(57)【要約】【課題】超音波探触子において、振動子ユニットの位置を外部から視認できるようにする。【解決手段】３Ｄプローブ１０内には揺動運動可能に振動子ユニット１４が設けられている。３Ｄプローブ１０の側面１０Ａ，１０Ｂにはそれぞれ位置表示器２２が設けられている。位置表示器２２は円弧状の形態をもったＬＥＤアレイによって構成され、振動子ユニット１４の現在の位置に相当するＬＥＤが発光する。これに、ユーザーが位置表示器２２の表示内容を確認することにより現在の振動子ユニットの位置を直感的に認識することが可能となる。振動子ユニット１４を連続的に往復走査させる場合には、それに伴い機械走査範囲を表す内容が位置表示器２２に表示される。３Ｄプローブ１０に振動子ユニットの位置を指定する手段を設けるようにしてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に収容され、アレイ振動子を有する振動子ユニットと、
前記ケース内において、前記振動ユニットを機械走査する機械走査機構と、
前記ケースの外側における視認可能な位置に設けられ、前記機械走査機構による前記振動子ユニットの位置を表示する位置表示手段と、
を含むことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記機械走査機構は前記振動子ユニットを揺動させることにより前記振動子ユニットを機械走査し、
前記位置表示手段は前記振動子ユニットの揺動経路に対応する円弧状形態をもった表示器を有する、ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記表示器は前記振動子ユニットにおける揺動中心軸に交差する２つの側面にそれぞれ形成された、ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記振動子ユニットを被検体内の対象組織に向けて位置決めした静止モードでは前記位置表示手段に前記振動子ユニットの位置が不動状態で表示され、
前記振動子ユニットを往復走査させる走査モードでは前記位置表示手段に前記振動子ユニットの往復走査範囲を示す情報が表示される、ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項５】
装置本体とそれに接続される超音波探触子とを有する超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
ケース内に収容され、アレイ振動子を有する振動子ユニットと、
前記ケース内において、前記振動ユニットを機械走査する機械走査機構と、
前記ケースの外側における視認可能な位置に設けられ、前記機械走査機構による前記振動子ユニットの位置を表示する位置表示手段と、
を含み、
前記装置本体は、画面上に超音波画像と共に前記振動子ユニットの位置を表すガイダンス画像を表示する手段を含む、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記超音波探触子は、更に前記振動子ユニットの位置をユーザー指定する入力手段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】
本発明は超音波探触子及び超音波診断装置に関し、特にケース内で振動子ユニットが機械的に走査される超音波探触子及びそれを備えた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２に記載されているようなメカニカル３Ｄプローブ（機械走査方式が適用された三次元超音波探触子）は、アレイ振動子を有する振動子ユニット（可動体）と、それを機械的に駆動する走査機構と、を有する。かかるプローブは例えば腹部臓器、胎児などの三次元診断に用いられ、その場合には振動子ユニットが往復走査されて三次元データ取込領域が繰り返し形成される。かかるプローブをＢモード（二次元断層画像形成モード）で利用することもできる。その場合には、通常、振動子ユニットが角度ゼロの垂直位置に位置決めされる。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１８４５３２号公報
【特許文献２】特開２００５−２７０５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のメカニカル３Ｄプローブにおいては、外部から振動子ユニットの停止位置あるいは運動状態を観察することはできない。例えば、停止位置がどの角度であるのか、走査範囲がどの程度なのか、を手元で直感的に認識することは困難である。
