JP3967429B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内部を超音波で走査し、得られたエコー信号に基づいて超音波画像を得て表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波の医学的な応用としては種々の装置があるが、その主流は超音波パルス反射法を用いて生体の軟部組織の断層像を超音波診断装置である。この超音波診断装置は無侵襲検査法で、組織の断層像を表示するものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩおよび核医学診断装置などの他の診断装置に比べて、リアルタイム表示が可能、装置が小型で安価、Ｘ線などの被曝がなく安全性が高く、さらに超音波ドプラ法により血流イメージングが可能であるなどの独自の特徴を有している。
【０００３】
このため心臓、腹部、乳腺、泌尿器、および産婦人科などでその活用範囲は広い。特に、超音波プローブを体表から割り当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査が行えるほか、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便である。
【０００４】
ところで、このような超音波診断装置では、診断対象によって、様々な超音波プローブを差し替えられるようになっている。例えば、経直腸や経膣等の体腔に挿入しやすいように棒状形態に作られている体腔用プローブ、バイプレーンで観察できる経食道用プローブ、肋骨間から心臓等をのぞき見るのに適しているペンシルタイプの心臓用プローブ、穿刺針ガイドの付いた穿刺用プローブ、小児用の小さなプローブ、浅部から深部まで広い視野を確保している腹部診断に最適なプローブ等があり、今後はこのような専門化がますます進んでいく傾向にある。
【０００５】
さらに近年では、メカニカルスキャンのサイドローブの少なさやヌケの良さに加えて、受信多段等の電子フォーカスによるスライス厚分解能の向上等の電子スキャンの長所を実現しているアニュラセクタスキャン等の新しいタイプのプローブが登場し、今後の普及が見込まれている。
【０００６】
これら様々なタイプのプローブは、振動子の数も、スキャン方式もそれぞれであり、これら振動子の数やスキャン方式等に応じて駆動方式を変えていかなければならない。このためプローブのタイプを、超音波プローブ側から装置本体側に伝えることが必要になってくる。ここで、超音波プローブと装置本体とを繋ぐコネクタは、例えば１５６ピンの統一規格化されており、振動子数はそれより少ないのが通常であり、この余ったピンのうち図３（ａ）に示すように例えば４つのピンを使って、“アース”と電気的に浮遊している“オープン”という２種類の電気的状態により、４ビットのコード情報を与えておき、それを装置本体で解読してそのプローブのタイプを認識するような方式が一般的に使われている。そして、図３（ｂ）に示すように、装置本体側の複合器４５では４つのピンに繋がってる信号線に例えば５Ｖの電圧をかけて、その“Ｈｉｇｈ（オープン）”と“Ｌｏｗ（アース）”のパターンからタイプコードを認識できるようになっている。
【０００７】
ここで、問題になってくるのが、コネクタの装着の不完全やコネクタピンの接触不良等の原因によるコードエラーの発生、さらにそれに伴うタイプの誤認である。タイプを誤認したままでプローブを駆動すると、例えば、アニュラセクタタイププローブのモータやポテンショメータに繋がるピンに、振動子にかける高周波の高電圧パルスを印加してしまい、モータやポテンショメータを破壊してしまうという事態を招きかねない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、既存のプローブを何ら改良することなく、プローブタイプの誤認を大幅に低減することができる超音波診断装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、装置本体と、Ｌ本のピンを有するコネクタを介して前記装置本体に着脱可能な超音波プローブとからなり、前記Ｌ本のピンのうちＭ本のピンが振動子に接続され、残りの（Ｌ−Ｍ）本のピンのうちＮ本のピンがプローブタイプ情報を前記装置本体に提供するために使用されている超音波診断装置において、前記プローブタイプ情報からプローブタイプを解読する手段と、残りの（Ｌ−Ｍ−Ｎ）本のピンのうち特定のｍ本のピンの、前記超音波プローブに設けられるシールド、モータ又はポテンショメータとの接続による電気的状態の有無を検出する手段とが前記装置本体に備えられていることを特徴としている。
