(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査領域に向けて超音波ビームを送波し、該超音波ビームの反射波を受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子を保持する保持手段と、
前記超音波ビームの走査領域を変化させるべく前記保持手段を回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動角度を所定の角度検出位置において検出する検出手段と、
前記保持手段の一部領域に設けられる被検出部と、
前記被検出部が前記検出手段の角度検出位置から逸脱しないように前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動を規制する規制手段と、
前記検出手段からの角度検出信号が途絶するまで前記保持手段を一の方向に回転駆動させ、該角度検出信号が途絶した時点で該保持手段を反対の方向に回転駆動させ、該検出手段からの角度検出信号が再開した時点における前記被検出部上の所定位置を基準位置として定める初期動作制御手段とを具備し、該初期動作制御手段により設定された基準位置を基準とする一定範囲を前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動範囲とする超音波プローブ。
【請求項２】
走査領域に向けて超音波ビームを送波し、該超音波ビームの反射波を受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子を保持する保持手段と、
前記超音波ビームの走査領域を変化させるべく前記保持手段を回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動角度を所定の角度検出位置において検出する検出手段と、
前記保持手段の一部領域に設けられる被検出部と、
前記被検出部が前記検出手段の角度検出位置から逸脱しないように前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動を規制する規制手段と、
前記検出手段からの角度検出信号が途絶するまで前記保持手段を一の方向に回転駆動させ、該角度検出信号が途絶した時点で該回転駆動を停止させ、しかる後に超音波プローブ全体への通電を停止させる終了動作制御手段とを具備することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
前記検出手段は磁気抵抗素子を有し、前記被検出部は該磁気抵抗素子により感知され得る複数の磁性体が一定間隔を隔てて配置されてなり、該検出手段は前記保持手段の回転に伴って該磁性体が交互に感知されることによるパルス状の角度検出信号を出力する請求項１又は２に記載の超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波内視鏡や超音波診断装置に好適な超音波プローブに関し、特に、導中部先端に内蔵された超音波振動子をモータで回転駆動することで断面位置（超音波走査面の位置）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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば食道、胃等の上部消化管に経口的に挿入され、心臓等を撮影するためのマルチプレーンＴＥＥ（transesophageal echocariography）超音波プローブの従来例において、超音波振動子はプーリに保持された状態で先端部の内部に配置される。このプーリは先端部の構成要素を収納するケースに回転自在に取り付けられており、その円周面には溝が設けられている。この溝内にはワイヤが嵌め込まれており、手元操作部内に設けられた振動子回転用モータのドライブシャフトに接続されている。手元操作部に取り付けられた振動子回転用スイッチを操作者が押すと、振動子回転用モータが回転し、その回転力がワイヤを介してプーリに伝達し、プーリは回転駆動され、超音波振動子も回転する。超音波ビームの走査面全体が回転（すなわち走査領域が変化）するように超音波振動子を回転させることで、対象部位を異なる角度で横断する様々な断層像をプローブ先端の向きを変えることなく得ることができる。
【０００３】
