(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を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、その駆動モータに直接、超音波振動子を取り付ける。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て、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。【選択図】  図１
2004229993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の情報を検出し、エコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置の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、駆動モータの制御情報とした前記エンコーダの２相の出力信号を波形整形する波形整形回路と、前記波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路を具備し、合成回路からの出力信号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】
請求項１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３】
生体の情報を検出し、エコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置の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、駆動モータの制御情報とした前記エンコーダの２相の出力信号を波形整形する波形整形回路と、前記波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路を具備し、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４】
請求項３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。
【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に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センサでロータの絶対位置情報を検出し、その相対位置情報と絶対位置情報の２つ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２８５頁、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、モータ及び超音波振動子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、より高精度なモータ及び超音波振動子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伴に、温度等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いしまうという問題があった。
【０００８】
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伴に、上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。
【０００９】
【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。
【００１０】
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。
【００１１】
さらに、超音波振動子の位置情報分解能をあげるためには、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あげることは駆動モータの位置情報分解能をあげることである。超音波振動子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あげる。
【００１２】
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相の信号を確定するために下記のいずれかの規定をする。
（１）Ｚ相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。
【００１３】
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。
【００１４】
さらに、波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、そのパルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路からＡＢ相のＭＲ信号を４逓倍する。たとえば、ＡＢ相ＭＲ信号がそれぞれ３００パルスなら、合成後は４逓倍された１２００パルスの位置情報が得られる。その位置情報で得られたビーム軌跡面の超音波断層画像を処理する画像処理装置が可能となる。
【００１５】
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。
【００１６】
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、下記の手段をとることで、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て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て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として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。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は生体の情報を検出し、エコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置の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、駆動モータの制御情報とした前記エンコーダの２相の出力信号を波形整形する波形整形回路と、前記波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路を具備し、合成回路からの出力信号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することで、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。
【００１８】
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。エンコーダより出力される９０度位相差のある２相の信号を電気的に処理することにより、各々の信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジによるパルスを合成し、前記合成パルス信号を用いることにより、駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができ、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として４逓倍情報を使用した超音波診断画像を得ることができる
