JPWO2019193945A1 - 超音波プローブ、超音波プローブの制御方法および超音波プローブ検査システム - Google Patents

Abstract

超音波プローブは、筐体と、筐体内に収容された振動子アレイと、筐体内に収容され、振動子アレイから超音波を送信し且つ振動子アレイにより取得された受信信号に基づいて音線信号を生成する送受信部と、筐体内に収容され、送受信部により生成された音線信号に基づいて画像情報データを生成する画像情報データ生成部と、筐体内に収容され、画像情報データ生成部により生成された画像情報データを無線送信する無線通信部と、筐体内に収容され且つ筐体の外部へ向けて光を発する発光部と、筐体内に収容され、製造検査の際に送受信部による超音波の送信タイミングに同期させて発光部を発光させる発光制御部とを備える。

Description

本発明は、超音波プローブおよび超音波プローブの制御方法に係り、特に、製造検査を容易とする超音波プローブおよび超音波プローブの制御方法に関する。
また、本発明は、超音波プローブ検査システムにも関している。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信し、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

近年、例えば、特許文献１に開示されているように、超音波プローブと装置本体との間を無線通信により接続することにより、超音波プローブの操作性、機動性を向上させようとする超音波診断装置が開発されている。
このような無線型の超音波診断装置では、超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を無線通信により装置本体へ伝送する、あるいは、超音波プローブ内に信号処理のための回路を内蔵して、振動子アレイから出力された受信信号を超音波プローブ内でデジタル処理した上で無線通信により装置本体に伝送することにより、装置本体において超音波画像の生成が行われる。

特開２０１５−２１１７２６号公報

一般に、超音波診断装置の製造にあたり、超音波プローブの振動子アレイから発せられる超音波に対して音響測定検査が行われる。この音響測定検査は、例えば、水槽内に受信専用のトランスデューサであるハイドロフォンを配置し、製造された超音波プローブの音響レンズがハイドロフォンの上方において水槽の水中に没するように超音波プローブを保持した状態で、超音波プローブの振動子アレイからハイドロフォンに向けて超音波を送信し、ハイドロフォンで超音波を受信することにより実行される。
このような音響測定検査に際し、超音波プローブにおける超音波の送信タイミングおよび電子スキャンタイミングに合わせてハイドロフォンにより音響信号がサンプリングされ、ハイドロフォンに接続された検査装置によりハイドロフォンの出力から音響強度、音響パワー等が算出される。このため、超音波プローブと音響測定検査のための検査装置との間において同期をとる必要がある。

超音波プローブが通信ケーブルにより装置本体に接続される有線型の超音波診断装置であれば、通信ケーブルを介して超音波プローブと検査装置とを同期させることができる。しかしながら、特許文献１に開示されたような無線型の超音波診断装置においては、超音波プローブから引き出された通信ケーブルが存在しない。特に、超音波プローブに防水性が要求されることから、超音波プローブは、密閉構造を有することが望まれており、超音波プローブから信号ケーブルを引き出すことは困難である。
また、無線通信により同期信号を送受信して超音波プローブと検査装置とを同期させることもできるが、この場合、同期信号の送信可能時間が周辺環境に大きな影響を受けるため、送信タイミングに変動が生じやすく、一般に１００マイクロ秒程度の走査ライン周期を有している超音波診断装置においては、音響測定検査に対して十分な精度を有する同期を行うことが難しいという問題がある。

本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、無線型の超音波プローブでありながら、信号ケーブルを引き出すことなく、優れた精度で検査装置に同期させることができる超音波プローブおよび超音波プローブの制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような超音波プローブを用いて製造検査を行う超音波プローブ検査システムを提供することも目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る超音波プローブは、無線型の超音波プローブであって、筐体と、筐体内に収容された振動子アレイと、筐体内に収容され、振動子アレイから超音波を送信し且つ振動子アレイにより取得された受信信号に基づいて音線信号を生成する送受信部と、筐体内に収容され、送受信部により生成された音線信号に基づいて画像情報データを生成する画像情報データ生成部と、筐体内に収容され、画像情報データ生成部により生成された画像情報データを無線送信する無線通信部と、筐体内に収容され且つ筐体の外部へ向けて光を発する発光部と、筐体内に収容され、製造検査の際に送受信部による超音波の送信タイミングに同期させて発光部を発光させる発光制御部とを備えることを特徴とする。

発光部は、不可視波長の光を発することができる。この場合、不可視波長の光は、赤外線であることが好ましい。
発光部は、可視波長の光を発することもできる。この場合、発光部は、電源オン表示を兼ねていてもよい。また、無線通信状態を検知する通信状態検知部をさらに備え、発光部は、通信状態検知部により検出された無線通信状態の表示を兼ねることもできる。また、バッテリと、バッテリの残量を検出する残量検出部とをさらに備え、発光部は、残量検出部により検出されたバッテリの残量の表示を兼ねることもできる。

受光部と、受光部により取得した光に基づいて外部からコマンドを受け付けるコマンド受付部とをさらに備え、発光制御部は、コマンド受付部により受け付けたコマンドに基づいて発光部を発光させるように構成してもよい。
発光制御部は、１走査ライン毎の振動子アレイからの超音波の送信タイミングに同期させて発光部を点滅させることができる。さらに、発光制御部は、それぞれのフレームの超音波画像生成における開始タイミングに同期させて、１走査ライン毎の送信タイミングにおける発光部の点滅周期とは異なる周期により発光部を点滅させることもできる。