超音波振動子を保持するプーリの外周近傍の所定位置には、プーリの回転駆動角度を検出するためのエンコーダが配置される。エンコーダは磁気を感知するセンサーとしての磁気抵抗（ＭＲ）素子を備える。一方、プーリ自体には、磁気抵抗素子からの被検出部としての磁性体が外周に塗布されている。プーリと共に回転する磁性体を磁気抵抗素子により検出し、該検出結果に基づいて超音波振動子の回転角度情報を求め、ディスプレイ等を介して操作者に提供している。
【０００４】
ところで従来の超音波プローブでは、システムの起動当初に磁気抵抗素子が当接している磁性体の位置を回転駆動角度の基準位置（原点）としている。
このため、従来の超音波プローブではシステムの起動毎で異なる基準位置を基準とする回転角度情報が操作者に与えられてしまう。
【０００５】
例えば、前回起動時と今回起動時で「超音波走査面が基準位置から＋１０°の回転位置にある」という同一の角度情報表示がなされたとしても、実際の超音波走査面は前回と今回の起動時で異なるという場合が起こり得る。このことが、操作者に誤解を与えるという問題があった。
【０００６】
また、回転駆動可能範囲を超えた回転量が指示されてもそれを判定することができず、その結果、角度検出位置から磁性体が逸脱した後もプーリが回転駆動され続け、回転角度検出が誤動作し、システムが暴走する可能性があるという問題もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、常に同一の回転基準位置を設定でき、誤動作を生じることもなく超音波振動子の回転角度検出を適切に行うことのできる超音波プローブを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は次のように構成されている。
【００１０】
（１）本発明の超音波プローブは、走査領域に向けて超音波ビームを送波し、該超音波ビームの反射波を受波する超音波振動子と、前記超音波振動子を保持する保持手段と、前記超音波ビームの走査領域を変化させるべく前記保持手段を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動角度を所定の角度検出位置において検出する検出手段と、前記保持手段の一部領域に設けられる被検出部と、前記被検出部が前記検出手段の角度検出位置から逸脱しないように前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動を規制する規制手段と、前記検出手段からの角度検出信号が途絶するまで前記保持手段を一の方向に回転駆動させ、該角度検出信号が途絶した時点で該保持手段を反対の方向に回転駆動させ、該検出手段からの角度検出信号が再開した時点における前記被検出部上の所定位置を基準位置として定める初期動作制御手段とを具備し、該初期動作制御手段により設定された基準位置を基準とする一定範囲を前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動範囲とする超音波プローブである。
【００１１】
（２）本発明の超音波プローブは、走査領域に向けて超音波ビームを送波し、該超音波ビームの反射波を受波する超音波振動子と、前記超音波振動子を保持する保持手段と、前記超音波ビームの走査領域を変化させるべく前記保持手段を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動角度を所定の角度検出位置において検出する検出手段と、前記保持手段の一部領域に設けられる被検出部と、前記被検出部が前記検出手段の角度検出位置から逸脱しないように前記駆動手段による前記保持手段の回転駆動を規制する規制手段と、前記検出手段からの角度検出信号が途絶するまで前記保持手段を一の方向に回転駆動させ、該角度検出信号が途絶した時点で該回転駆動を停止させ、しかる後に超音波プローブ全体への通電を停止させる終了動作制御手段とを具備することを特徴とする超音波プローブである。
【００１２】
（３）本発明の超音波プローブは、上記（１）又は（２）に記載の超音波プローブであって、且つ前記検出手段は磁気抵抗素子を有し、前記被検出部は該磁気抵抗素子により感知され得る複数の磁性体が一定間隔を隔てて配置されてなり、該検出手段は前記保持手段の回転に伴って該磁性体が交互に感知されることによるパルス状の角度検出信号を出力する。
【００１３】
（作用）