本発明の請求項２に記載の発明は請求項１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が提供でき、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。駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができ、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として４逓倍情報を使用した超音波診断画像をもとにした超音波診断装置が提供できる。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の発明は生体の情報を検出し、エコー信号を出力する超音波プローブとそのエコー信号を画像処理する本体部とを備える超音波診断装置の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、駆動モータの制御情報とした前記エンコーダの２相の出力信号を波形整形する波形整形回路と、前記波形整形回路からの２相の出力信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジよりパルスを発生させるパルス発生回路と、前記パルス発生回路からの２相のパルス信号を合成する合成回路を具備し、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、駆動モータ及び超音波振動子の高精度な位置信号を用いることにより、より高精度な超音波断層画像が得られるという作用を有する。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することで、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。駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができる。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。
【００２０】
本発明の請求項４に記載の発明は請求項３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。駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号パルス数よりも高分解能した超音波振動子の角度位置情報として使用することができ、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として４逓倍情報を使用した超音波診断画像をもとにした超音波診断装置が提供できる。
【００２１】
【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。
【００２２】
（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。
【００２３】
本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。
【００２４】
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。
【００２５】
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情報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。
【００２６】
基準位置情報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。
【００２７】
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。その駆動モータ制御駆動回路１９はモータ駆動回路７８と駆動制御マイコン７７との構成がある。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。
【００２８】
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は波形整形回路７４とパルス発生回路７５と合成回路７６から構成される。合成回路７６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、さらに駆動制御マイコン７７（またはプローブＣＰＵとする）で処理を行い、超音波診断装置本体に情報伝達される。モータはコネクタボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９に搭載されるモータ駆動回路７８でもって駆動され、指令制御等は駆動制御マイコン７７で行う。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７７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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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な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。
【００３９】
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。
【００４０】
超音波診断装置本体からＩ／Ｏ線７９（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７９を介して超音波診断装置本体に伝達される。Ｉ／Ｏ線７９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７９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７９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。
【００４１】
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エンコーダ１５からの超音波振動子の走査位置をし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。
【００４２】
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しめす。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。
【００４３】
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）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。
【００４４】
駆動モータの制御駆動回路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、診断装置のソフト面を変えることで容易に対応できる。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システムは一応完結できる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
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振動子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に搭載の超音波振動子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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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にコイル（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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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コイル（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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
コアに電着塗装を施す工程の例を以下に説明する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。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こと。
（４）分子配列の制御が可能であるので薄膜制御性がよい。
（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
ＭＩＭで製作するために次のような観点で金型製品形状、製品成形条件などを設計検討した。
（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。
【００７５】
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。
【００７６】
