JP3798490B2

JP3798490B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3798490B2
Application number: JP01220397A
Authority: JP
Inventors: 信顕松場
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2017-01-27
Also published as: JPH10201760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置、特に探触子が測定対象に接触していない時の当該探触子と測定対象との接触面の加熱防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、Ｘ線などの人体にあまり好ましくない放射線の放射を行う必要なく、また装置も比較的小型で安価なものであるという利点から今日広く普及するに至っている。
【０００３】
この超音波診断装置は超音波を送信し、その反射波を受信し、該反射波に基づき超音波画像を得るものである。この超音波の送受信を行うのが探触子である。探触子の内部には超音波振動（超音波ビーム）を発生する圧電振動素子が配置され、その上面には圧電振動素子の音響インピーダンスを生体の音響インピーダンスに合わせるための音響整合層や超音波ビームのフォーカスを行うための音響レンズ等が積層配置されている。超音波画像を得る場合、生体とほぼ同じ音響インピーダンスを有する音響レンズを生体に接触させ、超音波ビームの送受信が行われる。
【０００４】
ところで、前述のような探触子が超音波ビームの送信を行っている状態で、測定対象である生体に接触することなく空気中に放置されると、音響レンズと空気層との境界面で超音波ビームの反射が発生する。つまり、音響レンズの音響インピーダンスは接触する生体の音響インピーダンス（１．５〜１．６×１０⁶ｋｇ／ｍ²・ｓ）に合わせて設定されているが、空気の音響インピーダンスはほぼ０に近い。そのため音響レンズが空気中に放置されていると両者の境界面で超音波ビームが反射して、接触面で発熱現象が発生すると共に、探触子内部に超音波ビームがこもり探触子自体の温度も上昇する。極端な温度上昇は生体に接触させる探触子の使用条件として好ましくない。また探触子の性能維持においても好ましくない。
【０００５】
そこで、探触子と測定対象との非接触、つまり空気中に放置されていることを検出して、超音波ビームの送信を停止して発熱防止を行う等の対策が施されている。非接触の検出方法としては、探触子に設けた温度センサによって温度上昇を検出して逆に探触子の非接触状態を検出する方法や超音波の反射波形から探触子の非接触状態を検出する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、温度センサは、当該温度センサの周囲の温度の上昇を検出するため温度センサから離れた位置で発熱現象が起こった場合、熱伝導に時間がかかり、温度センサは迅速に温度の変化を検出できず、非接触検出の即応性に欠けるという問題がある。
【０００７】
また、超音波の反射波の波形を利用する場合、探触子の表面には音響整合剤（液体やゼリー状の物質）が付着している場合が多く、探触子が空気中に放置された状態でも非接触を認識するための反射波形が得られない場合があり、検出状態が安定しないため信頼性のある非接触検出を行うことができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、迅速かつ信頼性のある探触子の非接触検出を容易に行うことのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の構成は、測定対象に対して超音波の送受波を行う振動子を含む探触子と、前記測定対象と探触子の接触面との接触の有無を検出する手段であって、発光部と受光部とからなるセンサ部と、受光の有無に基づいて接触の有無を判定する判定部と、を有する光学的検出手段と、前記測定対象と接触面とが非接触であると判定された場合に、前記振動子の駆動を制限してパワーダウン状態とする駆動制限手段と、を含み、前記発光部と受光部は、前記接触面と異なる面であって測定対象に対向する対向面に配置され、これにより当該発光部と受光部は測定対象と非接触であり、前記パワーダウン状態でも当該超音波診断装置のディスプレイに超音波画像が表示されることを特徴とする。
【００１０】
ここで、振動子の駆動制限は、通常駆動状態から所定値（例えば、１／３や１／１０等）までのパワーダウンである。この構成によれば、光学的検出手段によって、迅速な非接触検出が行われ振動子の駆動制限が行われる。
【００１２】
この構成によれば、発光部と受光部とは測定対象と非接触であるため常に安定した発光受光動作を行うことが可能になり安定した非接触検出を行うことができる。
【００１３】