本発明に係る超音波プローブの制御方法は、振動子アレイから超音波の送信を行い、振動子アレイにより取得された受信信号に基づいて音線信号を生成し、生成された音線信号に基づいて画像情報データを生成し、生成された画像情報データを無線送信し、製造検査の際に振動子アレイからの超音波の送信タイミングに同期させて発光部を発光させることを特徴とする。

また、本発明に係る超音波プローブ検査システムは、上記の超音波プローブと、製造検査の際に、超音波プローブの振動子アレイから送信された超音波を受信し、且つ、超音波プローブの発光部から発せられた光に基づいて同期信号を生成し、受信した超音波と同期信号に基づいて超音波プローブを検査する検査装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、筐体の外部へ向けて光を発する発光部と、製造検査の際に送受信部による超音波の送信タイミングに同期させて発光部を発光させる発光制御部とを備えているので、無線型の超音波プローブでありながら、信号ケーブルを引き出すことなく、優れた精度で検査装置に同期させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る超音波プローブの外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波プローブの内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波プローブにおける受信部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波プローブと組み合わされて超音波システムを構成する画像表示装置の内部構成を示すブロック図である。 製造検査時における本発明の実施の形態１に係る超音波プローブと検査装置とを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波プローブが検査装置のプローブ保持具により保持された状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波プローブが検査装置のプローブ保持具により保持された状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る超音波プローブを示す要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態１の他の変形例に係る超音波プローブが検査装置のプローブ保持具により保持された状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波プローブが検査装置の他のプローブ保持具により保持された状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５に係る超音波プローブを用いた超音波システムの構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、本発明の実施の形態１に係る超音波プローブ１の外観を示す。超音波プローブ１は、概ね四角柱形状の筐体２を有し、筐体２の一方の端部に音響レンズ３が配置されている。筐体２は、音響レンズ３が配置されている前側部分２Ａと、音響レンズ３とは反対側の後側部分２Ｂとに二分されており、前側部分２Ａと後側部分２Ｂとの間に、筐体２の外周部を囲むように段部４が形成されている。また、筐体２の後側部分２Ｂには、段部４の近傍に、発光用窓部５が形成されている。
なお、筐体２は、樹脂材料、金属材料等の各種の材料から形成することができる。

図２は、超音波プローブ１の内部構成を示すブロック図である。
超音波プローブ１は、振動子アレイ１１を備えており、振動子アレイ１１に、送信部１２および受信部１３がそれぞれ接続されている。送信部１２および受信部１３は、送受信部１４を形成しており、送信部１２および受信部１３に超音波送受信制御部１５が接続されている。受信部１３には、信号処理部１６、画像処理部１７および無線通信部１８が順次接続されている。信号処理部１６および画像処理部１７は、画像情報データ生成部１９を形成している。

無線通信部１８に、通信制御部２０が接続され、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、画像処理部１７および通信制御部２０に、プローブ制御部２１が接続されている。さらに、プローブ制御部２１に、発光制御部２２を介して発光部２３が接続されている。また、超音波プローブ１は、バッテリ２４を内蔵している。
送信部１２、受信部１３、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、画像処理部１７、通信制御部２０、プローブ制御部２１および発光制御部２２により、プローブ側プロセッサ２５が構成されている。

振動子アレイ１１は、１次元または２次元に配列された複数の超音波振動子を有している。これらの振動子は、それぞれ送信部１２から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの反射波を受信して受信信号を出力する。各振動子は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ−ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した素子を用いて構成される。

超音波送受信制御部１５は、送受信部１４の送信部１２および受信部１３を制御することにより、プローブ制御部２１から指示された検査モードおよび走査方式に基づいて、超音波ビームの送信および超音波エコーの受信を行う。ここで、検査モードとは、Ｂ（輝度）モード、ＣＦ（カラーフロー）モード、ＰＷ（パルス波ドプラ）モード、Ｍ（モーション）モード等、超音波診断装置において使用可能な検査モードのうちのいずれかを示し、走査方式は、電子セクタ走査方式、電子リニア走査方式、電子コンベックス走査方式等の走査方式のうちのいずれかを示すものとする。

送受信部１４の送信部１２は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、超音波送受信制御部１５からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、振動子アレイ１１の複数の振動子から送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号を、遅延量を調節して複数の振動子に供給する。このように、振動子アレイ１１の振動子の電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。

送信された超音波ビームは、例えば、被検体の部位等の対象において反射され、振動子アレイ１１に向かって伝搬する。このように振動子アレイ１１に向かって伝搬する超音波は、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子により受信される。この際に、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子は、伝搬する超音波エコーを受信することにより伸縮して電気信号を発生させ、これらの電気信号を受信部１３に出力する。

送受信部１４の受信部１３は、超音波送受信制御部１５からの制御信号に従って、振動子アレイ１１から出力される受信信号の処理を行う。図３に示すように、受信部１３は、増幅部２６、ＡＤ（Analog Digital）変換部２７およびビームフォーマ２８が直列接続された構成を有している。増幅部２６は、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの振動子から入力された受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換部２７に送信する。ＡＤ変換部２７は、増幅部２６から送信された受信信号をデジタル化されたデータに変換し、これらのデータをビームフォーマ２８に送出する。ビームフォーマ２８は、超音波送受信制御部１５からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づき、設定された音速に従う各素子データにそれぞれの遅延を与えて加算（整相加算）を施す、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。

