(57)【要約】【課題】モータ部及びモータ駆動部の動作に起因して生ずるノイズが、超音波信号に悪影響を及ぼすことを抑制し得る超音波診断装置の超音波プローブを提供すること。【解決手段】超音波を送受信する超音波振動子１１ａを有する振動子ユニット１１と、一端が前記超音波振動子１１ａに接続された信号線１５と、前記振動子ユニット１１を揺動させるモータ部１２ａ及び前記モータ部１２ａに隣接して配設されたモータ駆動部１２ｂとモータ制御部１２ｃを有する駆動ユニット１２と、前記駆動ユニット１２の周囲の少なくとも前記信号線１５に対向する側において、前記振動子ユニット１１及び前記信号線１５との間に介在するように配設されたシールド部材１４と、前記振動子ユニット１１、前記駆動ユニット１２、前記信号線１５、及び前記シールド部材１４を収納空間内に収納する筐体１０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波診断装置に適用される超音波プローブであって、
超音波を送受信する超音波振動子を有する振動子ユニットと、
一端が前記超音波振動子に接続され、他端が前記超音波診断装置の本体側に引き出される信号線と、
前記振動子ユニットを揺動させるモータ部及び前記モータ部に隣接して配設されたモータ駆動部とモータ制御部を有する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットの周囲の少なくとも前記信号線に対向する側において、前記振動子ユニット及び前記信号線との間に介在するように配設されたシールド部材と、
前記振動子ユニット、前記駆動ユニット、前記信号線、及び前記シールド部材を収納する筐体と、
を備える、超音波プローブ。
【請求項２】
前記シールド部材は、前記駆動ユニットの全周囲を囲繞するように配設される、
請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記シールド部材は、少なくとも一部が前記モータ部及び前記モータ駆動部と接触するように配設される、
請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記シールド部材は、鉄材を含んで構成される、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記筐体は、収納空間内に、カップリング液を液密状態で保持するカップリング液収容部を有し、
前記振動子ユニットは、前記カップリング液収容部の内部に配設され、
前記駆動ユニットは、前記カップリング液収容部の外部に配設される、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記駆動ユニットは、前記モータ駆動部と前記モータ制御部に電力供給する電源線との間の電路に配設されたノイズ除去フィルタ、
を更に備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記モータ部の出力軸又は当該出力軸と締結する締結部材は、前記振動子ユニットと前記モータ部との間を電気的に絶縁する絶縁素材を含んで構成される、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記モータ駆動部は、モータ駆動電流を生成するドライバ回路と、前記ドライバ回路を駆動するためのＰＷＭ方式のスイッチング回路と、を含んで構成される、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記モータ制御部は、前記ドライバ回路に駆動信号を与え、かつ、前記超音波診断装置の本体とやり取りを行う、マイクロコントローラを含んで構成される、
請求項８に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波診断装置の超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータなどの駆動装置を用いて、超音波振動子を揺動可能に構成した超音波診断装置の超音波プローブが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
