JP7351187B2 - 超音波探触子及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波診断装置に関する。

従来、超音波を被検体内部に照射し、その反射波を受信して解析することにより被検体内部の検査を行う超音波診断装置が普及している。超音波診断装置は、被検体を非破壊、非侵襲で調べることができるので、医療目的の検査や建築構造物内部の検査、種々の用途に広く用いられている。

超音波診断装置では、電圧信号と超音波振動との間で変換を行う振動子（音響素子、変換器）が複数個、所定の方向（アジマス方向、走査方向）に配列されており、これらの振動子アレイが、駆動電圧の印加により超音波を出射する。そして、超音波診断装置は、超音波の反射波の入射による電圧変化を検出する振動子を時間的に変化させる（走査する）ことにより、２次元的な超音波画像データをほぼリアルタイムで取得することができる。

さらに、超音波の出入射面内で、これらの振動子の配列を走査方向に垂直に往復移動（揺動）させることで、３次元的な超音波画像データをほぼリアルタイムで取得する技術が存在する。このような技術を用いて３次元画像を取得することで、２次元画像では分かりづらかった検査対象の立体形状や位置関係を、操作者がより容易に知得できる。

振動子アレイを揺動させる手段としてはステッピングモーターを使用することが多い。理由はトルク過多でも定電流制御で一定速度で励磁を可変、つまり一定間隔でパルスを入力することで一定速度でステッピングモーターの軸を回すことができ、パルス単位で駆動するだけなら、正確な位置で停止できるため、位置検出部（エンコーダー）が不要になるためである。また、パルス数で角度分解能が足りない場合に１パルスを電気的に分解して駆動させるマイクロステップ駆動方式も一般的に用いられている。しかし、パルス単位ではトルクが十分あれば脱調しない、つまり位置が正確だが、マイクロステップ（電気角）のステップ単位でみると、精度が低下する。特に揺動位置が両端付近のフレキシブルケーブルの伸縮とオイルの圧縮とによる外乱の影響がでる位置ではステーターとローターとが引っ張り合う磁力に当該外乱が加わるために入力したマイクロステップ数と実際の位置が異なる現象が発生する。

そこで、アレイ振動子（振動子アレイ）を揺動するステッピングモーターに位置検出するエンコーダーを搭載した超音波プローブ（超音波探触子）を備え、実際に入力したマイクロステップ数とエンコーダーの結果とを比較し、マイクロステップ数とエンコーダーの結果とが等しくなるように定電流制御の電流値を増減させるキャリブレーションを事前に行うことで、位置精度の向上を図る超音波画像診断装置が知られている（特許文献１参照）。

この超音波画像診断装置の利点は、一定速度で揺動させた場合にどの時点でのエンコーダー値をみても等間隔になるため、超音波画像にゆがみが発生しないことである。問題点はキャリブレーションに時間がかかることと、アレイ振動子の周囲に満たされたオイルの粘度が温度で変化するためにキャリブレーション時と状態が一致しないため、画像のゆがみを完全に取り除くことはできないことと、である。しかし、最近のＣＰＵ（Central Processing Unit）の性能の向上により、エンコーダー値が不均一でもソフトウェアでエンコーダー値から超音波画像を再構成してゆがみを取り除くことができるようになってきている。

特許第５０６０１７５号公報

振動子アレイ（振動子部）を揺動する超音波探触子を有する超音波診断装置において、エンコーダー値の時間的不均一性がある程度許容できる現状では揺動させる範囲が目標値よりも短いと画の欠落が発生するために必要な揺動範囲を確保することが重要となる。画の欠落を避けるためにマイクロステップ数をむやみに多く入力すると揺動周期が長くなってしまい超音波画像のフレームレートが低下する。つまり、正確な揺動範囲が確保できると、それに必要な適切な揺動周期が確保できる。

あらかじめ、エンコーダー値と入力マイクロステップ数との関係を調べ、補正データとしてＲＯＭ（Read Only Memory）に格納しておくことも考えられるが、外乱としての温度変化によるオイル粘度の変化は、ステッピングモーター自身の発熱と、超音波送信による発熱との影響で刻々と変化するため、補正データを固定値として持つことができない。さらに、揺動速度によっても外乱としてのフレキシブルケーブル、オイルの圧縮による影響が大きく変化する。

本発明の課題は、外乱が起きても振動子部の正確な揺動範囲及び適切な揺動範囲を確保することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の超音波探触子は、
超音波を送受信する振動子部と、
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、
端部位置を含む揺動範囲について、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に揺動し、前記揺動範囲が、揺動の最大範囲よりも小さくかつ外乱の影響が少ない所定範囲の外である場合に、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探触子において、
前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第１の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に追加的に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第２の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に追加的に揺動する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波探触子において、
前記揺動制御部は、前記第１の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を記憶部に記憶し、当該記憶された前記第１の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第１の端部位置への揺動の制御に反映させ、前記第２の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を前記記憶部に記憶し、当該記憶された前記第２の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第２の端部位置への揺動の制御に反映させる。

請求項４に記載の発明の超音波診断装置は、
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える。

請求項５に記載の発明の超音波診断装置は、
超音波を送受信する振動子部と、
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、を備える超音波探触子と、
端部位置を含む揺動範囲について、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に揺動し、前記揺動範囲が、揺動の最大範囲よりも小さくかつ外乱の影響が少ない所定範囲の外である場合に、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、
前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の超音波診断装置において、
前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第１の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に追加的に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第２の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に追加的に揺動する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記揺動制御部は、前記第１の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を記憶部に記憶し、当該記憶された前記第１の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第１の端部位置への揺動の制御に反映させ、前記第２の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を前記記憶部に記憶し、当該記憶された前記第２の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第２の端部位置への揺動の制御に反映させる。

請求項８に記載の発明の超音波探触子は、
超音波を送受信する振動子部と、
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、
端部位置を含む揺動範囲について、当該端部位置と、当該端部位置へのパルス駆動のみによる揺動位置であるパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動し、前記差分値が所定値以内でない場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記端部位置に揺動し、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、を備える。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の超音波探触子において、
前記揺動制御部は、前記端部位置が所定範囲外であり、かつ前記パルスステップ位置と前記端部位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動する。

請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の超音波探触子において、
前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、当該第１の端部位置と、当該第１の端部位置へのパルス駆動のみによる第１のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１のパルスステップ位置に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、当該第２の端部位置と、当該第２の端部位置へのパルス駆動のみによる第２のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２のパルスステップ位置に揺動する。

請求項１１に記載の発明の超音波診断装置は、
請求項８から１０のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える。

請求項１２に記載の発明の超音波診断装置は、
超音波を送受信する振動子部と、
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、を備える超音波探触子と、
端部位置を含む揺動範囲について、当該端部位置と、当該端部位置へのパルス駆動のみによる揺動位置であるパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動し、前記差分値が所定値以内でない場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記端部位置に揺動し、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、
前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の超音波診断装置において、
前記揺動制御部は、前記端部位置が所定範囲外であり、かつ前記パルスステップ位置と前記端部位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動する。

