(57)【要約】【課題】超音波振動子の揺動動作における加速と減速に要する時間を削減し、より高速での揺動が可能な超音波プローブを提供する。【解決手段】超音波プローブ１は、揺動機構３に固定された超音波振動子群２、揺動機構３を揺動させるモータ６、及び、揺動機構３を揺動方向に付勢する圧縮ばね８ａ、８ｂを備えている。揺動機構３が圧縮ばね８ａ、８ｂに当接することで、揺動機構３に復元力が加わる。圧縮ばね８ａ、８ｂは、超音波振動子群２の揺動範囲の端部に設置されているため、復元力は、超音波振動子群２の加速又は減速を補助する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に１列に配列された複数の超音波振動子を備えた超音波振動子群と、
所定の揺動軸を中心として前記超音波振動子群を前記所定方向に直交する揺動方向に揺動させる揺動手段と、
前記超音波振動子群を前記揺動方向に付勢する付勢手段と、
を有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記付勢手段は、ばねであることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記ばねは、前記超音波振動子群の揺動範囲の端部付近に設置されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記付勢手段は、磁力によって前記超音波振動子群を付勢することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記付勢手段は、前記超音波振動子群に設置された第１の磁石と、前記超音波振動子群の揺動範囲の端部付近に設置された第２の磁石と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、互いに対面する側の極性が同じであることを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記第２の磁石は、電磁石であることを特徴とする請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記超音波振動子群の揺動範囲の大きさに応じて、前記電磁石への電流の印加のタイミングを変えることを特徴とする請求項７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記付勢手段は、前記超音波振動子群の揺動範囲の広さに対応して、揺動方向に移動可能に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記付勢手段は、前記超音波振動子群の周囲に存在する流体による前記超音波振動子群に対する抵抗を制御することで、前記超音波振動子群を付勢することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
前記超音波振動子群を格納するケースを更に備え、
前記付勢手段は、
前記ケース内に充填された流体と、
前記流体を前記ケースの外部に送り出して再び前記ケース内に戻して循環させるための流路と、
前記流路に設けられたバルブと、を含み、
前記バルブの開閉によって前記流体の流れを制御することを特徴とする請求項１０に記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
前記流路の一端は、前記超音波振動子群の揺動範囲の第１の端部付近に設けられ、前記一端の反対側の他端は、前記揺動範囲において前記第１の端部付近の反対側の第２の端部付近に設けられて、前記流路が前記流体を循環させることを特徴とする請求項１１に記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
前記揺動手段が前記超音波振動子群を加速するときには、前記バルブは開放され、前記モータが前記超音波振動子群を減速するときには、前記バルブは閉じられることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
前記超音波振動子群の揺動範囲の大きさに応じて、前記バルブの開閉のタイミングを変えることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の超音波プローブと、
前記超音波プローブの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１６】
所定方向に１列に配列された複数の超音波振動子を備えた超音波振動子群と、所定の揺動軸を中心として前記超音波振動子群を前記所定方向に直交する揺動方向に揺動させる揺動手段と、前記超音波振動子群に設置された第１の磁石と、前記超音波振動子群の揺動範囲の端部付近に設置された電磁石からなる第２の磁石と、を備えた超音波プローブと、
前記超音波振動子群の揺動範囲の大きさに応じて、前記電磁石への電流の印加のタイミングを変える制御手段と、
前記超音波プローブの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１７】
所定方向に１列に配列された複数の超音波振動子を備えた超音波振動子群と、所定の揺動軸を中心として前記超音波振動子群を前記所定方向に直交する揺動方向に揺動させる揺動手段と、前記超音波振動子群を格納するケースと、前記ケース内に充填された流体と、前記流体を前記ケースの外部に送り出して再び前記ケース内に戻して循環させるための流路と、前記流路に設けられたバルブと、を備えた超音波プローブと、
