JP2004222771A

JP2004222771A - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus using the probe

Info

Publication number: JP2004222771A
Application number: JP2003010716A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Toyoshima; 弘祥豊島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動した診断装置を提供することを目的とする。
【解決手段】超音波プローブの先端３９に超音波振動子１、２を駆動する駆動モータ３を構成し、その駆動モータ３に直接、超音波振動子１、２を取り付ける。駆動モータ３の位置情報検出器を超音波振動子１、２の位置情報検出器として使用し、超音波振動子１、２の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動する。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a diagnostic device that is linked with image position information of an ultrasonic transducer and rotational position information of a motor.
A driving motor for driving the ultrasonic transducers is provided at a distal end of an ultrasonic probe, and the ultrasonic transducers are attached directly to the driving motor. The position information detector of the drive motor 3 is used as the position information detector of the ultrasonic vibrators 1 and 2, and is linked with the image position information of the ultrasonic vibrators 1 and 2 and the rotational position information of the motor.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波プローブとそれを使用した超音波診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、医療用超音波プローブは、超音波振動子を設けた先端部を被診断者の体内に挿入して診断対象の診断部付近に配置し、超音波振動子により超音波を照射し、診断部によって反射された反射波を超音波振動子により受信し、その受信された反射波のデータが診断装置に送信されてデータ処理されることにより、診断部の断面画像が得られることになっており、更に、超音波振動子を回転させることにより、診断部の複数の断面画像を得ることができるようになっている。
【０００３】
従来、複数の超音波画像を得るための医療用超音波プローブとしては、経食道用超音波プローブが知られている（たとえば特許文献１を参照）。これは、基端部に設けられたダイアルを手動で回転操作することによりワイヤを介して超音波振動子を回転させる構成であり、超音波振動子の回転位置はダイアルの操作量で知ることができる。
【０００４】
しかしながら、このような構成ではワイヤに伸び若しくは緩みが生じると、ダイアルの操作量に対する超音波振動子の回転量が変化するので、その回転位置を正確に知ることができない。しかも、手動のダイアル操作方式では、超音波振動子を一定間隔で回転、停止させることは難しく医療分野で要望の高い三次元撮影において画像がばらついてしまうという不具合がある。
【０００５】
そこで、更に従来では、経膣超音波プローブで先端部モータを搭載するものが登場してきた（たとえば、特許文献２を参照）。これは超音波プローブの先端部に設けられたモータにより超音波振動子を回転させる構成であり、ＡＢ相の２相インクリメンタルエンコーダでロータの相対位置情報を検出し、Ｚ相ＭＲセンサーでロータの絶対位置情報を検出し、その２つの相対位置情報と絶対位置情報を用いて、絶対位置を基準位置として相対位置情報を割りふることでロータの回転角度情報を決定し、その回転角度情報をもとにモータコイルへの通電制御を行っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−２０６４５０号公報（第５頁、図１、図３）
【特許文献２】
特開平７−１２８３１２号公報（第４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の超音波プローブでは位置検出用マグネットとＭＲセンサにより構成されたエンコーダによりモータ１回転に対しＡ、Ｂ２相の均等な数十パルスの信号が発生し、モータの位置検出を行っているが、近年要望されている、より高精度な画像を得るためには、モータの制御性能を上げる必要があるが、それ以上に超音波振動子の位置を正確に把握し、その超音波振動子の位置情報の分解能を上げる必要がある。
【０００８】
まずモータの制御性能を上げるために、より高精度なモータの位置検出を行う必要がある。それには従来の超音波プローブの構成では検出用マグネットの着磁により形成されている磁極の間隔を狭くするか、あるいは従来と同一の磁極の間隔で検出用マグネットの外径を大きくする必要がある。かかるに、磁極の間隔を狭くした場合エンコーダの信号を得るためには位置検出用マグネット外径部とＭＲセンサの距離をより小さくする必要があり、距離を小さくすることにより位置検出用マグネットとＭＲセンサの位置調整がより難しくなると共に、温度等の影響により位置検出用マグネットの外径が変化した場合、ＭＲセンサに接触し、ＭＲセンサを破損してしまう場合が発生する。また、位置検出用マグネットの外径を大きくすると超音波プローブの先端が大きくなってしまうという問題があった。
【０００９】
また、超音波振動子の位置を正確に把握し、駆動モータと間接的に取り付ける方法では、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての誤差が生じてしまうなど課題がある。
【００１０】
さらに、超音波振動子の位置情報は駆動モータと間接的な取付であるので、位置情報手段は十分なものとはなり得ない。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、より高精度なモータ及び超音波振動子の位置検出を容易に行う超音波プローブを提供すると共に、前記超音波プローブを用いることにより、より高精度な画像を得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくす。
【００１３】
さらに、駆動モータの回転制御情報を超音波振動子の角度情報として使用可能なように、超音波振動子の位置を確定する。
下記のいずれかでもって、ロータに対する超音波振動子の取付位置を絶対位置として確定することが可能となる。
（１）ロータのＺ相基準情報位置に合わせて、超音波振動子を取り付ける。
（２）または、超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報
を合わせる。
【００１４】
さらに、超音波振動子の位置情報分解能を上げるためには、位置情報の検出器の性能を上げる必要がある。超音波振動子を駆動するモータをも超音波プローブの先端に構成している関係で、検出器を設けるスペースがないので、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用する。したがって、超音波振動子の位置情報分解能を上げることは駆動モータの位置情報分解能を上げることである。超音波振動子の駆動モータの相対位置情報手段としてのエンコーダのパルス数を上げる。
【００１５】
さらに、超音波振動子の位置情報とロータの相対位置情報との関連は超音波振動子の絶対位置はＺ相基準情報位置と関連をもたせることで、Ｚ相基準情報位置とロータの相対位置情報と関連づけることで可能となる。Ｚ相の位置とＡＢ相の信号の確定するために下記のいずれかの規定をなす。
（１）信号の立ち上がりとＡ相（またはＢ相）信号の立ち上がりの位相差を規定する。
（２）または、決められたＺ相信号の信号幅のなかにＡ相（またはＢ相）信号の立ち上がりを調整する。
【００１６】
さらに、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。
【００１７】
さらに、超音波振動子の位置情報を超音波診断装置に伝達するためには、下記のような手段をとることで、課題が解決できる。
（１）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、矩形波信号として、超音波診断装置本体へ伝達する。この場合は超音波振動子の位置は本体側で処理し、把握して管理されている。
（２）ＡＢ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達する。この場合は超音波振動子の位置は本体側で処理し、把握して管理されている。超音波振動子の絶対位置は超音波振動子を取り付けた時の情報をもとに把握する。
（３）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側とを送受信して、情報伝達を行う。
（４）ＡＢ相の信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、さらに、超音波振動子を取り付けた時の情報をもとに超音波振動子の絶対位置を把握し、プローブ側のマイコンで情報処理管理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側とを送受信して、情報伝達を行う。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースを具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させ、回転に伴って超音波振動子の超音波ビーム軌跡面を形成し、回転側の超音波振動子の信号伝達手段を具備し、前記駆動モータと超音波振動子とは同一回転中心で同じ回転数を有し、９０度位相差のある２相の信号を発生させるエンコーダと、前記エンコーダの２相の出力信号を増幅する増幅回路と増幅後を矩形波処理する整形処理回路を具備し、前記整形処理回路からの２相の出力信号を駆動モータの位置情報とし、またその矩形位置情報を超音波診断装置本体にも伝達し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする超音波プローブとしたものであり、超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができ、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用し、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。さらに駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であり、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用できるので、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。また、ＡＢ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
【００１９】
本発明の請求項２に記載の発明は９０度位相差のある２相の信号を発生させるエンコーダと、前記エンコーダの２相の出力信号を増幅せずに矩形波処理する整形処理回路を具備し、前記整形処理回路からの２相の出力信号を駆動モータの位置情報とし、またその矩形位置情報を超音波診断装置本体にも伝達し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする請求項１記載の超音波プローブとしたものであり、ＡＢ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができるより小型の超音波プローブができる。
【００２０】
本発明の請求項３に記載の発明は請求項１または請求項２記載の超音波プローブで得られた駆動モータ位置情報をビーム軌跡面の超音波断層画像の処理位置情報として使用処理する画像処理装置を有する超音波診断装置としたものであり、電子−機械走査式の２次元走査用超音波振動子駆動モータによって、超音波伝播媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にした超音波プローブができ、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。さらに、超音波を走査するための駆動モータを小型、軽量に作製でき、駆動モータをウインドウケースに内蔵した超音波プローブを提供でき、そのプローブを用いて超音波診断ができ、診断の便宜性を向上させることができることで、より高精度な超音波断層画像が得られる超音波診断装置が提供できる。
【００２１】
本発明の請求項４に記載の発明は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースを具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させ、回転に伴って超音波振動子の超音波ビーム軌跡面を形成し、回転側の超音波振動子の信号伝達手段を具備し、前記駆動モータと超音波振動子とは同一回転中心で同じ回転数を有し、モータの相対位置情報手段として９０度位相差のある２相の信号を発生させるエンコーダと、基準位置情報手段としてロータフレーム外周のピンとＭＲ素子とで構成する検出器と、相対位置情報手段のエンコーダの２相の出力信号及び基準位置情報手段の検出器の出力信号とを増幅する増幅回路と増幅後を矩形波処理する整形処理回路を具備し、前記整形処理回路からの２相の出力信号と１相の出力信号を駆動モータの位置情報とし、またその矩形位置情報を超音波診断装置本体にも伝達し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする超音波プローブとしたものであり、超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができ、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用し、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。さらに駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であり、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用できるので、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。また、ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、矩形波信号として、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
【００２２】
本発明の請求項５に記載の発明は相対位置情報手段のエンコーダの２相の出力信号及び基準位置情報手段の検出器の出力信号とを増幅せずに矩形波処理する整形処理回路を具備し、前記整形処理回路からの２相の出力信号と１相の出力信号を駆動モータの位置情報とし、またその矩形位置情報を超音波診断装置本体にも伝達し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする請求項４記載の超音波プローブとしたものであり、ＡＢ相、Ｚ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる、より小型の超音波プローブができる。
【００２３】
本発明の請求項６に記載の発明は請求項４または請求項５記載の超音波プローブで得られたビーム軌跡面の超音波断層画像の処理位置情報として使用処理する画像処理装置を有する超音波診断装置としたものであり、電子−機械走査式の２次元走査用超音波振動子駆動モータによって、超音波伝播媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にした超音波プローブができ、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。さらに、超音波を走査するための駆動モータを小型、軽量に作製でき、駆動モータをウインドウケースに内蔵した超音波プローブを提供できる。そのプローブを用いて超音波診断ができ、診断の便宜性を向上させることができるので、より高精度な超音波断層画像が得られる超音波診断装置が提供できる。
【００２４】
本発明の請求項７に記載の発明は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースを具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させ、回転に伴って超音波振動子の超音波ビーム軌跡面を形成し、回転側の超音波振動子の信号伝達手段を具備し、前記駆動モータと超音波振動子とは同一回転中心で同じ回転数を有し、９０度位相差のある２相の信号を発生させるエンコーダと、前記エンコーダの２相の出力信号を波形処理した情報を駆動モータの位置情報とし、さらに同じ基準位置情報手段を基にした超音波振動子の位置情報として駆動モータの位置情報を本体装置側へビット通信情報に変換して送信する手段を具備し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする超音波プローブとしたものであり、超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができ、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用し、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。さらに駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であり、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用できるので、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。また、ＡＢ相の信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、位置情報をビット情報量に変換にしてシリアル通信手段等でプローブ側と本体側とを送受信して、情報伝達を行うことで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
【００２５】
本発明の請求項８に記載の発明は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケースを具備し、超音波振動子と前記超音波振動子を駆動させる駆動モータとを超音波伝播媒質でウインドウケース内に内包した超音波プローブにおいて、超音波振動子を駆動モータのロータフレームの外周部に取り付けて、駆動モータの駆動軸を中心に超音波振動子を回転させ、回転に伴って超音波振動子の超音波ビーム軌跡面を形成し、回転側の超音波振動子の信号伝達手段を具備し、前記駆動モータと超音波振動子とは同一回転中心で同じ回転数を有し、モータの相対位置情報手段として９０度位相差のある２相の信号を発生させるエンコーダと、基準位置情報手段としてロータフレーム外周のピンとＭＲ素子とで構成する検出器と、相対位置情報手段のエンコーダの２相の出力信号及び基準位置情報手段の検出器の出力信号とを波形処理した情報を駆動モータの位置情報とし、さらに同じ基準位置情報手段を基にした超音波振動子の位置情報として駆動モータの位置情報を本体装置側へビット通信情報に変換して送信する手段を具備し、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動したことを特徴とする超音波プローブとしたものであり、超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができ、駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用し、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。さらに駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であり、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用できるので、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。また、ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、矩形波信号として、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
【００２６】
本発明の請求項９に記載の発明は請求項７または請求項８記載の超音波プローブで得られたビーム軌跡面の超音波断層画像の処理位置情報として使用処理する画像処理装置を有する超音波診断装置としたものであり、電子−機械走査式の２次元走査用超音波振動子駆動モータによって、超音波伝播媒質を内包したウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にした超音波プローブができ、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。さらに、超音波を走査するための駆動モータを小型、軽量に作製でき、駆動モータをウインドウケースに内蔵した超音波プローブを提供でき、そのプローブを用いて超音波診断ができ、診断の便宜性を向上させることができ、超音波振動子の位置が安定し、ビームの軌跡が安定でより高精度な超音波断層画像が得られる超音波診断装置が提供できる。
【００２７】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例におけるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。また、図２に超音波プローブの外観斜視図を示す。
【００２９】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと画像処理部を備えた本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端３９とハンドル６とコネクタボックス（または中継ボックス）１８とケーブル４０で構成される。超音波プローブの先端３９には超音波振動子１、２を回転駆動させる駆動モータ３が構成されている。その駆動モータ３には超音波振動子とともに回転する駆動ロータ４が構成され、駆動ロータ４を支持するベースハウジング５（ベースやハウジングともいう）が内蔵され、超音波プローブのハンドル６には駆動モータの位置検出信号の中継調整基板７と超音波伝搬媒質の容積調整機構８とが構成されている。
【００３０】
超音波振動子１、２は駆動ロータ４の回転部の外周部に取り付けられている、そのため超音波振動子１、２の回転軸と駆動モータ３の駆動軸とは同一の軸９（回転軸９でもあり、駆動軸９でもある）となる。駆動軸９に対して超音波振動子１、２のビームはラジアル方向に放射させる。超音波振動子１側のビーム放射軸１０を図１に図示する。その駆動ロータ４が回転することで超音波振動子１，２のビーム放射軸１０は面を形成し、その軌跡面１１は駆動軸９に対して直交した面となる。
【００３１】
駆動ロータ４の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ４に取り付けられた超音波振動子１、２の位置情報を知ることになる。駆動ロータ４の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ４の回転位置情報を知ることができる。
【００３２】
基準位置手段として磁性材のピン１２（Ｚ相ピンともいう）とＭＲ素子１３（Ｚ相ＭＲ素子ともいう）で構成されていて、そのＭＲ素子１３はＺ相ＭＲ素子として他のＭＲ素子と区別している。Ｚ相ＭＲ素子１３では磁性材のピン１２が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１３では駆動ロータ４の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために駆動ロータ４の基準位置を知ることができる。そのＺ相ＭＲ素子信号は信号レベルが小さいので、ノイズを受けないようにするためモータの近くの中継アンプ基板１４で信号増幅されて、プローブ先端３９からハンドル６へ引き回される。
【００３３】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ１５が組み込まれ、その磁気式エンコーダ１５は駆動ロータ４側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５側にＭＲ素子１７（ＡＢ相ＭＲ素子ともいう）で構成されている。ＭＲ素子１７はＡＢ相ＭＲ素子として別のＭＲ素子と区別される。ＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度である。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動ロータ４の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１６の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から得る。たとえば、エンコーダマグネット１６は３００極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も３００パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり３００の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１６は回転着磁がなされているために、磁極間の角度精度は非常に高い。そのＡＢ相信号もモータの近傍の中継アンプ基板１４で一旦増幅して、さらに正弦波波形の信号を矩形波処理する中継調整基板７に配線し、ケーブル４０を通ってコネクタボックス１８に内蔵の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。コネクタボックス１８は超音波診断装置本体のシステム本体２０に接続されて、駆動モータ制御駆動回路１９など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【００３４】
位相差があるために駆動ロータ４の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１６の外周には多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から得る。エンコーダマグネット１６は回転着磁がなされているために、磁極間の角度精度は非常に高い。そのＡＢ相信号もモータの近傍の中継アンプ基板１４で一旦増幅して、さらに正弦波波形の信号を信号処理する中継調整基板７に配線される。中継調整基板７には波形整形回路７４が構成されている。中継調整基板７から、長い配線処理をしてコネクタボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９へ配線される。超音波プローブと装置本体はコネクタボックスでもって脱着可能になっている。信号構成的にはプローブ側で一旦仕様構成できるようにしてある。プローブ側の信号等はコネクタボックス１８を介して装置本体に通電され、モータ駆動のための制御情報等は駆動制御マイコン７５で処理を行い、超音波診断装置本体ＣＰＵと密着な連携を取っている。
【００３５】
超音波振動子１、２からの信号を駆動モータ３の外部に取り出すためにロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１はロータ側トランス２２とステータ側トランス２３で構成され、ロータ側トランス２２は駆動ロータ４側のロータ端部に構成され、ロータ側トランス２２の信号線は超音波振動子１、２に接続される。ステータ側トランス２３はベースハウジング５側に固定され、ステータ側トランス２３の信号線は超音波プローブの先端からハンドル６、ケーブル４０を通ってコネクタボックス１８に接続され、コネクタボックス１８を本体に装着することで、超音波振動子の信号は本体の回路側へ接続される。
【００３６】
ロータリトランス２１は信号を非接触で伝達することができるので、接触型のスリップリングに比べて駆動モータに作用する負荷が非常に小さいために、小型駆動モータの場合には使用されることが多い。
【００３７】
駆動ロータ４を支承するベースハウジング５はプローブ本体の取り付け台に固定されている。またベースハウジング５には駆動ロータ４を支承する支持部とプローブ本体の取り付け台に固定される支持部から構成された、一体部材もので形成されている。ベース剛性を高めて、駆動モータの支持剛性を強くしている。
【００３８】
駆動ロータ４とベースハウジング５と中継アンプ基板１４は超音波プローブの先端に構成されていて、全体が超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４内の超音波伝播媒質に内包されている。ウインドウケース２４内の超音波伝搬媒質は気泡が含まれないように減圧して、脱気したうえで、封止される。封止された超音波伝搬媒質が環境によって膨張したりしても、媒質の圧力が緩和されるように超音波伝搬媒質の容積調整機構８が設けられている。この超音波伝搬媒質の容積調整機構８によっても気泡が混入してしまった場合は、気泡の音響インピーダンスが極小であるため、超音波伝搬媒質と気泡との界面において超音波が反射される。この結果、超音波画像がまっ白になる程の多重反射ノイズが生じてしまい、超音波画像の観察は事実上不可能になる場合がある。この超音波伝搬媒質の容積調整機構８はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。その容積調整機構８と中継調整基板７は超音波プローブのハンドル６に構成されている。
【００３９】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０内の送受信回路部分について説明する。
【００４０】
超音波振動子１（または２）から放射した超音波は超音波振動子１（または２）の中央に放射状に進み生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１（または２）で受信され電気信号に変換されて、ロータリトランス２１を通って駆動モータの外部に取り出されて、システム本体内の増幅器に送られる。
【００４１】
超音波振動子１、２からの信号の周波数特性がそれぞれ異なるように構成されていて、周波数の高い方の超音波振動子を高周波振動子、周波数の低い方を低周波振動子といって区別する。
【００４２】
超音波振動子の周波数特性の異なる２つの振動子に対して、高周波用と低周波用と信号線が異なる。図１では、超音波振動子１、２を説明の都合上、高周波振動子を超音波振動子１とし、低周波振動子を超音波振動子２であるとする。
【００４３】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器２５によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路２６に送られる。この振動子駆動回路２６では周波数に相当する超音波振動子に駆動信号を周波数に相当した方のロータリトランス２１を介して、相当した超音波振動子１（または２）に供給駆動されて超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１（または２）から生体内に放射される。
【００４４】