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などがよく使用される。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。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。
【００８３】
ロータ側トランス２１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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、溝に適した半径のコイル７１が装着されている。コイル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のコイル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。
【００８６】
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。
【００８７】
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よいことから、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。
【００８８】
本発明では、駆動モータの駆動制御をするために、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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）。
【００９１】
駆動モータ３には基準位置情報を知るための基準位置情報手段として、磁性材のＺ相ピン１２がＳＵＭ２４ＬやＳＵＹなどの磁性材で作られたロータフレーム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、８０はＺ相ＭＲオペアンプ、８１はＡ相ＭＲオペアンプ、８２はＢ相ＭＲオペアンプ、８３はＺ相ＭＲコンパレータ、８４はＡ相ＭＲコンパレータ、８５はＢ相ＭＲコンパレータである。
【００９２】
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情報手段は、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８６の電圧は小さいので、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８０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８９，９０で決まる電位になる、抵抗８９，９０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）のように一度盛り上がって、中点電位以下に盛り下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。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。
【００９３】
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のコンパレータ８３に入力され、可変抵抗器９３で作られる基準電圧と比較され、Ｚ相ＭＲコンパレータ８３の出力信号は入力信号が基準電圧より低い場合はコンパレータ８３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。
【００９４】
図７に見られるようにＺ相コンパレータ８３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。
【００９５】
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。
【００９６】
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、
（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。そ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。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。
【００９７】
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る。ロータフレーム５０の超音波振動子取付面９４とベースハウジング５６の取付面９５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９６をゆるめて、上記９０度ジグ固定状態でＺ相ＭＲ素子のコンパレータ８３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素子のコンパレータ８３の出力電位が「Ｈ」レベルになる位置でビス９６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９５に対して９０度位置に超音波振動子の取付面９４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。
【００９８】
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９７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９７がコンパレータ出力「Ｈ」レベルの位置に調整することができる。
【００９９】
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。
【０１００】
駆動モータ３には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。図６にはそのＡＢ相ＭＲ素子の増幅回路と波形整形回路の一例が示されている。図６において、１７はＡＢ相ＭＲ素子、８１はＡ相ＭＲオペアンプ、８２はＢ相ＭＲオペアンプ、８４はＡ相ＭＲコンパレータ、８５はＢ相ＭＲコンパレータであって、８７、８８はＡＢ相ＭＲ素子の源信号から増幅回路に入る入力端子である。ＡＢ相の増幅回路はＺ相の増幅回路と同じであるので、説明は前述してあるので省略する。エンコーダマグネット１６には回転着磁で多極着磁がなされている磁極をＡＢ相ＭＲ素子で検出した場合、正弦波波形の信号が得られる。その信号をＭＲオペアンプ８１、８２で増幅すれば、ゲイン倍された振幅の正弦波波形が得られる。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素子信号も３００パルスとなる。増幅後ＭＲ素子信号は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。
【０１０１】
Ｚ相ＭＲ信号は矩形波の波形整形後、特に波形処理はしないが、ＡＢ相ＭＲ信号は波形整形後にも波形処理回路へ伝達される。その波形処理回路を説明するために、図１０には波形整形回路７４も含めて、波形整形回路７４、パルス発生回路７５、合成回路７６の回路構成の一例を示す。図１１にはＭＲ素子１７の信号を中継アンプ基板１４で増幅した後の波形整形回路７４、パルス発生回路７５及び合成回路７６での信号波形を示す。
【０１０２】
図１０の入力端子９８、９９に中継アンプ基板１４で増幅されたＭＲ素子１７の２相の信号がそれぞれ入力される。入力端子９８から入力された入力信号１００は波形整形回路７４のコンパレータ８３に入力され、可変抵抗器１０１調整設定された基準電圧１０２と比較される。コンパレータ８３の出力信号１０３は入力信号１００が基準電圧１０２より高い場合はコンパレータ８３の出力は「Ｈ」レベルになり、低い場合は「Ｌ」レベルになる。次にコンパレータ８３の出力信号１０３はコンデンサと抵抗で構成のフィルタを通って、パルス発生回路７５の抵抗１０４、１０５を通り排他的論理和１０６に入力される。その際抵抗１０５と排他的論理和１０６の間にはコンデンサ１０７が対ＧＮＤに設けられており、抵抗１０５側の排他的論理和１０６の入力信号は抵抗１０４側の入力信号より、抵抗１０５とコンデンサ１０７の値により決定される時間分遅れた信号になる。その結果、排他的論理和１０６の出力信号１０８はコンパレータ８３の出力信号１０３の立ち上がり及び立ち下がりにより論理が変化する出力信号１０８になる。
【０１０３】
もう一方の入力端子９９から入力された入力信号１０９はコンパレータ８４に入力される。コンパレータ８４、抵抗１１０、１１１、コンデンサ１１３、排他的論理和１１２の動作は前述した回路と同様の為省略するが、コンパレータ８４の出力信号と、抵抗１１１及びコンデンサ１１３により遅れた信号とを排他的論理和１１２から得られる出力信号を１１４とする。