画像情報データ生成部１９の信号処理部１６は、受信部１３のビームフォーマ２８により生成された音線信号に対して、超音波が反射した位置の深度に応じて伝搬距離に起因する減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施して、被検体内の組織に関する断層画像情報である信号を生成する。
画像情報データ生成部１９の画像処理部１７は、信号処理部１６により生成された信号を、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号にラスター変換し、このようにして生成された画像信号に対して、明るさ補正、諧調補正、シャープネス補正および色補正等の各種の必要な画像処理を施すことにより超音波画像信号を生成した後、超音波画像信号を画像情報データとして無線通信部１８に送出する。

無線通信部１８は、電波の送信および受信を行うためのアンテナを含んでおり、画像処理部１７により生成された超音波画像信号に基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、超音波画像信号を無線送信する。キャリアの変調方式としては、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying：振幅偏移変調）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：四位相偏移変調）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation：１６直角位相振幅変調）等が用いられる。

通信制御部２０は、プローブ制御部２１により設定された送信電波強度で超音波画像信号の送信が行われるように無線通信部１８を制御する。
プローブ制御部２１は、予め記憶しているプログラム等に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
発光制御部２２は、超音波プローブ１に対して製造検査を行う際に、送受信部１４の送信部１２による超音波の送信タイミングに同期させて発光部２３を発光させる。具体的には、発光制御部２２は、１走査ライン毎の振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングに同期させて、発光部２３を点滅させる。

発光部２３は、図１に示した超音波プローブ１の筐体２の発光用窓部５の内側に配置されており、発光制御部２２の制御の下、発光用窓部５を通して超音波プローブ１の筐体２の外部に向けて発光する。
発光部２３としては、例えば、赤外光等の不可視波長の光を発する発光ダイオード、あるいは、可視波長の光を発する発光ダイオードを使用することができる。発光部２３は、発光ダイオードに限定されるものではないが、消費電力、応答性、輝度等の観点から発光ダイオードが好ましい。

また、超音波プローブ１の筐体２の発光用窓部５は、発光部２３の発光波長に対して透光性を有する樹脂フィルムから形成されているものとする。具体的には、発光用窓部５は、発光部２３の発光波長域において、少なくとも４０％以上、好ましくは７５％以上、より好ましくは８０％以上、さらにより好ましくは９０％以上の光透過率を有している。光透過率は、ＪＩＳ Ｋ ７３７５：２００８に規定される「プラスチック--全光線透過率および全光線反射率の求め方」を用いて測定されるものである。なお、発光用窓部５は、樹脂フィルムの他、ガラス材料から形成することもできる。
バッテリ２４は、超音波プローブ１に内蔵されており、超音波プローブ１の各回路に電力を供給する。

ここで、図４に、超音波プローブ１と組み合わされて超音波システムを構成する画像表示装置３１の内部構成を示す。
画像表示装置３１は、無線通信部３２を備えており、無線通信部３２に、表示制御部３３および表示部３４が順次接続されている。また、無線通信部３２に、通信制御部３５が接続され、表示制御部３３および通信制御部３５に本体制御部３６が接続されている。また、本体制御部３６には、操作部３７および格納部３８が接続されている。本体制御部３６と格納部３８とは、双方向に情報の受け渡しが可能に接続されている。

さらに、表示制御部３３、通信制御部３５および本体制御部３６により、画像表示装置側プロセッサ３９が構成されている。
また、超音波プローブ１の無線通信部１８と画像表示装置３１の無線通信部３２とは、双方向に情報の受け渡しが可能に接続されており、これにより、超音波プローブ１と画像表示装置３１とが無線通信により接続される。

無線通信部３２は、電波の送信および受信を行うためのアンテナを含んでおり、超音波プローブ１の無線通信部１８により送信された伝送信号を、アンテナを介して受信し、受信した伝送信号を復調することにより、超音波画像信号を出力する。
通信制御部３５は、超音波プローブ１の無線通信部１８から伝送信号の受信が行われるように画像表示装置３１の無線通信部３２を制御する。

表示制御部３３は、本体制御部３６の制御の下、無線通信部３２により復調された超音波画像信号に所定の処理を施して、表示部３４に表示可能な画像を生成する。
本体制御部３６は、格納部３８等に予め記憶されているプログラムおよび操作部３７を介したユーザの操作に基づいて、画像表示装置３１の各部の制御を行う。

表示部３４は、表示制御部３３により生成された画像を表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）等のディスプレイ装置を含む。
操作部３７は、ユーザが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。

格納部３８は、画像表示装置３１の動作プログラム等を格納するものであり、格納部３８として、ＨＤＤ（Hard Disc Drive：ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（Solid State Drive：ソリッドステートドライブ）、ＦＤ（Flexible Disc：フレキシブルディスク）、ＭＯディスク（Magneto-Optical disc：光磁気ディスク）、ＭＴ（Magnetic Tape：磁気テープ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）、ＣＤ（Compact Disc：コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc：デジタルバーサタイルディスク）、ＳＤカード（Secure Digital card：セキュアデジタルカード）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory：ユニバーサルシリアルバスメモリ）等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。