【０００５】
本発明の目的は、ケース内に収容された振動子ユニットの位置（あるいは機械走査状態）を外部から把握又は確認できるようにすることにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、振動子ユニットを対象組織に向けて位置決めした場合にその位置が認識できるようにすることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、振動子ユニットが往復走査されている場合にその範囲を認識できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ケース内に収容され、アレイ振動子を有する振動子ユニットと、前記ケース内において、前記振動ユニットを機械走査する機械走査機構と、前記ケースの外側における視認可能な位置に設けられ、前記機械走査機構による前記振動子ユニットの位置を表示する位置表示手段と、を含むことを特徴とする超音波探触子に関する。
【０００９】
上記構成によれば、超音波探触子に位置表示手段が設けられ、そこには振動子ユニットの位置（位置情報）が表示されるので、その内容を見ることにより、振動子ユニットの機械走査状態を把握することができる。例えば、振動子ユニットが静止状態にあればその位置を特定でき、振動子ユニットが運動状態にあれば走査範囲（両端位置）、現在位置、走査速度、等の情報を提供可能である。これにより、機械的な不具合が生じた場合にそれを外部から特定することも可能である。位置表示手段は、超音波探触子の外表面に露出して配置するのが望ましい。その場合に、色々な角度から見ても位置情報を取得できるように構成するのが望ましい。例えば、複数の側面にそれぞれ表示器を設けてもよい。そのような側面に回転中心軸を表すマークを付すようにしてもよい。表示器を設ける位置は振動子ユニットの回転軸に直交する側面であるのが望ましいが、他の部位であってもよい。側面から見て、振動子ユニットの基準位置（例えば振動子の側端部）が運動する移動軌跡に一致するあるいは近似するように、表示器の形態及び配置を設定するのが望ましい。
【００１０】
望ましくは、前記機械走査機構は前記振動子ユニットを揺動させることにより前記振動子ユニットを機械走査し、前記位置表示手段は前記振動子ユニットの揺動経路に対応する円弧状形態をもった表示器を有する。この構成によれば表示器の形態から振動子ユニットの運動軌跡を大凡把握でき、その上で現在の機械走査状態を視認できる。表示器の曲率が大きければ回転半径が小さいものと推認でき、また回転中心軸が明示されていなくても、それを曲率から大凡認識できる。これにより、走査面あるいは三次元データ取り込み領域の形態を容易に把握できる。上記表示器によれば機械走査の具体的方式（直線走査ではなく揺動走査であること）を直感的に認識できるので超音波診断を適正に遂行することができる。
【００１１】
望ましくは、前記表示器は前記振動子ユニットにおける揺動中心軸に交差する２つの側面にそれぞれ形成される。この構成によれば多くの方向から表示器を見れるので、振動子ユニットの走査状態の確認を容易に行える。
【００１２】
望ましくは、前記振動子ユニットを被検体内の対象組織に向けて位置決めした静止モードでは前記位置表示手段に前記振動子ユニットの位置が不動状態で表示され、前記振動子ユニットを往復走査させる走査モードでは前記位置表示手段に前記振動子ユニットの往復走査範囲を示す情報が表示される。この構成によれば、位置表示手段には振動子ユニットが静止している現在位置に加えて、その運動中において走査範囲を表す情報も表示できるので、静的状態及び動的状態の両方において位置表示手段を機能させることができる。２つの表示態様が異なることになるので、現在の動作モードを誤認することを防止できる。
【００１３】
本発明は、装置本体とそれに接続される超音波探触子とを有する超音波診断装置において、前記超音波探触子は、ケース内に収容され、アレイ振動子を有する振動子ユニットと、前記ケース内において、前記振動ユニットを機械走査する機械走査機構と、前記ケースの外側における視認可能な位置に設けられ、前記機械走査機構による前記振動子ユニットの位置を表示する位置表示手段と、を含み、前記装置本体は、画面上に超音波画像と共に前記振動子ユニットの位置を表すガイダンス画像を表示する手段を含む、ことを特徴とする超音波診断装置に関する。この構成によれば断層画像等の超音波画像と一緒にガイダンス画像を表示できるので、画像観察時に診断状況を的確に把握できる。
【００１４】