超音波診断装置は、一般に、超音波プローブと超音波診断装置の本体とを有し、超音波プローブに配設された超音波振動子から被検体に対して超音波ビームを送信し、超音波エコーたる受信信号（以下、「超音波信号」と称する）に基づいて超音波画像を形成する。そして、上記のように、モータなどの駆動装置を用いて超音波振動子を揺動することによって、３次元の超音波画像を生成したり、種々の角度や位置で２次元の超音波画像を生成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３９６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、かかる超音波プローブにおいては、モータ部及びモータ駆動部の動作に起因して電磁ノイズ、スイッチングノイズのノイズ要因（以下、「ノイズ」と略称する）が発生する場合が考えられる。特に、モータ駆動部（例えば、ＰＷＭ駆動回路）内のスイッチング部及びモータ駆動電流を通流させる電力線は、電磁ノイズ、スイッチングノイズの伝達部となりやすく、かかる位置で発生したノイズが、超音波振動子からの超音波信号の信号線に電磁的または電気的に干渉して、超音波信号に重畳することがある。
【０００６】
特に、近年の超音波プローブにおいては、小型化要請から、超音波振動子からの超音波信号の信号線とノイズ源とが近接して配設される場合が多く、上記のようなノイズの問題が表出しやすくなっている。
【０００７】
本開示は、上記問題点に鑑みなされたもので、モータ部及びモータ駆動部の動作に起因して生ずるノイズ（伝導ノイズ、電磁ノイズを含む。以下同じ）が、超音波信号に悪影響を及ぼすことを抑制し得る超音波診断装置の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】
前述した課題を解決する主たる本開示は、超音波診断装置に適用される超音波プローブであって、超音波を送受信する超音波振動子を有する振動子ユニットと、一端が前記超音波振動子に接続され、他端が前記超音波診断装置の本体側に引き出される信号線と、前記振動子ユニットを揺動させるモータ部及び前記モータ部に隣接して配設されたモータ駆動部とモータ制御部を有する駆動ユニットと、前記駆動ユニットの周囲の少なくとも前記信号線に対向する側において、前記振動子ユニット及び前記信号線との間に介在するように配設されたシールド部材と、前記振動子ユニット、前記駆動ユニット、前記信号線、及び前記シールド部材を収納する筐体と、を備える、超音波プローブである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る超音波診断装置の超音波プローブによれば、モータ部及びモータ駆動部の動作に起因して生ずるノイズが超音波信号に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す図
【図２】実施形態に係る超音波診断装置の全体構成の一例を示すブロック図
【図３】実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を示す断面図
【図４】比較例に係る超音波プローブの構成の一例を示す断面図
【図５】その他の実施形態に係る超音波プローブの構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置Ｕの構成について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置Ｕの外観を示す図である。図２は、本実施形態に係る超音波診断装置Ｕの全体構成の一例を示すブロック図である。
【００１３】
本実施形態に係る超音波診断装置Ｕは、超音波診断装置Ｕの本体２に超音波プローブ１が取り付けられて構成されている。尚、本体２と超音波プローブ１とは、ケーブルＣを介して電気的に接続されている。
【００１４】
超音波診断装置Ｕの本体２は、制御部２１、送信駆動部２２、受信処理部２３、画像生成部２４、操作入力部２５及び表示部２６等を備えている。
【００１５】
制御部２１は、超音波診断装置Ｕの各部と通信して、各部を統括制御する。制御部２１は、例えば、送信駆動部２２を制御して、超音波プローブ１の振動子ユニット１１から超音波ビームを出力させたり、受信処理部２３を制御して、振動子ユニット１１で生成された超音波信号の受信処理を行わせる。又、制御部２１は、超音波プローブ１内の駆動ユニット１２に対して、モータの駆動開始指令等を送信して、駆動ユニット１２を動作させる。尚、制御部２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成され、プログラム制御によって各処理を実行する。
【００１６】
送信駆動部２２は、振動子ユニット１１に対して、駆動信号たる電圧パルスを送出する送信器である。送信駆動部２２は、例えば、高周波パルス発振器、及びパルス設定部等を含んで構成される。
【００１７】
受信処理部２３は、振動子ユニット１１で生成された超音波エコーに係る電気信号を受信処理する超音波受信器である。受信処理部２３は、例えば、プリアンプ、ＡＤ変換部、受信ビームフォーマ、信号処理部（対数圧縮部、検波部、ＦＦＴ解析部等）を含んで構成される。
【００１８】
画像生成部２４は、受信処理部２３から取得した超音波信号に基づいて、診断用画像を生成する。
【００１９】