請求項１４に記載の発明は、請求項１２又は１３に記載の超音波診断装置において、
前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、当該第１の端部位置と、当該第１の端部位置へのパルス駆動のみによる第１のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記
振動子部を当該第１のパルスステップ位置に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、当該第２の端部位置と、当該第２の端部位置へのパルス駆動のみによる第２のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２のパルスステップ位置に揺動する。

本発明によれば、外乱が起きても振動子部の正確な揺動範囲及び適切な揺動範囲を確保できる。

本発明の実施の形態の超音波診断装置の外観図である。 （ａ）は、ステッピングモーターの概略構成を示す図である。（ｂ）は、マイクロステップに対するステッピングモーターの駆動電流を示す図である。 （ａ）は、ステッピングモーターのパルス単位のステップ動作を示す図である。（ｂ）は、ステッピングモーターのマイクロステップ単位のステップ動作を示す図である。 位置検出部のエンコーダー値と、ステッピングモーターのパルスと、ステッピングモーターのマイクロステップと、の関係を示す図である。 駆動回路部の回路図である。 （ａ）は、振動子アレイの指向方向が上向きの場合の超音波探触子の断面透視模式図である。（ｂ）は、振動子アレイの指向方向が左向きの場合の超音波探触子の断面透視模式図である。（ｃ）は、振動子アレイの指向方向が右向きの場合の超音波探触子の断面透視模式図である。 第１の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。 図７の続きの第１の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。 時間に対する振動子アレイの揺動速度及びエンコーダー値を示すグラフである。 （ａ）は、振動子アレイの最大の揺動範囲を示す図である。（ｂ）は、振動子アレイの揺動の調整を行わない所定範囲を示す図である。 第２の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。 図１１の続きの第２の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。 （ａ）は、超音波探触子のマイクロステップ数を示す図である。（ｂ）は、振動子アレイの角度に対するマイクロステップ数を示すグラフである。

添付図面を参照して本発明に係る第１の実施の形態、第２の実施の形態を順に詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１～図１０を参照して、本発明に係る第１の実施の形態を説明する。まず、図１～図６を参照して、本実施の形態の装置構成を説明する。図１は、本実施の形態の超音波診断装置１００の機能構成を示すブロック図である。図２（ａ）は、ステッピングモーター２１０の概略構成を示す図である。図２（ｂ）は、マイクロステップに対するステッピングモーター２１０の駆動電流を示す図である。図３（ａ）は、ステッピングモーター２１０のパルス単位のステップ動作を示す図である。図３（ｂ）は、ステッピングモーター２１０のマイクロステップ単位のステップ動作を示す図である。図４は、位置検出部２２のエンコーダー値と、ステッピングモーター２１０のパルスと、ステッピングモーター２１０のマイクロステップと、の関係を示す図である。図５は、駆動回路部２４の回路図である。図６（ａ）は、振動子アレイ２３の指向方向が上向きの場合の超音波探触子２の断面透視模式図である。図６（ｂ）は、振動子アレイ２３の指向方向が左向きの場合の超音波探触子２の断面透視模式図である。図６（ｃ）は、振動子アレイ２３の指向方向が右向きの場合の超音波探触子２の断面透視模式図である。

図１に示すように、本実施の形態の超音波診断装置１００は、超音波診断装置本体１と、超音波探触子２と、を備える。超音波探触子２は、ケーブル３を介して超音波診断装置本体１との制御信号やデータの送受信、及び超音波診断装置本体１からの電力供給が可能に接続されている。

超音波診断装置本体１は、制御部１１、送受信部１２、画像生成部としての画像処理部１３、表示制御部１４、表示部１５、操作入力部１６、記憶部１７などを備える。超音波探触子２は、揺動機構部２１、位置検出部２２、振動子部としての振動子アレイ２３、駆動回路部２４、揺動制御部２５などを備える。

制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭを備え、超音波診断装置１００の全体動作を制御する。ＣＰＵは、超音波診断装置１００の各部を制御する。ＲＡＭは、各種情報を書き込み及び読み出し可能に一時的に記憶する揮発性のメモリーである。ＲＯＭは、各種情報及びプログラムが読み出し可能に記憶された不揮発性のメモリーである。より具体的には、制御部１１は、ＣＰＵにより、ＲＯＭに記憶された各種プログラムから指定されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行する。

例えば、制御部１１は、送受信部１２、画像処理部１３を制御し、処理対象の画像データの撮像位置などの画像生成用の各種制御情報を出力して超音波画像データ生成の処理を行わせる。また、制御部１１は、揺動制御部２５に基づいて揺動機構部２１における振動子アレイ２３の位置情報を取得し、これらの位置情報を超音波画像データ生成に利用することができる。

送受信部１２は、制御部１１の制御に基づいて、振動子アレイ２３における各振動子（音響素子）を走査させ、順次所望の振動子に超音波を発生、出射（送信）させる駆動信号を生成して振動子アレイ２３に出力するとともに、超音波が患者などの被検体で反射され当該振動子に入射した（受信）超音波（エコー）に係る電気信号を取得する。送受信部１２は、例えば、振動子ごとに超音波を送受信するタイミングを調整、遅延させたりするといった各種処理を行う。また、送受信部１２は、受信した信号を増幅して所定のサンプリング周波数でデジタル変換し、また、振動子ごとに所望のタイミングずつ遅延させて整相加算し音線データを生成する処理などを行う。

画像処理部１３は、制御部１１の制御に基づいて、送受信部１２から取得された音線データに基づいて診断用の超音波画像データを生成する処理を行う。画像処理部１３で生成される超音波画像データには、表示部１５にほぼリアルタイムで表示させるライブのＢ（Brightness）モード画像データやその一連の動画データが含まれ、特に、三次元のＢモード画像生成用の超音波探触子２を用いて取得された三次元構造に係る超音波画像データ（三次元のＢモード画像データ）が含まれる。三次元のＢモード画像データの生成には、制御部１１から取得された超音波探触子２の振動子アレイ２３の位置データが利用される。

表示制御部１４は、制御部１１の制御に基づいて、画像処理部１３から出力された超音波画像データの座標変換などを行って画像信号を生成し、当該画像信号により表示部１５の超音波画像を表示させる。

表示部１５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro-Luminescent）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイといった種々の表示方式のうち、何れかを用いた表示画面とその駆動部を備える。表示部１５は、制御部１１から出力された表示情報や、表示制御部１４で生成された超音波画像データの画像信号に従って表示画面（各表示画素）の駆動信号を生成し、表示画面上に超音波診断に係るメニュー、ステータスや、受信された超音波に基づく計測データの表示を行う。また、一又は複数のランプ（ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ランプなど）が設けられて、点灯状態により電源のオンオフなどの表示を行わせる構成としてもよい。

操作入力部１６は、押しボタンスイッチ、キーボード、マウス、若しくはトラックボール、又はこれらの組み合わせなどの操作デバイスであり、超音波診断装置１００のユーザーである医師や検査技師などの操作入力を受け付ける。操作者の操作入力を受け付けて当該操作入力に応じた操作信号を制御部１１に出力する。あるいは、操作入力部１６は、上述の構成に加えて又は代えて表示部１５の表示画面に設けられたタッチセンサー（タッチパネル）を備え、表示部１５の表示画面に対するタッチ動作を検出して動作種別を位置に係る操作信号を出力してもよい。

