JPS6223575B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は体腔内での超音波ビームのセクタスキ
ヤンによる超音波像を映出するための超音波像映
出装置に関するものである。

例えば、臨床医学分野においては、近年超音波
を利用した診断装置の有用性が注目され、既に、
生体表面から生体内に超音波パルスを発射し、生
体内の諾器管からの反射波を受信して、腹部ある
いは心臓や胎児の動きをリアルタイムで観察する
超音波診断装置や、超音波振動子を例えば直腸に
挿入して前立腺を検査する体腔内超音波診断装置
が実用化されている。体腔内超音波診断装置は、
超音波パルスを生体表面から発射させる前者の装
置に比べ、目標臓器に近い位置で、より高い周波
数の超音波を使用することができるから、高品位
の画像を得ることができる利点があるが、従来提
案されているこの種装置は、その挿入部がいずれ
もリジツドに構成され、上述したように直腸に挿
入して前立腺を診断する等の比較的浅く単純な形
状の体腔に挿入して使用される。しかし、最近で
は、体腔内超音波診断装置の利点を活かし、挿入
部をフレキシブルに構成して、複雑かつ深い食道
や胃に超音波振動子を挿入し、高解像力の下で心
臓、〓臓等の臓器を診断する装置の開発が望まれ
ている。

一方、体腔内超音波診断装置において、セクタ
スキヤン像を得るためには、挿入部の径に制限が
あるため、一般には挿入部先端に超音波振動子を
有する超音波ビーム走査手段を設け、挿入部後端
に連結される操作部に超音波ビーム走査用の駆動
手段および超音波ビームの方向を検出する角度検
出器等を設けて構成され、リジツドな挿入部を持
つ上述した体腔内超音波診断装置においては、挿
入部先端に設けた超音波ビーム走査手段と操作部
に設けた駆動手段および角度検出器とを剛体から
成る軸で連結した構成されている。したがつて、
この場合には、超音波ビームの方向と角度検出器
の回転とが１対１に対応するから、角度検出器と
して従来から用いられているsin、cos関数発生型
のポテンシヨメータを有効に用いることができ
る。しかし、挿入部をフレキシブルに構成する場
合には、超音波ビーム走査手段と駆動手段および
角度検出器との間もフレキシブルな動力伝達手
段、例えばコイルワイヤを用いて連結する必要が
あるが、この場合にはコイルワイヤのねじれ方向
の遊びに起因して超音波ビームの実際の方向と角
度検出器によつて検出される方向との間にずれが
生じ、所望の像を正確に表示できないことがある
と共に、そのずれを補正することは極めて困難で
ある。この問題を解決するためには、モータ等の
駆動手段を定速回転させ、超音波ビームの方向と
角度検出器とのずれ量を一定に保つて、そのずれ
量を予じめ角度検出器側で補正することが考えら
れるが、挿入部の先端部も軟性内視鏡のように湾
曲自在な場合には、先端部の湾曲角度によつてね
じれ方向の遊びに起因するずれ量が変化するの
で、sin、cos関数発生型ポテンシヨメータのよう
に角度の絶対値を検出する角度検出器を用いるの
は不適当である。

本発明の目的は上述した種々の不具合を解決
し、超音波ビームの方向と陰極線管上に映出する
超音波像との間に角度ずれを殆んど生じることな
く、画質の良好な超音波像を映出できるよう適切
に構成した超音波像映出装置を提供せんとするに
ある。