【００１０】
（作用）
特定のｍ本のピンの電気的状態は、そのプローブのタイプによって異なっていることが多い。例えば、経食道用プローブでは特定のｍ本のピンの中のある２本のピンはシールド用としてアースにつながっているし、アニュラセクタタイプでは別なピンがそうなっているし、さらにあるピンはモータやポテンショメータ等の負荷につながっている。このようなタイプに固有な電気的状態を示す特定のｍ本のピンの電気的状態からプローブタイプを特定することができる。従って、この特定したプローブタイプと、本来的にその目的のために作られているＮ本のピンから得られるプローブタイプとの整合性を検証することで、タイプ誤認を軽減できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による超音波診断装置を好ましい実施形態により説明する。図１に本実施形態に係る超音波診断装置の主要部の構成を示す。装置本体１には、Ｌ本のピンを有するコネクタ３を介して、様々なタイプの超音波プローブ２が着脱可能になっている。ここでいうタイプとは、少なくとも駆動方式の違いにしたがって区分されたプローブ２の種別をいう。駆動方式を決定する要素としては、電子スキャンとメカニカルスキャンの区別、セクタやリニア等のスキャン方式、振動子１４の数等様々なものがある。ここでは、説明の便宜上、２種類のタイプを例に説明するものとし、一方のタイプはバイプレーン経食道用プローブで、他方はアニュラアレイプローブとする。図１は、バイプレーン経食道用プローブの場合を示している。
【００１２】
コネクタ３は、様々なタイプで共用できるように例えば１５６本のコネクタピンで統一規格化されている。このコネクタ３のピン数より少ない例えば１２８個の振動子１４がバイプレーン経食道用プローブ２では配列されている。振動子１４は、超音波を被検体に送信し、そして被検体から返ってくるエコーを受信するために、それぞれ個別に信号線４及びコネクタピンを介して送受信部１２に相互接続されている。
【００１３】
送受信部１２の構成及び機能は、周知の通りであるので簡単に説明すると、送信系と受信系とに分けられ、送信系はクロック発生器、レートパルス発生器、送信遅延回路、パルサとを有し、クロック発生器から発振されたクロックに従ってレートパルス発生器から超音波の送信レート（毎秒送信回数）を決定するためのレートパルスが出力され、そしてこのレートパルスは送信遅延回路で超音波の指向性を決めるために必要な時間遅延されてパルサにトリガパルスとして与えられ、パルサ３４からこのトリガパルスに同期してプローブ２の振動子１４に個別に高周波の高電圧パルスが印加される。プローブ２の振動子１４は、この高電圧パルスを受けて振動する。これにより超音波が発生され、被検体に送信される。
【００１４】
この超音波は生体内を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で次々と反射する。この反射強度は不連続面の音響インピーダンスの差に主に依存している。このような反射によるエコーはプローブ２に返ってきて、振動子１４を振動する。これにより、振動子１４からは微弱な電気信号が発生する。この電気信号は、受信系のプリアンプで増幅され、受信遅延回路で適当な時間遅延され、加算器で加算される。これにより受信指向性を持った１つの受信信号が取得される。この受信信号を受信信号処理系で適当に処理することにより、組織断層像（Ｂモード像）や血流画像（カラーフローマッピング像）等の様々な超音波画像を生成する。
【００１５】
振動子１４を送受信部１２に接続するために使った１２８本のコネクタピンを除くと、残りのコネクタピンは２８本である。このうち、例えば１０本のピンが、装置本体１に装着されたここではバイプレーン経食道用プローブ２のタイプを識別できる情報、例えばプローブ識別番号（プローブＩＤ）のコード情報を、超音波プローブ２で不揮発に保持し、そして超音波プローブ２から装置本体１に提供するために使われている。
【００１６】
この１０本のコネクタピンにつながっている１０本の信号線５の電気的状態を、“アース”と、何も接続しないで電気的に浮遊させている“オープン”とで変えることにより、超音波プローブ２に固有のコード情報を、不揮発な状態で与えている。例えば、“アース状態”を、コードの“０”に、“オープン状態”をコードの“１”に対応させ、自己のプローブ２に割り当てられている固有のコードの“０”と“１”の配列に従って、１０本のピンの信号線５の電気的状態のパターンを決めている。
【００１７】
プローブＩＤ識別部１３は、１０本のコネクタピンを介して電気的に検出した電気的状態のパターンに従って、装置本体１に装着されているプローブ２のプローブＩＤを解読し、そのプローブＩＤからプローブタイプを識別することができる。
