(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した超音波診断装置において、
前記体腔内用超音波探触子は、
操作者により把持される把持部について、延伸方向の軸を回転中心軸とした姿勢回転角を検出する姿勢回転角検出手段と、
振動子アレイを形成し、体腔内に挿入される挿入部の軸に交差する揺動軸を中心として、前記振動子アレイによる超音波ビーム走査面が法線方向に揺動可能となるよう設けられた超音波振動子と、
前記超音波振動子の揺動角を検出する揺動角検出手段と、
を有し、
前記本体部は、
前記姿勢回転角検出手段によって検出された姿勢回転角で規定される向きに描かれる姿勢回転角表示図形と、前記揺動角検出手段によって検出された揺動角で規定される向きに描かれる揺動角表示図形と、を前記振動子アレイの電子走査角範囲を示す図形と共に表示する振動子方位表示手段を有すること、
を特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した超音波診断装置において、
前記体腔内用超音波探触子は、
操作者により把持される把持部について、延伸方向の軸を回転中心軸とした姿勢回転角を検出する姿勢回転角検出手段と、
体腔内に挿入される挿入部の先端部に、前記挿入部の軸を中心として回転可能に設けられた超音波振動子と、
前記把持部に対する相対的な前記超音波振動子の回転角を検出する回転角検出手段と、
を有し、
前記本体部は、
前記姿勢回転角検出手段によって検出された姿勢回転角で規定される向きに描かれる姿勢回転角表示図形と、前記回転角検出手段によって検出された回転角で規定される向きに描かれる回転角表示図形と、を表示する振動子方位表示手段、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記超音波振動子は、
振動子アレイを形成し、前記挿入部の軸に交差する揺動軸を中心として、前記振動子アレイによる超音波ビーム走査面が法線方向に揺動可能となるよう設けられ、
前記超音波診断装置は、
前記超音波振動子の揺動角を検出する揺動角検出手段を備え、
前記振動子方位表示手段は、
前記揺動角検出手段によって検出された揺動角で規定される向きに描かれる揺動角表示図形を表示する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子を体腔内に挿入して診断を行う体腔内用超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検者の体腔内に挿入して被検部位の超音波画像を得る体腔内用超音波探触子及びそれを用いた超音波診断装置が知られている。図１０は従来の体腔内挿入型の超音波探触子の正面図である。このような超音波探触子は、体腔内に挿入されるロッド形状の挿入部２を有し、その挿入部２の振動子格納部４に振動子アレイが内蔵される。また、挿入部２の反対側の端部には把持部６が設けられ、操作者はこの把持部６を持って、挿入部２を体腔内に挿入する。なお、当該挿入部２内を通される信号線、ワイヤによって振動子格納部４側と把持部６側との間での信号や機械的な動きの伝達が行われる。
【０００３】
図１１は、振動子格納部４の模式的な断面図である。振動子格納部４にはコンベックス型の振動子アレイ８が挿入部の挿入方向に沿った軸（ロッド軸）の前方を向いて配置されている。この図ではコンベックス型振動子アレイが形成する超音波ビームは紙面に沿って電子走査され、この走査面での断層画像が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
体腔内用超音波探触子は、超音波振動子が内蔵される先端部が体腔内に挿入されて使用される。すなわち、経皮的超音波探触子のように超音波振動子の向きを目で見て確認することができない。特に、把持部はロッド軸に対して軸対称に近い形状に構成される場合がある。この場合には、把持部をロッド軸の周りに回転させて握ることが可能であるため、ロッド軸の周りでの超音波振動子の回転角が不明確になりやすい。このようなことから、超音波振動子にて送受波される超音波ビームがどちらを向いているのか、またどの断層面での画像が得られているのかを操作者が把握することが難しく、被検者のどの部位が観察されているかを理解しにくい。さらに、挿入部に対して超音波振動子が相対的に回転可能である場合には超音波振動子の方位状態が複雑となり、観察されている部位の理解が一層、難しくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、超音波ビームによる観察部位を特定することが容易な体腔内用超音波探触子及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の関連技術に係る体腔内用超音波探触子は、先端部に超音波振動子を備え、体腔内に挿入される挿入部と、体腔外にて操作者により把持され前記挿入部を支持する把持部と、前記把持部の姿勢を検出する姿勢検出手段とを有するものである。
