(57)【要約】用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することができ、かつそれらが施術の生産性低下を招くことなく実現できる優れた超音波診断装置を提供する。超音波探触子（１３）は、超音波振動子体（１）と、回転伝達機構（３）と、ロータリエンコーダ（４）と、振動子体揺動モータ（５）と、エンコーダ補正ＲＯＭ（９）とを内蔵する。エンコーダ補正ＲＯＭには、予めロータリエンコーダからのパルスをカウントすることで得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度が格納される。三次元画像処理手段（１１）は、主制御手段（１０）を介して読み出したエンコーダ補正ＲＯＭの内容に従って、エンコーダカウンタ（７）からのエンコーダカウント値を補正しながら実際の揺動走査角度方向に主断面走査面の三次元画像を構築する。
2004082482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームを走査する超音波振動子体と、
前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、
前記振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、
前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている前記実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
超音波ビームを走査する超音波振動子体と、前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、前記振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている前記実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えた超音波探触子と、
前記超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、
前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、
前記超音波探触子内の前記エンコーダ補正ＲＯＭから、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、
前記振動子体揺動モータを前記エンコーダカウンタからのカウント値に応じて駆動制御するモータ制御手段と、
前記送受信手段から得られた超音波エコーデータと、前記エンコーダカウンタからのカウンタ値と、前記主制御手段から与えられる、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、
前記三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
前記エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
超音波ビームを走査する超音波振動子体と、前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、前記振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている前記実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えた超音波探触子と、
前記超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、
前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、
前記超音波探触子内の前記エンコーダ補正ＲＯＭから、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、
前記エンコーダカウンタからのカウント値と、前記主制御手段から与えられる、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに応じて、前記振動子体揺動モータを駆動制御するモータ制御手段と、
前記送受信手段から得られた超音波エコーデータに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、
前記三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
前記エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、生体内組織等に超音波ビームを送波して反射された超音波エコーを受波して三次元エコーデータを取得することを目的とした超音波探触子、およびかかる超音波探触子が適用される超音波診断装置に関する。
【背景技術】  従来、生体内の組織様態を三次元表示させることを目的とした超音波診断装置に用いられる、三次元エコーデータを取り込むための超音波探触子としては、超音波ビームを走査するための超音波振動子体を内蔵し、超音波振動子体をビーム走査方向と交差する方向に機械的に揺動走査するように構成されるものが知られている（例えば、特開平３−１８４５３２号公報参照）。超音波ビーム走査（以下、主断面走査と称する）と揺動走査を同時に行うことで、時々刻々移動する両走査面の交線に相当するエコーデータ、すなわち三次元空間のエコーデータの取得が可能になる。
取得された三次元エコーデータは三次元画像構築処理が施こされて、平面内にあたかも奥行きがあるかのような表示方法をもって表示させ、あるいは任意断面を表示させるなどが行われる。
ところで、このような三次元画像構築にあたっては、各エコーデータの三次元空間内における方向成分が既知である必要がある。
超音波振動子体が複数の振動子アレイで構成されている場合、ビーム走査は電子的に行われるため、ビーム走査面内のエコーデータの方向成分は走査位置と超音波振動子体を形成する超音波振動子の配置及びビーム方向から求めることができる。
一方、機械走査される揺動走査面の角度は、超音波振動子体を揺動させるためのモータ回転軸に取り付けられたロータリエンコーダからのパルスをカウントし、現在の揺動走査角度を求めるよう構成されている。
近年では、超音波診断装置による三次元画像は、生体内組織の様態観測とともに、三次元画像とガイドラインをモニタしながらの穿刺、あるいは臓器、腫瘍、胎児などの距離・角度計測にも用いられるようになり、その有用性が高まっている。
こういった医療の要請に対して、超音波診断装置が提供する三次元画像は従来にも増して高精度、すなわち空間的に正しい位置に画像が構築される必要がある。
しかしながら、上記従来の超音波診断装置では、三次元画像を構築するために必要な揺動走査角度を、もっぱら超音波探触子内の揺動モータの回転軸に取り付けられたロータリエンコーダから出力されるパルスをカウントすることで、取得している。一般にモータを用いた機械式走査では、モータ回転軸とロータリエンコーダの取り付け精度ばらつき、回転伝達機構のがたつき、超音波振動子体と回転伝達機構の取り付け精度のばらつき、あるいはロータリエンコーダ自体のばらつき等により、ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度は、超音波探触子個体ごとにばらついている。
例えば、超音波探触子の走査負荷量の変化に応じて発生する走査誤差（速度に対する回転伝達機構のたわみ、伸び）をエンコーダ情報により補正する超音波探触子が知られている（特開平２−５７２４２号公報参照）。しかし、これには校正用の電源やスイッチ等が必要であったり、作業の中断を必要とするなど、超音波診断装置が大型化したり、作業性、コストの点で問題がある。