前記超音波振動子群の揺動範囲の大きさに応じて、前記バルブの開閉のタイミングを変える制御手段と、
前記超音波プローブの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波振動子を機械的に揺動して３次元領域を超音波で走査する超音波プローブ、及びその超音波プローブを備えた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置に備えられている超音波プローブは、超音波振動子が走査方向に１次元的に配列され、電子的な遅延制御により超音波の送受信を行なって、被検体の断層像（２次元画像）を取得する。このように、超音波振動子が走査方向に１次元的に配列された超音波プローブを、便宜的に１次元超音波プローブと称することとする。
【０００３】
また、３次元領域の撮影が可能な超音波診断装置が知られている。１次元超音波プローブを用いて３次元領域を撮影する場合、揺動機構を備えた１次元超音波プローブが用いられる（例えば特許文献１）。
【０００４】
揺動機構を備えた従来技術に係る１次元超音波プローブの概略構成と動作について、図９から図１１を参照して説明する。図９は、従来技術に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。図１０は、従来技術に係る超音波プローブの動作を説明するための斜視図である。図１１は、従来技術に係る超音波プローブの揺動動作における角速度の時間変化を示すグラフである。
【０００５】
図９及び図１０に示すように、従来技術に係る超音波プローブ１００は、走査方向に１列に配列された複数の超音波振動子からなる超音波振動子群１０１を、走査方向（Ｘ方向）に直交する揺動方向（Ｚ方向）に機械的に揺動させることで、３次元領域Ｓを走査して複数の断層の情報を取得し、これにより、ボリュームデータを取得することが可能となっている。このような超音波プローブ１００には、図９に示すように、回転往復運動を行うモータ１０５と、その回転往復運動を超音波振動子１０１に伝達する揺動機構１０２が設置されている。そして、モータ１０５によって揺動機構１０２を揺動させることで、その揺動機構１０２に設置された超音波振動子群１０１を揺動方向に揺動させることができる。また、超音波振動子群１０１はケース１０４に格納されており、そのケース１０４には、超音波の伝播のために、ひまし油などの内溶液１０３が充填されている。
【０００６】
以上のような超音波振動子群１０１の揺動運動における角速度の時間変化を図１１のグラフに示す。図１１において、横軸は時間を表し、縦軸は超音波振動子群１０１の揺動動作における角速度を表している。図１１に示すように、超音波振動子群１０１が揺動方向を反転させる前後においては、超音波振動子群１０１の揺動運動に加速領域と減速領域が存在する。具体的には、モータ１０５の回転運動によって超音波振動子群１０１が揺動運動の折り返し位置Ａに近づくと、モータ１０５によって超音波振動子群１０１を減速する（減速領域）。そして、折り返し位置Ａから超音波振動子群１０１を反対方向に折り返した後、超音波振動子群１０１の角速度が一定になるまで、モータ１０５によって超音波振動子群１０１を加速する（加速領域）。そして、超音波振動子群１０１を一定の角速度で移動させた後（等速領域）、再び、揺動運動の折り返し位置Ａに近づくと、モータ１０５によって超音波振動子群１０１を減速する（減速領域）。このような、加速、一定速度の運動、及び減速を繰り返すことで、超音波振動子群１０１の揺動運動を繰り返す。このように加速領域と減速領域が存在するのは、動力源であるモータ１０５が回転往復運動をしていることに起因している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、超音波振動子群１０１の揺動運動においては、加速領域と減速領域が存在するため、揺動運動における実効速度、すなわち単位時間あたりにおける超音波振動子群１０１の揺動速度（以下、「ボリュームレート」と称する）が低下してしまう。そのことにより、３次元画像の時間分解能が劣化する問題がある。
【０００９】
一方、超音波振動子群１０１の加速と減速に要する時間を減らすためには、より高性能（高トルク）のモータを動力源として使用する手段もある。しかしながら、モータが大型化してしまい、そのことにより、超音波プローブが大型化してしまう問題がある。
【００１０】
この発明は上記の問題を解決するものであり、超音波振動子の揺動動作における加速と減速に要する時間を削減し、より高速での揺動が可能な超音波プローブ、及びその超音波プローブを備えた超音波診断装置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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、所定方向に１列に配列された複数の超音波振動子を備えた超音波振動子群と、所定の揺動軸を中心として前記超音波振動子群を前記所定方向に直交する揺動方向に揺動させる揺動手段と、前記超音波振動子群を前記揺動方向に付勢する付勢手段と、を有することを特徴とする超音波プローブである。