【０００７】
操作者は探触子の把持部を持って、挿入部を体腔内に挿入し、これにより超音波振動子が体腔内に挿入される。ここで超音波振動子は単振動子、振動子アレイのいずれでもよい。把持部の姿勢を変えるとそれに応じて、超音波振動子の向きも変わる。本関連技術によれば、姿勢検出手段により把持部の姿勢が検出され、これにより体腔内に挿入された超音波振動子の向きを把握することができる。姿勢検出手段は、把持部の姿勢の情報として、例えば、挿入部の軸の周りでの把持部の回転角度や当該軸の向きを出力する。
【０００８】
本発明の関連技術に係る体腔内用超音波探触子は、先端部に超音波振動子を備え、体腔内に挿入される挿入部と、体腔外にて操作者により把持され前記挿入部を支持する把持部と、前記把持部の姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記超音波振動子を前記把持部に対して相対的に前記挿入部の軸の周りに回転させる振動子回転手段と、前記振動子回転手段による振動子回転角を検出する回転角検出手段とを有するものである。
【０００９】
本関連技術によれば、超音波振動子は挿入部の軸の周りに把持部に対して相対的に回転できるように構成される。つまり、操作者が振動子回転手段を操作することにより、把持部を回転させることなく、超音波振動子の向きだけを変えることができる。姿勢検出手段が把持部の姿勢を検出し、回転角検出手段が超音波振動子の挿入部の軸の周りの回転角度を検出する。これらの検出情報に基づいて、操作者は超音波振動子が体腔内でどの方向を向いているかを知ることができる。また、これら検出情報は超音波診断装置の本体へ出力され、その制御等に利用することができる。
【００１０】
本関連技術の好適な態様は、前記姿勢検出手段が、前記挿入部の軸の周りでの前記把持部の回転角を検出する体腔内用超音波探触子である。
【００１１】
把持部の姿勢のうち挿入部の軸の周りでの回転が特に操作者に把握しづらかったが、本態様では、この挿入部の軸の周りでの把持部の回転角が検出される。それに伴い、超音波振動子の向きを特定することが容易となる。
【００１２】
本発明の関連技術に係る体腔内用超音波探触子においては、前記姿勢検出手段が、前記把持部に取り付けられた重力センサを含むことを特徴とする。
【００１３】
本関連技術によれば、例えば、重力センサが検知する重力の向きや検出値の大きさに基づいて重力センサの姿勢が検出され、これにより当該重力センサが固定された把持部の姿勢が検出される。
【００１４】
他の本発明の関連技術に係る体腔内用超音波探触子は、さらに、前記挿入部の軸に交差する揺動軸を中心として前記超音波振動子を揺動させる揺動手段と、前記超音波振動子の揺動角を検出する揺動角検出手段とを有するものである。
【００１５】
本関連技術によれば、超音波振動子は挿入部の軸の周りに回転できるだけでなく、揺動手段により当該軸に対する角度を変えることができる。揺動は挿入部の軸に交差する揺動軸を中心として行われ、揺動角検出手段は超音波振動子の揺動軸の周りの揺動角を検出してその情報を出力する。操作者はその揺動角情報と、姿勢検出手段が出力する姿勢情報及び回転角検出手段が出力する回転角情報とにより、超音波振動子が体腔内でどの方向を向いているかを知ることができる。
【００１６】
本関連技術の好適な態様は、前記揺動軸が、前記超音波振動子により形成される超音波ビームの走査面上にあることを特徴とする体腔内用超音波探触子である。
【００１７】
本態様においては、超音波振動子が振動子アレイである場合には電子走査により電子走査面を形成することにより２次元的な観察が可能となる。また超音波振動子が単振動子である場合には、メカニカル走査によりその走査面上での２次元的な観察が可能となる。さらにその電子走査面上又はメカニカルな走査面上に揺動軸を配置して超音波振動子を挿入部の先端で揺動させることにより当該走査面を振らせることができる。これにより３次元空間での超音波エコーを取得することができ、３次元的な観察を行うことができる。このような３次元的な観察を行う場合においても、姿勢検出手段、回転角検出手段、揺動角検出手段により、観察している部位を特定することが容易となる。
【００１８】