望ましくは、前記超音波探触子は、更に前記振動子ユニットの位置をユーザー指定する入力手段を有する。この構成によれば入力手段を使って振動子ユニットの位置を可変するとそれに連動して位置表示内容も変化するので、位置入力を誤り無く行え、また操作性を向上できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、ケース内に収容された振動子ユニットの位置（あるいは機械走査状態）を外部から把握又は確認できる。あるいは、振動子ユニットを対象組織に向けて位置決めした場合にその位置が認識できる。あるいは、振動子ユニットが往復走査されている場合にその範囲を認識できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は大別して３Ｄプローブ（３次元データ取込用超音波探触子）１０と装置本体１２とで構成される。
【００１８】
３Ｄプローブ１０は、図示されていないケース内に配置された振動子ユニット１４を有する。振動子ユニット１４は本実施形態において揺動走査されるものであり、その揺動走査は走査機構１８によって実行されている。振動子ユニット１４は可動体であり、アレイ振動子１６を有する。アレイ振動子１６は複数の振動素子からなる１Ｄアレイ振動子である。そのアレイ振動子１６によって形成される走査面に直交する方向に振動子ユニット１４が駆動される。
【００１９】
振動子ユニット１４の送受波面は円筒面形状を有しており、その送受波面に沿ってアレイ振動子１６が設けられている。振動子ユニット１４は図示されていない回転軸を中心として揺動運動するものである。走査機構１８はモータ、ギア機構等を有しており、後述する主制御部３４によって制御されている。振動子ユニット１４の揺動角度が角度検出器２０によって検出されている。探触子ケース内には、上記の振動子ユニット１４の他、走査機構１８、角度検出器２０が内蔵されている。
【００２０】
位置表示器２２は、振動子ユニット１４の揺動角度（すなわち位置）をユーザーに視認させるための表示器である。後に説明するように、超音波探触子の２つの側面上にそれぞれ位置表示器２２が設けられている。もちろん、１つの側面に位置表示器２２を設けてもよい。場合によっては、位置入力器２４が設けられる。位置入力器２４は振動子ユニット１４を所望の角度に位置決めする際にユーザーによって操作されるユーザーインターフェイスである。
【００２１】
送受信部２６は送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、送受信部２６は送信時において複数の送信信号をアレイ振動子１６に対して供給する。これにより、アレイ振動子１６において超音波ビームが形成される。この場合の電子走査方式としては、いわゆるコンベックス走査方式があげられる。もちろん電子セクタ走査方式等が適用されてもよい。受信時においては、アレイ振動子１６から出力される複数の受信信号が送受信部２６に入力され、送受信部２６においては複数の受信信号に対する整相加算処理が実行される。これによって受信ビームが形成され、受信ビームに相当するビームデータが画像形成部２８へ出力される。
【００２２】
画像形成部２８は、検波器、ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）等を具備しており、入力されるビームデータに基づいて超音波画像を形成する。画像形成部２８は本実施形態において、３次元超音波画像を形成する機能と２次元断層画像を形成する機能とを有している。３次元モードにおいては、振動子ユニット１４が繰り返し往復走査され、これによって各走査において３次元データ取込空間が形成され、そこから得られたデータに基づき３次元超音波画像が構築される。その場合においては、いわゆるボリュームレンダリング法等が適用される。一方、断層画像を表示するモードにおいて、振動子ユニットがユーザーの入力に基づいて所定の角度に位置決めされ、当該角度において形成される走査面から得られたデータに基づいて２次元断層画像が形成される。それらの画像データは表示処理部３０へ出力される。
【００２３】
表示処理部３０は、カラー処理機能、画像合成機能を有している。本実施形態においては、表示処理部３０が表示画面内にガイダンス画像を表示する機能を有している。ガイダンス機能については後に説明するが、それは振動子ユニット１４の位置あるいは走査範囲を表す画像である。表示部３２の画面上には超音波画像と共にガイダンス画像が表示される。
【００２４】