これらの操作入力部１６や表示部１５は、超音波診断装置本体１の筐体に一体となって設けられたものであってもよいし、ＲＧＢケーブル、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルやＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）（登録商標）ケーブルなどを介して外部に取り付けられるものであってもよい。また、超音波診断装置本体１には、操作入力端子や表示出力端子のみが設けられ、これらの端子に従来の操作用及び表示用の周辺機器を接続して利用するものであってもよい。

記憶部１７は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などで構成され、超音波画像データなどの各種情報を読み出し及び書き込み可能に記憶する。記憶部１７には、特に、揺動情報が記憶されるものとする。揺動情報は、振動子アレイ２３の揺動範囲（揺動のスタート位置、エンド位置）、揺動速度、揺動周期など、揺動に関する情報を含む。

揺動機構部２１は、ステッピングモーター２１０と、ステッピングモーター２１０の回転を揺動に変換する機構と、を備え、揺動制御部２５からの駆動信号によりステップ駆動されて、振動子アレイ２３を揺動させる。ステッピングモーター２１０は、ステップ駆動として、パルス駆動（例えば、７．２度単位）に加えてマイクロステップ駆動が可能なものである。マイクロステップ駆動は、マイクロステップ（のパルス）に応じた角度間隔で設けられたステッピングモーター２１０のコイルに流す励磁電流の位相（電流位相）に応じた角度位置へ、例えば、パルスを更に１６０分割した０．０４５度単位のマイクロステップで、ローターをＣＷ（ClockWise：時計回り）方向（正転方向）又はＣＣＷ（CounterClockWise：反時計回り）方向（逆転方向）（角度位置の変化方向）に回転（ステップ動作）させる。ただし、本実施の形態では、ステッピングモーター２１０は、マイクロステップ方式での駆動（マイクロステップ駆動）のみ行われるものとする。

図２（ａ）に、揺動機構部２１が有するステッピングモーター２１０の構造の一例を示す。ステッピングモーター２１０は、ローター２１１と、２つのコイル（ステーター）２１２Ａ，２１２Ｂと、を有する。コイル２１２Ａ，２１２Ｂは、電気角が互いに９０°ずれるように配置される。このため、コイル２１２Ａ，２１２Ｂのローター２１１に対する磁界の方向も、ローター２１１の中心角について電気角が互いに９０度ずれている。図２（ａ）では、コイル２１２ＡをＡ相側、コイル２１２ＢをＢ相側として図示している。

ローター２１１は、例えば永久磁石などの磁石を有し、コイル２１２Ａ，２１２Ｂからの磁界に応じた位置で安定するように回転可能に構成される。図２（ｂ）に示すように、一定電流値を、互いに９０度位相の異なる交流電流としての、コイル２１２Ａへの駆動電流（Ａ相駆動電流；図上実線）と、コイル２１２Ｂへの駆動電流（Ｂ相駆動電流；図上破線）とに分解してコイル２１２Ａ，２１２Ｂに供給することで、その電流位相によりローター２１１が回転する。また、特定の電流位相のタイミングで電流位相の変化を停止することで、その時の電流位相に応じた位置にローター２１１を停止することができる。このような構成により、図３（ａ）に示すように、１つのパルスのＡ相駆動電流及びＢ相駆動電流をステーターとしてのコイル２１２Ａ，２１２Ｂに入力することにより、コイル２１２Ａ，２１２Ｂとローター２１１とが引っ張り合い、ローター２１１が１パルス単位でステップ動作される。図３（ｂ）に示すように、任意の数のマイクロステップのＡ相駆動電流及びＢ相駆動電流をコイル２１２Ａ，２１２Ｂに入力することにより、ローター２１１が当該数のマイクロステップ単位でステップ動作される。よって、パルス単位よりも分解能が高いマイクロステップ単位でステッピングモーター２１０の回転が制御可能である。

位置検出部２２は、相対的な回転角度がわかるロータリエンコーダーと、絶対的な固定位置がわかるリミッターと、を有する。ロータリエンコーダーは、回転の機械的変化を電気信号に変換し、この信号をエンコーダー値として出力する。ロータリエンコーダーの機械的変化をとらえる方式としては光学式や機械式などがある。位置検出部２２は、固定位置をリミッターから取得し、その固定位置を基準に、ロータリエンコーダーから取得したエンコーダー値をカウントし振動子アレイ２３の回転角度に換算することで振動子アレイ２３の現在位置がわかり、その現在位置の位置情報を揺動制御部２５に出力する。

図４に示すように、例えば、パルスステップが７．２度のステッピングモーター２１０を使った場合、ステッピングモーター２１０の１回転（３６０度）で、エンコーダー値は、４０×３６０／７．２＝２０００カウント（０．１８度単位）となり、マイクロステップ数は、１６０×３６０／７．２＝８０００カウント（０．０４５度単位）となる。このため、分解能の高さは、パルス＜エンコーダー値＜マイクロステップ、となる。

図４において、現在位置（スタート位置）をｓ１とし、目標位置（エンド位置）をｅ１とする。ステッピングモーター２１０のパルス駆動で脱調しないことを前提として、仮に目標位置がパルス駆動の各終了のパルスステップ位置Ｐｉ（瞬間値）であれば、パルス駆動は正確となる。このため、例えば、ステッピングモーター２１０のパルス駆動で、パルスステップ位置Ｐ７までは、振動子アレイ２３の位置は正確となる。パルス駆動だけだと、パルスステップ位置Ｐ７から目標位置ｅ１までの距離Ｄ１の分だけ振動子アレイ２３の位置の精度が悪くなる。

振動子アレイ２３は、複数の振動子（音響素子）が所定の配列方向（走査方向、アジマス方向）に一次元配列されて固定されたものであり図示しない生体などの被検体内に対して超音波（送信超音波）を送信するとともに、この被検体内で反射した超音波の反射波（反射超音波：エコー）を受信する。振動子アレイ２３は、揺動機構部２１の回転動作に応じて当該配列方向に直交する方向に所定の角度範囲内で揺動に係る回転動作を行い、超音波の出射及び入射に係る揺動位置（指向方向）を変化させる。振動子は、圧電素子と、当該圧電素子の変形方向両端に設けられた電極配線と、を有する。各振動子は、送受信部１２からの駆動信号に応じた電圧が電極間に印加されることで圧電素子が変形して超音波を発生して設定された指向方向に出射し、また、当該指向方向からの超音波の入射に応じて変形して入射強度に応じた電気信号を電極配線に出力する。

図５に示すように、駆動回路部２４は、Ａ相駆動回路２４０Ａと、Ｂ相駆動回路２４０Ｂと、を有する。Ａ相駆動回路２４０Ａは、電流検知部２４１Ａ、差動アンプ２４２Ａ、電力増幅アンプ２４３Ａ，２４４Ａ、＋電源２４５Ａ、－電源２４６Ａ、反転回路２４７Ａを有する。Ｂ相駆動回路２４０ＢもＡ相駆動回路２４０Ａとほぼ同様の構成を有するため、図示および説明を省略する。

