JP5060175B2 - Ultrasound diagnostic imaging equipment - Google Patents

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Description

本発明は、電子走査されるアレイ振動子を機械走査する揺動機構を具備した超音波画像診断装置に係り、特に、この揺動機構を駆動するステッピングモータの駆動速度を設定速度で一定するように改良した超音波画像診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic imaging apparatus having a swing mechanism that mechanically scans an array transducer to be electronically scanned. In particular, the drive speed of a stepping motor that drives the swing mechanism is made constant at a set speed. The present invention relates to an improved ultrasonic diagnostic imaging apparatus.

従来、この種の超音波画像診断装置の一例としては、メカニカルセクタ型が知られている（特許文献１参照）。   Conventionally, a mechanical sector type is known as an example of this type of ultrasonic diagnostic imaging apparatus (see Patent Document 1).

この超音波画像診断装置は、超音波を送受波するトランスデューサを揺動して機械走査する揺動機構と、この揺動機構を駆動するＤＣ（直流）モータと、揺動機構のメカニカルセクタのスキャン位置の誤差を補正する手段と、を具備している。   This ultrasonic diagnostic imaging apparatus includes a swing mechanism that swings a transducer that transmits and receives ultrasonic waves to perform mechanical scanning, a DC (direct current) motor that drives the swing mechanism, and a scan of the mechanical sector of the swing mechanism. Means for correcting a position error.

このスキャン位置誤差補正手段は、まず、ＤＣモータの回転速度から各揺動角における負荷トルクを求め、次に、この負荷トルクにより回転速度が遅くなるのを、リファレンスクロックタイミングを変えることにより、回転速度の一定化を図っている。
特開平２−５７２４２号公報 This scan position error correction means first obtains the load torque at each swing angle from the rotation speed of the DC motor, and then changes the reference clock timing to reduce the rotation speed due to this load torque. The speed is made constant.
JP-A-2-57242

しかしながら、この従来の超音波画像診断装置は、トランスデューサの走査方式がメカニカルセクタ方式であり、本発明のようにトランスデューサに相当するアレイ振動子を機械走査方向に直交する方向に電子走査する電子走査手段を具備していない点で相違する。   However, in this conventional ultrasonic diagnostic imaging apparatus, the scanning system of the transducer is a mechanical sector system, and electronic scanning means for electronically scanning an array transducer corresponding to the transducer in a direction orthogonal to the mechanical scanning direction as in the present invention. It is different in that it does not have.

また、トランスデューサの揺動機構の駆動源がＤＣモータであり、このＤＣモータ特有の補正方法により、その回転速度の一定化を図っている。   The drive source of the transducer swing mechanism is a DC motor, and the rotational speed is made constant by a correction method unique to this DC motor.

このために、この従来技術では、アレイ振動子を電子走査する電子走査手段を具備し、機械走査の揺動機構の駆動源としてステッピングモータを使用する超音波画像診断装置には、全く適用することができない。   For this reason, this conventional technique is completely applicable to an ultrasonic diagnostic imaging apparatus that includes an electronic scanning unit that electronically scans an array transducer and uses a stepping motor as a drive source of a mechanical scanning rocking mechanism. I can't.

すなわち、揺動機構の駆動源としてステッピングモータを使用している超音波画像診断装置では、このステッピングモータの機械的、電気的特性のばらつきにより、そのステータコイルに供給される駆動パルスの周期毎に発生する速度リップルパターンがある。   That is, in an ultrasonic diagnostic imaging apparatus that uses a stepping motor as a drive source for the swing mechanism, due to variations in mechanical and electrical characteristics of this stepping motor, every period of drive pulses supplied to the stator coil. There is a speed ripple pattern that occurs.

このために、機械走査速度にばらつきが発生するので、走査タイミングがばらついて超音波診断画像の歪みや表示フレームの抜けが発生するという課題がある。   For this reason, since the mechanical scanning speed varies, there is a problem in that the scanning timing varies and the ultrasonic diagnostic image is distorted and the display frame is lost.

また、揺動機構の速度は、その揺動方向の相違によってもばらつきが発生し、一定ではないという課題がある。すなわち、揺動機構により揺動される一次元アレイ振動子は、その各振動子を駆動するための駆動信号を与える送信部と、各振動子により受信されたエコー信号を受信する受信部とに、配線によりそれぞれ接続されている。   Further, the speed of the swing mechanism varies depending on the swing direction, and there is a problem that it is not constant. That is, the one-dimensional array transducer that is swung by the swing mechanism is divided into a transmission unit that provides a drive signal for driving each transducer and a reception unit that receives an echo signal received by each transducer. Are connected by wiring.

この配線は、揺動機構の揺動中心線上に沿って、その揺動方向、すなわち左右方向に振り分けられるように配線されているが、揺動中心線を対称軸としたときに、若干左右非対称に配線され、フレキシブル基板により形成されている。   This wiring is wired along the swing center line of the swing mechanism so as to be distributed in the swing direction, that is, in the left-right direction. And is formed of a flexible substrate.

このために、このフレキシブル基板は、揺動機構の往動と復動、すなわち、揺動方向に応じて伸縮し、往動速度と復動速度とに差（ずれ）が発生する。   For this reason, this flexible substrate expands and contracts in accordance with the forward and backward movements of the swing mechanism, that is, the swing direction, and a difference (deviation) occurs between the forward speed and the backward speed.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、揺動機構の揺動速度（機械走査速度）の一定化を図ることができる超音波画像診断装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic imaging apparatus capable of making the rocking speed (mechanical scanning speed) of the rocking mechanism constant. Objective.