【００１２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の超音波プローブと、前記超音波プローブの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。
【００１３】
請求項１６に記載の発明は、所定方向に１列に配列された複数の超音波振動子を備えた超音波振動子群と、所定の揺動軸を中心として前記超音波振動子群を前記所定方向に直交する揺動方向に揺動させる揺動手段と、前記超音波振動子群に設置された第１の磁石と、前記超音波振動子群の揺動範囲の端部付近に設置された電磁石からなる第２の磁石と、を備えた超音波プローブと、前記超音波振動子群の揺動範囲の大きさに応じて、前記電磁石への電流の印加のタイミングを変える制御手段と、前記超音波プローブの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。
【００１４】
請求項１７に記載の発明は、所定方向に１列に配列された複数の超音波振動子を備えた超音波振動子群と、所定の揺動軸を中心として前記超音波振動子群を前記所定方向に直交する揺動方向に揺動させる揺動手段と、前記超音波振動子群を格納するケースと、前記ケース内に充填された流体と、前記流体を前記ケースの外部に送り出して再び前記ケース内に戻して循環させるための流路と、前記流路に設けられたバルブと、を備えた超音波プローブと、前記超音波振動子群の揺動範囲の大きさに応じて、前記バルブの開閉のタイミングを変える制御手段と、前記超音波プローブの出力に基づいて超音波画像データを生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によると、超音波振動子を揺動させる揺動手段以外に、超音波振動子を揺動方向に付勢する付勢手段を設けたことにより、超音波振動子の揺動動作における加速と減速に要する時間を削減することが可能となる。その結果、超音波振動子をより高速に揺動させることが可能となるため、ボリュームレートを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
（構成）
この発明の第１実施形態に係る超音波プローブの構成について図１を参照しつつ説明する。図１は、この発明の第１実施形態に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【００１７】
第１実施形態に係る超音波プローブ１は、走査方向（Ｘ方向）に１列に配列された複数の超音波振動子からなる超音波振動子群２を備えている。超音波振動子群２は、揺動機構３の一端に固定されている。揺動機構３の他端には、揺動手段の１例としてのモータ６が設置されている。揺動機構３は、そのモータ６の回転往復運動によって、所定の揺動軸を中心として、揺動方向（Ｚ方向）に揺動させられる。超音波振動子群２は、揺動軸を中心として揺動可能な揺動機構３に固定されているため、揺動軸を中心とした弧に沿って、揺動方向（Ｚ方向）に揺動させられることになる。
【００１８】
また、超音波振動子群２はケース５内に格納されている。このケース５内にはひまし油などの内溶液４が充填されている。
【００１９】
さらに、超音波振動子群２、揺動機構３、及びモータ６を覆うケース７が設置されている。そして、揺動機構３（超音波振動子群２）を揺動方向に付勢する手段としての圧縮ばね８ａ、８ｂが、ケース７の内面に設置されている。圧縮ばね８ａ、８ｂは、揺動手段としてのモータ６とは別個に設置されて、揺動機構３（超音波振動子群２）を揺動方向に付勢する。圧縮ばね８ａと圧縮ばね８ｂは、ケース７の内面であって、それぞれ対向する面に設置されている。さらに、圧縮ばね８ａ、８ｂは、超音波振動子群２の揺動範囲の端部付近に設置されている。
【００２０】
揺動機構３が圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂに当接することで、圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂから揺動機構３に揺動機構３を押し返す力（以下、「復元力」と称する場合がある）が加わり、その力によって揺動機構３の揺動運動における加速又は減速を付勢する。
【００２１】
なお、この第１実施形態では、ケース７の内面に圧縮ばね８ａ、８ｂを設置し、圧縮ばね８ａ、８ｂによって揺動機構３を付勢したが、圧縮ばね８ａ、８ｂをケース５の内面であって、それぞれ対向する面に設置して揺動機構３を付勢してもよい。さらに、圧縮ばね８ａ、８ｂを超音波振動子群２に直接当接させて超音波振動子群２を付勢してもよい。
【００２２】
（作用）
次に、圧縮ばね８ａ、８ｂによる作用及び効果について、図２を参照して説明する。図２は、この発明の第１実施形態に係る超音波プローブの揺動動作における角速度の時間変化と、ばねの復元力の時間変化を示すグラフである。図２（ａ）は、超音波振動子群２の揺動方向への角速度の時間変化を表し、図２（ｂ）は、圧縮ばね８ａ、８ｂの復元力の時間変化を表している。
【００２３】