制御部１１から振動子アレイ２３の揺動が揺動制御部２５に対して指示されると、揺動制御部２５は、揺動指示に対応するステッピングモーター２１０の回転角（電気角）に基づいて、Ａ相駆動回路２４０Ａに対するＡ相位相データ（正弦波データ）と、Ａ相位相データに対して９０度の位相差を有するＢ相位相データ（正弦波データ）と、を生成する。揺動制御部２５は、生成したＡ相位相データ及びＢ相位相データに基づいて、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値をそれぞれ生成する。揺動制御部２５は、生成したＡ相電流指令値をＡ相駆動回路２４０Ａに、Ｂ相電流指令値をＢ相駆動回路２４０Ｂに、それぞれ出力する。以下では、Ａ相電流指令値が入力されたＡ相駆動回路２４０Ａの動作について説明する。

差動アンプ２４２Ａは、揺動制御部２５から入力されたＡ相電流指令値と、電流検知部２４１Ａが検知した、ステッピングモーター２１０のＡ相側のコイル２１２Ａを流れる電流値（を増幅した値）と、の差分を検出する。

電力増幅アンプ２４３Ａ，２４４Ａは、入力された電流を増幅するアナログアンプである。差動アンプ２４２Ａと電力増幅アンプ２４３Ａとでリニアアンプ（例えばＡＢ級アンプ）が構成される。電力増幅アンプ２４３Ａの出力端子は、例えばオペアンプの反転回路２４７Ａを介して電力増幅アンプ２４３Ａ，２４４Ａの入力端子に接続される。反転回路２４７Ａと電力増幅アンプ２４４Ａとでリニアアンプ（例えばＡＢ級アンプ）が構成される。＋電源２４５Ａは、電力増幅アンプ２４３Ａ，２４４Ａに正電源の電圧を供給する。－電源２４６Ａは、電力増幅アンプ２４３Ａ，２４４Ａに負電源の電圧を供給する。

電力増幅アンプ２４３Ａの出力端子は、コイル２１２Ａの＋側の端子に接続される。電力増幅アンプ２４４Ａの出力端子は、コイル２１２Ａの－側の端子に接続される。差動アンプ２４２Ａの出力電圧が０になるように動作することで、コイル２１２Ａに出力する電流が一定となる。同様にして、Ｂ相駆動回路２４０Ｂは、コイル２１２Ｂに電流を出力する。

揺動制御部２５は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの電子回路であり、駆動回路部２４を制御する。この電子回路は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）としてもよい。揺動制御部２５は、ＣＰＵにより、ＲＯＭに記憶された各種プログラムから指定されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行する。特に、揺動制御部２５のＲＯＭには、後述する第１の振動子アレイ揺動処理を実行するための第１の振動子アレイ揺動プログラムが記憶されているものとする。

揺動制御部２５は、揺動駆動制御部２５１、差分検出部２５２、駆動位置処理部２５３を有する。揺動駆動制御部２５１は、揺動機構部２１の動作に係るデータに基づいて、振動子アレイ２３を所望の揺動位置に移動させるための駆動信号を適切なタイミングで駆動回路部２４に出力する。差分検出部２５２は、位置検出部２２で検出された振動子アレイ２３の位置情報と制御部１１から与えられた目標位置との差分値を求める。駆動位置処理部２５３は、制御部１１から与えられた目標位置、揺動開始のスタート位置から、この間の距離をマイクロステップ数に換算し、現在位置の位置情報を位置検出部２２から取得し、揺動計画を立てる。

超音波診断装置１００が備える各部について、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能は、集積回路などのハードウェア回路として実現することができる。集積回路とは、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）であり、ＬＳＩは集積度の違いにより、ＩＣ（Integrated Circuit）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。また、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能をソフトウェアにより実行するようにしてもよい。この場合、このソフトウェアは一つ又はそれ以上のＲＯＭなどの記憶媒体、光ディスク、又はハードディスクなどに記憶されており、このソフトウェアが演算処理器により実行される。

図６に示すように、超音波探触子２は、ウインドウ２０１を含む筐体２０２内に、振動子アレイ部２３０、支持回転部２０３、オイル２０５などを有する。ウインドウ２０１は、超音波を透過する材料からなる。振動子アレイ部２３０は、振動子アレイ２３、電極、バッキング材などを有する。振動子アレイ２３（振動子アレイ部２３０）は、フレキシブルケーブル２３１を通して、またケーブル３を介して送受信部１２との間で信号を伝達している。支持回転部２０３は、振動子アレイ部２３０を支持するとともに、回転軸２０４を中心として回転する。回転軸２０４が表示の面内で回転することで、振動子アレイ２３の各振動子は、図内で揺動位置、即ち、振動子アレイ２３の指向方向が上向きから左右に振れることになる。

振動子アレイ２３は、ウインドウ２０１を含む筐体２０２の中に収められており、筐体２０２内はオイル２０５が充填されている。図６（ｂ）に示すように、振動子アレイ２３（振動子アレイ部２３０）の指向方向が左方向に振れた際に、外乱として、オイル２０５が圧縮され、ダンパーとしての効果が発生するとともに、フレキシブルケーブル２３１が引っ張られる。図６（ｃ）に示すように、振動子アレイ２３（振動子アレイ部２３０）の指向方向が右方向に振れた際に、外乱として、オイル２０５が圧縮され、ダンパーとしての効果が発生するとともに、フレキシブルケーブル２３１も圧縮される。ダンパーとしての効果は、オイル２０５により振動子アレイ２３（振動子アレイ部２３０）の運動エネルギーを減衰する効果である。

また、外乱として、フレキシブルケーブル２３１が左右に揺動され伸縮することでもダンパーとしての効果が発生する。これらにより、振動子アレイ２３の運動に応じて、ステッピングモーター２１０の想定しているマイクロステップ制御の磁界に外乱となって加わるためにマイクロステップで停止する位置にずれが生じる。さらに、外乱として、ステッピングモーター２１０の熱発生などにより、オイル２０５の温度が変化すると粘性も変化する。なお、ダンパーとして運動エネルギーが減衰するとその分の熱も発生する。よって、同じ電流をステッピングモーター２１０に入力しても、外乱により、振動子アレイ２３の移動量にずれが発生するおそれがある。

つぎに、図７～図１０を参照して、超音波診断装置１００の動作を説明する。図７は、第１の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。図８は、図７の続きの第１の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。図９は、時間に対する振動子アレイ２３の揺動速度及びエンコーダー値を示すグラフである。図１０（ａ）は、振動子アレイ２３の最大の揺動範囲を示す図である。図１０（ｂ）は、振動子アレイ２３の揺動の調整を行わない所定範囲を示す図である。

図７及び図８を参照して、超音波診断装置１００で実行される第１の振動子アレイ揺動処理を説明する。第１の振動子アレイ揺動処理は、三次元Ｂモード画像データを生成し表示する三次元超音波画像表示処理において、超音波探触子２の振動子アレイ２３を揺動する処理である。

超音波診断装置１００において、例えば、三次元超音波画像表示処理が実行され、制御部１１から第１の振動子アレイ揺動処理の実行指示が入力されたことをトリガーとして、揺動制御部２５は、揺動制御部２５のＲＯＭに記憶された第１の振動子アレイ揺動プログラムに従い、第１の振動子アレイ揺動処理を実行する。

