JP2007228997A - 超音波プローブ、および超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブのケーブルの細径化を実現する。
【解決手段】超音波プローブ１０は、Ｎ個の超音波トランスデューサ１３の各々とプロセッサ装置１１を繋ぐ配線１４を、プロセッサ装置１１に設けられた、Ｎ個の超音波トランスデューサ１３の中から駆動させる超音波トランスデューサ１３を選択的に切り替えるｎ個のマルチプレクサ（ＭＵＸ）１７のうち、同一のＭＵＸ１７に繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブル１５に収容している。配線１４の１本１本をシールドして束ねる場合に比べて、ケーブル１６の太さを細くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の超音波トランスデューサが先端に配列された超音波プローブ、および超音波プローブと、超音波プローブが接続されるプロセッサ装置とを備えた超音波診断装置に関する。

近年、医療分野において、超音波画像を利用した医療診断が実用化されている。超音波画像は、超音波プローブから被検体の被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号をプロセッサ装置で電気的に処理することによって得られる。

また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能で、超音波トランスデューサを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン機構を備えた超音波プローブや、複数の超音波トランスデューサをアレイ状に配列し、駆動する超音波トランスデューサを電子スイッチなどで選択的に切り替える電子スキャン走査方式の超音波プローブも知られている。

電子スキャン走査方式の超音波プローブには、プローブ先端に複数の超音波トランスデューサを扇状に配置したコンベックス電子走査方式がある。また、プローブ先端の円筒の周面に複数の超音波トランスデューサを配置したラジアル電子走査方式がある。

コンベックス電子走査方式やラジアル電子走査方式を採用した超音波プローブには、電子内視鏡の鉗子口に挿入されるタイプや、撮像装置と一体化されたいわゆる超音波内視鏡など、体腔内に挿入して使われるものがある。このような体腔内診断用超音波プローブでは、体腔内に挿入した際の患者への負担を軽減させるために、個々の超音波トランスデューサを励振させるための励振パルスやエコー信号などの各種信号をプロセッサ装置との間で伝送するためのケーブルを細径化する様々な試みがなされている。

ケーブルを細径化する試みには、複数の超音波トランスデューサの中から駆動させる超音波トランスデューサを選択的に切り替えるマルチプレクサを超音波プローブに搭載させ、超音波トランスデューサに繋がれた配線の本数を減らすことが従来から行われている（非特許文献１参照）。しかしながら、マルチプレクサの駆動信号の電圧が約１００Ｖｐｐであるため、感電や漏電などといった安全面の観点から、体腔内に挿入する超音波プローブにマルチプレクサを搭載することは好ましくない。

ケーブルを細径化する他の試みとしては、アレイ状に配列された複数の超音波トランスデューサを超音波の照射用、エコー信号の受信用にそれぞれ分け、受信用の超音波トランスデューサに繋がる配線を同一列で纏めてシールドした超音波診断装置が提案されている（特許文献１参照）。また、励振パルスやエコー信号を、スイッチアレイにより時分割で伝送し、配線を１本のみとした超音波診断装置が提案されている（特許文献２参照）。
L.J.Busse他５名、「The Acoustic and Thermal Effects of using Multiplexers in Small Invasive Probes」、1997 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM、p1721 特開２００１−１６１６８７号公報 特開２００３−２９９６４８号公報

超音波トランスデューサは、超音波の照射およびエコー信号の受信を両方行うことが可能な双方向デバイスであるが、特許文献１に記載の超音波診断装置のように、超音波の照射用、エコー信号の受信用にそれぞれ超音波トランスデューサを分けた場合、超音波の照射時、エコー信号の受信時には、一方の超音波トランスデューサが全く使用されないので、超音波トランスデューサの特性を無駄にしている。

