライン
状に超音波振動子を配設しているとはいえ、かなりの数
のケーブルが必要となり、回転可能型のコネクタの構造
が著しく複雑かつ大型化する。そこで、回転角規制部を
設けることによって、回転円板の回転量を１８０°に規
制し、この回転ストロークのエンド位置で反転させるよ
うにすることによって、ケーブルに負担をかけずに走査
できるようになる。

【０００８】ただし、回転円板は挿入部の先端に設けら
れ、またこの回転円板を回転駆動する駆動部は体腔外に
配置する必要があるので、その間を遠隔操作手段で接続
しなければならない。挿入部が硬質部材で形成されてお
れば、この遠隔操作手段に遊びを持たせる必要はない
が、挿入部を軟性部材で形成されている場合には、遠隔
操作手段を操作ワイヤで形成した時には弛みを防止する
機構を備えるか、または密着コイルばね等のように曲げ
た状態でも回転力を伝達させることができる機構を備え
ていなければならない。このために、駆動部の操作に対
して回転円板の回転遅れが生じることになる。ここで、
超音波画像を取得するには、超音波振動子の位置なり角
度なりのポジション信号と、超音波エコーの受信信号と
が必要となり、回転方向に走査させる場合には、ポジシ
ョン信号を取得するために、ロータリエンコーダが設け
られるが、挿入部を細径化するために、駆動部の配設位
置乃至その近傍に設けられる。従って、回転円板の回転
遅れが生じると、超音波エコー信号とポジション信号と
のマッチングが取れなくなり、正確な超音波走査が行わ
れなくなる。

【０００９】以上の点を考慮して、回転角規制部により
回転円板の動きが規制された時から反転開始までの間に
おいて、ロータリエンコーダによるポジション信号の出
力を無効にするために、検出部材で回転円板が規制角度
位置で停止していることを検出して、この検出信号を制
御手段に送り込んで、この間において出力されるロータ
リエンコーダのポジション信号を無効にする。そして、
回転円板が実際に動き出した時から、ロータリエンコー
ダのポジション信号を制御手段に取り込むようにする。
これによって、超音波エコー信号とポジション信号とが
正確にマッチングする。

【００１０】

【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、図１に超音波診断装置の全体構成を
示す。図中において、１は体腔内への挿入部、２は操作
部、３は超音波観測装置をそれぞれ示す。挿入部１は、
その大半の部位が軟性部材から形成されており、先端構
成部１ａは硬質の部材となっている。操作部２は術者が
把持して操作を行うものであって、このために操作部２
には各種の操作部材が設けられている。例えば、挿入部
１にアングル部を備えている場合には、このアングル部
の湾曲操作を行うためのノブ等が設けられており、また
後述するように、超音波振動子１２のＯＮ，ＯＦＦ制御
用のボタン４及び回転円板１１を回転させるためのモー
タ２１のＯＮ，ＯＦＦ制御用のボタン５が設けられてい
る。さらに、超音波観測装置３は、制御部３ａと、この
制御部３ａで超音波反射エコー信号を処理して、超音波
画像を生成し、この超音波画像を表示するモニタ装置３
ｂとを備えている。

【００１１】図２に挿入部１の先端構成部１ａの断面を
示し、図３にこの先端構成部１ａの内部構造の分解斜視
図を示す。同図から明らかなように、先端構成部１ａ
は、硬質部材からなる先端部本体１０を有し、この先端
部本体１０にはその中央に開口１０ａが形成されてお
り、この開口１０ａには、回転円板１１が装着されてい
る。この回転円板１１の表面には複数の超音波振動子１
２が、その回転中心を通り、ほぼその直径に相当する長
さにわたって１列に配列されている。そして、回転円板
１１の裏面側にはプーリ１３が連設されており、プーリ
１３はホルダ１４に摺動自在に収容されている。また、
回転円板１１における超音波振動子１２を設けた部位に
は音響レンズ１５が嵌合・固定されており、この音響レ
ンズ１５の外周と先端部本体１０の開口１０ａの内面に
対して摺動自在となっており、その間にはシール部材１
６が介装されている。

