(57)【要約】【課題】超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができる超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することを目的とする。【解決手段】ウインドウケース内に超音波振動子搭載の駆動モータを内蔵し、中継ボックスに駆動モータ制御駆動回路を内臓する。【選択図】  図３
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【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であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波診断装置。
【請求項２】
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であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、
ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第一信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブ内で信号増幅とその増幅信号を矩形波処理とを行い、ＭＲ信号の矩形波信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置に搭載された駆動モータ。
【請求項８】
生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブ。
【請求項９】
生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項８に記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
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るように構成し、駆動モータのロータを２つの軸受で回転支承し、その軸受の間にコアと巻線を形成し、その２つの軸受間のロータフレームに超音波振動子取り付け部を形成し、さらにその２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースを構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
超音波プローブセンサ部からハンドル部に接続される軸（ハンドル軸）に直交するように駆動モータの駆動軸を超音波プローブのウインドウケース内に構成し、そのハンドル軸に平行に超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。
【請求項１２】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブ。
【請求項１３】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブ。
【請求項１４】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第一信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。
【請求項１５】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をセンサ部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。
【請求項１６】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をハンドル部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。
【請求項１７】
駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された信号処理部の処理回路でＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の矩形波処理を行い、前記中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブ。
【請求項１８】
中継ボックスには、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する回路、および駆動モータ制御駆動回路を一体に構成してなる請求項１７記載の超音波プローブ。
【請求項１９】
生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブ。
【請求項２０】
生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１９記載の超音波プローブ。
【請求項２１】
駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面である請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブ。
【請求項２２】
駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略直交するように構成され、その挿入管に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブ。
【請求項２３】
駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略平行するように構成され、その駆動軸に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブ。
【請求項２４】
駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面であって、駆動モータを回転させることで、駆動モータのロータフレームに搭載された超音波振動子を回転させ、任意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を得る超音波プローブの先端に内蔵する駆動モータであって、断層のビーム軌跡面が挿入軸に直交する軸を中心にして回転する請求項２１記載の超音波プローブ。
【請求項２５】
請求項８から請求項２４のいずれかに記載の超音波プローブに搭載された駆動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子駆動モータとそれを使用した超音波プローブおよび超音波診断装置に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
生体を対象とした超音波診断装置などに用いる超音波プローブとしては、大別してリニア走査方式とセクタ走査方式とがあり、セクタ走査方式には、主として電子セクタ走査方式とメカニカルセクタ走査方式とがある。このメカニカルセクタ走査型超音波プローブとしては、色々な種類と方法が知られている（例えば非特許文献１参照）。また、このメカニカルセクタ走査型超音波プローブとしては、色々な走査方式がある（例えば非特許文献２参照）。
【０００３】
従来、超音波プローブ（超音波探触子、超音波診断用プローブともいう）は、いろいろなもの等が知られている（例えば特許文献１〜５参照）。超音波プローブは電子式のものが主流であって、機械式は少ない。機械式は駆動機構部が複雑になり、プローブ先端と手元操作部が大きくなりやすいなどの課題がある。そこで最近では超音波振動子を駆動するのにモータが使用されてきている。モータも使用するプローブの種類によって、整流子モータ、ブラシレスモータ、パルスモータ、ステッピングモータ、超音波モータなどが存在する。
【０００４】
最近の診断画像の分解能を上げる要望に対して、使用するモータも制御されるモータでなくてはならなくなってきている。制御モータはモータ部と制御部が必要であるが、超音波診断装置の場合はモータを超音波プローブの先端に置くために、小型でなくてはならず、制御部とモータ部は別々に分かれいる。駆動モータの制御部は超音波診断装置本体の基板に構成されていることが多い。
【０００５】
本体基板には画像表示などのシステムの電子部品が搭載されているので、使用する超音波プローブと一対のものとして取り扱われているために、駆動モータの制御部を別にしても大きな効果が期待できなかった。しかしながら、最近画像表示に高精度、高画質、高速表示などの要求があり、使用するＤＳＰも最新のものを使用しないといけなくなり、システム基板を変更して対応することが多くなりつつある。その変更とともに使用するＣＰＵも高速のものに変更することがある。超音波診断装置の診断仕様をステップアップして最適な装置に仕上げることを短時間に行う必要があり、仕様の充実をはかる時に、本体基板に占める本体システム部割合が多くなり、基板サイズが大きくなり、小型化装置への展開などに支障が出てきている。そうした中で駆動モータの制御部などあまり変更がない部分は別の基板に構築する方が開発効率の点で良い場合があるとして検討され始めてきている。
【０００６】
改めて、駆動モータの制御部を別する理由をまとめると
（１）開発時間の短縮
（２）超音波診断装置の仕様拡大が容易
（３）超音波診断装置のオプションなど容易
（４）超音波診断装置のシステム基板がフルに使用できる。
（５）仕様変更などにも容易に対応できる。
（６）超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増す。
などが挙げられる。
【０００７】
しかし、従来技術の超音波診断装置は保守や互換性などの問題で、駆動モータの制御部を別にするまでには至っていない。
【０００８】
従来の超音波診断装置、超音波プローブについて、以下に説明する。
特許文献１に開示されている超音波プローブは、超音波振動子を搭載した超音波プローブ先端とハンドルが筐体構造をしたものであって、超音波プローブ先端のモータはハンドルに搭載され、軸の先端を超音波プローブの先端までのばし、その先端部に超音波振動子を搭載した構造である。モータはパルスモータであり、そのモータの駆動回路はケーブルを通って接続された回転制御装置に接続される。プローブからは超音波診断装置本体にケーブルが接続されている。本体とモータ回転制御装置は別の筐体に納められている。本体装置と回転制御装置が別体であるので、取り扱いなどの作業性が悪いなどの課題があり、最近では見受けられなくなった。本体装置にモータ回転制御を内蔵した一体のものが使用されていることが多い。
【０００９】
また、特許文献２に記載されるようにモータを超音波プローブに内蔵した超音波プローブを使用した超音波診断装置であって、その超音波プローブ内蔵のモータの制御部分は装置本体に構成する超音波診断装置が多くあり、モータのパルスモータ、ブラシモータ、ブラシレスモータなどが使用されているが、モータの回転制御部（一般にドライバーともいう）も超音波診断装置本体に構成される。すなわち、回転速度信号生成部や回転検出部をさして回転制御部ということになる。
【００１０】
特許文献３には３次元超音波プローブととその装置が説明されている。超音波振動子を回転駆動するモータは超音波プローブの先端に構成し、その回転モータ全体を揺動させるモータはハンドルに構成している。２つのモータは超音波プローブの先端とハンドルに構成され、その２つのモータの駆動回路は本体に構成されている。
【００１１】
特許文献４に記載された超音波プローブは超音波振動子を搭載する先端とガイドチューブとハンドルがある構成の超音波プローブであって、超音波振動子を駆動するモータはハンドルに構成され、フレキシブルシャフトをモータから超音波プローブ先端まで設けて、超音波振動子を回転揺動させるようにしていて、モータを駆動する回路関係は体腔内超音波診断装置本体に構成されている。フレキシブルシャフトは内通しているガイドチューブは屈曲性のある部材である。
【００１２】
この超音波プローブは体腔内挿入型超音波探触子の１つとして血管内に挿入される細径プローブである。この細径プローブは、挿入部（挿入管）と操作部とで構成される。挿入部は、シースチューブと、その内部に挿入されるフレキシブルシャフトや駆動ワイヤなどで構成され、そのフレキシブルシャフトや駆動ワイヤの先端に設けられた超音波振動子とで構成される。また、操作部はフレキシブルシャフトを回転駆動するモータがある。モータを回転させることで、超音波振動子は回転するが、先端の超音波振動子は挿入管の挿入方向に対してラジアル方向に超音波ビームが発射されるようになっている。超音波振動子が直接ラジアル方向に向いているプローブや、音響ミラーを設けた間接的にラジアル方向に超音波振動子のビームを放射するものもある（例えば特許文献４参照）。
【００１３】
特許文献５に示されている超音波診断装置は音響ミラーで間接的に挿入方向に対してラジアル方向に超音波振動子のビームを放射する超音波プローブから構成されている。超音波振動子は超音波プローブの先端に構成し、その超音波振動子を回転させるモータは手元操作部に構成し、モータの伝達力はフレキシブルシャフトを用いて超音波振動子に伝達される。回転制御機構部はあるがそのモータは制御駆動回路部がなく、過負荷制御する回路であると考えられるので、モータはブラシレスモータではなく、ブラシ付きのモータである。しかし、過負荷制御する回路を回転駆動制御回路の一種と考えることもできるが、この回転制御機構部は装置本体に構成されていて、装置の焼損やモータの焼損などを未然に防ぐための過電流検出回路と電源の遮断回路などで構成されている。
【００１４】
この従来例のように、モータやプローブ全体のコントロールなどは本体の装置回路に構成されることがほとんどである。
【００１５】
一般的に、超音波振動子を回転させるモータは超音波振動子の近傍に構成されるが、モータの駆動回路は電力の供給や基板の実装の合理化などで、装置本体基板上に構成されていることが多いので、モータの制御基板だけを単独で構成することは、得策であると考えられていない。
【００１６】
最近のモータの駆動回路にマイコンを使用して制御させる技術が盛んになりつつあり、超音波診断装置においても、マイコン制御の駆動回路を用いて超音波振動子を精度よく回転駆動させることが盛んに開発されてきている。
【００１７】
【特許文献１】
特公平１−３１３７３号公報（第４−５頁、図１、図２）
【特許文献２】
特開２０００−１０７１７９号公報（第５−７頁、図１、図２）
【特許文献３】
特開２００１−４６３７７号公報（第１０頁、図１）
【特許文献４】
特開平７−１６３５６２号公報（第６頁、図１）
【特許文献５】
特開平７−１８４８８８号公報（第６頁、図１）
【非特許文献１】
医歯薬出版株式会社発行「超音波検査入門（第２版）」（第５４−５５頁）
【非特許文献２】
（社）日本電子機械工業会編『改訂医用超音波機器ハンドブック』
（１９９７．１．２０コロナ社発行）（第９１頁、表３．１１）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のメカニカルセクタ走査型超音波プローブは２次元や３次元の超音波断層画像が得られるものである。超音波振動子のビーム軌跡面は駆動モータの回転軸に対して直交しているものや軸方向になっているものもある。駆動モータの回転軸軸に対していろいろなビーム軌跡面の超音波プローブが存在するが、駆動モータの回転制御部が装置本体に構成されているために、装置本体のシステム回路と超音波プローブは一体のものであって、別の超音波プローブを取付けることは保証されていない。本体基板には画像表示などのシステムの電子部品が搭載されているので、使用する超音波プローブと一対のものとして取り扱われているためである。
【００１９】
画像表示に高精度、高画質、高速表示などの要求に迅速対応するためには、システム基板には
（１）高速のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を使用が容易にできる基板スペースが確保されていること。
（２）システム基板のサイズを変更せずに行えること。
（３）使用するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）が高速のものに変更することができるスペースが確保されていること。
（４）将来、別の電子部品を実装付加するだけの余裕がシステム基板にあること。
（５）画像用ＤＳＰやメモリや処理ＣＰＵなどが最新のものが使用できる技術進歩に合わせて仕様変更可能な部分とあまり変更がない部分子とが混在しないように分離可能であること。
（６）仕様変更可能な部分とあまり変更がない部分子とを別の基板に構築することができること。
などが必要となる。
【００２０】
駆動モータの制御部を本体システム基板と別にする理由はついては、前述してある。モータ駆動回路と本体システムとの接続方法を明確にしていれば、モータ駆動回路だけ単独でグレードアップすることができる。さらには、開発時間を短縮して、新製品を市場に投入することができる。
【００２１】
本体システム基板に超音波振動子駆動モータ制御駆動回路を搭載しないことによる利点や欠点がある。どのように構築するかによって、システムの内容が異なってくる。
（１）超音波振動子駆動モータのモータ仕様が同じではない。たとえば、ブラシ付きモータ、ブラシレスモータ、ステッピングモータ、超音波モータなど様々なモータで構成することができる。本体システムとは関係なくできること。
（２）超音波振動子駆動モータの印加電圧が様々である。モータが異なれば、印加電圧も異なるために、すべて一定にできない。供給電源は５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖなどを行って、供給電源から基準電圧を制御するようにすること。
（３）超音波振動子駆動モータがブラシレスモータであっても、駆動システムが３相半波、３相全波、２相全波など様々な仕様が存在する。本体システムには駆動回路部仕様に影響がない汎用のインタフェースが必要である。
（４）超音波振動子駆動モータがブラシレスモータであっても、モータの駆動マグネットの極数や巻線スリット数なども様々な仕様が存在する。本体システムには駆動回路部仕様に影響がない汎用のインタフェースが必要である。
（５）超音波振動子駆動モータの回転位置情報の分解角度精度も様々な場合が存在する。本体システムに渡す信号分解能は４逓倍以下の信号とする。位置の把握は超音波診断装置本体に知らせる機構であること。
（６）超音波振動子駆動モータの回転位置情報の信号レベルの装置本体への引き渡し仕様など様々な場合が存在する。ノイズの受けないようなレベルで行う必要がある。
（７）装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができること。
【００２２】
本発明は、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築し、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの超音波プローブを使用した走査超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作し、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築し、超音波プローブを使用した走査超音波診断装置を提供することである。
【００２４】
超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築する事が実現できる必要がある。したがって、駆動モータ制御駆動回路は超音波プローブ側に構築する必要がある。
【００２５】
また、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるようにするために、中継ボックスで超音波診断装置の本体に接続される構成とした。
そのために装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるために、運搬やメインテナンスなどが容易になり、さらには、ポータブルな超音波診断装置を製作し、定期健康診断などに使用できるようなシステムを構築していくことが可能なものにすることができる。さらに、医療診断の拡大にもなり、医療が充実していくことができる。
【００２６】
本発明は、上記目的を達成するために、
（ａ）超音波振動子と駆動モータが内包した先端と筐体接続されたハンドルが構成される超音波プローブの場合、超音波振動子駆動モータと超音波プローブは以下の構成がひとつ以上なされる。
（１）コンパクト構成にするために、超音波伝播媒質を内包し、ウインドウケース内に超音波振動子と超音波振動子駆動モータとを構成させる。
（２）超音波プローブは超音波振動子と駆動モータが内包した先端と筐体接続されたハンドルが構成され、ハンドルからケーブルで接続された中継ボックスが構成され、その中継ボックスで超音波診断装置の本体に接続される構成である。
（３）駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに内蔵し、マイコン制御駆動回路はモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路である。
（４）超音波振動子駆動モータには、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用いる。
（５）駆動モータに使用される磁気式エンコーダの信号は増幅処理あるいは増幅処理と矩形波処理をマイコン制御駆動回路で行う。
（６）磁気式エンコーダの検出素子はＭＲ素子である。
（７）ＭＲ素子から出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端の第１信号処理部（中継基板）で行い、その増幅信号を波形処理する第２信号処理部（中継基板）をハンドルに配置し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（８）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する信号処理部（中継基板）を超音波プローブの先端に配置し、処理信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（９）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する信号処理部（中継基板）を超音波プローブのハンドルに配置し、処理信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１０）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端に配置した信号処理部（中継基板）で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号とその増幅信号を処理させて信号を生成させる。
（１１）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端に配置した中継基板で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号をモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御駆動させる。
（１２）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのハンドルに配置した中継基板で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号あるいは増幅信号とその増幅信号を矩形波処理させて信号を生成させる。
（１３）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのハンドルに配置した中継基板で行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続して、増幅信号をモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御駆動させる。
（１４）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号は超音波プローブの先端からハンドルを経由してケーブルを通って、中継ボックスの内部基板に伝達され、この中継ボックスの内部基板には、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の処理とモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（１５）超音波振動子駆動モータには回転側部材にロータフレーム、駆動マグネットを有し、固定側部材に巻線、駆動軸、ベースを有した構成である。
（１６）超音波振動子駆動モータは整流子モータ以外のモータである。
（１７）超音波振動子駆動モータはブラシレスモータである。
（１８）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る構成である。
（１９）駆動モータの回転側部材は２つの軸受で回転支承され、その軸受の間にコアと巻線が形成され、その２つの軸受間のロータフレームに超音波振動子が形成され、さらにその２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースが構成される。
（２０）超音波プローブ先端からハンドルに接続される軸（ハンドル軸）に直交するように駆動モータの駆動軸が超音波プローブのウインドウケース内に構成される。
（２１）そのハンドルに平行に超音波振動子の超音波ビームの軌跡面が構成される。
（ｂ）超音波プローブは超音波振動子と駆動モータが内包した先端と先端から挿入管で接続されたハンドルとハンドルからケーブルで接続された中継ボックスとで構成された超音波プローブ場合、超音波振動子駆動モータと超音波プローブは以下の構成がひとつ以上なされる。
【００２７】
モータと超音波振動子は一体的な構成の場合で、たとえば、ロータフレームに超音波振動子を取り付けられている。
【００２８】
モータと超音波振動子は別体で構成され、たとえば、モータの駆動軸（回転軸）の先端に取り付けられた台に超音波振動子が取り付けられている。
（１）コンパクト構成にするために、超音波伝播媒質を内包し、ウインドウケース内に超音波振動子と超音波振動子駆動モータとを構成させる。
（２）超音波プローブは超音波振動子と駆動モータが内包した先端と先端から挿入管で接続されたハンドルとハンドルからケーブルで接続された中継ボックスとで構成され、その中継ボックスで超音波診断装置の本体に接続される構成である。
（３）駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに内蔵し、マイコン制御駆動回路はモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路である。
（４）挿入管は屈曲性のあるフレキシブルな管である。
（５）超音波振動子駆動モータには、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用いる。
（６）磁気式エンコーダの検出素子はＭＲ素子である。