高周波用送信信号の場合は高周波振動子１から、低周波用送信信号の場合は低周波振動子２から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１（または２）によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当する微弱な受信信号はシステム本体２０内の増幅器（高周波の場合は増幅器２７ａ、低周波の場合は増幅器２７ｂ）にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器（高周波の場合は対数増幅器２８ａ、低周波の場合は対数増幅器２８ｂ）で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路（高周波の場合は検波回路２９ａ、低周波の場合は検波回路２９ｂ）にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器（高周波の場合はゲイン設定器３０ａ、低周波の場合はゲイン設定器３０ｂ）をゲイン制御用コントローラ３１で制御されてゲイン補正され、合成回路３２で信号合成されて、Ａ／Ｄ変換器３３にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ３４で画像処理される。ＤＳＰ３４で処理された座像は一旦画像メモリ３５にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ３５にストアされ、高速画像ＤＳＰ３４を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３６を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ３７にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ３８があり、画像データやメモリや駆動モータの位置情報やモータ駆動などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ３８は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【００４５】
超音波診断装置本体からＩ／Ｏ線７６（超音波信号の送受信線）を介して送られた電気信号により超音波振動子１（または２）は超音波を放射し、被検体から反射される超音波を受波し電荷量の変化を生じる。この超音波振動子１（または２）の電気的変化はＩ／Ｏ線７６を介して超音波診断装置本体に伝達される。Ｉ／Ｏ線７６に流れる電気信号は２ｋＨｚ〜１２ｋＨｚと範囲の周波数信号であるために不要輻射の主たるノイズ源となる。本実施例では液封止の箇所はＩ／Ｏ線７６の一部を可撓性基板で構成して、そのほかはシールド線を使用している。Ｉ／Ｏ線７６はシールドしているため、不要輻射対策の効果を有するが、ロータリトランス２１の近傍はシールドをすることができない。使用する周波数の電極の位置を検討することで、不要輻射を低減させている。
【００４６】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータ３の位置情報信号ラインは磁気式エンコーダ１５からの超音波振動子の走査位置を知るための信号ラインであり、超音波信号の送受信部からノイズが入ると、位置情報が不安定となり、駆動モータの制御に不安定になる。モータの制御を安定にさせるためもＩ／Ｏ部は電気シールドして、ノイズの影響を及ぼさないようにしている。
【００４７】
図２に超音波プローブの外観斜視図を示す。図３は超音波診断装置本体を示す。図２において、６はハンドルを示し、中継調整基板７が内蔵されている。３９は超音波プローブの先端であり、超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース２４が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端３９は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端３９とハンドル６はハードな筐体で接続されていて、ハンドル６を手で持つことで先端の方向は決定できる。超音波プローブはハンドル６からケーブル４０でコネクタボックス１８に接続されている。超音波プローブはそのコネクタボックス１８を超音波診断装置のコネクタ差し込み口４１に装着することで、システム本体２０に接続される。診断中に超音波プローブがはずれないようにロック機構のついたノブ４２があり、装着後はノブ４２を回してコネクタボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【００４８】
超音波プローブの先端３９は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。このケーブル４０は、超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力線（Ｉ／Ｏ線）７６と駆動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用や温度センサの信号線などをコネクタボック１８に伝達するフレキシブルなケーブルであって、被覆により保護され、かつシールドが施されている。ケーブル４０は超音波振動子側とコネクタボックス１８の両端で接地されている。図２ではケーブル４０は長いので、途中省略して表現している。
【００４９】
駆動モータ制御駆動回路１９をコネクタボックス１８に構成することで、本体システムの設計が軽減されるうえに、コネクタボックス１８と診断装置本体との接続の仕様を汎用的に決定することで、プローブの仕様が異なっても、モータ駆動回路とのインターフェースを汎用的に決定することができる。診断装置のソフト面を変えることで、駆動制御マイコン７５とホストＣＰＵ３８との対応でできるので、本体側の部品面からの仕様変更は少なくてすむ。超音波振動子を駆動するモータの制御部はプローブ側で行うことができ、プローブ側で駆動モータの駆動システムは一応完結していると見なせる。
【００５０】
図３に示す超音波診断装置の本体は液晶のディスプレー４３と装置を操作するためのキーボード４４と走査角度位置など移動させるためのトラックボール４５があって、車４６で移動できるようになっている。キーボードなどの本体操作部の下側にコネクタ差し込み口４１が数個設けられている。超音波プローブを作業しやすい所定位置に設置するために、超音波プローブのハンドルを固定するフック４７が操作部近傍のサイドに設けられていて、数種の診断プローブを診断できるよう配置することができる。
【００５１】
図４、図５は本実施例におけるヘキサ巻の円筒形状の巻線を使用したスロットレスのコア付きモータの図であって、図４は断面図、図５は側面図である。このスロットレスのコア付きモータはサーボ制御のブラシレスモータであって、センサレス駆動タイプのアウターロータ回転タイプある。この実施例のモータは超音波素子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。説明のために図４、図５にはウインドウケースやハンドルなどケーシング類は省略してある。
【００５２】
図４、図５においてそのコア４８は固定側であって、駆動マグネット４９の付いているロータフレーム５０が回転側である。ロータフレーム５０は小判形状をしていて、内側には半円状の駆動マグネット４９が２個対向して取り付けられている。ロータフレーム５０の小判形状でフラットになった外周面には超音波素子１、２が取り付けられている。そのためロータフレーム５０が駆動軸９（シャフトともいう）を中心に回転すると、そのロータフレーム５０に搭載の超音波素子１、２も駆動軸９を中心に回転する。ロータフレーム５０は軸受５１、５２で回転支承されている。軸受５１はロータフレーム５０に設けられた軸受ボス部５３に取り付けられている。もう一方の軸受５２はロータ側板５４に取り付けられ、そのロータ側板５４はロータフレーム５０に嵌合挿入して装着される。
【００５３】
モータを制御するために、ロータ側板５４にはエンコーダマグネット１６が取り付けられていていて、エンコーダマグネット１６表面に多数の等間隔に磁極が着磁されている。エンコーダマグネット１６の外周に対向するように磁気抵抗素子（ＭＲ素子、ＡＢ相ＭＲ素子ともいう）１７が磁性材の取付台５５に取り付けられて、その取付台５５をベースハウジング５６に取り付ることで、エンコーダマグネット１６の外周と微少な隙間を設けてＡＢ相ＭＲ素子１７を配置固定する。
【００５４】
また駆動ロータの回転位置情報を知るための相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれている。その磁気式エンコーダは駆動ロータ側にエンコーダマグネット１６とベースハウジング５６側にＡＢ相ＭＲ素子１７とで構成されている。エンコーダマグネット１６の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として１２ナイロン系を使用している。
【００５５】
駆動マグネット４９の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット１６とＡＢ相ＭＲ素子１７との隙間が非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット１６の膨潤や切削振れや組立振れなどの影響を少なくする必要がある。ロータ側板５４にエンコーダマグネット１６を接着固定した状態で組加工して部品による振れを小さくしている。また、エンコーダマグネット１６のプラスチックマグネットでのフェライトの含有量を大きくした材料を使用している。つまりエンコーダマグネット１６については、超音波伝播媒質中で使用されるので膨潤影響を考慮して、７９％以上磁性材を含有したものを使用している。
【００５６】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダが組み込まれ、その磁気式エンコーダの位置検出素子はＡＢ相ＭＲ素子１７である。そのＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために、ロータフレーム５０に取り付けた超音波振動子１、２の回転位置情報を知ることができる。回転着磁機で多極に着磁されたエンコーダマグネット１６の外周とＡＢ相ＭＲ素子１７は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組み込みがなされる。そのエンコーダマグネット１６の磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子１７から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させる。
【００５７】
そのＡＢ相ＭＲ素子１７の信号は可撓性基板（ＡＢ相ＦＰＣともいう、図示せず）を通って駆動ロータの近傍の中継アンプ基板１４で一旦増幅して、さらに正弦波波形の信号を矩形波処理する中継調整基板に接続し、そこからケーブルを使用した長い配線処理をしてコネクタボックスに内蔵した駆動モータの制御駆動回路に接続し、さらにコネクタボックスを超音波診断装置本体に装着して、駆動モータの制御駆動回路に電力を供給する。また、装置によってはＭＲ信号の矩形波信号はシステム本体側にも接続して、パルスの情報を伝達している。
【００５８】
超音波振動子１、２への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス２１が構成されている。ロータリトランス２１のロータ側トランス２２をロータフレーム５０の側面に取り付け、ステータ側トランス２３はベースハウジング５６側に取り付けられている。ロータリトランス２１は２チャンネル構成であるので、トランス対向面にはリング状のコイル溝が２本それぞれのトランスには形成されていて、そのリング状の溝には巻線が数ターン平面上に配置されている。ロータ側トランス２２の巻線はコイル溝６６、６７の下にあけられた穴５９を通ってロータフレーム５０側に引き出されてロータ側トランスの裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続される。また、超音波振動子のリード線もロータ側トランス裏面に貼られたＦＰＣ６８に接続し、ロータ側トランス２２の巻線を超音波振動子に導通接続する。ステータ側トランス２３もロータ側トランス２２の巻線に対向する位置にリング状のコイル溝６９、７０を設け、そのコイル溝６９、７０に巻線７１を数ターン巻配置し、その巻線の端はステータトランス側のリング状溝の奥に設けた穴６０に通して、ステータ側トランスの裏側のＦＰＣ７２に接続する。そのＦＰＣ７２からはシールド線などを使用して超音波診断装置本体側へ接続する。
【００５９】
本実施例では超音波振動子は２個を使用している。さらに、２種類の超音波振動子を搭載することができるので、１つの超音波プローブで２つの距離分解能の異なったものとして扱えるなどの長所がある。。
【００６０】
一般に距離分解能は周波数が高いと向上するが、周波数が高くなると超音波の減衰が大きくなるために、深度の深い部分で診断ができなくなるので、１つの超音波プローブで振動数の異なる超音波振動子を切り換えて使用することができるために、より便利な超音波診断が可能となる。
【００６１】
また、ロータフレーム５０に取り付けた超音波振動子１、２は駆動軸９に対して１８０度離れた位置に取り付けられる、１方の超音波振動子から放射した超音波がもう一方の超音波振動子でも受信され、超音波の受信信号にノイズとして入らないように、２個の超音波振動子の相対角度位置を１８０度にしている。送信された超音波振動子はその反射信号を受信するが、反射信号をもう一方の超音波振動子で受信すると、その信号はノイズとなるために、複数個の超音波振動子を使用する場合は相受信は同一の超音波振動子で行い、他の超音波振動子には受信信号がのらないようにする必要がある。
【００６２】
ロータリトランス２１場合ではクロストークができるだけ小さくなるようにロータリトランス２１の材質や磁性材のリングやショートリングや漏れ磁気回路の遮断など対策をこうじている。クロストークは画像のノイズとなるので、充分な配慮が必要となる。
【００６３】
超音波振動子はリード線が２本でていて、１本は電気グランド（ＧＮＤ）であり、もう１本は信号線である。本実施例の超音波プローブでは駆動ロータに超音波振動子が２個取り付けられているので、４本のリード線があるが、電気グランドは共通として取り扱うために３本にリード線として処理できる。超音波振動子は１８０度離れているので、電気グランドの線同士を容易に接続することはできないのでロータ側トランス２２の裏側に設けたＦＰＣ６８を介して接続している。そのＦＰＣ６８には４箇所にランドがあって超音波振動子のリード線を半田付け接続する。
【００６４】
駆動マグネット４９に対向するように円筒状のコア４８が駆動軸９（シャフト）に固定されている。そのコア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１は円筒状のヘキサ巻の巻線である。
【００６５】
コア４８は円筒状のコアであるので、スロットのあるコアと区別され、スロットレスコアと呼ばれている。このスロットレスコア４８には、絶縁膜６２が膜状に施されている。実施例ではこの絶縁膜６２はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線６１とコア４８との電気絶縁を目的にしたものであるので、膜厚が厚い方が良いが、膜厚が厚いと巻線６１とコア４８の間に隙間が生じ効率が低下することになるので、膜厚はできるだけ薄くするような工程を採用している。絶縁膜はスプレー塗装によっても膜形成が可能である。絶縁膜６２を形成した電着塗装膜、真空蒸着膜などが使用される。
【００６６】
電着塗装膜は絶縁性の優れた膜であって、工業的には比較的に容易に膜形成できるうえに、電着塗装膜は耐環境性が優れているために空気以外の環境たとえば油などの環境下でも、モータ使用が可能となる。絶縁に絶縁テープをする場合は油などの環境下では粘着剤が特性劣化するために使用できないが、電着塗装膜では油などの環境でも問題なく使用できる。
【００６７】
コアに電着塗装を施す工程の例を以下に説明する。
【００６８】
浴槽に水溶性又は水分散型塗料を入れ、コアを浴槽に侵漬し、導電性のコアの塗装する箇所に電極を取り付け、浴槽に付属する対極との間に通電すると、電荷を持った樹脂粒子は電気泳動によってコアに移動して析出する。これを水洗して焼き付ける。
【００６９】
浴槽の組成や温度、通電条件を適正な水準に管理すると、塗膜厚の調整が容易でばらつきの少ない電着塗装膜ができ、１０μｍで公差±５μｍでも管理できる。コアは外周部にも電着塗装膜がつくので、電着塗装膜を管理すれば、モータ組立特性上問題にはならない。薄い電着塗装膜の場合、電着塗装膜でコアと巻線との絶縁を持たせるためには、コアエッジ部のエッジカバー率があまり高くないので絶縁膜の強度には注意が必要である。
【００７０】
また、電着塗装膜ではなく、蒸着重合薄膜を施すこともある。その蒸着重合薄膜は対環境特性が優れているので、油の中や水の中などに使用される場合には採用される膜である。
【００７１】
その蒸着重合薄膜について、説明をする。蒸着重合法は、物理的な真空蒸着法を基に熱エネルギーによりモノマーを蒸発、活性化させ、基材上でモノマーを重合させることにより高分子薄膜を作製する方法である。この方法は高分子薄膜が単純な装置で製作できるので本願のモータコアの絶縁や電子部品材料へ応用ができる。モータのコアの絶縁膜に高分子薄膜を工業的に処理するためには、膜厚の制御性、均一性、大面積化、処理速度の高速化、膜性能の再現性などの条件を満足する方法が要求される。
この蒸着重合法は次のような特徴がある。
（１）無媒体、無溶媒で重合できること。
（２）真空中であるので不純物の混入がさけられ高純度の薄膜ができること。
（３）薄膜が容易に得られること。
（４）分子配列の制御が可能であるので薄膜制御性が良い。
（５）ドライプロセスである。
（６）薄膜の電気特性は溶液法で作製した膜と同等である。
（７）難加工性高分子の薄膜法として最適である。
（８）マスク蒸着が可能であるため膜のパターン形成が簡単にできる。
【００７２】
モータのコアの場合は形状が複雑であったりするので、全方向同時蒸着重合法が用いられる。この全方向同時蒸着重合法は、基材や真空槽壁をモノマー分子の蒸発温度以上に加熱しておき、この中に２種類のモノマーを同時に導入し、両者が基材上で反応して蒸気圧の低い二量体や三量体となり基材上に付着し、さらに反応して高分子の薄膜を成長させる。モノマー分子が真空槽全面化から蒸発するので、複雑な基材にも均一に薄膜が形成できる。
【００７３】
またモータのコアに使用される薄膜には、ポリアミド、ポリアゾメチル、ポリ尿素、ポリオキサジアゾール、ポリウレタン、ポリエステルなどに加えて、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ベンゾシクロブテン、フッ素化アモルファスカーボン、有機ガラス、パリレンなどが使用される。
【００７４】
真空での蒸着重合法による薄膜は、コアの角部のカバーコート率は良好であるので、巻線とコアとの絶縁が確実にできる。
【００７５】
コア４８は絶縁されていて、コア４８の外周部には円筒状の巻線６１が取り付けられている。その巻線６１は円筒状のヘキサ巻の巻線である。巻線６１のタップはコア４８の端面に設けられたＦＰＣ６３を介してリード線６４に接続され、そのリード線６４は駆動軸９の溝を通ってロータの外に引き出される。
【００７６】
駆動モータの回転部は駆動軸９を中心に回転し、ロータフーム５０の外周部に取り付けられた超音波振動子１、２も駆動軸９を中心にして回転する。その超音波振動子１、２は、トランスデューサとも呼ばれて、超音波プローブの中核をなす部品である。超音波振動子１、２の先端には音響レンズ６５がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ６５であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。
【００７７】
超音波振動子１、２のビームは駆動モータの駆動軸９に対して直交してラジアル方向にスキャンされる。そのためにビームの軌跡面１１は駆動軸９に直交しているが、ハンドルの軸に対しては平行な面となっている。したがってハンドルの軸に対しては平行な面となるビーム軌跡面１１の超音波断層画像が得られる。超音波振動子１、２は駆動モータで回転されるのでその時の超音波振動子のビーム軌跡面１１が駆動軸９に対して直交する面である。図５から分かるように、超音波振動子から超音波を送受信して得られる超音波振動子配列方向の超音波断層画像取得領域は３６０度の全周ではなくベースハウジング５６に妨げられて、ある範囲の超音波画像しか得られない。その範囲では超音波振動子で走査できる超音波走査可能領域を表す。実際の超音波診断装置では反射の問題などを考慮して幾何学的な角度よりも少し小さな設定となっている。この角度を走査角度７３という。本実施例場合では角度は２２０度となっている。
【００７８】
ベースハウジング５６は金属粉末射出成形法（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ＝ＭＩＭ）によって焼結金属から形成されている。本実施例のベースハウジング５６は３次元的な複雑な形状であるうえに、駆動モータを支承するために支持剛性が必要である上に、超音波振動子の回転軸の位置寸法が安定であることも重要な要件であり、ＭＩＭを採用して製作をした。
【００７９】
ＭＩＭで製作するために次のポイントで金型形状、製品成形条件などを検討し、下記のような観点で、製品形状と金型製品形状を設計した。
（１）部品の厚みができるだけ均一な厚みになるようにする。
（２）円弧形状が多い形状であっても離形を優先にする。
（３）支柱部と支持部を設けた形状とする。
（４）焼結後の２次加工箇所をできるだけ少なくする。
（５）抜きテーパを０にする箇所を設け精度向上をはかる。
（６）軽量であること。
【００８０】
また、ＭＩＭは、加熱溶融された熱可塑性の物質を高圧・高速で金型内へ射出し冷却することで部品を生産するプラスチック成形方法に類似したものであり、金属の素材を微粒粉末（金属粉末）に粉砕し、その金属粉末とバインダーとなる樹脂あるいはワックスなどの流動性を付与させる有機系物質を混練し、得られた素材を加熱して溶融し、造粒し、プラスチックと同様に射出成形をする。その後、得られた成形体を熱分解方式などで脱脂した後、焼結を行うことで金属部品を生産する方法である。
【００８１】
ベースハウジング５６の材料には、強度が必要であり、超音波伝播媒体に対して物性が安定であり材料として、ステンレス鋼であるＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等、非鉄系材料ＷＣ−Ｃｏ、Ｗ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｗ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｔｉなどが使用できる材料が選定できる。医療機器などには防錆の関係でＳＵＳ３０４Ｌを使用した。
【００８２】
一方、バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルフィド等の各種熱可塑性樹脂や、各種ワックス、パラフィン等のうちの１種または２種以上を混合して用いた。
【００８３】
ベースハウジング５６のバインダーの一例としてアクリル樹脂とポリスチレン等を配合し、添加量を変えながら実験した結果、寸法の低下が見られず成形体を焼結することができる添加量は３５〜５５ｖｏｌ％であり、ベースハウジング５６は添加量４５ｖｏｌ％程度にして製作した。
【００８４】
金属粉末とバインダーの混練物には、ベースハウジング５６のブランク形状でＭＲ素子取付部やステータ側トランス取付部は抜きテーパのないストレート部を成形体に求めるために、可塑剤、潤滑剤などの添加物を微量添加している。
【００８５】
図４、図５から、駆動モータのモータリード線６４は駆動軸９の溝から外部に引き出されて、モータリード線６４は駆動モータが３相でΔ結線であることから、３本であり、その個々のモータリード線は所定の中継アンプ基板１４に半田接続さる。駆動モータの電力は超音波診断装置本体から供給される。つまり、本体からコネクタボックスの駆動モータ制御駆動回路に供給されて、その駆動モータ制御駆動回路のコイル出力部からハンドルの中継調整基板を経由して、さらに中継アンプ基板も経由して、モータリード線６４（一般にＵ相、Ｖ相、Ｗ相として区別されている）に接続される。モータリード線６４はモータの駆動電流が流れるために、リード線抵抗が小さなものを使用している。すなわち、導体を太くしている。
【００８６】
図４で示すように超音波振動子１、２への送受信信号を駆動ロータの外部に取り出すために、ロータリトランス２１で構成されている。ロータリトランス２１はロータ側トランス２２をロータフレーム５０に取り付けられ、ステータ側トランス２３がベースハウジング５６側に取り付けられている。
【００８７】
超音波振動子が２個搭載されているのでロータリトランス２１は２チャンネル構成であるので、トランス対向面にはリング状の溝が２本それぞれのトランスには形成されている。
【００８８】
ロータ側トランス２２の表面に同心円状にコイル溝６６、６７が形成され、そのコイル溝６６、６７には、溝に適した半径のコイルが装着される。駆動モータをウインドウケース内に収納するために、ロータリトランス２１は円板形状のものであって、できるだけ薄いものを採用した。コイル溝６６、６７に配置するコイルの処理方法によっては、モータのトルク発生スペースが小さくなるので、特性の低下を少なくするように、ＦＰＣ６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【００８９】
ロータリトランス２１のロータ側トランス２２を薄いスペースの中に構成することができるので、小型で軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【００９０】
ステータ側トランス２３もロータ側トランス２２と同様に２チャンネルの構成になっている。ステータ側トランス２３のトランス対向面には、ロータ側のコイル溝と対向する半径位置に２本のコイル溝６９、７０が形成され、そのコイル溝６９、７０には、溝に適した半径の巻線７１が装着されている。巻線７１は非磁性材である接着材にてコイル溝に固定され、ステータ側トランス２３の巻線７１の端末線は溝の下にあけられた穴６０を通ってステータ側トランス２３の裏側に引き出され、ステータ側トランス２３の裏側に貼られたＦＰＣ７２に半田付け接続される。そのＦＰＣ７２を介して、超音波診断装置本体側へと接続される。ステータ側トランス２３の裏側のＦＰＣ７２は、ベースハウジング５６の支柱部に支障がない位置でシールド線に半田接続され、超音波診断装置本体側へ接続する。
【００９１】
コイルの引き出しを裏面にすることで、ステータ側トランスを薄いスペースの中に構成することができるので、小型で軽量な超音波振動子を駆動する駆動モータができ、その駆動モータを超音波プローブの先端に内蔵することができる。
【００９２】
超音波診断装置の使用周波数は１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚであり、家電製品に比べて周波数が高い。したがって、使用するトランスの材料は初透磁率μｉの周波数特性が使用周波数の範囲でフラットな材料がいいことから、初透磁率は比較的小さな材料が使用される。超音波診断装置のロータリトランスの初透磁率は６５０以下のものが好適である。
【００９３】
本発明では、駆動モータの駆動制御するために、磁気式エンコーダを使用して駆動モータの位置情報を入手している。駆動モータのロータフレームに超音波振動子を直に取り付けているために、ロータフレームの側面側に設けた磁気式エンコーダで得られた位置情報は超音波振動子の正確な位置情報として使用できる。そのため駆動モータの制御に使用する位置情報を、超音波振動子から得られる画像情報の位置情報として使用する。
【００９４】
モータの磁気式エンコーダに使用するＭＲ素子が９０度位相のものであるので、信号を処理することでより位置情報数の多い方法が可能である。
【００９５】
まず、駆動モータの位置情報について説明する（図１〜図５の符号を使用する）。
【００９６】
駆動モータ３には基準位置情報を知るための基準位置手段として磁性材のＺ相ピン１２がＳＵＭ２４ＬやＳＵＹなどの磁性材のロータフレーム５０の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン１２は円筒形状した部分をロータフレーム５０の外周に設けられた円筒の穴に挿入して取り付けられ、駆動回転方向に対して先端鋭角になるようにカット面５７が両方に設けられている。このＺ相ピン１２への磁束は駆動マグネット４９から得ている。Ｚ相ピン１２を検出するＺ相ＭＲ素子１３が磁性材の取付台５８を介してベースハウジング５６に取り付けられている。Ｚ相ＭＲ素子１３の信号は可撓性基板（または、Ｚ相ＦＰＣともいう、図示せず）を通って中継アンプ基板１４に接続され、中継アンプ基板１４から超音波プローブのハンドル６にある中継調整基板７に接続されて、その中継調整基板７からシールドケーブルを通ってコネクタボックス１８にある駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。中継アンプ基板１４ではＺ相ＭＲ素子の信号を増幅している、さらにその増幅した信号を中継調整基板７において、矩形波処理される。図６にＺ相ＭＲ素子の増幅回路図と矩形波処理回路図の一例を１つの回路図中で表す。図６はＡＢ相ＭＲ素子信号の増幅回路図と矩形波処理回路図も表している。ＡＢ相ＭＲ素子側についての回路の詳細説明は後述する。図６の回路において、１３はＺ相ＭＲ素子、１７はＡＢ相ＭＲ素子、７７はＺ相ＭＲオペアンプ、７８はＡ相ＭＲオペアンプ、７９はＢ相ＭＲオペアンプ、８０はＺ相ＭＲコンパレータ、８１はＡ相ＭＲコンパレータ、８２はＢ相ＭＲコンパレータである。
【００９７】
磁性材のＺ相ピン１２とＺ相ＭＲ素子１３で構成されていて基準位置手段は、磁性材のＺ相ピン１２が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１３では駆動ロータの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相ＭＲ信号の信号レベルが小さい、すなわち入力端子８３の電圧は小さくので、モータの近くの中継アンプ基板１４に搭載のＺ相ＭＲオペアンプ７７で信号増幅される。オペアンプ後の波形は１パルスと言っても、ＭＲ素子の抵抗に変化がない時には抵抗８６、８７で決まる電位になる、通常は抵抗８６、８７は同じ値のものを使用する関係で回路電圧Ｖｃｃの中点電位示す。例えば回路印加電圧５Ｖの場合は約２．５Ｖが中点電位となる。Ｚ相ピン１２がＺ相ＭＲ素子１３を通過するときには図７（ａ）のように一度盛り下がって、中点電位以上に盛り上がるような波形になる。Ｚ相ＭＲ素子１３から直ぐの信号は出力幅が小さいので、外部ノイズの影響を受けやすいので、中継アンプ基板１４をベースハウジング５６の近くに配置して増幅するようにしている。
【００９８】
増幅後の信号振幅はＺ相ピンの調整などによって変化するので、Ｚ相ピン１２はＺ相ＭＲ素子出力確認後接着固定する。増幅後のＺ相信号は中継調整基板７の波形整形回路７４で矩形処理される。中継アンプ基板１４で増幅されたＺ相ＭＲ素子１３の信号が波形整形回路７４に入力される。入力された入力信号は抵抗とコンデンサで構成されるフィルタを通って、Ｚ相ＭＲコンパレータ８０に入力され、可変抵抗器９０で作られる基準電圧と比較され、Ｚ相ＭＲコンパレータ８０の出力信号は入力信号が基準電圧より高い場合はＺ相ＭＲコンパレータ８０の出力は「Ｈ」レベル（Ｈｉｇｈ）になり、低い場合は「Ｌ」レベル（Ｌｏｗ）になる。図７（ｂ）のようなＺ相ＭＲのコンパレータ出力波形が得られる。図７に見られるようにＺ相ＭＲコンパレータ８０はヒステリシスがあるために、コンパレータ出力の立ち上がり時の入力電位（ｓ点での電位）とコンパレータ出力のたち下がり時の入力電位（ｅ点の電位）とは同じ電位にはならない。
【００９９】
矩形処理された信号は０−５Ｖの矩形波信号であり、外部からのノイズの影響を受けにくい。
【０１００】
さらに、駆動モータの回転制御情報を超音波振動子の角度情報として使用可能なように、超音波振動子の位置を確定する必要がある。その方法としては、
下記のいずれかでもって、ロータの対する超音波振動子の取付位置を絶対位置として確定することが可能となる。
（ａ）ロータのＺ相基準情報位置に合わせて、超音波振動子を取り付ける。
（ｂ）超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報を合わせる。
【０１０１】
以下には、超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報を合わせる方法を説明する。図８、図９を参照のこと。
