(57)【要約】【課題】部品を収納するスペースを確保しつつ伸縮することができる超音波プローブを提供する。【解決手段】この超音波プローブは、複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサを収納した筐体と、を具備し、筐体の少なくとも一部は、連続して結合する複数の多角形体から構成され、複数の多角形体を結合する辺縁が折れ曲がることにより筐体が伸縮可能となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを収納した筐体と、
を具備し、前記筐体の少なくとも一部は、連続して結合する複数の多角形体から構成され、前記複数の多角形体を結合する辺縁が折れ曲がることにより前記筐体が伸縮可能である、超音波プローブ。
【請求項２】
前記筐体の伸びた状態を維持する伸長状態維持機構をさらに具備する、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記筐体の縮んだ状態を維持する収縮状態維持機構をさらに具備する、請求項１又は２記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記筐体内に流体を充填及び排出する機構をさらに具備する、請求項１乃至３の何れか一項記載の超音波プローブ。
【請求項５】
複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、前記複数の超音波トランスデューサを収納した筐体と、を具備し、前記筐体の少なくとも一部は、連続して結合する複数の多角形体から構成され、前記複数の多角形体を結合する辺縁が折れ曲がることにより前記筐体が伸縮可能である超音波プローブと、
前記伝送信号を受信し、前記伝送信号に基づいて画像信号を形成する超音波診断装置本体と、
を有する超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受信する超音波トランスデューサを含む超音波プローブ、及び、超音波プローブと超音波診断装置本体とによって構成される超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。
【０００４】
一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波プローブが用いられる。このような超音波プローブとしては、体表面から撮像を行うもの、体腔内に挿入して撮像を行うものなど、用途に応じた種々の形状及び長さのものが開発されている。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、体腔内用超音波プローブにおいて、握り部内に体腔内挿入部を挿通できるようにすることで、体腔内挿入長さを調整可能としたものが開示されている。
しかしながら、特許文献１のように握り部内に体腔内挿入部をそのまま出し入れする構成においては、握り部内に回路基板等の部品を収納するスペースを十分確保することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、部品を収納するスペースを確保しつつ伸縮することができる超音波プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波プローブは、複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサを収納した筐体と、を具備し、筐体の少なくとも一部は、連続して結合する複数の多角形体から構成され、複数の多角形体を結合する辺縁が折れ曲がることにより筐体が伸縮可能となっている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超音波プローブの筐体の少なくとも一部が、連続して結合する複数の多角形体から構成され、複数の多角形体を結合する辺縁が折れ曲がることにより筐体が伸縮可能であるので、部品を収納するスペースを確保しつつ、超音波プローブを伸縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波プローブの外観を示す斜視図であり、図１（ａ）は筐体の伸びた状態、図１（ｂ）は筐体の縮んだ状態を示している。
【図２】図１に示す超音波プローブの内部構造を示す断面図であり、図２（ａ）は筐体の伸びた状態、図２（ｂ）は筐体の縮んだ状態を示している。
【図３】多角形状の折り目の１つの例を示す図であり、図３（ａ）は展開図、図３（ｂ）は筒状にした場合の斜視図、図３（ｃ）は筒状にして且つ折りたたんだ場合の斜視図である。
【図４】多角形状の折り目の他の例を示す図であり、図４（ａ）は展開図、図４（ｂ）は筒状にした場合の斜視図、図４（ｃ）は筒状にして且つ折りたたんだ場合の斜視図である。
【図５】筐体の伸びた状態を維持する伸長状態維持機構を示す断面図である。
【図６】筐体の縮んだ状態を維持する収縮状態維持機構を示す断面図である。
