JP3268831B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置に関す
るものであり、特に、生体に超音波パルスを投射して、
その超音波エコーを受信して超音波画像を得るようにし
た超音波診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、体内に超音波を照射し、そのエコ
ー信号から体内の状態を描画して病変の発見、診断を行
う超音波診断技術が広く普及している。中でも、超音波
プローブを内視鏡的に体内に挿入して、体内から病変部
に超音波を照射する方法は、体外から超音波を照射する
方式に比べて超音波の減衰が小さく、高周波の超音波が
使用できるため、高い分解能で超音波画像を得ることが
できることから注目を浴びている。

【０００３】このような体腔内超音波診断装置では、体
内の管腔軸を中心に超音波振動子を回転させて、超音波
ビームを放射状にスキャンして管腔の断面画像を得るい
わゆるラジアルスキャン方式が診断上、最も有効とされ
ている。また、ラジアルスキャンを行いながら、超音波
振動子をプローブの軸方向に移動させて複数の断面画像
を取り込み、画像処理を行って３次元画像を構築し、診
断能を向上させる試みもなされている。

【０００４】メカニカルラジアルスキャン方式の超音波
診断装置は、通常、体外におかれる駆動ユニット内に設
けたモータと、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、その外周を円筒状の樹脂製シースで覆うように
構成されている。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を設け、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
断面画像を描画できるようにしている。また、断面画像
画き出し位置は、ロータリーエンコーダから振動子の１
回転につき１パルスを出力する画き出し開始位置信号に
よって決定するようにしている。

【０００５】また、３次元的なスキャンを行うために
は、前記フレキシブルシャフトをプローブの軸方向に前
後させる駆動機構を設け、ラジアルスキャンとリニアス
キャンとを組み合わせて行うようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
超音波プローブにおいては、超音波振動子の回転を検出
する回転検出手段は、手元側の駆動ユニット内に設けら
れており、この回転検出手段とプローブ先端に設けられ
ている超音波振動子とはフレキシブルシャフト等の回転
部材で連結されている。このため、駆動ユニット内の回
転検出手段が必ずしも超音波振動子の回転を正確に反映
しているとは限らない。特に、プローブシースが湾曲す
るような場合は、プローブシースの内面とフレキシブル
シャフトとの間に生じる摩擦力が変化して、超音波振動
子の回転にムラが生じると共に、プローブ先端の物理的
な回転位置と、ロータリーエンコーダが出力する超音波
画像の画き出し開始位置信号との位置関係が変化して、
画像画き出し位置が変化することにより、結果的に画像
が回転してしまうという現象が起きる。このような状態
の下で、通常のラジアルスキャンを行う場合、プローブ
が湾曲するごとに、表示された画像が回転して診断のオ
リエンテーションをつけるのが非常に困難になる。ま
た、３次元スキャンを行う場合には、３次元画像を構築
するときに画像が捩れてしまうという問題があった。こ
のような不具合を無くすために、超音波振動子の直近に
回転検出手段を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、挿入部の外径寸法
に制限があり、ロータリーエンコーダ等をプローブ先端
に設けることは非常に困難である。また、プローブ先端
にロータリーエンコーダを設けるとすると、ロータリー
エンコーダで検出した回転情報信号を伝送するためのケ
ーブルが別途必要となり、プローブシースの外径寸法が
大きくなるとともに、コストアップにもつながる。本発
明は、このような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は変更する事なく、また専用の
信号線を増設する必要もなく、回転のない安定した超音
波画像を得ることができる超音波診断装置に関するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の超音波診断装置は、プローブシース内に配
置した超音波振動子を機械的に回転させてラジアルスキ
ャンを行う超音波プローブを具え、前記超音波振動子か
ら投射した超音波パルスの反射エコ−を検出して超音波
画像を形成する超音波診断装置において、前記プローブ
シースの周方向における一部に、プローブシースの材料
とは音響インピーダンスが異なる異種材料部を設け、該
異種材料部から反射される超音波エコー信号と、プロー
ブシース材料から反射される超音波エコー信号とを識別
する信号識別手段を設けて、前記信号識別手段で識別さ
れた信号に基づいて超音波画像の書き出し開始信号を生
成するように構成したことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】上述したように、本発明の超音波診断装置で
は、プローブシースの周の一部に、プローブシース材料
とは音響インピーダンスが異なる異種材料部を設けるよ
うにしているため、この異種材料部で反射される超音波
エコー信号の信号レベルが、プローブシースで反射され
る超音波エコー信号の信号レベルと異なることを検出し
て、この検出信号に基づいて画像画き出し位置信号（Ｚ
相信号）を生成し、この画像画き出し位置信号に基づい
て超音波画像を構成するようにしているため、超音波放
射部分の物理的な回転位置と画像位置とが常に一致する
ようになり、プローブシースの湾曲時等に発生する画像
の回転を防止することができる。