【０１０２】
図８にはＺ相調整時のロータの超音波振動子取付面とベースハウジングの取付面とのなす角度を９０度にした基準ジグで駆動モータを取付ける。ロータフレーム５０の超音波振動子取付面９１とベースハウジング５６の取付面９２とは９０度で固定されたものであるので、超音波振動子の機械的な絶対位置状態が決定できる。その状態でＺ相ＭＲ信号を関連づけるために、可変抵抗器９０でＺ相の「Ｈ」レベルである幅をあらかじめ決めておき、この幅が決定したらＺ相ＭＲ素子１３を取り付けているビス９３をゆるめて、前記９０度ジグ固定状態でＺ相ＭＲ素子コンパレータ８０の出力電位が「Ｈ」レベルになるように、図８に示すＺ相ＭＲ素子移動調整方向にＭＲ素子取付台の位置をずらし、Ｚ相ＭＲ素子コンパレータ８０の出力電位が「Ｈ」レベルになる位置でビス９３をしめつけ固定する。その時は、Ｚ相ＭＲ素子のコンパレータ信号が「Ｈ」レベルの時は、ベースハウジング５６の取付面９２に対して９０度位置に超音波振動子取付面９１が位置していることを示す。Ｚ相調整時の幅ｔｚを大きくして調整すれば、その幅が超音波振動子の絶対位置情報の誤差になるので、その幅ｔｚを小さく規定すればいい。作業性の問題で、ある範囲に決まられている。
【０１０３】
上記のようなＺ相調整をしない場合、超音波振動子の絶対基準位置９４に対して、図９（ａ）や図９（ｃ）に見られるようにＺ相ＭＲのコンパレータ出力が「Ｈ」レベルが確定しないので、Ｚ相調整を行うことで図９（ｂ）のように超音波振動子の絶対基準位置９４がコンパレータ出力が「Ｈ」レベルの位置に調整することができる。
【０１０４】
Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置は駆動モータの回転基準位置になるように組み立てたことになる。Ｚ相の矩形波の立ち上がりの位置を例えばロータフレームの超音波振動子の取付面に対して９０度位置に調整することによって、Ｚ相の立ち上がりから駆動ロータの基準位置が明確になり、さらには超音波振動子１、２の回転基準位置も明確になる。このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１、２の位置を決めておけば、超音波振動子の回転位置の基準を個々の超音波プローブ間の相違なく決定することができる。
【０１０５】
駆動モータ３には基準位置情報を知るための相対位置情報手段として磁気式エンコーダ１５が組み込まれている。その磁気式エンコーダ１５はエンコーダマグネット１６と位置検出素子のＡＢ相ＭＲ素子１７である。そのＡＢ相ＭＲ素子１７はＡ相、Ｂ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータ４の回転方向をその位相差から求めることができる。
【０１０６】
図６に示されたＡＢ相ＭＲ素子の増幅回路と波形整形回路の一例は、Ａ相とＢ相は回路的に同じであるためにＡ相でもって説明をする。図６の回路において、１７はＡＢ相ＭＲ素子で、Ａ相ＭＲ素子の出力は入力端子８４（Ｂ相の入力端子は８５である）の位置の電圧である。回転着磁がなされているのでエンコーダマグネット１６の磁極をＡＢ相ＭＲ素子検出した場合、正弦波波形の信号が得られる。その信号をＡ相オペアンプ７８（Ｂ相オペアンプ７９）で増幅すれば、信号振幅でアンプ倍率に基づいて約１．６Ｖ程度の正弦波波形信号が得られる。たとえば、エンコーダマグネット１６は３００極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も３００パルスとなるので、駆動ロータの位置情報としては１回転あたり３００パルスの分解精度の信号が得られる。Ａ相とＢ相とも３００パルスであって、９０度の位相差を持っている。
【０１０７】
増幅後のＡ相信号（Ｂ相信号）は中継調整基板７の波形整形回路７４で矩形処理される。中継アンプ基板１４で増幅された入力信号は抵抗とコンデンサで構成されるフィルタを通って、Ａ相ＭＲコンパレータ８１（Ｂ相信号はＢ相ＭＲコンパレータ８２）に入力され、可変抵抗器９５で作られる基準電圧と比較され、Ａ相ＭＲコンパレータ８１の出力信号は入力信号が基準電圧より高い場合はコンパレータ８１の出力は「Ｈ」レベルになり、低い場合は「Ｌ」レベルになる。図１０（ｂ）のようなＡ相ＭＲのコンパレータ出力波形が得られる。図１０（ｃ）はＢ相ＭＲコンパレータ８２のコンパレータ出力波形である。Ａ相の波形とＢ相の波形との位相差は９０度である。モータを逆回転させると位相差は逆位相になる。
【０１０８】
超音波振動子の絶対位置はＺ相のＭＲ信号から決定させるが、超音波振動子からの相対位置情報の信号の始めの位置を超音波振動子の位置にできるだけ近くするために、図１０に波形整形回路７４からはＡ相、Ｂ相、Ｚ相の矩形波形が得られる。図１０（ａ）はＺ相ＭＲのコンパレータ出力波形である。
【０１０９】
超音波振動子の絶対位置が正確であれば、得られた超音波診断画像の画像位置情報が正確になる。図１０ではＺ祖信号の立ち上がり９６の位置が次関係になるようにＡＢ相ＭＲ素子波形を調整する。Ｚ相位置調整は超音波振動子の位置関係づけをすでに終了しているので再調整は誤差が大きくなるのでしない。そのためにＡＢ相ＭＲ素子の方を調整することになる。
【０１１０】
下記（ａ）（ｂ）を満足するように調整することで、Ｚ相ＭＲコンパレータ出力の立ち上がりからＢ相ＭＲコンパレータ出力の立ち上がりまでの時間は、Ａ相ＭＲ信号の周期の４分の１以下の時間になる。
（ａ）Ｚ相のコンパレータ出力が「Ｈ」レベルの時間幅のときに、Ｂ相ＭＲコンパレータ出力の立ち上がりがあるようにする。すなわち、Ｂ相の立ち上がりをＺ相ＭＲコンパレータ出力の「Ｈ」レベルで囲む。
（ｂ）Ｚ相のコンパレータの立ち上がりがＡ相ＭＲのコンパレータ出力の「Ｈ」レベルにある。
【０１１１】
この駆動モータ３は回転数３００ｒ／ｍｉｎから１８００ｒ／ｍｉｎまで数段階に切り換えて回転駆動する。たとえば、エンコーダマグネット１６が３００極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ３００パルスとなる。駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、ばらつきもなく回転角度精度の良好なものとなり、画像もその信号をトリガーに使用する場合はかなり画質の良い超音波診断画像となる。超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、矩形波信号として、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
【０１１２】
また、ＭＲ素子からの出力を増幅してから矩形波処理を行ったが、超音波プローブの構造によっては増幅回路をモータの直近に設けることができない場合があり、そうした場合はＭＲ素子からの信号を直接矩形波処理することもある。
【０１１３】
（実施例２）
本発明の実施例は、超音波プローブ先端に内蔵された振動子をモータで回転することにより断面位置を任意に変えることのできるいわゆるマルチプレーン型の超音波プローブ及び超音波診断装置に関するものである。
【０１１４】
図１１は本発明の一実施例における走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図である。また、図１２に体腔内挿入型超音波プローブの外観斜視図を示す。この超音波プローブは、食道や腸などの消化器官診断や血管へ直接挿入して振動子を走査させて超音波診断を行うものである。図１３は超音波振動子を駆動する駆動モータの断面図である。
【０１１５】
本実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体システム部（または本体装置）から構成される。超音波プローブは先端（または挿入部）１０１とハンドル（または操作部、手元操作部）１０２とコネクタボックス１０３と挿入管（または導中部）１０４とケーブル１０５で構成される。超音波プローブの先端１０１には超音波振動子１０６を回転駆動させる駆動モータが構成されている。その駆動モータには超音波振動子１０６とともに回転する駆動するロータ部分（駆動ロータとする）１０７が構成され、駆動ロータ１０７を支持するベースハウジング１０８が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１０１からハンドル１０２まではフレキシブルな挿入管１０４で構成され、その挿入管１０４は血管や口腔内に挿入される細長い管であってシースチューブとその中を電気信号線が通っている。超音波プローブのハンドル１０２にはコントローラノブ１０９が構成される。ハンドル１０２にはケーブル１０５を介してコネクタボックス１０３が接続され、コネクタボックス１０３には駆動モータ制御駆動回路１１０があり、その駆動モータ制御駆動回路１１０には位置検出信号処理回路１１１とモータ駆動回路１１２とプローブＣＰＵ１１３が構成されている。そのコネクタボックス１０３を介して超音波診断装置本体に超音波探触子が電気的に接続される。
【０１１６】
超音波振動子１０６は駆動ロータ１０７の回転部の天面部に取り付けられている、そのため超音波振動子１０６の回転軸と駆動モータの駆動軸１１４とは同一の軸となる。駆動軸１１４に対して超音波振動子１０６のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子１０６側のビーム放射軸１１５方向に超音波ビーム軌跡面１１６を形成する。その駆動ロータ１０７が回転することで超音波振動子１０６の超音波ビーム軌跡面１１６は回転する。その超音波ビーム軌跡面１１６は駆動軸１１４に対して平行な面となる。
【０１１７】
本実施例の超音波プローブは、被検者の体腔内に挿入して体腔内の被検部の超音波画像を得る体腔内用超音波プローブであって、この体腔内用超音波プローブは、先端に超音波振動子１０６を備えており、超音波振動子１０６は、予め機械的に決定された回転範囲内の任意角度の超音波断層画像を撮るようになっている。
【０１１８】
駆動ロータ１０７の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ１０７に取り付けられた超音波振動子１０６の位置情報を知ることになる。駆動ロータ１０７の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ１０７の回転位置情報を知ることができる。
【０１１９】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１１７とＭＲ素子１１８で構成される。また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１１７とＭＲ素子１１８で構成される。ＭＲ素子はＡＢＺ相ＭＲ素子であって、Ｚ相ＭＲ素子部とＡＢ相ＭＲ素子部とが一つのＭＲ素子に形成されている。Ｚ相ＭＲ素子部は超音波振動子側に形成され、ＡＢ相ＭＲ素子部はベースハウジング１０８側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１１７も超音波振動子側はＺ相磁極部であって、ベースハウジング側はＡＢ相磁極部である。
【０１２０】
ＭＲ素子１１８のＺ相信号は駆動ロータ１０７の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために駆動ロータ１０７の基準位置を知ることができる。そのＺ相信号は挿入管１０４を通ってハンドル１０２、ケーブル１０５を通って、コネクタボックス１０３の駆動モータの制御駆動基板１１０に接続される。中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１１０にはＭＲ信号の位置検出信号処理回路１１１とモータ駆動回路１１２とプローブＣＰＵ１１３とが構成されている。そのＭＲ信号の位置検出信号処理回路１１１でＭＲ信号は信号増幅されて、さらにプローブＣＰＵ１１３で信号情報処理がなされ、通信信号の情報として超音波診断装置本体側の本体ＣＰＵ１１９（またはホストＣＰＵ）へ接続される。ＭＲ信号は増幅後矩形波処理した信号も使用する場合は、超音波振動子との位置関係を機械的に合わせる超音波プローブに用いる。
【０１２１】
相対位置情報手段としてＭＲ素子１１８のＡＢ相検出部と駆動ロータ１０７側にエンコーダマグネット１１７とで構成されている。ＡＢ相検出部はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために駆動ロータ１０７の回転方向をその位相差から求めることができる。エンコーダマグネット１１７の外周にはＡＢ相磁極とＺ相磁極が着磁されている。特にＡＢ相磁極部は多極の磁極が着磁されていて、その磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１１８から得る。
【０１２２】
また、ＡＢ相、Ｚ相による信号情報はプローブＣＰＵ１１３で加工処理されて、位置情報の通信情報として超音波診断装置の本体システム１２０に伝達される。本体システム側でも、超音波振動子の位置情報が必要であるので、つまり、画像を表示するためには位置情報がないと表現することができないからである。たとえば、エンコーダマグネット１１７のＡＢ相磁極が２４０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も２４０パルスとなるので、駆動モータの位置情報としては１回転あたり２４０の分解精度の信号が得られる。Ｚ相信号の１回転に１パルスであるので、Ｚ相の信号を基準にしてＡＢ相のパルスを考えると、ＡＢ相パルスが絶対位置情報になるので、その絶対位置情報を通信仕様にあわせたものにすればいい。Ｚ相の位置信号と超音波振動子の位置情報があらかじめ決まっていれば、その絶対位置情報を使用すればいいが、プローブごとに異なっている場合は超音波振動子からみた位置情報になるようにプローブごとに補正を加える。
【０１２３】
コネクタボックス１０３は超音波診断装置本体のシステム本体１２０に接続されて、駆動モータ制御駆動回路１１０など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０１２４】
駆動モータの回転位置情報手段として、実施例に示すようにＭＲ素子を用いた磁気エンコーダ以外に抵抗値の変化を検出するポテンショメータ、光電センサーを用いた光エンコーダなどでもいい。
【０１２５】
本実施例はプローブ自体を回転させることなく多数の断層面の超音波断層像を駆動モータに搭載して超音波振動子を回転させる超音波プローブが示されている。超音波の走査領域（例えばセクタ状の平面）を回転させることにより、任意の角度の超音波のビーム軌跡面を走査することで超音波断層像得る超音波プローブである。このようなマルチプレーンの超音波断層像得ることができることからマルチプレーン超音波プローブとして区別している。
【０１２６】
本実施例の超音波振動子１０６は、複数の超音波振動子が一次元方向に配列されてなる超音波振動子列で構成されていて、その超音波振動子列のパルス駆動手段が駆動モータの位置情報と連動して走査するシステムになった構成であり、その超音波振動子列を駆動モータで回転させている。
【０１２７】
超音波振動子１０６から放射した超音波は超音波振動子１０６の放射面に直交した角度で放射され、生体組織内に入射する。組織内に入射した超音波の一部は組織内において反射した後、前記超音波振動子１０６で受信され電気信号に変換されて、シールドされた数本の入出力線を伝って、挿入管１０４、ハンドル１０２、ケーブル１０５、コネクタボックス１０３を経由して、システム本体１２０の回路に送られる。
【０１２８】
次に超音波診断装置本体のシステム本体１２０内の送受信回路部分について説明する。
【０１２９】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器１２１によって超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスが出力され、超音波周波数のきまったパルス振動子駆動回路１２２に送られる。この振動子駆動回路１２２では超音波振動子に駆動信号を供給駆動して超音波を発生するため駆動パルスが形成される。その駆動パルスによって超音波振動子１０６から生体内に放射される。
【０１３０】
超音波振動子１０６から生体内に放射された超音波は生体内組織にて反射される。その反射超音波を超音波エコーという。送信時に用いた超音波振動子１０６によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当する微弱な受信信号はシステム本体１２０内の増幅器１２３にて増幅されたのちＢモード用信号処理回路に送られる。Ｂモード信号処理回路において振動子出力は対数増幅器１２４で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路１２５にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器１２６をゲイン制御用コントローラ１２７で制御されてゲイン補正され、合成回路１２８で合成されて、Ａ／Ｄ変換器１２９にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ１３０で画像処理される。ＤＳＰ１３０で処理された座像は一旦画像メモリ１３１にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ１３１にストアされ、高速画像ＤＳＰ１３０を用いて信号処理され、その信号をデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）１３２を介してＴＶ走査用フォーマットに対応した画像データに変換され、テレビモニタ１３３にて２次元超音波断層画像として表示される。本体装置のシステム本体１２０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ１１９があり、画像データやメモリや駆動モータの位置情報やモータ駆動などを総合的に監視、処理命令などしている。ホストＣＰＵ１１９は本体装置への外部入力操作に伴う入力による、超音波プローブとしての処理を統括していることになる。
【０１３１】
図１２に示す超音波プローブの外観斜視図はマルチプレーン超音波プローブの一例である。被検体に経口的に挿入され、食道及び胃を含む上部消化管から心臓を観察するマルチプレーンＴＥＥ超音波プローブ（ＴＥＥ：ＴｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌＥｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）である。挿入管１０４は屈曲性をもったシースチューブとそのシースチューブの中を電気信号線で構成され、先端１０１から挿入管１０４までを体腔内に挿入した状態で超音波診断が行われる。たとえば、超音波プローブの挿入管を口から食道に挿入し、食道近傍の臓器や胃あるいは十二指腸などの超音波診断を行うものであるが、心臓弁の動きは挿入管１０４を食道に挿入した状態で、駆動モータを回転させれば、超音波振動子によって形成される超音波ビーム軌跡面が回転され、走査画像が得られる。
【０１３２】
超音波プローブの先端１０１は超音波透過性を有する窓材からなるウインドウケース１３４が先端に取り付けられていて、その超音波プローブの先端１０１は駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブの先端１０１とハンドル１０２は屈曲性のある挿入管１０４で接続されている。ハンドル１０２は手で持って操作する手元操作部であって、操作のためのコントローラノブ１０９が構成されている。コントローラノブ１０９には各種のスイッチが付いていて、いろいろなモードで回転させることができる。コントローラノブ１０９を回転させると、その回転方向に駆動モータが回転し、かつ超音波振動子も回転するので、回転速度などはコントローラノブ１０９に設けられたスイッチを操作することで変速を行う。駆動モータの回転停止などのスイッチもコントローラノブ１０９に付いている。コントローラノブ１０９の信号はコネクタボックス１０３からシステム本体１２０のホストＣＰＵ１１９に送られ、ホストＣＰＵ１１９からそのコントローラノブ１０９の指令に合わせて駆動モータの制御回路に命令が伝達される。その命令に基づいて駆動モータは制御駆動される。
【０１３３】
超音波プローブはハンドル１０２からケーブル１０５でコネクタボックス１０３に接続されている。超音波プローブはそのコネクタボックス１０３を超音波診断装置のコネクタ差し込み口に装着することで、システム本体１２０に接続される。診断中に超音波プローブがはずれないようにロック機構のついたノブ１３５があり、装着後はノブ１３５を回してコネクタボックス１０３を本体にしっかりとロックする。
【０１３４】
従来の超音波診断装置の場合では手元操作部では使用頻度の高い基本操作だけが行えるようにしていたが、実施例ではプローブ側に手元操作により指令内容を処理して指令動作をさせることができるので、手元操作でもって超音波振動子の全部の操作ができる。手元操作では複雑になることや複合操作などの場合には超音波診断装置本体の操作部から行うことができるようになっている。操作機能を手元操作部に持たせるようにしている。
【０１３５】
超音波振動子１０６はプローブ先端側面に設けられているので、体腔内患部の側面方向を診断でき、かつハンドルの手元操作部のみによるコントロールでも、たとえば９０度回転し、挿入軸に沿った断層面の診断（ビーム軌跡面は図１２の符号１３６）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図１２の符号１３７）とを可能にしている。
【０１３６】
超音波プローブの先端１０１は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。この挿入管１０４やケーブル１０５は、超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力線と駆動モータを駆動制御するための電気制御線とエンコーダなどの信号線と衝撃検出用や温度センサの信号線などをコネクタボックス１０３に伝達するフレキシブルなケーブルであって、被覆により保護され、かつシールドが施されている。
【０１３７】
図１３は本実施例におけるコア付きでアウターロータ回転タイプのブラシレスモータの断面図である。このモータは超音波振動子駆動モータであって、超音波診断装置のプローブ先端に搭載のモータ例である。
【０１３８】
図１３において、超音波振動子１０６は素子ホルダー１３８の筐体の枠中で構成されていて、駆動モータのロータフーム１３９の天面部に取り付けられ、駆動軸１１４を中心にして回転する。その超音波振動子１０６の先端には音響レンズ１４０がついている。屈折の現象を有効に利用するのが音響レンズ１４０であって、超音波は液体中よりも固体中での音速が早いために振動子表面には凹型の音響レンズで超音波ビームを集束させている。凹型の音響レンズ以外にも平面型音響レンズや凸型音響レンズを貼り付けられた超音波振動子が使用される。超音波振動子１０６の信号線は中空の駆動軸１１４の軸中央の穴を通って、駆動モータの外部に引き出される。
【０１３９】
超音波振動子１０６のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子１０６側のビーム放射軸１１５方向に超音波ビーム軌跡面１１６を形成する。ロータフレーム１３９に天面部に取り付けられている超音波振動子１０６は駆動軸１１４を中心に回転するので、超音波振動子１０６の超音波ビーム軌跡面１１６も回転する。その超音波ビーム軌跡面１１６は駆動軸１１４に対して平行な面となる。その超音波ビーム軌跡面１１６は超音波プローブ挿入軸に沿った断層面のビーム軌跡面１３６と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面１３７以外の角度にも移動することが可能であるので、任意角度の超音波断層画像を撮ることできる超音波診断装置であって、医療診断に役立っている。
【０１４０】
本実施例のマルチプレーンＴＥＥ超音波プローブは、体腔内部から診断部位の画像を観察可能であるため、経食道用超音波プローブでは肋間の影響あるいは皮下脂肪による超音波減衰の影響を受けることがなく、また血管挿入超音波プローブでは皮下脂肪による超音波減衰の影響を受けることがなく、鮮明な画像が得られるとともに、体腔内の任意方向から見た断層面を観察することができる。
【０１４１】
本実施例の超音波プローブ一例は、食道に挿入され、心臓の超音波断層像を得るマルチプレーン経食道超音波プローブであって、バイプレーン型の経食道超音波プローブの実施例である。
【０１４２】
超音波振動子１０６は、複数の超音波振動子が一次元方向に配列されてなる超音波振動子列で構成されていて、同時にビーム軌跡面１１６の画像を得ることができる。この超音波振動子列の搭載された駆動モータを以下のような動作モードで駆動させることで、複雑な画像診断が可能となる。
（ａ）定速回転動作
（ｂ）ステップ動作（１度、２度、３度）
（ｃ）１５度バイプレーン動作
（ｄ）９０度バイプレーン動作
（ｅ）外部同期バイプレーン動作
（ａ）の定速回転動作は任意時間での角度位置の２次元画像を複数枚合成して３次元画像処理を行うことができるようにした動作モードであって、心臓の大きさや患部疾患の大きさや方向などを把握することができる。
【０１４３】
（ｂ）のステップ動作は一定角度間隔の２次元画像を観察するものである。この２次元画像を複数枚合成して３次元画像処理を行うことができるようにした動作モードであって、心臓の大きさや患部疾患の大きさや方向などを把握することができる。
【０１４４】
（ｃ）の４５度バイプレーン動作は個人差などによって心臓の位置や角度が微妙にずれている患者に対して、超音波振動子角度を０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°の移動させた画像から患者の基本断面画像を瞬時に得るための測定モード。
【０１４５】
（ｄ）の９０度バイプレーン動作も個人差などによって心臓の位置や角度が微妙にずれている患者に対して、超音波振動子角度を０°、９０°、１８０°の移動させた画像から患者の基本断面画像を瞬時に得るための測定モード。
【０１４６】
（ｅ）の外部同期モードは心臓の鼓動は各人異なるため、あらかじめ設定した時間で（３）や（４）のバイプレーン動作を行うことができないために、心臓の鼓動に同期させてバイプレーン動作させて、心臓の弁の動きを瞬時に観測する動作モードである。
【０１４７】
このような動作モードがダイレクトに超音波振動子をモータで駆動することによって可能である。
【０１４８】
駆動ロータはロータフレーム１３９には駆動マグネット１４１を取り付ける垂下部１４２と駆動軸１１４と超音波振動子を取り付けるインロー部１４３が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット１４１は異方性ネオジ磁石でＢＨｍａｘ＝３９ＭＧＯｅの特性であって８極の着磁がなされている。駆動マグネット１４１に対向する位置にコア１４４がベースハウジング１０８の中央円筒部１４５に接着固定される。そのコア１４４は突極の数６であって、３相になるように巻線１４６が巻回されている。コア１４４と巻線１４６との絶縁のために、コアには電着塗装がなされている。
【０１４９】
コア１４４の絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線１４６とコア１４４との電気絶縁を目的にしたものであるので、膜厚が厚い方が良いが、膜厚が厚いと巻線１４６とコア１４４の間に隙間が生じモータ効率が低下することになるので、膜厚はできるだけ薄い膜で形成する。たとえば絶縁膜は５０μｍ以下の膜厚のコアを使用した。電着塗装膜は絶縁性の優れた膜であって、工業的には比較的に容易に膜形成できるうえに、電着塗装膜は耐環境性が優れているために空気以外の環境たとえば油などの環境下でも、モータ使用が可能となる。超音波伝搬媒質内で駆動モータを使用する超音波診断装置において、駆動モータのコアに電着塗装膜や真空蒸着膜を使用することが多い。
【０１５０】
振動モータの３相のブラシレスモータであって、コアに巻線された線はＹ結線処理され、そのコモン線はモータ外部には取りださない構成にするために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３本の線を処理する。この３本の線はベースハウジング１０８に貼られたＦＰＣ１４７に半田付け接続され、そのＦＰＣ１４７を駆動モータの外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣ１４７のランドに駆動モータ制御駆動回路からのモータリード線を接続する。
【０１５１】
超音波振動子１０６が取り付けられたロータフレーム１３９は駆動軸１１４を軸受１４８、１４９で回転支承されている。その軸受１４８、１４９はベースハウジング１０８の中央円筒部１４５の内側に固定され、駆動軸１１４を中心に回転させることができる。
【０１５２】
超音波振動子の回転位置を知ることが、画像表示には必要であるので、超音波振動子の取り付けられたロータフレーム１３９の回転位置情報を知ることである。ロータフレーム１３９の回転位置は１回転の基準となる基準位置手段と相対位置情報手段を併用してロータフレーム１３９の回転位置情報を知る。
【０１５３】
ロータフレーム１３９の基準位置情報を知るための基準位置手段としてエンコーダマグネット１１７とＭＲ素子１１８で構成される。エンコーダマグネット１１７はＺ相磁極部とＡＢ相磁極部が同じエンコーダマグネット１１７に構成されている。着磁されているために外観から見ることができないが、ＭＲ素子を用いることで磁極の極性状態を見ることができる。ＭＲ素子１１８は一つの素子の中にＡＢ相、Ｚ相の検出部が形成されている。Ｚ相の検出部はＭＲ素子１１８の超音波振動子側に構成されているので、Ｚ相磁極もエンコーダマグネット１１７の超音波振動子側に存在している。Ｚ相磁極は一回転のうち一カ所に単極の着磁が施されている。単極の磁極をきれいに作成することができない場合はエンコーダマグネットのＺ相部の一カ所だけＡＢ相の磁極部と同じ径で構成しこれ以外は一段落としてエンコーダマグネットにしている。
【０１５４】
Ｚ相ＭＲ素子信号はロータフレームの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相信号は挿入管を通ってハンドル、ケーブルを通って、中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１１０に接続される。中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１１０のＭＲ信号の位置検出信号処理回路１１１でＭＲ信号は信号増幅されて、さらにプローブＣＰＵ１１３で信号情報処理がなされ、通信信号の情報として超音波診断装置本体側の本体ＣＰＵ１１９へ接続される。
【０１５５】
また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１１７とＭＲ素子１１８で構成される。ＭＲ素子はＡＢＺ相ＭＲ素子であって、Ｚ相ＭＲ素子部とＡＢ相ＭＲ素子部とが一つのＭＲ素子に形成されている。Ｚ相ＭＲ素子部は超音波振動子側に形成され、ＡＢ相ＭＲ素子部はベースハウジング１０８側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１１７も超音波振動子側はＺ相磁極部であって、ベースハウジング１０８側はＡＢ相磁極部である。
【０１５６】
駆動マグネット１４１の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、ロータフレームの肉厚を厚めにし、エンコーダマグネット１１７も厚めにしたうえで、エンコーダマグネット１１７とＭＲ素子１１８との隙間が非常に狭く設定している。
【０１５７】
相対位置情報手段として組み込まれた磁気式エンコーダはＡＢ相、Ｚ相を一対のエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成している。そのＭＲ素子１１８のＡＢ相検出部はＡ相、Ｂ相の２チャンネルの信号が得られるＭＲ素子であって、Ａ相とＢ相の位相差は９０度のものである。Ａ相とＢ相との位相差が９０度であるために、駆動ロータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために、ロータフレーム１３９に取り付けた超音波振動子１０６の回転位置情報を知ることができる。ＡＢ相磁極はエンコーダマグネット１１７の外周に回転着磁機で多極に着磁されて得られる。エンコーダマグネット１１７の外周とＡＢ相ＭＲ素子１１８は対向配置されている隙間は５０μｍ程度であり、超音波伝搬媒質中で駆動するので、大きなゴミがあればその隙間に入り込んだりするので、オイル洗浄した上で組み込みがなされる。そのエンコーダマグネット１１７の磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１１８から検出し、モータの制御信号として駆動モータを制御させている。