なお、超音波プローブ１の送信部１２、受信部１３、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、画像処理部１７、通信制御部２０、プローブ制御部２１および発光制御部２２を有するプローブ側プロセッサ２５と、画像表示装置３１の表示制御部３３、通信制御部３５および本体制御部３６を有する画像表示装置側プロセッサ３９は、それぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、デジタル回路を用いて構成されてもよい。

また、プローブ側プロセッサ２５の送信部１２、受信部１３、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、画像処理部１７、通信制御部２０、プローブ制御部２１および発光制御部２２を部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵに統合させて構成することもできる。同様に、画像表示装置側プロセッサ３９の表示制御部３３、通信制御部３５および本体制御部３６も、部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵに統合させて構成することができる。

超音波プローブ１と画像表示装置３１からなる超音波システムの動作について説明する。
まず、超音波プローブ１において、超音波送受信制御部１５の制御の下、送受信部１４の送信部１２からの駆動信号に従って振動子アレイ１１の複数の振動子から超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各振動子から受信信号が受信部１３に出力され、増幅部２６で増幅され、ＡＤ変換部２７でＡＤ変換された後、ビームフォーマ２８で受信フォーカス処理が施されることにより、音線信号が生成される。

受信部１３のビームフォーマ２８により生成された音線信号は、画像情報データ生成部１９の信号処理部１６において、反射位置の深度に応じた減衰の補正および包絡線検波処理が施されることで被検体内の組織に関する断層画像情報である信号となり、さらに、画像処理部１７において、ラスター変換され、各種の必要な画像処理が施されることで、画像情報データとして超音波画像信号が生成され、無線通信部１８に送出される。超音波画像信号は、超音波プローブ１の無線通信部１８から画像表示装置３１に向けて無線送信される。

超音波プローブ１の無線通信部１８から無線送信された超音波画像信号は、画像表示装置３１の無線通信部３２により受信されて復調された後、表示制御部３３を介して画像表示装置３１の表示部３４に表示される。

このような超音波プローブ１が製造された際には、製造検査として、超音波プローブ１の音響測定検査が行われる。
音響測定検査は、例えば、図５に示されるような検査装置４１を用いて実行される。検査装置４１は、水槽４２の水中に配置されたハイドロフォン４３と、超音波プローブ１を保持するプローブ保持具４４を有している。検査装置４１は、さらに、プローブ保持具４４に接続された同期信号生成部４５と、ハイドロフォン４３および同期信号生成部４５に接続された検査部４６を有している。

ハイドロフォン４３は、受信専用のトランスデューサであり、水に近い音響インピーダンスを有し、水中の超音波の音場を測定するのに適している。
プローブ保持具４４は、超音波プローブ１を保持するためのものであり、プローブ保持具４４に、超音波プローブ１の発光部２３から発せられた光を受ける検査装置側受光部４７が設置されている。検査装置側受光部４７は、例えば、発光部２３から発せられる光の波長域に対応する受光感度領域を有する、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の汎用の受光素子により構成され、発光部２３から発せられ且つ筐体２の発光用窓部５を透過した光を受けて、電気信号に変換する。

同期信号生成部４５は、プローブ保持具４４に設置された検査装置側受光部４７により変換された電気信号に基づいて同期信号を生成する。
検査部４６は、ハイドロフォン４３により受信した超音波と、同期信号生成部４５により生成された同期信号に基づいて音響強度、音響パワー等を算出することで、超音波プローブ１を検査する。

図６に示されるように、プローブ保持具４４は、図示しないバネにより互いに押しつけ合うように付勢された一対の腕部４４Ａおよび４４Ｂを有しており、これらの腕部４４Ａおよび４４Ｂが超音波プローブ１の筐体２の外面に密着して、超音波プローブ１の筐体２の後側部分２Ｂを挟み込むことにより、超音波プローブ１がプローブ保持具４４に保持される。このとき、超音波プローブ１の筐体２の段部４がプローブ保持具４４の腕部４４Ａおよび４４Ｂに接触するように、プローブ保持具４４に対する超音波プローブ１の位置が設定される。

これにより、図７に示されるように、プローブ保持具４４の腕部４４Ａの内部に設置されている検査装置側受光部４７が、プローブ保持具４４により保持された超音波プローブ１の筐体２の発光用窓部５に対向する位置となり、超音波プローブ１の発光部２３と検査装置側受光部４７との位置合わせがなされる。
なお、発光部２３は、超音波プローブ１の筐体２に形成された開口部内に配置され、発光用窓部５により筐体２の開口部が塞がれて密閉されるように構成されている。筐体２の開口部が発光用窓部５により塞がれることで、超音波プローブ１の筐体２の防水性が確保されている。

また、プローブ保持具４４の腕部４４Ａには、超音波プローブ１の筐体２に接触する箇所に遮光部材４４Ｃが配置されており、超音波プローブ１を保持したときに、プローブ保持具４４と超音波プローブ１との間から腕部４４Ａの内部に外光が入り込むことが防止されるように構成されている。遮光部材４４Ｃは、プローブ保持具４４により超音波プローブ１を保持したときに、プローブ保持具４４と超音波プローブ１との間に隙間が形成されないように、弾力性を有していることが望ましく、例えば、遮光性および弾力性を有するゴム材、樹脂材料等から形成することができる。

図５に示されるように、プローブ保持具４４に保持された超音波プローブ１の筐体２の前側部分２Ａに配置されている音響レンズ３が、水槽４２の水中に没し且つ水槽４２内のハイドロフォン４３に対向するように、プローブ保持具４４が図示しない支持装置により支持される。