特許文献２に記載の超音波診断装置では、スイッチアレイを用いて１本の信号線で時分割多重伝送を行うことを謳っているが、エコー信号に含まれる位相情報を正確に伝送するためには、スイッチングを高速に行わなければならず、現状ではこのようなスイッチアレイの作製は困難であり、また、体腔内診断用超音波プローブのような小型のものには、スイッチアレイを実装するスペースが殆どないため、実現性に乏しいという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ケーブルの細径化を実現することができる超音波プローブ、および超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置に接続される超音波プローブにおいて、前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、前記プロセッサ装置に設けられた、前記複数の超音波トランスデューサの中から駆動させる超音波トランスデューサを選択的に切り替える複数のマルチプレクサのうち、同一のマルチプレクサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置に接続される超音波プローブにおいて、前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、隣接する超音波トランスデューサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列された超音波プローブと、前記超音波プローブが接続され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置とを備えた超音波診断装置において、前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、前記プロセッサ装置に設けられた、前記複数の超音波トランスデューサの中から駆動させる超音波トランスデューサを選択的に切り替える複数のマルチプレクサのうち、同一のマルチプレクサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする。

前記プロセッサ装置に、前記マルチプレクサで選択されていない前記超音波トランスデューサに繋がる配線をアースに接続する接地手段を設けることが好ましい。

請求項５に記載の発明は、被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列された超音波プローブと、前記超音波プローブが接続され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置とを備えた超音波診断装置において、前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、隣接する超音波トランスデューサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする。

本発明の超音波プローブ、および超音波診断装置によれば、複数の超音波トランスデューサの各々とプロセッサ装置を繋ぐ配線を、プロセッサ装置に設けられた、複数の超音波トランスデューサの中から駆動させる超音波トランスデューサを選択的に切り替える複数のマルチプレクサのうち、同一のマルチプレクサに繋がれるグループ、あるいは、隣接する超音波トランスデューサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したので、ケーブルの細径化を実現することができる。

図１において、超音波診断装置２は、超音波プローブ１０と、プロセッサ装置１１とからなる。超音波プローブ１０は、電子内視鏡の鉗子口に挿入される細径プローブ、あるいは電子内視鏡と一体化されたいわゆる超音波内視鏡であり、被検体の体腔内に挿入して使用される。

超音波プローブ１０の先端には、超音波トランスデューサアレイ１２が配設されている。超音波トランスデューサアレイ１２には、例えば、凸状に形成された支持体上に、１次元、または１．５、２次元アレイ状にＮ個（例えば９６〜２５６個）の超音波トランスデューサ１３が配列されたコンベックス電子走査方式、あるいは、円筒状の支持体の周面に、Ｎ個（例えば２５６〜３６０個）の超音波トランスデューサ１３が配列されたラジアル電子走査方式が採用されている。なお、説明のために、Ｎ個の超音波トランスデューサ１３には、図示するように配列の順番に１、２、・・・、ｎ、ｎ＋１、・・・、Ｎ（ｎは、一度に超音波およびエコー信号を送受信する、後述する１つのブロックに属する超音波トランスデューサ１３の個数）までの番号を付してある。

超音波トランスデューサ１３には、配線１４が接続されている。配線１４は、後述するパルサ２３から出力される励振パルス、および超音波トランスデューサ１３で受信される被検体の被観察部位からのエコー信号を伝送する。

配線１４は、超音波トランスデューサ１３の近傍から、ｎ本の多芯シールドケーブル１５が束ねられたケーブル１６となっている。ケーブル１６の後端には、コネクタ部（図示せず）が設けられており、このコネクタ部をプロセッサ装置１１のコネクタ部（図示せず）に差し込むことにより、超音波プローブ１０とプロセッサ装置１１とが電気的に接続される。なお、多芯シールドケーブルとは、絶縁された複数の線を纏め合わせ、外形が一様になるように共通の絶縁体を施し、その上を編組などにより遮蔽したものをいう。

配線１４は、ケーブル１６、およびコネクタ部を介して、プロセッサ装置１１に設けられたｎ個のマルチプレクサ（以下、ＭＵＸと表記する。）１７に接続されている。ＭＵＸ１７は、Ｎ個の超音波トランスデューサ１３の中から駆動させる超音波トランスデューサ１３を選択的に切り替える。具体的には、例えば、２５６個の超音波トランスデューサ１３を有するラジアル電子走査方式が採用されていた場合、２５６個の超音波トランスデューサ１３のうち、隣接する４８個の超音波トランスデューサ１３を１つのブロックとして同時に駆動させるように配線１４を選択し、励振パルスおよびエコー信号の１回の送受信毎に、駆動させる超音波トランスデューサ１３を１〜数個ずつずらす。なお、多芯シールドケーブル１５およびＭＵＸ１７についても、超音波トランスデューサ１３の場合と同様に、順番に１〜ｎまでの番号を付してある。