（７）ＭＲ素子のＭＲ信号の増幅は超音波プローブで行う。
（８）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端の信号処理部（中継基板）で行い、その増幅信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスの内部基板に接続する。この中継ボックスの内部基板には、ＭＲ素子の信号増幅を波形処理する矩形波回路とモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（９）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を挿入菅の中を通してハンドルに導き、そのハンドルの中継基板でＭＲ信号の信号増幅を行い、その増幅信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスの内部基板に接続する。この、中継ボックスの内部基板には、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（１０）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を挿入菅の中を通してハンドルに導き、さらにハンドルを通って中継ボックスの内部基板に接続する。この中継ボックスの内部基板では、ＭＲ信号の信号増幅とモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路が構成されている。
（１１）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブの先端の第１信号処理部（中継基板）で行い、その増幅信号を波形処理する第２信号処理部（中継基板）をハンドルに配置し、処理信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１２）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する中継基板を超音波プローブの先端に配置し、処理信号は挿入管を通って、ハンドルを経由し、さらにケーブルを通って伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１３）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号は挿入管を通って、ＭＲ素子信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する中継基板を超音波プローブのハンドルに配置して、ＭＲ素子信号をハンドルの中継基板に接続し、処理信号はケーブルを通って伝達させて、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１４）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ素子信号は挿入管を通って、ハンドルを経由し、さらにケーブルを通って伝達させて、中継ボックスに構成された中継基板の処理回路でＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の波形処理を行い、中継ボックスに構成されたモータ制御駆動回路に接続する。
（１５）ＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を波形処理する中継基板を超音波プローブの先端に配置し、矩形波信号は挿入管を通って、ハンドルを経由し、さらにケーブルを通って伝達させて、中継ボックスの内部基板に伝達され、この中継ボックスの内部の基板には、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号の処理波形処理とモータ制御駆動回路が構成されている。
（１６）超音波振動子駆動モータには回転側部材にロータフレーム、駆動マグネット、駆動軸を有し、固定側部材に巻線、ベースを有した構成である。
（１７）超音波振動子駆動モータは整流子モータ以外のモータである。
（１８）駆動モータの回転側部材は軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面である。
（１９）超音波プローブ先端からハンドルへ接続する挿入管の挿入方向に直交するように駆動モータの駆動軸が超音波プローブのウインドウケース内に構成される。
（２０）その挿入管の挿入方向に直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面が構成される。駆動モータを回転させることで、駆動モータのロータフレームに搭載された超音波振動子を回転させ、任意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を得る超音波プローブの先端に内蔵する駆動モータであって、
挿入軸に沿った断層のビーム軌跡面や挿入軸に直角方向のビーム軌跡面を可能とする。
（２１）駆動モータの回転側部材は軸受で回転支承され、その回転軸の先端に取り付けられた台に超音波振動子が取り付けられ、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成される。この場合は超音波ビーム軌跡面を挿入軸に直角方向にするために、反射ミラーがある。
（２２）駆動モータの回転側部材は軸受で回転支承され、その回転軸の先端に取り付けられた台に超音波振動子が取り付けられ、その回転軸に対して平行面に超音波振動子取付面が構成される。この場合は超音波ビーム軌跡面を挿入軸に直角方向になる。反射ミラーなどは不要である。
（２３）挿入軸に沿った断層のビーム軌跡面や挿入軸に直角方向のビーム軌跡面を可能とする。
【００２９】
本発明による電子−機械走査式の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と超音波振動子を構成させ、超音波プローブ先端を小型にすることができ、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができるなどのメリットがある。そのために、開発時間の短縮や超音波診断装置のオプションなどが容易にできるようになり、超音波診断装置の仕様拡大が容易に行えるようになる。また、仕様変更なども容易に対応できる。超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増すなどがある。
【００３０】
【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であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波診断装置としたものであり、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるという作用を有する。
【００３１】
請求項２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であって、前記超音波プローブは生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部を備え、ケーブルおよび中継ボックスを経由して前記本体部に接続され、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１に記載の超音波診断装置としたものであり、プローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側は把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することがモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができるという作用を有する。
【００３２】
請求項３に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、またＭＲ素子を用いることでロータの回転方向を知ることができる。さらにＺ相ＭＲ素子を用いることでロータの基準位置情報を知ることができる。ロータにエンコーダマグネットを取り付け、回転着磁等のそのエンコーダマグネットに着磁することで小型で規則正し位置情報を得ることができる等、画質のよい超音波断層画像が得られるという作用を有する。
【００３３】
請求項４に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び請求項２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるという作用を有する。
【００３４】
請求項５に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第１信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるという作用を有する。
【００３５】
請求項６に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブ内で信号増幅とその増幅信号を矩形波処理とを行い、ＭＲ信号の矩形波信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項１及び２に記載の超音波診断装置としたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し矩形波処理することで外部ノイズの影響を受けに難くすることができるという作用を有する。
【００３６】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置に搭載された駆動モータとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をハンドルで増幅し矩形波処理することで、超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができる。さらに小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作し、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるという作用を有する。
【００３７】
請求項８に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブとしたものであり、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作することができ、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるという作用を有する。
【００３８】
請求項９に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれにつながるハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項８に記載の超音波プローブとしたものであり、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と超音波振動子を構成させ、超音波プローブ先端を小型にすることができ、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結することができる。超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、開発時間の短縮や超音波診断装置のオプションなどが容易にできるようになり、超音波診断装置の仕様拡大が容易に行えるようになる。仕様変更などにも容易に対応できる。超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増すことができるという作用を有する。
【００３９】
請求項１０に記載の発明は、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るように構成し、駆動モータのロータを２つの軸受で回転支承し、その軸受の間にコアと巻線を形成し、その２つの軸受間のロータフレームに超音波振動子取り付け部を形成し、さらにその２つの軸受の外側に駆動軸を固定するベースを構成してなる請求項８及び請求項９記載の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回転支承させるロータ部を構成させ、そのロータ部に超音波振動子取り付ける構造が可能となり、２つの軸受を用いることで剛性の強いモータができる。すなわち、２つの軸受で回転支承されたロータフレームに超音波振動子を取り付けるために、回転が安定するうえに、超音波振動子の位置が安定するので、座像の精度を向上することができるという作用を有する。
【００４０】
請求項１１に記載の発明は、超音波プローブセンサ部からハンドル部に接続される軸（ハンドル軸）に直交するように駆動モータの駆動軸を超音波プローブのウインドウケース内に構成し、そのハンドル軸に平行に超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、超音波振動子の走査面がハンドル軸に平行な超音波プローブを、脱着、装着可能なシステムとして、小型に形成することができるという作用を有する。
【００４１】
請求項１２に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で行い、その増幅信号をケーブルで伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で増幅して中継ボックスの回路に接続することによって矩形波処理をして、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるという作用を有する。
【００４２】
請求項１３に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号を超音波プローブのハンドル部内で信号増幅を行い、ＭＲ信号の増幅信号を中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９に記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるという作用を有する。
【００４３】
請求項１４に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅を超音波プローブのセンサ部の第１信号処理部で行い、その増幅信号を矩形波処理する第２信号処理部をハンドル部に配置し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び９記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができる。さらに信号処理部を第１信号処理部と第２信号処理部と別の箇所に分散して構成することで、それぞれの箇所での大きさを小さくすることができるので超音波プローブ先端部の大きさを小さくすることができるという作用を有する。
【００４４】
請求項１５に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をセンサ部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに収容した制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し矩形波処理することで外部ノイズの影響を受けに難くすることができるいう作用を有する。
【００４５】
請求項１６に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する信号処理部をハンドル部に配設し、矩形波信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、超音波プローブ内のハンドル部の信号処理部にてＭＲ素子の信号を増幅し矩形波処理することで外部ノイズの影響を受けに難くすることができるうえに、プローブ先端部を小型にすることができる。さらにモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結することができるという作用を有する。
【００４６】
請求項１７に記載の発明は、駆動モータにはその回転相対位置情報手段としてエンコーダを用い、そのエンコーダはエンコーダマグネットとＭＲ素子で構成し、そのＭＲ素子からの出力されたＭＲ信号をケーブル線で伝達させて、中継ボックスに構成された信号処理部の処理回路でＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理を行い、前記中継ボックスに構成された駆動モータ制御駆動回路に接続して、駆動モータを制御するように構成してなる請求項８及び請求項９記載の超音波プローブとしたものであり、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することがモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にすることができるという作用を有する。
【００４７】
請求項１８に記載の発明は、中継ボックスには、ＭＲ素子の信号増幅とその増幅信号を矩形波処理する回路、および駆動モータ制御駆動回路を一体に構成してなる請求項１７記載の超音波プローブとしたものであり、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができるという作用を有する。
【００４８】
請求項１９に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、
生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる超音波プローブとしたものであり、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるという作用を有する。
【００４９】
請求項２０に記載の発明は、生体の情報を検出し、そのエコー信号を画像処理する本体部を備える超音波診断装置へ送出する超音波プローブであって、生体に近接させるセンサ部とそれから延びる屈曲性の挿入管およびハンドル部、これを前記本体部に接続するケーブルおよび中継ボックスを備え、前記センサ部は超音波振動子と駆動モータとを有し、前記駆動モータはそのロータに駆動マグネットおよび前記超音波振動子を取り付け構成され、制御駆動回路により回転駆動されるものであって、その制御駆動回路はマイコンを搭載して、前記マイコンで駆動回路サーボ制御や起動、動作などをコントロールし、本体ＣＰＵと通信にてセンサ位置などの情報伝達を行い、前記駆動モータの前記制御駆動回路を前記中継ボックスに内蔵し、前記中継ボックスは前記本体部に対し脱着可能に構成してなる請求項１９記載の超音波プローブとしたものであり、ローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側にも把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することがモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができ、制御駆動回路と同じ基板に処理回路を構成することで、中継ボックスに納める基板数が少なくなり作業性などが向上する。メインテナンスが容易になるという作用を有する。
【００５０】
請求項２１に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面である請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブとしたものであり、回転するロータフレームの天面に超音波振動子を取り付けるために、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、回転軸に対して平行に超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、超音波振動子がモータのロータフレームに直接搭載されているので、位置が安定する。座像の精度を向上することができる細経プローブなどが製作することができるという作用を有する。
【００５１】
請求項２２に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略直交するように構成され、その挿入管に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブとしたものであり、超音波振動子回転する駆動モータを超音波プローブの先端に搭載し、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビーム軌跡面が形成できるので、細経プローブなどが製作することができる。また、超音波振動子の位置が安定という作用を有する。
【００５２】
請求項２３に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、駆動モータの駆動軸はセンサ部から延びる挿入管に略平行するように構成され、その駆動軸に略直交して超音波振動子の超音波ビームの軌跡面を構成してなる請求項１９及び請求項２０記載の超音波プローブとしたものであり、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交した超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、位置が安定な細経プローブなどが製作することができるという作用を有する。
【００５３】
請求項２４に記載の発明は、駆動モータのロータは軸受で回転支承され、その回転軸に対して直交する面に超音波振動子取付面が構成され、かつその超音波振動子取付面は駆動モータのロータフレームの天面側面であって、駆動モータを回転させることで、駆動モータのロータフレームに搭載された超音波振動子を回転させ、任意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を得る超音波プローブの先端に内蔵する駆動モータであって、断層のビーム軌跡面が挿入軸に直交する軸を中心にして回転する請求項２１記載の超音波プローブとしたものであり、位置が安定な細経プローブなどが製作することができるという作用を有する。
【００５４】
請求項２５に記載の発明は、請求項８から請求項２４のいずれかに記載の超音波プローブに搭載された駆動モータとしたものであり、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるという作用を有する。
【００５５】
【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。
【００５６】
（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。
【００５７】
実施例の超音波診断装置は超音波プローブと本体装置（または本体システム部）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。
【００５８】
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９とは同一の軸となる。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。その軌跡面１１はモータのベースハウジングなど影響で３６０度の面でなく、ある角度範囲の面となる。
【００５９】
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。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、ノイズを受けにくくするためにモータの近くの中継アンプ基板１４で信号増幅されて、プローブ先端からハンドル６へ取り出される。
【００６０】
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Ｚ相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１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０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１８０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ＭＲ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、ケーブルを通って中継ボックス１８の内蔵基板に搭載の駆動モータのマイコン制御駆動回路１９に接続される。その内臓基板の駆動モータのマイコン制御駆動回路１９ではモータ駆動制御マイコン２０６とモータ制御駆動回路２０７（以後プローブＣＰＵとも表記する）とが構成されている。中継ボックス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、駆動モータのマイコン制御駆動回路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。
【００６１】
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ことができる。たとえば、エンコーダマグネット１６が１８０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ１８０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７２０パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。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。
【００６２】
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を通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス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。
【００６３】
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することができるために、小型駆動モータの場合にはロータリトランスを使用する設計が行われる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、脱気した上で封止される。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。この超音波伝搬媒質の内に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ので、気泡を含まないように製作される。
【００６８】