本発明は、体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した超音波診断装置において、前記体腔内用超音波探触子は、操作者により把持される把持部について、延伸方向の軸を回転中心軸とした姿勢回転角を検出する姿勢回転角検出手段を有し、前記本体部は、前記姿勢回転角検出手段によって検出された姿勢回転角で規定される向きに描かれる姿勢回転角表示図形を表示する姿勢表示手段を有すること、を特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、把持部の姿勢回転角が、例えば超音波断層画像の表示画面などに、数値や図によって示され、それらから操作者が超音波振動子の向きを認識することができる。また、把持部の姿勢回転角を超音波振動子の向き又は走査面の向きとして図示等により表示することもできる。このように姿勢回転角を表示することにより、超音波診断において観察部位を的確に特定することができる。
【００２０】
また、本発明は、体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した超音波診断装置において、前記体腔内用超音波探触子は、操作者により把持される把持部について、延伸方向の軸を回転中心軸とした姿勢回転角を検出する姿勢回転角検出手段と、振動子アレイを形成し、体腔内に挿入される挿入部の軸に交差する揺動軸を中心として、前記振動子アレイによる超音波ビーム走査面が法線方向に揺動可能となるよう設けられた超音波振動子と、前記超音波振動子の揺動角を検出する揺動角検出手段と、を有し、前記本体部は、前記姿勢回転角検出手段によって検出された姿勢回転角で規定される向きに描かれる姿勢回転角表示図形と、前記揺動角検出手段によって検出された揺動角で規定される向きに描かれる揺動角表示図形と、を前記振動子アレイの電子走査角範囲を示す図形と共に表示する振動子方位表示手段を有すること、を特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、超音波振動子は挿入部の軸に交差する揺動軸を中心として揺動可能である。これらの動きによって、超音波振動子は挿入部の先端において向きを変えることができる。揺動角検出手段により検出された揺動角と姿勢回転角検出手段により得られる把持部の姿勢回転角とによって、被検体に対して超音波振動子がどのように向いているかを特定することができる。振動子方位表示手段がその超音波振動子の向きを表示することにより、観察部位を的確に把握、特定しながら超音波診断を行うことができる。
【００２２】
また、本発明は、体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した超音波診断装置において、前記体腔内用超音波探触子は、操作者により把持される把持部について、延伸方向の軸を回転中心軸とした姿勢回転角を検出する姿勢回転角検出手段と、体腔内に挿入される挿入部の先端部に、前記挿入部の軸を中心として回転可能に設けられた超音波振動子と、前記把持部に対する相対的な前記超音波振動子の回転角を検出する回転角検出手段と、を有し、前記本体部は、前記姿勢回転角検出手段によって検出された姿勢回転角で規定される向きに描かれる姿勢回転角表示図形と、前記回転角検出手段によって検出された回転角で規定される向きに描かれる回転角表示図形と、を表示する振動子方位表示手段、を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、超音波振動子は挿入部の軸を中心として回転可能である。これらの動きによって、超音波振動子は挿入部の先端において向きを変えることができる。超音波振動子の回転角は、この挿入部に対して、軸先端において超音波振動子がどのような向きにあるかを示す。回転角検出手段は、把持部に対する相対的な回転角を検出する。この回転角と姿勢回転角検出手段により得られる把持部の姿勢回転角とによって、被検体に対して超音波振動子がどのように向いているかを特定することができる。振動子方位表示手段がその超音波振動子の向きを表示することにより、観察部位を的確に把握、特定しながら超音波診断を行うことができる。
【００２４】
また、体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した本発明に係る超音波診断装置において、一実施形態として、前記体腔内用超音波探触子は、操作者により把持される把持部の姿勢角を検出する姿勢角検出手段を有し、前記本体部は、超音波ビームの走査面にて得られる超音波断層画像を示す情報を、前記姿勢角検出手段によって検出された姿勢角に基づいて、前記体腔内用超音波探触子から所定方向を見たときの画像を示す探触子基準画像情報へと変換する変換手段と、前記探触子基準画像情報に応じた画像を表示する探触子基準画像表示手段と、を有する。