保持手段の被検出部が検出手段による角度検出位置から逸脱しないように駆動手段による回転駆動を規制できる。より具体的な構成では、初期動作制御手段の動作により装置の起動毎で常に同一の基準位置を設定できる。また、設定された基準位置を基準とする一定範囲を駆動手段による保持手段の回転駆動範囲とする。これにより検出手段から出力される角度検出信号は常に正常な値となり、誤動作を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る超音波プローブの外観を示す図である。
ここでは、例えば食道、胃等の上部消化管に経口的に挿入され、心臓等を撮影するためのマルチプレーンＴＥＥ超音波プローブ（以下、単に「超音波プローブ」という）について説明する。本実施形態の超音波プローブは一例として超音波内視鏡と組み合わされるものであるが、本発明は超音波内視鏡以外の他の超音波診断機器と組み合わされる超音波プローブとして実施することも可能である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の超音波プローブ１は内視鏡と似通った形状を有しており、大別すると、先端部１１、屈曲部１２、導中部１３、及び手元操作部１４から構成される。手元操作部１４は図示しない超音波内視鏡の装置本体部に接続される。手元操作部１４にはアングル用ノブ１５及び振動子回転用スイッチ１６が設けられている。先端部１１から屈曲部１２を経て、導中部１３の一部若しくは全部が被検体の体腔内に導入される部分である。
【００１６】
先端部１１の手元操作部側に結合されている屈曲部１２は、先端部１１の向きを変えるため、及び先端部１１を消化管の壁に密着させるために上下左右に屈曲可能である。屈曲部１２の屈曲は、導中部１３内に設けられた複数本のワイヤ（図示せず）が適宜、牽引操作されることにより行なわれる。
【００１７】
図２は先端部１１の内部構成を示す断面図である。
超音波振動子１７はプーリ１８に保持された状態で先端部１１の内部に配置される。この超音波振動子１７は複数の圧電セラミック素子が１次元的に配列されて構成される。各圧電セラミック素子は、矩形の長辺同士が接するように配列され、かつ各素子の長辺はアレイの周辺になるにつれて徐々に短くなり、結果として超音波振動子１７は円形の平面形状を有する。なお、図２では説明の便宜上、圧電セラミック素子同士の境界線を示したが、実際には各々の圧電セラミック素子は肉眼では認識できない。超音波振動子１７を構成する各圧電セラミック素子の端子は、フレキシブル−プリント基板を介し、さらに導中部１３内に配設された信号線を介して超音波内視鏡の装置本体部に接続されている。超音波振動子１７に装置本体部から駆動用の高圧パルスが与えられるとともに、超音波振動子１７からの受信信号が装置本体部に伝送される。尚、各圧電セラミック素子へは所定の遅延時間を介して駆動信号が供給され、時間とともに遅延時間が可変され、結果として超音波振動子１７から送信される超音波の向きが扇状に変化する。このようにして、超音波放射面と直交する平面に対する超音波ビームの電子的な走査、すなわちセクタ電子走査が行われる。
【００１８】
超音波振動子１７の下側には円筒状のバッキング材（不図示）が設けられており、このバッキング材はプーリ１８上に固定されている。プーリ１８は先端部１１の構成要素を収納するケース２５に回転自在に取り付けられる。プーリ１８の円周面には溝が設けられており、この溝内にはワイヤ２２が嵌め込まれている。超音波振動子１７の上側には、音響整合層を介して球形若しくは円筒形状の音響レンズが配置される。この音響レンズはケース２５に取り付けられる。また音響レンズの上には音響伝播液を介して音響窓が設けられる。音響窓はシール用リング、シーリングを有してケース２５に取り付けられる。また音響窓はプラスチック等の透明度の高い材質により形成されている。以上の要素から構成される先端部１１は樹脂からなるモールド部材によって水密に覆われる。
【００１９】
図３は振動子回転駆動制御の構成を示すブロック図、図４は振動子回転駆動の様子を示す斜視図である。