【０１５８】
また、ＡＢ相、Ｚ相による信号情報はプローブＣＰＵ１１３で加工処理されて、位置情報の通信情報として超音波診断装置のシステム本体１２０に伝達される。本体システム側でも、画像を表示するために超音波振動子の位置情報が必要である。Ｚ相、ＡＢ相の信号も基準位置と相対位置を求めるためで、その信号をプローブＣＰＵ１１３で処理することで、Ｚ相の信号位置と超音波振動子の位置を決めておけば、超音波振動子の位置を基準にした位置情報として管理できる。
【０１５９】
中継ボックスは超音波診断装置本体のシステム本体に接続されて、駆動モータ制御駆動回路など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０１６０】
駆動マグネット１４１の漏洩磁束の影響をエンコーダ出力に受けないために、エンコーダマグネット１１７とＭＲ素子１１８との隙間が非常に狭く設定している。その隙間が狭いために、エンコーダマグネット１１７の膨潤や切削振れや組立振れなどの影響を少なくする必要がある。ロータフレーム１３９にエンコーダマグネット１１７を接着固定した状態で組加工してエンコーダマグネットの外周面振れを小さくしている。また、エンコーダマグネット１１７のプラスチックマグネットでのフェライトの含有量を大きくした材料を使用している。つまりエンコーダマグネット１１７については、超音波伝播媒質中で使用されるので、膨潤影響を考慮して、７９％以上磁性材を含有したものを使用している。たとえば、エンコーダマグネット１１７の材料はプラスチックマグネットであり、ベース樹脂として１２ナイロン系を使用している。
【０１６１】
たとえば、エンコーダマグネット１１７は２４０極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も２４０パルスとなるので、駆動ロータの位置情報としては１回転あたり２４０パルスの分解精度の信号が得られる。Ａ相とＢ相とも２４０パルスである。
【０１６２】
ベースハウジング１０８は金属粉末射出成形法によって焼結金属から形成されている。成形精度と焼結寸法精度を安定にするために、材料としてＳＵＳ３１６Ｌを使用している。
【０１６３】
実施例２の超音波プローブではＭＲ信号の処理回路は中継ボックスに構成するタイプである。他の実施例のように、ＭＲ信号の処理のために中継基板を超音波プローブの先端やハンドルに構成するなどの方法もある。また実施例１のように中継基板を分割して配置するなどの方法もある。しかしながら、本発明の主眼である中継ボックスには駆動モータの制御駆動回路基板が構成されている。プローブ側でもってプローブの超音波振動子をコントロールすることができる。Ｚ相、ＡＢ相の信号をプローブＣＰＵ１１３で処理することで、超音波振動子の位置を基準にした位置情報として管理できるので、プローブ側と本体側のインターフェース仕様を統一することによって、他の診断用途の超音波プローブでも接続ができる。本体装置も表示機能など解析して他機種に対応すれことによって、１システムでもって、多くの診療科で使用可能な超音波診断装置が提供できることにもなる。
【０１６４】
このように、本実施例における２次元走査用超音波プローブは軽量かつ小型でプローブ先端に駆動部の主な機構部が内蔵されている。超音波振動子によると、広角な範囲の超音波断層画像が得られる。
【０１６５】
本実施例の２次元走査用超音波プローブによる２次元的スキャンが可能であり、超音波振動子が固定された駆動モータの回転にともなって、駆動モータ側のエンコーダから回転角度信号が超音波診断装置に伝送され、２次元の超音波断層画像が得られる。
【０１６６】
実施例２ではＡＢ相ＭＲ信号の増幅回路を設けているが、回路や信号レベルの関係から増幅せずに、原信号を直に波形整形回路を用いて矩形波処理をすることで、より小型の超音波診断装置ができる。
【０１６７】
実施例１、２ともＡＢ相ＭＲ素子以外にＺ相ＭＲ素子を使用しているが、それはＺ相ＭＲ信号で絶対位置情報を設定している。Ｚ相ＭＲ素子を使用しない方法でロータの絶対位置を設定する方法は、機構的に複雑な場合が多い。本発明のような場合は以下の条件の場合で絶対位置を可能とした。
（ａ）ロータの回転を規制し、その規制端点を座標原点とした。揺動運動の超音波診断プローブの場合は可能である。すなわち、実施例２に示すような経食道超音波プローブは連続回転をしなくてよい為である。
（ｂ）コアの通電をある設定された条件でおこない、ロータをロックさせ、そのロック状態で超音波振動子を取付る。その位置を座標原点にしておけば、その位置から相対情報をもとに角度位置情報を確定していけばよい。
【０１６８】
上記のような超音波プローブは先端に搭載した駆動モータの制御情報と連動して超音波振動子の位置情報に用いて座像処理をすることで、位置情報の正確な超音波プローブができ、その超音波プローブを用いた超音波診断装置を提供することが可能となり、医療分野に貢献するものとなる。
【０１６９】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、
（１）電子−機械走査式の２次元走査用超音波振動子駆動モータによって、超音波伝播媒質を内包しウインドウケース内に、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にして、超音波伝搬媒質の封止範囲を狭くでき、全体的な超音波プローブの重量を軽くできる。
（２）駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用でき、精度の良い装置となる。（３）超音波プローブの先端に超音波振動子を駆動する駆動モータを構成し、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付けることで、部品のばらつきや経年変化や環境変化に伴っての位置情報誤差をなくすることができる。
（４）超音波振動子の取付位置を基準にしてロータのＺ相基準情報を合わせることで駆動モータの回転制御情報を超音波振動子の角度情報として使用可能なように、超音波振動子の位置を確定することができる。
（５）駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用し、超音波振動子を駆動するモータを超音波プローブの先端に構成した小型な超音波プローブができる。
（６）駆動モータの位置情報検出器を超音波振動子の位置情報検出器として使用し、駆動モータの位置検出器の分解能を上げることで、超音波振動子の位置情報分解能を上げることができる。
（７）決められたＺ相信号の信号幅のなかにＡ相（またはＢ相）信号の立ち上がりを調整することで、超音波振動子の位置情報とロータの相対位置情報とを関連づけることが可能となる。
（８）超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することで、駆動モータが回転変動しても超音波振動子の画像情報を正確な角度情報として使用でき、画質及び精度の良い超音波画像が得られる。
（９）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、矩形波信号として、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１０）ＡＢ相の信号の波形情報を矩形波処理して、超音波診断装置本体へ伝達することで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１１）ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側と送受信して、情報伝達を行うことで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１２）ＡＢ相の信号を波形処理して、プローブ側のマイコンで情報処理し、さらに、超音波振動子を取り付けた時の情報をもとに超音波振動子の絶対位置しては把握しプローブ側のマイコンで情報処理管理し、位置情報をビット情報量に変換してシリアル通信手段等でプローブ側と本体側と送受信して、情報伝達を行うことで、超音波振動子の画像位置情報とモータの回転位置情報と連動することができる。
（１３）駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸を同一軸で構成した超音波振動子駆動モータを構成させ、機構部を小型軽量にして、超音波伝搬媒質の封止範囲を狭くでき、全体的な超音波プローブの重量を軽くできるうえに、駆動モータの駆動軸と超音波振動子の回転軸が同一軸であるので、駆動モータの位置情報が超音波振動子の位置情報に採用でき、精度の良い装置であり、ケーブル軸に対して平行なビーム軌跡面で画質の良い超音波断層画像を得ることができる。
（１４）駆動モータと超音波振動子の位置関係で、駆動モータの内部軸の範囲内に超音波振動子が構成する機構となっているので、コンパクトにウインドウケース内に構成できる２次元超音波画像用走査する機構を内蔵することができる。超音波を走査するための駆動モータを小型、軽量に作製でき、駆動モータをウインドウケースに内蔵した超音波プローブを提供できる。そのプローブを用いて超音波診断ができ、診断の便宜性を向上させることができる超音波診断装置が提供できる。
（１５）また、超音波振動子のビーム軌跡面はケーブル軸に対して同一方向を向いていて、駆動モータ軸はケーブル軸とは垂直な関係であり、ビーム軌跡面はケーブル軸に対して平行な面である走査面となる超音波断層画像を得ることができる。２次元駆動部の駆動モータをウインドウケースに中に内蔵できるので、小型で軽量な超音波プローブがでる。それを使用した超音波診断ができ、診断の便宜性を向上させることができる。超音波振動子の位置が安定し、ビームの軌跡が安定で通常の診断画像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるメカニカルセクタ走査型超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図２】本発明の実施例１による超音波プローブの外観斜視図
【図３】本発明の実施例１による超音波診断装置を示す図
【図４】本発明の実施例１による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【図５】本発明の実施例１による超音波振動子駆動モータの駆動モータの構造図
【図６】本発明の実施例１によるＭＲ素子信号の増幅回路と波形整形回路を示す図
【図７】本発明の実施例１によるＺ相ＭＲ信号波形を示す図（ａ）増幅後波形を示す図（ｂ）矩形処理後波形を示す図
【図８】本発明の実施例１によるＺ相ＭＲ素子調整説明図
【図９】本発明の実施例１によるＺ相ＭＲ素子調整説明のためのＺ相矩形信号を示す図
【図１０】本発明の実施例１によるＭＲ素子の波形整形後波形を示す図
（ａ）Ｚ相素子信号を示す図
（ｂ）Ａ相素子信号を示す図
（ｃ）Ｂ相ＭＲ信号を示す図
【図１１】本発明の実施例２による超音波プローブを使用した超音波診断装置の全体を示す概略ブロック図
【図１２】本発明の実施例２による超音波プローブの外観斜視図
【図１３】
本発明の実施例２による超音波振動子駆動モータの駆動モータの断面図
【符号の説明】
１、２、１０６超音波振動子
３駆動モータ
４、１０７駆動ロータ
５、５６、１０８ベースハウジング
６、１０２ハンドル
７中継調整基板
８超音波伝搬媒質の容積調整機構
９、１１４駆動軸
１０、１１５ビーム放射軸
１１、１１６、１３６、１３７超音波ビーム軌跡面
１２Ｚ相ピン
１３ＭＲ素子（Ｚ相）
１４中継アンプ基板
１５磁気式エンコーダ
１６、１１７エンコーダマグネット
１７ＭＲ素子（ＡＢ相）
１８、１０３コネクタボックス
１９、１１０駆動モータ制御駆動回路
２０、１２０システム本体
２１ロータリトランス
２２ロータ側トランス
２３ステータ側トランス
２４、１３４ウインドウケース
２５、１２１パルス発生器
２６、１２２振動子駆動回路
２７ａ、２７ｂ、１２３増幅器
２８ａ、２８ｂ、１２４対数増幅器
２９ａ、２９ｂ、１２５検波回路
３０ａ、３０ｂ、１２６ゲイン設定器
３１、１２７ゲイン制御用コントローラ
３２、１２８合成回路
３３、１２９Ａ／Ｄ変換器
３４、１３０ＤＳＰ
３５、１３１画像メモリ
３６、１３２ＤＳＣ
３７、１３３テレビモニタ
３８、１１９ホストＣＰＵ
３９、１０１先端
４０、１０５ケーブル
４１コネクタ差し込み口
４２、１３５ノブ
４３ディスプレー
４４キーボード
４５トラックボール
４６車
４７フック
４８、１４４コア
４９、１４１駆動マグネット
５０、１３９ロータフレーム
５１、５２、１４８、１４９軸受
５３軸受ボス部
５４ロータ側板
５５、５８取付台
５７傾斜面（カット面）
５９、６０穴
６１、７１、１４６巻線
６２絶縁膜
６３、６８、７２、１４７ＦＰＣ
６４リード線
６５、１４０音響レンズ
６６、６７、６９、７０コイル溝
７３走査角度
７４波形整形回路
７５駆動制御マイコン
７６Ｉ／Ｏ線
７７Ｚ相ＭＲオペアンプ
７８Ａ相ＭＲオペアンプ
７９Ｂ相ＭＲオペアンプ
８０Ｚ相ＭＲコンパレータ
８１Ａ相ＭＲコンパレータ
８２Ｂ相ＭＲコンパレータ
８３、８４、８５入力端子
８６、８７、８８、８９抵抗
９０、９５可変抵抗器
９１超音波振動子取付面
９２ベースハウジング取付面
９３ビス
９４超音波振動子の絶対基準位置
９６Ｚ相信号の立ち上がり
１０４挿入管
１０９コントローラノブ
１１１位置検出信号処理回路
１１２モータ駆動回路
１１３プローブＣＰＵ
１１８ＭＲ素子（ＡＢＺ相）
１３８素子ホルダー
１４２垂下部
１４３インロー部
１４５中央円筒部
ｔｚＺ相矩形信号の「Ｈ」レベルの時間幅[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
For example, a medical ultrasonic probe inserts a distal end provided with an ultrasonic vibrator into a body of a person to be diagnosed, arranges it near a diagnostic unit to be diagnosed, irradiates ultrasonic waves with the ultrasonic vibrator, and performs diagnosis. The reflected wave reflected by the unit is received by the ultrasonic transducer, and the data of the received reflected wave is transmitted to the diagnostic device and subjected to data processing, so that a cross-sectional image of the diagnostic unit is obtained. In addition, by rotating the ultrasonic transducer, a plurality of cross-sectional images of the diagnostic unit can be obtained.
[0003]
Conventionally, a transesophageal ultrasonic probe has been known as a medical ultrasonic probe for obtaining a plurality of ultrasonic images (for example, see Patent Document 1). This is a configuration in which the ultrasonic vibrator is rotated via a wire by manually rotating the dial provided at the base end, and the rotational position of the ultrasonic vibrator can be known by the operation amount of the dial. it can.
[0004]
However, in such a configuration, when the wire is stretched or loosened, the rotation amount of the ultrasonic vibrator with respect to the dial operation amount changes, so that the rotational position cannot be accurately known. In addition, in the manual dial operation method, it is difficult to rotate and stop the ultrasonic vibrator at a constant interval, and there is a problem that images vary in three-dimensional imaging, which is highly demanded in the medical field.
[0005]
Therefore, conventionally, a transvaginal ultrasonic probe having a distal end motor mounted thereon has appeared (for example, see Patent Document 2). This is a configuration in which the ultrasonic transducer is rotated by a motor provided at the tip of the ultrasonic probe. The relative position information of the rotor is detected by an AB-phase two-phase incremental encoder, and the absolute position of the rotor is detected by a Z-phase MR sensor. Detecting the position information, using the two relative position information and the absolute position information, dividing the relative position information with the absolute position as a reference position, determining the rotation angle information of the rotor, and based on the rotation angle information The control of energization of the motor coil is performed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2-206450 (page 5, FIG. 1, FIG. 3)
[Patent Document 2]
JP-A-7-128312 (page 4, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional ultrasonic probe, an encoder composed of a position detecting magnet and an MR sensor generates a signal of several tens of pulses of A and B phases equivalent to one rotation of the motor for one rotation of the motor, thereby detecting the position of the motor. However, in order to obtain a more accurate image, which has been demanded in recent years, it is necessary to improve the control performance of the motor, but more than that, the position of the ultrasonic transducer is accurately grasped, and the ultrasonic It is necessary to increase the resolution of the position information of the transducer.
[0008]
First, in order to improve the control performance of the motor, it is necessary to detect the position of the motor with higher accuracy. For that purpose, in the configuration of the conventional ultrasonic probe, it is necessary to reduce the interval between the magnetic poles formed by the magnetization of the detecting magnet or to increase the outer diameter of the detecting magnet at the same interval between the magnetic poles as in the past. . As described above, when the distance between the magnetic poles is reduced, it is necessary to further reduce the distance between the outer diameter portion of the position detecting magnet and the MR sensor in order to obtain an encoder signal. Adjustment of the position of the sensor becomes more difficult, and when the outer diameter of the position detecting magnet changes due to the influence of temperature or the like, the magnet may come into contact with the MR sensor and damage the MR sensor. Further, when the outer diameter of the position detecting magnet is increased, there is a problem that the tip of the ultrasonic probe becomes large.
[0009]
Further, the method of accurately grasping the position of the ultrasonic vibrator and indirectly attaching the ultrasonic motor to the drive motor has a problem that errors occur due to variations in components, aging, and environmental changes.
[0010]
Further, since the position information of the ultrasonic transducer is indirectly attached to the drive motor, the position information means cannot be sufficient.
[0011]
The present invention is to solve such a conventional problem, and provides an ultrasonic probe for easily detecting the position of a more accurate motor and ultrasonic transducer, and by using the ultrasonic probe It is another object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a more accurate image.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a drive motor that drives an ultrasonic vibrator at the tip of an ultrasonic probe, and directly attaches the ultrasonic vibrator to the drive motor to reduce the variation in parts. Eliminates positional information errors due to aging and environmental changes.
[0013]
Further, the position of the ultrasonic vibrator is determined so that the rotation control information of the drive motor can be used as angle information of the ultrasonic vibrator.
With any of the following, the mounting position of the ultrasonic transducer with respect to the rotor can be determined as an absolute position.
(1) Attach an ultrasonic vibrator according to the Z-phase reference information position of the rotor.
(2) Or, Z-phase reference information of the rotor based on the mounting position of the ultrasonic transducer
To match.
[0014]
Further, in order to increase the resolution of the position information of the ultrasonic transducer, it is necessary to improve the performance of the position information detector. Since the motor that drives the ultrasonic transducer is also configured at the tip of the ultrasonic probe, there is no space to install a detector, so the position information detector of the drive motor is used as the ultrasonic transducer position information detector. use. Therefore, increasing the position information resolution of the ultrasonic transducer means increasing the position information resolution of the drive motor. The number of pulses of an encoder serving as relative position information means of a drive motor of an ultrasonic transducer is increased.
[0015]
Further, the relationship between the position information of the ultrasonic transducer and the relative position information of the rotor is determined by associating the absolute position of the ultrasonic transducer with the Z-phase reference information position. It becomes possible by associating with. In order to determine the position of the Z phase and the signal of the AB phase, one of the following rules is defined.
(1) The phase difference between the rise of the signal and the rise of the A-phase (or B-phase) signal is defined.
(2) Alternatively, the rise of the A-phase (or B-phase) signal is adjusted within the determined signal width of the Z-phase signal.
[0016]
Further, by interlocking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even if the drive motor fluctuates in rotation. Good ultrasonic images can be obtained.
[0017]
Further, in order to transmit the position information of the ultrasonic transducer to the ultrasonic diagnostic apparatus, the problem can be solved by taking the following means.
(1) Waveform processing is performed on the AB-phase signal and the Z-phase signal and transmitted as a rectangular wave signal to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. In this case, the position of the ultrasonic transducer is processed on the main body side, and is grasped and managed.
(2) The waveform information of the AB phase signal is subjected to rectangular wave processing and transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. In this case, the position of the ultrasonic transducer is processed on the main body side, and is grasped and managed. The absolute position of the ultrasonic transducer is grasped based on information when the ultrasonic transducer is attached.