また、体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した本発明に係る超音波診断装置において、一実施形態として、前記体腔内用超音波探触子は、操作者により把持される把持部の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、体腔内に挿入される挿入部の先端部に、前記挿入部の軸を中心として回転可能に設けられた超音波振動子と、前記把持部に対する相対的な前記超音波振動子の回転角を検出する回転角検出手段と、を有し、前記本体部は、超音波ビームの走査面にて得られる超音波断層画像を示す情報を、前記姿勢角検出手段によって検出された姿勢角と、前記回転角検出手段によって検出された回転角とに基づいて、前記体腔内用超音波探触子から所定方向を見たときの画像を示す探触子基準画像情報へと変換する変換手段と、前記探触子基準画像情報に応じた画像を表示する探触子基準画像表示手段と、を有する。また、体腔内用超音波探触子と前記体腔内用超音波探触子の出力に基づく画像を表示する本体部とを有した本発明に係る超音波診断装置において、一実施形態として、前記体腔内用超音波探触子は、操作者により把持される把持部の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、体腔内に挿入される挿入部の軸に交差する揺動軸を中心として揺動可能に設けられた超音波振動子と、前記超音波振動子の揺動角を検出する揺動角検出手段と、を有し、前記本体部は、超音波ビームの走査面にて得られる超音波断層画像を示す情報を、前記姿勢角検出手段によって検出された姿勢角と、前記揺動角検出手段によって検出された揺動角とに基づいて、前記体腔内用超音波探触子から所定方向を見たときの画像を示す探触子基準画像情報へと変換する変換手段と、前記探触子基準画像情報に応じた画像を表示する探触子基準画像表示手段と、を有する。
【００２５】
３次元空間内に形成される走査面上での走査エリアの形状は、それを観察する視点に応じて変化する。すなわち、視点を所定位置に固定すると、超音波振動子による走査面の向きに応じて当該走査面上にて得られる超音波断層画像の形状が変化する。本発明によれば、姿勢表示手段または振動子方位表示手段は、把持部の姿勢角、超音波振動子の回転角等に基づいて走査面の向きを求める。そして、その向きと所定の視点との位置関係に基づいて超音波断層画像を変換し、あたかも３次元空間に形成された超音波断層画像を当該視点から見たような画像を生成し表示する。これにより、操作者は、変換された超音波断層画像から３次元空間での観察部位を直感的に理解することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る体腔内用超音波探触子の模式的な断面図である。ちなみにこの超音波探触子は経膣探触子である。この超音波探触子１０は、体腔内に挿入される挿入部１２と、体腔外にて操作者が把持して超音波探触子１０の操作を行う把持部１４とに大別される。挿入部１２はその先端に設けられる振動子格納部１６と、振動子格納部１６を体腔内の所望の位置に導くロッド部１８とから構成される。振動子格納部１６には振動子アレイ２０ａを含む振動子ユニット２０が内蔵配置される。なお、把持部１４はその後端から引き出されるケーブル２２によって超音波診断装置本体に接続される。
【００２８】
振動子アレイ２０ａとして例えばコンベックス型の振動子アレイが用いられる。振動子格納部１６には、振動子ユニット２０を揺動させる揺動機構３０が設けられる。
【００２９】
揺動機構３０は、振動子ユニット２０の両側に互いに平行に取り付けられた一対のアーム部材３０ａと、その平行状態を維持したままそれらアーム部材３０ａを相互に逆進退させる平行進退機構とからなり、平行進退機構は、前記一対のアーム部材３０ａに両端が回転自在に連結された連結アーム３０ｂを含んでいる。連結アーム３０ｂはその中央にて、挿入部１２の中心軸（ロッド軸）に直交する支持軸の周りに回転自在に支持される。連結アーム３０ｂを当該支持軸の周りに回転させることによりアーム部材３０ａの平行進退動作が実現され、振動子ユニット２０が前記支持軸に平行な揺動軸を中心として揺動される。
【００３０】
本実施形態の場合、揺動機構３０の動作は、挿入部１２内部に配置された回転自在なシャフト３２をカップリング３４を介してモータ３６で回転させることより行われる。例えば、シャフト３２と連結アーム３０ｂとの間での回転駆動力の伝達に傘歯車を用いることにより、モータ３６によるロッド軸周りの回転運動を支持軸周りの回転運動に変換することができる。
【００３１】
図１において、振動子アレイ２０ａはアレイ方向が紙面に直交し、挿入方向正面方向に向いた電子走査面４０を形成している。上述した振動子ユニット２０を揺動させる構成により、電子走査面４０を当該電子走査面に垂直な方向４２に揺動させることができ、被検体内を超音波ビームで３次元的に走査することが可能となる。