【０１０４】
図１１には入力端子９８、９９の信号（図１１の（ａ））を処理して、排他的論理和１０６、１１２からの出力から、出力信号１０８、１１４（図１１の（ｂ））を処理した出力信号１１９（図１１の（ｃ））の信号波形を示す。
【０１０５】
入力端子９８、９９の信号が図１１（ａ）の上下に示すような信号波形であるとすると、波形整形回路７４を通ってパルス発生回路７５を通る。そのパルス発生回路７５の排他的論理和１０６、１１２からの出力信号１０８、１１４は図１１（ｂ）に示すような信号波形となる。
【０１０６】
出力信号１０８、１１４は合成回路７６のＯＲ論理素子１１５、１１６に入力される。図１０に示される合成回路７６は、ＯＲ論理素子１１５、１１６とインバータ素子１１７、１１８で構成されている。合成回路７６により出力信号１１９を得ることが出来る。出力信号１１９の信号波形は図１１（ｃ）で示すような波形となる。以上より、入力端子９８、９９の信号周期Ｔの１／４周期の出力信号１１９を得ることが出来る。すなわち、ＡＢ相の信号を４逓倍したことになる。
【０１０７】
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パルスとなるので、そのままのパルス数でも使用できるが、超音波振動子１、２の回転角度位置の分解精度を上げるために、Ａ相Ｂ相を４逓倍すれば、１回転あたり１２００パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。エンコーダマグネット１６は回転着磁がなされるために、磁極間の角度精度は非常に高いので、４逓倍してもかなり角度精度のよい位置情報が得られる。その駆動モータ３の駆動軸９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。
【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１２に波形整形回路７４から得られるＡ相、Ｂ相、Ｚ相の矩形波形を示す。図１２（ａ）はＺ相ＭＲのコンパレータ出力波形である。図１２（ｂ）はＡ相ＭＲのコンパレータ出力波形が得られる。図１２（ｃ）はＢ相ＭＲコンパレータ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。
【０１０９】
Ｚ相ＭＲのコンパレータ出力波形と４逓倍したパルスとで超音波振動子の絶対位置を確定するよりも、Ｚ相ＭＲのコンパレータ出力波形とＡＢ相コンパレータ出力とで超音波振動子の絶対位置を確定するほうがより精度の高くて、調整作業的にも可能である。
【０１１０】
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１２ではＺ祖信号の立ち上がり１２０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行なわない。そのためにＡＢ相ＭＲ素子の方を調整することになる。
【０１１１】
以下の（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。
【０１１２】
超音波振動子の位置調整にはＡＢ相ＭＲのコンパレータ出力信号を使用し、相対位置情報にはＡＢ相ＭＲの４逓倍出力信号を使用する。モータの駆動はＡＢ相ＭＲの増幅信号やコンパレータ出力信号を使用する。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。
【０１１３】
ＡＢ相の信号とＺ相信号を波形処理した波形信号を直接超音波診断装置本体へ伝達することはせず、駆動制御マイコン（プローブＣＰＵ）７７で超音波振動子の位置情報の処理を行い、ホストＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ７７とは双方方向のシリアル通信で、本体装置側とプローブ側での情報のやりとりを行っている。本体装置の指令情報はホストＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ７７にシリアル通信にて送信されて、その指令情報内容に基づいてプローブＣＰＵ７７は駆動モータを動作させる。駆動モータの位置情報や超音波振動子の位置情報等は主体的にはプローブＣＰＵ７７で管理されていて、その管理情報をホストＣＰＵへ送信し、本体側でもプローブ先端部の情報を共有している。その共有の情報管理をするために、プローブＣＰＵ７７とホストＣＰＵ３８とのインタフェース仕様が決められている。そのインタフェース仕様が他の機種のプローブであっても、同じ仕様で決めらている場合には、他機種のプローブに対しても接続が可能となる。インタフェース仕様を汎用性のあるものに取り決めることで、他機種のプローブの互換性ができる。医療分野ではかなり独創的な内容になっている。
【０１１４】
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、診断装置のソフト面を変えることで容易に対応できる。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システムは一応完結できる。
【０１１５】
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などの特徴をもち、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、画質の良好な２次元の超音波断層画像が得られる。
【０１１６】
（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。
【０１１７】
図１３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１４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１５は超音波振動子を駆動する駆動モータの断面図である。
【０１１８】
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）１２１とハンドル（または操作部、手元操作部）１２２とコネクタボックス１２３と挿入管（または導中部）１２４とケーブル１２５で構成される。超音波プローブの先端１２１には超音波振動子１２６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１２６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）１２７が構成され、駆動ロータ１２７を支持するベースハウジング１２８が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１２１からハンドル１２２まではフレキシブルな挿入管１２４で構成され、その挿入管１２４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１２２にはコントローラノブ１２９が構成される。ハンドル１２２にはケーブル１２５を介してコネクタボックス１２３が接続され、コネクタボックス１２３には駆動モータ制御駆動回路１３０があり、その駆動モータ制御駆動回路１３０には位置検出信号処理回路１３１とモータ駆動回路１３２とプローブＣＰＵ１３３が構成されている。そのコネクタボックス１２３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。
【０１１９】
超音波振動子１２６は駆動ロータ１２７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１２６の回転軸と駆動モータの駆動軸１３４とは同一の軸となる。駆動軸１３４に対して超音波振動子１２６のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子１２６側のビーム放射軸１３５方向にビーム軌跡面１３６を形成する。その駆動ロータ１２７が回転することで超音波振動子１２６のビーム軌跡面１３６は回転する。その軌跡面１３６は駆動軸１３４に対して平行な面となる。
【０１２０】
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１２６を備えており、超音波振動子１２６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。
【０１２１】
駆動ロータ１２７の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ１２７に取り付けられた超音波振動子１２６の位置情報を知ることになる。駆動ロータ１２７の回転位置は１回転の基準となる基準位置情報手段と相対位置情報手段を併用して駆動ロータ１２７の回転位置情報を知ることができる。