請求項１に係る発明は、被検体に超音波を送受波する電子走査可能のアレイ振動子、このアレイ振動子をその電子走査方向に直交する方向に揺動して機械走査する揺動機構、この揺動機構を駆動するステッピングモータを備えた超音波プローブと、前記ステッピングモータの速度を所定の設定速度で一定に駆動するようにこのステッピングモータの駆動電流値を補正する補正データを保存したメモリと、このメモリから前記補正データを読み出して前記ステッピングモータに与え、その駆動速度を設定速度で一定するように制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記ステッピングモータが所要の設定速度で駆動している時の回転角検出信号に基づいて駆動速度を求め、さらに、この駆動速度と設定速度とを比較してステッピングモータの速度リップルを算出し、この速度リップルを相殺して駆動速度が設定速度で一定するようにステッピングモータの駆動電流値を補正する補正データを作成し、前記メモリに保存させる補正データ作成手段を、具備していることを特徴とする超音波画像診断装置である。 The invention according to claim 1 is an electronically scanable array transducer that transmits and receives ultrasonic waves to a subject, a swing mechanism that mechanically scans the array transducer by swinging in a direction orthogonal to the electronic scan direction, An ultrasonic probe having a stepping motor that drives the swing mechanism, and a memory that stores correction data for correcting the driving current value of the stepping motor so that the speed of the stepping motor is constantly driven at a predetermined set speed. And control means for reading out the correction data from the memory and supplying the correction data to the stepping motor and controlling the driving speed so as to be constant at a set speed. The control means has a setting required by the stepping motor. Determine the drive speed based on the rotation angle detection signal when driving at speed, and then compare the drive speed with the set speed to perform stepping. Correction data generating means for calculating the speed ripple of the data, creating correction data for correcting the driving current value of the stepping motor so as to cancel the speed ripple and make the driving speed constant at the set speed, and storing the correction data in the memory Is an ultrasonic diagnostic imaging apparatus.

請求項２に係る発明は、前記メモリは、前記補正データを、前記ステッピングモータの複数の設定速度毎に保存していることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置である。   The invention according to claim 2 is the ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 1, wherein the memory stores the correction data for each of a plurality of set speeds of the stepping motor.

請求項３に係る発明は、前記メモリは、前記補正データを、前記揺動機構の揺動方向毎に保存していることを特徴とする請求項１または２記載の超音波画像診断装置である。   The invention according to claim 3 is the ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 1 or 2, wherein the memory stores the correction data for each swinging direction of the swinging mechanism. .

請求項４に係る発明は、前記メモリは、前記ステッピングモータの駆動電流の１周期単位の補正データを保存していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波画像診断装置である。   The invention according to claim 4 is the ultrasonic image according to any one of claims 1 to 3, wherein the memory stores correction data in one cycle unit of the drive current of the stepping motor. It is a diagnostic device.

請求項５に係る発明は、前記制御手段とメモリは、前記超音波プローブに配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置である。   The invention according to claim 5 is the ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the control means and the memory are arranged in the ultrasonic probe. .

請求項６に係る発明は、前記制御手段とメモリは、前記アレイ振動子により受信された被検体からのエコー信号に基づいて、この被検体の超音波送波部位の画像を表示装置に表示する本体装置に、配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置である。   According to a sixth aspect of the invention, the control means and the memory display an image of the ultrasonic wave transmission site of the subject on a display device based on an echo signal from the subject received by the array transducer. The ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic diagnostic imaging apparatus is disposed in a main body device.

請求項７に係る発明は、前記制御手段は、前記メモリから前記ステッピングモータの設定速度に応じた補正データを読み込む一方、この設定速度によりステッピングモータを駆動するための制御信号を、前記ステッピングモータを定電流で駆動するドライバに与えるコントローラと、このコントローラからデジタル信号の前記補正データを受けてアナログ信号の電流設定信号に変換して前記ドライバに与えるＤＡＣと、を具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置である。   According to a seventh aspect of the present invention, the control means reads correction data corresponding to a set speed of the stepping motor from the memory, and sends a control signal for driving the stepping motor at the set speed to the stepping motor. A controller provided to a driver driven by a constant current, and a DAC that receives the correction data of the digital signal from the controller and converts the correction data into a current setting signal of an analog signal and provides the driver to the driver. It is an ultrasonic diagnostic imaging apparatus of any one of Claims 1-6.

請求項１に係る発明は、揺動機構のステッピングモータに、その速度リップルを相殺して揺動速度が設定速度で一定するようにステッピングモータの駆動電流値を補正する補正データを制御手段から与えて駆動させるので、揺動速度のばらつきを低減することができる。   According to the first aspect of the present invention, correction data for correcting the drive current value of the stepping motor is supplied from the control means to the stepping motor of the swing mechanism so that the speed ripple is canceled and the swing speed is constant at the set speed. Therefore, it is possible to reduce fluctuations in the rocking speed.

このために、ステッピングモータの速度リップルに起因する機械走査速度のばらつきに伴う超音波断層画像の歪みや表示フレームの抜けを防止することができる。これにより、画像表示精度を向上させることができる。また、制御手段が補正データを作成する補正データ作成手段を具備しているので、この超音波画像診断装置の工場出荷時のキャリブレーションにおいて、かかる補正データを作成し得るのみならず、病院等の使用現場でのキャリブレーションにおいても、ステッピングモータの補正データを作成することができる。 For this reason, it is possible to prevent distortion of the ultrasonic tomographic image and missing of the display frame due to variations in the mechanical scanning speed due to the speed ripple of the stepping motor. Thereby, the image display accuracy can be improved. In addition, since the control means includes correction data creation means for creating correction data, not only can this correction data be created in calibration at the time of factory shipment of this ultrasonic diagnostic imaging apparatus, Correction data for the stepping motor can also be created in calibration at the site of use.

請求項２に係る発明によれば、ステッピングモータの設定速度毎に、その速度リップルを相殺する補正データをメモリに保存しているので、ステッピングモータの設定速度毎に速度リップルを低減させることができる。   According to the second aspect of the present invention, the correction data that cancels out the speed ripple is stored in the memory for each set speed of the stepping motor, so that the speed ripple can be reduced for each set speed of the stepping motor. .