【００３２】
ちなみに、シャフト３２が挿通されるロッド部１８の内部には、振動子アレイ２０ａから各振動子ごとに引き出される信号線を束ねた信号線群５０（図１においては、把持部１４内部のみの図示を行っている）も挿通される。そのため、シャフト３２の周囲にはシャフトカバー５２が配置され、シャフト３２と信号線群５０との接触が回避される。なお、シャフトカバー５２は信号線群５０の容易な挿通を可能にするため挿入部１２の軸中心から偏位した位置に配置されることが好ましい。
【００３３】
モータ３６は、例えば、ＤＣサーボモータであり、シャフト３２の回転角度を検出する回転角度検出器を含んでいる。この回転角度検出器の出力信号に基づいて、振動子ユニット２０の揺動角を検出することができる。
【００３４】
また、把持部１４には、把持部１４の姿勢を検出する姿勢センサ６０が設けられる。姿勢センサ６０は、例えば、歪みゲージ素子を用いて構成することができる。歪みゲージ素子で重力による素子の歪みを検出することにより、当該素子が取り付けられた把持部１４に作用する重力の方向が検出される。これにより、重力の方向を基準とした把持部１４の姿勢を検知することができる。実際的な使用にあっては探触子１０のロッド軸をほぼ水平な姿勢で使用することが多い。ここでは、そのような場合であって、姿勢センサ６０がロッド軸周りでの把持部１４の回転角度を検出する場合を説明する。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略のブロック図であり、上記超音波探触子１０を用いる超音波診断装置を示すものである。
【００３６】
送信回路７０は振動子アレイ２０ａを構成する複数の振動子に対応して、振動子アレイ２０ａへ複数チャネルの送信パルスを供給する。各チャネルの送信パルス相互には、システムコントローラ７２の制御に基づいて、送信ビームを形成するために必要な遅延時間が付与される。マルチプレクサ７４は、システムコントローラ７２の制御に従って、コンベックス型の振動子アレイ２０ａを構成する振動子のうち送受信開口を構成するものを選択する。すなわち、マルチプレクサ７４により選択された振動子が送信回路７０からの送信パルスを供給されて、超音波ビームを形成する。マルチプレクサ７４の切り換え動作により、送受信開口を振動子アレイ２０ａの振動子面に沿って移動させることができ、これにより超音波ビームを電子走査面４０に沿ってステアリングすることができる。このステアリングの角度を電子走査角θと称することとする。
【００３７】
一方、受信系は、受信増幅回路８０、Ａ／Ｄ変換器（analog-to-digital converter）８２、整相加算回路８４、受信信号処理回路８６、表示器８８を含んで構成される。
【００３８】
受信増幅回路８０は、マルチプレクサ７４の動作により構成される受信開口に対応するチャネルから受信信号を入力され、これを増幅する。また、Ａ／Ｄ変換器８２は、受信増幅回路８０から出力されるアナログの受信信号を各チャネルごとにデジタル信号に変換する。
【００３９】
整相加算回路８４は、デジタル遅延器を用いて各チャネル間の位相を調節した後、加算器により各チャネルの受信信号を互いに加算し、受信フォーカスを実現する。ここでシステムコントローラ７２がデジタル遅延器の遅延量を各チャネルごとに調節・制御する。整相加算回路８４は複数チャネルの受信信号を加算によって合成し、１つのデジタル受信信号を生成する。
【００４０】
受信信号処理回路８６は、整相加算回路８４から出力される受信信号に対して、フィルタ処理、対数圧縮、検波等を行って必要なエコー情報を取得すると共に、さらに例えばＢモード断層画像の形成等の信号処理を行う。また、受信信号処理回路８６は、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）を含んで構成され、画像データを合成する機能も有している。受信信号処理回路８６にて生成された画像データは表示器８８に表示される。
【００４１】
図３は、受信信号処理回路８６における画像生成機能を説明する概略のブロック図である。受信信号処理回路８６は、整相加算回路８４から入力された受信信号に対し検波等の処理を行う。入力される受信信号は、ラインメモリ部９０に超音波ビームごとに格納される。リニア−セクタ変換部９２は、ラインメモリ部９０に蓄積された受信信号データに対して座標変換及び補間処理を施して、電子走査範囲に対応する扇形状（セクタ形状）のＢモード断層画像を生成する。
【００４２】