一般にばねの復元力はフックの法則に従い、ばねの圧縮距離とばね定数に比例する。図２（ａ）に示すように、モータ６の回転運動によって超音波振動子群２は揺動方向に等速で移動して、揺動範囲の端部（折り返し点Ａ）に向かう。超音波振動子群２が、その揺動範囲の端部（折り返し点Ａ）に近づくと、モータ６によって超音波振動子群２を減速する。超音波振動子群２を減速する領域を、「減速領域」と称することとする。この減速領域では、揺動機構３が圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂに当接し、図２（ｂ）に示すように、圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂから復元力を受ける。これにより、圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂによる復元力は超音波振動子群２の減速を強める力として働くことになり、減速に要する時間を削減することが可能となる。
【００２４】
超音波振動子群２は、圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂによる復元力を受けながら減速し、モータ６は、揺動範囲の端部（折り返し点Ａ）に超音波振動子群２が到着すると、超音波振動子群２を反対方向に移動させる。超音波振動子群２を反対方向に移動させるとき、モータ６は、所定速度になるまで超音波振動子群２を加速する。超音波振動子群２を加速する領域を、「加速領域」と称することとする。この加速領域では、揺動機構３が圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂに当接し、図２（ｂ）に示すように、圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂから復元力を受ける。減速領域において、圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂは揺動機構３によって圧縮させられているため、超音波振動子群２が揺動方向の端部（折り返し点Ａ）から離れる加速領域では、圧縮ばね８ａ又は圧縮ばね８ｂによる復元力は、超音波振動子群２の加速を強める力として働くことになり、一定速度まで加速するための時間を削減することが可能となる。
【００２５】
そして、揺動機構３が圧縮ばね８ａ、８ｂから離れて、超音波振動子群２の角速度が等速になった状態（図２中における等速領域）においては、圧縮ばね８ａ、８ｂの復元力は揺動機構３に働かない。
【００２６】
以上のように、超音波振動子群２の揺動範囲の端部付近に圧縮ばね８ａ、８ｂを設けることにより、超音波振動子群２の減速領域にて超音波振動子群２の減速を補助し、加速領域にて超音波振動子群２の加速を補助することが可能となる。これにより、従来技術に係る超音波プローブと比べて、揺動の加速と減速に要する時間を減少させることが可能となるため、相対的に等速運動の時間を増やすことが可能となる。その結果、超音波プローブを大型化せずに、比較的簡易な構造で、ボリュームレートを向上させて３次元画像の時間分解能を改善することが可能となる。
【００２７】
（変形例）
次に、第１実施形態に係る超音波プローブの変形例について、図３を参照して説明する。図３は、第１実施形態に係る超音波プローブの変形例の概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【００２８】
変形例に係る超音波プローブ１Ａは、第１実施形態に係る超音波プローブ１と同様に、圧縮ばね８ａ、８ｂを備え、その圧縮ばね８ａ、８ｂによる復元力によって、超音波振動子群２の加速と減速を補助する。
【００２９】
変形例に係る超音波プローブ１Ａでは、ケース７の代わりに、超音波振動子群２、揺動機構３、及びモータ６を覆うケース７１が設置され、そのケース７１の内面に圧縮ばね８ａ、８ｂが設置されている。このケース７１の側面は、揺動方向に移動可能となっている。これにより、ケース７１の幅が広がることになる。例えば、図３に示すように、実線で表されたケース７１の側面を揺動方向に広げることで、幅が広がったケース７１Ａ（一点鎖線）になる。その結果、圧縮ばね８ａ、８ｂと、揺動機構３との距離が長くなる。
【００３０】
以上のように、ケース７１の幅を変えることで、超音波振動子群２の揺動範囲の広さ（揺動角度の大きさ）に対応して、圧縮ばね８ａ、８ｂの復元力を利用することが可能となる。例えば、超音波振動子群２の揺動範囲を広く（揺動角度を大きく）する場合は、ケース７１の幅を広げることで、圧縮ばね８ａ、８ｂの復元力を、超音波振動子群２の加速と減速の補助として利用することができる。また、超音波振動子群２の揺動範囲を狭く（揺動角度を小さく）する場合は、ケース７１の幅を狭めることで、圧縮ばね８ａ、８ｂの復元力を、超音波振動子群２の加速と減速の補助として利用することができる。このように、超音波振動子群２の揺動角度の大きさに応じて、ケース７１の幅を変えることで、圧縮ばね８ａ、８ｂの復元力を超音波振動子群２の加速と減速に利用することが可能となる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
（構成）
この発明の第２実施形態に係る超音波プローブの構成について図４を参照して説明する。図４は、この発明の第２実施形態に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【００３２】
第２実施形態に係る超音波プローブ１０は、上述した第１実施形態に係る超音波プローブ１と同様に、超音波振動子群２、揺動機構３、内溶液４、ケース５、及びモータ６を備えている。そして、第１実施形態に係る超音波プローブ１と同様に、モータ６によって超音波振動子群２は揺動方向に揺動させられる。
【００３３】