仮に超音波診断装置本体側で上記のばらつきを補正する手段を有していても、用いられる超音波探触子を変更する度に各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を入力するといった校正手続きを経なければならない。
また、揺動走査の往復で三次元画像データの取得を行う場合、回転伝達機構のがたつき等により、ロータリエンコーダのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度は、往路と復路で異なる場合がある。
つまり、各カウント値に対する揺動走査角度は超音波探触子個体ごとに異なり、さらには揺動の往路と復路で異なるため、用いる超音波探触子によっては構築される三次元画像が歪む、ずれる、揺動往復に応じて画像が揺れるなどの問題を有しており、結果として術者の期待する方向とずれた方向に穿刺を行う、距離・角度計測結果の誤差が大きい、といった不具合を招くおそれがあった。
さらに、これらの問題を回避すべく、用いる超音波探触子に応じてばらつきを補正しようとすれば、超音波探触子を変更する度に術者に校正手続きを強いることになり、施術の生産性を低下させるという問題が生じる。
ところで、例えば、バックラッシュ補正信号をエンコーダの出力信号に予め加えて補正する超音波診断装置が知られている（特開平１−２２７７４３号公報参照。）しかし、この装置では、揺動往復で固定的な揺動走査角度のずれしか補正できないという問題がある。
【発明の開示】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、その目的は、用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することができ、かつそれらが施術の生産性低下を招くことなく実現できる優れた超音波診断装置、およびかかる超音波診断装置に好適な超音波探触子を提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波探触子は、超音波ビームを走査する超音波振動子体と、超音波ビームの走査方向と交差する方向に超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている実際の超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えたことを特徴とする。
この構成により、予めエンコーダ補正ＲＯＭにロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を格納できるようになり、機械走査方式に由来して超音波探触子個体ごとに異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を知ることができる。
また、本発明に係る超音波探触子において、エンコーダ補正ＲＯＭは揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することが好ましい。
この構成により、予めエンコーダ補正ＲＯＭにロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動往路と揺動復路における揺動走査角度を格納できるようになり、機械走査方式に由来して超音波探触子個体ごとに異なり、かつ揺動往復で異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を知ることができる。
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の超音波診断装置は、本発明に係る超音波探触子と、超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、超音波探触子内のエンコーダ補正ＲＯＭから、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、振動子体揺動モータをエンコーダカウンタからのカウント値に応じて駆動制御するモータ制御手段と、送受信手段から得られた超音波エコーデータと、エンコーダカウンタからのカウンタ値と、主制御手段から与えられる、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする。
この構成により、超音波探触子個体ごとに異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度に基づいて、三次元画像を補正しながら構築することができるようになる。
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の超音波診断装置は、本発明に係る超音波探触子と、超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、超音波探触子内のエンコーダ補正ＲＯＭから、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、エンコーダカウンタからのカウント値と、主制御手段から与えられる、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに応じて、振動子体揺動モータを駆動制御するモータ制御手段と、送受信手段から得られた超音波エコーデータに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする。
この構成により、超音波探触子個体ごとに異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度に基づいて、揺動走査方向を補正しながら揺動制御することができるようになる。
以上の構成によれば、用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することができ、かつそれらが施術の生産性低下を招くことなく実現できる優れた超音波診断装置が得られる。
また、エンコーダ補正ＲＯＭとして、低価格で入手可能な小型のフラッシュＲＯＭあるいはＥスクエアＲＯＭを用いることで、安価で小型の超音波探触子が実現できる。
また、エンコーダ補正ＲＯＭに予め不揮発的に補正データが格納されているので、改めて補正に必要なデータ取得のための時間を要しない。
さらに、従来例と異なり、超音波振動子体の揺動走査角度（すなわち、エンコーダの出力値）に応じて揺動往復での角度ずれを柔軟に補正することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の各実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
図２は、図１のロータリエンコーダ４の構成およびそれにより得られるＺパルス、Ａパルスの波形を示す図である。
図３は、図１のエンコーダ補正ＲＯＭ９に格納される内容を示す図である。
図４は、本発明の実施の形態における三次元画像を構築する様子を示す図である。
図５は、本発明の実施の形態における揺動走査の往路と復路で異なるエンコーダ補正値が格納されるエンコーダ補正ＲＯＭの内容を示す図である。
図６は、本発明の実施の形態における揺動走査の往路と復路で揺動走査角度を補正した三次元画像を構築する様子を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。なお、図１に示す超音波診断装置は、後述する各実施の形態でも適用される。
図１において、本実施の形態による超音波診断装置は、生体内に超音波ビームを送波しかつ生体内組織からの超音波エコーを電気信号に変換する超音波振動子２がアレイ状に複数配列された超音波振動子体１を備えている。各超音波振動子２は、送受信手段８から供給される送信パルスによって励振されるが、このとき送受信手段８は、生体内の所定の深度に焦点を結ぶように、すなわち送信ビームが形成されるように異なる位相の送信パルスを、超音波振動子体１に配置される一部またはすべての超音波振動子２に対して与えるよう制御される。