あらかじめ、制御部１１は、操作入力部１６を介する医師、技師などのユーザーからの三次元超音波画像表示処理における振動子アレイ２３の揺動に関する揺動情報の設定入力を受け付け、設定された揺動情報を記憶部１７に記憶するものとする。ここで、揺動情報のスタート位置を、揺動範囲の左側の端部位置とし、揺動情報のエンド位置を、揺動範囲の右側の端部位置とする。

図７に示すように、まず、揺動制御部２５は、制御部１１を介して揺動情報を記憶部１７から読み出し、読み出した揺動情報からＣＷ方向のプロファイルを生成して揺動制御部２５のＲＡＭに記憶する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、例えば、図９に示すような、揺動情報のスタート位置からエンド位置まで振動子アレイ２３を揺動させるため、時間に対する揺動速度を示す実線の揺動速度Ｖ１と、時間に対する位置検出部２２のロータリエンコーダーの実線のエンコーダー値Ｅ１と、揺動周期Ｃ１と、を有するＣＷ方向のプロファイルが生成される。揺動速度Ｖ１は、加速期間Ｔ１と、定速期間Ｔ２と、減速期間Ｔ３と、を有する。プロファイルの減速期間Ｔ３では、揺動速度Ｖ１が０まで減速されるものとする。ただし、図９においては、ＣＣＷ方向の揺動速度及びエンコーダー値は、省略されている。また、同様にして、ＣＣＷ方向のプロファイルも生成される。

そして、揺動制御部２５は、揺動駆動制御部２５１により、揺動機構部２１のステッピングモーター２１０をマイクロステップ駆動し、位置検出部２２で検出される位置情報を用いて、振動子アレイ２３を、ステップＳ１１で読み出した揺動情報のスタート位置に移動する（ステップＳ１２）。

そして、揺動制御部２５は、揺動駆動制御部２５１により、ＲＡＭに記憶されたＣＷ方向のプロファイルに基づき、揺動機構部２１のステッピングモーター２１０をＣＷ方向にマイクロステップ駆動し、振動子アレイ２３をエンド位置（目標位置）に揺動開始する（ステップＳ１３）。そして、揺動制御部２５は、位置検出部２２の位置情報がステップＳ１１で読み出された揺動情報の目標位置（エンド位置）に到達したか否かを判別する（ステップＳ１４）。目標位置に到達していない場合（ステップＳ１４；ＮＯ）、揺動制御部２５は、ＲＡＭに記憶されたＣＷ方向のプロファイルに基づき、揺動機構部２１のステッピングモーター２１０をＣＷ方向にマイクロステップ駆動することが終了したか否かを判別する（ステップＳ１５）。

ＣＷ方向の揺動が終了していない場合（ステップＳ１５；ＮＯ）、ステップＳ１４に移行される。目標位置に到達した場合（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、ステップＳ１３で開始したＣＷ方向の揺動を終了する（ステップＳ１６）。揺動中は常に位置を監視し、想定していたマイクロステップ数駆動する前に目標位置に到達していた場合は、その時点で揺動を終了させる。

ステップＳ１６の後、又はＣＷ方向の揺動が終了した場合（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、ステップＳ１１で読み出された揺動情報の揺動範囲があらかじめ設定された所定範囲以内であるか否かを判別する（ステップＳ１７）。例えば、図１０（ａ）に示すように、振動子アレイ２３の揺動の最大範囲が１５０．１２度であり、図１０（ｂ）に示すように、所定範囲が７０度に設定されているものとする。揺動範囲が７０度以内である場合には、オイル２０５、フレキシブルケーブル２３１があまり圧縮、伸縮されないためステッピングモーター２１０への外乱の影響が少なく、振動子アレイ２３の位置ずれが発生せず、揺動範囲が７０度より大きい場合には、外乱の影響が大きく、振動子アレイ２３の位置ずれの調整を必要とする。

揺動範囲が所定範囲より大きい場合（ステップＳ１７；ＮＯ）、揺動制御部２５は、位置検出部２２の位置情報がステップＳ１１で読み出された揺動情報の目標位置（エンド位置）に到達したか否かを判別する（ステップＳ１８）。目標位置に到達していない場合（ステップＳ１８；ＮＯ）、揺動制御部２５は、差分検出部２５２により、ステップＳ１１で読み出されたエンド位置から、位置検出部２２で検出された位置情報を減算した差分値を算出し、駆動位置処理部２５３により、算出した差分値をマイクロステップ数に換算し、差分値のマイクロステップ数を揺動制御部２５のＲＡＭに記憶するとともに、ＲＡＭ内のＣＷ方向のプロファイルを、揺動速度の定速期間部分に差分値のマイクロステップ数を反映したＣＷ方向のプロファイルに更新する（ステップＳ１９）。例えば、図９に示すように、揺動速度Ｖ１の定速期間Ｔ２に差分値のマイクロステップ数に対応する定速期間Ｔ２１が追加された揺動速度Ｖ２に対応するエンコーダー値Ｅ２のＣＷ方向のプロファイルに更新される。揺動速度Ｖ２に対応するＣＷ方向のプロファイルを用いても外乱などの発生により振動子アレイ２３の位置情報に差分値が出る場合には、３回目（以降）のＣＷ方向のプロファイルも繰り返し更新される。

そして、揺動制御部２５は、揺動駆動制御部２５１により、ステップＳ１９で生成された差分値のマイクロステップ数に基づき、揺動機構部２１のステッピングモーター２１０をＣＷ方向にマイクロステップ駆動して、振動子アレイ２３をエンド位置（目標位置）に揺動し（ステップＳ２０）、ステップＳ１８に移行する。例えば、図９に示すように、揺動速度Ｖ１に対応するＣＷ方向のプロファイルで、位置検出部２２のエンコーダー値（位置情報）が目標位置ｅ２（エンコーダー値）に届かない場合（揺動速度Ｖ１、エンコーダー値Ｅ１の点線部分）に、時間Ｔ４の低速のマイクロステップ駆動で振動子アレイ２３が駆動されて、エンコーダー値が目標位置ｅ２に到達する。

目標位置に到達した場合（ステップＳ１８；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、直前のステップＳ１３～Ｓ１６、又はＳ２０の揺動中に、位置検出部２２の位置情報がステップＳ１１で読み出された揺動情報の目標位置（エンド位置）に到達したか否かを判別する（ステップＳ２１）。言い換えると、ステップＳ２１では、位置検出部２２の位置情報が目標位置（エンド位置）をオーバーしたか否かが判別される。揺動中に目標位置に到達した場合（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、差分検出部２５２により、ステップＳ１１で読み出されたエンド位置から、位置検出部２２で検出された位置情報を減算した差分値を算出し、駆動位置処理部２５３により、算出した差分値をマイクロステップ数に換算し、差分値のマイクロステップ数を揺動制御部２５のＲＡＭに記憶するとともに、ＲＡＭ内のＣＷ方向のプロファイルを、揺動速度の定速期間部分に差分値のマイクロステップ数を反映したＣＷ方向のプロファイルに更新する（ステップＳ２２）。揺動中に、想定していたマイクロステップ数駆動する前に目標位置に到達していた場合は、その時点でのマイクロステップ数をもとにプロファイルを更新する。