【０１２２】
基準位置情報手段として、磁気式エンコーダは使わず、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。本発明の場合は以下のようにして絶対位置を可能とした。
（ａ）ロータの回転を規制する。
【０１２３】
ロータ側の規制部として、ロータフレーム１５９の一部に規制部材１７０を取付け、ステータ側の規制部としてはベースハウジング１２８の一部に突起１７１を形成し、駆動ロータ１２７の回転を規制する。その規制されたことによって駆動ロータ１２７は連続回転ができず、揺動運動しかできない。回転規制で基準位置を形成する場合は、揺動運動の超音波診断プローブに適用される。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ために、回転規制方式が可能である。
（ｂ）ロータの基準位置と超音波振動子の位置関係を確定する。
【０１２４】
超音波振動子１２６をロータフレーム１５９に取り付ける時に、ロータフレーム１５９の規制部材１７０をベースハウジング１２８の突起部１７１に当接させた状態で、超音波振動子１２６をベースハウジング１２８に対して設定された位置に取り付ける。したがって、ベースハウジング１２８の突起部１７１の当接端点位置から超音波振動子１２６の素子基準までの角度位置関係が確定できる。
（ｃ）その規制端点を回転座標基準原点にする。
【０１２５】
超音波プローブでは非通電時には超音波振動子１２６の位置がどこにあるのか不明であるので、超音波振動子１２６の位置を確定しなくてはいけない。コア１６４に巻回されたコイル１６６に通電をすることでロータは回転する。回転をしていくと回転規制される状態になるが、回転規制が正規な規制状態なのか、もう一方の規制状態になっているのかが、回転規制した状態では判断できない。回転規制にいたるまでの回転状態でロータの回転を検出して、回転状態が正しい状態かを判断する。仮にもう一方での規制状態であれば、ロータを回転させて正規な規制状態を形成する。その正しい規制状態でロータの回転角度座標の基準位置とすればよい。その正しい規制状態で相対位置情報のカウントターをリセットし、原点位置にすればよい。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。その行為を通電の際には必ず行えば、正確な超音波振動子の位置を把握することができる。
【０１２６】
また、相対位置情報手段としては磁気式エンコーダを使用する。その磁気式エンコーダはエンコーダマグネット１３７とＭＲ素子１３８で構成される。相対位置情報手段としてのＭＲ素子１３８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１２７の回転方向をその位相差から求めることができる。ＭＲ素子１３８はベースハウジング１２８に取り付けられている。駆動ロータ１２７側に構成されたエンコーダマグネット１３７は外周にＡＢ相磁極が着磁されている。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１３８から得る。
【０１２７】
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、光電センサを用いた光エンコーダなどでもよい。
【０１２８】
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を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。
【０１２９】
本実施例の超音波振動子１２６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。
【０１３０】
超音波振動子１２６から放射した超音波は超音波振動子１２６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１２６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１２４、ハンドル１２２、ケーブル１２５、コネクタボックス１２３を経由して、システム本体１４０の回路に送られる。
【０１３１】
次に超音波診断装置本体のシステム本体１４０内の送受信回路部分について説明する。
【０１３２】
超音波を生体内に送信する場合には、まずパルス発生器１４１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１４２に送られる。この振動子駆動回路１４２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１２６から生体内に放射される。
【０１３３】
超音波振動子１２６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１２６によって受信され、この超音波エコーの反射強度に相当な微弱な受信信号はシステム本体１４０内の増幅器１４３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１４４で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路１４５にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器１４６をゲイン制御用コントローラ１４７で制御されてゲイン補正され、合成回路１４８で合成されて、Ａ／Ｄ変換器１４９にてＡ／Ｄ変換され、高速画像ＤＳＰ１５０で画像処理される。ＤＳＰ１５０で処理された座像は一旦画像メモリ１５１にストアされる。駆動時の複数の画像も画像メモリ１５１にストアされ、高速画像ＤＳＰ１５０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）１５２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１５３にて２次元超音波断層画像として表示される。
【０１３４】
本体装置のシステム本体１４０には、装置全体の回路を統括するホストＣＰＵ１３９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ＣＰＵ１３９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。
【０１３５】
図１３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、食道およ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１２４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１２１から挿入管１２４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。
【０１３６】
超音波プローブの先端１２１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１５４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１２１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１２１とハンドル１２２は屈曲性のある挿入管１２４で接続されている。ハンドル１２２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１２９が構成されている。コントローラノブ１２９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１２９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１２９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１２９についている。コントローラノブ１２９の信号はコネクタボックス１２３からシステム本体１４０のホストＣＰＵ１３９に送られ、ホストＣＰＵ１３９からそのコントローラノブ１２９の指令に合わせて駆動モータ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。
【０１３７】
超音波プローブはハンドル１２２からケーブル１２５でコネクタボックス１２３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１２３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１４０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１５５があり、装着後はノブ１５５を回してコネクタボックス１２３を本体にしっかりとロックする。