このようにして生体に送波された超音波ビームは、生体内の各組織から時々刻々エコーとして戻ってくる。超音波振動子体１の各超音波振動子２によって電気信号に変換された超音波エコーに対し、送受信手段８は、所定の方向に受信ビームが形成されるよう各超音波振動子２からの各受信信号に対して異なる遅延時間を与えた上で加算を行う。前述の送信ビームとこの受信ビームは、送受でひとつの音響走査線を形成することになり、つまり送受信手段８は、この音響走査線に沿う超音波エコーデータを生成し出力することになる。
このようにして、次々と送受信に供される超音波振動子群を切り替えながら、あるいは送受信のビームの方向を変えながら、異なる方向の音響走査線が形成されるように送受信が行われ、その結果として、ひとつの主断面走査面が形成される。
さらに、本実施の形態による超音波診断装置には、超音波振動子体１を前述の主断面走査面と交差する方向に揺動走査させる振動子体揺動モータ５が備えられ、振動子体揺動モータ５はモータ制御手段６によって駆動制御を受ける。主断面走査と揺動走査を同時に行うことで、送受信手段８は、主断面走査面と揺動走査面の交線に相当する超音波エコーデータを生成することができるようになるが、通常、両走査面は独立に走査される訳ではなく、生体内の特定三次元的部位の超音波エコーデータを一様に取得できるよう走査される。つまり、揺動走査一回あたりの主断面走査面数は常に一定で、かつ各主断面走査面間の角度はほぼ等角となるよう、主断面走査と揺動走査がなされる。
このため、モータ制御手段６は、振動子体揺動モータ５につながる超音波振動子体１が何れの揺動走査角度にあるかを常に監視しながら揺動制御を行う必要がある。揺動走査角度を得るために、本実施の形態による超音波診断装置には、振動子体揺動モータ５の回転軸にロータリエンコーダ４を備えている。ロータリエンコーダ４の好適な例を図２に示す。このロータリエンコーダ４は、回転軸２０の特定の角度において一発のパルス（以下、Ｚパルスと称する）が出力できるように、回転軸２０にＺパルスロータ２１が取り付けられている。例えば、磁気式エンコーダであれば、Ｚパルスロータ２１は、一回転あたり一発のＺパルスを発生するよう着磁されており、Ｚパルスセンサー２３は、Ｚパルスロータ２１の着磁部分を検出してＺパルスを出力する。同様に、ロータリエンコーダ４は、回転軸２０の一回転あたり固定的に数百パルス（以下、Ａパルスと称する）を発生するよう、Ａパルスロータ２２とＡパルスセンサー２４を備える。
なお、上記の説明は、磁気式エンコーダを例に挙げたが、光学式や機械式でも本発明の構成には差し支えない。
エンコーダカウンタ７は、ロータリエンコーダ４からのＺパルスによってリセットされ、Ａパルスによってカウントアップまたはカウントダウンするもので、カウント値は、振動子体揺動モータ５の回転軸角度、すなわち超音波振動子体１の揺動走査角度に相当する。このようにして、モータ制御手段６は、エンコーダカウンタ７によるカウント値に基づいて、現在の超音波振動子体１の揺動走査角度を知ることができるので、所定の次なる揺動走査角度に超音波振動子体１を移動させるべく振動子体揺動モータ５を制御するのである。
このようにして、主断面走査と揺動走査を同期しながら行うことで取得された生体内の特定三次元部位の超音波エコーデータは、送受信手段８から三次元画像処理手段１１へと送られる。三次元画像処理手段１１では、得られた超音波エコーデータに対して、その表示面が平面または緩やかな曲面である画像表示手段１２に、生体内の特定三次元部位の構造物があたかも奥行きがあるような表示がなされるように、あるいは任意方向視点からみた前記構造物の表示などの三次元画像処理が施される。この三次元画像処理の実施には、取得された各音響走査線の超音波エコーデータが三次元空間内のいずれの方向成分のものであるかが既知でなくてはならない。三次元画像処理手段１１は、主断面走査面における走査方向角度については、超音波振動子体１を構成する超音波振動子２の配置および送受信ビームの方向から、揺動走査面における走査方向角度については、エンコーダカウンタ７からのカウント値から方向成分を取得する。
ところで、一般に、機械走査方式を用いた超音波診断装置では、振動子体揺動モータ５の回転軸とロータリエンコーダ４の取り付け精度、振動子体揺動モータ５の回転軸と超音波振動子体１への回転伝達機構３の精度、超音波振動子体１と回転伝達機構３の取り付け精度、ロータリエンコーダ４のＺパルス発生角度の精度、Ａパルス数の回転軸角度に対するリニアリティ等の各ばらつき累積により、ロータリエンコーダ４のパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体１の揺動走査角度は、超音波診断装置ごとにばらついている。
エンコーダ補正ＲＯＭ９は、エンコーダカウンタ７で得られるであろう各カウント値に対する実際の超音波振動子体１の揺動走査角度、あるいは揺動走査角度に相当する数値を格納するためのものである。エンコーダ補正ＲＯＭ９は、超音波診断装置の通電が遮断された後も格納された値を保持しており、再通電後もその値を失わない。
エンコーダ補正ＲＯＭ９に格納されている値は、主制御手段１０により読み取られ、その値または適宜値の補正を受けて、主制御手段１０を介して三次元画像処理手段１１に、またはモータ制御手段６に、あるいはその両方に送られる。
ところで、一般に、超音波診断装置では、超音波振動子体１または超音波振動子体１とその周辺部分が一体となって超音波診断装置の主体部分より分離でき、かつ可搬的であり、これを超音波探触子という。すなわち、ある超音波探触子が、常に同一の超音波診断装置の主体部分に適用されるとは限らない。
本実施の形態による超音波診断装置では、超音波振動子体１と、ロータリエンコーダ４と、振動子体揺動モータ５と、エンコーダ補正ＲＯＭ９とをもって超音波探触子１３を構成し、超音波診断装置の主体部分より分離可能としている。これは、ロータリエンコーダ４のカウント値に対する揺動走査角度のばらつき発生原因部分がほぼすべて包含され、エンコーダ補正ＲＯＭ９は、それらばらつき累積をまとめて補正することを可能とし、かつ異なる超音波診断装置の主体部分に適用した場合でも補正可能とするためである。
したがって、前記以外の超音波診断装置の構成要素が超音波探触子１３に加わるような構成も当然ながら可能である。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、実施の形態１と同じく図１を参照して説明する。
揺動走査は一般に往復走査で行われることが多い。これは、三次元画像の構築をよりリアルタイムに近づける工夫として用いられる手法である。この場合も、機械走査方式に由来する問題として、上記で述べた問題に加えて、揺動走査の往路と復路でエンコーダカウンタ７によるカウント値が同じであっても、実際の揺動走査角度が異なる場合が多い。
この原因は、振動子体揺動モータ５の回転軸と超音波振動子体１とをつなぐ回転伝達機構３によるところが多い。歯車による回転伝達機構を例にとれば、歯車のかみ合わせ部に隙間が存在することに起因して、歯車の正転と逆転でモータ回転軸角度に対する受け側歯車の回転角度が変わる。また、ベルトやワイヤの場合も自身の伸びによって同様の現象が起きる。
このことは、揺動走査を行いながら三次元画像を構築する場合、エンコーダカウンタ７からのカウント値をそのまま三次元画像処理手段１１で用いると、往路と復路で三次元画像の構築位置が変わる、つまり揺れるという問題、あるいは往路と復路で三次元画像の歪み方が変わるという問題につながる。
本実施の形態による超音波診断装置では、エンコーダ補正ＲＯＭ９は、揺動走査の往路と復路で異なる補正データを格納することが可能であるので、揺動往路については往路用の補正データ、揺動復路については復路用の補正データを用いることで前記問題を解決できる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３として、上記エンコーダ補正ＲＯＭ９他を内蔵した超音波探触子１３により、より正確な三次元画像を構築することのできる超音波診断装置について、図２から図６を参照して説明する。