プーリ１８に巻き回されているワイヤ２２は、手元操作部１４内に設けられた振動子回転用モータ３４のドライブシャフト（不図示）に接続されている。図３に示す構成において、手元操作部１４に取り付けられた振動子回転用スイッチ１６を操作者が押すと、振動子回転用コントローラ３０により制御された振動子回転用電源３２からの電力が振動子回転用モータ３４に供給される。この供給電力により、振動子回転用モータ３４は、振動子回転用スイッチ１６が操作者により押下し続けられている期間、連続的に回転する。振動子回転用モータ３４の回転力はワイヤ２２を介してプーリ１８に伝達し、該プーリ１８が回転駆動される。つまりプーリ１８に保持されている超音波振動子１７も回転する。なお、振動子回転用モータ３４が手元操作部１４ではなく先端部１１に配置されていても良い。
【００２０】
超音波ビームの走査面全体が回転（すなわち走査領域が変化）するように超音波振動子１７を回転させることによれば、対象部位を異なる角度で横断する様々な断層像を、プローブ先端の向き（先端部１１の方向）を変えることなく得ることができるようになる。したがって、例えば心臓に関して言えば、診断上有用である短軸に沿った断層像と長軸に沿った断層像とを簡便に得ることができるようになる。
【００２１】
図２及び図４に示されるように、超音波振動子１７を保持するプーリ１８の外周近傍の所定位置には、プーリ１８（超音波振動子１７）の回転駆動角度を検出するためのエンコーダ２が配置されている。プーリ１８は、上述したように、振動子回転用モータ３４の回転力がワイヤ２２を介して伝達されることで回転駆動される。エンコーダ２は、磁気を感知するセンサーとしての磁気抵抗（ＭＲ）素子２０と同素子２０を保持するホルダ２１とにより構成される。磁気抵抗素子２０は、プーリ１８の回転量を反映するパルス信号を出力する。該パルス信号は振動子回転用コントローラ３０に供給される（図３参照）。振動子回転用コントローラ３０は、磁気抵抗素子２０から供給されたパルス信号に基づいてプーリ１８の回転駆動角度を検出する。
【００２２】
検出されたプーリ１８の回転駆動角度は、超音波振動子１７の回転角度、すなわち超音波断層像の走査面の角度としてディスプレイ３３に表示される。医師等はディスプレイ３３の角度表示を参考にして振動子回転用モータ３４の回転駆動量を調節する。
【００２３】
さて、本実施形態では、プーリ１８（及び超音波振動子１７）は、原点を０°とし、最大で略１８０°まで回転駆動可能に構成されていると仮定する。
【００２４】
プーリ１８の外周には、図５（ａ）に示すような、ゼブラ模様を有する磁性体１９が塗布されている。即ち、この磁性体１９には一定の幅を有する複数の着磁部分（ハッチングによって示す）が一定の間隔をおいて形成されている。なお、磁性体１９のゼブラ模様はプーリ１８の円周の一部に設けられており、全周に亘って連続して設けられている訳ではない。
【００２５】
プーリ１８が回転駆動されることにより、上記所定位置に配置されている磁気抵抗素子２０の角度検出位置に、磁性体１９の着磁部分と非着磁部分とが交互に当接する。磁性体１９の着磁部分が角度検出位置に当接したとき、磁気抵抗素子２０は図５（ｂ）から理解されるように１つの鋸歯状パルスを出力する。結果として、プーリ１８の回転量を反映する鋸歯状パルス列が得られる。この鋸歯状パルス列を示す信号に基づいて振動子回転用コントローラ３０はプーリ１８の回転駆動角度を検出する。
【００２６】
さらに、振動子回転用コントローラ３０は、磁性体１９（被検出部）が磁気抵抗素子２０の角度検出位置から逸脱しないように、振動子回転用モータ３４によるプーリ１８の回転駆動を規制するための制御を行う。
【００２７】
かかる制御の内容としては、超音波内視鏡装置の起動時に実行される初期動作制御、検査終了に実行される終了動作制御である。なお、初期動作制御は超音波内視鏡装置の起動以後の任意のタイミングで実行させても良い。
【００２８】
初期動作制御は次の通りである。すなわち、超音波内視鏡装置の起動時において、磁気抵抗素子２０からの角度検出信号が途絶するまでプーリ１８を一の方向（例えばここでは原点０°の方向とする）に回転駆動させ（正転）、該角度検出信号が途絶した時点でプーリ１８を反対の方向（すなわち１８０°の方向）に回転駆動させ（逆転）、磁気抵抗素子２０からの角度検出信号が再開した時点（例えば所定のパルス回数が検出された点）における磁性部１９上の所定位置を基準位置（ここでは原点０°）として定める。磁気抵抗素子２０からの角度検出信号の途絶は、所定時間内で磁性体１９の極性が変化しないことを検知することによる。このような初期動作制御によれば、超音波内視鏡装置を起動させるたびに、磁性部１９上において同一の基準位置が設定されることになる。