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。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。
【００６９】
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。
【００７０】
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２７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２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０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超音波振動子の位置情報やモータ駆動制御マイコンとの通信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。
【００７１】
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で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス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を回して中継ボックス１８を本体装置にしっかりとロックする。
【００７２】
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（入出力線とのいう）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中継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。
【００７３】
駆動モータはマイコン制御駆動となっている。中継ボックス１８にはモータ駆動回路２０６と駆動制御マイコン（プローブＣＰＵ）２０７が構成されている。本体ＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ２０７とはシリアル通信のバスのインタフェースで接続されている。本体装置のキーボード４４やトラックボール４５等の操作による本体側の指令情報は本体ＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ２０７に送信されて、その指令情報内容に基づく動作を駆動モータがするようにプローブＣＰＵ２０７がモータ駆動回路２０６を制御する。駆動モータの位置情報や超音波振動子の位置情報等はプローブＣＰＵ２０７で管理されていて、その管理情報を本体ＣＰＵへ送信し、本体側でもプローブ先端部の情報を把握している。プローブと本体の双方が独立して管理されている。
【００７４】
中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９にはモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７とが構成されている。さらに、そのの駆動モータ制御駆動回路１９にはモータの過電流保護回路などのモータ保護回路も構成されている。それら回路はすべてプローブ側で完結するようになっている。
【００７５】
モータ駆動は本体ＣＰＵ３８の指令を受けるが、プローブＣＰＵ２０７でプローブ全体の制御を司ることができるので、プローブ側で一つの系をなしているといえる。
【００７６】
プローブＣＰＵ２０７と本体ＣＰＵ３８とのインタフェース仕様を汎用性あるものにすることによって、他機種のプローブに対しても接続が可能となる。
【００７７】
駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに構成することで、本体システムの設計が軽減されるうえに、中継ボックス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。
【００７８】
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４４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。
【００７９】
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回転数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。
【００８０】
図４、図５においてそのスロットレスのコア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。
【００８１】
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の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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
たとえば、エンコーダマグネット１６は１８０極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０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１８０パルスの分解精度の信号が得られる。Ａ相とＢ相とも１８０パルスであって、９０度の位相差を持っているので、Ａ相、Ｂ相の信号を４逓倍すれば、１回転あたり７２０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るために、磁極間の角度精度は非常に高いので、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。
【００８６】
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（第一信号処理部）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（第二信号処理部）に接続し、そこからシールド配線処理したケーブルを使用して中継ボックスに内蔵した駆動モータ制御駆動回路１９に接続し、さらに中継ボックスを超音波診断装置本体に装着して、駆動モータ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。実施例では、ＭＲ素子信号より得られたモータの基準位置情報と相対位置情報をモータ駆動制御マイコン２０７で加工処理して、シリアル通信情報として本体ＣＰＵ３８に伝達している。
【００８７】
駆動モータ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（第一信号処理部）から超音波プローブのハンドルにある中継調整基板（第二信号処理部）に接続されて、その中継調整基板からシールドケーブルを通って中継ボックスにある駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスから超音波診断装置本体側へ接続される。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において、矩形波処理をされる。
【００８８】
第一信号処理部はＡＢ相ＭＲ素子とＺ相ＭＲ素子の信号を増幅し、第二信号処理部ではその増幅信号を矩形波処理している。例えば、ＡＢ相ＭＲ素子の原信号が５０ｍＶｐｐの全振幅の場合、第一信号処理部ではアンプゲインが３６倍であるとするとアンプ後の信号振幅は１．８Ｖｐｐとなる信号処理を行い、第二信号処理部ではコンパレータを用いて矩形波処理を行うので回路電圧５Ｖとすれば矩形波は０Ｖと５Ｖとの矩形波振幅となる。矩形波信号は２．５Ｖでの位相情報を使用することが多い。モータの位置情報を精度よく把握するには第一信号処理部のアンプ後の信号も中継ボックスの回路に接続する。信号線が多くなるために、矩形波処理する第二信号処理部を中継ボックスの回路基板に構成する場合もある（たとえば後述の実施例２、実施例６参照のこと）。また第二信号処理部を設けずに第一信号処理の信号でもって構成している実施例もある（たとえば実施例３、実施例７参照）。
【００８９】
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信号は信号レベルが小さいので、モータの近くの中継アンプ基板１４で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号は中継調整基板のコンパレータ回路で矩形処理される。矩形処理された信号は外部からのノイズの影響を受けにくい。Ｚ相ＭＲ素子１３からすぐの信号は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。Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置を駆動ロータの基準位置にすれば、駆動モータの回転基準位置になり、さらには超音波振動子１、２の回転基準位置にもなる。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。
【００９０】
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（チャンネルを今後ｃｈと表記する）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７１（または巻線）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。
本実施例では超音波振動子は２個使用している。符号では１，２である。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。
【００９１】
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。
【００９２】
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送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。
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の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。
【００９３】
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本の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。
【００９４】
超音波診断装置本体から入出力線を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、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。この超音波振動子の電気的変化は入出力線を介して超音波診断装置本体に伝達される。入出力線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入出力線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。入出力線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。すなわち、そのリング状の溝の外周側から内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【００９５】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインはエンコーダ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入出力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。
【００９６】
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（シャフトともいう）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はは円筒状のヘキサ巻の巻線である。
【００９７】
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よいが、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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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フレキシブル基板６３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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
ベースハウジング５６は金属粉末射出成形法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ＝ＭＩＭ）によって金属焼結金属から形成されている。ＭＩＭは、Ｒ．Ｅ．Ｗｉｅｃｈがウィテック・プロセスを開発し、１９７２年に実用化された技術で、３次元的な複雑な形状の部品を精度良く生産できることから、機械加工、ダイカスト、精密鋳造、粉末冶金に次ぐ第五世代の金属加工法として注目を集めている工法であって、寸法公差的には一般的な公差においては１０mm以下では許容公差±０．０５mm、特別に管理された場合では許容公差で±０．０３mm程度であり、金属加工精度に匹敵するうえに、他の金属ダイキャストなどでは得られない精度である。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。
【０１０４】
材料としてＳＵＳ３１６を使用しているので、剛性があり変形は少ないうえに、非磁性であるのでロータの磁性に影響を受けない。
【０１０５】
実施例の巻線６１はヘキサ巻の円筒状巻線である。この巻線はコアレスモータに使用されている巻線であって、この巻線を円筒状のコアの外周に挿入にて使用する構成をとっている。このヘキサ巻の巻線である。ヘキサ巻線工程は巻回作業、テープ仮固定作業、平プレス作業、カーリング作業、アニール作業という内容になっている
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に半田接続される。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、本体から中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１９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。
【０１０６】
図４、図５によれば、駆動軸の中心にして内側から、コア、絶縁膜、巻線、空気の隙間、マグネット、ロータフレームのような構成である。すなわち、スロットレスのコア付きモータの構成となっている。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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、フレキシブル基板６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【０１１０】
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、小型な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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、小型な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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
（実施例２）
図６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。
【０１１５】
図７に超音波プローブの外観斜視図を示す。
【０１１６】
図８、図９は、本実施例における超音波振動子駆動モータの構造図を示す。実施例１との相違点はＭＲ素子の出力信号を超音波プローブの先端の基板で増幅し、その増幅信号をハンドルとケーブルを経由して中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に直接接続している。
【０１１７】
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から構成される。超音波プローブの先端には超音波振動子１、２を回転駆動させる駆動モータ７４の駆動ロータ７５、駆動ロータ７５を支持するベースハウジング７６が内蔵され、超音波プローブのハンドル６には超音波伝搬媒質の容積調整機構８が構成されている。
【０１１８】
超音波振動子１、２は駆動ロータ７５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７４の駆動軸７７とは同一の軸となる。駆動軸７７に対して超音波振動子１、２のビームはラジアル方向（符号１０）に放射させる。その駆動ロータ７５が回転することが超音波振動子１，２のビームの軌跡面１１は駆動軸７７に対して直交した面である。すなわち、そのビームの軌跡面１１に垂直な軸は駆動モータ７４の駆動軸７７である。
【０１１９】
駆動モータ７４の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ７５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７５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を位置手段を併用して駆動ロータ７５の回転位置情報を知ることができる。基準位置手段として磁性材のＺ相ピン７８とＺ相ＭＲ素子７９で構成されている。Ｚ相ＭＲ素子７９では磁性材のＺ相ピン７８が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子７９では駆動ロータ７５の１回転に１パルスの信号が検出される。そのために駆動ロータ７５の基準位置を知ることができる。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいのでノイズを受けないため、モータの近くの中継基板８０で信号増幅され、さらに正弦波波形の信号を矩形波処理されて、ケーブルの長い配線処理して中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に接続される。矩形波処理されたＺ相ＭＲ信号は中継ボックスから超音波診断装置本体のシステム本体にも接続される。Ｚ相信号は矩形波の立ち上がり信号を使用している関係で正弦波形は制御的にも必要がないので、モータの近くで処理を行った。したがって引き回しの長さが短くなるので外部ノイズを受けにくい。
【０１２０】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ８１が組み込まれ、その磁気式エンコーダ８１は駆動ロータ側にエンコーダマグネット８２とベースハウジング７６側にＡＢ相ＭＲ素子８３で構成されている。ＡＢ相ＭＲ素子８３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モータ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８２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８３から得る。たとえば、エンコーダマグネット８２は１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０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１８０の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット８２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。そのＡＢ相信号もモータの近傍の中継基板８０で増幅し、その増幅された信号はケーブルの長い配線の中を通って中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。駆動モータはマイコン制御駆動となっている。中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９にはモータ駆動回路２０６と駆動制御マイコン（プローブＣＰＵともいう）２０７が構成されている。
【０１２１】
本体ＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ２０７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。本体装置のキーボード４４やトラックボール４５等の操作による本体側の指令情報は本体ＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ２０７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ＣＰＵ２０７は駆動モータを動作させる。プローブＣＰＵ２０７側であらかじめ決められた情報に基づく駆動モータの動作は保証されているので、プローブＣＰＵ２０７でもってモータ駆動回路２０６を制御していることになる。すなわち、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ＣＰＵ２０７で管理されていて、その管理情報を本体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。従って、プローブと本体の双方が独立して管理されている。プローブ側での安全保護機能も単独で処理できるように、その駆動モータ制御駆動回路１９にはモータの過電流保護回路などのモータ保護回路も構成されている。それら回路はすべてプローブ側で完結するようになっている。
【０１２２】
プローブＣＰＵ２０７とと本体ＣＰＵ３８とのインタフェース仕様を汎用性のあるものにすることによって、他機種のプローブに対しても接続が可能となる。この他機種のプローブを接続するようにすることが可能にするためには、本発明の目的でもあり、その目的を可能にするためには、プローブ側と本体装置側が基本的には独立している必要がある。プローブＣＰＵ２０７とと本体ＣＰＵ３８とのインタフェース仕様を汎用性のあるものにすることで対応が可能になる。
【０１２３】
駆動モータのマイコン制御駆動回路を中継ボックスに構成することで、本体システムの設計が軽減されるうえに、中継ボックス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。本体側にモータの駆動部を構成する必要もなく、本体開発も早くなり、技術の進歩に合わせた装置開発も可能となる。
【０１２４】
実施例２ではハンドルに手元スイッチ６ａを設けている。超音波診断装置で診断作業中に、本体装置側の操作では不便な場合があるので、手元で簡単な操作が可能なようなスイッチをハンドルに設け、手元スイッチ６ａの操作内容はプローブＣＰＵ２０７でコントロールし、さらにその操作内容は本体ＣＰＵ３８にも情報として伝達される。その操作が不具合のある場合などは本体側から、操作不可の情報がプロープＣＰＵ２０７に送られ操作は実施されないこともできる。
【０１２５】
また、ＡＢ相増幅信号は制御マイコンで矩形波信号処理されて、超音波診断装置の本体システム２０にも中継ボックス１８を経由して接続される。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ために、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。ＡＢ相の矩形波のパルス数を本体マイコンに送るのではなく、シリアル通信を使用して、ｂｉｔ位置情報として送信している。
【０１２６】
この駆動モータ７４は回転数３００ｒ／ｍｉｎから１２００ｒ／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８２が１８０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ１８０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７２０パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。その駆動モータ７４の駆動軸７７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しているのでかなり画質の良い超音波診断画像となる。マイコンで内挿分割することで、７２０の分解以上の分解能にすることができる。
【０１２７】
超音波振動子１、２からの信号を駆動モータ７４の外部に取り出すために、スリップリング８４が駆動ロータ７５のロータ端部に構成されている。超音波振動子１（または超音波振動子２）から放射した超音波は超音波振動子１（または超音波振動子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（または超音波振動子２）で受信され、電気信号に変換されて、スリップリング８４を通って駆動モータ７４の外部に取り出されて、システム本体内の増幅器２７に送られる。
【０１２８】
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う。
【０１２９】
駆動ロータ７５を支承するベースハウジング７６はプローブ本体取付台８５に固定されている。またベースハウジング７６には駆動ロータ７５を支承する支持部とプローブ本体取付台８５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。一体部材で形成することで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。
【０１３０】
駆動ロータ７５とベースハウジング７６と中継基板８０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、脱気した上で封止される。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は超音波プローブのハンドル６に構成されている。
【０１３１】
また駆動モータを駆動するための駆動モータ制御駆動回路１９は中継ボックス内に構成されている。
【０１３２】