アフィン変換部９４は、リニア−セクタ変換部９２で得られたＢモード断層画像に対して、拡大・縮小、回転等のアフィン変換を施す機能を有している。この機能は、後述する３次元空間内での電子走査面を所定の視線方向から透視した像を形成するために利用される。スキャンコンバータ部９６では、リニア−セクタ変換部９２にて生成されたＢモード断層画像、アフィン変換部９４で生成されたアフィン変換された断層画像、その他の表示がフレームメモリ上で合成され、その合成画像データを表示器８８の走査線に応じて読み出して表示器８８へ出力する。
【００４３】
図２に示すシステムコントローラ７２は、例えば操作者が超音波診断装置のパネル上のキーやマウス、トラックボール等の入力デバイスを用いて行う指示に従って、モータ３６を駆動させ、振動子アレイ２０ａを揺動軸の周りに揺動させる。
【００４４】
システムコントローラ７２は、モータ３６の回転角度検出器からの回転角度検出信号Ｓηに基づいてモータ３６の回転量を検知し、これに基づいて振動子ユニット２０の揺動角ηを求める。またシステムコントローラ７２は、姿勢センサ６０からの出力信号Ｓφに基づいて把持部１４のロッド軸の周りの回転角φを求める。
【００４５】
ここで、揺動角ηの基準方位（η＝０°）は、例えば電子走査面４０がロッド軸に沿って超音波探触子１０の真っ直ぐ前方に向かう向きに設定することができる。また回転角φの基準方位（φ＝０°）は、二段階で定義できる。例えば、ロッド軸を水平に向けた状態で揺動軸の一方向きが鉛直方向上向きに向かう状態と定義することができ、例えば、把持部１４から見て時計回り方向をφの正の方向とすることができる。さらに、振動子アレイ２０ａの振動子のチャネル番号に基づいて、例えば、チャネル番号の大きい側から小さい側への向きをφ＝０°とすることができる。上述した電子走査角θの基準方位（θ＝０°）を例えば電子走査面２０の中心方位、すなわち揺動角η＝０°の状態においてロッド軸と一致する方位と定義することができ、この方位から振動子のチャネル番号が小さい側をθが正の範囲、逆にチャネル番号が大きい側をθが負の範囲と定義することができる。
【００４６】
システムコントローラ７２は、検出された揺動角ηの情報に基づいてモータ３６の動作の速度、停止、反転等の制御を行う。
【００４７】
また、システムコントローラ７２は、検出された揺動角η、回転角φの情報、及びマルチプレクサ７４の制御により設定された電子走査角θの情報を受信信号処理回路８６へ出力する。受信信号処理回路８６では、これら角度情報を例えば超音波断層画像に合成表示するといった処理を行う。
【００４８】
図４は、表示器８８の画面表示の一例を示す模式図である。この画面表示１００には、その左側にＢモード断層像１０２、右側に把持部１４側に視点を置いて振動子格納部１６側を見た３次元空間の投影画像１０４が配置されている。投影画像１０４には、超音波探触子１０の先端部の像１０６とその先端に形成される電子走査面上にて得られる超音波断層画像１０８が示されている。
【００４９】
ここで、Ｂモード断層像１０２の生成には、電子走査角θの振れ幅の情報が用いられる。また、投影画像１０４内の超音波断層画像１０８の生成には、揺動角η、回転角φ、電子走査角θが利用され、超音波断層画像１０８はこれら角度に応じて位置、形状が変化する。よって操作者は、被検体内での電子走査面の位置（回転角φ及び揺動角ηの大きさ）とその走査面に対するＢモード断層画像の位置関係（電子走査角θの範囲）とを直感的に理解することができる。なお、図４には、回転角φ、電子走査角θを固定して、揺動角ηを変化させた電子走査範囲の形状１１０，１１２が点線で示されている。
【００５０】
図５は、表示器８８の画面表示の他の一例を示す模式図である。この画面表示１２０には、その左側にＢモード断層像１２２、右下にそれぞれ回転角φ（Rotation Angle）、揺動角η（Elevation Angle）、電子走査角θ（Azimuth Angle）の情報を示すインジケータ１２４，１２６，１２８が配置されている。インジケータ１２４には鉛直方向（φ＝０°）を示す基準線１３０、及び把持部１４の回転角を示す方位指示線１３２が表示される。また、インジケータ１２６にはηの基準方位（η＝０°）を示す基準線１３４、及び揺動角を示す方位指示線１３６が表示される。インジケータ１２８の扇形状は電子走査面における走査可能範囲の全体形状を表し、その中に電子走査角範囲１３８が表示される。なお、この電子走査角範囲１３８はＢモード断層像１２２と相似形状になる。また、各インジケータに、各角度の数値表示欄１４０，１４２，１４４を併設することもできる。
【００５１】
［実施の形態２］
以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る体腔内用超音波探触子の模式的な断面図であり、ここでも超音波探触子２００として経膣探触子を例示している。同図（ａ）（ｂ）は互いに９０°異なる方向から見た断面図をそれぞれ表したものである。超音波探触子２００に内蔵される振動子アレイもコンベックス型のものを図示している。