請求項３に係る発明によれば、揺動機構の揺動方向毎に、その揺動方向毎の速度のばらつきを補正する補正データをメモリに保存しているので、揺動機構の揺動方向毎の速度差を低減させることができる。   According to the third aspect of the present invention, the correction data for correcting the variation in speed for each swing direction is stored in the memory for each swing direction of the swing mechanism. The speed difference for each can be reduced.

請求項４に係る発明によれば、メモリは、ステッピングモータの駆動電流の最近１周期（電気角で３６０℃）分の補正データのみを保存すればよいので、メモリ容量の小形化を図ることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the memory only needs to store correction data for the most recent cycle (360 ° C. in electrical angle) of the driving current of the stepping motor, so that the memory capacity can be reduced. it can.

請求項５に係る発明によれば、上記制御手段とメモリが超音波プローブに配設されているので、これら制御手段とメモリを本体装置に設ける必要がない。   According to the invention of claim 5, since the control means and the memory are arranged in the ultrasonic probe, it is not necessary to provide the control means and the memory in the main body apparatus.

このために、本体装置は本発明に係る超音波プローブと共に、これ以外の超音波プローブ、すなわち、上記制御手段とメモリを具備していない超音波プローブを、本体装置に接続して共用することができる。   For this purpose, the main body apparatus can share the ultrasonic probe according to the present invention with another ultrasonic probe, that is, an ultrasonic probe that does not include the control means and the memory, connected to the main body apparatus. it can.

また、超音波プローブの工場出荷時のキャリブレーションにおいて、各超音波プローブのステッピングモータの補正データを作成し、メモリに保存することができるので、病院等の超音波プローブの使用現場において、かかるキャリブレーションを行う必要がない。   In addition, calibration data for ultrasonic probes at the time of shipment from the factory can be created and stored in the memory for the stepping motor of each ultrasonic probe. There is no need to perform

請求項６に係る発明によれば、上記制御手段とメモリを本体装置に設けるので、これら制御手段とメモリを超音波プローブに設ける必要がない。このために、超音波プローブの小形軽量化を図ることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, since the control means and the memory are provided in the main unit, it is not necessary to provide the control means and the memory in the ultrasonic probe. For this reason, the ultrasonic probe can be reduced in size and weight.

また、本体装置の工場出荷時のキャリブレーションにおいて、この本体装置に接続される各超音波プローブのステッピングモータの補正データをそれぞれ作成し、これらをメモリにそれぞれ保存することができるので、病院等本体装置の使用現場でこれらキャリブレーションを行う必要がない。   In addition, in calibration at the time of factory shipment of the main unit, correction data of the stepping motor of each ultrasonic probe connected to the main unit can be created and stored in the memory, respectively. There is no need to perform these calibrations at the site of use of the device.

請求項７に係る発明によれば、ステッピングモータの設定速度に応じたパルス数と電圧の駆動パルスが制御信号としてコントローラからドライバに与えられ、ドライバは駆動電圧を電流値に変換してステッピングモータに与え所要の設定速度により駆動する。   According to the seventh aspect of the present invention, the number of pulses corresponding to the set speed of the stepping motor and the voltage driving pulse are supplied as a control signal from the controller to the driver, and the driver converts the driving voltage into a current value and converts it to the stepping motor. Drive at the required set speed.

また、コントローラは、ステッピングモータの速度リップルを解消するための補正データを、メモリから読み出してＤＡＣに与え、ここで、この補正データをデジタル信号からアナログ信号に変換し、電流設定信号としてドライバに与える。   Further, the controller reads out correction data for eliminating the speed ripple of the stepping motor from the memory and applies it to the DAC. The correction data is converted from a digital signal to an analog signal and supplied to the driver as a current setting signal. .

このために、ドライバでは、ステッピングモータに与えている駆動電流値を、このステッピングモータの速度リップルを解消して設定速度で一定に駆動するための補正値により補正してステッピングモータを駆動する。   For this purpose, the driver drives the stepping motor by correcting the drive current value applied to the stepping motor with a correction value for eliminating the speed ripple of the stepping motor and driving it at a constant speed.

これにより、ステッピングモータの速度リップルは低減して設定速度で一定するように駆動される。   Thereby, the speed ripple of the stepping motor is reduced and driven to be constant at the set speed.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part in several drawing.

図１は本発明の第１実施形態に係る超音波画像診断装置の要部を拡大しつつ全体構成を示す機能ブロック図である。   FIG. 1 is a functional block diagram showing an overall configuration while enlarging a main part of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図１に示すように超音波画像診断装置１は、超音波プローブ２と本体装置３とを具備している。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 includes an ultrasonic probe 2 and a main body device 3.

超音波プローブ２は、所要形状のプローブケース４内に、アレイ振動子の一例である一次元アレイ振動子５、揺動機構６、ステッピングモータ７、ドライバ８、制御手段の一例である制御装置９を配設している。プローブケース４は、その底部外面を、被検体の体表面に当接される当接面に形成し、その当接面の内方にて、一次元アレイ振動子５と揺動機構６とを内蔵している。   The ultrasonic probe 2 is provided in a probe case 4 having a required shape, a one-dimensional array transducer 5 as an example of an array transducer, a swinging mechanism 6, a stepping motor 7, a driver 8, and a control device 9 as an example of a control means. Is arranged. The probe case 4 has a bottom outer surface formed on a contact surface that is in contact with the body surface of the subject, and the one-dimensional array transducer 5 and the swing mechanism 6 are provided inside the contact surface. Built-in.