次に超音波診断装置本体のシステム本体２０の送受信回路部分について説明する。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、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。
【０１３３】
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スリップリング８４を介して、相当した超音波振動子１（または超音波振動子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（または超音波振動子２）から生体内に放射される。
【０１３４】
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（または超音波振動子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内の増幅器２７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２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０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で処理された画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。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駆動回路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、プローブとしての処理を統括していることになる。
【０１３５】
図７において、６はハンドルを示し、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、駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブは本体にケーブル４０の先に中継ボックス１８で接続されている。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１、２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の信号線などを超音波診断装置本体と接続するケーブル４０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超音波診断装置本体側の両端で接地されている。
【０１３６】
ハンドルには手元スイッチ６ａがあって、超音波振動子の回転の開始停止を行っている。信号ライン的には、スイッチ６ａは駆動モータ制御駆動回路に接続されている。
【０１３７】
図８、図９は、本実施例における超音波振動子駆動モータの構造図を示す。説明のために図８、図９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。
【０１３８】
図８、図９において、１、２は超音波振動子、７５は駆動モータの駆動ロータ、７６はベースハウジング、７８は磁性材のＺ相ピン、８０は中継基板、８１は磁気式エンコーダ、８２はエンコーダマグネット、８３はＡＢ相ＭＲ素子、８４はスリップリングである。
【０１３９】
駆動モータ７４の回転部は駆動モータの駆動軸７７を中心に回転し、ロータフレーム８６の外周部に超音波振動子１、２が取り付けられている。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８７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８７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。
【０１４０】
超音波振動子１、２のビームは駆動モータの駆動軸７７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７７に直交している。駆動モータの駆動軸７７には直交しているが、ハンドル６の軸に対しては平行な面となっているビーム軌跡面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７４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が駆動モータの駆動軸７７に対して直交する面である。図９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７６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角度を走査角度という。実際の超音波診断装置では走査角度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。本実施例場合では２３０度となっている。
【０１４１】
駆動モータ７４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７８が磁性材のロータフレーム８６の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン７８は円筒形状した部分をロータフレーム８６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８８が両方に設けられている。このＺ相ピン７８への磁束は駆動モータ７４のメインマグネットから得ている。Ｚ相ピン７８を検出するＺ相ＭＲ素子７９（図８、図９には図示せず、図６参照）が磁性材の取付台を介してベースハウジング７６に取り付けられている。Ｚ相ＭＲ素子の信号はＺ相ＦＰＣ８９を通って中継基板８０に接続され、超音波プローブのハンドルにはフラットリード線９０を介して接続される。超音波伝搬媒質の封止には、丸線のリード線では封止が完全にできないためにフラットリード線を用いている。フラットリード線から中継ボックスまではシールドケーブルを使用する。外部からのノイズによって制御系が乱されないためである。中継ボックスからは中継ボックスを介して超音波診断装置本体側へ接続される。Ｚ相ピン７８とＺ相ＭＲ素子で構成されていて、基準位置手段はＺ相ピン７８が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子では駆動モータの１回転に１パルスの信号が検出される。そのＺ相ＭＲ信号は信号レベルが小さいのでノイズを受けないため、モータの近くの中継基板８０で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号は中継ボックス１８のモータ制御駆動回路１９に構成されるコンパレータ回路で矩形処理される。中継基板８０で矩形処理された信号は外部からのノイズの影響を受けにくい。Ｚ相矩形波信号の立ち上がり位置を駆動ロータ７５の基準位置にすれば、駆動ロータ７５の回転基準位置になり、さらには超音波振動子１，２の回転基準位置にもなる。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１、２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。
【０１４２】
また駆動モータ７４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８１が組み込まれている。その磁気式エンコーダ８１は駆動ロータ７５側にエンコーダマグネット８２とベースハウジング７６側にＡＢ相ＭＲ素子８３とで構成されている。エンコーダマグネット８２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。
【０１４３】
メインマグネット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８２と、ベースハウジング７６側に取り付けられたＡＢ相ＭＲ素子８３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８２の膨潤などの影響を少なくする必要がある。そのために、エンコーダマグネット８２はプラスチックマグネットで、そのフェライトの含有量については、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。
【０１４４】
相対位置情報手段として磁気式エンコーダ８１が組み込まれ、その磁気式エンコーダ８１の位置検出素子はＡＢ相ＭＲ素子８３である。そのＡＢ相ＭＲ素子８３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、駆動モータの回転方向をその位相差から求めることができる。そのために制御用エンコーダに使用されるＭＲ素子は９０度位相差のものがほとんどである。多極に回転着磁されたエンコーダマグネット８２の外周とのギャップを介してＡＢ相ＭＲ素子８３は対向配置されている。
【０１４５】
そのエンコーダマグネットの磁極数に相当した数の信号をＡＢ相ＭＲ素子８３から得る。たとえば、エンコーダマグネット８２は９０極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も９０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９０パルスの分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット８２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。Ａ相、Ｂ相の信号を４逓倍すれば、１回転あたり３６０の分解精度の信号が得られので、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ＡＢ相ＭＲ素子８３の信号はＡＢ相ＦＰＣ９１を通って駆動ロータ７５の近傍の中継基板８０で増幅して、そのＡＢ相信号はケーブルの長い配線処理して中継ボックス１８のモータ制御駆動回路１９に接続される。
【０１４６】
超音波振動子１、２への送受信信号をロータフレーム８３の外部に取り出すために、スリップリング８４構成されている。スリップリング８４は駆動モータ側に絶縁シートなどの絶縁材を中間に介在させて、所用数量の電極９２を構成して、その電極９２は超音波振動子１、２が接続されている。その電極９２はそれぞれの電極にコンタクトして電気的接続をするためのブラシ９３がフェノール樹脂材などの電気絶縁材からなるブラシホルダー９４を介してベースハウジング７６に取り付けられている。ブラシ９３からの入出力信号はＩ／ＯＦＰＣを通って超音波診断装置本体側へ接続される。
【０１４７】
電極９２は３個の電極で構成されていて、それぞれ電極はポリエステルの絶縁シート９７で絶縁されている。
【０１４８】
１個の超音波振動子にはリード線が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３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本の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電極９２を介して接続している。電極９２からは４本のリード線が出ている。その内２本は約１８０度離れた同じ電極から出ている。
【０１４９】
電極の個数の方は２個の超音波振動子のために３個必要である。その３個の電極のうち、ウインドウケース側に電気グランドの電極を構成し、内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
駆動モータ７４のモータ線９５はシャフトの溝から外部に引き出されて、モータ線９５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、その個々のモータ線は所定の中継基板８０に半田接続される。中継基板８０に接続されモータ線は一般にＵ相、Ｖ相、Ｗ相として区別されている。
【０１５０】
駆動ロータ７５の両端はベースハウジング７６の支柱部で支承されているので、駆動モータは両持ち支持である。すなわち、超音波振動子の回転体も両持ち支持されていることになる。ベースハウジング７６はプローブの取り付け台に取り付ける支持部と駆動ロータ７５を支承する支柱部から構成されている。支持部での支承は、ベースハウジング７６が凹形状したくぼみの中に駆動ロータ７５を取り付けるために、簡単には組み込みできない。組み込まれた状態で説明すれば、駆動ロータ７５の両端に駆動軸７７を軸受カラ９６で外周を覆い、その軸受カラ９６がベースハウジング７６の支柱部の穴に係合挿入されている。軸受カラ９６があるために、ベースハウジング７６から駆動軸７７は抜けない。すなわち、超音波振動子は両持ち軸受の駆動ロータ７５のロータフレーム外周に取り付けられているために駆動ロータ７５の両軸受の間に構成されている。従って駆動軸７７に対して超音波断層画像は直交している。
【０１５１】
駆動モータを回転させると、駆動軸を中心にして走査するので、駆動軸７７に直交した駆動ビーム軌跡面１１で超音波断層画像が得られる。その超音波断層画像は２次元画像である。このように、本実施では２次元走査用超音波プローブが可能となる。たとえば、２３０度範囲の超音波断層画像が得られるという従来にない測定範囲の広きものが得ることができる。また、２次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小型化、軽量化することができるという利点を有する。
【０１５２】
本実施例では超音波振動子は２個使用している。符号では１，２である。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、高周波振動子と低周波振動子の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。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、よりよい超音波診断が可能となる。
【０１５３】
また、ロータフレーム８６に取り付けた超音波振動子１、２は駆動軸に対して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、１８０度の対で２個の超音波振動子を取り付けている。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、送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。スリップリングの場合はそのノイズ影響がほとんどない。
【０１５４】
超音波振動子と装置本体との電気信号の送受信が正しく行われ、ノイズの少ない正確な超音波画像を得ることができる。
【０１５５】
ベースハウジング７６は金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）によって金属焼結金属から形成されている。機構的には複雑なうえに、体腔内に挿入する駆動機構部であるために、小さな部品となり、一般的な旋削加工などでは不可能な形状となるために、ベースをＭＩＭ工法で製作し、強度などの性能を充分に確保している。
【０１５６】
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、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。
【０１５７】
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で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。また、２次元走査用超音波プローブを体腔内に挿入して使用する場合には、挿入部先端に超音波振動子を配置することができるので、より挿入部を小型化することができるという利点を有する。
【０１５８】
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。駆動ロータを支承したベースハウジングをプローブの取付部にしっかり取付ることで、耐衝撃性が向上することになる。
【０１５９】
また、実施例２の場合、図６に示す中継基板８０でＭＲ素子の出力信号を増幅と矩形波処理するようにして、その信号をハンドルとケーブルを経由して中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路に接続している構成の超音波プローブでも可能である。
【０１６０】
（実施例３）
図１０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。また超音波プローブの外観斜視図は図２に類似であるので図示しない。
【０１６１】
実施例１との相違点はＭＲ素子の出力信号を増幅する基板を超音波プローブのハンドルに構成し、矩形波処理回路が必要な回路構成の場合は中継ボックス内の駆動モータ制御駆動回路で生成するが、マイコン駆動であるために、マイコンで相対位置情報は必要な信号形態に加工される。
【０１６２】
実施例２との相違点はＭＲ素子の出力信号を増幅する基板を超音波プローブのハンドルに構成していること。
【０１６３】
超音波プローブの先端を小さくするために先端の基板はハンドル部に構成することでダウンサイジングになっている。ＡＢ相ＭＲ素子、Ｚ相ＭＲ素子への接続線が多く必要であるが、作業的には煩雑ではあるが小型化を容易に達成することができる。
【０１６４】
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とハンドル６と中継ボックス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基板９８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。
【０１６５】
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９とは同一の軸となる。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。
【０１６６】
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。基準位置手段として磁性材のＺ相ピン９９とＺ相ＭＲ素子１００で構成されている。Ｚ相ＭＲ素子１００では磁性材のＺ相ピン９９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１００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、中継基板９８で信号増幅がされる。その増幅信号はケーブル４０の長い配線通って中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。駆動モータ制御駆動回路１９でＺ相ＭＲ信号は矩形波処理される。
【０１６７】
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ＡＢ相ＭＲ素子１７で構成されている。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。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１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０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１８０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相信号も中継基板９８で増幅される。その増幅信号はケーブル４０の中を通って中継ボックス１８に内蔵の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。中継ボックス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も供給している。
【０１６８】
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１８０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号もそれぞれ１８０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７２０パルスとなり、元信号に比べて４倍の分解精度となる。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。
【０１６９】
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、ケーブルを通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス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。
【０１７０】
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する設計を行う。
【０１７１】
超音波振動子１（または超音波振動子２）から放射した超音波は超音波振動子１（または超音波振動子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（または超音波振動子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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
駆動ロータ４とベースハウジング５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、脱気した上で封止される。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と中継基板９８は超音波プローブのハンドル６に構成されている。
【０１７５】
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。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。
【０１７６】
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（または超音波振動子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（または超音波振動子２）から生体内に放射される。
【０１７７】
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（または超音波振動子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２７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２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０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。
【０１７８】
超音波プローブの先端は、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。
【０１７９】
超音波プローブの先端には中継基板は構成せず、ハンドル６に中継基板９８を構成しているために、先端の体積を小さくすることができ、先端を液封止する超音波伝搬媒質の量も少なくできるので、先端の重量を軽くすることができる。超音波伝搬媒質内で基板を使用しない構造ができるので、基板の積層密度や部品の実装密度を上げることができ、中継基板を小型にできる。ハンドルも小型にできるために、超音波プローブを軽量にすることができ、診断作業性が一段と向上する。
【０１８０】
実施例の駆動モータはマイコン制御駆動となっている。中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９にはモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７が構成されている。
【０１８１】
本体ＣＰＵ３８とプローブＣＰＵ２０７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本体ＣＰＵ３８からプローブＣＰＵ２０７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ＣＰＵ２０７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ＣＰＵ２０７で管理されていて、その管理情報を本体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ＣＰＵ２０７と本体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。
【０１８２】
駆動モータ制御駆動回路１９を中継ボックス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、中継ボックス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。
【０１８３】
図１１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断面図である。
【０１８４】
図１２はこのスロットレスのコア付きモータの側面図である。このスロットレスのコア付きモータは回転数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１１、図１２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。
【０１８５】
図１１、図１２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１０３が回転側である。ロータフレーム１０３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１０３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１０３が駆動軸９を中心に回転すると、そのロータフレーム１０３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１０３の両サイドにはロータ側板１０４、１０５があって、ロータ側板１０４はロータリトランス２１側のもので、ロータ側板１０５はエンコーダ側ものである。ロータ側板１０４には軸受ボス部５３に設けられ、その軸受ボス部５３に軸受５１が取り付けられている。またロータ側板１０４にはロータ側トランス２２を係合して固定するインロー部１０６があって、外周側端面の箇所も固定して、軸受５１に対して面振れが小さくなるように組み立てる。ロータ側板１０５にはもう一方の軸受５２が取り付けられる。それらロータ側板１０４，１０５はロータフレーム１０３に嵌合挿入して装着され、その取り付けられた軸受５１、５２で回転支承されている。