【００５３】
本実施形態は、第１の実施形態の超音波探触子１０が有するような振動子ユニット２０を揺動させる手段に加えて、さらに振動子ユニット２０をロッド軸の周りに回転させる振動子回転手段を有している。
【００５４】
揺動ユニット２１０は、振動子ユニット２０をロッド軸に直交する揺動軸の周りに揺動させる手段であって、第１の実施形態においては揺動機構３０、シャフト３２、モータ３６等により実現されていたものに相当する。
【００５５】
一方、振動子回転手段は、挿入部１２内部に配置された回転自在なシャフト２１２を回転ユニット２１６で回転させる構成であり、回転ユニット２１６は、モータ、その回転角を検出する回転角検出器、及びモータとシャフト２１２との間に介在するカップリングを含んで構成される。そしてシャフト２１２の先端に振動子ユニット２０と揺動ユニット２１０とが取り付けられる。ここで、振動子ユニット２０と揺動ユニット２１０とは、シャフト２１２に連動して共にロッド軸の周りに回転するように構成される。これにより電子走査面４０をロッド軸の回りに回転させることができる。
【００５６】
回転ユニット２１６に内蔵される回転角度検出器の出力信号ＳφHに基づいて、把持部１４に対する振動子ユニット２０の相対的な回転角度φHを検出することができる。
【００５７】
一方、把持部１４が姿勢センサ６０を備えている点は、第１の実施形態と同様であり、ロッド軸周りでの把持部１４の回転角度φGは姿勢センサ６０の出力信号ＳφGから得られる。
【００５８】
図７は、本発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略のブロック図であり、上記超音波探触子２００を用いる超音波診断装置を示すものである。
【００５９】
本装置のシステムコントローラ２３０は、マルチプレクサ７４等、装置各部の制御を行う。特に、システムコントローラ２３０は例えば操作者が超音波診断装置のパネル上のキーやマウス、トラックボール等の入力デバイスを用いて行う指示に従って、揺動ユニット２１０，回転ユニット２１６に対する駆動制御信号を出力する。これにより、振動子アレイ２０ａを揺動軸の周りに揺動する動作、及び把持部１４に対する振動子アレイ２０ａのロッド軸の周りでの回転動作が制御される。
【００６０】
システムコントローラ２３０には、揺動ユニット２１０の回転角度検出器からの出力信号Ｓη、回転ユニット２１６の回転角検出器からの出力信号ＳφH、及び姿勢センサ６０からの出力信号ＳφGが入力される。
【００６１】
システムコントローラ２３０は、出力信号Ｓηから揺動ユニット２１０内蔵のモータの回転量を検知し、これに基づいて振動子ユニット２０の揺動角ηを求め、また出力信号ＳφHから回転ユニット２１６内蔵のモータの回転量を検知し、これに基づいて振動子ユニット２０の把持部１４に対する相対的なロッド軸周り回転角φHを求める。さらにシステムコントローラ２３０は、姿勢センサ６０からの出力信号ＳφGに基づいて把持部１４のロッド軸の周りの回転角φGを求める。
【００６２】
超音波探触子２００では、ロッド軸周りでの電子走査面４０の絶対的な回転角φは、回転ユニット２１６による成分φHと、操作者が把持部１４を把持する状態及び操作者が把持部１４を把持した状態でこれを回転させることに起因する成分φGとからなる。
【００６３】
ここで、回転角φGの基準方位（φG＝０°）は、第１の実施形態の回転角φと同様であると定義できる。回転角φHの基準方位（φH＝０°）は、例えばロッド軸を水平に向け、φG＝０°とした状態において、第１の実施形態の回転角φと同様であると定義することができる。なお、揺動角η、電子走査角θについては第１の実施形態と同様の定義を採用することができる。
【００６４】
システムコントローラ２３０は、検出された揺動角η、回転角φG，φHの情報、及びマルチプレクサ７４の制御により設定された電子走査角θの情報を受信信号処理回路８６へ出力する。受信信号処理回路８６では、これら角度情報を例えば超音波断層画像に合成表示するといった処理を行う。例えば、受信信号処理回路８６は第１の実施形態と同様の図４、図５に示すような画面表示を行って、操作者に電子走査面の向き（すなわち、被検体のどの部位が観察されているか）の理解を容易とすることができる。
【００６５】
図８、図９は、φG、φHに基づく電子走査面４０の回転角情報についての他の表示形態例を示す模式図である。図８は、φG、φHについてそれぞれインジケータ２５０，２５２を表示する例である。インジケータ２５０には鉛直方向（φG＝０°）を示す基準線２６０、及び把持部１４の回転角を示す方位指示線２６２が表示される。インジケータ２５２には、方位指示線２６２に対応する把持部１４の基準方向を示す基準線２６４、及び把持部１４に対する相対的な回転角を示す方位指示線２６６が表示される。また、これらφG及びφHの合成回転角φ（≡φG＋φH）が数値表示欄２６８に表示される。
