JPH05277113A

JPH05277113A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH05277113A
Application number: JP4077306A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Matsuzaki; 正明松崎
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波プローブの外径寸法を変更せず、かつ
専用の信号線を増設する必要もなく、先端に設けられた
超音波振動子の回転角を正確に検出でき、画像流れのな
い画質の良好な超音波断層像が得られる超音波診断装置
を提供する。【構成】超音波振動子１を機械的に回転させてラジア
ルスキャンを行う超音波診断装置において、超音波振動
子１の近傍に設けられ、振動子１の回転に応じて変化す
る電磁誘導量または静電誘導量を示す信号を発生する信
号発生手段２，３ａ，３ｂと、その電磁誘導量または静
電誘導量の変化量を検出する変化量検出手段１１，１３
と、その検出した変化量に基づいて振動子１の回転角情
報を検出する回転角検出手段１４，１５とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、生体に超音波パルス
を投射し、その超音波エコーを受信して超音波像を得る
超音波診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、体内に超音波を投射し、そのエコ
ー信号から体内の状態を描画して、病変の発見や、診断
を行う方法が広く普及している。なかでも、超音波プロ
ーブを内視鏡的に体内に挿入し、体内から超音波を投射
する方法は、対外式に比べて超音波の減衰が小さく、分
解能の高い高周波の超音波を使用できることから注目さ
れている。

【０００３】このような体腔内超音波プローブでは、体
内の管腔を軸に超音波振動子を回転させてスキャンし、
管腔の断面画像を得るのが診断上最も有効とされてい
る。このようなことから、体腔内超音波プローブでは、
プローブ先端に配置された超音波振動子を機械的に回転
させる、いわゆるメカニカルラジアルスキャン方式が広
く採用されている。

【０００４】メカニカルラジアルスキャン方式は、通
常、対外に置かれた駆動ユニット内に設けられたモータ
と、体内に挿入されるプローブ先端の超音波振動子とを
フレキシブルシャフト等の回転伝達部材で接続し、その
外周をテフロン（商品名）等からなる樹脂性シースで覆
う構造となっている。また、駆動ユニット内には、ロー
タリーエンコーダ等の回転検出手段が設けられ、これに
より超音波振動子の回転情報を得ることによって、安定
した正確なラジアルスキャンの断面画像を描画するよう
にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成においては、回転検出手段が設けられている駆動ユ
ニット内と、実際に超音波ビームをスキャンする超音波
振動子とをフレキシブルシャフト等の回転部材で連結し
ているため、振動子の回転を必ずしも正確に検出できな
い。特に、プローブシースが湾曲されたような場合に
は、シース内面とフレキシブルシャフトとの間の摩擦力
が不均一となって、振動子の回転にムラが生じる場合が
ある。このような場合、駆動ユニット内のモータと直結
された回転検出手段では、回転ムラを検出することがで
きず、このため描画される超音波断層像がスキャン方向
に流れ、非常に画質の悪化したものとなる。

【０００６】このような不具合を無くすために、モータ
の回転を先端に忠実に伝達する様々な工夫が従来なされ
ている。例えば、フレキシブルシャフトの素線断面形状
を矩形にして段面積をかせぎ、フレキシビリティを確保
しながら回転方向の剛性を高めることが試みられてい
る。また、シース内面との摩擦を軽減するために、潤滑
剤の他にフレキシブルシャフトとシース内面とを同極性
に磁化し、磁気の反発力で間隙を確保して摩擦を軽減し
ようという試みもなされている。しかし、いずれの試み
も、根本的な解決にならず、屈曲条件によっては回転ム
ラを防止できないという問題がある。

【０００７】また、回転検出手段を振動子の近傍に配置
することも検討されている。しかし、特に体腔内超音波
プローブでは、その外径寸法に制限があり、ロータリー
エンコーダ等を先端に設けることは非常に困難である。
また、先端にロータリーエンコーダを設けると、その回
転情報信号を伝送するケーブルが別途必要となるため、
シースの外径寸法が増大するという問題があると共に、
コストアップになるという問題がある。