【０１８６】
モータを制御するために、ロータ側板１０５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の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ＡＢ相ＭＲ素子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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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１０５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。
【０１８９】
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１０３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。
【０１９０】
そのＡＢ相ＭＲ素子１７の信号はハンドルにある中継基板で増幅される。中継基板からケーブルを通って中継ボックスに内蔵した駆動モータ制御駆動回路に接続し、さらに中継ボックスを超音波診断装置本体に装着して、駆動モータ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場合があるので、その場合にはマイコン制御駆動回路でＭＲ増幅信号から矩形波信号へ処理するか、マイコンからの出力として作成する。マイコン搭載の場合は超音波振動子の位置情報はＡＢ相ＭＲ増幅信号から処理をしてシリアル通信とした情報に変換して位置情報のやり取りがなされることがある。
【０１９１】
駆動モータ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９９が磁性材のロータフレーム１０３の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン９９はロータフレーム１０３の中間部ではなく、エンコーダマグネットに近い側に装着されている。Ｚ相ピン９９は円筒形状した部分をロータフレーム１０３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１０７が両方に設けられている。このＺ相ピン９９への磁束は駆動マグネット４９から得ている。Ｚ相ピン９９を検出するＺ相ＭＲ素子１００が磁性材の取付台１０１を介してベースハウジング５６のアングル１０２に取り付けられている。Ｚ相ＭＲ素子１００の信号はハンドルの中継基板に接続される。中継基板からシールドケーブルを通って中継ボックスにある駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスから超音波診断装置本体側へ接続される。
【０１９２】
磁性材のＺ相ピン９９とＺ相ＭＲ素子１００で構成されていて、基準位置手段はＺ相ピン９９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１００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信号は信号レベルが小さいので、ハンドルの中継基板で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号はコンパレータ回路で矩形処理される。矩形処理された信号は矩形波信号であり、外部からのノイズの影響を受けにくい。Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置を駆動ロータの基準位置にすれば、駆動モータの回転基準位置になり、さらには超音波振動子１、２の回転基準位置にもなる。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。
【０１９３】
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１０３の側面に取り付られたロータ側板１０４に取り付けられる。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を通ってロータ側板１０４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。
【０１９４】
本実施例では超音波振動子は２個を使用している。符号では１，２である。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。。
【０１９５】
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。
【０１９６】
また、ロータフレーム１０３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、送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。
【０１９７】
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本の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。
【０１９８】
超音波診断装置本体から入出力線を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、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。この超音波振動子の電気的変化は入出力線を介して超音波診断装置本体に伝達される。入出力線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入出力線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。入出力線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。すなわち、そのリング状の溝の外周側から内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【０１９９】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインはエンコーダ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入出力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。
【０２００】
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。
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よいが、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。
【０２０１】
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フレキシブル基板６３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。
【０２０２】
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１０３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。
【０２０３】
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。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。その走査角度７３のビーム軌跡面１１は本実施例場合では角度は２２０度となっている。
【０２０４】
ベースハウジング５６は金属粉末射出成形法によって金属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。
【０２０５】
図１１、図１２から、駆動モータのモータリード線６４はシャフト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ハンドルの中継基板９８に半田接続される。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、本体から中継ボックス１８の駆動モータ制御駆動回路１９に供給されて、その駆動モータ制御駆動回路１９のコイル出力部からハンドルの中継基板９８を経由して、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。
【０２０６】
図１１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をロータ側板１０４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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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、フレキシブル基板６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【０２０９】
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、小型な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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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、小型な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。
【０２１２】
（実施例４）
図１３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。また超音波プローブの外観斜視図は図２に類似であるので図示しない。
【０２１３】
実施例１及び実施例２、実施例３との相違点はＭＲ素子の出力信号を増幅する回路を超音波プローブの中継ボックス内の基板に構成する。超音波プローブの先端とハンドルを小さくするために、中継ボックスに配置可能なものは構成するようにした一例である。
【０２１４】
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とハンドル６と中継ボックス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が内蔵され、超音波プローブのハンドル６には超音波伝搬媒質の容積調整機構８とが構成されている。
【０２１５】
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９とは同一の軸となる。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を図示する。
【０２１６】
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。基準位置手段として磁性材のＺ相ピン１０９とＺ相ＭＲ素子１１０で構成されている。Ｚ相ＭＲ素子１１０では磁性材のＺ相ピン１０９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１１０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。Ｚ相ＭＲ素子の出力信号は超音波プローブの先端からハンドルとケーブルを経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１９に接続され、その駆動モータ制御駆動回路１９の増幅矩形処理回路１０８で増幅し矩形処理を行い、モータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７に接続し、プローブＣＰＵ２０７から本体システムのホストＣＰＵ３８に信号処理された情報量として伝達させる。
【０２１７】
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ＡＢ相ＭＲ素子１７で構成されている。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１８０極の磁極であるので、ＡＢ相ＭＲ信号も１８０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１８０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。
【０２１８】
ＡＢ相ＭＲ素子の出力信号も超音波プローブの先端からハンドルとケーブルを経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１９に接続され、その駆動モータ制御駆動回路１９の増幅矩形処理回路１０８で増幅し矩形処理を行い、モータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７に接続し、プローブＣＰＵ２０７で位置情報がシリアル情報に変換され、通信形態として本体システムのホストＣＰＵ３８に信号情報が伝達される。
【０２１９】
中継ボックス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。
【０２２０】
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、ケーブルを通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス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。
【０２２１】
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する設計を行う。
【０２２２】
超音波振動子１（または超音波振動子２）から放射した超音波は超音波振動子１（または超音波振動子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（または超音波振動子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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
駆動ロータ４とベースハウジング５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、脱気した上で封止される。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は超音波プローブのハンドル６に構成されている。
【０２２６】
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。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１３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。
【０２２７】
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（または超音波振動子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（または超音波振動子２）から生体内に放射される。
【０２２８】
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（または超音波振動子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２７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２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０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。
【０２２９】
超音波プローブの先端は、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。
【０２３０】
超音波プローブの先端にもハンドルにも中継基板は構成せずしているために、先端の体積を小さくすることができ、先端を液封止する超音波伝搬媒質の量も少なくできるので、先端の重量を軽くすることができる。超音波伝搬媒質内で基板を使用しない構造ができるので、基板の積層密度や部品の実装密度を上げることができ、基板を小型にできる。ハンドルも小型にできるために、超音波プローブを軽量にすることができ、診断作業性が一段と向上する。
【０２３１】
駆動モータ制御駆動回路１９を中継ボックス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、中継ボックス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。
【０２３２】
図１４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断面図である。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１４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。
【０２３３】
図１４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１１３が回転側である。ロータフレーム１１３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１１３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１１３が駆動軸９を中心に回転すると、そのロータフレーム１１３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１１３の両サイドにはロータ側板１０４、１０５があって、ロータ側板１０４はロータリトランス２１側のもので、ロータ側板１０５はエンコーダ側ものである。ロータ側板１０４には軸受ボス部５３に設けられ、その軸受ボス部５３に軸受５１が取り付けられている。またロータ側板１０４にはロータ側トランス２２を係合して固定するインロー部１０６があって、外周側端面の箇所も固定して、軸受５１に対して面振れが小さくなるように組み立てる。ロータ側板１０５にはもう一方の軸受５２が取り付けられる。それらロータ側板１０４，１０５はロータフレーム１１３に嵌合挿入して装着され、その取り付けられた軸受５１、５２で回転支承されている。
【０２３４】
モータを制御するために、ロータ側板１０５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の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ＡＢ相ＭＲ素子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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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１１３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。
【０２３７】
駆動モータ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１０９が磁性材のロータフレーム１１３の外周部に取り付けられている。このＺ相ピン１０９はロータフレーム１１３の中間部ではなく、エンコーダマグネットに近い側に装着されている。Ｚ相ピン１０９は円筒形状した部分をロータフレーム１１３の外周に設けられた円筒の穴に挿入して取り付けられ、素子に対向する側は傾斜を持っている。Ｚ相ピン１０９を検出するＺ相ＭＲ素子１１０が磁性材の取付台１１１を介してベースハウジング５６のアングル１１２に取り付けられている。
【０２３８】
磁性材のＺ相ピン１０９とＺ相ＭＲ素子１１０で構成されていて、基準位置手段はＺ相ピン１０９が１つであるために、Ｚ相ＭＲ素子１１０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。
【０２３９】
超音波振動子１、２（図１３参照）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１１３の側面に取り付られたロータ側板１０４に取り付けられる。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。
【０２４０】
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を通ってロータ側板１０４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。
【０２４１】
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本の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。
【０２４２】
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、フレキシブル基板６８を使用して、コイル端末の接続を行った。
【０２４３】
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、小型な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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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、小型な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。
【０２４６】
本実施例では超音波振動子は２個を使用している。そのため、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。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。
【０２４７】
また、ロータフレーム１１３に取り付けた超音波振動子１、２（図１３参照）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。
【０２４８】
超音波診断装置本体から入出力線を介して送られた電気信号により超音波振動子は超音波を放射し、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。この超音波振動子の電気的変化は入出力線を介して超音波診断装置本体に伝達される。入出力線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入出力線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。入出力線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。すなわち、そのリング状の溝の外周側から内部に向かうに従って超音波振動子の周波数が高くなるように構成する。
【０２４９】
超音波伝播媒質中で回転駆動される駆動モータの位置情報信号ラインはエンコーダ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入出力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。
【０２５０】
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はは円筒状のヘキサ巻の巻線である。
【０２５１】
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よいが、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。
【０２５２】
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フレキシブル基板６３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。
【０２５３】
図１４から、駆動モータのモータリード線６４はシャフト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ハンドルの中継基板に半田接続される。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、本体から中継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中継基板を経由して、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。
【０２５４】
（実施例５）
図１５は本発明の一実施例におけ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である。
【０２５５】
図１６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１７は超音波プローブの先端に内蔵する一実施例における超音波振動子駆動モータの断面図でする。
【０２５６】
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）１１４とハンドル（または操作部、手元操作部）１１５と中継ボックス１８と挿入管（または導中部）１１６とケーブル１１７で構成される。超音波プローブの先端１１４には超音波振動子１１８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１１８とともに回転する駆動ロータ１２０が構成され、駆動ロータ１２０を支持するベースハウジング１２１が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１１４からハンドル１１５まではフレキシブルな挿入管１１６で構成され、その挿入管１１６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１１５には駆動モータの位置検出信号を中継処理するためのの中継基板１２２が構成されている。その中継基板１２２はハンドルに設けられたコントローラノブ１２４の指令を中継処理するようにして、その中継基板１２２からまとめて中継ボックス１８に信号伝達を行っている。ハンドル１１５にはケーブル１１７を介して中継ボックス１８が接続され、その中継ボックス１８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。