【００１２】図４に超音波振動子１２を装着した回転円
板１１を遠隔操作により回転駆動する機構の構成を示
す。この図から明らかなように、プーリ１３には、その
外周に凹溝１３ａ，１３ａが形設されており、これら凹
溝１３ａには回転伝達用の操作ワイヤ１７，１７が係合
しており、この操作ワイヤ１７，１７は、ホルダ１４に
形成したワイヤ導出孔１４ａ，１４ａを貫通して挿入部
１内を通り、操作部２内にまで導かれて、駆動プーリ１
８に巻回されている。そして、この駆動プーリ１８には
回転軸１９が取り付けられており、この回転軸１９には
ギア２０が装着されている。ギア２０にはモータ２１の
出力軸に連結したギア２２が噛合しており、モータ２１
を作動させると、ギア２２が回転してギア２０に伝達
し、駆動プーリ１８が回転して、操作ワイヤ１７，１７
が押し引き操作されて、プーリ１３と共に回転円板１１
が回転される。また、ギア２０には、その回転角を検出
して、所定の角度毎に信号を出力するエンコーダ２３の
ギア２４が噛合している。

【００１３】操作ワイヤ１７には、その途中位置におい
て、図５に示したように、弛み防止部材３０が設けられ
ている。この弛み防止部材３０は、ケーシング３１を有
し、操作ワイヤ１７はこのケーシング３１内において、
分割されており（この図５においては、操作ワイヤ１７
のプーリ１３への巻回側のワイヤ部を１７ａ、駆動プー
リ１８への巻回側のワイヤ部を１７ｂの符号を用い
る）、ケーシング３１のワイヤ部１７ａが挿入されてい
る側にはワイヤ挿通路３１ａが穿設されており、このワ
イヤ部１７ａの端部にはワイヤ挿通路３１ａから逸脱す
るのを防止するための膨出部３２が形成されている。従
って、ワイヤ部１７ａはケーシング３１内で所定の範囲
にわたって変位可能となっており、常時にはばね３３に
よってこのワイヤ部１７ａをケーシング３１内に引き込
む方向に付勢されている。また、他方のワイヤ部１７ｂ
にはねじ部材３４が取り付けられており、このねじ部材
３４をケーシング３１の雌ねじ部３１ｂに螺着すること
によって、ワイヤ部１７ｂはケーシング３１は固定され
ている。このように、操作ワイヤ１７に弛み防止部材３
０を設けることによって、挿入部１が挿入経路に沿って
曲がった時に、この操作ワイヤ１７のワイヤ部１７ａが
ケーシング３１内に進退して、挿入部１の柔軟性を保持
すると共に、所定の張力を持つ状態に保持されるように
なっている。

【００１４】前述のように、操作ワイヤ１７を押し引き
操作することによって、超音波振動子１２を装着した回
転円板１１が回転するが、この回転角は１８０°に規制
されている。この回転角規制部材としては、図６に示し
たように、プーリ１３の内面には、９０°の角度分だけ
回転側規制部４０が突設されており、またホルダ１４に
は固定側規制部４１が９０°分だけ形成されており、こ
の固定側規制部４１はプーリ１３の内面に向けて延在さ
れてプーリ１３の内面に対して相対摺動可能となってい
る。従って、プーリ１３が左右いずれかの方向に１８０
°回転すると、規制部４０，４１が当接することになっ
て、それ以上回転しないように規制されることになる。
また、規制部４０，４１の両端には、回転円板１１が回
転ストロークエンド位置まで回転したことを検出する検
出部材としてのスイッチ４２，４３が設けられている。
このスイッチ４２，４３はそれぞれ一対の接点４２ａ，
４３ａ及び４２ｂ，４３ｂから構成され、プーリ１３が
左右いずれかの方向に１８０°回転すると、接点４２ａ
と４３ａまたは接点４２ｂと４３ｂとが接続して、プー
リ１３が回転ストロークエンド位置にまで回転したこと
が検出されるようになっている。これら接点４２ａ，４
３ａ，４２ｂ，４３ｂからのケーブルは、各超音波振動
子１２に接続したケーブルと束ねることによって可撓性
のあるケーブルコード４４として挿入部１内から操作部
２を経て超音波観測装置３に着脱可能に接続されるよう
になっている。また、エンコーダ２３からのケーブルも
操作部２内でこのケーブルコード４４に合流されるよう
になっている。