上記のような目的を達成するために、本発明の構成は、前記センサ部は赤外線センサであることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、赤外線の受光感度の調整が容易であり、受光の有無のみで非接触検出を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。図１には、本実施形態の超音波診断装置１０（以下、装置１０という）の概念図が示されている。前記装置１０には、コネクタ１２によって着脱自在な複数の超音波プローブ１４が接続されて、該超音波プローブ１４の先端には探触子１６が設けられれている。そして、診断者は測定対象（例えば、胎児、胆のう、肝臓、心臓等）に応じた形状や機能の探触子１６を選択し測定を行う。なお、装置１０には前記探触子１６で得られた超音波ビームの反射波に基づいて形成された超音波画像を表示するディスプレイ１８や装置１０や探触子１６の設定や操作を行うためのコントロールパネル２０等を有している。
【００１６】
本実施形態の特徴的事項は、測定対象に対する前記探触子１６の接触面１６ａが前記測定対象に対して非接触の場合、例えば使用後に超音波ビームの照射が継続した状態で探触子１６が空気中に放置された場合等、この非接触状態を検出して探触子１６に内蔵された振動子の駆動を制限するところである。
【００１７】
図２（ａ），（ｂ）にはリニア型の探触子１６の拡大斜視図及び側面図が示されている。なお、図２（ａ），（ｂ）は概念図であり実際の形状とは異なる。この探触子１６は、測定対象の表面を当該探触子１６を移動するために把持するグリップ２２と、図示しない振動子、整合層、音響レンズ、バッキング材等を内蔵する本体ケース２４とから構成され、グリップ２２の後端部からは電源ラインや信号ライン等が一括して束ねられた柔軟なケーブル２６が延び、前記コネクタ１２を介して装置１０に接続されている。そして、超音波画像を得る場合、図２（ｂ）に示しように測定対象表面２８に接触面１６ａを押し当て超音波ビームの送受波を行う。
【００１８】
本実施形態の探触子１６は本体ケース２４の側面に光学的検出手段として、赤外線センサ３０の発光部３０ａと受光部３０ｂが配置されている。この発光部３０ａと受光部３０ｂは接触面１６ａ以外の面で、かつ測定対象表面２８の対向面である位置に配置されている。本実施形態の場合、例えば本体ケース２４の側壁２４ａに配置され、前記探触子１６の接触面１６ａと測定対象表面２８とが接触状態にある時、発光部３０ａから照射され、測定対象表面２８で反射した赤外線光を受光部３０ｂが受光できるように位置調整や感度調整が行われている。そして、前記赤外線センサ３０の受光部３０ｂの受光の有無が、装置１０（図１参照）内部の図示しない判定部によって検出されると、探触子１６内部の図示しない振動子の駆動制限が行われる。なお、発光部３０ａ及び受光部３０ｂは接触面１６ａ以外の部分に配置されているので、探触子１６の使用に際して、超音波ビームの伝達を良好に行うために使用する音響整合剤（液体やゼリー状の物質等）が発光部３０ａや受光部３０ｂの送受光面に付着することがなく良好な送受光動作を行うことができる。
【００１９】
図３には、前記赤外線センサ３０の検出結果に基づき振動子の駆動制限を行うための概略ブロック図が示されている。図３は、駆動制限の一例として探触子１６の非接触時に振動子の駆動を停止する例である。前記本体ケース２４の側壁２４ａ表面に形成された発光部３０ａには装置１０の例えば主電源のＯＮ・ＯＦＦに連動して開閉するスイッチ３２を介して電源３４が接続され、装置１０が動作可能状態にある場合は、常に発光部３０ａが発光するようになっている。なお、前記電源３４は発光部３０ａの専用として設けてもよいし、装置１０の主電源と共用してもよい。前記発光部３０ａから照射された赤外線は測定対象表面２８で反射する。
【００２０】
この時、本体ケース２４の接触面１６ａが測定対象表面２８に接触している場合、受光部３０ｂ（フォトトランジスタ）によって、反射した赤外線が受光される。この結果、受光部３０ｂの接点がＯＮとなり、その信号が判定部３６に入力され、接触検出信号が判定部３６から出力される。そして、接触検出信号は駆動制限手段としてのゲート回路３８に入力され、ゲートを開く。このゲート回路３８には、装置１０の図示しない制御部から振動子４０を駆動するための送信信号が供給されているため、当該送信信号は駆動回路４２に供給され、個々の振動子４０を所定のタイミングで駆動して超音波を発生させる。
【００２１】
一方、本体ケース２４の接触面１６ａが測定対象表面２８から離れている場合、例えば探触子１６が空気中に放置されている場合、発光部３０ａから照射された赤外線は測定対象表面２８に到達しないか、測定対象表面２８に到達したもののその反射光が受光部３０ｂに到達しなかったり、所定光量の受光ができない等した場合、判定部３６から接触検出信号は出力されない。その結果、送信信号はゲート回路３８で遮断され、駆動回路４２には供給されず、振動子４０は停止し、超音波の照射がストップする。
【００２２】
つまり、探触子１６の接触面１６ａが測定対象表面２８と非接触になると同時に超音波の照射が停止し、探触子１６の非接触の検出を迅速かつ正確に行うことができる。その結果、探触子１６の放置による発熱を確実かつ迅速に防止することができる。なお、受光部３０ｂの赤外線の受光感度調節は厳密に行うことが望ましいが、診断中、探触子１６を移動する時に発生するわずかな浮きや測定対象表面２８の凹凸に対応するために、２〜３ｍｍ程度測定対象表面２８から探触子１６の接触面１６ａが離れた場合でも接触と認識するように適宜感度調節を行うようにしてもよい。
【００２３】
図４には、前記赤外線センサ３０の検出結果に基づき振動子の駆動制限を行うための他の実施形態の概略ブロック図が示されている。図４は駆動制限の一例として、探触子１６の非接触時に振動子の駆動パワーを低減する例である。なお、図３と同じ構成に関しては同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２４】