尚、本実施形態に係る超音波診断装置Ｕは、Ｂモード画像、カラードプラ画像、三次元超音波画像、又はＭモード画像等の任意の超音波画像を生成するものであってよい。超音波画像を生成する際の処理の内容は、公知であるため、ここでの説明は省略する。
【００２０】
操作入力部２５は、例えば、キーボード又はマウス等であって、操作者が入力した操作信号を取得する。表示部２６は、例えば、液晶ディスプレイ等であって、画像生成部２４が生成した診断用画像を表示する。電源部２７は、バッテリ等の電力源であり、超音波診断装置Ｕの各部に対して直流源力を供給する。
【００２１】
尚、超音波診断装置Ｕの本体２と超音波プローブ１とは、各種配線（信号線１５、電源線１６等）を内蔵するケーブルＣを介して接続されている。
【００２２】
図３は、本実施形態に係る超音波プローブ１の構成の一例を示す断面図である。
【００２３】
本実施形態では、一例として、体腔内用の振動子ユニット１１を円弧状に揺動させる方式の超音波プローブ１について説明する。但し、本発明は、体表用のものや、リニア揺動方式（振動子ユニットを直線的に平行に揺動させる方式）等、他の揺動方式の超音波プローブにも適用し得るのは勿論である。
【００２４】
超音波プローブ１は、振動子ユニット１１、駆動ユニット１２、駆動機構１３、シールド部材１４、シール部材１７及び各種配線１５、１６等を備え、これらを筐体１０内に収納する。
【００２５】
筐体１０は、挿入部に超音波の送受信を行う振動子ユニット１１を収納し、操作者が把持するグリップ部に振動子ユニット１１を揺動させる駆動ユニット１２を収納する。
【００２６】
又、筐体１０は、前面に超音波を透過する音響ウィンドウ部１０ａを有すると共に、収納空間内を仕切る内部フレーム１０ｂを有している。尚、内部フレーム１０ｂは、筐体１０の収納空間の前部に、音響伝達媒体であるカップリング液を液密状態で保持するカップリング液保持部Ｔを形成している。
【００２７】
カップリング液保持部Ｔの内部には、振動子ユニット１１がカップリング液に浸漬された状態で配設されている。一方、駆動ユニット１２は、カップリング液の浸漬による電子部品の腐食や劣化やショートを防止するため、カップリング液保持部Ｔの外部に配設されている。そして、カップリング液保持部Ｔは、カップリング液が収納空間の後部に漏れ出ないように、駆動ユニット１２のモータ部１２ａの出力軸等に、シール部材１７（例えば、オイルシールやＯリング）を配設した構造となっている。
【００２８】
振動子ユニット１１は、超音波振動子１１ａと、当該超音波振動子１１ａが上面に配設された回転体１１ｂとを含んで構成される。
【００２９】
超音波振動子１１ａは、単振動子又は振動子アレイであって、例えば、一又は複数の圧電素子が用いられる。超音波振動子１１ａは、電圧パルスを超音波ビームに変換して被検体内へ送出すると共に、被検体内で反射した超音波エコーを取得して電気信号に変換する。
【００３０】
超音波振動子１１ａには、信号線１５が接続されており、超音波振動子１１ａは、当該信号線１５を介して、本体２（受信処理部２３及び送信駆動部２２）との間で電気信号の授受を行う。換言すると、信号線１５には、超音波振動子１１ａから超音波ビームを送出するための送信信号と、超音波振動子１１ａで取得した超音波エコーに係る受信信号（超音波信号）が通流する。尚、超音波振動子１１ａに接続された信号線１５は、ケーブルＣを介して本体２まで引き出されている。
【００３１】
回転体１１ｂは、軸支部１３ｆにより揺動自在に支持されるとともに、モータ部１２ａから駆動機構１３を介して伝達される動力によって回動する。そして、超音波振動子１１ａが超音波を送受信する方向の変更は、回転体１１ｂが回動することによって行われる。
【００３２】
駆動ユニット１２は、モータ部１２ａ、モータ駆動部１２ｂ、及びモータ制御部１２ｃを含んで構成される。また、モータ制御部１２ｃには、ノイズ除去フィルタ１２ｄが設置されている（図示は省略）。なお、モータ駆動部１２ｂ、及びモータ制御部１２ｃは、一体構成になっていても構わない。
【００３３】
モータ部１２ａは、振動子ユニット１１を揺動するための駆動力を生成する。モータ部１２ａとしては、例えば、ステッピングモータ、ＤＣモータやサーボモータ等が用いられる。
【００３４】
モータ駆動部１２ｂは、モータ部１２ａを駆動するためのモータ駆動電流を生成するドライバである。モータ駆動部１２ｂは、例えば、電源線１６を介して取得する直流電力からモータ部１２を駆動する駆動電流を生成するドライバ回路等を含んで構成される。なお、モータを駆動する駆動電流は、エネルギーロスの少ない方法であるＰＷＭ方式により所望の電流値に制御される。
【００３５】