一次元アレイ振動子５は、図示しない複数の超音波振動子を、プローブケース４の当接面に沿って列状に配列しており、これら振動子をその配列（アレイ）方向に電子走査して超音波を被検体内に送波する二次元電子走査面を形成する一方、この被検体内からの二次元超音波エコー信号を受波するものである。   The one-dimensional array transducer 5 has a plurality of ultrasonic transducers (not shown) arranged in a line along the contact surface of the probe case 4, and these transducers are electronically scanned in the direction of the array (array). A two-dimensional electronic scanning surface for transmitting ultrasonic waves into the subject is formed, and a two-dimensional ultrasonic echo signal from the subject is received.

揺動機構６は、一次元アレイ振動子５を、その揺動中心を中心にして各アレイ振動子毎に、一次元アレイ振動子５の電子走査方向に直交する方向で揺動することにより機械走査して三次元走査するものであり、駆動用のステッピングモータ７の回転力により駆動される。すなわち、揺動機構６は一次元アレイ振動子５をその電子走査方向一端から他端のまでアレイ振動子毎に順次揺動する。 The swing mechanism 6 swings the one-dimensional array transducer 5 about the center of the swing in the direction orthogonal to the electronic scanning direction of the one-dimensional array transducer 5 for each array transducer. Scanning and three-dimensional scanning are performed by the rotational force of the driving stepping motor 7. That is, the swing mechanism 6 swings the one-dimensional array transducer 5 sequentially for each array transducer from one end to the other end in the electronic scanning direction.

一次元アレイ振動子５は、その各振動子を駆動するための駆動信号を与える後述する送信部と、各振動子からのエコー信号を受信する図示しない受信部とに、図示しない配線によりそれぞれ接続されている。この配線は、揺動機構の揺動中心線上に沿って、その揺動方向、すなわち、左右方向に振り分けられるように配線され、フレキシブル基板により形成されている。   The one-dimensional array transducer 5 is connected to a later-described transmitter that supplies a drive signal for driving each transducer, and a not-shown receiver that receives an echo signal from each transducer, by wires not illustrated. Has been. The wiring is wired along the swing center line of the swing mechanism so as to be distributed in the swing direction, that is, the left-right direction, and is formed of a flexible substrate.

ドライバ８はステッピングモータ７のステータコイルに所定の定電流を与えて駆動する定電流ドライバであり、ステッピングモータ７のロータの歯数とステータコイルへの電流配分を細かく分割するマイクロステップ駆動を行うことができる。   The driver 8 is a constant current driver that is driven by applying a predetermined constant current to the stator coil of the stepping motor 7, and performs microstep driving that finely divides the number of teeth of the rotor of the stepping motor 7 and the current distribution to the stator coil. Can do.

すなわち、ステッピングモータ７が例えばＡ相と、このＡ相と９０°位相がずれたＢ相とを備えた２相モータである場合は、４ステップで１周期（電気角で３６０°）であるが、これらの各ステップをｎ（整数）分割して、理論的には駆動電流が４×ｎステップを１周期とする正弦波に近付けることにより、所定トルクにより設定速度で一定のマイクロステップ駆動をさせることができるようになっている。   That is, when the stepping motor 7 is a two-phase motor having, for example, the A phase and the B phase that is 90 ° out of phase with the A phase, one cycle is four steps (360 ° in electrical angle). Each of these steps is divided into n (integer), and theoretically, the drive current is brought close to a sine wave with one cycle of 4 × n steps, thereby causing a constant microstep drive at a set speed with a predetermined torque. Be able to.

しかし、上述したようにステッピングモータ７は、その機械的、電気的特性のばらつきによって、必ずしも設定速度で一定に回転せず、各マイクロステップ毎の揺動速度は設定速度からずれるという速度リップルが発生する。   However, as described above, the stepping motor 7 does not always rotate at a set speed due to variations in mechanical and electrical characteristics, and a speed ripple occurs in which the swing speed for each microstep deviates from the set speed. To do.

図２は、この速度リップルｒのタイミングチャートであり、速度リップルｒが電気角３６０°を１周期とした周期性を持っていることを示している。なお、図３中、符号Ｓは設定速度を示し、０は電気角０°を示している。   FIG. 2 is a timing chart of the speed ripple r, and shows that the speed ripple r has a periodicity with an electrical angle of 360 ° as one cycle. In FIG. 3, symbol S indicates a set speed, and 0 indicates an electrical angle of 0 °.

そして、図１に示すように、制御装置９は、コントローラ１０、例えばＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等のＰＲＯＭ、またはＲＡＭからなるメモリ１１、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）１２、ステッピングモータ７のロータの回転角を検出して回転角検出信号をコントローラ１０に与えるエンコーダ１３を具備している。   As shown in FIG. 1, the control device 9 determines the rotation angle of the rotor of the controller 10, for example, a memory 11 comprising a PROM such as EPROM or EEPROM, or RAM, a DAC (D / A converter) 12, and a stepping motor 7. An encoder 13 is provided for detecting and providing a rotation angle detection signal to the controller 10.

コントローラ１０はＰＩＣ（プログラマバルＩＣ）やシステムＬＳＩ等からなるマイクロプロセッサであり、基本的にはＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭを具備している。ＲＯＭにはＣＰＵを制御するプログラムが記録されており、ＣＰＵはこのプログラムを実行することにより、ステッピングモータ７の駆動速度を制御する駆動速度制御手段、駆動速度補正手段、補正データ作成手段として機能するように構成されている。   The controller 10 is a microprocessor composed of a PIC (programmable IC), a system LSI, or the like, and basically includes a CPU, a RAM, and a ROM. A program for controlling the CPU is recorded in the ROM, and the CPU functions as drive speed control means, drive speed correction means, and correction data creation means for controlling the drive speed of the stepping motor 7 by executing this program. It is configured as follows.