(3) Waveform processing of the AB-phase signal and the Z-phase signal, information processing is performed by the microcomputer on the probe side, the position information is converted into a bit information amount, and transmitted and received between the probe side and the main body side by serial communication means or the like. To communicate information.
(4) Waveform processing of the AB phase signal, information processing by the microcomputer on the probe side, and grasping the absolute position of the ultrasonic transducer based on information when the ultrasonic transducer is attached, The information processing is managed by the microcomputer on the side, the position information is converted into the bit information amount, and the information is transmitted by transmitting and receiving between the probe side and the main body side by serial communication means or the like.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention includes a window case made of a window material having an ultrasonic transmission property, wherein an ultrasonic vibrator and a drive motor for driving the ultrasonic vibrator are windowed by an ultrasonic propagation medium. In the ultrasonic probe contained in the case, the ultrasonic vibrator is attached to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, and the ultrasonic vibrator is rotated about the drive shaft of the drive motor. Forming a ultrasonic beam trajectory surface of the transducer, and comprising signal transmitting means for a rotating-side ultrasonic transducer, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer have the same rotation center and the same number of rotations, and have a rotation angle of about 90 degrees. An encoder for generating a two-phase signal having a phase difference, an amplifier circuit for amplifying the two-phase output signal of the encoder, and a shaping circuit for performing a rectangular wave process on the amplified signal; output The ultrasonic probe is characterized in that the signal is used as the position information of the drive motor, and the rectangular position information is also transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and is linked with the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor. A drive motor that drives the ultrasonic vibrator at the tip of the ultrasonic probe, and by directly attaching the ultrasonic vibrator to the drive motor, it is possible to reduce component variations, aging, and environmental changes. Using the position information detector of the drive motor as the position information detector of the ultrasonic transducer, the motor that drives the ultrasonic transducer is configured at the tip of the ultrasonic probe. A compact ultrasonic probe can be obtained. Further, since the drive axis of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic transducer are the same axis, and the position information of the drive motor can be adopted as the position information of the ultrasonic transducer, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotation of the motor are used. By interlocking with the position information, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even when the rotation of the drive motor fluctuates, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. Further, by processing the waveform information of the AB phase signal into a rectangular wave and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an encoder for generating two-phase signals having a phase difference of 90 degrees, and a shaping circuit for performing square wave processing without amplifying the two-phase output signals of the encoder. The two-phase output signal from the shaping circuit is used as the position information of the drive motor, and the rectangular position information is also transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor are transmitted. 2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the ultrasonic wave processing is performed by subjecting the waveform information of the AB phase signal to rectangular wave processing and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus main body. A smaller ultrasonic probe can be provided that can be linked with the child's image position information and the rotational position information of the motor.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, there is provided image processing in which drive motor position information obtained by the ultrasonic probe according to the first or second aspect is used as processing position information of an ultrasonic tomographic image on a beam locus plane. An ultrasonic diagnostic apparatus having an ultrasonic diagnostic medium having an electro-mechanical scanning type two-dimensional scanning ultrasonic vibrator drive motor. An ultrasonic probe drive motor with the same axis as the rotation axis of the ultrasonic vibrator is constructed, and an ultrasonic probe with a small and lightweight mechanism can be formed, and image position information of the ultrasonic vibrator and rotational position information of the motor can be obtained. By interlocking, even if the drive motor fluctuates in rotation, image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. Furthermore, a drive motor for scanning ultrasonic waves can be made small and lightweight, and an ultrasonic probe having a drive motor built in a window case can be provided. Ultrasonic diagnosis can be performed using the probe, thereby improving the convenience of diagnosis. The improvement can provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a more accurate ultrasonic tomographic image.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a window case made of a window material having an ultrasonic transmission property, wherein an ultrasonic vibrator and a drive motor for driving the ultrasonic vibrator are windowed by an ultrasonic propagation medium. In the ultrasonic probe contained in the case, the ultrasonic vibrator is attached to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, and the ultrasonic vibrator is rotated about the drive shaft of the drive motor. Forming an ultrasonic beam trajectory surface of the transducer, and comprising signal transmission means for a rotating ultrasonic transducer, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer have the same rotation center and the same number of rotations, and An encoder for generating two-phase signals having a phase difference of 90 degrees as position information means, a detector comprising a pin on the outer periphery of the rotor frame and an MR element as reference position information means, and a relative position information means An amplifying circuit for amplifying the two-phase output signal of the encoder and the output signal of the detector of the reference position information means, and a shaping processing circuit for performing a rectangular wave processing on the amplified signal, and the two-phase output signal from the shaping processing circuit And the one-phase output signal is used as the position information of the drive motor, and the rectangular position information is also transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and is linked with the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor. The ultrasonic probe has a drive motor that drives the ultrasonic vibrator at the tip of the ultrasonic probe, and the ultrasonic vibrator is directly attached to the drive motor, so that variations in parts and aging can occur. It can eliminate position information errors due to changes in the environment and environmental changes, and uses the position information detector of the drive motor as the position information detector of the ultrasonic vibrator. It is compact ultrasound probe constructed on the tip of the wave probe. Further, since the drive axis of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic transducer are the same axis, and the position information of the drive motor can be adopted as the position information of the ultrasonic transducer, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotation of the motor are used. By interlocking with the position information, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even when the rotation of the drive motor fluctuates, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. In addition, the waveform processing of the AB-phase signal and the Z-phase signal is transmitted to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus as a rectangular wave signal, so that the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked. Can be.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a shaping circuit for performing a square wave processing without amplifying the two-phase output signal of the encoder of the relative position information means and the output signal of the detector of the reference position information means. The two-phase output signal and the one-phase output signal from the shaping circuit are used as the position information of the drive motor, and the rectangular position information is also transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and the image position information of the ultrasonic transducer is obtained. 5. The ultrasonic probe according to claim 4, wherein the waveform information of the AB-phase and Z-phase signals is processed by a rectangular wave processing, and the ultrasonic diagnostic apparatus main body is linked to the ultrasonic probe. By transmitting the information to the ultrasonic transducer, a smaller ultrasonic probe that can be linked with the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be obtained.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic wave having an image processing apparatus for use as processing position information of an ultrasonic tomographic image of a beam trajectory plane obtained by the ultrasonic probe according to the fourth or fifth aspect. The diagnostic device is a two-dimensional scanning ultrasonic vibrator drive motor of an electro-mechanical scanning type. The drive shaft of the drive motor and the rotation of the ultrasonic vibrator are enclosed in a window case by enclosing the ultrasonic propagation medium. By configuring an ultrasonic transducer drive motor with the same axis as the axis, an ultrasonic probe with a small and lightweight mechanism can be made, and by linking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, Even if the drive motor fluctuates in rotation, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. Furthermore, a drive motor for scanning ultrasonic waves can be made small and lightweight, and an ultrasonic probe having a drive motor built in a window case can be provided. Ultrasonic diagnosis can be performed using the probe, and the convenience of diagnosis can be improved, so that an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a more accurate ultrasonic tomographic image can be provided.
[0024]
The invention according to claim 7 of the present invention includes a window case made of a window material having an ultrasonic transmission property, wherein an ultrasonic vibrator and a drive motor for driving the ultrasonic vibrator are windowed by an ultrasonic propagation medium. In the ultrasonic probe contained in the case, the ultrasonic vibrator is attached to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, and the ultrasonic vibrator is rotated about the drive shaft of the drive motor. Forming a ultrasonic beam trajectory surface of the transducer, and comprising signal transmitting means for a rotating-side ultrasonic transducer, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer have the same rotation center and the same number of rotations, and have a rotation angle of about 90 degrees. An encoder for generating a two-phase signal having a phase difference; information obtained by subjecting the two-phase output signal of the encoder to waveform processing as drive motor position information; and an ultrasonic transducer based on the same reference position information means. Means for converting the position information of the drive motor into bit communication information and transmitting it to the main unit as the position information, wherein the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor are interlocked. This is an ultrasonic probe, and a drive motor that drives the ultrasonic vibrator at the end of the ultrasonic probe is configured. By directly attaching the ultrasonic vibrator to the drive motor, variations in parts, aging, and environmental The position information error caused by the change can be eliminated, the position information detector of the drive motor is used as the position information detector of the ultrasonic transducer, and the motor that drives the ultrasonic transducer is the tip of the ultrasonic probe. A small ultrasonic probe configured as described above can be obtained. Further, since the drive axis of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic transducer are the same axis, and the position information of the drive motor can be adopted as the position information of the ultrasonic transducer, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotation of the motor are used. By interlocking with the position information, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even when the rotation of the drive motor fluctuates, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. Also, the AB-phase signal is waveform processed, the microcomputer on the probe side processes the information, the position information is converted into the amount of bit information, and transmitted and received between the probe side and the main body side by serial communication means or the like to transmit information. By doing so, it is possible to link the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor.
[0025]
The invention according to claim 8 of the present invention includes a window case made of a window material having ultrasonic transparency, wherein the ultrasonic vibrator and a drive motor for driving the ultrasonic vibrator are windowed with an ultrasonic propagation medium. In the ultrasonic probe contained in the case, the ultrasonic vibrator is attached to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, and the ultrasonic vibrator is rotated about the drive shaft of the drive motor. Forming an ultrasonic beam trajectory surface of the transducer, and comprising signal transmission means for a rotating ultrasonic transducer, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer have the same rotation center and the same number of rotations, and An encoder for generating two-phase signals having a phase difference of 90 degrees as position information means, a detector comprising a pin on the outer periphery of the rotor frame and an MR element as reference position information means, and a relative position information means The information obtained by subjecting the two-phase output signal of the encoder and the output signal of the detector of the reference position information means to waveform processing is used as the position information of the drive motor, and further, as the position information of the ultrasonic transducer based on the same reference position information means. An ultrasonic probe comprising means for converting the position information of the drive motor to bit communication information to the main unit and transmitting the bit communication information, wherein the ultrasonic probe is linked with the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor. A drive motor that drives the ultrasonic vibrator at the tip of the ultrasonic probe, and by directly attaching the ultrasonic vibrator to the drive motor, The position information detector of the drive motor can be used as the position information detector of the ultrasonic vibrator, and the motor that drives the ultrasonic vibrator can be It is compact ultrasound probe constructed on the tip of the over drive. Further, since the drive axis of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic transducer are the same axis, and the position information of the drive motor can be adopted as the position information of the ultrasonic transducer, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotation of the motor are used. By interlocking with the position information, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even when the rotation of the drive motor fluctuates, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. In addition, the waveform processing of the AB-phase signal and the Z-phase signal is transmitted to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus as a rectangular wave signal, so that the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked. Can be.
[0026]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic wave having an image processing apparatus for use as processing position information of an ultrasonic tomographic image of a beam trajectory plane obtained by the ultrasonic probe according to the seventh or eighth aspect. This is a diagnostic device. The drive shaft of the drive motor and the rotation of the ultrasonic vibrator are placed in a window case containing an ultrasonic wave propagation medium by an electro-mechanical scan type two-dimensional scanning ultrasonic vibrator drive motor. By configuring an ultrasonic transducer drive motor with the same axis as the axis, an ultrasonic probe with a small and lightweight mechanism can be made, and by linking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, Even if the drive motor fluctuates in rotation, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information, and an ultrasonic image with high image quality and accuracy can be obtained. Furthermore, a drive motor for scanning ultrasonic waves can be made small and lightweight, and an ultrasonic probe having a drive motor built in a window case can be provided. Ultrasonic diagnosis can be performed using the probe, thereby improving the convenience of diagnosis. It is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can improve the position of the ultrasonic transducer, stabilize the beam trajectory, and obtain a more accurate ultrasonic tomographic image.
[0027]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an external perspective view of the ultrasonic probe.
[0029]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment includes a main body system unit (or main unit) including an ultrasonic probe and an image processing unit. The ultrasonic probe includes a tip 39, a handle 6, a connector box (or relay box) 18, and a cable 40. A drive motor 3 for rotating and driving the ultrasonic transducers 1 and 2 is provided at a distal end 39 of the ultrasonic probe. The drive motor 3 includes a drive rotor 4 that rotates together with the ultrasonic vibrator, a base housing 5 (also referred to as a base or a housing) that supports the drive rotor 4 is built in, and a drive motor 6 is mounted on a handle 6 of the ultrasonic probe. And a volume adjusting mechanism 8 for the ultrasonic wave propagation medium.
[0030]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 are attached to the outer peripheral portion of the rotating portion of the drive rotor 4. Therefore, the rotational axes of the ultrasonic vibrators 1 and 2 and the drive shaft of the drive motor 3 are the same axis 9 (rotary shaft). 9 and the drive shaft 9). The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are radiated in the radial direction with respect to the drive shaft 9. FIG. 1 shows a beam radiation axis 10 on the side of the ultrasonic transducer 1. As the drive rotor 4 rotates, the beam emission axes 10 of the ultrasonic transducers 1 and 2 form a surface, and the trajectory surface 11 becomes a surface orthogonal to the drive shaft 9.
[0031]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 4 means knowing the position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the drive rotor 4. The rotational position of the drive rotor 4 can be known by using both the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means.
[0032]
The reference position means includes a magnetic material pin 12 (also referred to as a Z-phase pin) and an MR element 13 (also referred to as a Z-phase MR element). The MR element 13 is distinguished from other MR elements as a Z-phase MR element. I'm different. Since the Z-phase MR element 13 has one magnetic material pin 12, the Z-phase MR element 13 can detect one pulse signal per rotation of the drive rotor 4. Therefore, the reference position of the drive rotor 4 can be known. Since the Z-phase MR element signal has a small signal level, the signal is amplified by the relay amplifier board 14 near the motor so as not to receive noise, and routed from the probe tip 39 to the handle 6.
[0033]
A magnetic encoder 15 is incorporated as relative position information means. The magnetic encoder 15 includes an encoder magnet 16 on the drive rotor 4 side and an MR element 17 (also referred to as an AB phase MR element) on the base housing 5 side. The MR element 17 is distinguished from another MR element as an AB phase MR element. The AB phase MR element 17 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 4 can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 16, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB-phase MR element 17. For example, since the encoder magnet 16 has 300 magnetic poles, the AB phase MR signal also has 300 pulses, so that a signal having a resolution of 300 resolution per rotation can be obtained as the position information of the drive motor. Since the encoder magnet 16 is rotationally magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. The AB phase signal is also once amplified by the relay amplifier board 14 near the motor, further wired to the relay adjustment board 7 for processing a sine wave signal into a rectangular wave, and passed through the cable 40 to the drive built in the connector box 18. It is connected to the motor control drive circuit 19. The connector box 18 is connected to a system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit 19.
[0034]
Since there is a phase difference, the rotation direction of the drive rotor 4 can be obtained from the phase difference. A multi-pole magnetic pole is magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 16, and a number of signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the AB-phase MR element 17. Since the encoder magnet 16 is rotationally magnetized, the angular accuracy between the magnetic poles is very high. The AB phase signal is also amplified once by the relay amplifier board 14 near the motor, and is further wired to the relay adjustment board 7 that processes a signal having a sine wave waveform. A waveform shaping circuit 74 is formed on the relay adjustment board 7. From the relay adjustment board 7, a long wiring process is performed, and the wiring is connected to the drive motor control drive circuit 19 of the connector box 18. The ultrasonic probe and the apparatus main body are detachable by a connector box. In terms of the signal configuration, the probe can be configured once by the specifications. Signals and the like on the probe side are supplied to the apparatus main body via the connector box 18, control information for driving the motor is processed by the drive control microcomputer 75, and cooperates with the ultrasonic diagnostic apparatus main body CPU in close contact. .
[0035]
A rotary transformer 21 is configured to extract signals from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive motor 3. The rotary transformer 21 includes a rotor-side transformer 22 and a stator-side transformer 23. The rotor-side transformer 22 is provided at a rotor end on the drive rotor 4 side. The signal line of the rotor-side transformer 22 is connected to the ultrasonic transducers 1 and 2. Connected. The stator-side transformer 23 is fixed to the base housing 5 side, and the signal line of the stator-side transformer 23 is connected to the connector box 18 through the handle 6 and the cable 40 from the tip of the ultrasonic probe, and the connector box 18 is mounted on the main body. Thus, the signal of the ultrasonic transducer is connected to the circuit side of the main body.
[0036]
Since the rotary transformer 21 can transmit a signal in a non-contact manner, the load acting on the drive motor is very small as compared with the contact type slip ring, and therefore, the rotary transformer 21 is often used in the case of a small drive motor. .
[0037]
A base housing 5 supporting the drive rotor 4 is fixed to a mounting base of the probe main body. Further, the base housing 5 is formed as an integral member composed of a supporting portion for supporting the driving rotor 4 and a supporting portion fixed to a mounting base for the probe main body. The base rigidity is increased to increase the support rigidity of the drive motor.
[0038]
The drive rotor 4, the base housing 5, and the relay amplifier board 14 are formed at the tip of the ultrasonic probe, and are entirely contained in an ultrasonic propagation medium in a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency. . The ultrasonic wave propagation medium in the window case 24 is depressurized so as not to contain bubbles, degassed, and sealed. A volume adjustment mechanism 8 for the ultrasonic propagation medium is provided so that the pressure of the sealed ultrasonic propagation medium is reduced even if the sealed ultrasonic propagation medium expands due to the environment. If bubbles are mixed in by the volume adjustment mechanism 8 of the ultrasonic wave propagation medium, the ultrasonic wave is reflected at the interface between the ultrasonic wave propagation medium and the air bubbles because the acoustic impedance of the air bubbles is extremely small. As a result, multiple reflection noises are generated to the extent that the ultrasonic image becomes completely white, and observation of the ultrasonic image may become practically impossible. The volume adjusting mechanism 8 of the ultrasonic wave propagation medium is formed of a rubber-based elastic bag. The volume adjustment mechanism 8 and the relay adjustment board 7 are formed on the handle 6 of the ultrasonic probe.
[0039]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 20 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described.
[0040]
The ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer 1 (or 2) advances radially to the center of the ultrasonic transducer 1 (or 2) and enters the living tissue. After a part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, the ultrasonic wave is received by the ultrasonic vibrator 1 (or 2), converted into an electric signal, and taken out of the drive motor through the rotary transformer 21. And sent to the amplifier in the system body.
[0041]
The frequency characteristics of the signals from the ultrasonic vibrators 1 and 2 are configured to be different from each other, and the ultrasonic vibrator having a higher frequency is referred to as a high frequency vibrator and the lower frequency is referred to as a low frequency vibrator. I do.
[0042]
For two vibrators having different frequency characteristics of the ultrasonic vibrator, signal lines are different for high frequency and low frequency. In FIG. 1, it is assumed that the high-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 1 and the low-frequency vibrators are the ultrasonic vibrators 2 for convenience of explanation.
[0043]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse pulse that determines a repetition period of the ultrasonic pulse is output from the pulse generator 25, and is sent to a pulse oscillator driving circuit 26 having a fixed ultrasonic frequency. In the vibrator drive circuit 26, the driving signal is supplied to the corresponding ultrasonic vibrator 1 (or 2) via the rotary transformer 21 corresponding to the frequency, and is driven by the ultrasonic vibrator corresponding to the frequency. , A driving pulse is formed. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 1 (or 2) into the living body.
[0044]
Ultrasonic waves radiated into the living body from the high-frequency vibrator 1 in the case of a high-frequency transmission signal and from the low-frequency vibrator 2 in the case of a low-frequency transmission signal are reflected by tissues in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The weak received signal received by the ultrasonic transducer 1 (or 2) used at the time of transmission and corresponding to the reflection intensity of the ultrasonic echo is supplied to an amplifier (amplifier 27a for high frequency, amplifier 27a for low frequency) in the system body 20. Is amplified by the amplifier 27b) and sent to the B-mode signal processing circuit. In the B-mode signal processing circuit, the vibrator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier (a logarithmic amplifier 28a for a high frequency, a logarithmic amplifier 28b for a low frequency), and a detection circuit for envelope detection (a detection circuit 29a for a high frequency). In the case of a low frequency, the signal is detected by a detection circuit 29b), and a gain setting device for gain correction (a gain setting device 30a for a high frequency and a gain setting device 30b for a low frequency) is controlled by a gain control controller 31. Then, the gain is corrected, the signal is synthesized by the synthesizing circuit 32, A / D converted by the A / D converter 33, and image processed by the high-speed image DSP 34. The seat image processed by the DSP 34 is temporarily stored in the image memory 35. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 35, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 34, and converted into image data corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 36. The image is displayed on the television monitor 37 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 20 of the main unit has a host CPU 38 that controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, memory, position information of a drive motor, motor drive, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 38 supervises the processing as an ultrasonic probe by an input according to an external input operation to the main unit.
[0045]
The ultrasonic transducer 1 (or 2) emits an ultrasonic wave by an electric signal transmitted from the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the I / O line 76 (transmission / reception line of the ultrasonic signal) and is reflected from the subject. Ultrasonic waves are received, causing a change in the amount of charge. The electrical change of the ultrasonic transducer 1 (or 2) is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the I / O line 76. Since the electric signal flowing through the I / O line 76 is a frequency signal in the range of 2 kHz to 12 kHz, it becomes a main noise source of unnecessary radiation. In this embodiment, a part of the I / O line 76 is formed of a flexible substrate in the liquid sealing part, and the other part uses a shield line. Since the I / O line 76 is shielded, it has an effect of countermeasures for unnecessary radiation. However, the vicinity of the rotary transformer 21 cannot be shielded. The unnecessary radiation is reduced by examining the position of the electrode at the frequency to be used.
[0046]
The position information signal line of the drive motor 3 rotated and driven in the ultrasonic propagation medium is a signal line for knowing the scanning position of the ultrasonic transducer from the magnetic encoder 15, and noise is transmitted from the transmission / reception unit of the ultrasonic signal. If it does, the position information becomes unstable and the control of the drive motor becomes unstable. In order to stabilize the control of the motor, the I / O section is also electrically shielded so as not to affect the noise.
[0047]
FIG. 2 shows an external perspective view of the ultrasonic probe. FIG. 3 shows an ultrasonic diagnostic apparatus main body. In FIG. 2, reference numeral 6 denotes a handle, in which a relay adjustment board 7 is built. Reference numeral 39 denotes an end of an ultrasonic probe, and a window case 24 made of a window material having ultrasonic transparency is attached to the end. The end 39 of the ultrasonic probe includes a drive motor, an ultrasonic vibrator, and the like. ing. The distal end 39 of the ultrasonic probe and the handle 6 are connected by a hard housing, and the direction of the distal end can be determined by holding the handle 6 by hand. The ultrasonic probe is connected to the connector box 18 by a cable 40 from the handle 6. The ultrasonic probe is connected to the system main body 20 by attaching the connector box 18 to the connector insertion port 41 of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is a knob 42 with a lock mechanism so that the ultrasonic probe does not come off during the diagnosis, and after mounting, the knob 42 is turned to securely lock the connector box 18 to the main body.
[0048]
The tip 39 of the ultrasonic probe has a smooth cylindrical streamline shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The cable 40 includes an input / output line (I / O line) 76 for connecting the ultrasonic vibrator and the ultrasonic diagnostic apparatus main body, an electric control line for driving and controlling the drive motor, a signal line such as an encoder, and shock detection. This is a flexible cable for transmitting a signal line of a temperature sensor or a temperature sensor to the connector box 18, and is protected by a coating and shielded. The cable 40 is grounded at the ultrasonic transducer side and at both ends of the connector box 18. In FIG. 2, since the cable 40 is long, it is omitted in the middle.
[0049]
By configuring the drive motor control drive circuit 19 in the connector box 18, the design of the main body system is reduced, and the specification of the connection between the connector box 18 and the diagnostic apparatus main body is determined in a general manner, so that the probe Even if the specifications are different, the interface with the motor drive circuit can be determined for general purposes. By changing the software aspect of the diagnostic device, the drive control microcomputer 75 and the host CPU 38 can cope with each other, so that there is little change in specifications from the component side of the main body. The control unit of the motor that drives the ultrasonic vibrator can be performed on the probe side, and the drive system of the drive motor on the probe side can be considered to be complete.