モータ制御部１２ｃは、超音波診断装置からの命令信号を受けて、超音波振動子ユニットが所望の動作をするように、モータ駆動部１２ｂを制御するマイクロコントローラ等を含んで構成される。モータ制御部１２ｃは、例えば、ステッピングモータには、モータ駆動部１２ｂに対応したパルス列を生成して、モータ駆動部１２ｂに前記パルス列を与えて、モータを駆動する。また、揺動タイミングに合せて、他のデバイスに対して通信を行ったり、超音波診断装置に位置に関する信号などを返したりする機能も有する。
【００３６】
ノイズ除去フィルタ１２ｄは、モータ駆動部１２ｂと電源線１６の間の電路に介在して、モータ駆動部１２ｂで発生する伝導ノイズ（ノーマルモードノイズまたはコモンモードノイズ）が電源線１６側に伝達することを防止する。換言すると、電源線１６からモータ駆動部１２ｂへの電力供給は、ノイズ除去フィルタ１２ｄを介して行われる。尚、ノイズ除去フィルタ１２ｄとしては、例えば、チョークコイル等を含んで構成されるローパスフィルタが用いられる。コモンモードノイズが主体的な場合は、コモンモードチョークコイルなどを用いられる。なお、電源線１６から信号線１５への干渉が少ない場合は、ノイズ除去フィルタ１２ｄを省くこともできる。
【００３７】
駆動機構１３は、モータ部１２ａで生成された回転動力を振動子ユニット１１に対して伝達する。より詳細には、駆動機構１３は、モータ部１２ａの出力軸と連結する締結部材１３ａ、締結部材１３ａと連結するモータ側プーリ１３ｂ、軸支部１３ｆと連結する振動子側プーリ１３ｅ、モータ側プーリ１３ｂと振動子側プーリ１３ｅの間に介在する中間プーリ１３ｃ、これらのプーリ１３ｂ、１３ｃ、１３ｅの周囲に引っ掛けられたワイヤ１３ｄ、及び、軸支部１３ｆ等を有している。
【００３８】
駆動機構１３においては、モータ部１２ａで生成された回転動力は、締結部材１３ａ、モータ側プーリ１３ｂ、ワイヤ１３ｄ、振動子側プーリ１３ｅ、軸支部１３ｆの順に伝達される。これによって、軸支部１３ｆに軸支された振動子ユニット１１の回転体１１ｂが回動する。
【００３９】
尚、モータ部１２ａの出力軸又は締結部材１３ａの素材は、より好適には、当該モータ部１２ａと超音波振動子１１ａとの間を電気的に絶縁する絶縁性の素材を少なくとも一部に用いる。これによって、電磁的な伝導ノイズが、モータ部１２ａの出力軸を介して、超音波振動子１１ａからの信号を伝える信号線１５に伝達することが抑制される。
【００４０】
筐体１０内に収納された各種配線１５、１６としては、超音波信号を伝送する信号線１５、モータ駆動部１２ｂに直流電力を供給する電源線１６、モータ駆動部１２ｂのグラウンドを確保するグラウンド線（図示せず）、及び、モータ駆動部１２ｂに対して駆動開始指令等を送信するための制御用信号線（図示せず）が含まれる。これらの配線は、筐体１０内から引き出され、本体２のコネクタ（図示せず）に接続されたケーブルＣ内に収納されている。
【００４１】
電源線１６は、一端がノイズ除去フィルタ１２ｄに接続され、本体２の電源部２７からモータ駆動部１２ｂに直流電力を供給する。尚、制御用信号線は、本体２（制御部２１）からモータ駆動部１２ｂ（例えば、マイコン）に対して駆動開始指令等のパルス信号を送信するための信号線であって、ドライバ回路の駆動電流（ＰＷＭ信号）等のパルス信号を通流させるものではない。
【００４２】
図４は、比較例に係る超音波プローブ１の構成の一例を示す図である。
【００４３】
比較例に係る超音波プローブ１は、従来技術に係る超音波プローブ１であって、モータ駆動部１２ｂから発生するノイズが超音波振動子（図示せず）に到達することを防止するため、モータ駆動部１２ｂを本体２側に配設する構成となっている。尚、図４では、理解を容易にするため、図３の超音波プローブ１の構成と対応するように符号を付している。
【００４４】
しかしながら、比較例に係る超音波プローブ１の構成の場合、超音波プローブ１と本体２とを結ぶケーブルＣ内には、超音波信号を伝送する信号線１５に加えて、モータ部１２ａに対してモータ駆動電流を送出する電力線（以下、「モータ駆動線」と称する）１９が配設されることになる。そして、当該モータ駆動線１９は、筐体１０内にも引き回されることになる。その結果、モータ駆動電流のＰＷＭのスイッチングに起因して発生する電磁ノイズが、ケーブルＣ内及び筐体１０内で、超音波信号に対して飛び移ってしまうという問題が生ずる。従来技術に係る超音波プローブ１においては、これに対しては、モータ駆動電流をＰＷＭではなくリニアに電流を制御方法がとられている。しかし、これは、回路のサイズが大きくなるのと、ＰＷＭより効率が悪くなり大きな熱が発生するため、本発明の小型化で超音波プローブの筐体内に設置することは実現性がない。
【００４５】
本実施形態に係る超音波プローブ１は、ノイズ抑制要請と小型化要請に鑑みて、モータ駆動部１２ｂとモータ制御部ｃとをモータ部１２ａと隣接して筐体１０内に配設するとともに、シールド部材１４にて、これらの全周囲を囲繞する構成を有する。換言すると、シールド部材１４は、駆動ユニット１２の全周囲を囲繞して、駆動ユニット１２を一体化部品として構成する。