本発明は、超音波ビームのセクタスキヤンによ
る超音波像の映出装置において、前記超音波ビー
ムを発・受信する超音波振動子を有する超音波ビ
ーム走査手段を体腔内に挿入される可撓性管の先
端部内に回動自在に装着し、この超音波ビーム走
査手段を前記可撓性管の内部に挿入した可撓性の
動力伝達媒体を介して前記可撓性管の外部に設け
た駆動手段に連結して回動させるようにし、前記
可撓性管の先端部内には更に前記超音波ビーム走
査手段に一体に連結され、超音波ビームのセクタ
スキヤン開始位置を検出する走査開始位置検出手
段を設け、更に前記可撓性管の外部には前記駆動
手段の回転を検出して回転角に応じたアナログ値
を出力する位置検出手段と、この位置検出手段か
らのアナログ値をデジタル値に変換して一定回転
角度毎にパルスを発生するパルス発生手段と、こ
のパルス発生手段からのパルスを前記走査開始位
置検出手段からの走査開始信号の制御の下で計数
するカウンタと、このカウンタの計数値によりア
ドレス指定され、予じめ記憶した前記超音波ビー
ムの振れ角に応じたsin値およびcos値の関数値か
ら指定されたアドレスの関数値を出力する不揮発
性メモリ装置と、この不揮発性メモリ装置からの
出力信号を受けて、超音波像を再生する陰極線管
の偏向信号を発生する回路とを設けたことを特徴
とするものである。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明超音波像映出装置の一例の全体
の構成を示す概略線図であり、側視型内視鏡に装
着して体腔内から所定の臓器を映出させてその診
断を行なう体腔内超音波診断装置として用いるも
のである。内視鏡１は可撓性の挿入部３を有し、
その先端部５は内視鏡操作部７の操作により自由
に湾曲可能に構成されていると共に、この部分に
は操作部７から挿入部３を通して形成した照明部
９および観察部１１が近接して設けられている。
本例では、照明部９および観察部１１を形成した
近傍の先端部５に、超音波振動子を含む超音波ビ
ーム走査手段およびこの走査手段に一体に連結さ
れ、超音波ビームのセクタスキヤン開始位置を検
出する走査開始位置検出手段を組み込む収納部１
３を設け、挿入部３と内視鏡操作部７との間の体
腔内に挿入されない部分に、前記超音波ビーム走
査手段を駆動するための駆動手段およびこの駆動
手段の回転を検出して一定回転角度毎にパルスを
発生するパルス発生手段を組み込む超音波スキヤ
ナ収納部１５を設け、前記超音波ビーム走査手段
と駆動手段とを挿入部３内を通して可撓性の動力
伝達手段を介して連結する。また、内視鏡１の外
部には、内視鏡１に装着した超音波振動子による
超音波ビームの送受および駆動手段の回転を制御
すると共に、超音波振動子での受信信号、走査開
始位置検出手段からの走査開始信号およびパルス
発生手段からのパルスを処理する制御・処理回路
１７を設け、この制御・処理回路を陰極線管１９
に接続して超音波像を再生するよう構成する。

第２図および第３図は第１図に示す体腔内超音
波診断装置の挿入部先端および超音波スキヤナ収
納部の詳細な構成を示す断面図および要部斜視図
である。可撓性の挿入部３内には照明光を導くラ
イトガイド２１と生体の体腔の像を伝達するイメ
ージガイド２３とを延在させる。ライトガイド２
１の出射端は、挿入部３に嵌めたガラス窓２５に
対向させることにより照明部９を構成し、体腔内
を照明する。照明部９により照明された体腔内の
像はガラス窓２７、プリズム２９、結像光学系３
１およびイメージガイド２３より成る観察部１１
を経て外部から目視により観察することができ
る。また、ガラス窓２５，２７の表面は、挿入部
３内を通して延在させた給水管３３から水等を供
給することにより洗浄することができる。