この第２実施形態では、超音波振動子群２を揺動方向に付勢する手段として磁力を用いる。例えば、図４に示すように、超音波振動子群２の両側面に小型の磁石２ａ、２ｂを設置し、さらに、ケース５の内面に、磁石２ａ、２ｂのそれぞれの位置に対応させて、磁石１１ａ、１１ｂを設置する。磁石１１ａ、１１ｂは、超音波振動子群２の揺動範囲の端部付近に設置されている。図４に示す例では、ケース５の内面であって、磁石２ａに対向する位置に磁石１１ａを設置し、磁石２ｂに対向する位置に磁石１１ｂを設置する。これら磁石２ａ、２ｂ、１１ａ、１１ｂは、互いに対向する面の極性が同じである。なお、磁石２ａ、２ｂがこの発明の「第１の磁石」の１例に相当し、磁石１１ａ、１１ｂがこの発明の「第２の磁石」の１例に相当する。
【００３４】
以上のように、磁石２ａ、２ｂ、１１ａ、１１ｂを設置し、同じ極性とすることで、磁石２ａが磁石１１ａに近づくと、磁石２ａと磁石１１ａは反発し、磁石２ｂが磁石１１ｂに近づくと、磁石２ｂと磁石１１ｂは反発することになる。これら磁石２ａ、２ｂ、１１ａ、１１ｂは、揺動手段としてのモータ６とは別個に設置されて、超音波振動子群２を揺動方向に付勢する。なお、第２実施形態では、超音波振動子群２の両側面に磁石２ａ、２ｂを設置しているが、超音波振動子群２には１つの小型磁石を設置してもよい。
【００３５】
超音波振動子群２が揺動範囲の端部付近に近づくことで、磁石２ａと磁石１１ａと間の反発力、又は、磁石２ｂと磁石１１ｂとの間の反発力を受け、その反発力によって超音波振動子群２の揺動運動における加速又は減速を付勢する。
【００３６】
（作用）
次に、磁石２ａ、２ｂ、１１ａ、１１ｂによる作用及び効果について、図５を参照して説明する。図５は、この発明の第２実施形態に係る超音波プローブの揺動動作における角速度の時間変化と、磁石間の反発力の時間変化を示すグラフである。図５（ａ）は、超音波振動子群２の揺動方向への角速度の時間変化を表し、図５（ｂ）は、磁石間の反発力の時間変化を表している。
【００３７】
一般に磁石の反発力はクーロンの法則に従い、磁石間の距離の２乗に反比例する。図５（ａ）に示すように、モータ６の回転運動によって超音波振動子群２は揺動方向に等速で移動して、揺動範囲の端部（折り返し点Ａ）に向かう。超音波振動子群２が、その揺動方向の端部（折り返し点Ａ）に近づくと、モータ６によって超音波振動子群２を減速する。この減速領域では、超音波振動子群２に設置されている磁石２ａ又は磁石２ｂと、ケース５の内面に設置されている磁石１１ａ又は磁石１１ｂとの距離が徐々に短くなり、図５（ｂ）に示すように、磁石間で反発力が発生する。これにより、磁石２ａと磁石１１ａとの間の反発力、又は磁石２ｂと磁石１１ｂとの間の反発力は、超音波振動子群２の減速を強める力として働くことになり、減速に要する時間を削減することが可能となる。
【００３８】
超音波振動子群２は、磁石間の反発力を受けながら減速し、モータ６は、揺動範囲の端部（折り返し点Ａ）に超音波振動子群２が到着すると、超音波振動子群２を反対方向に移動させる。超音波振動子群２を反対方向に移動させるとき、モータ６は、所定速度になるまで超音波振動子群２を加速する。この加速領域では、超音波振動子群２に設置されている磁石２ａ又は磁石２ｂと、ケース５の内面に設置されている磁石１１ａ又は磁石１１ｂとの距離が徐々に長くなり、図５（ｂ）に示すように、磁石間で反発力が発生する。これにより、磁石２ａと磁石１１ａとの間の反発力、又は磁石２ｂと磁石１１ｂとの間の反発力は、超音波振動子群２の加速を強める力として働くことになり、一定速度まで加速するための時間を削減することが可能となる。
【００３９】
そして、磁石間の反発力が及ばない範囲まで超音波振動子群２がケース５の内面から離れると、超音波振動子群２の角速度は等速になる（図５中における等速領域）。
【００４０】
以上のように、超音波振動子群２に磁石を設置し、さらに、揺動方向の端部付近に磁石を設置し、それら磁石の極性を同じ極性にすることで、超音波振動子群２の減速領域にて減速を補助し、加速領域にて加速を補助することが可能となる。これにより、従来技術に係る超音波プローブと比べて、揺動の加速と減速に要する時間を減少させることが可能となるため、相対的に等速運動の時間を増やすことが可能となる。その結果、超音波プローブを大型化せずに、比較的簡易な構造で、ボリュームレートを向上させて３次元画像の時間分解能を改善することが可能となる。
【００４１】
（変形例）
次に、第２実施形態に係る超音波プローブの変形例について説明する。この変形例では、ケース５の内面に設置する磁石１１ａ、１１ｂを電磁石にする。そして、電磁石としての磁石１１ａ、１１ｂに印加する電流の値と印加のタイミングを制御することで、付勢のタイミングと磁力の大きさを制御することができる。
【００４２】
例えば、減速領域では、モータ６によって減速を開始するタイミングで、磁石１１ａ又は磁石１１ｂに電流を印加することで、超音波振動子群２の減速を補助する。一方、加速領域では、モータ６によって加速を開始するタイミングで、磁石１１ａ又は磁石１１ｂに電流を印加することで、超音波振動子群２の加速を補助する。
【００４３】
また、電磁石としての磁石１１ａ、１１ｂに印加する電流の値を変えることで、磁石間の反発力を変えることができるため、超音波振動子群２の速度に応じて印加する電流の値を変える。例えば、減速領域では、磁石１１ａ又は１１ｂに印加する電流の値を、減速の開始から徐々に強くすることで、減速を強める力を徐々に大きくしていく。一方、加速領域では、磁石１１ａ又は磁石１１ｂに印加する電流の値を、加速の開始から徐々に弱めることで、加速を強める力を徐々に小さくしていく。