コントローラ１０の駆動速度制御手段は、図示しない速度設定手段により設定されたステッピングモータ７の複数の設定速度に、これら設定速度にステッピングモータ７の回転速度を制御するための所要の電圧の駆動パルス数を対応させたデータテーブルを有し、速度設定手段から読み出した設定速度に応じてこのデータテーブルをルックアップし、設定速度に対応した単位時間当り所要のパルス数と電圧の駆動パルスをドライバ８に与える機能を有する。   The drive speed control means of the controller 10 has a plurality of set speeds of the stepping motor 7 set by a speed setting means (not shown), and the number of drive pulses of a required voltage for controlling the rotation speed of the stepping motor 7 to these set speeds. Is looked up in accordance with the set speed read from the speed setting means, and the driver 8 is supplied with the required number of pulses and voltage drive pulses per unit time corresponding to the set speed. Has the function to give.

また、コントローラ１０の補正データ作成手段は、超音波画像診断装置１の工場出荷時のキャリブレーション等において実行される機能であり、まず、所要の設定速度より駆動されているステッピングモータ７からエンコーダ１３により検出された回転角検出信号を受け、この回転角検出信号に基づいてステッピングモータ７の実際の回転速度を算出する。次に、この実回転速度をその設定速度と比較し、両者の偏差に基づいて速度リップルｒを１周期分算出する。   The correction data creating means of the controller 10 is a function executed in factory calibration of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1. First, the stepping motor 7 driven from a required set speed to the encoder 13. The actual rotation speed of the stepping motor 7 is calculated based on this rotation angle detection signal. Next, the actual rotational speed is compared with the set speed, and the speed ripple r is calculated for one period based on the deviation between the two.

この後、この速度リップルｒを相殺してステッピングモータ７の駆動速度が設定速度Ｓで一定するようにステッピングモータ７を回転駆動させる１周期分等、所要の一単位分の駆動電流値を補正する補正データを作成し、メモリ１１に保存する。   Thereafter, the drive current value for one unit, such as one cycle in which the stepping motor 7 is rotationally driven, is corrected so that the speed ripple r is canceled and the driving speed of the stepping motor 7 is constant at the set speed S. Correction data is created and stored in the memory 11.

図３は複数の設定速度Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３にそれぞれ対応して作成された補正データａ１，ａ２，ａ３の１周期分の波形をそれぞれ示している。これら補正データａ１〜ａ３は各設定速度Ｓ１〜Ｓ３に応じて電流設定信号としてＤＡＣ１２からドライバ８に与えられる。   FIG. 3 shows waveforms for one period of the correction data a1, a2, and a3 created corresponding to the plurality of set speeds S1, S2, and S3, respectively. These correction data a1 to a3 are supplied from the DAC 12 to the driver 8 as current setting signals in accordance with the set speeds S1 to S3.

そして、本体装置３は、上記超音波プローブ２に図示しない複数のケーブルにより電気的に接続された送受信部、ＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）、モニター等の表示部を具備している。   The main unit 3 includes a transmission / reception unit, a DSC (digital scan converter), and a display unit such as a monitor that are electrically connected to the ultrasonic probe 2 by a plurality of cables (not shown).

送受信部は、所定周波数の駆動信号を一次元アレイ振動子５に与えて超音波を被検体に送波させると共に、コンベックス走査等アレイ方向に電子走査する一方、被検体内の音響インピーダンスの不整合面で反射され、一次元アレイ振動子５により受信された超音波エコー信号を増幅してＤＳＣに与えるものである。   The transmission / reception unit applies a drive signal of a predetermined frequency to the one-dimensional array transducer 5 to transmit ultrasonic waves to the subject, and electronically scans in the array direction, such as convex scanning, while mismatching of acoustic impedance in the subject The ultrasonic echo signal reflected by the surface and received by the one-dimensional array transducer 5 is amplified and given to the DSC.

ＤＳＣは入力されたエコー信号の走査方式を表示部の例えばＮＴＳＣ方式等の走査方式に変換して表示部に被検体の超音波断層画像を二次元画像表示モードまたは三次元画像表示モードで選択的に表示させるものである。   The DSC converts the scanning method of the input echo signal into a scanning method such as the NTSC method of the display unit and selectively displays the ultrasonic tomographic image of the subject in the two-dimensional image display mode or the three-dimensional image display mode. Is displayed.

次に、この超音波画像診断装置１の作用を説明する。   Next, the operation of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 will be described.

まず、この超音波画像診断装置１の工場出荷時のキャリブレーション等において、コントローラ１０の補正データ作成手段により、ステッピングモータ７の各設定速度Ｓ１〜Ｓ３について補正データａ１〜ａ３をそれぞれ作成する。   First, correction data a1 to a3 are created for each set speed S1 to S3 of the stepping motor 7 by the correction data creation means of the controller 10 in the factory calibration of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 or the like.

すなわち、コントローラ１０は、まず図示しない速度設定手段によりそれぞれ設定された各設定速度Ｓ１〜Ｓ３に対応した単位時間当り所要のパルス数と電圧値の駆動パルスをデータテーブルのルックアップにより読み出し、これら所要のパルス数と電圧の駆動パルスを、ドライバ８からの電気角０（ゼロ）信号に同期させてドライバ８に順次与える。ドライバ８は、この駆動パルスの電圧を所定の電流値に変換してからステッピングモータ７のステータコイルに与える。これにより、ステッピングモータ７は各設定速度Ｓ１〜Ｓ３で順次マイクロステップ駆動する。   That is, the controller 10 first reads out the required number of pulses per unit time and drive pulses of voltage values corresponding to the set speeds S1 to S3 respectively set by the speed setting means (not shown) by looking up the data table, and these required values. The pulse number and the voltage drive pulse are sequentially supplied to the driver 8 in synchronization with the electrical angle 0 (zero) signal from the driver 8. The driver 8 converts the voltage of the driving pulse into a predetermined current value, and then gives it to the stator coil of the stepping motor 7. Accordingly, the stepping motor 7 is sequentially microstep driven at each set speed S1 to S3.