ステップＳ２２の後、揺動範囲が所定範囲以内の場合（ステップＳ１７；ＹＥＳ）、又は揺動中に目標位置に到達していない場合（ステップＳ２１；ＮＯ）、揺動制御部２５は、ステップＳ１３のＣＷ方向の揺動開始から、ステップＳ１１で読み出された揺動情報の揺動周期に到達したか否かを判別する（ステップＳ２３）。図９に示すように、揺動周期は、ＣＷ方向（又はＣＣＷ方向）の揺動が完了するよう余裕をとられている。揺動周期に到達していない場合（ステップＳ２３；ＮＯ）、ステップＳ２３に移行される。

揺動周期に到達した場合（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、図８に示すように、揺動制御部２５は、揺動駆動制御部２５１により、ステップＳ１１で生成されたＣＣＷ方向のプロファイルに基づき、揺動機構部２１のステッピングモーター２１０をＣＣＷ方向にマイクロステップ駆動し、振動子アレイ２３を、スタート位置（目標位置）に揺動開始する（ステップＳ２４）。そして、揺動制御部２５は、位置検出部２２の位置情報がステップＳ１１で読み出された揺動情報の目標位置（スタート位置）に到達したか否かを判別する（ステップＳ２４）。目標位置に到達していない場合（ステップＳ２５；ＮＯ）、揺動制御部２５は、ＲＡＭに記憶されたＣＣＷ方向のプロファイルに基づき、揺動機構部２１のステッピングモーター２１０をＣＣＷ方向にマイクロステップ駆動することが終了したか否かを判別する（ステップＳ２６）。

ＣＣＷ方向の揺動が終了していない場合（ステップＳ２６；ＮＯ）、ステップＳ２５に移行される。目標位置に到達した場合（ステップＳ２５；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、ステップＳ２４で開始したＣＣＷ方向の揺動を終了する（ステップＳ２７）。

ステップＳ２７の後、又はＣＣＷ方向の揺動が終了した場合（ステップＳ２６；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、ステップＳ１１で読み出された揺動情報の揺動範囲があらかじめ設定された所定範囲以内であるか否かを判別する（ステップＳ２８）。

揺動範囲が所定範囲より大きい場合（ステップＳ２８；ＮＯ）、揺動制御部２５は、位置検出部２２の位置情報がステップＳ１１で読み出された揺動情報の目標位置（スタート位置）に到達したか否かを判別する（ステップＳ２９）。目標位置に到達していない場合（ステップＳ２９；ＮＯ）、揺動制御部２５は、差分検出部２５２により、ステップＳ１１で読み出されたスタート位置から、位置検出部２２で検出された位置情報を減算した差分値を算出し、駆動位置処理部２５３により、算出した差分値をマイクロステップ数に換算し、差分値のマイクロステップ数を揺動制御部２５のＲＡＭに記憶するとともに、ＲＡＭ内のＣＣＷ方向のプロファイルを、揺動速度の定速期間部分に差分値のマイクロステップ数を反映したＣＣＷ方向のプロファイルに更新する（ステップＳ３０）。

そして、揺動制御部２５は、揺動駆動制御部２５１により、ステップＳ３０で生成された差分値のマイクロステップ数に基づき、揺動機構部２１のステッピングモーター２１０をＣＣＷ方向にマイクロステップ駆動して、振動子アレイ２３をスタート位置（目標位置）に揺動し（ステップＳ３１）、ステップＳ２９に移行する。

目標位置に到達した場合（ステップＳ２９；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、直前のステップＳ２４～Ｓ２７、又はＳ３１の揺動中に、位置検出部２２の位置情報がステップＳ１１で読み出された揺動情報の目標位置（スタート位置）に到達したか否かを判別する（ステップＳ３２）。言い換えると、ステップＳ３２では、位置検出部２２の位置情報が目標位置（スタート位置）をオーバーしたか否かが判別される。揺動中に目標位置に到達した場合（ステップＳ３２；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、差分検出部２５２により、ステップＳ１１で読み出されたスタート位置から、位置検出部２２で検出された位置情報を減算した差分値を算出し、駆動位置処理部２５３により、算出した差分値をマイクロステップ数に換算し、差分値のマイクロステップ数を揺動制御部２５のＲＡＭに記憶するとともに、ＲＡＭ内のＣＣＷ方向のプロファイルを、揺動速度の定速期間部分に差分値のマイクロステップ数を反映したＣＣＷ方向のプロファイルに更新する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３の後、揺動範囲が所定範囲以内の場合（ステップＳ２８；ＹＥＳ）、又は揺動中に目標位置に到達していない場合（ステップＳ３２；ＮＯ）、揺動制御部２５は、ステップＳ２４のＣＣＷ方向の揺動開始から、ステップＳ１１で読み出された揺動情報の揺動周期に到達したか否かを判別する（ステップＳ３４）。揺動周期に到達していない場合（ステップＳ３４；ＮＯ）、ステップＳ３４に移行される。揺動周期に到達した場合（ステップＳ３４；ＹＥＳ）、ステップＳ１３に移行される。

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子２は、超音波を送受信する振動子アレイ２３と、振動子アレイ２３をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部２１と、振動子アレイ２３の位置情報を検出する位置検出部２２と、端部位置を含む揺動範囲について、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３を端部位置に揺動し、端部位置と、検出された現在の位置情報との差分値に応じて、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３を端部位置に追加的に揺動する揺動制御部２５と、を備える。このため、外乱が起きても振動子アレイ２３の正確な揺動範囲を確保できるとともに、それに応じた適切な揺動周期を確保でき、フレームレートの低下を防ぐことができる。

また、揺動制御部２５は、第１の端部位置（エンド位置）から第２の端部位置（スタート位置）までの揺動範囲について、振動子アレイ２３を第１の方向（ＣＷ方向）に揺動してエンド位置に揺動する場合に、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３をエンド位置に揺動し、エンド位置と、検出された現在の位置情報との差分値に応じて、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３をエンド位置に追加的に揺動する。揺動制御部２５は、振動子アレイ２３をＣＣＷ方向に揺動してスタート位置に揺動する場合に、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３をスタート位置に揺動し、スタート位置と、検出された現在の位置情報との差分値に応じて、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３をスタート位置に追加的に揺動する。このため、外乱が起きても振動子アレイ２３の正確なスタート位置及びエンド位置の揺動範囲及び必要な揺動周期を確保できる。

また、揺動制御部２５は、エンド位置への振動子アレイ２３の追加的な揺動のマイクロステップ数をＲＡＭに記憶し、記憶されたエンド位置への振動子アレイ２３の追加的な揺動のマイクロステップ数を次回のエンド位置への揺動の制御（プロファイル）に反映させ、スタート位置への振動子アレイ２３の追加的な揺動のマイクロステップ数をＲＡＭに記憶し、記憶されたスタート位置への振動子アレイ２３の追加的な揺動のマイクロステップ数を次回のスタート位置への揺動の制御（プロファイル）に反映させる。このため、外乱が起きても振動子アレイ２３の正確なスタート位置及びエンド位置の揺動範囲及び必要な揺動周期を確保できる。