【００４４】
以上のように、揺動範囲の端部付近に電磁石を設置することにより、揺動範囲の任意の位置における付勢のタイミングと、磁力の大きさを制御することが可能となる。
【００４５】
また、ケース５の側面を揺動方向に移動可能としてもよい。これにより、ケース５の幅が広がることになる。ケース５の幅を広げることにより、磁石１１ａ、１１ｂと超音波振動子群２との間の距離が長くなる。このように、ケース５の幅を変えることで、超音波振動子群２の揺動範囲の広さ（揺動角度の大きさ）に対応して、磁石間の反発力を利用することが可能となる。例えば、超音波振動子群２の揺動範囲を広く（揺動角度を大きく）する場合は、ケース５の幅を広げ、超音波振動子群２の揺動範囲を狭く（揺動角度を小さく）する場合は、ケース５の幅を狭める。このように、超音波振動子群２の揺動範囲の広さ（揺動角度の大きさ）に応じてケース５の幅を変えることで、磁石間の反発力を超音波振動子群２の加速と減速に利用することが可能となる。
【００４６】
［第３の実施の形態］
（構成）
この発明の第３実施形態に係る超音波プローブの構成について図６を参照して説明する。図６は、この発明の第３実施形態に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【００４７】
第３実施形態に係る超音波プローブ２０は、上述した第１実施形態に係る超音波プローブ１と同様に、超音波振動子群２、揺動機構３、内溶液４、ケース５、及びモータ６を備えている。そして、第１実施形態に係る超音波プローブ１と同様に、モータ６によって超音波振動子群２は揺動方向に揺動させられる。
【００４８】
この第３実施形態では、超音波振動子群２を揺動方向に付勢する手段として、内溶液４による超音波振動子群２への抵抗を用いる。例えば、図６に示すように、超音波振動子群２の揺動範囲の端部付近の側面に開口部５ａが形成され、その開口部５ａの反対側の端部付近に別の開口部５ｂが形成されている。そして、開口部５ａから反対側の開口部５ｂまで延びる流路２１がケース５に設置されている。この流路２１は、内溶液４をケース５の外部に送り出して再びケース５内に戻して循環させるために用いられる。そして、流路２１の途中に回転型バルブ２２を設ける。超音波振動子群２がモータ６によって揺動させられると、内溶液４は対流する。そして、回転型バルブ２２の開閉によって内溶液４の流れを制御し、内溶液４の抵抗によって超音波振動子群２を付勢して、超音波振動子群２の加速と減速を補助する。なお、この第３実施形態では、回転型バルブ２２によって流路２１を流れる内溶液４の流れを制御しているが、開閉に用いられるバルブは回転型バルブ２２に限らず、ゲートバルブなどの様々なバルブを用いても、回転型バルブ２２を用いた場合と同じ作用及び効果を奏することができる。
【００４９】
（作用）
次に、流路２１及び回転型バルブ２２による作用及び効果について、図６及び図７を参照して説明する。図７は、この発明の第３実施形態に係る超音波プローブの動作を示す図であって、側面から見た断面図である。
【００５０】
超音波振動子群２の加速領域と等速領域においては、図６に示すように回転型バルブ２２を開放する。超音波振動子群２はモータ６によって揺動させられているため、その揺動によって内溶液４が対流する。そして、回転型バルブ２２が開放しているため、超音波振動子群２の揺動によって対流させられた内容液４は流路２１を通ってケース５と流路２１を循環することになる。このように回転型バルブ２２を開放することで、内溶液４を積極的に対流させることができ、その対流によって、超音波振動子群２の加速を強める力を発生させる。これにより、加速領域において、超音波振動子群２の加速を補助する。
【００５１】
一方、超音波振動子群２の減速領域においては、図７に示すように回転型バルブ２２を閉める。回転型バルブ２２を閉めることで、内溶液４の対流は止められるため、内溶液４による超音波振動子群２への抵抗が増加する。このように超音波振動子群２への内溶液４の抵抗を増加させることで、超音波振動子群２の減速を強める力を発生させる。これにより、減速領域においては、超音波振動子群２の減速を補助する。
【００５２】
以上のように、内溶液４の対流を制御することにより、超音波振動子群２の減速領域にて超音波振動子群２の減速を補助し、加速領域にて超音波振動子群２の加速を補助することが可能となる。これにより、従来技術に係る超音波プローブと比べて、揺動の加速と減速に要する時間を減少させることが可能となるため、相対的に等速運動の時間を増やすことが可能となる。その結果、超音波プローブを大型化せずに、比較的簡易な構造で、ボリュームレートを向上させて３次元画像の時間分解能を改善することが可能となる。
【００５３】
［第４の実施の形態］
（超音波診断装置）
次に、この発明の第４実施形態として、上述した実施形態に係る超音波プローブを備えた超音波診断装置の構成について、図８を参照して説明する。図８は、この発明の第４実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【００５４】
図８に示す超音波プローブ１は、上述した第１実施形態に係る超音波プローブ１である。ここでは、超音波プローブとして第１実施形態に係る超音波プローブ１を備えている場合について説明するが、第１実施形態の変形例に係る超音波プローブ１Ａ、第２実施形態に係る超音波プローブ１０、第２実施形態の変形例に係る超音波プローブ、又は、第３実施形態に係る超音波プローブ２０のいずれを用いてもよい。