このステッピングモータ７の回転角（駆動角）はエンコーダ１３により検出され、回転角検出信号としてコントローラ１０に与えられる。   The rotation angle (drive angle) of the stepping motor 7 is detected by the encoder 13 and given to the controller 10 as a rotation angle detection signal.

コントローラ１０は回転角検出信号を受けると、その補正データ作成手段により、この回転角検出信号に基づいてステッピングモータ７の回転速度を算出し、設定速度Ｓと比較して速度リップルｒを演算する。   Upon receiving the rotation angle detection signal, the controller 10 calculates the rotation speed of the stepping motor 7 based on the rotation angle detection signal by the correction data creation means, and calculates the speed ripple r compared with the set speed S.

さらに、補正データ作成手段は、この速度リップルｒを相殺してステッピングモータ７を設定速度Ｓで一定して回転駆動するための補正データを作成する。この補正データは各設定速度Ｓ１〜Ｓ３毎にそれぞれ１周期分作成され、メモリ１１にデジタル信号で保存される。   Further, the correction data creating means creates correction data for canceling the speed ripple r and driving the stepping motor 7 to rotate at a constant set speed S. This correction data is created for one period for each set speed S1 to S3 and stored in the memory 11 as a digital signal.

次に、このキャリブレーションの後、この超音波画像診断装置１を使用する場合について説明する。   Next, the case where this ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 is used after this calibration will be described.

まず、コントローラ１０は図示しない速度設定手段から設定速度Ｓ１〜Ｓ３、例えばＳ１を読み込み、この設定速度Ｓ１に対応した単位時間当り所要のパルス数と電圧値の駆動パルスをデータテーブルのルックアップにより読み出して制御信号としてドライバ８に、このドライバ８からの電気角０（ゼロ）信号に同期させて与える。一方、コントローラ０１０は、メモリ１１から、その設定速度Ｓ１に対応したデジタル信号の補正データａ１を読み込み、ＤＡＣ１２に与える。   First, the controller 10 reads the set speeds S1 to S3, for example, S1 from a speed setting means (not shown), and reads the required number of pulses per unit time corresponding to the set speed S1 and the drive pulse of the voltage value by looking up the data table. The control signal is supplied to the driver 8 in synchronization with the electrical angle 0 (zero) signal from the driver 8. On the other hand, the controller 010 reads the digital signal correction data a 1 corresponding to the set speed S 1 from the memory 11, and supplies it to the DAC 12.

ＤＡＣ１２はこのデジタル信号の補正データａ１をアナログ信号に変換して電流設定信号としてドライバ８に与える。   The DAC 12 converts the correction data a1 of the digital signal into an analog signal and gives it to the driver 8 as a current setting signal.

このために、ドライバ８はステッピングモータ７の駆動電流値を補正データにより１周期毎に補正した駆動電流をステッピングモータ７のステータコイルに与える。   For this purpose, the driver 8 supplies a driving current obtained by correcting the driving current value of the stepping motor 7 for each cycle with the correction data to the stator coil of the stepping motor 7.

これにより、ステッピングモータ７は所定トルクかつ設定速度Ｓ１で一定した駆動速度でマイクロステップ駆動し、揺動機構６を設定速度Ｓ１で一定するように駆動する。このために、揺動機構６は一次元アレイ振動子５を設定速度Ｓ１でほぼ一定に駆動し、所定の揺動角により繰返し揺動し、機械走査する。   As a result, the stepping motor 7 performs microstep driving at a predetermined torque and a constant driving speed at the set speed S1, and drives the swing mechanism 6 so as to be constant at the set speed S1. For this purpose, the swing mechanism 6 drives the one-dimensional array transducer 5 at a set speed S1 substantially constant, repeatedly swings at a predetermined swing angle, and performs mechanical scanning.

したがって、一次元アレイ振動子５は所要の設定速度Ｓ１によりほぼ一定に機械走査されるので、機械走査速度の変動による被検体の超音波断層画像の歪みや表示フレーム抜けを未然に防止し、または低減することができる。   Therefore, since the one-dimensional array transducer 5 is mechanically scanned at a constant set speed S1, the ultrasonic tomographic image of the subject due to fluctuations in the mechanical scanning speed and display frame loss can be prevented in advance. Can be reduced.

また、超音波画像診断装置１によれば、ステッピングモータ７の設定速度Ｓ１〜Ｓ３毎に、その速度リップルｒを相殺する補正データａ１〜ａ３をメモリ１１に保存しているので、設定速度Ｓ１〜Ｓ３毎に速度リップルｒを低減させることができる。   Further, according to the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1, the correction data a1 to a3 that cancel out the speed ripple r are stored in the memory 11 for each of the setting speeds S1 to S3 of the stepping motor 7. The speed ripple r can be reduced every S3.

さらに、メモリ１１は、ステッピングモータ７の駆動電流の１周期（電気角で３６０℃）分の補正データａ１〜ａ３しか保存していないので、メモリ容量の小形化を図ることができる。   Furthermore, since the memory 11 stores only the correction data a1 to a3 for one cycle (360 degrees in electrical angle) of the drive current of the stepping motor 7, the memory capacity can be reduced.

さらにまた、制御装置９とメモリ１１が超音波プローブ２に配設されているので、これら制御装置９とメモリ１１を本体装置３に設ける必要がない。   Furthermore, since the control device 9 and the memory 11 are disposed in the ultrasonic probe 2, it is not necessary to provide the control device 9 and the memory 11 in the main body device 3.

このために、本体装置３は超音波プローブ２と共に、これ以外の超音波プローブ、すなわち、上記制御装置９とメモリ１１を具備していない超音波プローブを本体装置３に接続して共用することができる。   For this purpose, the main body device 3 can be shared by connecting the ultrasonic probe 2 and the other ultrasonic probe, that is, the ultrasonic probe that does not include the control device 9 and the memory 11 to the main body device 3. it can.