本実施の形態による超音波診断装置のエンコーダ補正ＲＯＭ９には、予め図３のような補正値３１が格納されている。図３において、直線３０は、エンコーダカウンタ７のカウント値に対する超音波振動子体１の揺動走査角度が理想的な場合であって、振動子体揺動モータ５の回転軸一回転あたりＮ個のＡパルスと回転軸の角度＝０度でＺパルスを発生するロータリエンコーダ４を用いて、エンコーダカウンタ７がアップカウンタの場合を示している。また、本実施の形態では、回転軸角度と超音波振動子体１の角度が一致する場合を例示しているが、回転伝達機構３の回転数伝達比が１：１でない場合でも問題ない。
一方、図３の補正値３１は、エンコーダカウンタ７のカウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を示しており、例えばカウント値がｊであったとき理想的な角度はａであるところが、この超音波探触子についてはａ’であることを示している。同様に、カウント値ｋに対する理想の角度ｂに対する実際の角度はｂ’である。
このような補正値３１が格納されたエンコーダ補正ＲＯＭ９は、主制御手段１０によってその補正値３１が読み出され、三次元画像処理手段１１に伝えられる。
次に、三次元画像処理手段１１が補正値３１を用いて三次元画像を構築する方法について、図３に加えて図４を参照して説明する。例えば、エンコーダカウンタ７からのカウント値がｊであったとき、補正値をもたない場合は、図４において揺動走査方向の角度ａに主断面走査面４０を構築することしかできないが、実際の角度はａ’であることは予め主制御手段１０より得ているので、その差分ａ’−ａだけずれた方向に主断面走査面４１を構築できる。同様に、エンコーダカウンタ７からカウント値ｋを得た場合は、主断面走査面４２を４３の方向に構築する。
このように、三次元画像処理手段１０が、適用されている超音波探触子１３のエンコーダ補正値を予め得ており、得られた超音波エコーデータに対するエンコーダカウント値を補正しながら実際の揺動走査角度に主断面走査面の画像を構築することができ、より正確な生体内組織の三次元画像が構築できる。
さらに、揺動走査を往復で行う場合の実施例を図５および図６に示す。図５に示すように、エンコーダ補正ＲＯＭ９には、エンコーダカウント値が増加する方向として往路補正値５１、減少する方向の復路補正値５２が予め格納されている。なお理想的には直線５０のように往復とも同じ軌跡を描く。図５に示すエンコーダ補正値５１、５２は、例えばエンコーダカウント値がｋを示したとき、実際の超音波振動子体の揺動走査角度は往路でｃ’、復路でｃ”であることを示している。
この往復補正値５１、５２は、予め主制御手段１０により三次元画像処理手段１１に伝達されているので、図６の例に示すように、エンコーダカウンタ７からのカウント値がｋであったとき、補正値をもたない場合は、往復とも揺動走査方向の角度ｃに主断面走査面６０を構築することしかできない。ところが、三次元画像処理手段１１は、実際の角度が往路においてはｃ’であることは予め主制御手段１０より得ているので、その差分ｃ’−ｃだけずれた方向に往路の主断面走査面６３の画像を構築し、復路ではｃ−ｃ”だけずらした角度に主断面走査面６１の画像を構築する。
このように、本発明の超音波診断装置は、三次元画像処理手段１１が、適用されている超音波探触子１３の揺動走査往復のエンコーダ補正値を予め得ており、得られた超音波エコーデータに対するエンコーダカウント値を往復で異なる値に補正しながら実際の揺動走査角度に主断面走査面の画像を構築することができ、より正確な生体内組織の三次元画像が構築できる。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４として、エンコーダ補正ＲＯＭ９を用いて、モータ制御手段６によって、より正確な三次元画像を構築することのできる超音波診断装置について説明する。
実施の形態３では、三次元画像処理手段１１がエンコーダ補正値に基づき三次元画像の構築角度を補正していたが、同様の効果は、モータ制御手段６によっても得られる。上記で示したように図３の補正値３１は、エンコーダカウンタ７からのカウント値に対する実際の超音波振動子体１の揺動走査角度である。この補正値は予め主制御手段１０によりモータ制御手段６に伝えられている（図１に破線矢印で示す）。
例えば、超音波振動子体１の目標揺動走査角度をａとした場合、モータ制御手段６が補正値をもたない場合は、エンコーダカウンタ７からのカウント値がｊとなるよう振動子体揺動モータ５を制御する以外手段はない。このとき、カウント値ｊでの実際の揺動走査角度はａ’であるから、目標値に対してａ’−ａだけずれた方向に超音波振動子体１があることになる。しかしながら、本実施の形態による超音波診断装置のモータ制御手段６はエンコーダ補正値を予め得ているので、目標値ａに対しては、エンコーダカウント値がｊ’になるよう振動子体揺動モータ５を制御すればよい。
三次元画像処理手段１１には、予め構築すべき各主断面走査面の角度を主制御手段１０より指示しておけば、取得された超音波エコーデータはすでに目標の揺動走査角度の主断面走査面のものであるから、指示された角度の方向に画像を構築すればよい。以上のことから、本実施の形態の超音波診断装置よれば、生体内組織の三次元画像をより正確に構築できる。
以上説明したように、本発明によれば、超音波探触子個体ごとに異なる、モータ回転軸とロータリエンコーダの取り付け精度ばらつき、回転伝達機構の精度、超音波振動子体と回転伝達機構の取り付け精度のばらつき、ロータリエンコーダ自体のばらつきを補正することができ、よって用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することのできる優れた超音波診断装置を提供することができる。
また、上記のばらつきの補正は超音波探触子ごとになされ、超音波診断装置本体側でその補正データを取り出して超音波振動子体の揺動走査角度を補正することができるので、適用される探触子が変更されても術者に校正手続きを求めることなく、精度の高い三次元画像を表示する優れた超音波診断装置を提供することができる。
また、エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することができるので、回転伝達機構のがたつき等により往路と復路で異なるエンコーダカウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を補正でき、よって、用いる超音波探触子に因らず、揺動往復に応じて画像が揺れる、歪むといった問題を低減した優れた超音波診断装置を提供することができる。
また、エンコーダ補正ＲＯＭとして、低価格で入手可能な小型のフラッシュＲＯＭあるいはＥスクエアＲＯＭを用いることで、安価で小型の超音波探触子が実現できる。
また、エンコーダ補正ＲＯＭに予め不揮発的に補正データが格納されているので、改めて補正に必要なデータ取得のための時間を要しない。
さらに、従来例と異なり、超音波振動子体の揺動走査角度（すなわち、エンコーダの出力値）に応じて揺動往復での角度ずれを柔軟に補正することができる。
【図１】
2004082482.tif 000003
【図２】
2004082482.tif 000004
【図３】
2004082482.tif 000005
【図４】
2004082482.tif 000006
【図５】
2004082482.tif 000007
【図６】
2004082482.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月4日(2005.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームを走査する超音波振動子体と、
前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、
前記振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、