【図７】筐体内に流体を充填及び排出する機構についての概略説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波プローブの外観を示す斜視図である。図１（ａ）は筐体の伸びた状態、図１（ｂ）は筐体の縮んだ状態を示している。図２は、図１に示す超音波プローブの内部構造を示す断面図であり、図２（ａ）は筐体の伸びた状態、図２（ｂ）は筐体の縮んだ状態を示している。超音波プローブ１０は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、ラジアルスキャン方式等の体腔内用プローブでも良いが、特に、産科用の経膣プローブに適している。
【００１３】
図１及び図２に示すように、超音波プローブ１０は、小径の挿入部５０と、大径の握り部６０とを備えている。挿入部５０の先端には超音波トランスデューサアレイ１１が収容されている。超音波トランスデューサアレイ１１の個々の超音波トランスデューサはフレキシブル基板１２上に配列された個々の配線パターンに接続され、これらの配線パターンが、握り部６０内に収容された中継基板１３を介して同軸ケーブルの信号線１４に接続され、信号線１４が超音波プローブ１０外部の超音波診断装置本体（後述）に接続される。
【００１４】
挿入部５０を構成する円筒部には、多数の連続した多角形状に折り目が付与されている。この折り目に従って円筒部が折りたたまれると、挿入部５０が縮んで元の長さより大幅に短くなり、挿入部５０の先端を除くほとんどの部分が握り部６０内に収容できるようになっている。
【００１５】
図３は、多角形状の折り目の１つの例を示す図であり、図３（ａ）は展開図、図３（ｂ）は筒状にした場合の斜視図、図３（ｃ）は筒状にして且つ折りたたんだ場合の斜視図である。この折り方は「パイナップル折」と呼ばれ、らせん状の平行な折れ線で仕切られた領域が大小２種類の多数の直角二等辺三角形に区切られている。直角二等辺三角形の各辺を山折り又は谷折りにして折りたたむことで、円筒の長さ方向及び直径方向の寸法をコンパクトにすることができる。
【００１６】
図４は、多角形状の折り目の他の例を示す図であり、図４（ａ）は展開図、図４（ｂ）は筒状にした場合の斜視図、図４（ｃ）は筒状にして且つ折りたたんだ場合の斜視図である。この折り方は「竜巻型」と呼ばれ、らせん状の平行な折れ線で仕切られた領域が形状及び大きさの等しい台形に区切られている。台形の各辺を山折り又は谷折りにして折りたたむことで、特に円筒の長さ方向の寸法をコンパクトにすることができる。
【００１７】
図５は、筐体の伸びた状態を維持する伸長状態維持機構を示す断面図であり、図２（ａ）の囲み線Ｖ内を拡大して詳細を示したものである。筐体の伸びた状態は、握り部６０の超音波トランスデューサアレイ側の端部と挿入部５０の超音波診断装置本体側の端部とを固定することにより、維持される。
【００１８】
より詳しくは、挿入部５０の超音波診断装置本体側の端部を構成する円周上の複数個所に突起部５１が設けられている。更に、握り部６０の超音波トランスデューサアレイ側の端部を構成する円周上に、上記突起部５１の超音波トランスデューサアレイ側への移動を規制するストッパ６１と、弾性変形により上記突起部５１を乗り越え可能な突起部６２が設けられている。これらストッパ６１と突起部６２との間に突起部５１を嵌め込むことにより、握り部６０の超音波トランスデューサアレイ側の端部と挿入部５０の超音波診断装置本体側の端部とを固定することができる。
【００１９】
図６は、筐体の縮んだ状態を維持する収縮状態維持機構を示す断面図であり、図２（ｂ）の囲み線VI内を拡大して詳細を示したものである。筐体の縮んだ状態は、握り部６０の超音波トランスデューサアレイ側の端部と、挿入部５０を構成する円筒部の超音波トランスデューサアレイ側の端部とを固定することにより、維持される。
【００２０】
より詳しくは、挿入部５０を構成する円筒部の超音波トランスデューサアレイ側の端部の円周上の複数個所に突起部５２が設けられている。更に、握り部６０の超音波トランスデューサアレイ側の端部を構成する円周上に、弾性変形により上記突起部５２を乗り越え可能な突起部６３が設けられている。この突起部６３と上記ストッパ６１との間に突起部５２を嵌め込むことにより、握り部６０の超音波トランスデューサアレイ側の端部と、挿入部５０を構成する円筒部の超音波トランスデューサアレイ側の端部とを固定することができる。
【００２１】
図７は、筐体内に流体を充填及び排出する機構を説明する概念図である。図７では超音波トランスデューサアレイ１１、フレキシブル基板１２、中継基板１３、信号線１４の図示を省略している。本実施形態においては、空気を超音波プローブ１０内に充填及び排出するために筐体内面に薄いゴム膜１５を張っておき、超音波診断装置本体側に設けたエアポンプ４４（後述）で空気を充填及び排出する。
【００２２】