【０００９】

【実施例】以下に図面を参照して、本発明の超音波診断
装置の第１実施例を説明する。図１は、本発明の第１実
施例に係る超音波診断装置のプローブ先端部の構成を示
す図である。図示しない手元側の駆動ユニットに接続さ
れたフレキシブルシャフト１の先端に超音波振動子２が
配置されており、これらフレキシブルシャフト１と超音
波振動子２とはポリエチレン等の材質でなるプローブシ
ース３の内部に挿通されている。プローブシース３内に
は例えば水などの流動媒体４が満たされており、この流
動媒体４は潤滑材及び超音波伝達媒体として機能する。

【００１０】プローブシース３の周の一部には異種材料
部５が配設されている。図２は、図１に示すプローブ先
端部のＡ−Ａ線に沿った断面図である。異種材料部５は
１ｍｍ程度の幅にカットされたアルミ箔でできており、
図２に示すように、プローブシース３を構成する２重の
ポリエチレンチューブの間に挟んで、加熱成形し、プロ
ーブシース２の肉厚内に配設するように加工する。

【００１１】図３は、画像画き出し位置信号（以下「Ｚ
相信号」という）検出回路の構成を示すブロック図であ
る。超音波振動子２は、フレキシブルシャフト１内に延
在する同軸ケーブル１０を介してプリアンプ回路１１に
接続され、このプリアンプ回路１１の出力は超音波断層
像を形成表示するための一般的な超音波信号処理回路１
２に供給され、更に表示制御回路１３を介して、表示装
置１４へ出力される。また、プリアンプ回路１１の出力
は、バッファアンプ１５を介して電圧コンパレータ１６
の正入力へ出力される。電圧コンパレータ１６の負入力
端子には、比較電圧発生回路１７の出力が接続されてお
り、電圧コンパレータ１６の出力は、タイムゲート回路
１８へ供給される。一方、超音波振動子２を駆動する毎
に出力されるトリガ信号を起点にして決定される任意時
間のゲート信号を発生するゲート信号発生回路１９から
の出力が、タイムゲート回路１８へ供給される。タイム
ゲート回路１８の出力は、Ａ相同期回路２０へ接続され
ており、多発防止回路２１を介してＺ相信号を生成し
て、このＺ相信号を表示制御回路１３へ導くように構成
されている。

【００１２】図４は、図３に示すＺ相信号検出回路に於
ける各信号のタイミングチャートである。以下に、図３
及び図４を参照して、本実施例の動作を説明する。超音
波振動子２がラジアルスキャンを開始すると、図４
（ａ）にエコー信号の波形を示すように、駆動時の大振
幅波形の後にプローブシース３の境界面からのエコーが
戻ってくる。超音波振動子２が異種材料部５の方向に超
音波ビームを放射したときは、通常のプローブシース３
の境界面から戻る信号よりも、超音波の反射強度が大き
くなるため、この部分においてエコーレベルが大きくな
る。比較電圧発生回路１７における比較電圧の設定を、
シース３の境界面からの反射エコーのピーク電圧と、異
種材料部５からの反射エコーのピーク電圧との中間に設
定することにより、超音波振動子２が異種材料部５の方
向に超音波ビームを放射したときのみ電圧コンパレータ
１６が応答する（図４（ｂ））。実際には、駆動時の大
振幅波形等のノイズ成分によって、電圧コンパレータ１
６が応答してしまうので、タイムゲート回路１８によっ
てゲートをかけるようにする。この場合、超音波振動子
２の表面からプローブシース３までの距離は常に一定で
あるので、ゲート信号発生回路１９の信号発生タイミン
グを、トリガ信号（図４（ｄ））の発生からプローブシ
ースの境界面付近からのエコー到達するまでの時間に合
わせて設定するようにする（図４（ｃ））。このように
して、タイムゲート回路１８でノイズ成分を除去した応
答信号を、モータの回転を検出するロータリーエンコー
ダ（図示せず）から出力されるＡ相信号（図４（ｅ）、
ロータリーエンコーダの一回転につき２５６パルス出力
される）にＡ相同期回路２０で同期させて、多発防止回
路２１へ入力する。異種材料部５は一定の幅を有してい
るため、電圧コンパレータ１６の応答は、１回転のスキ
ャン中に一回（１音線分）だけとは限らない。多発防止
回路２１は、カウンタ制御によって最初の電圧コンパレ
ータ１６の応答から特定の音線数だけ電圧コンパレータ
１６の応答を無視するように構成されており、タイムゲ
ート回路１８の出力は多発防止回路２１を通ることによ
って、超音波振動子２の一回転につき１つだけ発生する
Ｚ相信号が成形される（図４（ｆ））。このＺ相信号は
表示制御回路１３へ入力され、ここで超音波断層像の画
き出し信号として使用される。