前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている前記実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
超音波ビームを走査する超音波振動子体と、前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、前記振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている前記実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えた超音波探触子と、
前記超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、
前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、
前記超音波探触子内の前記エンコーダ補正ＲＯＭから、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、
前記振動子体揺動モータを前記エンコーダカウンタからのカウント値に応じて駆動制御するモータ制御手段と、
前記送受信手段から得られた超音波エコーデータと、前記エンコーダカウンタからのカウンタ値と、前記主制御手段から与えられる、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、
前記三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
前記エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
超音波ビームを走査する超音波振動子体と、前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、前記振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている前記実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えた超音波探触子と、
前記超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、
前記ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、
前記超音波探触子内の前記エンコーダ補正ＲＯＭから、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、
前記エンコーダカウンタからのカウント値と、前記主制御手段から与えられる、前記各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに応じて、前記振動子体揺動モータを駆動制御するモータ制御手段と、
前記送受信手段から得られた超音波エコーデータに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、
前記三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
前記エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内組織等に超音波ビームを送波して反射された超音波エコーを受波して三次元エコーデータを取得することを目的とした超音波探触子、およびかかる超音波探触子が適用される超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体内の組織様態を三次元表示させることを目的とした超音波診断装置に用いられる、三次元エコーデータを取り込むための超音波探触子としては、超音波ビームを走査するための超音波振動子体を内蔵し、超音波振動子体をビーム走査方向と交差する方向に機械的に揺動走査するように構成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。超音波ビーム走査（以下、主断面走査と称する）と揺動走査を同時に行うことで、時々刻々移動する両走査面の交線に相当するエコーデータ、すなわち三次元空間のエコーデータの取得が可能になる。
【０００３】
取得された三次元エコーデータは三次元画像構築処理が施こされて、平面内にあたかも奥行きがあるかのような表示方法をもって表示させ、あるいは任意断面を表示させるなどが行われる。
【０００４】
ところで、このような三次元画像構築にあたっては、各エコーデータの三次元空間内における方向成分が既知である必要がある。
【０００５】
超音波振動子体が複数の振動子アレイで構成されている場合、ビーム走査は電子的に行われるため、ビーム走査面内のエコーデータの方向成分は走査位置と超音波振動子体を形成する超音波振動子の配置及びビーム方向から求めることができる。
【０００６】
一方、機械走査される揺動走査面の角度は、超音波振動子体を揺動させるためのモータ回転軸に取り付けられたロータリエンコーダからのパルスをカウントし、現在の揺動走査角度を求めるよう構成されている。
【０００７】
近年では、超音波診断装置による三次元画像は、生体内組織の様態観測とともに、三次元画像とガイドラインをモニタしながらの穿刺、あるいは臓器、腫瘍、胎児などの距離・角度計測にも用いられるようになり、その有用性が高まっている。
【０００８】
こういった医療の要請に対して、超音波診断装置が提供する三次元画像は従来にも増して高精度、すなわち空間的に正しい位置に画像が構築される必要がある。
【０００９】
しかしながら、上記従来の超音波診断装置では、三次元画像を構築するために必要な揺動走査角度を、もっぱら超音波探触子内の揺動モータの回転軸に取り付けられたロータリエンコーダから出力されるパルスをカウントすることで、取得している。一般にモータを用いた機械式走査では、モータ回転軸とロータリエンコーダの取り付け精度ばらつき、回転伝達機構のがたつき、超音波振動子体と回転伝達機構の取り付け精度のばらつき、あるいはロータリエンコーダ自体のばらつき等により、ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度は、超音波探触子個体ごとにばらついている。
【００１０】
例えば、超音波探触子の走査負荷量の変化に応じて発生する走査誤差（速度に対する回転伝達機構のたわみ、伸び）をエンコーダ情報により補正する超音波探触子が知られている（特許文献２参照）。しかし、これには校正用の電源やスイッチ等が必要であったり、作業の中断を必要とするなど、超音波診断装置が大型化したり、作業性、コストの点で問題がある。
【００１１】
仮に超音波診断装置本体側で上記のばらつきを補正する手段を有していても、用いられる超音波探触子を変更する度に各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を入力するといった校正手続きを経なければならない。
【００１２】
また、揺動走査の往復で三次元画像データの取得を行う場合、回転伝達機構のがたつき等により、ロータリエンコーダのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度は、往路と復路で異なる場合がある。
【００１３】
つまり、各カウント値に対する揺動走査角度は超音波探触子個体ごとに異なり、さらには揺動の往路と復路で異なるため、用いる超音波探触子によっては構築される三次元画像が歪む、ずれる、揺動往復に応じて画像が揺れるなどの問題を有しており、結果として術者の期待する方向とずれた方向に穿刺を行う、距離・角度計測結果の誤差が大きい、といった不具合を招くおそれがあった。
【００１４】
さらに、これらの問題を回避すべく、用いる超音波探触子に応じてばらつきを補正しようとすれば、超音波探触子を変更する度に術者に校正手続きを強いることになり、施術の生産性を低下させるという問題が生じる。
【００１５】