[0050]
The main body of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 3 has a liquid crystal display 43, a keyboard 44 for operating the apparatus, and a trackball 45 for moving a scanning angle position and the like, and can be moved by a car 46. . Several connector insertion ports 41 are provided below the main body operation unit such as a keyboard. A hook 47 for fixing the handle of the ultrasonic probe is provided on the side near the operation unit in order to set the ultrasonic probe at a predetermined position where it is easy to work, and may be arranged so that several types of diagnostic probes can be diagnosed. it can.
[0051]
4 and 5 are views of a slotless motor with a core using hexagonal cylindrical windings according to the present embodiment. FIG. 4 is a sectional view, and FIG. 5 is a side view. The slotless motor with a core is a servo-controlled brushless motor, and is a sensorless drive type outer rotor rotating type. The motor of this embodiment is an ultrasonic element drive motor, and is an example of a motor mounted on the tip of a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus. For the sake of explanation, casings such as a window case and a handle are omitted in FIGS.
[0052]
4 and 5, the core 48 is on the fixed side, and the rotor frame 50 with the drive magnet 49 is on the rotating side. The rotor frame 50 has an oval shape, and two semicircular drive magnets 49 are mounted inside the rotor frame 50 so as to face each other. Ultrasonic elements 1 and 2 are attached to the outer peripheral surface of the rotor frame 50 which is flat and flat. Therefore, when the rotor frame 50 rotates about the drive shaft 9 (also referred to as a shaft), the ultrasonic elements 1 and 2 mounted on the rotor frame 50 also rotate about the drive shaft 9. The rotor frame 50 is rotatably supported by bearings 51 and 52. The bearing 51 is attached to a bearing boss 53 provided on the rotor frame 50. The other bearing 52 is attached to the rotor side plate 54, and the rotor side plate 54 is fitted and inserted into the rotor frame 50.
[0053]
In order to control the motor, an encoder magnet 16 is attached to the rotor side plate 54, and a large number of magnetic poles are magnetized on the surface of the encoder magnet 16 at equal intervals. A magnetoresistive element (also referred to as an MR element or an AB phase MR element) 17 is attached to a magnetic material mounting base 55 so as to face the outer periphery of the encoder magnet 16, and the mounting base 55 is mounted to the base housing 56. Thus, the AB phase MR element 17 is arranged and fixed with a small gap provided between the outer circumference of the encoder magnet 16 and the encoder magnet 16.
[0054]
Further, a magnetic encoder is incorporated as relative position information means for knowing rotation position information of the drive rotor. The magnetic encoder includes an encoder magnet 16 on the drive rotor side and an AB phase MR element 17 on the base housing 56 side. The material of the encoder magnet 16 is a plastic magnet, and 12 nylon is used as a base resin.
[0055]
The gap between the encoder magnet 16 and the AB-phase MR element 17 is set to be very small so that the influence of the leakage magnetic flux of the drive magnet 49 is not affected by the encoder output. Since the gap is narrow, it is necessary to reduce the influence of swelling of the encoder magnet 16, cutting runout, assembly runout, and the like. The assembly process is performed in a state where the encoder magnet 16 is bonded and fixed to the rotor side plate 54 to reduce the runout due to the parts. Further, a material in which the content of ferrite in the plastic magnet of the encoder magnet 16 is increased is used. That is, since the encoder magnet 16 is used in the ultrasonic wave propagation medium, a magnet material containing 79% or more of a magnetic material is used in consideration of the swelling effect.
[0056]
A magnetic encoder is incorporated as relative position information means, and the position detecting element of the magnetic encoder is an AB phase MR element 17. The AB phase MR element 17 is an MR element capable of obtaining signals of two channels of A phase and B phase, and has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor can be obtained from the phase difference. Therefore, the rotational position information of the ultrasonic transducers 1 and 2 attached to the rotor frame 50 can be known. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 16 magnetized in multiple poles by the rotary magnetizer and the AB-phase MR element 17 is about 50 μm, and is driven in the ultrasonic wave propagation medium. If they get into the gaps, they are oil-washed before being assembled. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 16 is detected from the AB phase MR element 17, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0057]
The signal of the AB phase MR element 17 passes through a flexible board (also called an AB phase FPC, not shown), is once amplified by the relay amplifier board 14 near the driving rotor, and further converted into a rectangular sinusoidal signal. Connected to the relay adjustment board that performs the wave processing, from which a long wiring process using a cable is performed, connected to the control drive circuit of the drive motor built in the connector box, and the connector box is mounted on the ultrasonic diagnostic equipment body And supplies power to the control drive circuit of the drive motor. Further, depending on the device, the rectangular wave signal of the MR signal is also connected to the system body to transmit pulse information.
[0058]
A rotary transformer 21 is configured to extract signals transmitted to and received from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive rotor. The rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 is attached to a side surface of the rotor frame 50, and the stator-side transformer 23 is attached to the base housing 56 side. Since the rotary transformer 21 has a two-channel configuration, two ring-shaped coil grooves are formed in each of the transformers on the surface facing the transformer, and the windings are arranged in a plane of several turns in the ring-shaped grooves. Have been. The winding of the rotor-side transformer 22 is drawn out to the rotor frame 50 side through a hole 59 formed below the coil grooves 66 and 67 and connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer. Also, the lead wire of the ultrasonic transducer is connected to the FPC 68 attached to the back surface of the rotor-side transformer, and the winding of the rotor-side transformer 22 is electrically connected to the ultrasonic transducer. The stator-side transformer 23 also has ring-shaped coil grooves 69 and 70 at positions facing the windings of the rotor-side transformer 22, and windings 71 are arranged in the coil grooves 69 and 70 for several turns. Is connected to the FPC 72 on the back side of the stator side transformer by passing through a hole 60 provided at the back of the ring groove on the stator side. The FPC 72 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body using a shielded wire or the like.
[0059]
In this embodiment, two ultrasonic transducers are used. Furthermore, since two types of ultrasonic transducers can be mounted, there is an advantage that one ultrasonic probe can be treated as having two different distance resolutions. .
[0060]
Generally, the distance resolution improves as the frequency increases, but as the frequency increases, the attenuation of the ultrasonic waves increases, so that diagnosis cannot be performed in a deep part. Since the child can be switched and used, more convenient ultrasonic diagnosis can be performed.
[0061]
The ultrasonic vibrators 1 and 2 mounted on the rotor frame 50 are mounted at a position 180 degrees away from the drive shaft 9, and ultrasonic waves radiated from one ultrasonic vibrator generate ultrasonic vibrations from the other ultrasonic vibrator. The relative angular position of the two ultrasonic transducers is set to 180 degrees so that the ultrasonic transducer does not receive the ultrasonic signals as noise. The transmitted ultrasonic transducer receives its reflected signal, but if the reflected signal is received by the other ultrasonic transducer, the signal becomes noise, so when using multiple ultrasonic transducers It is necessary to perform phase reception with the same ultrasonic transducer, and to prevent reception signals from being applied to other ultrasonic transducers.
[0062]
In the case of the rotary transformer 21, countermeasures such as cutting off of a ring or a short ring of a material or a magnetic material of the rotary transformer 21 and a leakage magnetic circuit are made to minimize crosstalk. Since crosstalk causes noise in an image, sufficient consideration is required.
[0063]
The ultrasonic transducer has two leads, one is an electric ground (GND), and the other is a signal line. In the ultrasonic probe of the present embodiment, two ultrasonic vibrators are attached to the drive rotor, so there are four lead wires. However, since the electric ground is handled in common, it can be processed as three lead wires. Since the ultrasonic transducers are separated by 180 degrees, the electric ground lines cannot be easily connected to each other. Therefore, they are connected via the FPC 68 provided on the back side of the rotor-side transformer 22. The FPC 68 has lands at four locations, and leads of the ultrasonic vibrator are connected by soldering.
[0064]
A cylindrical core 48 is fixed to the drive shaft 9 (shaft) so as to face the drive magnet 49. The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding.
[0065]
Since the core 48 is a cylindrical core, it is distinguished from a core having a slot and is called a slotless core. The slotless core 48 is provided with an insulating film 62 in a film shape. In the embodiment, the insulating film 62 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin, which is used for the purpose of electrical insulation between the winding 61 and the core 48. Therefore, a thicker film is better. Since a gap is formed between the winding 61 and the core 48 to lower the efficiency, a process for reducing the film thickness as much as possible is adopted. The insulating film can also be formed by spray coating. An electrodeposition coating film on which the insulating film 62 is formed, a vacuum deposition film, or the like is used.
[0066]
The electrodeposition coating film is a film having excellent insulation properties, and can be formed relatively easily industrially. In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, it can be used in environments other than air, such as oil. Under such an environment, the motor can be used. When an insulating tape is used for insulation, the adhesive cannot be used in an environment such as oil because the properties of the adhesive deteriorate. However, an electrodeposition coating film can be used in an environment such as oil without any problem.
[0067]
An example of the step of applying electrodeposition coating to the core will be described below.
[0068]
Put a water-soluble or water-dispersed paint in the bathtub, immerse the core in the bathtub, attach the electrode to the place where the conductive core is coated, and apply electricity between the counter electrode attached to the bathtub, the resin with electric charge The particles migrate to the core by electrophoresis and precipitate. This is washed with water and baked.
[0069]
When the composition, temperature and energizing conditions of the bathtub are controlled to appropriate levels, an electrodeposition coating film with easy adjustment of the coating film thickness and little variation can be obtained, and it can be controlled even with a tolerance of ± 5 μm at 10 μm. Since the core is coated with an electrodeposition coating film also on the outer peripheral portion, if the electrodeposition coating film is managed, there is no problem in terms of motor assembly characteristics. In the case of a thin electrodeposition coating film, it is necessary to pay attention to the strength of the insulating film because the edge coverage of the core edge portion is not so high in order to provide insulation between the core and the winding by the electrodeposition coating film.
[0070]
Further, instead of an electrodeposition coating film, a vapor-deposited polymer thin film may be applied. Since the vapor-deposited polymer thin film has excellent environmental characteristics, it is a film to be used when used in oil or water.
[0071]
The vapor-deposited polymer thin film will be described. The vapor deposition polymerization method is a method of producing a polymer thin film by evaporating and activating a monomer by thermal energy based on a physical vacuum deposition method, and polymerizing the monomer on a base material. This method can be applied to the insulation of the motor core and the material of electronic parts of the present invention since the polymer thin film can be manufactured by a simple device. In order to industrially process a polymer thin film on the insulating film of the motor core, conditions such as controllability of film thickness, uniformity, large area, high processing speed, and reproducibility of film performance are satisfied. A method is required.
This vapor deposition polymerization method has the following features.
(1) It can be polymerized without a medium and without a solvent.
(2) Since it is in a vacuum, contamination of impurities is avoided and a high-purity thin film can be formed.
(3) A thin film can be easily obtained.
(4) Since the molecular arrangement can be controlled, the thin film controllability is good.
(5) A dry process.
(6) The electrical characteristics of the thin film are equivalent to those of a film manufactured by a solution method.
(7) It is most suitable as a thin film method for difficult-to-process polymers.
(8) Since mask deposition is possible, film pattern formation can be simplified.
[0072]
In the case of the motor core, the shape is complicated or the like, so that the omnidirectional simultaneous vapor deposition polymerization method is used. In this omnidirectional simultaneous vapor deposition polymerization method, a substrate and a vacuum chamber wall are heated to a temperature higher than the evaporation temperature of monomer molecules, and two types of monomers are simultaneously introduced into the two, and both react on the substrate to form a vapor. It becomes a dimer or a trimer having a low pressure, adheres to the base material, and further reacts to grow a polymer thin film. Since the monomer molecules evaporate from the entire surface of the vacuum chamber, a thin film can be uniformly formed on a complicated substrate.
[0073]
In addition, in addition to polyamide, polyazomethyl, polyurea, polyoxadiazole, polyurethane, polyester, etc., polyimide, fluorinated polyimide, benzocyclobutene, fluorinated amorphous carbon, organic glass, Parylene or the like is used.
[0074]
Since a thin film formed by vapor deposition polymerization in a vacuum has a good cover coating ratio at the corners of the core, insulation between the winding and the core can be ensured.
[0075]
The core 48 is insulated, and a cylindrical winding 61 is attached to the outer periphery of the core 48. The winding 61 is a cylindrical hexa winding. The tap of the winding 61 is connected to a lead wire 64 via an FPC 63 provided on an end face of the core 48, and the lead wire 64 is drawn out of the rotor through a groove of the drive shaft 9.
[0076]
The rotating portion of the drive motor rotates about the drive shaft 9, and the ultrasonic vibrators 1 and 2 attached to the outer peripheral portion of the rotor fume 50 also rotate about the drive shaft 9. The ultrasonic transducers 1 and 2 are also called transducers, and are components that form the core of the ultrasonic probe. An acoustic lens 65 is provided at the tip of each of the ultrasonic vibrators 1 and 2. The acoustic lens 65 effectively utilizes the phenomenon of refraction. Ultrasonic waves have a higher acoustic velocity in a solid than in a liquid. I have. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used.
[0077]
The beams of the ultrasonic transducers 1 and 2 are scanned in the radial direction orthogonal to the drive shaft 9 of the drive motor. For this purpose, the beam trajectory plane 11 is orthogonal to the drive shaft 9 but is parallel to the handle axis. Therefore, an ultrasonic tomographic image of the beam trajectory plane 11, which is a plane parallel to the axis of the handle, is obtained. Since the ultrasonic vibrators 1 and 2 are rotated by the drive motor, the beam trajectory plane 11 of the ultrasonic vibrator at that time is a plane orthogonal to the drive shaft 9. As can be seen from FIG. 5, the ultrasonic tomographic image acquisition area in the ultrasonic transducer array direction obtained by transmitting and receiving the ultrasonic waves from the ultrasonic transducer is obstructed by the base housing 56 instead of the entire 360-degree circumference. Only a range of ultrasound images can be obtained. The range represents an ultrasonic scannable area that can be scanned by the ultrasonic transducer. In an actual ultrasonic diagnostic apparatus, the angle is set slightly smaller than the geometric angle in consideration of the reflection problem and the like. This angle is called a scanning angle 73. In this embodiment, the angle is 220 degrees.
[0078]
The base housing 56 is formed of a sintered metal by a metal powder injection molding method (Metal Injection Molding = MIM). The base housing 56 of the present embodiment has a complicated three-dimensional shape, requires support rigidity to support the drive motor, and has a stable position of the rotational axis of the ultrasonic vibrator. This is also an important requirement, and the MIM was used for production.
[0079]
In order to manufacture by MIM, the mold shape and the product molding conditions were examined at the following points, and the product shape and the mold product shape were designed from the following viewpoints.
(1) Make the thickness of the parts as uniform as possible.
(2) Even if the shape has a large number of arcs, the release is given priority.
(3) The shape is provided with a support portion and a support portion.
(4) Minimize the number of secondary processing sites after sintering.
(5) Improve accuracy by providing a place where the taper is set to zero.
(6) Light weight.
[0080]
In addition, MIM is similar to a plastic molding method in which a heated and melted thermoplastic substance is injected into a mold at high pressure and high speed and cooled to produce a part. Powder), knead the metal powder and an organic substance such as a resin or wax that serves as a binder to impart fluidity, heat and melt the resulting material, granulate it, and inject it in the same manner as plastic. Do molding. After that, the obtained molded body is degreased by a thermal decomposition method or the like, and then sintered to produce a metal part.
[0081]
The material of the base housing 56 needs to be strong and has stable physical properties with respect to the ultrasonic wave propagation medium. -Co, W-Cu-Ni, W-Fe-Ni, Ti, etc. can be used. SUS304L was used for medical equipment and the like for rust prevention.
[0082]
On the other hand, as the binder, for example, polyethylene, olefin resins such as polypropylene, acrylic resins, styrene resins such as polystyrene, polyamide, polyimide, polyester, polyether, liquid crystal polymer, various thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide, One or a mixture of two or more of various waxes, paraffins and the like were used.
[0083]
As an example of the binder of the base housing 56, an acrylic resin and polystyrene were blended, and the experiment was performed while changing the addition amount. As a result, the addition amount capable of sintering the molded body without a decrease in the dimensions was 35 to 55 vol%. In addition, the base housing 56 was manufactured with an addition amount of about 45 vol%.
[0084]
The kneaded product of the metal powder and the binder is added with a plasticizer, a lubricant, etc. in order to obtain a straight portion without a taper in the MR element mounting portion and the stator side transformer mounting portion in the blank shape of the base housing 56 and without a taper. Substance is added in a small amount.
[0085]
4 and 5, the motor lead wire 64 of the drive motor is drawn out of the groove of the drive shaft 9, and the motor lead wire 64 is three since the drive motor has three phases and Δ connection, The individual motor leads are soldered to a predetermined relay amplifier board 14. The power of the drive motor is supplied from the ultrasonic diagnostic apparatus main body. That is, the motor lead wire is supplied from the main body to the drive motor control drive circuit of the connector box, and from the coil output portion of the drive motor control drive circuit via the relay adjustment board of the handle, and further via the relay amplifier board. 64 (generally distinguished as U-phase, V-phase, and W-phase). The motor lead wire 64 has a small lead wire resistance because a motor driving current flows. That is, the conductor is thickened.
[0086]
As shown in FIG. 4, a rotary transformer 21 is provided for extracting signals transmitted to and received from the ultrasonic transducers 1 and 2 to the outside of the drive rotor. The rotary transformer 21 has the rotor-side transformer 22 mounted on the rotor frame 50 and the stator-side transformer 23 mounted on the base housing 56 side.
[0087]
Since two ultrasonic transducers are mounted, the rotary transformer 21 has a two-channel configuration. Therefore, two ring-shaped grooves are formed in each of the transformers on the transformer facing surface.
[0088]
Coil grooves 66, 67 are formed concentrically on the surface of the rotor-side transformer 22, and a coil having a radius suitable for the grooves is mounted in the coil grooves 66, 67. In order to store the drive motor in the window case, the rotary transformer 21 has a disk shape and is as thin as possible. Depending on the method of processing the coils arranged in the coil grooves 66 and 67, the space for generating the torque of the motor is reduced. Therefore, the connection of the coil terminals is performed using the FPC 68 so as to reduce the deterioration of the characteristics.
[0089]
Since the rotor-side transformer 22 of the rotary transformer 21 can be configured in a thin space, a drive motor for driving a small and lightweight ultrasonic vibrator can be formed, and the drive motor can be built in the tip of the ultrasonic probe. Can be.
[0090]
The stator-side transformer 23 has a two-channel configuration similarly to the rotor-side transformer 22. Two coil grooves 69 and 70 are formed on the transformer facing surface of the stator-side transformer 23 at radial positions facing the coil grooves on the rotor side, and the coil grooves 69 and 70 have windings of a radius suitable for the grooves. Wire 71 is attached. The winding 71 is fixed to the coil groove with an adhesive material that is a non-magnetic material, and the terminal wire of the winding 71 of the stator transformer 23 passes through a hole 60 formed under the groove and is on the back side of the stator transformer 23. It is pulled out and soldered and connected to the FPC 72 attached to the back side of the stator transformer 23. Via the FPC 72, it is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side. The FPC 72 on the back side of the stator-side transformer 23 is soldered to a shielded wire at a position where there is no hindrance to the support portion of the base housing 56, and is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body side.
[0091]
By placing the coil drawer on the back, the stator-side transformer can be configured in a thin space, so that a small and lightweight drive motor for driving the ultrasonic vibrator can be formed. Can be built into the tip.
[0092]
The operating frequency of the ultrasonic diagnostic apparatus is 1 MHz to 10 MHz, which is higher than that of home electric appliances. Therefore, the material of the transformer used is preferably a material whose initial magnetic permeability μi has a flat frequency characteristic in the range of the used frequency, and a material having a relatively small initial magnetic permeability is used. The initial permeability of the rotary transformer of the ultrasonic diagnostic apparatus is preferably 650 or less.
[0093]
In the present invention, the position information of the drive motor is obtained using a magnetic encoder in order to control the drive of the drive motor. Since the ultrasonic vibrator is directly attached to the rotor frame of the drive motor, position information obtained by the magnetic encoder provided on the side surface of the rotor frame can be used as accurate position information of the ultrasonic vibrator. Therefore, the position information used for controlling the drive motor is used as the position information of the image information obtained from the ultrasonic transducer.
[0094]
Since the MR element used in the magnetic encoder of the motor has a phase of 90 degrees, a method with more position information is possible by processing signals.
[0095]
First, the position information of the drive motor will be described (the reference numerals in FIGS. 1 to 5 are used).
[0096]
The drive motor 3 is provided with a magnetic material Z-phase pin 12 on the outer peripheral portion of a rotor frame 50 made of a magnetic material such as SUM24L or SUY as reference position means for knowing reference position information. The Z-phase pin 12 is attached by inserting a cylindrical portion into a cylindrical hole provided on the outer periphery of the rotor frame 50, and a cut surface 57 is provided on both sides so as to be at an acute angle with respect to the driving rotation direction. ing. The magnetic flux to the Z-phase pin 12 is obtained from the drive magnet 49. A Z-phase MR element 13 for detecting the Z-phase pin 12 is mounted on a base housing 56 via a mounting 58 made of a magnetic material. The signal of the Z-phase MR element 13 is connected to the relay amplifier board 14 through a flexible board (or Z-phase FPC, not shown), and is connected to the relay amplifier board 14 on the handle 6 of the ultrasonic probe. It is connected to the adjustment board 7 and is connected from the relay adjustment board 7 to the drive motor control drive circuit 19 in the connector box 18 through the shielded cable. The relay amplifier board 14 amplifies the signal of the Z-phase MR element, and the amplified signal is subjected to rectangular wave processing in the relay adjustment board 7. FIG. 6 shows an example of an amplifying circuit diagram and a rectangular wave processing circuit diagram of the Z-phase MR element in one circuit diagram. FIG. 6 also shows an amplifier circuit diagram of the AB phase MR element signal and a rectangular wave processing circuit diagram. A detailed description of the circuit for the AB phase MR element will be described later. In the circuit of FIG. 6, 13 is a Z-phase MR element, 17 is an AB-phase MR element, 77 is a Z-phase MR operational amplifier, 78 is an A-phase MR operational amplifier, 79 is a B-phase MR operational amplifier, 80 is a Z-phase MR comparator, and 81 is An A-phase MR comparator 82 is a B-phase MR comparator.
[0097]
The reference position means is composed of a magnetic material Z-phase pin 12 and a Z-phase MR element 13. Since the magnetic material has one Z-phase pin 12, the Z-phase MR element 13 performs one rotation of the drive rotor. One pulse signal is detected. Since the signal level of the Z-phase MR signal is low, that is, the voltage of the input terminal 83 is low, the signal is amplified by the Z-phase MR operational amplifier 77 mounted on the relay amplifier board 14 near the motor. Even if the waveform after the operational amplifier is one pulse, when the resistance of the MR element does not change, it becomes a potential determined by the resistors 86 and 87. Usually, the resistors 86 and 87 have the same value because the resistors 86 and 87 have the same value. Indicates the midpoint potential. For example, when the circuit applied voltage is 5 V, about 2.5 V is the midpoint potential. When the Z-phase pin 12 passes through the Z-phase MR element 13, the waveform once rises and falls as shown in FIG. Since the signal immediately from the Z-phase MR element 13 has a small output width and is easily affected by external noise, the relay amplifier board 14 is arranged near the base housing 56 to amplify the signal.
[0098]
Since the signal amplitude after amplification changes due to adjustment of the Z-phase pin, the Z-phase pin 12 is bonded and fixed after checking the output of the Z-phase MR element. The amplified Z-phase signal is subjected to rectangular processing by the waveform shaping circuit 74 of the relay adjustment board 7. The signal of the Z-phase MR element 13 amplified by the relay amplifier board 14 is input to the waveform shaping circuit 74. The input signal is input to a Z-phase MR comparator 80 through a filter composed of a resistor and a capacitor, and is compared with a reference voltage generated by a variable resistor 90. The output signal of the Z-phase MR comparator 80 is When the signal is higher than the reference voltage, the output of the Z-phase MR comparator 80 becomes “H” level (High), and when the signal is lower, it becomes “L” level (Low). A comparator output waveform of the Z-phase MR as shown in FIG. 7B is obtained. As shown in FIG. 7, since the Z-phase MR comparator 80 has hysteresis, the input potential at the rising edge of the comparator output (potential at point s) and the input potential at the falling edge of the comparator output (potential at point e). Does not become the same potential.