この状態で、超音波プローブ１の振動子アレイ１１からハイドロフォン４３に向けて超音波の送信が行われるが、１走査ライン毎の振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングに同期させて、超音波プローブ１の発光制御部２２により発光部２３が点滅する。このため、発光部２３から発せられた光が、超音波プローブ１の筐体２の発光用窓部５を透過してプローブ保持具４４の腕部４４Ａの内部に設置されている検査装置側受光部４７に到達し、検査装置側受光部４７により電気信号に変換される。検査装置側受光部４７により変換された電気信号は、同期信号生成部４５に入力し、同期信号生成部４５により同期信号が生成されて検査部４６に入力する。

また、超音波プローブ１の振動子アレイ１１から送信された超音波は、水槽４２内のハイドロフォン４３に到達し、ハイドロフォン４３により生成された受信信号が検査部４６に入力する。
検査部４６は、ハイドロフォン４３からの受信信号と、同期信号生成部４５から入力された同期信号とに基づいて、音響強度、音響パワー等を算出し、これにより超音波プローブ１の検査が行われる。

このように、超音波プローブ１の振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングに同期させて、超音波プローブ１の発光制御部２２により発光部２３が発光し、プローブ保持具４４の検査装置側受光部４７が超音波プローブ１の発光部２３からの光を受けて、同期信号生成部４５により同期信号が生成されるため、無線型の超音波プローブ１でありながら、超音波プローブ１の筐体２から信号ケーブルを引き出すことなく、優れた精度で検査装置４１に同期させることが可能となる。このため、超音波プローブ１の製造検査において、高速伝送性で要求されるタイミングの安定性およびデータ取得のタイミングの再現性を確保することができ、精度の高い検査を行うことが可能となる。

上記の実施の形態１においては、発光制御部２２は、１走査ライン毎の振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングに同期させて発光部２３を点滅させているが、さらに、それぞれのフレームの超音波画像生成における開始タイミングに同期させて、１走査ライン毎の送信タイミングにおける発光部２３の点滅周期とは異なる周期により発光部２３を点滅させることもできる。例えば、各フレームの開始時に、１走査ライン毎の送信タイミングにおける点滅周期の１／２の周期で発光部２３を点滅させることにより、製造検査の際に、検査装置４１の検査部４６は、各フレームの開始タイミングであることを把握することができ、超音波プローブ１の検査を円滑に行うことができる。

また、発光部２３が、可視波長の複数色の光を発する発光ダイオードから構成される場合には、１走査ライン毎の振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングに同期させた発光と、各フレームの開始タイミングに同期させた発光とを、互いに異なる色で行うことができる。検査装置４１の検査装置側受光部４７が、超音波プローブ１の発光部２３から発せられた光の色（周波数）の違いを識別することで、検査部４６は、１走査ライン毎の振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングであるのか、各フレームの開始タイミングであるのかを判別することが可能となる。

さらに、発光部２３が、可視波長の光を発する発光ダイオードから構成される場合には、超音波プローブ１の図示しない電源スイッチを投入することにより、バッテリ２４から超音波プローブ１の各回路に電源電力が供給されたことを、発光制御部２２を介して発光部２３を発光させることで表示することもできる。すなわち、発光部２３は、超音波プローブ１の電源オン状態の表示を兼ねることができる。

上記の実施の形態１においては、超音波プローブ１の筐体２の発光用窓部５の内側に発光部２３が配置され、発光部２３から発せられた光は、発光用窓部５を通して超音波プローブ１の筐体２の外部へ伝搬したが、これに限るものではない。図８に示されるように、超音波プローブ１が、発光部２３の発光波長に対して透光性を有する材料から形成された筐体２Ｃを備える場合は、筐体２Ｃに発光用窓部５を配置することなく、筐体２Ｃの内側に発光部２３を配置し、発光部２３から発せられた光を、筐体２Ｃを通して超音波プローブ１の外部へ伝搬させることができる。

また、プローブ保持具４４は、超音波プローブ１の筐体２の外面に直接的に密着する必要はなく、例えば、図９に示されるように、発光部２３から発せられた光を、筒状部材４４Ｄを介してプローブ保持具４４Ｅの検査装置側受光部４７により受けるように構成することもできる。この場合も、筒状部材４４Ｄと超音波プローブ１との間から外光が入り込むことを防止するために、筒状部材４４Ｄの先端部に遮光部材４４Ｃを配置することが望ましい。

上記の実施の形態１においては、プローブ保持具４４は、一対の腕部４４Ａおよび４４Ｂにより超音波プローブ１の筐体２の後側部分２Ｂを挟み込むことで、超音波プローブ１を保持したが、これに限るものではなく、例えば、図１０に示されるように、リング状のプローブ保持具４４Ｆに超音波プローブ１の筐体２の後側部分２Ｂを挿入することで、超音波プローブ１を保持することもできる。超音波プローブ１の筐体２の段部４がリング状のプローブ保持具４４Ｆに接触するまで、超音波プローブ１の筐体２の後側部分２Ｂを挿入することにより、超音波プローブ１とプローブ保持具４４Ｆとの位置合わせがなされる。