ところで、例えば、バックラッシュ補正信号をエンコーダの出力信号に予め加えて補正する超音波診断装置が知られている（特許文献３参照）。しかし、この装置では、揺動往復で固定的な揺動走査角度のずれしか補正できないという問題がある。
【特許文献１】特開平３−１８４５３２号公報
【特許文献２】特開平２−５７２４２号公報
【特許文献３】特開平１−２２７７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、その目的は、用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することができ、かつそれらが施術の生産性低下を招くことなく実現できる優れた超音波診断装置、およびかかる超音波診断装置に好適な超音波探触子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波探触子は、超音波ビームを走査する超音波振動子体と、超音波ビームの走査方向と交差する方向に超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動モータと、振動子体揺動モータの回転位置に応じてパルスを発生するロータリエンコーダと、ロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の前記超音波振動子体の揺動走査角度を格納し、格納されている実際の超音波振動子体の揺動走査角度を外部に出力するエンコーダ補正ＲＯＭとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この構成により、予めエンコーダ補正ＲＯＭにロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を格納できるようになり、機械走査方式に由来して超音波探触子個体ごとに異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を知ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る超音波探触子において、エンコーダ補正ＲＯＭは揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することが好ましい。
【００２０】
この構成により、予めエンコーダ補正ＲＯＭにロータリエンコーダからのパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動往路と揺動復路における揺動走査角度を格納できるようになり、機械走査方式に由来して超音波探触子個体ごとに異なり、かつ揺動往復で異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を知ることができる。
【００２１】
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の超音波診断装置は、本発明に係る超音波探触子と、超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、超音波探触子内のエンコーダ補正ＲＯＭから、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、振動子体揺動モータをエンコーダカウンタからのカウント値に応じて駆動制御するモータ制御手段と、送受信手段から得られた超音波エコーデータと、エンコーダカウンタからのカウンタ値と、主制御手段から与えられる、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
この構成により、超音波探触子個体ごとに異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度に基づいて、三次元画像を補正しながら構築することができるようになる。
【００２３】
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の超音波診断装置は、本発明に係る超音波探触子と、超音波振動子体の振動子を励振しまた被検体により反射された超音波エコーを受波する送受信手段と、ロータリエンコーダからのパルスをカウントするエンコーダカウンタと、超音波探触子内のエンコーダ補正ＲＯＭから、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を読み出す主制御手段と、エンコーダカウンタからのカウント値と、主制御手段から与えられる、各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度とに応じて、振動子体揺動モータを駆動制御するモータ制御手段と、送受信手段から得られた超音波エコーデータに基づいて、三次元画像を構築する三次元画像処理手段と、三次元画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
この構成により、超音波探触子個体ごとに異なる各カウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度に基づいて、揺動走査方向を補正しながら揺動制御することができるようになる。
【００２５】
以上の構成によれば、用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することができ、かつそれらが施術の生産性低下を招くことなく実現できる優れた超音波診断装置が得られる。
【００２６】
また、エンコーダ補正ＲＯＭとして、低価格で入手可能な小型のフラッシュＲＯＭあるいはＥスクエアＲＯＭを用いることで、安価で小型の超音波探触子が実現できる。
【００２７】
また、エンコーダ補正ＲＯＭに予め不揮発的に補正データが格納されているので、改めて補正に必要なデータ取得のための時間を要しない。
【００２８】
さらに、従来例と異なり、超音波振動子体の揺動走査角度（すなわち、エンコーダの出力値）に応じて揺動往復での角度ずれを柔軟に補正することができる。
【発明の効果】
【００２９】
用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することができ、かつそれらが施術の生産性低下を招くことなく実現できる優れた超音波診断装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。なお、図１に示す超音波診断装置は、後述する各実施の形態でも適用される。
【００３２】
図１において、本実施の形態による超音波診断装置は、生体内に超音波ビームを送波しかつ生体内組織からの超音波エコーを電気信号に変換する超音波振動子２がアレイ状に複数配列された超音波振動子体１を備えている。各超音波振動子２は、送受信手段８から供給される送信パルスによって励振されるが、このとき送受信手段８は、生体内の所定の深度に焦点を結ぶように、すなわち送信ビームが形成されるように異なる位相の送信パルスを、超音波振動子体１に配置される一部またはすべての超音波振動子２に対して与えるよう制御される。
【００３３】
このようにして生体に送波された超音波ビームは、生体内の各組織から時々刻々エコーとして戻ってくる。超音波振動子体１の各超音波振動子２によって電気信号に変換された超音波エコーに対し、送受信手段８は、所定の方向に受信ビームが形成されるよう各超音波振動子２からの各受信信号に対して異なる遅延時間を与えた上で加算を行う。前述の送信ビームとこの受信ビームは、送受でひとつの音響走査線を形成することになり、つまり送受信手段８は、この音響走査線に沿う超音波エコーデータを生成し出力することになる。
【００３４】
このようにして、次々と送受信に供される超音波振動子群を切り替えながら、あるいは送受信のビームの方向を変えながら、異なる方向の音響走査線が形成されるように送受信が行われ、その結果として、ひとつの主断面走査面が形成される。
【００３５】