１、ｎ＋１、２ｎ＋１、・・・番の超音波トランスデューサ１３に繋がれた配線１４は、１番の多芯シールドケーブル１５に纏めて収容されている。同様に、２、ｎ＋２、２ｎ＋２、・・・番と、３、ｎ＋３、２ｎ＋３、・・・番と、ｎ、２ｎ、・・・、Ｎ番の超音波トランスデューサ１３に繋がれた配線１４は、それぞれ２、３、ｎ番の多芯シールドケーブル１５に纏めて収容されている。すなわち、配線１４は、ｎ個のＭＵＸ１７のうち、同一のＭＵＸ１７に繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブル１５に収容されている。

ＭＵＸ１７には、送受信回路１８が接続されている。送受信回路１８は、超音波トランスデューサ１３による超音波およびエコー信号の送受信の切り替えを、所定の時間間隔で行う。送受信回路１８には、パルサ１９と、増幅器２０およびレシーバ２１とが接続されている。パルサ１９は、超音波を発生させるための励振パルスを送受信回路１８に出力する。増幅器２０は、送受信回路１８から出力されたエコー信号を増幅する。レシーバ２１は、増幅器２０で増幅されたエコー信号を受信する。

パルサ１９およびレシーバ２１には、タイミングコントローラ２２およびメモリ２３がそれぞれ接続されている。タイミングコントローラ２２は、ＣＰＵ２４の制御の下に、励振パルスを発生させるための励振信号をパルサ１９に出力する。パルサ１９は、この励振信号に基づいて、超音波トランスデューサ１３に励振パルスを発する。メモリ２３は、レシーバ２１で受信されたエコー信号を一旦格納する。なお、パルサ１９、増幅器２０、レシーバ２１、タイミングコントローラ２２、およびメモリ２３は、それぞれ１個ずつしか図示されていないが、実際には、ＭＵＸ１７の台数分だけ設けられている。

メモリ２３には、位相整合演算部２５が接続されている。位相整合演算部２５は、ＣＰＵ２４の制御の下に、メモリ２３からの各エコー信号に対して、時間差に応じた遅延を与えた後、各エコー信号を加算する。

位相整合演算部２５で加算されたエコー信号は、表示画像演算部２６に入力される。表示画像演算部２６は、位相整合演算部２５からの信号に各種画像処理を施した後、テレビ信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）に変換する。モニタ２７は、表示画像演算部２６によりＮＴＳＣ方式に変換された信号をアナログ信号に変換し、これを超音波画像として表示する。

被観察部位の超音波画像を取得する際には、まず、超音波プローブ１０を電子内視鏡の鉗子口から被検体の体腔内に挿入し（超音波プローブ１０が超音波内視鏡であった場合は超音波プローブ１０自体を挿入し）、電子内視鏡（超音波プローブ１０が超音波内視鏡であった場合は先端に配された撮像装置）で体腔内を観察しながら、被観察部位を探索する。

そして、被観察部位に超音波プローブ１０の先端が到達し、超音波画像を取得する指示がなされると、ＣＰＵ２４の制御の下に、ＭＵＸ１７により駆動すべき超音波トランスデューサ１３に繋がれた配線１４が選択され、タイミングコントローラ２２からの励振信号によりパルサ１９から励振パルスが発せられる。

パルサ１９からの励振パルスは、送受信回路１８、ＭＵＸ１７、ケーブル１６、および配線１４を通って、超音波トランスデューサ１３に伝送される。超音波トランスデューサ１３は、この励振パルスにより励振され、これにより、超音波トランスデューサ１３から被観察部位に向けて超音波が照射される。

超音波の照射後、被観察部位からのエコー信号が超音波トランスデューサ１３で受信される。エコー信号は、配線１４、ケーブル１６、ＭＵＸ１７、および送受信回路１８を通って、増幅器２０により増幅され、レシーバ２１に受信される。励振パルスおよびエコー信号の１回の送受信が終了すると、ＭＵＸ１７により駆動させる超音波トランスデューサ１３が切り替えられて上記同様の処理が施され、被観察部位に超音波が走査される。