実施の形態２
図１１に、実施の形態２に係る超音波プローブ１Ａの内部構成を示す。
超音波プローブ１Ａは、図２に示した実施の形態１の超音波プローブ１において、プローブ側受光部５１およびコマンド受付部５２をさらに備え、プローブ制御部２１の代わりにプローブ制御部２１Ａを用いたものである。プローブ側受光部５１は、コマンド受付部５２に接続され、コマンド受付部５２は、プローブ制御部２１Ａに接続されている。超音波プローブ１Ａは、プローブ側受光部５１、コマンド受付部５２およびプローブ制御部２１Ａ以外は、実施の形態１の超音波プローブ１と同様の構成を有している。

また、送信部１２、受信部１３、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、画像処理部１７、通信制御部２０、プローブ制御部２１Ａ、発光制御部２２およびコマンド受付部５２により、プローブ側プロセッサ２５Ａが構成されている。
プローブ側受光部５１は、超音波プローブ１Ａの外部から発せられた光を受けるもので、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の受光素子により構成され、超音波プローブ１Ａの外部から発せられた光を受けて、電気信号に変換する。
コマンド受付部５２は、プローブ側受光部５１により変換された電気信号に基づいて外部からコマンドを受け付けてプローブ制御部２１Ａに転送する。

プローブ側受光部５１およびコマンド受付部５２を備えることにより、超音波プローブ１Ａの外部から光を利用したコマンドに従って、プローブ制御部２１Ａを動作させることができるようになり、例えば、超音波プローブ１Ａの製造検査の際に、超音波の送信タイミングに応じて発光部２３を同期発光させることを超音波プローブ１Ａの外部から指示することが可能となる。この他、プローブ側受光部５１およびコマンド受付部５２を介して、超音波プローブ１Ａの外部から各種の動作に関する指示を行うことができる。

実施の形態３
図１２に、実施の形態３に係る超音波プローブ１Ｂの内部構成を示す。
超音波プローブ１Ｂは、図２に示した実施の形態１の超音波プローブ１において、無線通信部１８に接続される通信状態検知部５３をさらに備え、プローブ制御部２１の代わりにプローブ制御部２１Ｂを用いたものである。通信状態検知部５３は、プローブ制御部２１Ｂに接続されている。超音波プローブ１Ｂは、通信状態検知部５３およびプローブ制御部２１Ｂ以外は、実施の形態１の超音波プローブ１と同様の構成を有している。

また、送信部１２、受信部１３、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、画像処理部１７、通信制御部２０、プローブ制御部２１Ｂ、発光制御部２２および通信状態検知部５３により、プローブ側プロセッサ２５Ｂが構成されている。
通信状態検知部５３は、無線通信部１８と、画像表示装置３１の無線通信部３２との間における無線通信状態を検知してプローブ制御部２１Ｂに出力する。
なお、実施の形態３においては、発光部２３は、可視波長の光を発する発光ダイオードから構成されるものとする。

プローブ制御部２１Ｂは、通信状態検知部５３により検知された無線通信状態に基づいて、発光制御部２２により発光部２３を発光させることができる。例えば、通信状態検知部５３により検知された無線通信状態が、超音波プローブ１Ｂと画像表示装置３１との間で正常な無線通信を行うことができる状態である場合に、プローブ制御部２１Ｂは、発光制御部２２により発光部２３を発光させる。これにより、ユーザは、発光部２３の可視波長の発光を確認することで、超音波プローブ１Ｂにより生成された超音波画像信号の画像表示装置３１への無線送信および画像表示装置３１における超音波画像の表示が可能であることを把握することができる。
すなわち、発光部２３は、無線通信状態の表示を兼ねることができる。

実施の形態４
図１３に、実施の形態４に係る超音波プローブ１Ｃの内部構成を示す。
超音波プローブ１Ｃは、図２に示した実施の形態１の超音波プローブ１において、バッテリ２４に接続される残量検出部５４をさらに備え、プローブ制御部２１の代わりにプローブ制御部２１Ｃを用いたものである。残量検出部５４は、プローブ制御部２１Ｃに接続されている。超音波プローブ１Ｃは、残量検出部５４およびプローブ制御部２１Ｃ以外は、実施の形態１の超音波プローブ１と同様の構成を有している。

また、送信部１２、受信部１３、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、画像処理部１７、通信制御部２０、プローブ制御部２１Ｃ、発光制御部２２および残量検出部５４により、プローブ側プロセッサ２５Ｃが構成されている。
残量検出部５４は、超音波プローブ１Ｃの各回路に電力を供給するバッテリ２４の残量を検出してプローブ制御部２１Ｃに出力する。
なお、実施の形態４においては、発光部２３は、可視波長の光を発する発光ダイオードから構成されるものとする。

プローブ制御部２１Ｃは、残量検出部５４により検知されたバッテリ２４の残量に基づいて、発光制御部２２により発光部２３を発光させることができる。例えば、残量検出部５４により検知されたバッテリ２４の残量が、定められた残量を下回った場合に、プローブ制御部２１Ｃは、発光制御部２２により発光部２３を発光させる。これにより、ユーザは、発光部２３の可視波長の発光を確認することで、バッテリ２４の残量が定められた残量を下回り、バッテリ２４の充電あるいはバッテリ２４の交換が必要であることを把握することができる。
すなわち、発光部２３は、バッテリ２４の残量の表示を兼ねることができる。