【００１５】本実施例は以上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。今、１列に配
列した超音波振動子１２でセクタ走査を行うことができ
る構成とされているものとすると、モータ２１の作動を
停止した状態で、ボタン４を操作することによって超音
波振動子１２を作動させると、図７に実線で示したよう
な走査ラインに沿った超音波断層像を取得することがで
き、この超音波断層像をモニタ装置３ｂに表示できる。
このセクタ走査の作動については、従来から周知である
から、その具体的な説明は省略する。

【００１６】一方、ボタン５を操作すると、モータ２１
が作動することになり、駆動プーリ１８が回転して、こ
の駆動プーリ１８に巻回した操作ワイヤ１７が押し引き
操作されて、回転円板１１に連結したプーリ１３が回転
することになり、これによって超音波振動子１２が装着
されている回転円板１１が回転する。この間に、エンコ
ーダ２３では回転円板１１の回転角が検出されており、
このエンコーダ２３からの超音波振動子１２のポジショ
ン信号を超音波観測装置３の制御部３ａに取り込んで、
所定角度毎に超音波振動子１２にトリガ信号を供給する
ことによって、体腔内壁から超音波パルス信号が入射さ
れ、かつその反射エコー信号を受信し、この受信信号は
超音波観測装置３に伝送されて、所定の信号処理を行え
ば、図７に仮想線で示したように、略裁頭円錐状の範囲
の超音波断層像を取得することができ、この情報に基づ
いて、超音波観測装置３の制御部３ａで所定の画像処理
を行って、モニタ装置３ｂに表示することによって、患
部を立体的に把握可能な情報が得られることになり、ま
たあるライン状の位置を超音波走査して得た情報に基づ
いて、その近傍部位の情報を取得する場合にも、回転円
板１１を所定角度だけ回転させた位置で超音波走査を行
うことによって、このような情報を容易に取得できるよ
うになる。

【００１７】而して、超音波振動子１２は回転円板１１
の回転中心を通り、ほぼ直径に相当する長さにわたって
配列されているから、前述した裁頭円錐状（この超音波
振動子１２がリニア走査を行うようになっている場合に
は、円柱状）の範囲の超音波走査を行うのに当っては、
この回転円板１１を３６０°回転させる必要がなく、１
８０°回転させただけでも、３６０°にわたる情報を取
得できる。そこで、回転円板１１に接続したケーブルコ
ード４４のねじれを防止するために、回転円板１１の回
転量を１８０°に規制して、往復回転させるようにして
いる。

【００１８】即ち、操作ワイヤ１７が押し引きされて、
回転円板１１が回転して、そのストロークエンド位置に
至ると、プーリ１３に連設した回転側規制部４０がホル
ダ１４に設けた固定側規制部４１に当接して、それ以上
回転できなくなる。そして、これと共に、スイッチ４２
または４３が閉成するから、回転円板１１がストローク
エンド位置にまで変位したことが検出される。そして、
この信号はケーブルコード４４を介して超音波観測装置
３の制御部３ａに取り込まれて、この制御部３ａからの
信号に基づいてモータ２１の回転方向を反転させて、回
転円板１１を反対方向に回転させる。このようにして、
回転円板１１が規制部４０，４１が接合されることによ
って、ストロークエンド位置に至る毎に反転を繰り返す
ことによって、連続的に超音波走査を行うことができ
る。また、モータ２１の回転を停止させると、その位置
での直線方向の超音波走査が行われる。