挿入部３の最先端部には収納部１３を設け、こ
の収納部に超音波ビームを送受信する超音波振動
子３５およびこれと対向して超音波ミラー３７を
設ける。超音波振動子３５の入出力信号は信号ケ
ーブル３９により挿入部３内を通して外部に設け
た制御・処理回路２７に接続する。超音波ミラー
３７は、超音波振動子３５と45゜の角度を成し、
超音波振動子３５から発射された超音波ビーム
を、矢印Ａで示すように挿入部３の長手方向に対
しほゞ直角な方向に放射させる。この超音波ミラ
ー３７は、シール材４１、軸受４３，４５により
回動自在に支持された軸４７に固着する。また、
この軸４７には超音波ミラー３７の絶対角度、す
なわち超音波ビームのセクタスキヤン開始位置を
検出するための円盤４９を一体に設ける。円盤４
９は、その一方の面に半径方向に細条の反射部５
１を形成する。また、この円盤４９の反射部５１
を形成した面側には、この面と対向して一対のオ
プチカルフアイバ５３Ａ，５３Ｂの一端を臨ま
せ、これらフアイバの他端を挿入部３内を通し
て、超音波スキヤナ収納部１５に設けた発光素子
５５Ａおよび受光系５５Ｂに臨ませる。収納部１
３は、ゴム有機樹脂等から成るバルーン５７によ
つて覆い、このバルーンの開口部例えばＯリング
５９を介して挿入部３の先端部に気密に保持す
る。また、挿入部３内にはバルーン５７の内部６
１に連通する給水管６３を延在して設け、この給
水管６３を経てバルーン５７の内部６１に水等の
超音波伝達媒体を供給し得るよう構成する。

一方、超音波スキヤナ収納部１５内には、上述
した発光素子５５Ａおよび受光素子５５Ｂの他
に、第３図に示すように、モータ６５および超音
波ミラー３７の回転角度に比例した電圧を発生す
るリニア型ポテンシヨメータ等の角度検出器６７
を設け、モータ６５の回転をギヤ６９Ａ，６９Ｂ
を経て角度検出器６７に伝達する。また、角度検
出器６７および超音波ミラー３７は挿入部３内に
延在して設けたコイルワイヤ等の可撓性の動力伝
達部材７１で連結し、超音波ミラー３７をギヤ６
９Ａ，６９Ｂおよび動力伝達部材７１を介してモ
ータ６５により回転させるよう構成する。

上述した構成において、発光素子５５Ａから出
た光はオプチカルフアイバ５３Ａを経て円盤４９
の一方の面に投射される。したがつて、モータ６
５の駆動により超音波ミラー３７および円盤４９
を、ギヤ６９Ａ，６９Ｂおよび動力伝達部材７１
を介して一体に回転させれば、円盤４９の一方の
面に形成した反射部５１がオプチカルフアイバ５
３Ａ，５３Ｂと対向したときのみ、オプチカルフ
アイバ５３Ｂを経て受光素子５５Ｂに強い反射光
が入射し、これにより受光素子５５Ｂにおいて超
音波ビームのセクタスキヤン開始位置、すなわち
その絶対角度を表わす走査開始信号を出力するこ
とができる。一方、動力伝達部材７１を介してモ
ータ６５により駆動される超音波ミラー３７と角
度検出器６７との間には、静止状態と比較して動
力伝達部材７１のねじれ方向の遊びに起因するず
れが生じる。このずれ量は、モータ６５の回転速
度、または挿入部３の湾曲程度および各部の摩擦
による動力伝達部材７１の負荷状態により異なる
が、モータ６５が１回転する間に生ずるずれ量の
むらを無視できるとすれば、受光素子５５Ｂから
の走査開始信号を起点として角度検出器６７によ
り検出される相対的な回転角度を測定すれば、超
音波ビームの絶対的な方向を示す真の角度情報を
得ることができる。これは、特に本実施例に示す
ように、湾曲度を適宜変えて使用する可撓性の挿
入部を持つ体腔内超音波診断装置における超音波
ビームの絶対的な方向を検知する手段として極め
て有効である。