実施の形態５
図１４に、実施の形態５に係る超音波プローブ１Ｄを用いた超音波システムの構成を示す。
超音波プローブ１Ｄは、図２に示した実施の形態１の超音波プローブ１において、信号処理部１６および画像処理部１７を有する画像情報データ生成部１９の代わりに信号処理部１６のみを有する画像情報データ生成部１９Ａを用い、プローブ制御部２１の代わりにプローブ制御部２１Ｄを用いたものである。信号処理部１６が無線通信部１８に直接接続されている。超音波プローブ１Ｄは、画像情報データ生成部１９Ａおよびプローブ制御部２１Ｄ以外は、実施の形態１の超音波プローブ１と同様の構成を有している。
送信部１２、受信部１３、超音波送受信制御部１５、信号処理部１６、通信制御部２０、プローブ制御部２１Ｄおよび発光制御部２２により、プローブ側プロセッサ２５Ｄが構成されている。

この超音波プローブ１Ｄと組み合わされて超音波システムを構成する画像表示装置３１Ａは、図４に示した実施の形態１における画像表示装置３１において、無線通信部３２と表示制御部３３の間に画像処理部１７が接続され、本体制御部３６の代わりに本体制御部３６Ａを用いたものである。画像表示装置３１Ａは、画像処理部１７および本体制御部３６Ａ以外は、実施の形態１における画像表示装置３１と同様の構成を有している。
画像処理部１７、表示制御部３３、通信制御部３５および本体制御部３６Ａにより、画像表示装置側プロセッサ３９Ａが構成されている。
画像表示装置３１Ａの画像処理部１７は、実施の形態１の超音波プローブ１に用いられた画像処理部１７と同一のものである。

超音波プローブ１Ｄと画像表示装置３１Ａからなる超音波システムの動作時には、まず、超音波プローブ１Ｄにおいて、超音波送受信制御部１５の制御の下、送受信部１４の送信部１２からの駆動信号に従って振動子アレイ１１の複数の振動子から超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各振動子から受信信号が受信部１３に出力され、増幅部２６で増幅され、ＡＤ変換部２７でＡＤ変換された後、ビームフォーマ２８で受信フォーカス処理が施されることにより、音線信号が生成される。

受信部１３のビームフォーマ２８により生成された音線信号は、画像情報データ生成部１９Ａの信号処理部１６において、反射位置の深度に応じた減衰の補正および包絡線検波処理が施されることで被検体内の組織に関する断層画像情報である信号となり、この信号が、画像情報データとして無線通信部１８に送出される。画像情報データは、超音波プローブ１Ｄの無線通信部１８から画像表示装置３１Ａに向けて無線送信される。
超音波プローブ１Ｄの無線通信部１８から無線送信された画像情報データは、画像表示装置３１Ａの無線通信部３２により受信されて復調された後、画像処理部１７において、ラスター変換され、各種の必要な画像処理が施されることで、超音波画像信号が生成される。画像処理部１７により生成された超音波画像信号は、表示制御部３３を介して表示部３４に送られ、表示部３４に超音波画像が表示される。

超音波プローブ１Ｄの製造検査の際には、実施の形態１の超音波プローブ１と同様にして音響測定検査が行われる。すなわち、まず、図５に示されるように、プローブ保持具４４に保持された超音波プローブ１Ｄの筐体２の前側部分２Ａに配置されている音響レンズ３が、水槽４２の水中に没し且つ水槽４２内のハイドロフォン４３に対向するように、プローブ保持具４４が図示しない支持装置により支持される。

この状態で、超音波プローブ１Ｄの振動子アレイ１１からハイドロフォン４３に向けて超音波の送信が行われるが、１走査ライン毎の振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングに同期させて、超音波プローブ１Ｄの発光制御部２２により発光部２３が点滅する。このため、発光部２３から発せられた光が、超音波プローブ１Ｄの筐体２の発光用窓部５を透過してプローブ保持具４４の腕部４４Ａの内部に設置されている検査装置側受光部４７に到達し、検査装置側受光部４７により電気信号に変換される。検査装置側受光部４７により変換された電気信号は、同期信号生成部４５に入力し、同期信号生成部４５により同期信号が生成されて検査部４６に入力する。

また、超音波プローブ１Ｄの振動子アレイ１１から送信された超音波は、水槽４２内のハイドロフォン４３に到達し、ハイドロフォン４３により生成された受信信号が検査部４６に入力する。
検査部４６は、ハイドロフォン４３からの受信信号と、同期信号生成部４５から入力された同期信号とに基づいて、音響強度、音響パワー等を算出し、これにより超音波プローブ１Ｄの検査が行われる。

このように、超音波プローブ１Ｄの振動子アレイ１１からの超音波の送信タイミングに同期させて、超音波プローブ１Ｄの発光制御部２２により発光部２３が発光し、プローブ保持具４４の検査装置側受光部４７が超音波プローブ１Ｄの発光部２３からの光を受けて、同期信号生成部４５により同期信号が生成されるため、無線型の超音波プローブ１Ｄでありながら、超音波プローブ１Ｄの筐体２から信号ケーブルを引き出すことなく、優れた精度で検査装置４１に同期させることが可能となる。