【００１３】このように、本発明の超音波診断装置にお
いては、異種材料部５の物理的な位置と、超音波断層像
の画き出し点を一致させることができるため、フレキシ
ブルシャフト１の回転伝達性能の影響を一切受けること
なく、常に安定した向きの超音波断層画像を得ることが
できる。

【００１４】尚、上述した実施例では、異種材料部５に
金属箔を用いて、プローブシースの境界面で反射される
エコーレベルより異種材料部で反射されるエコーレベル
が大きくなるようにしたが、逆に異種材料部５を超音波
の透過性が高い材料を使用して、エコーレベルが小さく
なるようにして、このエコーレベルが減少した部分を検
出するようにしても良い。

【００１５】図５乃至図７は、本発明の第２実施例の構
成を示す図である。上述の第１実施例では、超音波振動
子２をラジアルスキャンさせる構成としたが、本実施例
は、ラジアルスキャンとリニアスキャンとを組み合わせ
て３次元スキャンさせるようにしたものである。

【００１６】図５に示すように、超音波プローブを構成
するフレキシブルシャフト１は、ＤＣモータ３０の回転
軸に接続されている。ＤＣモータ３０の回転は、１対１
のギア比で噛合するギア３１を介してロータリーエンコ
ーダ３２に伝達され、ロータリーエンコーダ３２から超
音波振動子２の回転位置信号が出力される。これら、Ｄ
Ｃモータ３０、ギア３１、ロータリーエンコーダ３２か
ら構成されるラジアル回転部３３は、全体がリニア駆動
部３４に接続されている。リニア駆動部３４はボールね
じ３５に嵌合されており、ボールねじ３５の後端はステ
ッピングモータ３６の回転軸に接続されている。

【００１７】図６は、第２実施例にかかる超音波プロー
ブの制御回路のブロック図である。以下に図５及び図６
を参照して本実施例の動作を説明する。ラジアル制御ス
イッチ４０がＯＮされてＤＣモータ３０の回転が開始さ
れると、ロータリーエンコーダ３２から、ＤＣモータ３
０の１回転につき２５６パルスの回転位置信号（Ａ相信
号）が出力される。Ａ相信号は、ラジアル制御回路４４
内の図示しないＦ／Ｖコンバータに入力され、Ａ相信号
の周波数によって、ＤＣモータ３０への供給電圧を制御
する、いわゆるＤＣサーボ動作を行って、安定したラジ
アル回転を得るようにしている。

【００１８】一方、リニア制御スイッチ４２がＯＮされ
ると、リニア制御回路４５からステッピングモータ３６
に駆動パルスが供給され、ステッピングモータ３６が回
転駆動する。ステッピングモータ３６の回転はボールね
じ３５に伝達されて、リニア駆動部材３４に接続された
ラジアル回転部３３をリニア方向に移動させる。実際に
は、このリニア運動は特定の区間内で往復運動するよう
に制御されるが、ここではその詳細な説明は省略する。