第４図は上述した実施例において、超音波ビー
ムのセクタスキヤンにより得られる超音波像を陰
極線管１９上に映出させるための信号処理回路の
一例の構成を示すブロツク線図である。第３図に
示す受光素子５５Ｂからの走査開始信号は遅延回
路７３を経て所定時間だけ遅延させてからフリツ
プフロツプ７５をセツトし、これによりゲート回
路７７を開く。なお、遅延回路７３は超音波ビー
ムの真の方向と、陰極線管１９上に表示される走
査線の方向とを一致させるための微調整を行うた
めに設けられている。角度検出器６７からの超音
波ビームの振れ角に比例した電圧は、Ａ／Ｄ変換
器７８およびゲート回路７７を経てカウンタ７９
に供給する。こゝでＡ／Ｄ変換器７８の全デジタ
ル出力は角度検出器６７のアナログ出力電圧の絶
対値に対応するが、Ａ／Ｄ変換器７８の最下位ビ
ツト（LSB）出力は超音波ビームの振れ角が一定
角度変化することにより変化する。したがつて、
Ａ／Ｄ変換器７８の最下位ビツト出力のみに着目
すれば、実際の超音波ビームの方向と角度検出器
６７との間のずれ量に関係なく、超音波ビームの
角度変化にのみ対応するパルスを得ることができ
るから、このパルスをカウンタ７９で計数する。
カウンタ７９はその設定値により表示すべきセク
タ角度を決定するもので設定値までパルスを計数
するとフリツプフロツプ７５をリセツトし、これ
によりゲート回路７７を閉じる。カウンタ７９の
順次の計数値は、不揮発性メモリ装置８１Ａ，８
１Ｂにそれぞれ供給し、これらのアドレスを指定
する。不揮発性メモリ装置８１Ａ，８１Ｂは超音
波ビームの振れ角θに応じたsinθ、cosθに対応
するデジタル値を予じめ記憶し、カウンタ７９の
出力によつて指定されたアドレスの関数値を出力
する。これら不揮発性メモリ装置８１Ａ，８１Ｂ
の出力はそれぞれＤ／Ａコンバータ８３Ａ，８３
Ｂを経てアナログ量の電圧値Esinθ、Ecosθに
変換してアナログマルチプライヤ８５Ａ，８５Ｂ
に供給する。こゝで、Ｄ／Ａコンバータ８３Ａ，
８３Ｂから得られる出力は、連続的な電圧変化を
しないことを除けば、従来から角度検出器として
用いられているsin、cos関数発生型のポテンシヨ
メータの出力と全く同様である。アナログマルチ
プライヤ８５Ａ，８５Ｂには、更に鋸歯状発生器
８７からの鋸歯状波を供給し、この鋸歯状波と
Ｄ／Ａコンバータからの出力とを掛け合わせて陰
極線管１９の偏向信号を作成し、これら信号を陰
極線管１９のＸ軸およびＹ軸端子にそれぞれ供給
する。また陰極線管１９のＺ軸端子には、超音波
振動子３５の受信信号を増幅・検波した出力を供
給して輝度変調を行い超音波診断画像を映出させ
る。

なお本発明は上述した例にのみ限定されるもの
ではなく幾多の変形または変更が可能である。例
えば、上述した例では超音波ミラー３７を回転さ
せて超音波ビームをセクタスキヤンさせるように
したが、超音波振動子３５を直接回転させて超音
波ビームをセクタスキヤンさせるよう構成するこ
ともできる。また、超音波ビームのセクタスキヤ
ン開始位置すなわち絶対角度は、上述した光学的
な手段により検出の他、例えばロータおよびブラ
シから成るメカニカルなスイツチ等を閉じて検出
するよう構成することもできる。