【００１９】ところで、操作ワイヤ１７には弛み防止部
材３０が設けられており、ワイヤ部１７ａはケーシング
３１内に進入したり、伸長したりすることから、一対か
らなる操作ワイヤ１７，１７の一方が駆動プーリ１８側
に引っ張られ、また他方が駆動プーリ１８側から押し出
されている状態から、駆動プーリ１８の回転方向が反転
した後に、他方の操作ワイヤが引っ張られるまでの間に
は、この弛み防止部材３０による操作ワイヤ１７の伸縮
があり、この間は回転円板１１は停止した状態に保持さ
れる。ただし、エンコーダ２３は駆動プーリ１８を回転
させる回転軸１９に取り付けたギア２２の回転を検出す
るものであるから、駆動プーリ１８の回転が開始する
と、直ちにポジション信号が出力されるようになる。従
って、駆動プーリ１８の回転開始から実際に回転円板１
１が回転し始めるまでの間のポジション信号を無効にし
なければ、超音波反射エコー信号とポジジョン信号との
間でマッチングが取れなくなる。

【００２０】回転円板１１がストロークエンド位置で停
止していると、接点４２ａと４３ａまたは４２ｂと４３
ｂとが接続して、スイッチ４２または４３が閉成された
状態に保持される。そこで、これらスイッチ４２，４３
からの信号が制御部３ａに取り込まれて、スイッチ４
２，４３のいずれかが閉成状態に保たれている間は、た
とえエンコーダ２３からのポジション信号が出力されて
も、制御部３ａにおいては無効信号として廃棄するよう
になし、スイッチ４２，４３が開成された時に初めてエ
ンコーダ２３からのポジション信号を取り込むように制
御される。これによって、超音波反射エコー信号とポジ
ション信号とが正確にマッチングすることになる。

【００２１】図８に以上の操作のタイミングチャートの
一例を示す。スイッチ５が操作されると、モータ２１が
作動して、回転円板１１が例えば右方向に回転するが、
走査ラインはこの方向に回転して行く。そして、この方
向のストロークエンド位置まで回転円板１１が回転する
と、スイッチ４２が閉成して、直ちにモータ２１が反転
する。ただし、回転円板１１は直ちに反対方向に回転す
ることはなく、作動遅れがある。この間はスイッチ４２
が閉成した状態に保持される。従って、この間はエンコ
ーダ２３からポジション信号が出力されても、この信号
は無効信号となる。そして、ある時間経過すると、操作
ワイヤ１７からの引っ張り力が回転円板１１に加わり、
回転円板１１は左方向に回転を開始する。これと同時
に、スイッチ４２が開成するので、エンコーダ２３から
のポジション信号の取り込みが開始される。この間に、
スイッチ５の操作によって、この左方向への回転の途中
でモータ２１を停止させると、その位置で回転円板１１
が停止する。再びスイッチ５を操作して、モータ２１を
作動させると、回転円板１１の左方向への回転が継続す
る。ここで、操作ワイヤ１７は張力が作用した状態に保
持されているから、一度回転円板１１を停止させた後に
モータ２１を再起動すると、直ちに回転円板１１が動く
ので、エンコーダ２３からのポジション信号を無効にす
る必要はない。回転円板１１が左方向のストロークエン
ド位置まで回転すると、スイッチ４３が閉成することに
なり、この信号に基づいてモータ２１は直ちに反転を開
始するが、回転円板１１は所定の遅れをもって右方向に
回転することになる。そして、モータ２１の反転から回
転円板１１の回転開始までの間はエンコーダ２３からの
ポジション信号は無効とされることは言うまでもない。

【００２２】要するに、スイッチ４２，４３は回転円板
１１がストロークエンド位置に到達したことを検出する
手段と、モータ２１を反転させる手段と、回転円板１１
が停止していることを検出してエンコーダ２３からのポ
ジション信号を無効にする手段としての３つの機能を発
揮する。