プローブ内に空気を充填して加圧することにより、筐体の縮んだ状態から伸びた状態へと容易に変形することができ、プローブ内の空気を排出して減圧することにより、筐体の伸びた状態から縮んだ状態へと容易に変形することができる。また、筐体の伸びた状態においてプローブ内を加圧している場合には、筐体を縮ませようとする外力が加えられたときでも筐体の伸びた状態を維持しようとする方向の反力を発生することができる。更に、筐体内面にゴム膜１５を張ったことにより、超音波プローブ１０の防水性を高めることができる。なお、流体としては、空気以外の気体の他、液体を用いても良い。
【００２３】
本実施形態によれば、超音波プローブ１０の筐体のうち挿入部５０を構成する円筒部が伸縮可能であるため、持ち運び時のサイズを低減することができる。また、筐体の伸びた状態を維持する機構や筐体内に流体を充填する機構を備えているので、筐体を伸長させた状態で超音波プローブ１０を体腔内に挿入して超音波画像を撮像する場合に、伸長状態を維持する十分な強度を備えることができる。
【００２４】
また本実施形態によれば、超音波プローブ１０の筐体のうち挿入部５０を構成する円筒部を伸縮可能とし、筐体の縮んだ状態を維持する機構や筐体内から流体を排出する機構を備えているので、筐体を収縮させた状態で超音波画像を撮像することもできる。従って、体表から超音波画像を撮像するのにも便利である。
【００２５】
次に、超音波診断装置について説明する。
図８は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の内部構成を示すブロック図である。超音波診断装置は、超音波プローブ１０と、超音波診断装置本体２０を備えている。
【００２６】
超音波トランスデューサアレイ１１を構成する複数の超音波トランスデューサは、印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
【００２７】
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００２８】
超音波診断装置本体２０は、走査制御部２１と、送信遅延パターン記憶部２２と、送信制御部２３と、駆動信号発生部２４と、受信信号処理部２５と、受信遅延パターン記憶部２６と、受信制御部２７と、メモリ２８と、Ｂモード画像信号生成部２９と、画像表示制御部３４と、Ｄ／Ａ変換器３５と、表示部３６と、制御部４２と、格納部４３と、操作部４１と、エアポンプ４４を有している。
【００２９】
走査制御部２１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部２２は、超音波トランスデューサアレイ１１から送信される超音波によって超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部２３は、走査制御部２１によって設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部２２に記憶されている複数の送信遅延パターンの中から１つの送信遅延パターンを選択し、その送信遅延パターンに基づいて、超音波トランスデューサアレイ１１の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部２３は、超音波トランスデューサアレイ１１から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。
【００３０】
駆動信号発生部２４は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部２３によって選択された送信遅延パターンに基づいて、超音波トランスデューサアレイ１１から送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号の遅延量を調節して超音波トランスデューサアレイ１１に供給し、あるいは、超音波トランスデューサアレイ１１から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波トランスデューサアレイ１１に供給する。
【００３１】
受信信号処理部２５は、超音波トランスデューサアレイ１１を構成する複数の超音波トランスデューサに対応して、複数の増幅器（プリアンプ）２５ａと、複数のＡ／Ｄ変換器２５ｂとを含んでいる。超音波トランスデューサから出力される受信信号は、増幅器２５ａにおいて増幅され、増幅器２５ａから出力されるアナログの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２５ｂによってディジタルの受信信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２５ｂは、ディジタルの受信信号を、受信制御部２７に出力する。
【００３２】
受信遅延パターン記憶部２６は、複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２７は、走査制御部２１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２６に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、その受信遅延パターンに基づいて、複数の受信信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。