【０００８】この発明は、上述した問題点に着目してな
されたもので、超音波プローブの外径寸法を変更するこ
となく、また専用の信号線を増設する必要もなく、先端
に設けられた超音波振動子の回転角を正確に検出でき、
画像流れのない画質の良好な超音波断層像を得ることが
できるよう適切に構成した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】上記目的を達成するた
め、この発明では、超音波振動子を機械的に回転させて
ラジアルスキャンを行う超音波診断装置において、前記
超音波振動子の近傍に設けられ、該超音波振動子の回転
に応じて変化する電磁誘導量または静電誘導量を示す信
号を発生する信号発生手段と、その電磁誘導量または静
電誘導量の変化量を検出する変化量検出手段と、その検
出した変化量に基づいて前記超音波振動子の回転角情報
を検出する回転角検出手段とを具える。

【００１０】

【作用】上記構成において、超音波振動子が回転する
と、その近傍に設けられた信号発生手段から、回転に応
じて変化する電磁誘導量または静電誘導量を示す信号が
発生し、その変化量が変化量検出手段で検出され、その
変化量に基づいて回転角検出手段で超音波振動子の回転
角情報が検出される。したがって、この回転角情報に基
づいて、超音波振動子からの超音波の放射タイミングを
制御すれば、超音波振動子が一定速度の安定した回転を
しなくても、画像流れのない画質の良好な超音波断層像
を得ることが可能となる。

【００１１】

【実施例】図１および図２は、この発明の第１実施例を
示すもので、図１はプローブの構造を、図２は全体の回
路ブロックを示す。図１において、先端に設けられた超
音波振動子１には、並列にインダクタ２を接続する。通
常、超音波振動子１には、振動子の制動容量やケーブル
の静電容量を、その共振周波数付近においてキャンセル
すべく、並列共振用のマッチングコイルが挿入される。
この場合のインダクタ２は、このマッチングコイルと共
用される。インダクタ２の外側には、振動子１の回転に
応じてインダクタ２に電磁誘導による起電力が発生する
ように、永久磁石３ａ，３ｂを配置する。振動子１に
は、フレキシブルシャフト４の一端を接続し、このフレ
キシブルシャフト４の他端を図示しない駆動ユニット内
のモータの回転軸に連結する。また、振動子１およびイ
ンダクタ２には、同軸ケーブル５を接続する。この同軸
ケーブル５は、フレキシブルシャフト４の中心を通し、
後述するスリップリングを介して送受信回路に接続す
る。なお、全体はプローブシース６によって覆う。

【００１２】図２に示すように、振動子１からの同軸ケ
ーブル５はスリップリング７を介して送受切り換え回路
８に接続する。送受切り換え回路８は、送信駆動パルス
を発生する駆動パルサ回路９および受信信号用のプリア
ンプ１０にそれぞれ接続する。プリアンプ１０の出力
は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１およびハイパスフ
ィルタ（ＨＰＦ）１２にそれぞれ供給する。ＬＰＦ１１
の出力は、コンパレータ１３に供給し、このコンパレー
タ１３の出力をエンコーダ１４に供給する。エンコーダ
１４の出力は、駆動パルサ回路９の制御回路１５に供給
する。

【００１３】一方、ＨＰＦ１２の出力は、対数増幅器１
６で対数圧縮・増幅した後、検波回路１７で検波し、そ
の出力をＡ／Ｄコンバータ１８でデジタル信号に変換し
てデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１９に供給
し、これにより表示装置２０に表示する。

【００１４】以下、この実施例の動作を説明する。振動
子１が回転すると、電磁誘導によりインダクタ２にその
回転に応じた起電力（回転信号電圧）が発生する。ここ
で、回転にムラがあると、その電圧波形は、回転の歪み
に応じて歪んだ形の正弦波となる。一方、駆動パルサ回
路９から送受切り換え回路８を介して振動子１に駆動用
の高電圧パルスが印加されると、振動子１からは超音波
パルスが放射される。振動子１から放射された超音波パ
ルスが被検体で反射されて振動子１に戻ると、振動子１
からはエコー信号電圧が発生する。したがって、同軸ケ
ーブル５には、上記の回転信号電圧とエコー信号電圧と
が重畳された信号が伝送される。

【００１５】伝送された信号は、プリアンプ１０で増幅
された後、ＬＰＦ１１およびＨＰＦ１２に供給され、こ
れにより回転信号とエコー信号とが分離して取り出され
る。ここで、ＬＰＦ１１を通過する回転信号の周波数
は、通常、数Ｈｚ〜数十Ｈｚであり、ＨＰＦ１２を通過
するエコー信号の周波数は、数ＭＨｚと大きく離れてい
る。したがって、簡単なフィルタ構成で容易に分離でき
る。