主制御部３４はＣＰＵ及び動作プログラムによって構成され、主制御部３４によって図１に示される各構成が制御されている。主制御部３４には操作パネル３６が接続されている。操作パネル３６はキーボードやトラックボール等を含んでおり、ユーザーはその操作パネル３６を利用して振動子ユニット１４の角度の指定や動作モードの選択を行える。動作モードは、前述した３次元画像形成モード及び断層画像形成モードである。
【００２５】
図２には、図１に示した３Ｄプローブ１０の概略的な斜視図が示されている。上述したように探触子ケース内には、振動子ユニット１４が揺動自在に設けられ、振動子ユニット１４は具体的には回転軸４０を中心として揺動運動を行う。探触子ケース内には図１に示した走査機構が設けられているが、図２にはそれが図示されてはいない。探触子ケースは２つの側面１０Ａ，１０Ｂを有しており、それらの側面１０Ａ，１０Ｂは回転軸４０に直交する面であるが、その面が湾曲していてもよい。それらの側面１０Ａ，１０Ｂにはそれぞれ位置表示器２２が設けられている。なお、図１においては位置表示器２２が１つ示されていたが、図２に示す構成例では、それぞれの側面１０Ａ，１０Ｂに位置表示器２２が設けられている。
【００２６】
位置表示器２２は振動子ユニット１４における基準端、本実施形態にはアレイ振動子の端部の移動軌跡に一致して湾曲した形態を有している。すなわち、その曲率はアレイ振動子の端部の移動軌跡の曲率に一致している。位置表示器２２は本実施形態において、複数のＬＥＤによって構成され、それらのＬＥＤ２２ａは上記の曲率にしたがって円弧状に配列されている。
【００２７】
振動子ユニット１４の現在角度に相当するＬＥＤが発光し、振動子ユニット１４が運動するとそれに伴って各時点における角度すなわち位置に相当するＬＥＤ２２ａが点灯する。したがって、所望の方向に振動子ユニット１４を位置決めすると、当該方向に相当するＬＥＤが発光することになり、ユーザーはそのようなＬＥＤの発光を確認することによって振動子ユニット１４が現在どの方向を向いているのかを直感的に認識することができる。一方、３次元超音波画像を形成するモードにおいては、振動子ユニット１４が往復運動し、その場合においては発光部位が円弧状に往復運動することになり、そのような表示形態から機械走査の範囲及び速度等を認識することが可能である。振動子ユニットの位置に対応するＬＥＤを発光させるのではなく、走査範囲に相当する複数のＬＥＤを同時に発光させるようにしてもよい。それらの表示形態については後に詳述する。
【００２８】
本実施形態においては、位置表示器２２が上述のように構成されているため、位置表示器２２の形態から振動子ユニット１４のおおよその運動軌跡を把握することができ、またそれによって３次元データ取込空間全体の形態をイメージすることが可能となる。また振動子ユニットの各時点における位置を認識することができるので誤りのない操作あるいは画像認識を行える。更に、機械的な機構に何らかの不具合が生じた場合にはそれを位置表示器２２の内容として認識することができるので、動作信頼性を保証できるという利点もある。
【００２９】
上記の実施形態においては、振動子ユニット１４は揺動走査されていたが、振動子ユニットは直線的に走査されてもよいし、あるいは別の走査が行われてもよい。位置表示器２２は回転軸から見て体表側に設けられていたが、すなわち探触子ケースの下部に設けられていたが、それを上部に配置するようにしてもよい。その場合においては、振動子ユニット１４の位置及び移動軌跡が直感的に認識できるような形態をもって位置表示器を設けるのが望ましい。なお、図１に示した位置表示器２２は、上述したように複数のＬＥＤによって構成されるが、それに伴ってケース内にはそれらのＬＥＤを駆動するドライバ及び制御信号をドライバに与えるデコーダ等が設けられる。
【００３０】
振動子ユニット１４を所望の方向に傾けて断層画像を形成する場合が示されている。３Ｄプローブ１０の接触面が体表４２に当接され、図３においては体表に対して垂直方向から３Ｄプローブが当接されている。３Ｄプローブ１０それ自体を運動させることなく、所定の角度入力を与えることにより振動子ユニット１４をケース内で移動させることができ、例えば断層画像を見ながら走査面４６がターゲット組織４４に合致するように角度の設定を行える。ちなみに、符号１４’は基準位置における振動子ユニットを表しており、符号４６’は当該状態における走査面の位置を表している。
【００３１】