[0099]
The signal subjected to the rectangular processing is a rectangular wave signal of 0-5 V, and is hardly affected by external noise.
[0100]
Further, it is necessary to determine the position of the ultrasonic transducer so that the rotation control information of the drive motor can be used as the angle information of the ultrasonic transducer. As a method,
With any of the following, the mounting position of the ultrasonic transducer with respect to the rotor can be determined as an absolute position.
(A) Attach an ultrasonic vibrator in accordance with the Z-phase reference information position of the rotor.
(B) Match the Z-phase reference information of the rotor with reference to the mounting position of the ultrasonic transducer.
[0101]
Hereinafter, a method of matching the Z-phase reference information of the rotor with reference to the mounting position of the ultrasonic transducer will be described. See FIG. 8, FIG.
[0102]
In FIG. 8, the drive motor is mounted on a reference jig in which the angle between the ultrasonic transducer mounting surface of the rotor and the mounting surface of the base housing during Z-phase adjustment is 90 degrees. Since the ultrasonic transducer mounting surface 91 of the rotor frame 50 and the mounting surface 92 of the base housing 56 are fixed at 90 degrees, the mechanical absolute position of the ultrasonic transducer can be determined. In this state, in order to associate the Z-phase MR signal, the width of the “H” level of the Z-phase is determined in advance by the variable resistor 90, and when this width is determined, the screw 93 to which the Z-phase MR element 13 is attached is replaced. The position of the MR element mounting base is shifted in the Z-phase MR element movement adjustment direction shown in FIG. 8 so that the output potential of the Z-phase MR element comparator 80 becomes “H” level in the 90-degree jig fixed state, A screw 93 is tightened and fixed at a position where the output potential of the Z-phase MR element comparator 80 becomes “H” level. At this time, when the comparator signal of the Z-phase MR element is at the “H” level, it indicates that the ultrasonic transducer mounting surface 91 is located at 90 degrees with respect to the mounting surface 92 of the base housing 56. If the width tz at the time of Z-phase adjustment is adjusted to be large, the width becomes an error of the absolute position information of the ultrasonic vibrator, so that the width tz may be specified to be small. Due to workability issues, it has been decided to a certain extent.
[0103]
When the Z-phase adjustment as described above is not performed, the comparator output of the Z-phase MR is set to “H” with respect to the absolute reference position 94 of the ultrasonic transducer as shown in FIGS. 9A and 9C. Since the level is not determined, the absolute reference position 94 of the ultrasonic transducer can be adjusted to a position where the comparator output is at the “H” level as shown in FIG. 9B by performing the Z-phase adjustment.
[0104]
This means that the assembling is performed so that the rising position of the Z-phase comparator signal becomes the rotation reference position of the drive motor. By adjusting the rising position of the Z-phase rectangular wave to, for example, a 90-degree position with respect to the mounting surface of the ultrasonic oscillator of the rotor frame, the reference position of the drive rotor becomes clear from the rising of the Z-phase, The rotation reference positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 become clear. If the positions of the ultrasonic transducers 1 and 2 are determined based on the reference position by the Z-phase signal, the reference of the rotational position of the ultrasonic transducer can be determined without difference between the individual ultrasonic probes. .
[0105]
The drive motor 3 incorporates a magnetic encoder 15 as relative position information means for knowing reference position information. The magnetic encoder 15 is an encoder magnet 16 and an AB phase MR element 17 as a position detecting element. The AB phase MR element 17 has a phase difference of 90 degrees between the A phase and the B phase. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 4 can be obtained from the phase difference.
[0106]
An example of the amplifying circuit and the waveform shaping circuit of the AB phase MR element shown in FIG. 6 will be described with the A phase because the A phase and the B phase are the same in terms of circuit. In the circuit of FIG. 6, reference numeral 17 denotes an AB phase MR element, and the output of the A phase MR element is a voltage at the position of an input terminal 84 (the input terminal of the B phase is 85). When the magnetic poles of the encoder magnet 16 are detected by the AB-phase MR element because of the rotational magnetization, a signal having a sine wave waveform is obtained. If the signal is amplified by the A-phase operational amplifier 78 (B-phase operational amplifier 79), a sine waveform signal of about 1.6 V can be obtained based on the signal amplitude and the amplification factor. For example, when the encoder magnet 16 has 300 poles, the AB phase MR signal also has 300 pulses, so that a signal with a resolution of 300 pulses per rotation can be obtained as the position information of the drive rotor. The A phase and the B phase each have 300 pulses, and have a phase difference of 90 degrees.
[0107]
The amplified A-phase signal (B-phase signal) is subjected to rectangular processing by the waveform shaping circuit 74 of the relay adjustment board 7. The input signal amplified by the relay amplifier board 14 is input to the A-phase MR comparator 81 (the B-phase signal is the B-phase MR comparator 82) through a filter including a resistor and a capacitor, and is formed by the variable resistor 95. The output signal of the A-phase MR comparator 81 is compared with the reference voltage, and when the input signal is higher than the reference voltage, the output of the comparator 81 becomes “H” level, and when the input signal is lower, it becomes “L” level. An A-phase MR comparator output waveform as shown in FIG. 10B is obtained. FIG. 10C shows a comparator output waveform of the B-phase MR comparator 82. The phase difference between the A-phase waveform and the B-phase waveform is 90 degrees. When the motor is rotated in the reverse direction, the phase difference becomes the opposite phase.
[0108]
The absolute position of the ultrasonic transducer is determined from the Z-phase MR signal. In order to make the initial position of the relative position information signal from the ultrasonic transducer as close as possible to the position of the ultrasonic transducer, FIG. From the waveform shaping circuit 74, A-phase, B-phase, and Z-phase rectangular waveforms are obtained. FIG. 10A shows a comparator output waveform of the Z-phase MR.
[0109]
If the absolute position of the ultrasonic transducer is accurate, the image position information of the obtained ultrasonic diagnostic image will be accurate. In FIG. 10, the AB phase MR element waveform is adjusted so that the position of the rising 96 of the Z Z signal has the following relationship. In the Z-phase position adjustment, since the positional relation of the ultrasonic transducer has already been completed, the re-adjustment is not performed because the error increases. Therefore, the AB phase MR element is adjusted.
[0110]
By adjusting so as to satisfy the following (a) and (b), the time from the rise of the output of the Z-phase MR comparator to the rise of the output of the B-phase MR comparator is equal to or less than a quarter of the period of the A-phase MR signal. It's time.
(A) The output of the B-phase MR comparator is set to rise when the output of the Z-phase comparator has an "H" level time width. That is, the rise of the B phase is surrounded by the “H” level of the output of the Z phase MR comparator.
(B) The rising edge of the Z-phase comparator is at the “H” level of the A-phase MR comparator output.
[0111]
The drive motor 3 is rotated in several steps from 300 r / min to 1800 r / min. For example, when the encoder magnet 16 has 300 magnetic poles, the AB phase MR signal also has 300 pulses. Since the drive axis of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, there is no variation and the rotation angle accuracy is good. It becomes an image. By linking the image position information of the ultrasonic vibrator and the rotational position information of the motor, even if the drive motor fluctuates, the image information of the ultrasonic vibrator can be used as accurate angle information. A sound image is obtained. The waveform processing of the AB-phase signal and the Z-phase signal is transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body as a rectangular wave signal, so that the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked. .
[0112]
In addition, although the rectangular wave processing was performed after the output from the MR element was amplified, depending on the structure of the ultrasonic probe, an amplifier circuit could not be provided in the immediate vicinity of the motor. May be directly subjected to rectangular wave processing.
[0113]
(Example 2)
An embodiment of the present invention relates to a so-called multi-plane type ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus capable of arbitrarily changing a cross-sectional position by rotating a vibrator built in a tip of an ultrasonic probe with a motor. .
[0114]
FIG. 11 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a scanning ultrasonic probe according to one embodiment of the present invention. FIG. 12 is an external perspective view of an ultrasonic probe inserted into a body cavity. This ultrasonic probe is used for diagnosis of digestive organs such as the esophagus and intestine, and for ultrasonic diagnosis by inserting the probe directly into blood vessels and scanning the transducer. FIG. 13 is a cross-sectional view of a drive motor that drives the ultrasonic vibrator.
[0115]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an ultrasonic probe and a main body system unit (or main body device). The ultrasonic probe includes a tip (or an insertion section) 101, a handle (or an operation section, a hand operation section) 102, a connector box 103, an insertion tube (or a middle section) 104, and a cable 105. A drive motor for rotating and driving the ultrasonic transducer 106 is provided at the tip 101 of the ultrasonic probe. The driving motor includes a rotor portion (hereinafter referred to as a driving rotor) 107 that rotates together with the ultrasonic transducer 106, and a base housing 108 that supports the driving rotor 107 is built in the tip of the ultrasonic probe. The distal end 101 to the handle 102 are constituted by a flexible insertion tube 104. The insertion tube 104 is an elongated tube inserted into a blood vessel or an oral cavity, and a sheath tube and an electric signal line pass therethrough. A controller knob 109 is formed on the handle 102 of the ultrasonic probe. A connector box 103 is connected to the handle 102 via a cable 105. The connector box 103 has a drive motor control drive circuit 110. The drive motor control drive circuit 110 has a position detection signal processing circuit 111 and a motor drive circuit 112. And a probe CPU 113. An ultrasonic probe is electrically connected to the ultrasonic diagnostic apparatus main body via the connector box 103.
[0116]
The ultrasonic vibrator 106 is attached to the top surface of the rotating part of the drive rotor 107. Therefore, the rotation axis of the ultrasonic vibrator 106 and the drive shaft 114 of the drive motor are the same axis. The beam of the ultrasonic transducer 106 is emitted in the axial direction with respect to the drive shaft 114. An ultrasonic beam trajectory surface 116 is formed in the direction of the beam emission axis 115 on the ultrasonic transducer 106 side. When the drive rotor 107 rotates, the ultrasonic beam trajectory surface 116 of the ultrasonic transducer 106 rotates. The ultrasonic beam trajectory surface 116 is a surface parallel to the drive shaft 114.
[0117]
The ultrasonic probe of the present embodiment is an ultrasonic probe for a body cavity that is inserted into a body cavity of a subject to obtain an ultrasonic image of a test portion in the body cavity, and the ultrasonic probe for a body cavity is An ultrasonic vibrator 106 is provided at the tip, and the ultrasonic vibrator 106 takes an ultrasonic tomographic image at an arbitrary angle within a rotation range that is mechanically determined in advance.
[0118]
Knowing the rotational position information of the drive rotor 107 means knowing the position information of the ultrasonic transducer 106 attached to the drive rotor 107. The rotational position of the drive rotor 107 can be known by using both the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means.
[0119]
The reference position means includes an encoder magnet 117 and an MR element 118. The relative position information means also includes an encoder magnet 117 and an MR element 118. The MR element is an ABZ phase MR element, and a Z phase MR element part and an AB phase MR element part are formed in one MR element. The Z-phase MR element is formed on the ultrasonic transducer side, and the AB-phase MR element is formed on the base housing 108 side. Accordingly, the encoder magnet 117 also has a Z-phase magnetic pole on the ultrasonic transducer side and an AB-phase magnetic pole on the base housing side.
[0120]
As the Z-phase signal of the MR element 118, one pulse signal can be detected for one rotation of the drive rotor 107. Therefore, the reference position of the drive rotor 107 can be known. The Z-phase signal passes through the insertion tube 104, the handle 102, the cable 105, and is connected to the control drive board 110 of the drive motor of the connector box 103. The drive motor control drive circuit 110 of the relay box includes an MR signal position detection signal processing circuit 111, a motor drive circuit 112, and a probe CPU 113. The MR signal is amplified by the position detection signal processing circuit 111 for the MR signal, signal information is further processed by the probe CPU 113, and connected to the main body CPU 119 (or host CPU) on the ultrasonic diagnostic apparatus main body side as communication signal information. Is done. When a signal subjected to rectangular wave processing after amplification is also used as the MR signal, the MR signal is used for an ultrasonic probe for mechanically adjusting the positional relationship with the ultrasonic transducer.
[0121]
The relative position information means includes an AB phase detector of the MR element 118 and an encoder magnet 117 on the drive rotor 107 side. The AB phase detector is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor 107 can be obtained from the phase difference. AB-phase magnetic poles and Z-phase magnetic poles are magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 117. In particular, the AB phase magnetic pole portion is magnetized with multiple magnetic poles, and signals corresponding to the number of magnetic poles are obtained from the MR element 118.
[0122]
The signal information of the AB phase and the Z phase is processed by the probe CPU 113 and transmitted to the main body system 120 of the ultrasonic diagnostic apparatus as communication information of the position information. This is because the position information of the ultrasonic transducer is also required on the main body system side, that is, it cannot be expressed that there is no position information in order to display an image. For example, when the AB-phase magnetic pole of the encoder magnet 117 is a 240-pole magnetic pole, the AB-phase MR signal also has 240 pulses, so that a signal with a resolution of 240 per rotation is obtained as the position information of the drive motor. Since one pulse is generated for one rotation of the Z-phase signal, when the AB-phase pulse is considered based on the Z-phase signal, the AB-phase pulse becomes absolute position information. What you have to do. If the Z-phase position signal and the position information of the ultrasonic transducer are predetermined, the absolute position information may be used. However, if the position signal differs for each probe, the position information is obtained from the ultrasonic transducer. Make corrections for each probe.
[0123]
The connector box 103 is connected to a system main body 120 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and supplies power for driving a drive motor such as the drive motor control drive circuit 110.
[0124]
As the rotational position information means of the drive motor, a potentiometer for detecting a change in resistance value, an optical encoder using a photoelectric sensor, or the like may be used in addition to the magnetic encoder using the MR element as shown in the embodiment.
[0125]
In this embodiment, there is shown an ultrasonic probe that rotates ultrasonic transducers by mounting ultrasonic tomographic images of many tomographic planes on a drive motor without rotating the probe itself. This is an ultrasonic probe that obtains an ultrasonic tomographic image by scanning an ultrasonic beam trajectory plane at an arbitrary angle by rotating an ultrasonic scanning area (for example, a sector-shaped plane). Since such a multi-plane ultrasonic tomographic image can be obtained, it is distinguished as a multi-plane ultrasonic probe.
[0126]
The ultrasonic vibrator 106 of the present embodiment is configured by an ultrasonic vibrator row in which a plurality of ultrasonic vibrators are arranged in a one-dimensional direction, and a pulse driving unit of the ultrasonic vibrator row is a drive motor. The ultrasonic transducer array is rotated by a drive motor.
[0127]
Ultrasonic waves radiated from the ultrasonic transducer 106 are radiated at an angle orthogonal to the radiation surface of the ultrasonic transducer 106 and enter the living tissue. After a part of the ultrasonic wave incident on the tissue is reflected in the tissue, the ultrasonic wave is received by the ultrasonic vibrator 106, converted into an electric signal, and transmitted through several shielded input / output lines. , Via the handle 102, the cable 105, and the connector box 103.
[0128]
Next, a transmission / reception circuit portion in the system main body 120 of the ultrasonic diagnostic apparatus main body will be described.
[0129]
When transmitting an ultrasonic wave into a living body, first, a pulse generator 121 outputs a rate pulse for determining a repetition period of the ultrasonic pulse, and sends the pulse to a pulse oscillator driving circuit 122 having a predetermined ultrasonic frequency. In the vibrator drive circuit 122, a drive pulse is formed to supply a drive signal to the ultrasonic vibrator and generate an ultrasonic wave. The driving pulse radiates the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 106 into the living body.
[0130]
Ultrasonic waves emitted into the living body from the ultrasonic transducer 106 are reflected by the tissue in the living body. The reflected ultrasonic waves are called ultrasonic echoes. The received signal is received by the ultrasonic transducer 106 used for transmission, and a weak reception signal corresponding to the reflection intensity of the ultrasonic echo is amplified by the amplifier 123 in the system main body 120 and then sent to the B-mode signal processing circuit. . In the B-mode signal processing circuit, the vibrator output is logarithmically compressed by a logarithmic amplifier 124, detected by an envelope detection detection circuit 125, and controlled by a gain control unit 127 for a gain setting unit 126 for gain correction. The image data is corrected, synthesized by the synthesizing circuit 128, A / D converted by the A / D converter 129, and subjected to image processing by the high-speed image DSP 130. The seat image processed by the DSP 130 is temporarily stored in the image memory 131. A plurality of images at the time of driving are also stored in the image memory 131, subjected to signal processing using the high-speed image DSP 130, and converted into signals corresponding to a TV scanning format via a digital scan converter (DSC) 132. The image is displayed on the television monitor 133 as a two-dimensional ultrasonic tomographic image. The system main body 120 of the main unit has a host CPU 119 which controls the entire circuit of the apparatus, and comprehensively monitors image data, memory, position information of drive motors, motor drive, and the like, and performs processing instructions. The host CPU 119 supervises the processing as an ultrasonic probe based on an input accompanying an external input operation to the main unit.
[0131]
The external perspective view of the ultrasonic probe shown in FIG. 12 is an example of a multi-plane ultrasonic probe. This is a multi-plane TEE ultrasound probe (TEE) that is inserted orally into a subject and observes the heart from the upper digestive tract including the esophagus and stomach. The insertion tube 104 is constituted by a flexible sheath tube and an electric signal line in the sheath tube, and ultrasonic diagnosis is performed in a state where the portion from the distal end 101 to the insertion tube 104 is inserted into a body cavity. For example, the insertion tube of the ultrasonic probe is inserted into the esophagus from the mouth to perform an ultrasonic diagnosis of an organ near the esophagus, the stomach or the duodenum, and the heart valve moves when the insertion tube 104 is inserted into the esophagus. By rotating the drive motor, the ultrasonic beam trajectory plane formed by the ultrasonic transducer is rotated, and a scanned image is obtained.
[0132]
At the tip 101 of the ultrasonic probe, a window case 134 made of a window material having ultrasonic transparency is attached to the tip, and the tip 101 of the ultrasonic probe has a built-in drive motor, ultrasonic vibrator, and the like. The tip 101 of the ultrasonic probe and the handle 102 are connected by a flexible insertion tube 104. The handle 102 is a hand-held operation unit that is held and operated by hand, and has a controller knob 109 for operation. The controller knob 109 has various switches and can be rotated in various modes. When the controller knob 109 is rotated, the drive motor rotates in the rotating direction and the ultrasonic vibrator also rotates. Therefore, the rotation speed and the like are changed by operating a switch provided on the controller knob 109. A switch for stopping the rotation of the drive motor is also provided on the controller knob 109. The signal of the controller knob 109 is sent from the connector box 103 to the host CPU 119 of the system main body 120, and a command is transmitted from the host CPU 119 to the control circuit of the drive motor in accordance with the command of the controller knob 109. The drive motor is controlled and driven based on the command.
[0133]
The ultrasonic probe is connected to the connector box 103 by a cable 105 from the handle 102. The ultrasonic probe is connected to the system main body 120 by attaching the connector box 103 to the connector insertion port of the ultrasonic diagnostic apparatus. There is a knob 135 with a lock mechanism so that the ultrasonic probe does not come off during the diagnosis, and after mounting, the knob 135 is turned to securely lock the connector box 103 to the main body.
[0134]
In the case of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, only the most frequently used basic operations can be performed at the hand operation unit. However, in the embodiment, the command can be processed by the hand operation on the probe side to perform the command operation. Therefore, all operations of the ultrasonic transducer can be performed by hand operation. In the case of complicated operation or complex operation in the hand operation, the operation can be performed from the operation unit of the ultrasonic diagnostic apparatus main body. The operation function is provided in the operation unit at hand.
[0135]
Since the ultrasonic transducer 106 is provided on the side of the distal end of the probe, it is possible to diagnose the side direction of the affected part in the body cavity, and it is possible to perform a control using only the hand operating part of the handle, for example, by rotating 90 degrees, and to cut the tomographic plane along the insertion axis. (A beam trajectory plane 136 in FIG. 12) and a diagnosis in a direction perpendicular to the insertion axis (a beam trajectory plane 137 in FIG. 12) are possible.
[0136]
The tip 101 of the ultrasonic probe has a smooth cylindrical streamline shape so that it can be easily inserted into a body cavity. The insertion tube 104 and the cable 105 include an input / output line for connecting the ultrasonic transducer and the ultrasonic diagnostic apparatus main body, an electric control line for driving and controlling the drive motor, a signal line for an encoder and the like, a shock detection and a temperature detection. A flexible cable for transmitting a sensor signal line or the like to the connector box 103, which is protected by a coating and shielded.
[0137]
FIG. 13 is a cross-sectional view of the outer rotor rotating type brushless motor with a core according to the present embodiment. This motor is an ultrasonic vibrator drive motor, and is an example of a motor mounted on the tip of a probe of an ultrasonic diagnostic apparatus.
[0138]
In FIG. 13, the ultrasonic vibrator 106 is configured in the frame of the housing of the element holder 138, is mounted on the top surface of the rotor fume 139 of the drive motor, and rotates about the drive shaft 114. An acoustic lens 140 is provided at the tip of the ultrasonic transducer 106. The acoustic lens 140 effectively utilizes the phenomenon of refraction. Ultrasonic waves have a faster acoustic velocity in a solid than in a liquid. I have. In addition to the concave acoustic lens, an ultrasonic transducer to which a flat acoustic lens or a convex acoustic lens is attached is used. The signal line of the ultrasonic vibrator 106 passes through a hole in the center of the hollow drive shaft 114 and is drawn out of the drive motor.
[0139]
The beam of the ultrasonic transducer 106 is emitted in the drive axis direction. An ultrasonic beam trajectory surface 116 is formed in the direction of the beam emission axis 115 on the ultrasonic transducer 106 side. Since the ultrasonic vibrator 106 attached to the top surface of the rotor frame 139 rotates around the drive shaft 114, the ultrasonic beam trajectory surface 116 of the ultrasonic vibrator 106 also rotates. The ultrasonic beam trajectory surface 116 is a surface parallel to the drive shaft 114. Since the ultrasonic beam trajectory plane 116 can move to an angle other than the beam trajectory plane 136 of the tomographic plane along the ultrasonic probe insertion axis and the beam trajectory plane 137 perpendicular to the insertion axis, An ultrasonic diagnostic apparatus capable of taking an ultrasonic tomographic image of the present invention is useful for medical diagnosis.
[0140]
Since the multi-plane TEE ultrasonic probe of the present embodiment can observe the image of the diagnostic site from inside the body cavity, the transesophageal ultrasonic probe is not affected by intercostal or ultrasonic attenuation due to subcutaneous fat. In addition, a blood vessel-inserted ultrasonic probe is not affected by ultrasonic attenuation due to subcutaneous fat, so that a clear image can be obtained and a tomographic plane viewed from an arbitrary direction in a body cavity can be observed.
[0141]
One example of the ultrasonic probe according to the present embodiment is a multi-plane transesophageal ultrasonic probe that is inserted into the esophagus and obtains an ultrasonic tomographic image of the heart, and is an embodiment of a biplane transesophageal ultrasonic probe.
[0142]
The ultrasonic transducer 106 is configured by an ultrasonic transducer row in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a one-dimensional direction, and can simultaneously obtain an image of the beam trajectory plane 116. By driving the drive motor on which the ultrasonic transducer row is mounted in the following operation modes, complicated image diagnosis can be performed.
(A) Constant speed rotation operation
(B) Step operation (1st, 2nd, 3rd)
(C) 15 degree biplane operation
(D) 90-degree biplane operation
(E) External synchronous biplane operation
The (a) constant-speed rotation operation is an operation mode in which a plurality of two-dimensional images at angular positions at an arbitrary time can be synthesized to perform three-dimensional image processing. The size and direction can be grasped.
[0143]
The step operation (b) is for observing a two-dimensional image at a constant angular interval. This is an operation mode in which a plurality of two-dimensional images can be synthesized to perform three-dimensional image processing, and the size of a heart, the size and direction of a diseased part, and the like can be grasped.