【０１３８】
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、本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。
【０１３９】
超音波振動子１２６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１４の符号１５６）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図１４の符号１５７）とを可能にしている。
【０１４０】
超音波プローブの先端１２１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１２４やケーブル１２５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１２３に伝達するフレキシ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。
【０１４１】
図１５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。
【０１４２】
図１５において、超音波振動子１２６は素子ホルダー１５８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１５９の天面部に取り付けられ、駆動軸１３４を中心にして回転する。その超音波振動子１２６の先端には音響レンズ１６０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１６０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１２６の信号線は中空の駆動軸１３４の軸中央穴を通って、駆動モータの外部に引き出される。
【０１４３】
超音波振動子１２６のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子１２６側のビーム放射軸１３５方向にビーム軌跡面１３６を形成する。ロータフレーム１５９に天面部に取り付けられている超音波振動子１２６は駆動軸１３４を中心に回転するので、超音波振動子１２６のビーム軌跡面１３６も回転する。その軌跡面１３６は駆動軸１３４に対して平行な面となる。そのビーム軌跡面１３６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１５６と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面１５７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。
【０１４４】
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。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。
【０１４５】
超音波振動子１２６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１３６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）４５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。
（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。
（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。
（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。
（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（ｃ）や（ｄ）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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
駆動ロータはロータフレーム１５９には駆動マグネット１６１を取り付ける垂下部１６２と駆動軸１３４と超音波振動子を取り付けるインロー部１６３が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット１６１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１６１に対向する位置にコア１６４がベースハウジング１２８の中央円筒部１６５に接着固定される。そのコア１６４は突極の数６であって、３相になるように巻線１６６が巻回されている。コア１６４と巻線１６６との絶縁のために、コアには電着塗装がなされている。
【０１４８】
コア１６４の絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線１６６とコア１６４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１６６とコア１６４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。
【０１４９】
駆動モータの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１２８に貼られたＦＰＣ１６７に半田付け接続され、そのＦＰＣ１６７を駆動モータの外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣ１６７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。
【０１５０】
超音波振動子１２６が取り付けられたロータフレーム１５９は駆動軸１３４を軸受１６８、１６９で回転支承されている。その軸受１６８、１６９はベースハウジング１２８の中央円筒部１６５の内側に固定され、駆動軸１３４を中心に回転させることができる。
【０１５１】
相対位置情報手段としてのエンコーダはＡＢ相ＭＲ素子とエンコーダマグネットから構成され、そのＡＢ相ＭＲ素子から得られた信号はコネクタボックス１２３に駆動モータ制御駆動回路１３０に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１３０は位置検出信号処理回路１３１とモータ駆動回路１３２とプローブＣＰＵ１３３で構成されている。この位置検出信号処理回路１３１はＭＲ素子信号の増幅回路と波形整形回路とパルス発生回路と合成回路で構成されている。それぞれの回路については実施例１にて説明しているので省略する。位置検出信号処理回路１３１によって、ＡＢ相ＭＲ信号は波形整形回路後では原信号のパルス数とおなじ矩形波信号が得られ、合成回路後ではＡＢ相のパルス数の４逓倍したパルス数の信号が得られる。この４逓倍したパルス信号を超音波振動子の相対位置情報に用いることによって、ＭＲ素子原信号数より４倍の分解能のある画像情報が得られる。
【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１５９の回転位置情報を知ることである。ロータフレーム１５９の回転位置は１回転の基準となる基準位置情報手段と相対位置情報手段を併用してロータフレーム１５９の回転位置情報を知る。実施例２ではロータが連続回転できず、ある範囲を揺動運動する機構となっている。前述の基準位置情報手段と相対位置情報手段から得られた情報を基にプローブＣＰＵ１３３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ホストＣＰＵ１３９へ接続される。基準位置情報手段から設定できる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。
【０１５３】
実施例２の超音波プローブではＭＲ信号の処理回路はコネクタボックス１２３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、超音波プローブ先端部の小型化のためには、先端部にはできるだけ部品を配置しないこともあって、コネクタボックス１２３に駆動モータの制御駆動回路１３０が構成されている。
【０１５４】