【００２９】
そして振動子回転用コントローラ３０は、設定された基準位置を基準とする一定範囲（ここでは０°〜＋１８０°）を振動子回転用モータ３４によるプーリ１８の回転駆動可能範囲とする。
【００３０】
なお、上記初期動作制御により設定される基準位置は原点０°のみに限定されない。例えば基準位置を磁性体１９の中央付近に設定し、―９０°〜＋９０°の範囲を回転駆動可能範囲としても良い。
【００３１】
一方、前述した終了動作制御の詳細は次の通りである。すなわち、所定の検査終了指示が行われたら、磁気抵抗素子２０からの角度検出信号が途絶するまでプーリ１８を一の方向（ここでは原点０°の方向とする）に回転駆動させ、該角度検出信号が途絶した時点で該回転駆動を停止させ、しかる後に超音波プローブ全体への通電を停止させる。
【００３２】
終了動作制御によれば、次回のシステム起動当初から角度検出信号が得られない。すなわち、本実施形態の場合は初期動作制御においてプーリ１８が速やかに１８０°の方向に回転駆動（逆転）されることになり動作時間を短縮でき、かつ原点０°が常に基準位置として設定されることになる。
【００３３】
以上述べたような回転駆動に係る制御を行う本実施形態によれば、超音波内視鏡装置を起動させるたびに、磁性部１９上において同一の基準位置が初期動作制御により設定される。これにより同一の基準位置を基準とする角度情報を操作者に提供できるようになり、操作者に誤解等を与えるおそれがない。
【００３４】
また、従来例のように実際の回転駆動可能範囲を超えた回転量が指示され、その結果、角度検出位置から磁性体１９が逸脱した後もプーリ１８が回転駆動され続け、回転角度検出が誤動作し、システムが暴走するという事態を回避できるようになる。つまり、回転駆動可能範囲を超えた回転量が指示された場合、例えばプーリ１８の角度が原点から＋３０°のときに―４０°の回転量が指示されたような場合、ディスプレイ３３にその旨を表すエラーメッセージを表示し、プーリ１８の回転駆動を強制的に停止させる。このような制御により、振動子回転用コントローラ３０はプーリ１８の回転駆動角度を常に検出可能となり、システムの信頼性を向上できる。
【００３５】
また、上記基準位置（原点）設定の直後に、プーリ１８を１８０°回転駆動して全角度に亘って磁性体検出を行い、磁性体１９の欠損部位などの異常（故障）検出を行うように構成すれば、信頼性がより向上するので好ましい。
【００３６】
また本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々変形して実施可能である。例えば、上述した実施形態では圧電セラミック素子が１次元的に配列された超音波振動子を備える超音波プローブについて説明したが、圧電セラミック素子が２次元的に配列された超音波振動子（「２次元アレイトランスジューサ」ともいう）を備える超音波プローブについても本発明を適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、常に同一の回転基準位置を設定でき、誤動作を生じることもなく超音波振動子の回転角度検出を適切に行うことのできる超音波プローブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波プローブの外観を示す図
【図２】上記実施形態に係る先端部の内部構成を示す断面図
【図３】上記実施形態に係る振動子回転駆動制御の構成を示すブロック図
【図４】上記実施形態に係る振動子回転駆動の様子を示す斜視図
【図５】上記実施形態に係るプーリの外周に塗布されている磁性体を示す図であって、同図（ａ）はその着磁パターンを示す展開図、同図（ｂ）は同図（ａ）の着磁パターンに対応する磁気抵抗素子からのパルス列を示す図
【符号の説明】
１１…先端部
１２…屈曲部
１３…導中部
１４…手元操作部
１５…アングル用ノブ
１６…振動子回転用スイッチ
１７…超音波振動子
１８…プーリ
１９…磁性体
２０…磁気抵抗（ＭＲ）素子
２１…ホルダ
２２…ワイヤ
２５…ケース
３０…振動子回転用コントローラ
３２…振動子回転用電源
３３…ディスプレイ
３４…振動子回転用モータ
【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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