【００５５】
プローブ揺動制御部３１は、超音波プローブ１に設置されているモータ６を駆動して、超音波プローブ１に設置されている超音波振動子群２を揺動させる。このとき、プローブ揺動制御部３１は、制御部３８から出力された揺動角度と揺動速度を含む制御信号に従って、所定の揺動速度で超音波振動子群２を揺動させる。
【００５６】
送受信部３２は送信部と受信部とからなり、超音波プローブ１に電気信号を供給して超音波ビームを発生させるとともに、超音波プローブ１が受信したエコー信号を受信する。
【００５７】
送受信部３２の送信部は、図示しないクロック発生回路、送信遅延回路、及びパルサ回路を備えている。クロック発生回路は、超音波信号の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する回路である。送信遅延回路は、超音波の送信時に遅延を掛けて送信フォーカスを実施する回路である。パルサ回路は、各超音波振動子に対応した個別経路（チャンネル）の数分のパルサを内蔵し、遅延が掛けられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ１の各超音波振動子に供給するようになっている。
【００５８】
また、送受信部３２の受信部は、図示しないプリアンプ回路、Ａ／Ｄ変換回路、及び受信遅延・加算回路を備えている。プリアンプ回路は、超音波プローブ１の各超音波振動子から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する。Ａ／Ｄ変換回路は、増幅されたエコー信号をＡ／Ｄ変換する。受信遅延・加算回路は、Ａ／Ｄ変換後のエコー信号に対して受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、加算する。その加算により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。なお、この送受信部４１によって加算処理された信号を「ＲＦデータ（または、生データ）」と称する。
【００５９】
送受信部３２の送信部は、制御部３８から出力された制御信号に従って、超音波振動子群２に電気信号を供給して超音波ビームを発生させ、超音波ビームを走査方向に電子的に走査する。
【００６０】
信号処理部３３は、Ｂモード処理部やＣＦＭ処理部などを備えている。Ｂモード処理部は、エコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号から超音波ラスタデータを生成する。また、ＣＦＭ処理部は、動いている血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。
【００６１】
画像生成部３４は、信号処理部３３から走査線信号列で表される信号処理後の超音波ラスタデータを受けて、空間情報に基づいた座標系のデータに変換する（スキャンコンバージョン処理）。例えば、画像生成部３４は、超音波ラスタデータに基づいて２次元画像の断層像データを生成する。
【００６２】
また、画像生成部３４は、複数の断層像データに基づいてボクセルデータを生成する。そして、画像生成部３４は、そのボクセルデータに対して、ボリュームレンダリング処理やＭＰＲ処理などの画像処理を施すことにより、３次元画像データやＭＰＲ画像データ（任意断面の画像データ）などの超音波画像データを生成する。超音波画像データはユーザインタフェース３５の表示部３６に出力され、超音波画像データに基づく超音波画像が表示部３６に表示される。
【００６３】
ユーザインタフェース３５は、表示部３６と入力部３７を備えている。表示部３６はＣＲＴや液晶ディスプレイなどのモニタで構成され、画像生成部３４から出力される超音波画像データに基づく超音波画像を表示する。入力部３７は、操作者からの各種指示、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、画質条件の設定指示、又は画像処理条件の設定指示などの各種指示の入力を受け付ける。この入力部３７は、ジョイスティックやトラックボールなどのポインティングデバイス、スイッチ、各種ボタン、キーボード又はＴＣＳ（Ｔｏｕｃｈ  Ｃｏｍｍａｎｄ  Ｓｃｒｅｅｎ）などで構成されている。
【００６４】
制御部３８は、超音波診断装置の各部の動作を制御する。この実施形態においては、制御部３８は、送受信部３２による超音波の送受信を制御する。また、制御部３８には、超音波振動子群２を揺動させる角度と揺動速度が予め設定されており、制御部３８は、その揺動角度と揺動速度をプローブ揺動制御部３１に出力する。プローブ揺動制御部３１は、その揺動角度と揺動速度に従って超音波振動子群２の揺動を制御する。
【００６５】
制御部３８は、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどの記憶装置を備えて構成されている。記憶装置には、超音波診断装置３０の各部を制御するための制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵが、記憶装置から制御プログラムを読み込んで実行することで、超音波診断装置３０の各部を制御する。
【００６６】