また、揺動制御部２５は、揺動範囲が所定範囲外である場合に、スタート位置及びエンド位置への追加的な揺動を行う。このため、揺動範囲が所定範囲外であり外乱（フレキシブルケーブル２３１、オイル２０５の伸縮）の影響が大きい揺動のみで追加的な揺動を行うので、外乱の影響が小さい所定範囲以内の揺動で追加的な揺動を防いでフレームレートの低下を防ぐことができる。

また、超音波診断装置１００は、超音波探触子２と、超音波探触子２から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像処理部１３と、を備える。このため、外乱が起きても振動子アレイ２３の正確なスタート位置及びエンド位置の揺動範囲及び必要な揺動周期を確保できるとともに、超音波診断装置本体１の構成を簡単にすることができる。

（第２の実施の形態）
図１１～図１３を参照して、本発明に係る第２の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の機能および構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

まず、本実施の形態の装置構成は、第１の実施の形態と同様に超音波診断装置１００を用いる。ただし、揺動制御部２５のＲＯＭには、第１の振動子アレイ揺動プログラムに代えて、後述する第２の振動子アレイ揺動処理を実行するための第２の振動子アレイ揺動プログラムが記憶されているものとする。

つぎに、図１１～図１３を参照して、本実施の形態の超音波診断装置１００の動作を説明する。図１１は、第２の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。図１２は、図１１の続きの第２の振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。図１３（ａ）は、超音波探触子２のマイクロステップ数を示す図である。図１３（ｂ）は、振動子アレイ２３の角度に対するマイクロステップ数を示すグラフである。

超音波診断装置１００において、例えば、三次元超音波画像表示処理が実行され、制御部１１から第２の振動子アレイ揺動処理の実行指示が入力されたことをトリガーとして、揺動制御部２５は、ＲＯＭに記憶された第２の振動子アレイ揺動プログラムに従い、第２の振動子アレイ揺動処理を実行する。また、第１の実施形態と同様に、あらかじめ設定された揺動情報が記憶部１７に記憶されているものとする。

図１１に示すように、ステップＳ４１は、図７の第１の振動子アレイ揺動処理のステップＳ１１と同様である。そして、揺動制御部２５は、ステップＳ３１で読み出された揺動情報のスタート位置があらかじめ設定された所定範囲外、かつ当該スタート位置と、エンド位置からの当該スタート位置に最も近いパルスステップ位置との差分値があらかじめ設定された所定の設定値内であるか否かを判別する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２の所定範囲は、第１の振動子アレイ揺動処理と同様に、例えば、７０度とする。

図１３（ａ）に示すように、超音波探触子２における振動子アレイ２３の揺動範囲は、例えば、最大１５０．１２度だとする。また、ステッピングモーター２１０のマイクロステップが、例えば０．０４５度単位であるものとする。なお、ステッピングモーター２１０のパルスステップが、例えば７．２度単位であり、位置検出部２２のエンコーダー値が、例えば０．１８度単位とする。すると、振動子アレイ２３の最大の揺動範囲は、マイクロステップ数で換算すると、＋１６６８～０～－１６６８となる。

図１３（ｂ）に、超音波探触子２における振動子アレイ２３の角度に対するマイクロステップ数を示し、点線をマイクロステップとし、一点鎖線をパルスステップとし、破線をスタート位置（又はエンド値）のマイクロステップ数とエンド位置（又はスタート値）からのパルスステップ位置との差分値とする。このとき、ステップＳ４２の所定の設定値は、例えば、１．８度とする。なお、図１３（ｂ）は、角度がプラス側のみ示され、マイナス側も同様である。

スタート位置が所定範囲外、かつ差分値が所定の設定値内である場合（ステップＳ４２；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、スタート位置を最も近いパルスステップ位置（例えばパルスステップ位置へのマイクロステップ位置の切り上げ／切り下げ位置）に再設定し、当該再設定に応じて揺動制御部２５のＲＡＭに記憶されているプロファイルを更新する（ステップＳ４３）。そして、揺動制御部２５は、ステップＳ４１で読み出された揺動情報のエンド位置があらかじめ設定された所定範囲外、かつ当該エンド位置と、スタート位置からの当該エンド位置に最も近いパルスステップ位置との差分値があらかじめ設定された所定値以内であるか否かを判別する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４の所定範囲、所定の設定値は、例えば、ステップＳ４２と同様である。スタート位置が所定範囲外、かつ差分値が所定値以内でない場合（ステップＳ４２；ＮＯ）、ステップＳ４４に移行される。

エンド位置が所定範囲外、かつ差分値が所定値以内である場合（ステップＳ４４；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、エンド位置を最も近いパルスステップ位置に再設定し、当該再設定に応じて揺動制御部２５のＲＡＭに記憶されているプロファイルを更新する（ステップＳ４５）。ステップＳ４６～Ｓ５０は、図７の第１の振動子アレイ揺動処理のステップＳ１２～Ｓ１６と同様である。エンド位置が所定範囲外、かつ差分値が所定値以内でない場合（ステップＳ４４；ＮＯ）、ステップＳ４６に移行される。

そして、揺動制御部２５は、ステップＳ４５でエンド位置が再設定されたか否かを判別する（ステップＳ５１）。エンド位置が再設定されていない場合（ステップＳ５１；ＮＯ）、揺動制御部２５は、ステップＳ５２を実行する。図１１及び図１２に示すように、ステップＳ５２～Ｓ６１は、図７の第１の振動子アレイ揺動処理のステップＳ１８～Ｓ２７と同様である。エンド位置が再設定されている場合（ステップＳ５１；ＹＥＳ）、ステップＳ５７に移行される。

ステップＳ６１の後、又はＣＣＷ方向の揺動が終了した場合（ステップＳ６０；ＹＥＳ）、揺動制御部２５は、ステップＳ４３でスタート位置が再設定されたか否かを判別する（ステップＳ６２）。スタート位置が再設定されていない場合（ステップＳ６２；ＮＯ）、揺動制御部２５は、ステップＳ６３を実行する。ステップＳ６３～Ｓ６８は、図８の第１の振動子アレイ揺動処理のステップＳ２９～Ｓ３４と同様である。スタート位置が再設定されている場合（ステップＳ６２；ＹＥＳ）、ステップＳ６８に移行される。

第２の振動子アレイ揺動処理では、図１３（ｂ）において、実線で示すように、揺動範囲のスタート位置、エンド位置と、パルスステップ位置との差分値が所定の設定値（１．８度）以内であれば、パルスステップ位置で振動子アレイ２３の揺動が停止される。

以上、本実施の形態によれば、超音波探触子２は、超音波を送受信する振動子アレイ２３と、振動子アレイ２３をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部２１と、端部位置を含む揺動範囲について、端部位置と、端部位置へのパルス駆動のみによる揺動位置であるパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３をパルスステップ位置に揺動する揺動制御部２５と、を備える。このため、パルスステップ位置へのマイクロステップ駆動により外乱が起きても振動子アレイ２３の正確な揺動範囲を確保できるとともに、それに応じた必要な揺動周期を確保でき、フレームレートの低下を防ぐことができる。さらに、１回で端部位置に揺動できるので、揺動時間を短くすることができ、フレームレートの低下をより防ぐことができる。