レシーバ２１で受信されたエコー信号は、メモリ２３に入力され、メモリ２３に一旦格納される。メモリ２３に格納されたエコー信号は、ＣＰＵ２４の制御の下に、位相整合演算部２５で時間差に応じた遅延がかけられて加算される。位相整合演算部２５で加算されたエコー信号は、表示画像演算部２６によりＮＴＳＣ方式に変換され、アナログ信号に変換されてモニタ２７に超音波画像として表示される。

以上説明したように、超音波プローブ１０は、配線１４を同一のＭＵＸ１７に繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブル１５に収容したので、配線１４の１本１本をシールドして束ねた場合に比べて、ケーブル１６の太さを細くすることができる。

ここで、多芯シールドケーブル１５内の配線１４同士のクロストークが懸念されるが、超音波およびエコー信号の伝送に関わる多芯シールドケーブル１５内の配線１４は１本であるので、クロストークによる影響は殆どないと考えられる。

なお、図２に示す超音波診断装置３０のように、ＭＵＸ１７で選択されていない超音波トランスデューサ１３に繋がれた配線１４をアースに接続する接地スイッチ３２を、ＭＵＸ１７の前段に設けてもよい。接地スイッチ３２は、一方の端子がＭＵＸ１７の端子に繋がれ、もう一方の端子がアースに繋がれている。

図２では、１番上の超音波トランスデューサ１３で超音波の送信、またはエコー信号の受信を行っていて、他の超音波トランスデューサ１３に繋がれた配線１４をアースに接続した状態を示している。これにより、多芯シールドケーブル１５内の配線１４同士によるクロストークによる影響を、完全にシャットアウトすることができる。なお、プロセッサ装置３１は、接地スイッチ３２を設けている他は、図１のプロセッサ装置１１と同様の構成および作用を有するので、図示および説明は省略する。

上記実施形態では、配線１４を同一のＭＵＸ１７に繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブル１５に収容しているが、図３に示す超音波診断装置４０の超音波プローブ４１のように、配線１４を、隣接する超音波トランスデューサ１３に繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブル４２に収容してもよい。これにより、図１に示す超音波プローブ１０と同様の効果を得ることができる。なお、この場合、プロセッサ装置１１側で、図１と同じようにＭＵＸ１７に繋げるべき配線の引き回しを行う。

なお、多芯シールドケーブルの断面形状については特に言及していないが、超音波プローブの先端およびケーブルが最も細径となる形状であれば、円形、楕円形、偏平など、如何なる断面形状であってもよい。

本発明を適用した超音波診断装置の構成を示す概略図である。 プロセッサ装置に接地スイッチを設けた超音波診断装置の例を示す図である。 超音波診断装置の別の実施形態を示す概略図である。

符号の説明

２、３０、４０ 超音波診断装置
１０、４１ 超音波プローブ
１１、３１ プロセッサ装置
１３ 超音波トランスデューサ
１４ 配線
１５、４２ 多芯シールドケーブル
１７ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
２４ ＣＰＵ
３２ 接地スイッチ

Claims (5)

1. 被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置に接続される超音波プローブにおいて、
   前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、前記プロセッサ装置に設けられた、前記複数の超音波トランスデューサの中から駆動させる超音波トランスデューサを選択的に切り替える複数のマルチプレクサのうち、同一のマルチプレクサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする超音波プローブ。
2. 被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置に接続される超音波プローブにおいて、
   前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、隣接する超音波トランスデューサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする超音波プローブ。
3. 被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列された超音波プローブと、前記超音波プローブが接続され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置とを備えた超音波診断装置において、
   前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、前記プロセッサ装置に設けられた、前記複数の超音波トランスデューサの中から駆動させる超音波トランスデューサを選択的に切り替える複数のマルチプレクサのうち、同一のマルチプレクサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする超音波診断装置。
4. 前記プロセッサ装置に、前記マルチプレクサで選択されていない前記超音波トランスデューサに繋がる配線をアースに接続する接地手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 被検体の被観察部位に超音波を照射し、前記被観察部位からのエコー信号を受信する複数の超音波トランスデューサが先端に配列された超音波プローブと、前記超音波プローブが接続され、前記エコー信号から超音波画像を生成するプロセッサ装置とを備えた超音波診断装置において、
   前記複数の超音波トランスデューサの各々と前記プロセッサ装置を繋ぐ配線を、隣接する超音波トランスデューサに繋がれるグループで纏めて多芯シールドケーブルに収容したことを特徴とする超音波診断装置。

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