【００６６】
図９は、φG、φHを一つのインジケータ２７０で表示する例である。インジケータ２７０では鉛直方向（φG＝０°）が当該インジケータの垂直方向に設定され、把持部１４の回転角φGを示す方位指示線２７２が、垂直方向から角度φGだけ回転した位置に点線で表示される。またこの方位指示線２７２から角度φHだけ回転した位置に、電子走査面４０の回転位置を示す方位指示線２７４が表示される。インジケータ２７０上にて、この方位指示線２７４の垂直方向からの回転角度が合成回転角φを表す。
【００６７】
なお、記録装置に記録された超音波断層画像データをオフラインで観察する場合には、従来、被検体に対する超音波探触子の姿勢自体が不明となるため、どの部位を観察しているかを理解しにくかった。このような問題の解決には、本超音波探触子２００や上記第１の実施形態に係る超音波探触子１０から得られる角度情報を超音波断層画像データと対応付けて記録装置に記録するよう構成が極めて有効である。
【００６８】
また、ここでは、超音波探触子１０に内蔵される超音波振動子は振動子アレイ２０ａである場合を示したが、超音波振動子は先端部において向きを変えうる単振動子にて構成することもできる。特に、走査面は、振動子アレイ２０ａによる電子走査に代えて、単振動子のメカニカル走査によっても形成することが可能である。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の体腔内用超音波探触子によれば、姿勢検出手段を設けたことにより、把持部の姿勢が検知され、超音波ビームの方向や走査面の位置を操作者が把握することが可能となる。特に、操作者が把持部を回転させて把持しても、その回転角を検出することができる。また、把持部に対して相対的に超音波振動子を回転させる場合において、その回転角、揺動角が検出されるので、この場合においても超音波ビームの方向や走査面の位置を操作者が把握することが可能となる。これにより、操作者が被検体のどの部位が観察されているかの理解が容易となる。
【００７０】
本発明の超音波診断装置によれば、上記体腔内用超音波探触子から出力される回転角度等の角度情報を数値やグラフィカルなインジケータによって操作者に提示することができ、操作者は超音波ビームの方向や走査面の位置を容易に認識することができ、装置の操作性向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る体腔内用超音波探触子の模式的な断面図である。
【図２】  本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の概略のブロック図である。
【図３】  受信信号処理回路における画像生成機能を説明する概略のブロック図である。
【図４】  表示器の画面表示の一例を示す模式図である。
【図５】  表示器の画面表示の他の例を示す模式図である。
【図６】  本発明の第２の実施形態に係る体腔内用超音波探触子の模式的な断面図である。
【図７】  本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の概略のブロック図である。
【図８】  表示器における回転角表示の一例を示す模式図である。
【図９】  表示器における回転角表示の他の例を示す模式図である。
【図１０】  従来の体腔内用超音波探触子の正面図である。
【図１１】  従来の体腔内用超音波探触子の先端部の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０  超音波探触子、１２  挿入部、１４  把持部、１６  振動子格納部、１８  ロッド部、２０  振動子ユニット、２０ａ  振動子アレイ、３０  揺動機構、３２  シャフト、３６  モータ、４０  電子走査面、６０  姿勢センサ、７２，２３０  システムコントローラ、７４  マルチプレクサ、８４  整相加算回路、８６  受信信号処理回路、８８  表示器、９２  リニア−セクタ変換部、９４アフィン変換部、９６  スキャンコンバータ部、１２４，１２６，１２８  インジケータ、２１０  揺動ユニット、２１６  回転ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004652528.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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