【００１９】ラジアル制御スイッチ４０の出力及び、リ
ニア制御スイッチ４１の出力は、ＡＮＤゲート４６の入
力端子に供給され、ＡＮＤゲート４６の出力はセレクタ
４３に入力される。ステッピングモータ３６の回転の基
準となるモータクロックはセレクタ４３で選択される。
すなわち、セレクタ４３にはロータリーエンコーダ３２
からＡ相信号が供給されており、また、クロック発生器
４２から一定周期のクロック信号が供給されている。ラ
ジアル制御スイッチ４０がＯＮされ、リニア制御スイッ
チ４１がＯＮされて、３次元的なスキャンが設定された
場合に、ＡＮＤゲート４６の出力が低レベルとなり、セ
レクタ４３はロータリーエンコーダ３２から供給される
Ａ相信号を選択するため、ステッピングモータ３６はラ
ジアル方向の回転に同期して回転することになる。つま
り、ラジアル方向の回転スピードの変化に応じて、リニ
ア方向の移動スピードも変化し、結果的にラジアル方向
の１回転につき、常に一定したリニア方向の移動幅が得
られ、ラジアル方向の回転のスピードを変更しても、超
音波断層像のスライス間隔を一定にとることができる。

【００２０】一方、ラジアル制御スイッチ４０がＯＦＦ
で、リニア制御スイッチ４１のみがＯＮされている場合
には、ＡＮＤゲート４６の出力が高レベルとなり、セレ
クタ４３でクロック発生器４２から供給されるクロック
信号が選択され、最適速度によるリニアスキャンが行わ
れることになる。

【００２１】このように、ラジアル制御スイッチ４０
と、リニア制御スイッチ４１とは、それぞれ完全に独立
して設定することができる。したがって、１つの超音波
プローブでラジアルスキャン、リニアスキャン、３次元
スキャンを個別に実現することができる。図７は、各ス
キャンのイメージを示すものである。このように構成し
た超音波プローブのプローブシースに異種材料部５を配
設することによって、３次元スキャンを行った場合で
も、超音波画像の画き出し位置と超音波放射部分の物理
的な回転位置とを一致させることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたとおり、本発明によれば、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こともなく、簡単な構成で超音波
振動子の物理的な回転位置を忠実に反映したＺ相信号を
得ることができ、超音波画像の回転を防止することがで
きる。また、第２実施例に述べたような構成をとること
によって、１つの超音波プローブでラジアルスキャン、
リニアスキャン、及び３次元スキャンをそれぞれ独立し
て実現することができるとともに、ラジアルスキャンに
限らず３次元スキャンを行った場合でも、超音波振動子
の回転位置を反映したＺ相信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。

【図２】図１に示す超音波プローブのＡ−Ａ線に沿った
断面図である。

【図３】Ｚ相信号検出回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】Ｚ相信号検出回路における各信号の波形図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例の構成を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例における超音プローブの制
御回路のブロック図である。

【図７】本発明の第２実施例における各スキャンのイメ
ージを示すものである。

【符号の説明】

１ フレキシブルシャフト ２ 超音波振動子 ３ プローブシース ４ 流動媒体 ５ 異種材料部 １０ 同軸ケーブル １１ プリアンプ回路 １２ 超音波信号処理回路 １３ 表示制御回路 １４ 表示装置 １６ 電圧コンパレータ １７ 比較電圧発生回路 １８ タイムゲート回路 １９ ゲート信号発生回路 ２０ Ａ相同期回路 ２１ 多発防止回路 ３０ ＤＣモータ ３１ ギア ３２ ロータリーエンコーダ ３３ ラジアル回転部 ３４ リニア駆動部材 ３５ ボールねじ ３６ ステッピングモータ ４０ ラジアル制御スイッチ ４１ リニア制御スイッチ ４２ クロック発生器 ４３ セレクタ ４４ ラジアル制御回路 ４５ リニア制御回路 ４６ ＡＮＤゲート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブシース内に配置した超音波振動
   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
   プローブを具え、前記超音波振動子から投射した超音波
   パルスの反射エコ−を検出して超音波画像を形成する超
   音波診断装置において、前記プローブシースの周方向に
   おける一部に、プローブシースの材料とは音響インピー
   ダンスが異なる異種材料部を設け、該異種材料部から反
   射される超音波エコー信号と、プローブシース材料から
   反射される超音波エコー信号とを識別する信号識別手段
   を設けて、前記信号識別手段で識別された信号に基づい
   て超音波画像の書き出し開始信号を生成するように構成
   したことを特徴とする超音波診断装置。