また、超音波プローブ２の工場出荷時のキャリブレーションにおいて、各超音波プローブのステッピングモータ７の補正データａ１〜ａ３を作成し、メモリ１１に保存することができるので、病院等の超音波プローブ２の使用現場においてキャリブレーションを行う必要がない。   In addition, correction data a1 to a3 of the stepping motor 7 of each ultrasonic probe can be created and stored in the memory 11 in the calibration of the ultrasonic probe 2 at the time of shipment from the factory. There is no need to perform calibration at the site of use.

なお、この超音波画像診断装置１では、エンコーダ１３とコントローラ１０の補正データ作成手段とにより、ステッピングモータ７の速度リップルｒを解消させる補正データを作成する機能を設ける場合について述べたが、これらコントローラ１０の補正データ作成手段を図示しない別途マイクロプロセッサに設け、このマイクロプロセッサとエンコーダ１３を補正データ作成装置として本体装置３に設け、または、別体装置として構成してもよい。   In this ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1, the case has been described in which the encoder 13 and the correction data generation means of the controller 10 have a function of generating correction data for eliminating the speed ripple r of the stepping motor 7. Ten correction data creation means may be provided in a separate microprocessor (not shown), and the microprocessor and encoder 13 may be provided in the main body device 3 as a correction data creation device or may be configured as a separate device.

図４は本発明の第２の実施形態に係る超音波画像診断装置１Ａの全体構成を示す機能ブロック図である。   FIG. 4 is a functional block diagram showing an overall configuration of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1A according to the second embodiment of the present invention.

この超音波画像診断装置１Ａによれば、上記図１で示す超音波画像診断装置１において、そのエンコーダ１３を削除すると共に、コントローラ１０を、その補正データ作成手段のみを削除したコントローラ１０Ａに構成した点に特徴がある。   According to the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1A, in the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 shown in FIG. 1, the encoder 13 is deleted, and the controller 10 is configured as a controller 10A in which only the correction data creating means is deleted. There is a feature in the point.

すなわち、この超音波画像診断装置１Ａは、上記図１で示す超音波画像診断装置１の補正データ作成機能や他の補正データ作成手段により、既に補正データを作成し、メモリ１１に保存してある場合の実施形態である。   That is, the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1A has already created correction data and stored in the memory 11 by the correction data creation function and other correction data creation means of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 shown in FIG. Embodiment.

したがって、コントローラ１０Ａは、図示しない速度設定手段から設定速度を読み込み、その設定速度に対応した所要のパルス数と電圧の駆動パルスを、データテーブルから読み出し、ドライバ８からの電気角Ｏ信号に同期させて、制御信号としてドライバ８に与える一方、メモリ１１からこの設定速度に対応した１周期分の補正データを読み出し、ＤＡＣ１２に与える。   Therefore, the controller 10A reads the set speed from a speed setting means (not shown), reads the required number of pulses and voltage drive pulses corresponding to the set speed from the data table, and synchronizes them with the electrical angle O signal from the driver 8. Then, the control signal is supplied to the driver 8, while the correction data for one cycle corresponding to the set speed is read from the memory 11 and supplied to the DAC 12.

ＤＡＣ１２は入力されたデジタル信号の補正データをアナログ信号に変換して電流設定信号としてドライバ８に与える。   The DAC 12 converts the correction data of the input digital signal into an analog signal and gives it to the driver 8 as a current setting signal.

ドライバ８はステッピングモータ７の１周期毎に、電気角Ｏ信号をコントローラ１０Ａに与える一方、コントローラ１０から受けた駆動パルスの電圧を、その電圧に対応する所定の電流値に変換すると共に、その電流値を電流設定信号により１周期毎に繰返し補正してステッピングモータ７のステータコイルに与える。   The driver 8 supplies an electrical angle O signal to the controller 10A for each cycle of the stepping motor 7, while converting the voltage of the drive pulse received from the controller 10 into a predetermined current value corresponding to the voltage, and the current. The value is repeatedly corrected for each cycle by the current setting signal and given to the stator coil of the stepping motor 7.

このために、ステッピングモータ７は設定速度で一定するようにマイクロステップで駆動し、速度リップルｒを低減することができる。   For this reason, the stepping motor 7 can be driven in microsteps so as to be constant at the set speed, and the speed ripple r can be reduced.

これにより、ステッピングモータ７により駆動される揺動機構の揺動速度のばらつきが低減されるので、機械走査速度のばらつきも低減される。このために、本体装置３の表示装置に表示される超音波断層画像が機械走査速度のばらつきにより歪み、または表示フレームの抜けが発生するのを防止または低減することができる。   Thereby, since the variation in the swing speed of the swing mechanism driven by the stepping motor 7 is reduced, the variation in the mechanical scanning speed is also reduced. For this reason, it is possible to prevent or reduce the occurrence of distortion in the ultrasonic tomographic image displayed on the display device of the main body device 3 due to variations in the mechanical scanning speed or the loss of the display frame.

また、この超音波画像診断装置１Ａによれば、補正データ作成用のマイクロプロセッサとエンコーダ３を超音波プローブ２Ａに設ける必要がないので、超音波プローブ２Ａの小形軽量化を図ることができる。   Further, according to the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1A, since it is not necessary to provide the correction data creation microprocessor and the encoder 3 in the ultrasonic probe 2A, the ultrasonic probe 2A can be reduced in size and weight.

また、超音波画像診断装置１Ａの工場出荷時のキャリブレーションにおいて、本体装置３に接続される各超音波プローブ２のステッピングモータ７の補正データをそれぞれ作成し、これらをメモリ１１にそれぞれ保存することができるので、病院等本体装置の使用現場でこれらキャリブレーションを行う必要がない。   Further, in calibration at the time of factory shipment of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1A, correction data of the stepping motor 7 of each ultrasonic probe 2 connected to the main body apparatus 3 is created and stored in the memory 11 respectively. Therefore, it is not necessary to perform these calibrations at the site of use of the main unit such as a hospital.