【００３３】
メモリ２８は、受信制御部２７によって生成された音線信号を順次格納する。Ｂモード画像信号生成部２９は、ライブモードにおいては受信制御部２７によって生成される音線信号に基づいて、フリーズモードにおいてはメモリ２８に格納されている音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００３４】
Ｂモード画像信号生成部２９は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣ２９ｂは、ＳＴＣ部２９ａによって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。
【００３５】
画像表示制御部３４は、Ｂモード画像信号生成部２９によって生成されるＢモード画像信号に基づいて、Ｄ／Ａ変換器３５にアナログの画像信号を生成させる。Ｄ／Ａ変換器３５は、Ｂモード画像信号生成部２９から出力されるディジタルの画像信号を変換してアナログの画像信号を生成する。表示部３６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、Ｄ／Ａ変換器３５で生成されたアナログの画像信号に基づいて、超音波診断画像を表示する。
【００３６】
エアポンプ４４は、超音波プローブ１０のゴム膜１５内に空気等の流体を充填し又はゴム膜１５内から流体を排出する。流体の充填及び排出の動作の切り替えは、超音波診断装置本体２０の操作部４１により行えるようにしても良いし、超音波プローブ１０内にまで配線を引いて超音波プローブ１０に図示しないスイッチを設け、このスイッチの切り替え操作により流体の充填又は排出の動作の切り替えを行うようにしても良い。
【００３７】
制御部４２は、操作部４１を用いたオペレータの操作に従って、超音波診断装置の各部を制御する。
【００３８】
以上において、走査制御部２１、送信制御部２３、受信制御部２７、Ｂモード画像信号生成部２９、及び、画像表示制御部３４は、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成されるが、それらをディジタル回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部４３に格納される。格納部４３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００３９】
また、以上において、挿入部５０を構成する円筒部のほぼ全体が伸縮可能とされた例を説明したが、円筒部の１部分のみを伸縮可能としても良い。また、以上において、円筒部の伸縮可能な部分の全体が連続した多角形状の折り目により折りたたまれる例を説明したが、伸縮可能な部分の中の一部が多角形状の折り目により折りたたまれるのではなく例えば蛇腹状に伸縮するものとしても良い。
【００４０】
また、以上において、伸長状態維持機構はストッパ６１と突起部５１及び６２により構成し、収縮状態維持機構はストッパ６１と突起部５２及び６３により構成する例を説明したが、握り部６０の超音波トランスデューサアレイ側の端部によって挿入部５０を締め付ける締め付け機構（図示せず）により、伸長状態又は収縮状態を維持するようにしても良い。
【００４１】
また、以上において、超音波プローブ１０と超音波診断装置本体２０との情報の伝送は信号線１４により行う場合について説明したが、電波や赤外線などの無線通信により情報を伝送しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波診断画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  超音波プローブ
１１  超音波トランスデューサアレイ
１２  フレキシブル基板
１３  中継基板
１４  信号線
１５  ゴム膜
２０  超音波診断装置本体
２１  走査制御部
２２  送信遅延パターン記憶部
２３  送信制御部
２４  駆動信号発生部
２５  受信信号処理部
２５ａ  増幅器
２５ｂ  Ａ／Ｄ変換器
２６  受信遅延パターン記憶部
２７  受信制御部
２８  メモリ
２９  Ｂモード画像信号生成部
２９ａ  ＳＴＣ部
２９ｂ  ＤＳＣ
３４  画像表示制御部
３５  Ｄ／Ａ変換器
３６  表示部
４１  操作部
４２  制御部
４３  格納部
４４  エアポンプ
５０  挿入部
５１  突起部
５２  突起部
６０  握り部
６１  ストッパ
６２、６３  突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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