【００１６】ＨＰＦ１２で分離されたエコー信号は、対
数増幅器１６で対数圧縮・増幅された後、検波回路１７
で検波され、さらにＡ／Ｄコンバータ１８でデジタル信
号に変換されてＤＳＣ１９に供給に供給され、ここでＮ
ＴＳＣ方式のテレビジョン信号の輝度信号に変換され
て、ＣＲＴ等の表示装置２０に超音波断層像として表示
される。

【００１７】一方、ＬＰＦ１１で分離された回転信号
は、フラッシュコンバータ形式のコンパレータ１３で８
つのレベルで比較された後、エンコーダ１４で３ビット
にエンコードされて回転情報として出力される。なお、
この例では、８レベル・３ビットとしたが、必要に応じ
て１２８レベル・７ビットまたは、２５６レベル・８ビ
ット等に増加させることは容易である。

【００１８】生成された回転情報信号は、制御回路１５
のトリガ信号として使用され、これにより回転ムラが有
ってもラジアルスキャンした場合の放射状の超音波ビー
ムが均一に放射されるようになり、断層像にしたときに
画像流れ等のない高品質の画像が得られる。

【００１９】図３〜図６は、この発明の第２実施例を示
すものである。第１実施例では、振動子の共振用のマッ
チングコイルを用いて回転に応じた起電力を得るように
したが、この実施例では別個のコイルを用いて回転に応
じた信号を得る。図３において、超音波振動子２１は、
フレキシブルシャフト２２に接続して回転させるように
する。振動子２１のホルダ２３内には、コイル２４ａ，
２４ｂを互いに直交するように配置し、これらコイル２
４ａ，２４ｂに一定磁界を印加する磁界形成部２５を、
コイル２４ａ，２４ｂを囲むようにホルダ２３の周囲に
配置する。なお、コイル２４ａ，２４ｂは、マイクロマ
シニング等の技術で、チップ上に製作されるような小形
のものに形成する。

【００２０】磁界形成部２５は、図４に示すように、永
久磁石２６ａ，２６ｂ、磁界伝達部２７ａ，２７ｂとを
有し、内部に配置された互いに直交するコイル２４ａ，
２４ｂに一定磁界を与えるよう構成する。

【００２１】このようにして、磁界形成部２５により一
定磁界を印加しながら、互いに直交するコイル２４ａ，
２４ｂを振動子２１と一体に回転させると、コイル２４
ａ，２４ｂからは、図５に示すように、その回転角θに
応じて９０度位相のずれた正弦波信号ａ，ｂが発生す
る。ここで、ひとつの正弦波信号で回転角を検出しよう
とすると、例えば信号ａにおいては、ある電圧ｖ₁に対
応する回転角がθ₁およびθ₂となって、信号の大きさ
と回転角とが一体一に対応しない。ところが、この実施
例のように、直交する二つのコイル２４ａ，２４ｂを回
転させて、９０度位相のずれた正弦波信号ａ，ｂを得れ
ば、例えば回転角θ₁では、信号ａが電圧ｖ₁、信号ｂ
が電圧ｖ₂となるので、これら二つの信号ａ，ｂを組み
合わせることによって、信号と回転角度とを一体一に対
応させることができる。

【００２２】したがって、図６に示すように、上記の二
つの信号ａ，ｂをそれぞれＡ／Ｄコンバータ２８ａ，２
８ｂでデジタル信号に変換し、それらをアドレスとして
回転角情報を出力するテーブルを持つＲＯＭ２９に入力
させるようにすれば、振動子の駆動タイミング信号Ａ
と、ＤＳＣに対する回転角度信号θとを作成することが
できる。

【００２３】図７および図８は、この発明の第３実施例
を示すもので、図７はプローブの構造を、図８は全体の
回路ブロックを示す。超音波振動子３１の近傍には、振
動子３１のプラス電極およびマイナス電極にそれぞれ接
続して半円状の電極３２ａ，３２ｂを設ける。これら電
極３２ａ，３２ｂは、振動子３１と一体に回転するよう
に、図示しない絶縁性の固定部材を介して振動子３１の
ハウジングに固定して設けると共に、フレキシブルシャ
フト４にも連結する。