【００２３】なお、回転円板を遠隔操作により回転させ
る手段としては、前述のものの他、例えば図９に示した
ように、多重または多条の密着コイルばねからなるフレ
キシブルシャフト５０の先端にウォーム５１を設け、ま
た多数の超音波振動子５２を１列に並べた回転円板５３
にはリング状のギア５４を装着して、ウォーム５１をギ
ア５４に噛合させるように構成することもできる。そし
て、前述した第１の実施例と同様、回転円板５３の回転
角を１８０°に規制する回転角規制部と、この回転円板
５３のストロークエンド位置を検出する一対からなるス
イッチ（共に図示せず）を設ける。このように構成する
ことによって、フレキシブルシャフト５０をモータ等の
駆動手段によって回転駆動すると、ウォーム５１が回転
して、このウォーム５１の回転がギア５４に伝達され
て、回転円板５３を回転させることができる。この場合
においても、駆動手段を作動させた時に、ウォーム５１
まで回転力が伝達されるまでにはある程度の時間遅れが
生じるので、リミットスイッチによって前述と同様、エ
ンコーダから出力されるポジション信号を無効にする制
御を行うことができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、回転角
規制部によって超音波振動子を配列した回転円板の回転
角を略１８０°に規制するようにすると共に、検出部材
によって回転円板がこの回転角規制部により規制される
角度まで回転したことを検出するようになし、回転円板
を遠隔操作によって回転させる回転力伝達手段が作動し
ているが、回転円板が規制角度位置で停止していること
を検出部材で検出して、その間は前記エンコーダの出力
信号を無効にするように制御する構成としたので、超音
波振動子に接続したケーブルに負担をかけずに、ライン
状に配列した超音波振動子をそのライン方向だけでな
く、回転方向に移動させながら走査を行うことができ、
しかも回転駆動手段に対して回転円板に作動後れがあっ
ても、超音波反射エコー信号とポジション信号との間を
正確にマッチングを取ることができる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す超音波診断装置の全体
構成図である。

【図２】挿入部の先端構成部の断面図である。

【図３】先端構成部の内部構成部材の分解斜視図であ
る。

【図４】超音波振動子を装着した回転円板の遠隔操作機
構の構成説明図である。

【図５】弛み防止部材の断面図である。

【図６】図２のＸ−Ｘ断面図である。

【図７】超音波振動子による走査範囲を示す作用説明図
である。

【図８】超音波診断装置の作動を示すタイミングチャー
ト図である。

【図９】本発明の第２の実施例における回転円板の回転
駆動機構を示す構成説明図である。

【符号の説明】

１ 挿入部 １ａ 先端構成部 ２ 操作部 ３ 超音波観測装置 ３ａ 制御部 １０ 先端部本体 １１，５３ 回転円板 １２，５２ 超音波振動子 １３ プーリ １７ 操作ワイヤ ２１ モータ ２３ エンコーダ ３０ 弛み防止部材 ４０ 回転側規制部 ４１ 固定側規制部 ４２，４３ スイッチ ４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ 接点 ５０ フレキシブルシャフト ５１ ウォーム ５４ ギア

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 挿入部の先端に装着され、複数の超音波
   振動子をライン状に配設した回転円板と、この回転円板
   を回転駆動する回転駆動部と、この回転駆動部に接続さ
   れ、回転円板を遠隔操作により回転させる回転力伝達手
   段及びこの回転力伝達手段による回転角を検出するエン
   コーダと、回転円板の回転角を略１８０°に規制するた
   めの回転角規制部と、回転円板が回転角規制部により規
   制される角度まで回転したことを検出する検出部材とか
   らなり、前記回転力伝達手段が作動しているが、回転円
   板が規制角度位置で停止していることを前記検出部材で
   検出して、その間は前記エンコーダの出力信号を無効に
   する制御手段とから構成したことを特徴とする超音波診
   断装置。