なお、上述した実施の形態１では、画像情報データ生成部１９の信号処理部１６により減衰の補正および包絡線検波処理が施された後に、画像処理部１７によりラスター変換された超音波画像信号が、画像情報データとして無線通信部１８から画像表示装置３１に無線送信され、また、実施の形態５では、画像情報データ生成部１９Ａの信号処理部１６により減衰の補正および包絡線検波処理が施された信号が、画像情報データとして無線通信部１８から画像表示装置３１Ａに無線送信されたが、このように、超音波プローブ１、１Ｄから画像表示装置３１、３１Ａに無線送信される画像情報データは、検波後の信号であることが好ましい。ただし、画像情報データは、検波後の信号に限定されるものではない。

上述した実施の形態１〜５に係る超音波プローブ１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、表示部３４にタッチセンサを組み合わせて、タッチセンサを操作部３７として使用する画像表示装置３１、３１Ａと共に超音波システムを構成することもできる。このような超音波システムとすれば、緊急治療等の際に、屋外における診断にも極めて有効なものとなる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 超音波プローブ、２，２Ｃ 筐体、２Ａ 前側部分、２Ｂ 後側部分、３ 音響レンズ、４ 段部、５ 発光用窓部、１１ 振動子アレイ、１２ 送信部、１３ 受信部、１４ 送受信部、１５ 超音波送受信制御部、１６ 信号処理部、１７ 画像処理部、１８ 無線通信部、１９，１９Ａ 画像情報データ生成部、２０ 通信制御部、２１、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ プローブ制御部、２２ 発光制御部、２３ 発光部、２４ バッテリ、２５、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ プローブ側プロセッサ、２６ 増幅部、２７ ＡＤ変換部、２８ ビームフォーマ、３１，３１Ａ 画像表示装置、３２ 無線通信部、３３ 表示制御部、３４ 表示部、３５ 通信制御部、３６，３６Ａ 本体制御部、３７ 操作部、３８ 格納部、３９，３９Ａ 画像表示装置側プロセッサ、４１ 検査装置、４２ 水槽、４３ ハイドロフォン、４４，４４Ｅ，４４Ｆ プローブ保持具、４４Ａ，４４Ｂ 腕部、４４Ｃ 遮光部材、４４Ｄ 筒状部材、４５ 同期信号生成部、４６ 検査部、４７ 検査装置側受光部、５１ プローブ側受光部、５２ コマンド受付部、５３ 通信状態検知部、５４ 残量検出部。

Claims (13)

1. 無線型の超音波プローブであって、
   筐体と、
   前記筐体内に収容された振動子アレイと、
   前記筐体内に収容され、前記振動子アレイから超音波を送信し且つ前記振動子アレイにより取得された受信信号に基づいて音線信号を生成する送受信部と、
   前記筐体内に収容され、前記送受信部により生成された前記音線信号に基づいて画像情報データを生成する画像情報データ生成部と、
   前記筐体内に収容され、前記画像情報データ生成部により生成された前記画像情報データを無線送信する無線通信部と、
   前記筐体内に収容され且つ前記筐体の外部へ向けて光を発する発光部と、
   前記筐体内に収容され、製造検査の際に前記送受信部による超音波の送信タイミングに同期させて前記発光部を発光させる発光制御部と
   を備える超音波プローブ。
2. 前記発光部は、不可視波長の光を発する請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記不可視波長の光は、赤外線である請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記発光部は、可視波長の光を発する請求項１に記載の超音波プローブ。
5. 前記発光部は、前記超音波プローブの電源オン表示を兼ねる請求項４に記載の超音波プローブ。
6. 無線通信状態を検知する通信状態検知部をさらに備え、
   前記発光部は、前記通信状態検知部により検出された無線通信状態の表示を兼ねる請求項４または５に記載の超音波プローブ。
7. バッテリと、前記バッテリの残量を検出する残量検出部とをさらに備え、
   前記発光部は、前記残量検出部により検出された前記バッテリの残量の表示を兼ねる請求項４〜６のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
8. プローブ側受光部と、前記プローブ側受光部により取得した光に基づいて外部からコマンドを受け付けるコマンド受付部とをさらに備え、
   前記発光制御部は、前記コマンド受付部により受け付けた前記コマンドに基づいて前記発光部を発光させる請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
9. 前記発光制御部は、１走査ライン毎の前記振動子アレイからの超音波の送信タイミングに同期させて前記発光部を点滅させる請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
10. 前記発光制御部は、それぞれのフレームの超音波画像生成における開始タイミングに同期させて、前記１走査ライン毎の送信タイミングにおける前記発光部の点滅周期とは異なる周期により前記発光部を点滅させる請求項９に記載の超音波プローブ。
11. 振動子アレイから超音波の送信を行い、
    前記振動子アレイにより取得された受信信号に基づいて音線信号を生成し、
    生成された前記音線信号に基づいて画像情報データを生成し、
    生成された画像情報データを無線送信し、
    製造検査の際に前記振動子アレイからの超音波の送信タイミングに同期させて発光部を発光させる
    超音波プローブの制御方法。
12. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の超音波プローブと、
    製造検査の際に、前記超音波プローブの前記振動子アレイから送信された超音波を受信し、且つ、前記超音波プローブの前記発光部から発せられた光に基づいて同期信号を生成し、受信した前記超音波と前記同期信号に基づいて前記超音波プローブを検査する検査装置と
    を備える超音波プローブ検査システム。
13. 前記検査装置は、
    前記超音波プローブを保持するプローブ保持具と、
    前記プローブ保持具に設置され且つ前記超音波プローブの前記発光部から発せられた光を受ける検査装置側受光部と
    を有する請求項１２に記載の超音波プローブ検査システム。