JPS629337B2 - - 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
体内の諸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、膵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
成る軸で連結して構成されている。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彎
曲自在な場合には、先端部の彎曲角度によつてね
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さら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、さら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望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
に彎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
２１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
３１およびイメージガイド２３より成る観察部１
１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
対しほぼ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４９は、その一方の面に半径方向に細条の反
射部５１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および受光素子５５Ｂに臨ませる。収納
部１３は、ゴム、有機樹脂等から成るバルーン５
７によつて覆い、このバルーンの開口部は、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６１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６
１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および一定
回転角度毎にパルスを発生するロータリーエンコ
ーダ等の角度検出器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６９Ａ，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の彎曲程度および各部の摩擦
による動力伝達部材７１の負荷状態より異なる
が、モータ６５が１回転する間に生じるずれ量の
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、彎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。一方、角度検出器６７から
のパルスはゲート回路７７を経てカウンタ７９に
供給する。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，８１Ｂ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sin
θ、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，８３Ｂ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。ここで、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、さらに鋸歯状波発生器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１
９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な
い超音波診断画像を映出させる。

なお、角度検出器６７の角度分解能が不足する
場合には、角度検出器６７の出力を第４図に仮想
線で示すように、周波数マルチプレクサ８９を通
してゲート回路７７に供給する。周波数マルチプ
レクサ８９は、角度検出器６７からのパルスを加
えるフエーズ・ロツクド・ループ（PLL）９１
と、このPLL９１の出力を１／Ｎに分周してPLL
９１の位相検出入力に加える分周器９３とで構成
され、周波数の逓倍を行なうものである。このよ
うにすれば、角度分解能は実質的にＮ倍になるか
ら、走査線密度の細い画像を得ることができる。

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
角度検出器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、３５…超音波振動子、３７…超音波ミ
ラー、３９…信号ケーブル、４１…シール材、４
３，４５…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、７９…カウンタ、８１Ａ，８
１Ｂ…不揮発性メモリ装置、８３Ａ，８３Ｂ…
Ｄ／Ａコンバータ、８５Ａ，８５Ｂ…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、９１…フエーズ・ロツク
ド・ループ（PLL）、９３…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。