以上のように、この発明の実施形態に係る超音波プローブを備えた超音波診断装置３０によれば、超音波振動子群２の加速と減速に要する時間を削減して、より高速に超音波振動子群２を揺動させることが可能となる。その結果、ボリュームレートを向上させて、３次元画像の時間分解能を向上させることが可能となる。
【００６７】
また、超音波プローブとして、第２実施形態に係る超音波プローブ１０であって、磁石１１ａ、１１ｂに電磁石を用いた場合、プローブ揺動制御部３１は、モータ６による超音波振動子群２の加速又は減速のタイミングに合わせて、電磁石としての磁石１１ａ、１１ｂへの電流の印加のタイミングを制御する。例えば、プローブ揺動制御部３１は、モータ６によって超音波振動子群２を加速するタイミングで、電磁石に電流を印加してその加速を補助する。一方、プローブ揺動制御部３１は、モータ６によって超音波振動子群２を減速するタイミングで、電磁石に電流を印加してその減速を補助する。
【００６８】
さらに、プローブ揺動制御部３１は、超音波振動子群２の揺動範囲の広さ（揺動角度の大きさ）に応じて、電磁石である磁石１１ａ、１１ｂへの電流の印加のタイミングを変える。例えば、超音波振動子群２の揺動範囲を広げる場合、その分、超音波振動子群２が等速で移動する時間が長くなるため、プローブ揺動制御部３１は、磁石１１ａ、１１ｂに電流を印加しない時間を長くする。つまり、プローブ揺動制御部３１は、磁石１１ａ、１１ｂへの電流の印加を止めてから、次に印加するまでの時間を長くする。一方、超音波振動子群２の揺動範囲を狭める場合、その分、超音波振動子群２が等速で移動する時間が短くなるため、プローブ揺動制御部３１は、磁石１１ａ、１１ｂに電流を印加しない時間を短くする。つまり、プローブ揺動制御部３１は、磁石１１ａ、１１ｂへの電流の印加を止めてから、次に印加するまでの時間を短くする。
【００６９】
また、超音波プローブとして、第３実施形態に係る超音波プローブ２０を用いた場合、プローブ揺動制御部３１は、モータ６による超音波振動子群２の加速又は減速のタイミングに合わせて、回転型バルブ２２の開閉のタイミングを制御する。例えば、プローブ揺動制御部３１は、モータ６によって超音波振動子群２を加速するタイミングで、回転型バルブ２２を開放してその加速を補助する。一方、プローブ揺動制御部３１は、モータ６によって超音波振動子群２を減速するタイミングで、回転型バルブ２２を閉じてその減速を補助する。
【００７０】
さらに、プローブ揺動制御部３１は、超音波振動子群２の揺動範囲の広さ（揺動角度の大きさ）に応じて、回転型バルブ２２の開閉のタイミングを変える。例えば、超音波振動子群２の揺動範囲を広げる場合、その分、超音波振動子群２が等速で移動する時間が長くなるため、プローブ揺動制御部３１は、回転型バルブ２２を開放している時間を長くする。一方、超音波振動子群２の揺動範囲を狭める場合、その分、超音波振動子群２が等速で移動する時間が短くなるため、プローブ揺動制御部３１は、回転型バルブ２２を開放している時間を短くする。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】この発明の第１実施形態に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る超音波プローブの揺動動作における角速度の時間変化と、圧縮ばねの復元力の時間変化を示すグラフである。
【図３】第１実施形態に係る超音波プローブの変形例の概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【図５】この発明の第２実施形態に係る超音波プローブの揺動動作における角速度の時間変化と、磁石間の反発力の時間変化を示すグラフである。
【図６】この発明の第３実施形態に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【図７】この発明の第３実施形態に係る超音波プローブの動作を示す図であって、側面から見た断面図である。
【図８】この発明の第４実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来技術に係る超音波プローブの概略構成を示す図であって、側面から見た断面図である。
【図１０】従来技術に係る超音波プローブの動作を説明するための斜視図である。
【図１１】従来技術に係る超音波プローブの揺動運動における角速度の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１、１Ａ、１０、２０  超音波プローブ
２  超音波振動子群
２ａ、２ｂ、１１ａ、１１ｂ  磁石
３  揺動機構
４  内溶液
５、７、７１、７１Ａ  ケース
５ａ、５ｂ  開口部
６  モータ
８ａ、８ｂ  圧縮ばね
２１  流路
２２  回転型バルブ
３０  超音波診断装置
３１  プローブ揺動制御部
【図１】
2008161288.tif 000003
【図２】
2008161288.tif 000004
【図３】
2008161288.tif 000005
【図４】
2008161288.tif 000006
【図５】
2008161288.tif 000007
【図６】
2008161288.tif 000008
【図７】
2008161288.tif 000009
【図８】
2008161288.tif 000010
【図９】
2008161288.tif 000011
【図１０】
2008161288.tif 000012
【図１１】
2008161288.tif 000013