図４には、３Ｄプローブ１０に対して位置表示器２２の他に位置入力器５０を設けた実施形態が示されている。位置入力器５０はスライダ５２を有しており、ユーザーはそのスライダ５２の位置を設定することにより、それに応じた振動子ユニットの角度を超音波探触子上で設定することが可能である。もちろん、そのような設定は図１に示した操作パネル３６から行うことも可能である。本実施形態においては、超音波探触子上において位置の指定を行った場合、それに伴って振動子ユニット１４がその指定にしたがった位置に位置決めされ、同時に位置表示器２２に当該位置が表示されることになる。したがって、ユーザーの設定操作を容易にすることができ、また設定した内容を直ちに確認できるので、設定の誤りを未然に防止できるという利点がある。
【００３２】
図５には、図１に示した表示部３２に表示される画像の内容が示されている。表示画面５４上には超音波画像５６が表示される。この超音波画像５６は図５に示す例において２次元断層画像である。また、その超音波画像５６に伴ってガイダンス画像５８が表示されている。このガイダンス画像５８は３Ｄプローブを模式的に表すグラフィック要素６０と振動子ユニットを模式的に表すグラフィック要素６２とを有するものである。そのグラフィック要素６２は実際の振動子ユニットの位置に応じてその表示位置が可変設定されるものであり、例えば振動子ユニットの角度として３０度が設定された場合にはグラフィック要素６２は同じ３０度の角度をもって画面上に表示されることになる。したがって、超音波画像を観察しながら当該超音画像を取得した位置あるいは向きを直ちに確認できるので、画像診断を的確に行えるという利点がある。もちろん３次元超音波画像を表示する場合においても図５に示したようなガイダンス画像５８を表示するのが望ましい。
【００３３】
上述したように、本実施形態の超音波診断装置において言えば、振動子ユニットを連続的に機械走査するモードと振動子ユニットを所定の角度に位置決めするモードとを有しており、前者の場合には図６あるいは図７に示すような表示方式が採用される。図６に示す表示例においては、機械走査範囲の全体に相当するＬＥＤ列が全て同時に発光しており、これによって走査範囲の両端を直感的に認識できる。図７に示す表示例においては、実際の振動子ユニットの位置に相当するＬＥＤのみが発光しており、機械走査が高速で行われるため、その表示位置は高速で運動することになり、一定の残像効果があるものの、振動子ユニットが存在する位置だけが発光を生じることになる。ただし、そのような発光点が周期的に運動するため、ユーザー側から見て、機械操作の範囲、走査速度、現在位置等を認識できるという利点がある。
【００３４】
本実施形態においては、単色のＬＥＤアレイが利用されていたが、もちろん多色のＬＥＤアレイを利用してもよい。例えば、色相を利用して各種の情報を表示することも可能である。例えば、第１のモードの場合には緑色による発光を行い、第２のモードの場合にはオレンジ色に発光を行わせるようにしてもよい。往路走査においては第１の色相を利用し、復路走査においては第２の色相を利用することにより、往路走査と復路走査を視覚的に区別できるようにしてもよい。
【００３５】
上述したように、本実施形態の超音波診断装置においてはユーザーによって指定されて角度で振動子ユニットを位置決めできるので、図３に示したように３Ｄプローブそれ自体を傾けることなく、所望の方向に走査面を傾けて超音波診断を実行できるという利点がある。しかも、振動子ユニットが傾いた方向すなわち走査面の位置を位置表示器の表示内容から直感的に認識できるので、超音波診断を的確に行うことができ、またその操作性を向上できるという利点がある。上記の実施形態においては、ＬＥＤアレイが利用されていたが、位置情報を表示できる限りにおいて各種の表示形態を採用することができ、例えば液晶表示器、機械的な指針等を採用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した３Ｄプローブの概略的な外観図である。
【図３】３Ｄプローブの使用状態を示す図である。
【図４】３Ｄプローブに設けられる位置表示器及び位置入力器を示す図である。
【図５】表示画面上に表示されるガイダンス画像の例を示す図である。
【図６】振動子ユニットを連続的に往復走査する場合における表示例１を示す図である。
【図７】振動子ユニットを連続的に往復走査する場合における表示例２を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ３Ｄプローブ、１２  装置本体、１４  振動子ユニット、１６  アレイ振動子、１８  走査機構、２０  角度検出器、２２  位置検出器、４０  回転軸。
【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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