[0144]
The 45-degree biplane operation of (c) sets the ultrasonic transducer angles to 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, and 180 ° for a patient whose heart position and angle are slightly shifted due to individual differences and the like. A measurement mode for instantly obtaining a basic cross-sectional image of a patient from the moved image.
[0145]
(D) The 90-degree biplane operation is also performed on a patient whose heart position and angle are slightly shifted due to individual differences, etc., from an image obtained by moving the ultrasonic transducer angle by 0 °, 90 °, and 180 °. A measurement mode for instantly obtaining a basic cross-sectional image of a patient.
[0146]
In the external synchronization mode (e), since the heartbeat of each person is different, the biplane operation of (3) or (4) cannot be performed in a preset time, so that the biplane is synchronized with the heartbeat. This is an operation mode in which the operation of the heart valve is operated and the movement of the heart valve is observed instantaneously.
[0147]
Such an operation mode is possible by directly driving the ultrasonic transducer with a motor.
[0148]
The drive rotor has a rotor frame 139 integrally formed with a hanging part 142 for attaching a drive magnet 141, a drive shaft 114, and a spigot part 143 for attaching an ultrasonic vibrator. The ring-shaped drive magnet 141 is an anisotropic neodymium magnet having a characteristic of BHmax = 39MGOe and is magnetized with eight poles. The core 144 is bonded and fixed to the central cylindrical portion 145 of the base housing 108 at a position facing the drive magnet 141. The core 144 has six salient poles, and the winding 146 is wound in three phases. The core is electroplated for insulation between the core 144 and the winding 146.
[0149]
The insulating film of the core 144 is an electrodeposition coating film of an epoxy resin and is used for the purpose of electrical insulation between the winding 146 and the core 144. Therefore, a thicker film is better. Since a gap is formed between the core 146 and the core 144 to reduce the motor efficiency, the film thickness is formed as thin as possible. For example, as the insulating film, a core having a thickness of 50 μm or less was used. The electrodeposition coating film is a film having excellent insulation properties, and can be formed relatively easily industrially. In addition, since the electrodeposition coating film has excellent environmental resistance, it can be used in environments other than air, such as oil. Under such an environment, the motor can be used. In an ultrasonic diagnostic apparatus using a drive motor in an ultrasonic propagation medium, an electrodeposition coating film or a vacuum deposition film is often used for a core of the drive motor.
[0150]
In a three-phase brushless motor of a vibration motor, a wire wound on a core is subjected to a Y connection process, and a common wire thereof is U-phase, V-phase, and W-phase so as not to be taken out of the motor. Process the three lines of the phase. These three wires are connected by soldering to the FPC 147 attached to the base housing 108, the FPC 147 is drawn out of the drive motor, and the motor lead wire from the drive motor control drive circuit is connected to the land of the drawn FPC 147. I do.
[0151]
The rotor frame 139 to which the ultrasonic vibrator 106 is attached has the drive shaft 114 rotatably supported by bearings 148 and 149. The bearings 148, 149 are fixed inside the central cylindrical portion 145 of the base housing 108, and can rotate about the drive shaft 114.
[0152]
Knowing the rotational position of the ultrasonic vibrator is necessary for displaying an image. Therefore, it is necessary to know the rotational position information of the rotor frame 139 to which the ultrasonic vibrator is attached. The rotational position of the rotor frame 139 is obtained by using the reference position means serving as a reference for one rotation and the relative position information means together with the rotational position information of the rotor frame 139.
[0153]
The encoder magnet 117 and the MR element 118 serve as reference position means for knowing reference position information of the rotor frame 139. The encoder magnet 117 has the same Z-phase magnetic pole part and the AB-phase magnetic pole part as the encoder magnet 117. Although it cannot be seen from the external appearance because it is magnetized, the polar state of the magnetic pole can be seen by using the MR element. In the MR element 118, AB-phase and Z-phase detection units are formed in one element. Since the Z-phase detector is configured on the ultrasonic transducer side of the MR element 118, the Z-phase magnetic pole also exists on the ultrasonic transducer side of the encoder magnet 117. The Z-phase magnetic pole is monopolar magnetized in one place in one rotation. If it is not possible to create a single-pole magnetic pole neatly, only one portion of the Z-phase portion of the encoder magnet has the same diameter as the AB-phase magnetic pole portion, and the other portions constitute the encoder magnet as one paragraph.
[0154]
As the Z-phase MR element signal, one pulse signal is detected for one rotation of the rotor frame. The Z-phase signal is connected to the drive motor control drive circuit 110 of the relay box through the handle and the cable through the insertion tube. The MR signal is amplified by the position detection signal processing circuit 111 of the MR signal of the drive motor control drive circuit 110 of the relay box, and the signal processing is performed by the probe CPU 113. Connected to main unit CPU 119.
[0155]
The relative position information means also includes an encoder magnet 117 and an MR element 118. The MR element is an ABZ phase MR element, and a Z phase MR element part and an AB phase MR element part are formed in one MR element. The Z-phase MR element is formed on the ultrasonic transducer side, and the AB-phase MR element is formed on the base housing 108 side. Therefore, the encoder magnet 117 also has a Z-phase magnetic pole on the ultrasonic transducer side, and an AB-phase magnetic pole on the base housing 108 side.
[0156]
In order to prevent the influence of the leakage magnetic flux of the drive magnet 141 from being affected by the encoder output, the rotor frame is made thicker and the encoder magnet 117 is made thicker, and the gap between the encoder magnet 117 and the MR element 118 is very narrow. You have set.
[0157]
The magnetic encoder incorporated as the relative position information means comprises the AB phase and the Z phase with a pair of encoder magnets and an MR element. The AB phase detector of the MR element 118 is an MR element that can obtain signals of two channels of A phase and B phase, and the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees. Since the phase difference between the A phase and the B phase is 90 degrees, the rotation direction of the drive rotor can be obtained from the phase difference. Therefore, the rotational position information of the ultrasonic transducer 106 attached to the rotor frame 139 can be known. The AB-phase magnetic pole is obtained by being magnetized on the outer periphery of the encoder magnet 117 into multiple poles by a rotary magnetizer. The gap between the outer periphery of the encoder magnet 117 and the AB phase MR element 118 is about 50 μm, and is driven in an ultrasonic wave propagation medium. Incorporation is done above. The number of signals corresponding to the number of magnetic poles of the encoder magnet 117 is detected from the MR element 118, and the drive motor is controlled as a motor control signal.
[0158]
The signal information of the AB phase and the Z phase is processed by the probe CPU 113 and transmitted to the system body 120 of the ultrasonic diagnostic apparatus as communication information of position information. The main body system also needs the position information of the ultrasonic transducer to display an image. The Z-phase signal and the AB-phase signal are also used to determine the reference position and the relative position. The signals are processed by the probe CPU 113 to determine the Z-phase signal position and the ultrasonic transducer position. It can be managed as position information based on the position of the child.
[0159]
The relay box is connected to a system main body of the ultrasonic diagnostic apparatus main body and supplies power for driving a drive motor such as a drive motor control drive circuit.
[0160]
The gap between the encoder magnet 117 and the MR element 118 is set to be very small so that the influence of the leakage magnetic flux of the drive magnet 141 is not affected by the encoder output. Since the gap is narrow, it is necessary to reduce the influence of swelling of the encoder magnet 117, cutting runout, assembly runout, and the like. The encoder magnet 117 is bonded and fixed to the rotor frame 139 to reduce the deflection of the outer peripheral surface of the encoder magnet. Further, a material having a high ferrite content in the plastic magnet of the encoder magnet 117 is used. That is, since the encoder magnet 117 is used in the ultrasonic wave propagation medium, a magnet material containing 79% or more of a magnetic material is used in consideration of the swelling effect. For example, the material of the encoder magnet 117 is a plastic magnet, and 12 nylon is used as a base resin.
[0161]
For example, when the encoder magnet 117 has 240 poles, the AB phase MR signal also has 240 pulses, so that a signal having a resolution of 240 pulses per rotation can be obtained as the position information of the drive rotor. Both A phase and B phase have 240 pulses.
[0162]
The base housing 108 is formed from a sintered metal by a metal powder injection molding method. SUS316L is used as a material to stabilize molding accuracy and sintering dimensional accuracy.
[0163]
In the ultrasonic probe according to the second embodiment, the MR signal processing circuit is of a type configured in a relay box. As in the other embodiments, there is a method of forming a relay board at the tip or handle of an ultrasonic probe for processing an MR signal. In addition, there is a method such as dividing the relay board as in the first embodiment. However, the relay box, which is the main feature of the present invention, has a control drive circuit board for the drive motor. The ultrasonic transducer of the probe can be controlled on the probe side. By processing the Z-phase and AB-phase signals by the probe CPU 113, it can be managed as position information based on the position of the ultrasonic transducer, so that other diagnostics can be performed by unifying the interface specifications on the probe side and the main body side. The connection can be made with the ultrasonic probe used. By analyzing the display function of the main unit and corresponding to other models, it is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can be used in many medical departments with one system.
[0164]
As described above, the two-dimensional scanning ultrasonic probe according to the present embodiment is lightweight and small, and the main mechanism of the driving unit is built in the tip of the probe. According to the ultrasonic transducer, a wide-angle ultrasonic tomographic image can be obtained.
[0165]
The two-dimensional scanning by the two-dimensional scanning ultrasonic probe of the present embodiment is possible, and with the rotation of the drive motor to which the ultrasonic transducer is fixed, the rotation angle signal is transmitted from the encoder on the drive motor side to the ultrasonic diagnosis. The data is transmitted to the apparatus, and a two-dimensional ultrasonic tomographic image is obtained.
[0166]
In the second embodiment, the amplification circuit for the AB phase MR signal is provided. However, the amplification is not performed due to the relationship between the circuit and the signal level. Of the ultrasonic diagnostic apparatus.
[0167]
In the first and second embodiments, a Z-phase MR element is used in addition to the AB-phase MR element. In this embodiment, the absolute position information is set by the Z-phase MR signal. The method of setting the absolute position of the rotor without using the Z-phase MR element is often mechanically complicated. In the case of the present invention, the absolute position is made possible under the following conditions.
(A) The rotation of the rotor is regulated, and the regulated end point is set as the coordinate origin. This is possible with an oscillating ultrasonic diagnostic probe. That is, the transesophageal ultrasonic probe as shown in the second embodiment does not need to rotate continuously.
(B) The core is energized under certain set conditions, the rotor is locked, and the ultrasonic vibrator is mounted in the locked state. If the position is set as the coordinate origin, the angular position information may be determined from the position based on the relative information.
[0168]
The ultrasonic probe as described above performs a sitting image process using the position information of the ultrasonic transducer in conjunction with the control information of the drive motor mounted on the tip, so that an ultrasonic probe with accurate position information can be obtained. An ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe can be provided, which contributes to the medical field.
[0169]
【The invention's effect】
As is clear from the description of the above embodiment,
(1) A two-dimensional scanning ultrasonic vibrator drive motor of an electro-mechanical scanning type includes an ultrasonic wave propagating medium, and a drive shaft of the drive motor and a rotational axis of the ultrasonic vibrator are coaxially arranged in a window case. By configuring the configured ultrasonic vibrator drive motor, the mechanism can be reduced in size and weight, the sealing range of the ultrasonic propagation medium can be narrowed, and the overall weight of the ultrasonic probe can be reduced.
(2) Since the drive shaft of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic vibrator are the same axis, the position information of the drive motor can be used as the position information of the ultrasonic vibrator, resulting in a highly accurate device. (3) A drive motor for driving the ultrasonic vibrator is formed at the tip of the ultrasonic probe, and the ultrasonic vibrator is directly attached to the drive motor. Position information errors can be eliminated.
(4) Adjusting the Z-phase reference information of the rotor based on the mounting position of the ultrasonic vibrator so that the rotation control information of the drive motor can be used as angle information of the ultrasonic vibrator. The position can be determined.
(5) A small ultrasonic probe in which the position information detector of the drive motor is used as the position information detector of the ultrasonic transducer, and the motor for driving the ultrasonic transducer is provided at the tip of the ultrasonic probe.
(6) The position information resolution of the ultrasonic transducer can be increased by using the position information detector of the drive motor as the position information detector of the ultrasonic transducer and increasing the resolution of the position detector of the drive motor. .
(7) By adjusting the rise of the A-phase (or B-phase) signal within the determined signal width of the Z-phase signal, it is possible to associate the position information of the ultrasonic transducer with the relative position information of the rotor. It becomes.
(8) By interlocking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor, the image information of the ultrasonic transducer can be used as accurate angle information even if the drive motor fluctuates in rotation. A good ultrasonic image can be obtained.
(9) The AB-phase signal and the Z-phase signal are subjected to waveform processing and transmitted as a rectangular wave signal to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus, whereby the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor are linked. be able to.
(10) By processing the waveform information of the AB phase signal into a rectangular wave and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked.
(11) Waveform processing of the AB-phase signal and the Z-phase signal, information processing is performed by the microcomputer on the probe side, the position information is converted into a bit information amount, and transmitted and received between the probe side and the main body side by serial communication means or the like. By transmitting the information, the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor can be linked.
(12) The waveform of the AB phase signal is processed, the information is processed by the microcomputer on the probe side, and the absolute position of the ultrasonic transducer is grasped based on the information when the ultrasonic transducer is attached. The microcomputer on the probe side manages information processing, converts the position information into a bit information amount, transmits and receives the information to and from the probe side and the main body side by serial communication means, etc., and transmits information, thereby transmitting the image position information of the ultrasonic transducer. And the rotation position information of the motor.
(13) An ultrasonic vibrator drive motor in which the drive shaft of the drive motor and the rotational axis of the ultrasonic vibrator are configured to be the same axis is configured to reduce the size and weight of the mechanism and narrow the sealing range of the ultrasonic propagation medium. In addition to reducing the overall weight of the ultrasonic probe, the drive shaft of the drive motor and the rotation axis of the ultrasonic transducer are the same axis, so that the position information of the drive motor can be used as the position information of the ultrasonic transducer. This is an apparatus that can be adopted and has high accuracy, and can obtain a high-quality ultrasonic tomographic image on a beam trajectory plane parallel to the cable axis.
(14) Due to the positional relationship between the drive motor and the ultrasonic vibrator, since the ultrasonic vibrator is configured within the range of the internal axis of the drive motor, the two-dimensional ultrasonic wave can be compactly configured in the window case. An image scanning mechanism can be built in. A drive motor for scanning ultrasonic waves can be made small and lightweight, and an ultrasonic probe having a drive motor built in a window case can be provided. Ultrasonic diagnosis can be performed using the probe, and an ultrasonic diagnostic apparatus that can improve the convenience of diagnosis can be provided.
(15) The beam trajectory plane of the ultrasonic transducer is oriented in the same direction with respect to the cable axis, the drive motor axis is perpendicular to the cable axis, and the beam trajectory plane is parallel to the cable axis. It is possible to obtain an ultrasonic tomographic image serving as a scanning surface which is a simple surface. Since the drive motor of the two-dimensional drive unit can be built in the window case, a small and lightweight ultrasonic probe can be obtained. Ultrasound diagnosis using this can be performed, and the convenience of diagnosis can be improved. The position of the ultrasonic transducer is stable, the trajectory of the beam is stable, and a normal diagnostic image can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an entire ultrasonic diagnostic apparatus using a mechanical sector scanning ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an ultrasonic diagnostic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a drive motor of the ultrasonic transducer drive motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a structural diagram of a drive motor of the ultrasonic transducer drive motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an MR element signal amplification circuit and a waveform shaping circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a Z-phase MR signal waveform according to the first embodiment of the present invention; FIG. 7A is a diagram showing a waveform after amplification; FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram for adjusting a Z-phase MR element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a Z-phase rectangular signal for explaining Z-phase MR element adjustment according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a waveform after waveform shaping of the MR element according to the first embodiment of the present invention.
(A) Diagram showing Z-phase element signal
(B) Diagram showing A-phase element signals
(C) Diagram showing B-phase MR signal
FIG. 11 is a schematic block diagram showing the whole of an ultrasonic diagnostic apparatus using an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an external perspective view of an ultrasonic probe according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 13
Sectional view of a drive motor of an ultrasonic transducer drive motor according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 2, 106 ultrasonic transducer
3 Drive motor
4,107 drive rotor
5, 56, 108 Base housing
6, 102 handle
7 Relay adjustment board
8. Ultrasonic propagation medium volume adjustment mechanism
9,114 drive shaft
10, 115 Beam emission axis
11, 116, 136, 137 Ultrasonic beam trajectory plane
12 Z phase pin
13 MR element (Z phase)
14 Relay amplifier board
15 Magnetic encoder
16, 117 Encoder magnet
17 MR element (AB phase)
18, 103 Connector box
19,110 Drive motor control drive circuit
20, 120 System body
21 Rotary transformer
22 Transformer on rotor side
23 Stator side transformer
24,134 window case
25, 121 pulse generator
26,122 Oscillator drive circuit
27a, 27b, 123 Amplifier
28a, 28b, 124 logarithmic amplifier
29a, 29b, 125 detection circuit
30a, 30b, 126 Gain setting device
31, 127 Gain control controller
32,128 synthesis circuit
33, 129 A / D converter
34, 130 DSP
35, 131 Image memory
36, 132 DSC
37, 133 TV monitor
38, 119 Host CPU
39, 101 Tip
40, 105 cable
41 Connector outlet
42, 135 knob
43 Display
44 keyboard
45 Trackball
46 cars
47 hook
48,144 core
49,141 Drive magnet
50, 139 rotor frame
51, 52, 148, 149 Bearing
53 Bearing boss
54 Rotor side plate
55, 58 Mounting base
57 Inclined surface (cut surface)
59, 60 holes
61, 71, 146 winding
62 insulating film
63, 68, 72, 147 FPC
64 lead wires
65, 140 Acoustic lens
66, 67, 69, 70 Coil groove
73 scanning angle
74 Waveform shaping circuit
75 Drive control microcomputer
76 I / O line
77 Z-phase MR operational amplifier
78 A-phase MR operational amplifier
79 B-phase MR operational amplifier
80 Z-phase MR comparator
81 A-phase MR comparator
82 B-phase MR comparator
83, 84, 85 input terminals
86, 87, 88, 89 resistance
90,95 Variable resistor
91 Ultrasonic transducer mounting surface
92 Base housing mounting surface
93 screws
94 Absolute reference position of ultrasonic transducer
96 Rise of Z-phase signal
104 insertion tube
109 Controller knob
111 position detection signal processing circuit
112 Motor drive circuit
113 Probe CPU
118 MR element (ABZ phase)
138 Element holder
142 Hanging part
143 Inlay part
145 Central cylindrical part
tz Time width of “H” level of Z-phase rectangular signal

Claims

An ultrasonic probe including a window case made of a window material having ultrasonic transparency and including an ultrasonic oscillator and a drive motor for driving the ultrasonic oscillator in a window case with an ultrasonic propagation medium. Attach the ultrasonic vibrator to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, rotate the ultrasonic vibrator around the drive shaft of the drive motor, and form an ultrasonic beam trajectory surface of the ultrasonic vibrator with the rotation, An encoder having signal transmission means for a rotary-side ultrasonic vibrator, wherein the drive motor and the ultrasonic vibrator have the same rotation center and the same number of rotations, and generate two-phase signals having a phase difference of 90 degrees. And an amplifying circuit for amplifying the two-phase output signal of the encoder and a shaping processing circuit for performing a rectangular wave process on the amplified signal, wherein the two-phase output signal from the shaping processing circuit is used as position information of the drive motor. The ultrasound probe, characterized in that the rectangular position information is also transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, in conjunction with the image position information and the rotation position information of the motor of the ultrasonic vibrator.

An encoder for generating a two-phase signal having a phase difference of 90 degrees, and a shaping circuit for performing a rectangular wave processing without amplifying the two-phase output signal of the encoder, wherein a two-phase output from the shaping circuit is provided. The signal is used as position information of a drive motor, and the rectangular position information is also transmitted to the ultrasonic diagnostic apparatus main body, and is linked with the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor. An ultrasonic probe as described.

An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an image processing device that uses drive motor position information obtained by the ultrasonic probe according to claim 1 as processing position information of an ultrasonic tomographic image on a beam locus plane.

An ultrasonic probe including a window case made of a window material having ultrasonic transparency and including an ultrasonic oscillator and a drive motor for driving the ultrasonic oscillator in a window case with an ultrasonic propagation medium. Attach the ultrasonic vibrator to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, rotate the ultrasonic vibrator around the drive shaft of the drive motor, and form an ultrasonic beam trajectory surface of the ultrasonic vibrator with the rotation, A signal transmitting means for the ultrasonic transducer on the rotating side, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer have the same rotation center and the same number of revolutions, and have a phase difference of 90 degrees as relative position information means of the motor; An encoder for generating a phase signal; a detector constituted by a pin on the outer periphery of the rotor frame as reference position information means and an MR element; a two-phase output signal of the encoder of the relative position information means; An amplifier circuit for amplifying the output signal of the detector of the quasi-position information means and a shaping circuit for performing a square wave process on the amplified signal are provided, and the two-phase output signal and the one-phase output signal from the shaping circuit are driven. An ultrasonic probe which is used as position information of a motor and transmits the rectangular position information to an ultrasonic diagnostic apparatus main body, and is linked with image position information of an ultrasonic transducer and rotation position information of a motor.

A shaping circuit for performing a rectangular wave processing without amplifying the two-phase output signal of the encoder of the relative position information means and the output signal of the detector of the reference position information means, and outputting the two phases from the shaping processing circuit The signal and the one-phase output signal are used as the position information of the drive motor, and the rectangular position information is also transmitted to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus so that the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor are linked. The ultrasonic probe according to claim 4, wherein:

An ultrasonic diagnostic apparatus having an image processing device for performing processing as information on processing position of an ultrasonic tomographic image of a beam trajectory plane obtained by the ultrasonic probe according to claim 4.

An ultrasonic probe including a window case made of a window material having ultrasonic transparency and including an ultrasonic oscillator and a drive motor for driving the ultrasonic oscillator in a window case with an ultrasonic propagation medium. Attach the ultrasonic vibrator to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, rotate the ultrasonic vibrator around the drive shaft of the drive motor, and form an ultrasonic beam trajectory surface of the ultrasonic vibrator with the rotation, An encoder having signal transmission means for a rotary-side ultrasonic vibrator, wherein the drive motor and the ultrasonic vibrator have the same rotation center and the same number of rotations, and generate two-phase signals having a phase difference of 90 degrees. And information obtained by subjecting the two-phase output signal of the encoder to waveform processing as drive motor position information, and further, the position of the drive motor as ultrasonic transducer position information based on the same reference position information means. Distribution and comprises means for transmitting the converted bit communication information to the apparatus body, an ultrasound probe, characterized in that in conjunction with the image position information and rotation position information of the motor of the ultrasonic vibrator.

An ultrasonic probe including a window case made of a window material having ultrasonic transparency and including an ultrasonic oscillator and a drive motor for driving the ultrasonic oscillator in a window case with an ultrasonic propagation medium. Attach the ultrasonic vibrator to the outer periphery of the rotor frame of the drive motor, rotate the ultrasonic vibrator around the drive shaft of the drive motor, and form an ultrasonic beam trajectory surface of the ultrasonic vibrator with the rotation, A signal transmitting means for the ultrasonic transducer on the rotating side, wherein the drive motor and the ultrasonic transducer have the same rotation center and the same number of revolutions, and have a phase difference of 90 degrees as relative position information means of the motor; An encoder for generating a phase signal; a detector comprising a pin on the outer periphery of the rotor frame as reference position information means and an MR element; a two-phase output signal of the encoder for relative position information means; The information obtained by performing waveform processing on the output signal of the detector of the quasi-position information means is used as the position information of the drive motor, and the position information of the drive motor is used as the position information of the ultrasonic transducer based on the same reference position information means. An ultrasonic probe, comprising: means for converting bit communication information to the side and transmitting the bit communication information, and interlocking the image position information of the ultrasonic transducer and the rotational position information of the motor.

An ultrasonic diagnostic apparatus having an image processing apparatus for performing processing as processing position information of an ultrasonic tomographic image of a beam trajectory plane obtained by the ultrasonic probe according to claim 7.