さらに、本実施の形態による超音波診断装置には、超音波振動子体１を前述の主断面走査面と交差する方向に揺動走査させる振動子体揺動モータ５が備えられ、振動子体揺動モータ５はモータ制御手段６によって駆動制御を受ける。主断面走査と揺動走査を同時に行うことで、送受信手段８は、主断面走査面と揺動走査面の交線に相当する超音波エコーデータを生成することができるようになるが、通常、両走査面は独立に走査される訳ではなく、生体内の特定三次元的部位の超音波エコーデータを一様に取得できるよう走査される。つまり、揺動走査一回あたりの主断面走査面数は常に一定で、かつ各主断面走査面間の角度はほぼ等角となるよう、主断面走査と揺動走査がなされる。
【００３６】
このため、モータ制御手段６は、振動子体揺動モータ５につながる超音波振動子体１が何れの揺動走査角度にあるかを常に監視しながら揺動制御を行う必要がある。揺動走査角度を得るために、本実施の形態による超音波診断装置には、振動子体揺動モータ５の回転軸にロータリエンコーダ４を備えている。ロータリエンコーダ４の好適な例を図２に示す。このロータリエンコーダ４は、回転軸２０の特定の角度において一発のパルス（以下、Ｚパルスと称する）が出力できるように、回転軸２０にＺパルスロータ２１が取り付けられている。例えば、磁気式エンコーダであれば、Ｚパルスロータ２１は、一回転あたり一発のＺパルスを発生するよう着磁されており、Ｚパルスセンサー２３は、Ｚパルスロータ２１の着磁部分を検出してＺパルスを出力する。同様に、ロータリエンコーダ４は、回転軸２０の一回転あたり固定的に数百パルス（以下、Ａパルスと称する）を発生するよう、Ａパルスロータ２２とＡパルスセンサー２４を備える。
【００３７】
なお、上記の説明は、磁気式エンコーダを例に挙げたが、光学式や機械式でも本発明の構成には差し支えない。
【００３８】
エンコーダカウンタ７は、ロータリエンコーダ４からのＺパルスによってリセットされ、Ａパルスによってカウントアップまたはカウントダウンするもので、カウント値は、振動子体揺動モータ５の回転軸角度、すなわち超音波振動子体１の揺動走査角度に相当する。このようにして、モータ制御手段６は、エンコーダカウンタ７によるカウント値に基づいて、現在の超音波振動子体１の揺動走査角度を知ることができるので、所定の次なる揺動走査角度に超音波振動子体１を移動させるべく振動子体揺動モータ５を制御するのである。
【００３９】
このようにして、主断面走査と揺動走査を同期しながら行うことで取得された生体内の特定三次元部位の超音波エコーデータは、送受信手段８から三次元画像処理手段１１へと送られる。三次元画像処理手段１１では、得られた超音波エコーデータに対して、その表示面が平面または緩やかな曲面である画像表示手段１２に、生体内の特定三次元部位の構造物があたかも奥行きがあるような表示がなされるように、あるいは任意方向視点からみた前記構造物の表示などの三次元画像処理が施される。この三次元画像処理の実施には、取得された各音響走査線の超音波エコーデータが三次元空間内のいずれの方向成分のものであるかが既知でなくてはならない。三次元画像処理手段１１は、主断面走査面における走査方向角度については、超音波振動子体１を構成する超音波振動子２の配置および送受信ビームの方向から、揺動走査面における走査方向角度については、エンコーダカウンタ７からのカウント値から方向成分を取得する。
【００４０】
ところで、一般に、機械走査方式を用いた超音波診断装置では、振動子体揺動モータ５の回転軸とロータリエンコーダ４の取り付け精度、振動子体揺動モータ５の回転軸と超音波振動子体１への回転伝達機構３の精度、超音波振動子体１と回転伝達機構３の取り付け精度、ロータリエンコーダ４のＺパルス発生角度の精度、Ａパルス数の回転軸角度に対するリニアリティ等の各ばらつき累積により、ロータリエンコーダ４のパルスをカウントして得られる各カウント値に対する実際の超音波振動子体１の揺動走査角度は、超音波診断装置ごとにばらついている。
【００４１】
エンコーダ補正ＲＯＭ９は、エンコーダカウンタ７で得られるであろう各カウント値に対する実際の超音波振動子体１の揺動走査角度、あるいは揺動走査角度に相当する数値を格納するためのものである。エンコーダ補正ＲＯＭ９は、超音波診断装置の通電が遮断された後も格納された値を保持しており、再通電後もその値を失わない。
【００４２】
エンコーダ補正ＲＯＭ９に格納されている値は、主制御手段１０により読み取られ、その値または適宜値の補正を受けて、主制御手段１０を介して三次元画像処理手段１１に、またはモータ制御手段６に、あるいはその両方に送られる。
【００４３】
ところで、一般に、超音波診断装置では、超音波振動子体１または超音波振動子体１とその周辺部分が一体となって超音波診断装置の主体部分より分離でき、かつ可搬的であり、これを超音波探触子という。すなわち、ある超音波探触子が、常に同一の超音波診断装置の主体部分に適用されるとは限らない。
【００４４】
本実施の形態による超音波診断装置では、超音波振動子体１と、ロータリエンコーダ４と、振動子体揺動モータ５と、エンコーダ補正ＲＯＭ９とをもって超音波探触子１３を構成し、超音波診断装置の主体部分より分離可能としている。これは、ロータリエンコーダ４のカウント値に対する揺動走査角度のばらつき発生原因部分がほぼすべて包含され、エンコーダ補正ＲＯＭ９は、それらばらつき累積をまとめて補正することを可能とし、かつ異なる超音波診断装置の主体部分に適用した場合でも補正可能とするためである。
【００４５】
したがって、前記以外の超音波診断装置の構成要素が超音波探触子１３に加わるような構成も当然ながら可能である。
【００４６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、実施の形態１と同じく図１を参照して説明する。
【００４７】
揺動走査は一般に往復走査で行われることが多い。これは、三次元画像の構築をよりリアルタイムに近づける工夫として用いられる手法である。この場合も、機械走査方式に由来する問題として、上記で述べた問題に加えて、揺動走査の往路と復路でエンコーダカウンタ７によるカウント値が同じであっても、実際の揺動走査角度が異なる場合が多い。
【００４８】
この原因は、振動子体揺動モータ５の回転軸と超音波振動子体１とをつなぐ回転伝達機構３によるところが多い。歯車による回転伝達機構を例にとれば、歯車のかみ合わせ部に隙間が存在することに起因して、歯車の正転と逆転でモータ回転軸角度に対する受け側歯車の回転角度が変わる。また、ベルトやワイヤの場合も自身の伸びによって同様の現象が起きる。
【００４９】
このことは、揺動走査を行いながら三次元画像を構築する場合、エンコーダカウンタ７からのカウント値をそのまま三次元画像処理手段１１で用いると、往路と復路で三次元画像の構築位置が変わる、つまり揺れるという問題、あるいは往路と復路で三次元画像の歪み方が変わるという問題につながる。
【００５０】
本実施の形態による超音波診断装置では、エンコーダ補正ＲＯＭ９は、揺動走査の往路と復路で異なる補正データを格納することが可能であるので、揺動往路については往路用の補正データ、揺動復路については復路用の補正データを用いることで前記問題を解決できる。
【００５１】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３として、上記エンコーダ補正ＲＯＭ９他を内蔵した超音波探触子１３により、より正確な三次元画像を構築することのできる超音波診断装置について、図２から図６を参照して説明する。
【００５２】
本実施の形態による超音波診断装置のエンコーダ補正ＲＯＭ９には、予め図３のような補正値３１が格納されている。図３において、直線３０は、エンコーダカウンタ７のカウント値に対する超音波振動子体１の揺動走査角度が理想的な場合であって、振動子体揺動モータ５の回転軸一回転あたりＮ個のＡパルスと回転軸の角度＝０度でＺパルスを発生するロータリエンコーダ４を用いて、エンコーダカウンタ７がアップカウンタの場合を示している。また、本実施の形態では、回転軸角度と超音波振動子体１の角度が一致する場合を例示しているが、回転伝達機構３の回転数伝達比が１：１でない場合でも問題ない。
【００５３】