【００１８】
次に本実施形態の主要部について説明する。コネクタ３の１５６本のピンのうち、超音波の送受信と、プローブＩＤの提供とに使った１３８本のコネクタピン４，５を除くと、残りのコネクタピンは１８本である。このうち、当該バイプレーン経食道用プローブ２では、特定の例えば２本のピンが信号線７を介してシールド用としてアースされている。そして、残りの１６本のピンの信号線８が、余剰信号線として、ただ単に電気的に浮遊な状態、つまり“オープン”に捨て置かれている。
【００１９】
このように残りの１８本のコネクタピンのうち、特定の２本ａ，ｂをシールド用として、また１６本を余剰として捨て置くような扱いは、バイプレーン経食道用プローブ２の固有のものである。
【００２０】
本実施形態では、プローブタイプによって特徴的なピン（信号線）、つまり例えばシールド用として使っている特定の２本のピンａ，ｂと、余剰の１６本のうちの特定の２本のピンｃ，ｄとの合計４本のピンを、予め装備されているプローブＩＤ情報とは別系統のプローブタイプ情報を特定するための情報源として流用することを特徴の１つとしている。しかも、この特徴の実現には、従来からのプローブ構造を何ら改良する必要もない点が非常に重要なことである。
【００２１】
一方、アニュラアレイプローブでは、これら特定の４本のピンａ，ｂ，ｃ，ｄのうち、ピンａ，ｂは“オープン”され、ピンｃ，ｄはシールド用としてアースされている。または、これら特定の４本のピンａ，ｂ，ｃ，ｄの全てが、“オープン”されているかもしれないし、又はシールド用としてアースされているかもしれないし、いずれにしてもバイプレーン経食道用プローブ２とは扱いが相違している。ここでは、アニュラアレイプローブでは、ピンａ，ｂは“オープン”され、ピンｃ，ｄはシールド用としてアースされているものとして説明する。
【００２２】
このような特定の４本のピンａ，ｂ，ｃ，ｄにつながる信号線６の電気的状態を検出することで、装置本体１に装着されているプローブ２のタイプを特定することができる。このために、プローブ特徴検出部９が装置本体１に装備されている。
【００２３】
図２に、プローブ特徴検出部９の構成例を示している。特定の４本のピンａ，ｂ，ｃ，ｄの電気的状態を効率的に検出するために、ピンａとｂを１つのペアとし、またピンｃとｄを１つのペアとして、ピンａ，ｃに電圧Ｖ⁺を印加し、ピンｂ，ｃそれぞれの電位を抵抗Ｒ1 、Ｒ2 を介して取り出し、それぞれの電位を比較器１５，１６それぞれでしきい値電圧Ｖthと比較する。もし、装置本体１に装着されたのが、バイプレーン経食道プローブ２であるなら、比較器１５の出力電圧ＯＵＴ1 は“Ｖ⁺”、比較器１６の出力電圧ＯＵＴ2 は“Ｖ^-”になる。一方、もし、装置本体１に装着されたのが、アニュラアレイプローブであるなら、比較器１５の出力電圧ＯＵＴ1 は“Ｖ^-”、比較器１６の出力電圧ＯＵＴ2 は“Ｖ⁺”になる。
【００２４】
このような比較器１５，１６の出力電圧ＯＵＴ1 ，ＯＵＴ2 の組み合わせから、装置本体１に装着されたのが、バイプレーン経食道タイプであるのか、あるいはアニュラアレイタイプであるのかを特定することができる。
【００２５】
こうしてタイプごとに特徴的な信号線６を使って特定したプローブタイプと、プローブＩＤから識別したプローブタイプとの整合性、つまりそれぞれ独立して取得したプローブタイプが一致しているのか、あるいは一致していないのかを、整合性検証部１０で検証し、その検証結果を制御部１１に出力する。
【００２６】
制御部１１では、タイプごとに特徴的な信号線６を使って特定したプローブタイプと、プローブＩＤから識別したプローブタイプとが一致しているとき、送受信部１２に動作許可信号を出力する。一方、両者が一致していないとき、送受信部１２に動作禁止信号を出力して、送受信動作を禁止させると共に、図示しないディスプレイにメッセージ信号を出力して、画面に両者が一致していないことを意味する警告メッセージを表示する。
【００２７】
このように本実施形態によると、プローブタイプによって電気的状態が特徴的に表れやすい複数のピン（信号線）を、予め装備されているプローブＩＤ情報とは別系統のプローブタイプ情報を特定するための情報源として流用して、従来からのプローブ構造を何ら改良することなく、タイプ認識精度を向上させることができる。
【００２８】