超音波プローブと本体はコネクタボックス１２３でもって脱着分離ができるようになっている。分離可能であること利用して、コネクタボックス１２３にはモータ駆動回路１３２とプローブＣＰＵ１３３の構成をして、プローブ側でもってプローブの超音波振動子１２６をコントロールすることができるようにしている。基準位置情報とＡＢ相の信号からの相対位置情報をプローブＣＰＵ１３３で処理することで、超音波振動子１２６の位置を基準にした位置情報として管理する。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ることによって、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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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た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。
【０１５９】
【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、精度のよい装置となる。
（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することで、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することで、駆動モータの位置検出器の分解能をあげることで、超音波振動子の位置情報分解能をあげることができる。
（７）駆動モータの相対位置情報としてのＡＢ相ＭＲ素子の信号を４逓倍することで、この４逓倍の信号を超音波振動子の角度位置情報として使用することで、駆動モータの位置情報と連動した形態で、超音波振動子の画像位置情報として使用した超音波診断画像を得ることができる。
（８）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の関連づけることで可能となる。
（９）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。
（１０）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。
（１１）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。
（１２）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。
（１３）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として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。
（１４）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、精度のよい装置であり、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。
（１５）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次元超音波画像を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、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。
（１６）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きる。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ので、超音波振動子の位置が安定し、ビームの軌跡が安定した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素子信号の波形整形回路とパルス発生回路と合成回路を示す図
【図１１】本発明の実施例１によるＭＲ素子信号の波形整形回路とパルス発生回路と合成回路の信号波形を示す図
（ａ）波形整形回路後を示す図
（ｂ）パルス発生回路後を示す図
（ｃ）合成回路後を示す図
【図１２】本発明の実施例２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１３】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１４】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１５】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断面図
【符号の説明】
１、２、１２６  超音波振動子
３  駆動モータ
４、１２７  駆動ロータ
５、５６、１２８  ベースハウジング
６、１２２  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、１３４  駆動軸
１０、１３５  ビーム放射軸
１１、１３６、１５６、１５７  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、１３７  エンコーダマグネット
１７  ＭＲ素子（ＡＢ相）
１８、１２３  コネクタボックス
１９、１３０  駆動モータ制御駆動回路
２０、１４０  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、１５４  ウインドウケース
２５、１４１  パルス発生器
２６  振動子駆動回路
２７ａ、２７ｂ、１４３  増幅器
２８ａ、２８ｂ、１４４  対数増幅器
２９ａ、２９ｂ、１４５  検波回路
３０ａ、３０ｂ、１４６  ゲイン設定器
３１、１４７  ゲイン制御用コントローラ
３２、１４８  合成回路
３３、１４９  Ａ／Ｄ
３４、１５０  ＤＳＰ
３５、１５１  画像メモリ
３６、１５２  ＤＳＣ
３７、１５３  テレビモニタ
３８、１３９  ホストＣＰＵ
３９、１２１  先端
４０、１２５  ケーブル
４１  コネクタ差し込み口
４２、１５５  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、１６４  コア
４９、１６１  駆動マグネット
５０、１５９  ロータフレーム
５１、５２  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、１６６  コイル（巻線）
６２  絶縁膜
６３、６８、７２、１６７  ＦＰＣ
６４  リード線
６５  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  パルス発生回路
７６  合成回路
７７、１３３  駆動制御マイコン（またはプローブＣＰＵ）
７８  モータ駆動回路
７９  Ｉ／Ｏ線
８０  Ｚ相ＭＲオペアンプ
８１  Ａ相ＭＲオペアンプ
８２  Ｂ相ＭＲオペアンプ
８３  Ｚ相ＭＲコンパレータ
８４  Ａ相ＭＲコンパレータ
８５  Ｂ相ＭＲコンパレータ
８６、８７、８８  入力端子
８９、９０、９１、９２  抵抗
９３、１０１  可変抵抗器
９４  超音波振動子取付面
９５  ベースハウジング取付面
９６  ビス
９７  超音波振動子の絶対基準位置
９８、９９  入力端子
１００、１０９  入力信号
１０２  基準電圧
１０３、１０８、１１４  出力信号
１０４、１０５  抵抗
１０６、１１２  排他的論理和
１０７  コンデンサ
１１０、１１１  抵抗
１１３  コンデンサ
１１５、１１６  ＯＲ論理素子
１１７、１１８  インバータ素子
１１９  信号
１２０  Ｚ相信号の立ち上がり
１２４  挿入管
１２９  コントローラノブ
１３１  位置検出信号処理回路
１３２  モータ駆動回路
１３８  ＭＲ素子
１４２  振動子駆動回路
１５８  素子ホルダー
１６０  音響レンズ
１６２  垂下部
１６３  インロー
１６５  中央円筒部
１６８、１６９  軸受
１７０  規制部材
１７１  突起部
ｔｚ  Ｚ相矩形信号の「Ｈ」レベルの時間幅
【図１】
2004229993.tif 000003
【図２】
2004229993.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004229993.tif 000006
【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】
2004229993.tif 000011
【図１０】
2004229993.tif 000012
【図１１】
2004229993.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2004229993.tif 000015
【図１４】
2004229993.tif 000016
【図１５】
2004229993.tif 000017