一方、図３の補正値３１は、エンコーダカウンタ７のカウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を示しており、例えばカウント値がｊであったとき理想的な角度はａであるところが、この超音波探触子についてはａ’であることを示している。同様に、カウント値ｋに対する理想の角度ｂに対する実際の角度はｂ’である。
【００５４】
このような補正値３１が格納されたエンコーダ補正ＲＯＭ９は、主制御手段１０によってその補正値３１が読み出され、三次元画像処理手段１１に伝えられる。
【００５５】
次に、三次元画像処理手段１１が補正値３１を用いて三次元画像を構築する方法について、図３に加えて図４を参照して説明する。例えば、エンコーダカウンタ７からのカウント値がｊであったとき、補正値をもたない場合は、図４において揺動走査方向の角度ａに主断面走査面４０を構築することしかできないが、実際の角度はａ’であることは予め主制御手段１０より得ているので、その差分ａ’−ａだけずれた方向に主断面走査面４１を構築できる。同様に、エンコーダカウンタ７からカウント値ｋを得た場合は、主断面走査面４２を４３の方向に構築する。
【００５６】
このように、三次元画像処理手段１０が、適用されている超音波探触子１３のエンコーダ補正値を予め得ており、得られた超音波エコーデータに対するエンコーダカウント値を補正しながら実際の揺動走査角度に主断面走査面の画像を構築することができ、より正確な生体内組織の三次元画像が構築できる。
【００５７】
さらに、揺動走査を往復で行う場合の実施例を図５および図６に示す。図５に示すように、エンコーダ補正ＲＯＭ９には、エンコーダカウント値が増加する方向として往路補正値５１、減少する方向の復路補正値５２が予め格納されている。なお理想的には直線５０のように往復とも同じ軌跡を描く。図５に示すエンコーダ補正値５１、５２は、例えばエンコーダカウント値がｋを示したとき、実際の超音波振動子体の揺動走査角度は往路でｃ’、復路でｃ”であることを示している。
この往復補正値５１、５２は、予め主制御手段１０により三次元画像処理手段１１に伝達されているので、図６の例に示すように、エンコーダカウンタ７からのカウント値がｋであったとき、補正値をもたない場合は、往復とも揺動走査方向の角度ｃに主断面走査面６０を構築することしかできない。ところが、三次元画像処理手段１１は、実際の角度が往路においてはｃ’であることは予め主制御手段１０より得ているので、その差分ｃ’−ｃだけずれた方向に往路の主断面走査面６３の画像を構築し、復路ではｃ−ｃ”だけずらした角度に主断面走査面６１の画像を構築する。
【００５８】
このように、本発明の超音波診断装置は、三次元画像処理手段１１が、適用されている超音波探触子１３の揺動走査往復のエンコーダ補正値を予め得ており、得られた超音波エコーデータに対するエンコーダカウント値を往復で異なる値に補正しながら実際の揺動走査角度に主断面走査面の画像を構築することができ、より正確な生体内組織の三次元画像が構築できる。
【００５９】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４として、エンコーダ補正ＲＯＭ９を用いて、モータ制御手段６によって、より正確な三次元画像を構築することのできる超音波診断装置について説明する。
【００６０】
実施の形態３では、三次元画像処理手段１１がエンコーダ補正値に基づき三次元画像の構築角度を補正していたが、同様の効果は、モータ制御手段６によっても得られる。上記で示したように図３の補正値３１は、エンコーダカウンタ７からのカウント値に対する実際の超音波振動子体１の揺動走査角度である。この補正値は予め主制御手段１０によりモータ制御手段６に伝えられている（図１に破線矢印で示す）。
【００６１】
例えば、超音波振動子体１の目標揺動走査角度をａとした場合、モータ制御手段６が補正値をもたない場合は、エンコーダカウンタ７からのカウント値がｊとなるよう振動子体揺動モータ５を制御する以外手段はない。このとき、カウント値ｊでの実際の揺動走査角度はａ’であるから、目標値に対してａ’−ａだけずれた方向に超音波振動子体１があることになる。しかしながら、本実施の形態による超音波診断装置のモータ制御手段６はエンコーダ補正値を予め得ているので、目標値ａに対しては、エンコーダカウント値がｊ’になるよう振動子体揺動モータ５を制御すればよい。
【００６２】
三次元画像処理手段１１には、予め構築すべき各主断面走査面の角度を主制御手段１０より指示しておけば、取得された超音波エコーデータはすでに目標の揺動走査角度の主断面走査面のものであるから、指示された角度の方向に画像を構築すればよい。以上のことから、本実施の形態の超音波診断装置よれば、生体内組織の三次元画像をより正確に構築できる。
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、超音波探触子個体ごとに異なる、モータ回転軸とロータリエンコーダの取り付け精度ばらつき、回転伝達機構の精度、超音波振動子体と回転伝達機構の取り付け精度のばらつき、ロータリエンコーダ自体のばらつきを補正することができ、よって用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することのできる優れた超音波診断装置を提供することができる。
【００６４】
また、上記のばらつきの補正は超音波探触子ごとになされ、超音波診断装置本体側でその補正データを取り出して超音波振動子体の揺動走査角度を補正することができるので、適用される探触子が変更されても術者に校正手続きを求めることなく、精度の高い三次元画像を表示する優れた超音波診断装置を提供することができる。
【００６５】
また、エンコーダ補正ＲＯＭは、揺動走査の往路と復路で異なる揺動方向角度を格納することができるので、回転伝達機構のがたつき等により往路と復路で異なるエンコーダカウント値に対する実際の超音波振動子体の揺動走査角度を補正でき、よって、用いる超音波探触子に因らず、揺動往復に応じて画像が揺れる、歪むといった問題を低減した優れた超音波診断装置を提供することができる。
【００６６】
また、エンコーダ補正ＲＯＭとして、低価格で入手可能な小型のフラッシュＲＯＭあるいはＥスクエアＲＯＭを用いることで、安価で小型の超音波探触子が実現できる。
【００６７】
また、エンコーダ補正ＲＯＭに予め不揮発的に補正データが格納されているので、改めて補正に必要なデータ取得のための時間を要しない。
【００６８】
さらに、従来例と異なり、超音波振動子体の揺動走査角度（すなわち、エンコーダの出力値）に応じて揺動往復での角度ずれを柔軟に補正することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によれば、用いる超音波探触子に因らず、空間的により正しい位置に三次元画像を構築することができ、かつそれらが施術の生産性低下を招くことなく実現でき、超音波診断装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の各実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のロータリエンコーダ４の構成およびそれにより得られるＺパルス、Ａパルスの波形を示す図である。
【図３】図１のエンコーダ補正ＲＯＭ９に格納される内容を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における三次元画像を構築する様子を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における揺動走査の往路と復路で異なるエンコーダ補正値が格納されるエンコーダ補正ＲＯＭの内容を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における揺動走査の往路と復路で揺動走査角度を補正した三次元画像を構築する様子を示す図である。
【国際調査報告】
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