なお、上記メモリ１１には、上記した揺動機構６の揺動方向の相違に起因する往動速度と復動速度の差（ばらつき）とその補正値を予め実験データや計算により求めておき、その補正値を上記メモリ１１に保存し、この往復動速度を所定値で一定するようにステッピングモータ７の駆動を制御するように構成してもよい。   In the memory 11, the difference (variation) between the forward movement speed and the backward movement speed due to the difference in the swing direction of the swing mechanism 6 and the correction value thereof are obtained in advance by experimental data or calculation. The correction value may be stored in the memory 11 and the driving of the stepping motor 7 may be controlled so that the reciprocating speed is constant at a predetermined value.

本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の要部を拡大しつつ全体構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the whole structure, expanding the principal part of the ultrasonic diagnosing device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図１で示すエンコーダからの回転角検出信号のタイミングチャート。The timing chart of the rotation angle detection signal from the encoder shown in FIG. 図１で示すコントローラにより作成される設定速度毎の補正データの１周期分の波形図。The wave form diagram for 1 period of the correction data for every setting speed produced by the controller shown in FIG. 本発明の第２の実施形態に係る超音波画像診断装置の全体構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the whole structure of the ultrasonic image diagnostic apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ 超音波画像診断装置
２，２Ａ 超音波プローブ
３ 本体装置
４ プローブケース
５ 一次アレイ振動子
６ 揺動機構
７ ステッピングモータ
８ ドライバ
９ 制御装置
１０，１０Ａ コントローラ
１１ メモリ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A Ultrasound image diagnostic apparatus 2,2A Ultrasonic probe 3 Main body apparatus 4 Probe case 5 Primary array vibrator | oscillator 6 Oscillation mechanism 7 Stepping motor 8 Driver 9 Controller 10, 10A Controller 11 Memory

Claims (7)

被検体に超音波を送受波する電子走査可能のアレイ振動子、このアレイ振動子をその電子走査方向に直交する方向に揺動して機械走査する揺動機構、この揺動機構を駆動するステッピングモータを備えた超音波プローブと、
前記ステッピングモータの速度を所定の設定速度で一定に駆動するようにこのステッピングモータの駆動電流値を補正する補正データを保存したメモリと、
このメモリから前記補正データを読み出して前記ステッピングモータに与え、その駆動速度を設定速度で一定するように制御する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、前記ステッピングモータが所要の設定速度で駆動している時の回転角検出信号に基づいて駆動速度を求め、さらに、この駆動速度と設定速度とを比較してステッピングモータの速度リップルを算出し、この速度リップルを相殺して駆動速度が設定速度で一定するようにステッピングモータの駆動電流値を補正する補正データを作成し、前記メモリに保存させる補正データ作成手段を、具備していることを特徴とする超音波画像診断装置。 An electronically scanable array transducer that transmits / receives ultrasonic waves to / from the subject, a swing mechanism that mechanically scans the array transducer in a direction orthogonal to the electronic scan direction, and a stepping that drives the swing mechanism An ultrasonic probe with a motor;
A memory storing correction data for correcting the driving current value of the stepping motor so as to drive the speed of the stepping motor at a predetermined set speed;
Control means for reading the correction data from the memory and giving it to the stepping motor, and controlling the driving speed to be constant at a set speed;
Equipped with,
The control means obtains a drive speed based on a rotation angle detection signal when the stepping motor is driven at a required set speed, and further compares the drive speed with the set speed to detect a speed ripple of the stepping motor. Correction data creating means for correcting the drive current value of the stepping motor so as to cancel the speed ripple and to make the drive speed constant at the set speed, and to store the correction data in the memory is provided. An ultrasonic diagnostic imaging apparatus. 前記メモリは、前記補正データを、前記ステッピングモータの複数の設定速度毎に保存していることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。 The ultrasonic image diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the memory stores the correction data for each of a plurality of set speeds of the stepping motor. 前記メモリは、前記補正データを、前記揺動機構の揺動方向毎に保存していることを特徴とする請求項１または２記載の超音波画像診断装置。 The ultrasonic image diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the memory stores the correction data for each swinging direction of the swinging mechanism. 前記メモリは、前記ステッピングモータの駆動電流の１周期単位の補正データを保存していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波画像診断装置。 The ultrasonic image diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the memory stores correction data in units of one cycle of the driving current of the stepping motor. 前記制御手段とメモリは、前記超音波プローブに配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。 The ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 1, wherein the control unit and the memory are arranged in the ultrasonic probe. 前記制御手段とメモリは、前記アレイ振動子により受信された被検体からのエコー信号に基づいて、この被検体の超音波送波部位の画像を表示装置に表示する本体装置に、配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。 The control means and the memory are arranged in a main body device that displays an image of an ultrasonic wave transmission site of the subject on a display device based on an echo signal from the subject received by the array transducer. The ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to claim 1, wherein: 前記制御手段は、前記メモリから前記ステッピングモータの設定速度に応じた補正データを読み込む一方、この設定速度によりステッピングモータを駆動するための制御信号を、前記ステッピングモータを定電流で駆動するドライバに与えるコントローラと、
このコントローラからデジタル信号の前記補正データを受けてアナログ信号の電流設定信号に変換して前記ドライバに与えるＤＡＣと、
を具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。 The control means reads correction data corresponding to a set speed of the stepping motor from the memory, and gives a control signal for driving the stepping motor at the set speed to a driver that drives the stepping motor with a constant current. A controller,
A DAC that receives the correction data of the digital signal from the controller, converts the correction data into a current setting signal of an analog signal, and supplies the signal to the driver;
The ultrasonic diagnostic imaging apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
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