【００４６】
つまり、モータ部１２ａ、モータ駆動部１２ｂ、モータ制御部１２ｃ、及びモータ駆動線等から発生する電磁ノイズは、シールド部材１４によって、超音波振動子１１ａ又は信号線１５に到達することなく遮蔽されることになる。
【００４７】
尚、シールド部材１４は、電磁ノイズを完全に遮蔽するべく、より好適には、駆動ユニット１２（ノイズ除去フィルタ１２ｄも含む）の全周囲を隙間なく囲繞するように配設する。但し、シールド部材１４は、少なくとも、駆動ユニット１２の周囲の振動子ユニット１１に対向する側及び信号線１５に対向する側において、振動子ユニット１１及び信号線１５との間に介在するように配設されればよい。
【００４８】
又、シールド部材１４は、より好適には、モータ部１２ａ及びモータ駆動部１２ｂと少なくとも一部が接触するように配設する。これによって、モータ部１２ａ及びモータ駆動部１２ｂで発生する熱を効果的に分散、放熱し、モータ部１２ａ及びモータ駆動部１２ｂの熱による劣化を防止することができる。なお、モータ部１２ａ及びモータ駆動部１２ｂとの接触は、熱伝導シートなどの熱伝導率の大きな部材を介して、熱的な接触をするようにしてもよい。
【００４９】
又、シールド部材１４の素材としては、より好適には、モータ部１２ａを駆動するＰＷＭ信号のスイッチングノイズ等に対応する周波数領域（例えば、１０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度）の電磁ノイズに対する遮蔽効果が高い鉄材を用いる。但し、鉄材に代えて、アルミ材等が用いられてもよい。
【００５０】
又、本実施形態に係る超音波プローブ１においては、ケーブルＣ内に、モータ駆動電流が通流するモータ駆動線が通流する配線を設けない構成としているため、ケーブルＣ内で、信号線１５を伝送する超音波信号に対して伝導ノイズや電磁ノイズが重畳することも防止される。加えて、本実施形態に係る超音波プローブ１においては、ノイズ除去フィルタ１２ｄによって、モータ駆動部１２ｂから電源線１６に伝達する伝導ノイズも抑制されるため、ケーブルＣ内に配設される電源線１６を介して電磁ノイズが信号線１５に飛び移ることも防止される。
【００５１】
以上、本実施形態に係る超音波プローブ１によれば、モータ駆動部１２ｂをモータ部１２ａと隣接して筐体１０内に配設するとともに、シールド部材１４にて、これらの全周囲を囲繞する構成を有する。従って、本実施形態に係る超音波プローブ１によれば、小型化を図りつつ、モータ部１２ａ及びモータ駆動部１２ｂの動作に起因して生ずるノイズが超音波信号に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００５２】
又、本実施形態に係る超音波プローブ１によれば、駆動ユニット１２を一体化部品として構成することができるため、駆動ユニット１２の着脱を自在に行うことも可能となる。
【００５３】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
【００５４】
図５は、その他の実施形態に係る超音波プローブ１の構成の一例を示す断面図である。
【００５５】
上記実施形態では、超音波プローブ１の一例として、３次元画像用の体腔内用プローブを示したが、図５に示す体表用超音波プローブや、その他の任意のプローブに適用し得るのは勿論である。
【００５６】
又、上記実施形態では、超音波プローブ１の一例として、駆動ユニット１２を用いて、振動子ユニット１１を走査する機械走査式の構成を示したが、振動子ユニット１１の振動子アレイを電気的に走査する電子走査式と併用する構成であってもよいのは勿論である。
【００５７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本開示に係る超音波診断装置の超音波プローブによれば、モータ部及びモータ駆動部の動作に起因して生ずるノイズが、超音波信号に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｕ  超音波診断装置
１  超音波プローブ
２  本体
１０  筐体
１１  振動子ユニット
１２  駆動ユニット
１３  駆動機構
１４  シールド部材
１５  信号線
１６  電源線
１７  シール部材
２１  制御部
２２  送信駆動部
２３  受信処理部
２４  画像生成部
２５  操作入力部
２６  表示部
２７  電源部
【図１】
2018149180.tif 000003
【図２】
2018149180.tif 000004
【図３】
2018149180.tif 000005
【図４】
2018149180.tif 000006
【図５】
2018149180.tif 000007