【０２５７】
超音波振動子１１８は駆動ロータ１２０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１１８の回転軸と駆動モータの駆動軸１２３とは同一の軸となる。駆動軸１２３に対して超音波振動子１１８のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子１１８側のビーム放射軸１２４方向にビーム軌跡面１２５を形成する。その駆動ロータ１２０が回転することで超音波振動子１１８のビーム軌跡面１２５は回転する。その軌跡面１２５は駆動軸１２３に対して平行な面となる。
【０２５８】
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１１８を備えており、超音波振動子１１８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。
【０２５９】
駆動ロータ１２０の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ１２０に取り付けられた超音波振動子１１８の位置情報を知ることになる。駆動ロータ１２０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１２０の回転位置情報を知ることができる。
【０２６０】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７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１２６とＭＲ素子１２７で構成される。ＭＲ素子はＡＢ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１２１側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１２６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１２１側はＡＢ相磁極部である。
【０２６１】
ＭＲ素子１２７のＺ相信号は駆動ロータ１２０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１２０の基準位置を知ることができる。そのＺ相信号は信号レベルが小さいのでノイズを受けないため、モータの近くの中継アンプ基板１２８で信号増幅されて、挿入管１１６を通ってハンドル１１５の中継基板１２２で中継処理される。中継基板１２２ではＭＲ信号の矩形処理を行う場合もある。さらにケーブル１１７を通って中継ボックス１８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２０６と本体ＣＰＵ２０７が構成されている。
【０２６２】
相対位置情報手段としてＭＲ素子１２７のＡＢ相検出部と駆動ロータ１２０側にエンコーダマグネット１２６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１２０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１２６の外周にはＡＢ相磁極とＺ相磁極が着磁されていて、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１２７から得る。
【０２６３】
たとえば、エンコーダマグネット１２０のＡＢ相磁極が１５０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０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１５０の分解精度の信号が得られる。そのＡＢ相信号もモータの近傍の中継アンプ基板１２８で一旦増幅して、さらにハンドル１１５で中継基板１２２に配線し、ケーブル１１７を通って中継ボックス１８に内蔵の駆動モータ制御駆動回路１９に接続される。中継ボックス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。
【０２６４】
また、ＡＢ相、Ｚ相の信号は超音波診断装置の本体システム２０には直接接続するのではなく、中継ボックス１８のプローブＣＰＵ２０７で位置情報として信号処理して、通信仕様基づいた位置情報で本体ＣＰＵ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。ＡＢ相，Ｚ相信号で処理された超音波振動子位置をもとに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。
【０２６５】
超音波振動子１１８からの信号を駆動モータの外部に取り出すためにロータリトランス１２９が構成されている。ロータリトランス１２９はロータ側トランス１３０とステータ側トランス１３１で構成され、ロータ側トランス１３０は駆動ロータ１２０側の駆動軸１２３の端部に構成され、ロータ側トランス１３０の信号線は中空の駆動軸１２３の中を通って超音波振動子１１８に接続される。ステータ側トランス１３１はベースハウジング１２１側に固定され、ステータ側トランス１３１の信号線は超音波プローブの先端１１４から挿入管１１６を通ってハンドル１１５、ケーブル１１７を通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス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。
【０２６６】
ロータリトランス１２９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。経食道超音波プローブの場合は駆動モータが小型であり発生トルクも小さいので、発生する発熱量を抑えるためには通電電流を小さくする必要があって、負荷を小さくすることからロータリトランスが用いられることが多い。
【０２６７】
超音波振動子１１８から放射した超音波は超音波振動子１１８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１１８で受信され、電気信号に変換されて、ロータリトランス１２９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２７に送られる。
【０２６８】
駆動ロータ１２０とベースハウジング１２１と中継アンプ基板１２８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１３２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１３２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、脱気した上で封止される。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１３３が設けられている。この超音波伝搬媒質の容積調整機構１３３はゴム系の弾力性のある袋で構成されている。経食道プローブのような小型の場合は容積調整機構１３３がないこともある。
【０２６９】
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。
【０２７０】
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ロータリトランスを介して、超音波振動子１１８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１１８から生体内に放射される。
【０２７１】
超音波振動子１１８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１１８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２７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２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０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、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。
【０２７２】
図１６に超音波プローブの外観斜視図を示す。
【０２７３】
挿入管１１６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１１４から挿入管１１６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、超音波プローブを血管内に挿入した状態で、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、走査画像が得られていく。
【０２７４】
超音波プローブの先端１１４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１３２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１１４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１１４とハンドル１１５は屈曲性のある挿入管１１６で接続されている。ハンドル１１５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１３４が構成されている。コントローラノブ１３４には各種のスイッチが付いていて、回転することができる。コントローラノブ１３４を回転させると、その回転方向に応じて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１３４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１３４に付いている。コントローラノブ１３４の信号は一端プローブＣＰＵ２０７で情報処理され、プローブＣＰＵ２０７からそのコントローラノブの指令に合わせてモータが駆動するようにモータ駆動回路に命令が伝達される。それと同時にシステム本体２０のホストＣＰＵ３８にも指令情報が送られ、ホストＣＰＵ３８からも間接的に指令をコントロールしている。プローブ側と本体側はプローブＣＰＵ２０７と本体ＣＰＵ３８との通信手段でもって情報の交換を行っている。
【０２７５】
超音波プローブはハンドル１１５からケーブル１１７で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス１８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１３５があり、装着後はノブ１３５を回して中継ボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【０２７６】
超音波振動子１１８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もできる。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１６の符号１３６）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図１６の符号１３７）とを可能にしている。プローブＣＰＵ２０７でハンドルのコントローラノブの指令に基づき動作を可能にしている。
【０２７７】
また、超音波振動子の全部の操作方法は超音波診断装置本体の操作部から行うことができ、手元操作部では使用頻度の高い基本操作を行えるようにしている。
【０２７８】
超音波プローブの先端１１４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１１６やケーブル１１７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。
【０２７９】
図１７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って、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。
【０２８０】
図１７において、超音波振動子１１８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１１９の天面部に取り付けられ、駆動軸１２３を中心にして回転する。その超音波振動子１１８の先端には音響レンズ１３９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１３９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。超音波振動子の信号線は中空の駆動軸１２３の軸中央の穴を通って、ロータ側のトランス１３０に接続される。
【０２８１】
ロータ側トランス１３０は駆動軸１２３に対する面振れを小さくするためにブシュ１４１を介して取り付けられている。ロータ側トランス１３０とブシュ１４１をあらかじめ取り付けて、トランス面に対するブシュ１４１の内径を組加工して面と軸の直角度を出しておく。そうすることで、ロータ側トランス１３０の駆動軸１２３に対する面ぶれを小さく抑えている。ロータリトランスの必要なチャンネル数だけ、ロータ側トランスの表面に同心円状にコイル溝が形成され、そのコイル溝には、溝に適した半径のコイルが装着される。小型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１２９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。ロータリトランス１２９のロータ側トランス１３０を薄いスペースの中に構成することができるので、超音波振動子を駆動する小型軽量な駆動モータができ、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。
【０２８２】
ステータ側トランス１３１もロータ側トランス１３０と同様なチャンネル数の構成になっている。ステータ側トランス１３１のトランス対向面には、ロータ側トランス１３０のコイル溝と対向する半径位置にコイル溝が形成され、そのコイル溝には溝に適した半径のコイルが装着されている。ステータ側トランス１３１のコイル線はベースハウジング１２１に貼り付けられたＦＰＣ１４２に一旦半田付け接続される。そのＦＰＣ１４２を介してシールド線に半田接続され、そのシールド線は超音波診断装置本体側へと接続される。コイルの引き出し部をステータ側トランスの薄いスペースの中に構成することができるので、超音波振動子を駆動する小型軽量な駆動モータができ、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。また、ステータ側トランス１３１はセンター出しに軸芯カラー１４３を使って行っている。軸芯カラー１４３はベースハウジング１２１とステータ側トランス１３１の内周部とを係合させて位置決めがなされている。
【０２８３】
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。ロータリトランス１２９はロータリトランス１２９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の対策を行い、クロストークをできるだけ小さくなるようにしている。
【０２８４】
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。
【０２８５】
超音波振動子１１８のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子１１８側のビーム放射軸１２４方向にビーム軌跡面１２５を形成する。ロータフレーム１１９に天面部に取り付けられている超音波振動子１１８は駆動軸１２３を中心に回転するので、超音波振動子１１８のビーム軌跡面１２５も回転する。その軌跡面１２５は駆動軸１２３に対して平行な面となる。そのビーム軌跡面１２５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（図１６の符号１３６）と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面１３７（図１６の符号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が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。
【０２８６】
図１５の駆動ロータ１２０はロータフレーム１１９を主に示している。そのロータフレーム１１９には駆動マグネット１４４を取り付ける垂下部１４５と駆動軸１２３と超音波振動子を取り付けるインロー部１４６が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット１４４はネオジボンド磁石で８極の着磁がなされている。駆動マグネット１４４に対向する位置にコア１４７がベースハウジング１２１の中央円筒部１４８に接着固定される。そのコア１４７は突極の数６であって、中心を対称の突極を同一相になるように巻線１４９が巻回されている。コアと巻線との絶縁のために、コアには電着塗装がなされている。
【０２８７】
コア１４７には、絶縁膜が膜状に施されている。本実施例ではこの絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線１４９とコア１４７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よいが、膜厚が厚いと巻線１４９とコア１４７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膜で形成する。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。
【０２８８】
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１２１に貼られたＦＰＣ１４０に半田付け接続され、そのＦＰＣ１４０を駆動モータの外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣ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。
【０２８９】
超音波振動子１１８が取り付けられたロータフレーム１１９は駆動軸１２３を軸受１５０、１５１で回転支承されている。その軸受１５０、１５１はベースハウジング１２１の中央円筒部の内側に固定され、駆動軸１２３を中心に回転させることができる。
【０２９０】
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１１９の回転位置情報を知ることは必要である。ロータフレーム１１９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１１９の回転位置情報を知る。
【０２９１】
ロータフレーム１１９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１２６とＭＲ素子１２７で構成される。エンコーダマグネット１２６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１２６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１２７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１１７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１２６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。
【０２９２】
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ＭＲ信号は信号レベルが小さいので、モータの近くの中継アンプ基板１２８で信号増幅される。その増幅後のＺ相信号はハンドルの中継基板１２２の信号中継処理される。その中継基板１２２からシールドケーブルを通って中継ボックスにある駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスから超音波診断装置本体側へ接続される。
【０２９３】
Ｚ相コンパレータ信号の立ち上がり位置を超音波振動子の基準位置にすれば、このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１１８による座像表示が可能であり、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。
【０２９４】
また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７で構成される。ＭＲ素子１２７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１２１側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１２６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１２１側はＡＢ相磁極部である。
【０２９５】
駆動マグネット１４４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１２６も厚めにした上で、エンコーダマグネット１２６とＭＲ素子１２７との隙間が非常に狭く設定している。
【０２９６】
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１２７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１１９に取り付けた超音波振動子１１８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１２６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１２６の外周とＡＢ相ＭＲ素子１２７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１２６の磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１２７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。
【０２９７】
ＡＢ相、Ｚ相信号ともモータの近くの中継アンプ基板１２８で信号増幅されて、挿入管を通ってハンドルの中継基板で中継処理され、さらに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に接続される。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。
【０２９８】
また、ＡＢ相、Ｚ相の矩形波信号は超音波診断装置の本体システムにも中継ボックスを経由して接続される。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。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。
【０２９９】
実施例５の超音波プローブは中継アンプ基板を超音波プローブ先端に中継基板をハンドルに構成するタイプである。他の実施例のように、中継基板を超音波プローブの先端やハンドルや中継ボックスに構成するなどの方法もある。
【０３００】
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制御駆動回路基板が構成されている。
【０３０１】
（実施例６）
図１８は本発明の一実施例におけ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である。
【０３０２】
また、図１９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。
【０３０３】
図２０は超音波プローブの先端に内蔵する一実施例における超音波振動子駆動モータの断面図である。メカニカル駆動方式の超音波プローブの先端は、超音波振動子と超音波振動子から発信される超音波パルス列により構成される超音波ビームの進行方向を変更させる音響ミラーと超音波振動子を回転させる駆動モータと、これらを保持するための保持部材である円筒状のハウジングに実装して構成されている。
【０３０４】
超音波振動子を駆動する駆動モータ１５２の駆動軸１５３の先端には超音波振動子１５４を取り付ける受け台１５５が接着固定されている。
【０３０５】
超音波振動子１５４の信号はロータリトランスを用いて伝達される。そのロータリトランスはステータ側トランス１５６とロータ側トランス１５７で構成されている。ロータ側トランス１５７は受け台１５５に固定され、超音波振動子１５４とともに回転する。超音波振動子とロータ側トランスは電気的に接続されている。ステータ側トランス１５６は駆動モータ１５２のハウジング側に固定され、ステータ側トランス１５６の信号線は超音波プローブの先端から挿入管１５８を通ってハンドル１５９、ケーブル１６０を通って中継ボックス１８に接続され、中継ボックス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。
【０３０６】
超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることは画像表示には必要な情報である。駆動モータの回転位置は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超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることができる。
【０３０７】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１６１の端面の突部１６２とＺ相ＭＲ素子１６３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１６１とＡＢ相ＭＲ素子１６４で構成される。
【０３０８】
Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の端面に突部１６２が１箇所形成されていて、単極に着磁されいている。Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために超音波振動子１５４の基準位置を知ることができる。Ｚ相ＭＲ素子の出力信号は超音波プローブの先端から挿入管１５８、ハンドル１５９に構成されている中継基板１６５に接続され、その中継基板１６５で増幅等の処理を行い、ケーブル１６０を経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１６６に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１６６に構成されているプローブＣＰＵ２０７で処理され、情報データとして通信手段を使用して本体ＣＰＵ３８へ伝送される。