以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば、体腔内に挿入される可撓性の挿入部を持ち、
走査用駆動手段と超音波ビーム走査手段とを可撓
性の動力伝達部材を介して連結し、超音波ビーム
を一定速度で回転させてセクタスキヤンまたはラ
ジアルスキヤンによる超音波像を映出させる装置
において、従来用いられてきた絶対角度検出型の
角度検出器の代わりに、角度変化のみを検知する
手段と走査開始位置検出器とを設けることによ
り、超音波ビームの実際の方向と角度検出器によ
つて検出される方向との間のずれ量に関係なく、
真の超音波ビーム方向に対応した超音波像を陰極
線管上に表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明超音波像映出装置の一例の全体
の構成を示す概略線図、第２図および第３図は第
１図に示す挿入部先端および超音波スキヤナ収納
部の詳細な構成をそれぞれ示す断面図および要部
斜視図、第４図は第１図に示す実施例において超
音波ビームのセクタスキヤンにより得られる超音
波像を陰極線管上に映出させるための信号処理回
路の一例の構成を示すブロツク線図である。 １……内視鏡、３……挿入部、５……先端部、
７……内視鏡操作部、９……照明部、１１……観
察部、１３……収納部、１５……超音波スキヤナ
収納部、１７……制御・処理回路、１９……陰極
線管、２１……ライトガイド、２３……イメージ
ガイド、２５，２７……ガラス窓、２９……プリ
ズム、３１……結像光学系、３３……給水管、３
５……超音波振動子、３７……超音波ミラー、３
９……信号ケーブル、４１……シール材、４３，
４５……軸受、４７……軸、４９……円盤、５１
……反射部、５３Ａ，５３Ｂ……オプチカルフア
イバ、５５Ａ……発光素子、５５Ｂ……受光素
子、５７……バルーン、５９……Ｏリング、６１
……バルーン内部、６３……給水管、６５……モ
ータ、６７……角度検出器、６９Ａ，６９Ｂ……
ギヤ、７１……動力伝達部材、７３……遅延回
路、７５……フリツプフロツプ、７７……ゲート
回路、７８……Ａ／Ｄ変換器、７９……カウン
タ、８１Ａ，８１Ｂ……不揮発性メモリ装置、８
３Ａ，８３Ｂ……Ｄ／Ａコンバータ、８５Ａ，８
５Ｂ……アナログマルチプライヤ、８７……鋸歯
状波発生器、８９……周波数マルチプレクサ、９
１……フエーズ・ロツクド・ループ（PLL）、９
３……分周器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波ビームのセクタスキヤンによる超音波
   像の映出装置において、前記超音波ビームを発・
   受信する超音波振動子を有する超音波ビーム走査
   手段を体腔内に挿入される可撓性管の先端部内に
   回動自在に装着し、この超音波ビーム走査手段を
   前記可撓性管の内部に挿入した可撓性の動力伝達
   媒体を介して前記可撓性管の外部に設けた駆動手
   段に連結して回動させるようにし、前記可撓性管
   の先端部内には更に前記超音波ビーム走査手段に
   一体に連結され、超音波ビームのセクタスキヤン
   開始位置を検出する走査開始位置検出手段を設
   け、更に前記可撓性管の外部には前記駆動手段の
   回転を検出して回転角に応じたアナログ値を出力
   する位置検出手段と、この位置検出手段からのア
   ナログ値をデジタル値に変換して一定回転角度毎
   にパルスを発生するパルス発生手段と、このパル
   ス発生手段からのパルスを前記走査開始位置検出
   手段からの走査開始信号の制御の下で計数するカ
   ウンタと、このカウンタの計数値によりアドレス
   指定され、予じめ記憶した前記超音波ビームの振
   れ角に応じたsin値およびcos値の関数値から指定
   されたアドレスの関数値を出力する不揮発性メモ
   リ装置と、この不揮発性メモリ装置からの出力信
   号を受けて、超音波像を再生する陰極線管の偏向
   信号を発生する回路とを設けたことを特徴とする
   超音波像映出装置。 ２ 前記超音波ビーム走査手段を装着した可撓性
   管に、超音波ビームの被投射位置を照明および観
   察するための照明用光学系および観察用光学系を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲１記載の
   超音波像映出装置。