(57)【要約】【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１
2004222771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【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（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ＝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：Ｔｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌ  Ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）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
１２  Ｚ相ピン
１３  ＭＲ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
１７  ＭＲ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、１２９  Ａ／Ｄ変換器
３４、１３０  ＤＳＰ
３５、１３１  画像メモリ
３６、１３２  ＤＳＣ
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、１４７  ＦＰＣ
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
７６  Ｉ／Ｏ線
７７  Ｚ相ＭＲオペアンプ
７８  Ａ相ＭＲオペアンプ
７９  Ｂ相ＭＲオペアンプ
８０  Ｚ相ＭＲコンパレータ
８１  Ａ相ＭＲコンパレータ
８２  Ｂ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
９６  Ｚ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
１１８  ＭＲ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
ｔｚ  Ｚ相矩形信号の「Ｈ」レベルの時間幅
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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