【０３０９】
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はエンコーダマグネット１６１とＡＢ相ＭＲ素子１６４で構成されている。ＡＢ相ＭＲ素子１６４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モータ１５２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１６１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１６４から得る。ＡＢ相ＭＲ素子の出力信号も超音波プローブの先端から挿入管１５８、ハンドル１５９に構成されている中継基板１６５に接続され、その中継基板１６５で増幅等の処理を行い、ケーブル１６０を経由して中継ボックス１８に構成されている駆動モータ制御駆動回路１６６に接続される。その駆動モータ制御駆動回路１６６に構成されているプローブＣＰＵ２０７で処理され、情報データとして通信手段を使用して本体ＣＰＵ３８へ伝送される。
【０３１０】
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ＣＰＵ２０７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。
【０３１１】
超音波振動子１５４に超音波発振器２５からパルス電圧を印加することにより、超音波振動子から超音波パルスが発信され、反射ミラー１６７で反射された後に同超音波プローブ外部に出力される。そして、生体の観測対象により反射された超音波パルスは、反射ミラー１６７によってその向きを変えられ、超音波振動子１５４に入射する。この超音波プローブは超音波振動子１５４と反射ミラー１６７との間に超音波パルス伝達区間を設けることにより、超音波ビームと観測対象との間に時間間隔をおくことで近距離の観測が可能になる。
【０３１２】
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。
【０３１３】
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ロータリトランスを介して、超音波振動子１５４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１５４から反射ミラー１６７で反射されて生体内に放射される。
【０３１４】
超音波振動子１１８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１１８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２７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２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０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、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。
【０３１５】
超音波プローブの外観斜視図（図１９）に示されるように超音波振動子のビームは反射ミラーで反射され、挿入管１５８の挿入方向に直交する方向に放射される。超音波振動子は駆動モータによって回転するので、超音波振動子のビームは回転によっては面を構成する。その構成の超音波振動子のビーム軌跡面１６８は挿入管の挿入方向に直交するように形成される。
【０３１６】
挿入管１５８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、超音波プローブの先端から挿入管１１６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、超音波プローブを血管内に挿入した状態で、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、走査画像が得られていく。
【０３１７】
超音波プローブの先端１６９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１７０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１６９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１６９とハンドル１５９は屈曲性のある挿入管１５８で接続されている。ハンドル１５９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１７１が構成されている。コントローラノブ１７１には各種のスイッチが付いていて、回転することができる。コントローラノブ１７１を回転させると、その回転方向に応じて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１７１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１７１についている。コントローラノブ１７１の信号はプローブＣＰＵ２０７で情報処理され、プローブＣＰＵ２０７からそのコントローラノブの指令に合わせてモータが駆動するようにモータ駆動回路に命令が伝達される。それと同時にシステム本体２０のホストＣＰＵ３８にも指令情報が送られ、ホストＣＰＵ３８からも間接的に指令をコントロールしている。プローブ側と本体側はプローブＣＰＵ２０７と本体ＣＰＵ３８との通信手段でもって情報の交換を行っている。
【０３１８】
コントローラノブ１７１の信号は中継ボックス１８からシステム本体２０のホストＣＰＵ３８に送られ、ホストＣＰＵ３８からそのコントローラノブ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。
【０３１９】
超音波プローブはハンドル１５９からケーブル１６０で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス１８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１７２があり、装着後はノブ１７２を回して中継ボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【０３２０】
超音波振動子１５４のビームはプローブ先端側面から放射されるので、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もできる。また、超音波振動子の全部の操作方法は超音波診断装置本体の操作部から行うことができ、手元操作部では使用頻度の高い基本操作を行えるようにしている。
【０３２１】
超音波プローブの先端１６９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１５８やケーブル１６０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。
【０３２２】
図２０は本実施例におけるインナーロータタイプのブラシレスモータの断面図であって、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。
【０３２３】
図２０において、超音波振動子１５４は受け台１５５の筐体の枠中で構成されていて、駆動モータの駆動軸１５３の先端に構成されている。超音波振動子１５４の先端には屈折の現象を有効に利用するための音響レンズ１３９が付いている。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。
【０３２４】
超音波振動子の信号伝達のためにロータリトランスが用いられていて、ロータリトランスのロータ側トランス１５７は受け台１５５の面に固定されている。ロータ側トランス１５７は超音波振動子１５４と一体に回転する。駆動軸１５３の外周をロータ側トランス１５７の内周と係合して固定するために回転センターにロータ側トランスのセンターを合わせることが容易にできる。
【０３２５】
ステータ側トランス１５６もロータ側トランス１５７と同様な構成になっている。ステータ側トランス１５６のトランス対向面の隙間が均一になるように組み立てられる。ステータ側トランス１５６は駆動モータのハウジングの側面に固定される。
【０３２６】
ロータリトランスはロータ側トランス１５７とステータ側トランス１５６は、薄膜の絶縁された角コイルをロール状に巻いて作成したものであって、磁性トランスコアなどは使用しない構造になっている。
【０３２７】
ステータ側トランスから電気信号線はＦＰＣを用いて先端の挿入管側に引き出し、ＦＰＣを介してシールド線に半田接続され、そのシールド線は超音波診断装置本体側へと接続される。
【０３２８】
駆動モータは回転側に駆動マグネットがあって、固定側にハウジング２０８とコア１７４が構成された構造である。その回転可能は駆動マグネット１７３は駆動軸１５３に取り付けられていて、その駆動マグネット１７３は駆動軸１５３が２つの軸受１７５、１７６で回転可能に支承されている。
【０３２９】
駆動モータのコア１７４は分割コアであって、個々の分割コアは絶縁処理膜が施されている。実施例ではこの絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線１７７とコア１７４との電気絶縁を目的にしたものであるので、膜厚をできるだけ薄くなるようにして効率が低下する抑えている。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。
【０３３０】
駆動モータは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本の線はモータハウジング２０８から駆動モータの外部に引き出し、挿入管を通ってハンドルの中継基板を経由して、ケーブルを通って中継ボックスのモータ制御駆動回路に接続される。
【０３３１】
超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることは画像表示には必要な情報である。駆動モータの回転位置は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超音波振動子１５４の回転位置情報を知ることができる。
【０３３２】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１６１の端面の突部１６２とＺ相ＭＲ素子１６３で構成される。Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の端面に突部１６２が１箇所形成されていて、単極に着磁されいている。Ｚ相ＭＲ素子１６３ではエンコーダマグネット１６１の１回転に１パルスの信号が検出できる。そのために超音波振動子１５４の基準位置を知ることができる。Ｚ相ＭＲ素子の出力信号は超音波プローブの先端から挿入管、ハンドルの中継基板１６５で信号増幅等の信号中継処理される。その中継基板１６５からケーブルを経由して中継ボックスに構成されている駆動モータの制御駆動基板に接続される。中継ボックスの駆動モータの制御駆動基板に構成されているプローブＣＰＵ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ＣＰＵへ接続される。
【０３３３】
このＺ相信号により基準位置を元に、超音波振動子１５４による座像表示が可能である。
【０３３４】
また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１６１とＡＢ相ＭＲ素子１６４で構成される。ＡＢ相ＭＲ素子１６４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モータ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１６１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１６４から得る。たとえば、エンコーダマグネット１６１のＡＢ相磁極が１５０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０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１５０の分解精度の信号が得られる。ＡＢ相ＭＲ素子の出力信号も超音波プローブの先端から挿入管、ハンドルの中継基板とケーブルを経由して中継ボックスに構成されている駆動モータの制御駆動基板に接続される。その駆動モータの制御駆動基板に構成されたプローブＣＰＵ２０７を用いて通信信号で伝送できるようにデジタル信号情報に処理し、通信情報信号として超音波診断装置の本体ＣＰＵに通信伝達される。
【０３３５】
中継ボックス１８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。
【０３３６】
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ＣＰＵ２０７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。
【０３３７】
ＡＢ相磁極はエンコーダマグネット１６１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１６１の外周とＡＢ相ＭＲ素子１６４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１６１の磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１６４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。
【０３３８】
実施例６の超音波プローブは中継基板はハンドル部に構成するタイプである。他の実施例のように、中継基板を超音波プローブの先端や中継ボックス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制御駆動回路基板が構成されている。プローブ側と本体側は決められたインタフェース仕様に基づき、通信手段でもって情報管理を行っている。またプローブ側で駆動モータの制御管理が可能となり、本体のＣＰＵには情報の共通のために送信している。
【０３３９】
（実施例７）
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。
【０３４０】
図２１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。
【０３４１】
また、図２２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。
【０３４２】
図２３は超音波振動子を駆動する駆動モータの断面図である。
【０３４３】
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）１７８とハンドル（または操作部、手元操作部）１７９と中継ボックス１８と挿入管（または導中部）１８０とケーブル１８１で構成される。超音波プローブの先端１７８には超音波振動子１８２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１８２とともに回転駆動するロータ部分（駆動ロータとする）１８３が構成され、駆動ロータ１８３を支持するベースハウジング１８４が超音波プローブ先端に内蔵されている。先端１７８からハンドル１７９まではフレキシブルな挿入管１８０で構成され、その挿入管１８０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１７９にはコントロールノブ１８５が構成される。ハンドル１７９にはケーブル１８１を介して中継ボックス１８が接続され、中継ボックス１８には駆動モータ制御駆動回路１８７があり、その駆動モータ制御駆動回路１８７には位置検出信号処理回路１８６とモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７が構成されている。その中継ボックス１８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。
【０３４４】
超音波振動子１８２は駆動ロータ１８３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１８２の回転軸と駆動モータの駆動軸１８８とは同一の軸となる。駆動軸１８８に対して超音波振動子１８２のビームはアキシャル方向に放射させる。超音波振動子１８２側のビーム放射軸１８９方向にビーム軌跡面１９０を形成する。その駆動ロータ１８３が回転することで超音波振動子１８２のビーム軌跡面１９０は回転する。その軌跡面１９０は駆動軸１８８に対して平行な面となる。
【０３４５】
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１８２を備えており、超音波振動子１８２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。
【０３４６】
駆動ロータ１８３の回転位置情報を知ることは、駆動ロータ１８３に取り付けられた超音波振動子１８２の位置情報を知ることになる。駆動ロータ１８３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１８３の回転位置情報を知ることができる。
【０３４７】
基準位置手段としてエンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２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１９１とＭＲ素子１９２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１８４側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット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。
【０３４８】
ＭＲ素子１９２のＺ相信号は駆動ロータ１８３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１８３の基準位置を知ることができる。そのＺ相信号は挿入管１８０を通ってハンドル１７９、ケーブル１８１を通って、中継ボックス１８の駆動モータの制御駆動基板１８７に接続される。中継ボックスの駆動モータの制御駆動基板１８７にはＭＲ信号の処理回路１８６とモータ駆動回路２０６とプローブＣＰＵ２０７とが構成されている。そのＭＲ信号の処理回路１８６でＭＲ信号は信号増幅されて、さらにプローブＣＰＵ２０７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ＣＰＵ３８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。
【０３４９】
相対位置情報手段としてＭＲ素子１９２のＡＢ相検出部と駆動ロータ１８３側にエンコーダマグネット１９１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１８３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１９１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１９２から得る。
【０３５０】
また、ＡＢ相、Ｚ相による信号情報はプローブＣＰＵ２０７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２０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１９１のＡＢ相磁極が１５０極の磁極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０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１５０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よい。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よいが、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。
【０３５１】
中継ボックス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１８７など駆動モータを駆動するための電力を供給している。
【０３５２】
駆動モータの回転位置情報手段として、本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。
【０３５３】
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超音波振動子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。
【０３５４】
本実施例の超音波振動子１８２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。
【０３５５】
超音波振動子１８２から放射した超音波は超音波振動子１８２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１８２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１８０、ハンドル１７９、ケーブル１８１、中継ボックス１８を経由して、システム本体２０の回路に送られる。
【０３５６】
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。
【０３５７】
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１８２から生体内に放射される。
【０３５８】
超音波振動子１８２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１８２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２７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２８で対数圧縮し、包絡線検波用の検波回路２９にて検波され、ゲイン補正用のゲイン設定器３０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。
【０３５９】
図２２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１８０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１７８から挿入管１８０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。
【０３６０】
超音波プローブの先端１７８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１９３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１７８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１７８とハンドル１７９は屈曲性のある挿入管１８０で接続されている。ハンドル１７９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１８５が構成されている。コントローラノブ１８５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１８５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１８５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１８５についている。コントローラノブ１８５の信号は中継ボックス１８からシステム本体２０のホストＣＰＵ３８に送られ、ホストＣＰＵ３８からそのコントローラノブ１８５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。
【０３６１】
超音波プローブはハンドル１７９からケーブル１８１で中継ボックス１８に接続されている。超音波プローブはその中継ボックス１８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１９４があり、装着後はノブ１９４を回して中継ボックス１８を本体にしっかりとロックする。
【０３６２】
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場合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。
【０３６３】
超音波振動子１８２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２２の符号１９５）と挿入軸に直角方向の診断（ビーム軌跡面は図２２の符号１９６）とを可能にしている。
【０３６４】
超音波プローブの先端１７８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１８０やケーブル１８１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。
【０３６５】
図２３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。
【０３６６】
図２３において、超音波振動子１８２は素子ホルダー２０９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２１０の天面部に取り付けられ、駆動軸１８８を中心にして回転する。その超音波振動子１８２の先端には音響レンズ２１１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２１１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１８２の信号線は中空の駆動軸１８８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。
【０３６７】