また、揺動制御部２５は、端部位置が所定範囲外であり、かつパルスステップ位置と端部位置との差分値が所定値以内である場合に、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３をパルスステップ位置に揺動する。このため、端部位置が所定範囲外であり外乱（フレキシブルケーブル２３１、オイル２０５の伸縮）の影響が大きい場合に、外乱が起きても振動子アレイ２３の正確な揺動範囲及び必要な揺動周期を確保できる。

また、揺動制御部２５は、第１の端部位置（エンド位置）から第２の端部位置（スタート位置）までの揺動範囲について、振動子アレイ２３をＣＷ方向に揺動してエンド位置に揺動する場合に、エンド位置と、エンド位置へのパルス駆動のみによる第１のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３を第１のパルスステップ位置に揺動する。揺動制御部２５は、振動子アレイ２３をＣＣＷ方向に揺動してスタート位置に揺動する場合に、スタート位置と、スタート位置へのパルス駆動のみによる第２のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、揺動機構部２１のマイクロステップ駆動の制御により、振動子アレイ２３を第２のパルスステップ位置に揺動する。このため、外乱が起きても振動子アレイ２３の正確なスタート位置及びエンド位置を有する揺動範囲及び必要な揺動周期を確保できる。

なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る好適な超音波探触子及び超音波診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記第１、第２の実施の形態を適宜組み合わせる構成としてもよい。

また、上記各実施の形態では、超音波探触子２が、揺動制御部２５を有する構成としたが、これに限定されるものではない。超音波診断装置本体１が、揺動制御部２５を有する構成としてもよく、あるいは、制御部１１が、揺動制御部２５の機能を有する構成としてもよい。この構成によれば、超音波探触子２の構成を簡単にできる。

また、以上の実施の形態における超音波診断装置１００を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００ 超音波診断装置
１ 超音波診断装置本体
１１ 制御部
１２ 送受信部
１３ 画像処理部
１４ 表示制御部
１５ 表示部
１６ 操作入力部
１７ 記憶部
２ 超音波探触子
２０１ ウインドウ
２０２ 筐体
２０３ 支持回転部
２０４ 回転軸
２０５ オイル
２１ 揺動機構部
２１０ ステッピングモーター
２１１ ローター
２１２Ａ，２１２Ｂ コイル
２２ 位置検出部
２３ 振動子アレイ
２３０ 振動子アレイ部
２３１ フレキシブルケーブル
２４ 駆動回路部
２４０Ａ Ａ相駆動回路
２４１Ａ 電流検知部
２４２Ａ 差動アンプ
２４３Ａ，２４４Ａ 電力増幅アンプ
２４５Ａ ＋電源
２４６Ａ－電源
２４７Ａ 反転回路
２４０Ｂ Ｂ相駆動回路
２５ 揺動制御部
２５１ 揺動駆動制御部
２５２ 差分検出部
２５３ 駆動位置処理部
３ ケーブル

Claims (14)

1. 超音波を送受信する振動子部と、
   前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
   前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、
   端部位置を含む揺動範囲について、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に揺動し、前記揺動範囲が、揺動の最大範囲よりも小さくかつ外乱の影響が少ない所定範囲の外である場合に、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、を備える超音波探触子。
2. 前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第１の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に追加的に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第２の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に追加的に揺動する請求項１に記載の超音波探触子。
3. 前記揺動制御部は、前記第１の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を記憶部に記憶し、当該記憶された前記第１の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第１の端部位置への揺動の制御に反映させ、前記第２の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を前記記憶部に記憶し、当該記憶された前記第２の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第２の端部位置への揺動の制御に反映させる請求項２に記載の超音波探触子。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
   前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える超音波診断装置。
5. 超音波を送受信する振動子部と、
   前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
   前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、を備える超音波探触子と、
   端部位置を含む揺動範囲について、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に揺動し、前記揺動範囲が、揺動の最大範囲よりも小さくかつ外乱の影響が少ない所定範囲の外である場合に、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、
   前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える超音波診断装置。
6. 前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第１の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１の端部位置に追加的に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に揺動し、前記揺動範囲が前記所定範囲の外である場合に、当該第２の端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２の端部位置に追加的に揺動する請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記揺動制御部は、前記第１の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を記憶部に記憶し、当該記憶された前記第１の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第１の端部位置への揺動の制御に反映させ、前記第２の端部位置への前記振動子部の追加的な揺動のマイクロステップ数を前記記憶部に記憶し、当該記憶された前記第２の端部位置への追加的な揺動のマイクロステップ数を次回の前記第２の端部位置への揺動の制御に反映させる請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 超音波を送受信する振動子部と、
   前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
   前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、
   端部位置を含む揺動範囲について、当該端部位置と、当該端部位置へのパルス駆動のみによる揺動位置であるパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動し、前記差分値が所定値以内でない場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記端部位置に揺動し、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、を備える超音波探触子。
9. 前記揺動制御部は、前記端部位置が所定範囲外であり、かつ前記パルスステップ位置と前記端部位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動する請求項８に記載の超音波探触子。
10. 前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、当該第１の端部位置と、当該第１の端部位置へのパルス駆動のみによる第１のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１のパルスステップ位置に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、当該第２の端部位置と、当該第２の端部位置へのパルス駆動のみによる第２のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２のパルスステップ位置に揺動する請求項８又は９に記載の超音波探触子。
11. 請求項８から１０のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
    前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える超音波診断装置。
12. 超音波を送受信する振動子部と、
    前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
    前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部と、を備える超音波探触子と、
    端部位置を含む揺動範囲について、当該端部位置と、当該端部位置へのパルス駆動のみによる揺動位置であるパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動し、前記差分値が所定値以内でない場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記端部位置に揺動し、当該端部位置と、前記検出された現在の位置情報との差分値に応じて、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該端部位置に追加的に揺動する揺動制御部と、
    前記超音波探触子から得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像生成部と、を備える超音波診断装置。
13. 前記揺動制御部は、前記端部位置が所定範囲外であり、かつ前記パルスステップ位置と前記端部位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を前記パルスステップ位置に揺動する請求項１２に記載の超音波診断装置。
14. 前記揺動制御部は、第１の端部位置から第２の端部位置までの揺動範囲について、前記振動子部を第１の方向に揺動して第１の端部位置に揺動する場合に、当該第１の端部位置と、当該第１の端部位置へのパルス駆動のみによる第１のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第１のパルスステップ位置に揺動し、前記振動子部を前記第１の方向とは逆の第２の方向に揺動して第２の端部位置に揺動する場合に、当該第２の端部位置と、当該第２の端部位置へのパルス駆動のみによる第２のパルスステップ位置との差分値が所定値以内である場合に、前記揺動機構部のマイクロステップ駆動の制御により、前記振動子部を当該第２のパルスステップ位置に揺動する請求項１２又は１３に記載の超音波診断装置。

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