【００２４】一方、プローブシース６の内側には、電極
３２ａ，３２ｂと同軸状に半円状の電極３３を配置す
る。この電極３３は、振動子３１が回転しても回転しな
いように、シース６に固定して設ける。

【００２５】このように構成すると、電極３２ａと電極
３３との間および、電極３２ｂと電極３３との間に、そ
れぞれ静電容量が形成され、しかも各電極間の対向面積
は振動子３１の回転に応じて変化するので、静電容量値
は回転角に比例したものとなる。これらの静電容量を、
図８において等価的にコンデンサＣａ，Ｃｂとして示
す。なお、図７において、フレキシブルシャフト４およ
び同軸ケーブル５等の構成は第１実施例と同様である。

【００２６】図８において、振動子３１の近傍に設けた
コンデンサＣａ，Ｃｂの容量は、静電容量検出回路３５
で検出する。この静電容量検出回路３５の出力信号、こ
こでは例えば１０ｋＨｚ，１Ｖｐｐの正弦波信号は重畳
回路３６に供給し、ここで駆動パルサ回路９の出力と重
畳して振動子３１へ伝送する。コンデンサＣａ，Ｃｂの
静電容量値は、回転に比例して変化するので、静電容量
検出回路３５から出力される１０ｋＨｚの交流電流もそ
れに比例して変化する。この電流変化を電流検出回路３
７で検出し、その出力を検波回路３８で検波して、回転
に比例した回転信号電圧を生成する。この回転信号は、
第１実施例と同様にして、コンパレータ１３で比較して
エンコーダ１４でエンコードし、その出力を回転情報と
して駆動パルサ回路９の制御回路１５に供給する。その
他の構成および動作は、第１実施例と同様である。した
がって、この実施例においても、振動子３１に回転ムラ
が生じても、画像流れのない高品質の断層像を得ること
ができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明では、超音波振
動子の近傍に、その回転に応じて変化する電磁誘導量ま
たは静電誘導量を示す信号を発生する信号発生手段を設
け、その電磁誘導量または静電誘導量の変化量を検出し
て、その変化量に基づいて超音波振動子の回転角情報を
検出するようにしたので、超音波プローブの外径寸法を
変更する必要のない簡単な構成で、また専用の信号線を
増設することなく、先端に設けられた超音波振動子の回
転角を正確に検出でき、画像流れのない画質の良好な超
音波断層像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例における超音波プローブ
の構成を示す図である。

【図２】第１実施例の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図３】この発明の第２実施例における超音波プローブ
の構成を示す図である。

【図４】図３に示す磁界形成部の構成を示す図である。

【図５】図３に示すコイルから得られる信号波形を示す
図である。

【図６】第２実施例の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図７】この発明の第３実施例における超音波プローブ
の構成を示す図である。

【図８】第３実施例の回路構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１超音波振動子２インダクタ３ａ，３ｂ永久磁石４フレキシブルシャフト５同軸ケーブル６プローブシース７スリップリング８送受切り換え回路９駆動パルサ回路１０プリアンプ１１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１３コンパレータ１４エンコーダ１５制御回路１６対数増幅器１７検波回路１８Ａ／Ｄコンバータ１９デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）２０表示装置２１超音波振動子２２フレキシブルシャフト２３ホルダ２４ａ，２４ｂコイル２５磁界形成部２６ａ，２６ｂ永久磁石２７ａ，２７ｂ磁界伝達部２８ａ，２８ｂＡ／Ｄコンバータ２９ＲＯＭ３１超音波振動子３２ａ，３２ｂ電極３３電極３５静電容量検出回路３６重畳回路３７電流検出回路３８検波回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波振動子を機械的に回転させてラジ
アルスキャンを行う超音波診断装置において、前記超音
波振動子の近傍に設けられ、該超音波振動子の回転に応
じて変化する電磁誘導量または静電誘導量を示す信号を
発生する信号発生手段と、その電磁誘導量または静電誘
導量の変化量を検出する変化量検出手段と、その検出し
た変化量に基づいて前記超音波振動子の回転角情報を検
出する回転角検出手段とを具えることを特徴とする超音
波診断装置。