超音波振動子１８２のビームは駆動軸方向に放射させる。超音波振動子１８２側のビーム放射軸１８９方向にビーム軌跡面１９０を形成する。ロータフレーム１９６に天面部に取り付けられている超音波振動子１８２は駆動軸１８８を中心に回転するので、超音波振動子１８８のビーム軌跡面１９０も回転する。その軌跡面１９０は駆動軸１８８に対して平行な面となる。そのビーム軌跡面１９０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１９５（図２２の符号１９５）と挿入軸に直角方向のビーム軌跡面１９６（図２２の符号１９６）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が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。
【０３６８】
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。
【０３６９】
超音波振動子１８２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１９０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。
【０３７０】
（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。
【０３７１】
（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である。
【０３７２】
（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である。
【０３７３】
（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。
【０３７４】
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。
【０３７５】
駆動ロータはロータフレーム２１０には駆動マグネット１９７を取り付ける垂下部１９８と駆動軸１８８と超音波振動子を取り付けるインロー部１９９が一体で構成されている。リング状の駆動マグネット１９７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１９７に対向する位置にコア２００がベースハウジング１８４の中央円筒部２０１に接着固定される。そのコア２００は突極の数６であって、３相になるように巻線２０２が巻回されている。コア２００と巻線２０２との絶縁のために、コアには電着塗装がなされている。
【０３７６】
コア２００の絶縁膜はエポキシ樹脂の電着塗装膜で、巻線２０２とコア２００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よいが、膜厚が厚いと巻線２０２とコア２００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く膜で形成する。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。
【０３７７】
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１８４に貼られたＦＰＣ２０３に半田付け接続され、そのＦＰＣ２０３を駆動モータの外部に引き出し、その引き出されたＦＰＣ２０３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。
【０３７８】
超音波振動子１８２が取り付けられたロータフレーム１９６は駆動軸１８８を軸受２０４、２０５で回転支承されている。その軸受２０４、２０５はベースハウジング１８４の中央円筒部２０１の内側に固定され、駆動軸１８８を中心に回転させることができる。
【０３７９】
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１９６の回転位置情報を知ることである。ロータフレーム１９６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１９６の回転位置情報を知る。
【０３８０】
ロータフレーム１９６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１９１とＭＲ素子１９２で構成される。エンコーダマグネット１９１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１９１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１９２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１９２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１９１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。
【０３８１】
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１８７（中継基板に相当する）に接続される。中継ボックスの駆動モータ制御駆動回路１８７のＭＲ信号処理回路１８６でＭＲ信号は信号増幅されて、さらにプローブＣＰＵ２０７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ＣＰＵ３８へ接続される。
【０３８２】
また、相対位置情報手段としてもエンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２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１８４側に形成されている。したがって、エンコーダマグネット１９１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１８４側はＡＢ相磁極部である。
【０３８３】
駆動マグネット１９７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１９１も厚めにした上で、エンコーダマグネット１９１とＭＲ素子１９２との隙間が非常に狭く設定している。
【０３８４】
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１９２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２１０に取り付けた超音波振動子１８２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１９１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１９１の外周とＡＢ相ＭＲ素子１９２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１９１の磁極数に相当した数の信号をＭＲ素子１９２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。
【０３８５】
また、ＡＢ相、Ｚ相による信号情報はプローブＣＰＵ２０７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２０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ＣＰＵ２０７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。
【０３８６】
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。
【０３８７】
駆動マグネット１９７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１９１とＭＲ素子１９２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１９１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１９６にエンコーダマグネット１９１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１９１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１９１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。
【０３８８】
たとえば、エンコーダマグネット１９１は１５０極である場合、ＡＢ相ＭＲ信号も１５０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１５０パルスの分解精度の信号が得られる。Ａ相とＢ相とも１５０パルスであって、９０度の位相差を持っているので、Ａ相、Ｂ相の信号を４逓倍すれば、１回転あたり６００の分解精度の信号が得られる。エンコーダマグネット１９１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。
【０３８９】
ベースハウジング１８４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。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。
【０３９０】
実施例７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ＣＰＵ２０７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。
【０３９１】
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。
【０３９２】
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。
【０３９３】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるという有利な効果が得られる。
【０３９４】
また、請求項２記載の発明によれば、プローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側は把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができるということが得られるものである。
【０３９５】
また、請求項３記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、またＭＲ素子を用いることでロータの回転方向を知ることができる。さらにＺ相ＭＲ素子を用いることでロータの基準位置情報を知ることができる。ロータにエンコーダマグネットを取り付け、回転着磁等のそのエンコーダマグネットに着磁することで小型で規則正し位置情報を得ることができる等、画質のよい超音波断層画像が得られる。
【０３９６】
また、請求項４記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるということが得られるものである。
【０３９７】
また、請求項５記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるということが得られるものである。
【０３９８】
また、請求項６記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し、矩形波処理することで外部ノイズの影響を受け難くすることができるということが得られるものである。
【０３９９】
また、請求項７記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をハンドルで増幅し、矩形波処理することで超音波プローブ先端により小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができる。さらに小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータの製作し、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるということが得られるものである。
【０４００】
また、請求項８記載の発明によれば、小型、軽量である走査可能な超音波振動子駆動モータを製作することができ、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、また、中継ボックスで超音波診断装置の本体と超音波プローブは容易に脱着、装着することができるということが得られるものである。
【０４０１】
また、請求項９記載の発明によれば、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と超音波振動子を構成させ、超音波プローブ先端を小型にすることができ、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路が超音波プローブ単体で完結することができる。超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、開発時間の短縮や超音波診断装置のオプションなどが容易にできるようになり、超音波診断装置の仕様拡大が容易に行えるようになる。仕様変更などにも容易に対応できる。超音波診断装置のシステム基板の汎用性が増すことができるということが得られるものである。
【０４０２】
また、請求項１０記載の発明によれば、超音波プローブの先端に回転支承させるロータ部を構成させ、そのロータ部に超音波振動子取り付ける構造が可能となり、２つの軸受を用いることで剛性の強いモータができる。すなわち、２つの軸受で回転支承されたロータフレームに超音波振動子を取り付けるために、回転が安定するうえに、超音波振動子の位置が安定するので、座像の精度を向上することができる。
【０４０３】
また、請求項１１記載の発明によれば、超音波振動子の走査面がハンドル軸に平行な超音波プローブを、脱着、装着可能なシステムとして、小型に形成することができるということが得られるものである。
【０４０４】
また、請求項１２記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブのセンサ部の信号処理部で増幅して中継ボックスの回路に接続することによって矩形波処理をして、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるということが得られるものである。
【０４０５】
また、請求項１３記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブハンドル部で増幅することで、ＭＲ素子から近いところで増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができるということが得られるものである。
【０４０６】
また、請求項１４記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号をプローブ先端の第１信号処理部で増幅することで外部ノイズの影響を受けないようにして、その増幅信号をプローブ先端に近いハンドル部の第２信号処理部で矩形波処理することで、増幅信号をシールド性能を気にせずに引き回すことができる。さらに信号処理部を第１信号処理部と第２信号処理部と別の箇所に分散して構成することで、それぞれの箇所での大きさを小さくすることができるので超音波プローブ先端部の大きさを小さくすることができるということが得られるものである。
【０４０７】
また、請求項１５記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、ＭＲ素子の信号を超音波プローブ内で増幅し、矩形波処理することで外部ノイズの影響を受け難くすることができるということが得られるものである。
【０４０８】
また、請求項１６記載の発明によれば、駆動モータの回転相対位置情報手段として磁気式エンコーダを用い、超音波プローブ内のハンドル部の信号処理部にてＭＲ素子の信号を増幅し、矩形波処理することで外部ノイズの影響を受け難くすることができるうえに、プローブ先端部を小型にすることができる。さらにモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結することができるということが得られるものである。
【０４０９】
また、請求項１７記載の発明によれば、モータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にすることができるということが得られるものである。
【０４１０】
また、請求項１８記載の発明によれば、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端に、より小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることができるということが得られるものである。
【０４１１】
また、請求項１９記載の発明によれば、中継ボックスに回路をまとめることができるので構成処理部を接続するシールド線などが不要となり、接続が簡単な駆動モータ制御駆動回路にすることができる。そのため、超音波プローブ先端に、より小型な駆動モータを搭載することができ、超音波プローブ先端を小さくすることやハンドルを小さくすることができるということが得られるものである。
【０４１２】
また、請求項２０記載の発明によれば、プローブ側で駆動回路を制御することができ、プローブ側と装置本体側は通信にて位置情報を伝達することで、超音波振動子の位置は本体側にも把握できるので、プローブ側だけで駆動系を形成することができる。さらにはモータ駆動制御マイコンとモータ制御駆動回路を中継ボックスに構成することでモータ制御駆動回路を超音波プローブ単体で完結し、超音波診断装置と超音波プローブとの接続インターフェースを統一化すれば、本体の診断ソフトを変更することでひとつの診断装置本体で各種の診断が可能となる。したがって、超音波プローブの脱着や装着が容易にでき、かつ装置本体の開発ペースとはリンクしつつ、超音波プローブ単独での設計ができ、制御駆動回路と同じ基板に処理回路を構成することで、中継ボックスに納める基板数が少なくなり作業性などが向上する。メインテナンスが容易になるということが得られるものである。
【０４１３】
また、請求項２１記載の発明によれば、回転するロータフレームの天面に超音波振動子を取り付けるために、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、回転軸に対して平行に超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、超音波振動子がモータのロータフレームに直接搭載されているので、位置が安定する。座像の精度を向上することができる細経プローブなどを製作することができるということが得られるものである。
【０４１４】
また、請求項２２記載の発明によれば、超音波振動子回転する駆動モータを超音波プローブの先端に搭載し、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交するように超音波ビーム軌跡面が形成できるので、細経プローブなどを製作することができる。また、超音波振動子の位置が安定するということが得られるものである。
【０４１５】
また、請求項２３記載の発明によれば、回転軸に対して軸方向に超音波ビームが放射され、挿入管の挿入方向に直交した超音波ビーム軌跡面が形成できるうえに、位置が安定な細経プローブなどを製作することができるということが得られるものである。
【０４１６】
また、請求項２４記載の発明によれば、位置が安定な細経プローブなどを製作することができるということが得られるものである。
【０４１７】
また、請求項２５記載の発明によれば、超音波プローブだけで超音波振動子を駆動するモータシステムを構築することができ、装置本体と超音波プローブは脱着、装着することができるということが得られるものである。
【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２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７】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８】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構造図
【図９】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構造図
【図１０】本発明の実施例３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１１】本発明の実施例３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１２】本発明の実施例３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１３】本発明の実施例４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１４】本発明の実施例４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１５】本発明の実施例５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１６】本発明の実施例５による超音波プローブの外観斜視図
【図１７】本発明の実施例５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１８】本発明の実施例６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１９】本発明の実施例６による超音波プローブの外観斜視図
【図２０】本発明の実施例６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２１】本発明の実施例７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２２】本発明の実施例７による超音波プローブの外観斜視図
【図２３】本発明の実施例７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、１１８、１５４、１８２  超音波振動子
３、７４、１５２  駆動モータ
４、７５、１２０、１８３  駆動ロータ
５、５６、７６、１２１、１８４  ベースハウジング
６、１１５、１５９、１７９  ハンドル
６ａ  手元スイッチ
７  中継調整基板
８  超音波伝搬媒質の容積調整機構
９、７７，１２３，１５３、１８８  駆動軸
１０  ビーム放射軸
１１  超音波ビーム軌跡面
１２、９９、１０９  Ｚ相ピン
１３  ＭＲ素子（Ｚ相）
１４、１２８  中継アンプ基板
１５、８１  磁気式エンコーダ
１６、８２、１２６、１６１、１９１  エンコーダマグネット
１７  ＭＲ素子（ＡＢ相）
１８  継ボックス
１９、１８７  駆動モータ制御駆動回路
２０  システム本体
２１、１２９  ロータリトランス
２２、１３０、１５７  ロータ側トランス
２３、１３１、１５６  ステータ側トランス
２４、１３２、１７０、１９３  ウインドウケース
２５  パルス発生器
２６  振動子駆動回路
２７  増幅器
２８  対数増幅器
２９  検波回路
３０  ゲイン設定器
３１  ゲイン制御用コントローラ
３２  合成回路
３３  Ａ／Ｄ
３４  ＤＳＰ
３５  画像メモリ
３６  ＤＳＣ
３７  テレビモニタ
３８  ホストＣＰＵ
３９、１１４、１６９、１７８  先端
４０、１１７、１６０、１８１  ケーブル
４１  コネクタ差し込み口
４２、１３５、１７２、１９４  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、１４７、１７４、２００  コア
４９、１４４、１７３、１９７  駆動マグネット
５０、８６、１０３、１１３、１１９、２１０  ロータフレーム
５１、５２、１５０、１５１、１７５、１７６、２０４、２０５  軸受
５３  軸受ボス部
５４、１０４、１０５  ロータ側板
５５、５８、１０１、１１１  取付台
５７  傾斜面（カット面）
５９、６０  穴
６１、１４９、１７７、２０２  巻線
６２  絶縁膜
６３  フレキシブル基板
６４  リード線
６５、８７、１３９、２１１  音響レンズ
６６、６７、６９、７０  コイル溝
６８、７２、１４０、１４２、２０３  ＦＰＣ
７１  コイル
７３  走査角度
７９、１１０、１６３  Ｚ相ＭＲ素子
８０、９８、１２２、１６５  中継基板
８３、１６４  ＡＢ相ＭＲ素子
８４  スリップリング
８５  プローブ本体取付台
８８、１０７  カット面
８９  Ｚ相ＦＰＣ
９０  フラットリード線
９１  ＡＢ相ＦＰＣ
９２  電極
９３  ブラシ
９４  ブラシホルダー
９５  モータ線
９６  軸受カラ
９７  絶縁シート
１００  Ｚ相ＭＲ
１０２、１１２  アングル
１０６、１４６、１９９  インロー
１０８  増幅矩形処理回路
１１６、１５８、１８０  挿入管
１２４、１８９  放射軸
１２５、１３６、１３７、１６８、１９０、１９５、１９６  ビーム軌跡面
１２７、１９２  ＭＲ素子
１３３  容積調整機構
１３４、１７１、１８５  コントローラノブ
１３８、２０９  素子ホルダー
１４１  ブシュ
１４３  軸芯カラー
１４５、１９８  垂下部
１４８、２０１  中央円筒部
１５５  受け台
１６２  突起
１６６  駆動モータ制御駆動基板
１６７  反射ミラー
１８６  処理回路
２０６  モータ駆動回路
２０７  プローブＣＰＵ
２０８  ハウジング
【図１】
2004194711.tif 000003
【図２】
2004194711.tif 000004
【図３】
2004194711.tif 000005
【図４】
2004194711.tif 000006
【図５】
2004194711.tif 000007
【図６】
2004194711.tif 000008
【図７】
2004194711.tif 000009
【図８】
2004194711.tif 000010
【図９】
2004194711.tif 000011
【図１０】
2004194711.tif 000012
【図１１】
2004194711.tif 000013
【図１２】
2004194711.tif 000014
【図１３】
2004194711.tif 000015
【図１４】
2004194711.tif 000016
【図１５】
2004194711.tif 000017
【図１６】
2004194711.tif 000018
【図１７】
2004194711.tif 000019
【図１８】
2004194711.tif 000020
【図１９】
2004194711.tif 000021
【図２０】
2004194711.tif 000022
【図２１】
2004194711.tif 000023
【図２２】
2004194711.tif 000024
【図２３】
2004194711.tif 000025