発光部３０ａから照射され、測定対象表面２８で反射した赤外線光が受光部３０ｂで受光されると、判定部３６から接触検出信号が駆動制限手段としての制御回路４４に対して出力される。前記制御回路４４には振動子４０の駆動用の高圧電源の制御を行う電源回路４６と送信信号の生成を行う送信回路４８が接続されている。前記制御回路４４に接触検出信号が入力されると、電源回路４６及び送信回路４８に対して、振動子４０の通常動作のための信号が供給され、駆動回路４２を介して個々の振動子４０を所定のタイミングで駆動して超音波を発生させる。
【００２５】
一方、受光部３０ｂで反射赤外線の受光が行われず、判定部３６からの接触検出信号が制御回路４４に入力されない場合、当該制御回路４４からは振動子４０の駆動制限信号が電源回路４６及び送信回路４８に供給される。前記駆動制限信号が電源回路４６に供給されると振動子４０の駆動電圧が、例えば１／３や１／１０等に制限される。また、送信回路４８は制限された電圧に対応する送信信号を発生し、駆動回路４２を介して振動子４０を駆動する。このように、探触子１６の非接触が検出されると、振動子４０はローパワー状態で駆動することになり、探触子１６の放置時の発熱を低減または、ローパワーの度合いによっては発熱を防止することができる。この場合、超音波ビームの発生が完全に停止しないため、受光部３０ｂの受光感度調整を厳密に行い接触の有無を正確に検出するようにしても装置１０のディスプレイ１８に表示されている超音波画像が消えることがない。そのため、診断中、探触子１６を移動する時に発生するわずかな浮きや測定対象表面の凹凸のために探触子１６が一瞬非接触状態になった場合でもディスプレイ１８の超音波画像が消えることがなく、装置故障等の誤認識を防止することができると共に、ローパワー状態でディスプレイ１８の表示が行われているので装置１０の使用後の電源切り忘れ等を確実に防止することができる。
【００２６】
このように、光学的検出手段を用いることによって、探触子の接触面と測定対象との接触、非接触を迅速に検出することができると共に、音響整合剤等の影響を受けることなく信頼性のある接触、非接触検出を行うことができる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、リニア型の探触子を例にとって説明したが、コンベックス型やセクタ型やラジアル型でも同様の構成により同様の効果を得ることができる。また、光学検出手段として、赤外線を用いたセンサを例にとって説明したが、他のタイプの光学センサでもよい。
【００２８】
また、本実施形態では光学的検出手段としてのセンサ部を１セット配置する構成を示している。この場合、例えば、コンベックス型探触子のように、傾けて使用する場合がある探触子の場合、赤外線センサ側の接触面の一部が非接触であると認識して、振動子の駆動制限を行ってしまう場合がある。そこで、赤外線センサを複数セット配置し、いずれかの赤外線センサが接触を認識すれば当該探触子が使用状態であるとすることによって、前述のような誤認識を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、光学的検出手段によって探触子の接触面と測定対象との接触、非接触検出を簡単な構成により迅速かつ高い信頼性で行うことが可能になり、探触子放置時等の発熱を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の探触子の一例を示す斜視図及び側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の振動子の駆動制限を実現するための構成ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る超音波診断装置の振動子の駆動制限を実現する他の例の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１０超音波診断装置、１６探触子、１６ａ接触面、２２グリップ、２４本体ケース、２８測定対象表面、３０赤外線センサ、３０ａ発光部、３０ｂ受光部、３６判定部、３８ゲート回路、４０振動子、４２駆動回路、４４制御回路、４６電源回路、４８送信回路。

Claims

測定対象に対して超音波の送受波を行う振動子を含む探触子と、
前記測定対象と探触子の接触面との接触の有無を検出する手段であって、発光部と受光部とからなるセンサ部と、受光の有無に基づいて接触の有無を判定する判定部と、を有する光学的検出手段と、
前記測定対象と接触面とが非接触であると判定された場合に、前記振動子の駆動を制限してパワーダウン状態とする駆動制限手段と、
を含み、
前記発光部と受光部は、前記接触面と異なる面であって測定対象に対向する対向面に配置され、これにより当該発光部と受光部は測定対象と非接触であり、
前記パワーダウン状態でも当該超音波診断装置のディスプレイに超音波画像が表示されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記センサ部として複数のセンサ部が前記探触子に設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記センサ部は赤外線センサであることを特徴とする超音波診断装置。