本発明は、上述してきたような実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能であることは言うまでもない。例えば、上述の説明では、特定のピンの“オープン”又は“アース”という電気的状態に基づいてタイプを特定していたが、タイプによって信号線の抵抗値が相違することに着目し、その抵抗値がしきい値より高いか低いかをウインドウ型比較器で識別し、その結果に基づいてタイプを特定するようにしてもよいし、その他、信号線の容量、信号線のインダクタンス、モータやポテンショメータ等の負荷の有無、振動子１４につながっているピンの本数、つまり振動子数等様々なタイプ特定可能なパラメータを活用することができる。また、上述の説明では、２種類のタイプの識別を例に説明したが、より多くのタイプの特定は、上述では４本であった特定のピンの本数を増加させれば容易に実現可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。特定のｍ本のピンの電気的状態は、そのプローブのタイプによって異なっていることが多い。例えば、経食道用プローブでは特定のｍ本のピンの中のある２本のピンはシールド用としてアースにつながっているし、アニュラセクタタイプでは別なピンがそうなっているし、さらにあるピンはモータやポテンショメータ等の負荷につながっている。このようなタイプに固有な電気的状態を示す特定のｍ本のピンの電気的状態からプローブタイプを特定することができる。従って、この特定したプローブタイプと、本来的にその目的のために作られているＮ本のピンから得られるプローブタイプとの整合性を検証することで、タイプ誤認を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る超音波診断装置の主要部の構成図。
【図２】図１のプローブ特徴検出部の詳細な構成図。
【図３】従来のプローブタイプ情報の提供方式とその認識方式の説明図。
【符号の説明】
１…装置本体、
２…超音波プローブ、
３…コネクタ、
４…送受信用信号線、
５…タイプコード用信号線、
６…特徴的信号線、
７…アース用信号線、
８…余剰信号線、
９…プローブ特徴検出部、
１０…整合性検証部、
１１…制御部、
１２…送受信部、
１３…プローブＩＤ識別部、
１４…振動子、
１５…比較器、
１６…比較器。

Claims (5)

1. 装置本体と、Ｌ本のピンを有するコネクタを介して前記装置本体に着脱可能な超音波プローブとからなり、前記Ｌ本のピンのうちＭ本のピンが振動子に接続され、残りの（Ｌ−Ｍ）本のピンのうちＮ本のピンがプローブタイプ情報を前記装置本体に提供するために使用されている超音波診断装置において、
   前記プローブタイプ情報からプローブタイプを解読する手段と、残りの（Ｌ−Ｍ−Ｎ）本のピンのうち特定のｍ本のピンの、前記超音波プローブに設けられるシールド、モータ又はポテンショメータとの接続による電気的状態の有無を検出する手段とが前記装置本体に備えられていることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記ｍ本のピンの電気的状態からプローブタイプを特定する手段と、前記プローブタイプ情報から解読したプローブタイプと前記電気的状態から特定したプローブタイプとの整合性を検証する手段とが前記装置本体にさらに備えられていることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記プローブタイプ情報から解読したプローブタイプと前記電気的状態から特定したプローブタイプとが整合しなかったとき、警告情報を出力する手段が、前記装置本体にさらに備えられていることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
4. 装置本体と、Ｌ本のピンを有するコネクタを介して前記装置本体に着脱可能な超音波プローブとからなり、前記Ｌ本のピンのうちＭ本のピンが振動子に接続されている超音波診断装置において、前記振動子に接続されていない残りの（Ｌ−Ｍ）本のピンのうち、少なくとも１本の特定のピンの、前記超音波プローブに設けられるシールド、モータ又はポテンショメータとの接続による電気的状態の有無と、少なくとも１本の他の特定のピンの、前記超音波プローブに設けられるシールド、モータ又はポテンショメータとの接続による電気的状態の有無とからプローブタイプを別々に特定する手段と、これら別々に特定したプローブタイプの間の整合性を検証する手段が前記装置本体に備えられていることを特徴とする超音波診断装置。
5. 前記別々に特定したプローブタイプが整合しなかったとき、警告情報を出力する手段が、前記装置本体にさらに備えられていることを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。

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