(57)【要約】【課題】従来、２つのアレイ振動子の角度間隔は固定であった。【解決手段】ケース７内には走査機構１０及び可動部８が設けられ、可動部８は第１可動体１２及び第２可動体１４を有する。それらの角度間隔は可変機構２４によって増減される。可変機構２４は２つのアーム部材１７，１９の間に跨って設けられたスライダを有し、スライダを上下運動させることにより、２つのアレイ振動子２０，２２の角度間隔を自在に可変することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探触子ケースと、
前記探触子ケース内に配置された走査機構と、
前記探触子ケース内に配置され、それぞれがビーム走査面を形成するアレイ振動子を有し、前記走査機構によって機械的に走査される複数の可動体と、
前記複数の可動体の配列を機械的に可変する可変機構と、
を含み、
前記複数の可動体の配列の変更により複数のビーム走査面の配列を変更し得る、ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記走査機構は、所定の回転軸回りにおいて前記複数の可動体を揺動走査し、
前記可変機構は、前記複数の可動体相互間の角度を可変する、ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記各可動体は、前記アレイ振動子を収容した振動部と、前記振動部を保持するアーム部材と、を有し、
前記可変機構は、前記複数の可動体が有する複数のアーム部材間に跨って設けられたスライダと、前記スライダを昇降させることにより前記複数のアーム部材相互間の角度を可変する昇降機構と、を有する、ことを特徴とする超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波探触子に関し、特に、生体内の三次元空間に対して超音波を送受波するメカニカル走査型の超音波探触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野において、三次元超音波診断を行うために、３Ｄプローブが利用される。３Ｄプローブとしては、２Ｄアレイ振動子を備えたもの、１Ｄアレイ振動子をメカニカル走査するもの、が知られている。後者の３Ｄプローブは、通常、１つの振動部（あるいは可動体）を有し、それが走査機構によって往復走査される。これによって三次元エコーデータ取込空間（三次元空間）が形成される。１ボリュームを取得するまでの時間を短縮化するために、つまりボリュームレートを上げるために、特許文献１には、３Ｄプローブに機械走査される２つのアレイ振動子を設けた構成が開示されている。つまり、三次元空間を複数に分割して並列的にデータの取込みを行って、ボリュームレートを向上させるものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８７６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１には、複数のアレイ振動子の配列を可変する構成は開示されていない。例えば、機械走査範囲が広い場合と狭い場合とで同一のアレイ振動子配列を利用すると、場合によってはそれらを十分に活用できなくなる。特に、機械走査範囲が狭い場合に１つのアレイ振動子しか利用できなくなる。
【０００５】
本発明の目的は、機械走査範囲に応じて複数の振動ユニットの配列を変更できる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】
【０００６】
本発明は、探触子ケースと、前記探触子ケース内に配置された走査機構と、前記探触子ケース内に配置され、それぞれがビーム走査面を形成するアレイ振動子を有し、前記走査機構によって機械的に走査される複数の可動体と、前記複数の可動体の配列を機械的に可変する可変機構と、を含み、前記複数の可動体の配列の変更により複数のビーム走査面の配列を変更し得る、ことを特徴とする超音波探触子に関する。
【０００７】
上記構成によれば、可変機構により、複数の振動ユニットの配列（特に望ましくは相互間の角度）を可変できる。よって、機械走査範囲が大きければそれに応じた広がった配列を設定でき、機械走査範囲が小さければそれに応じた狭まった配列を設定できる。３つ以上の振動ユニットが設けられる場合にも本発明を適用できる。機械走査のための機構と、配列変更のための機構と、で駆動源を別々にしてもよいし共通にしてもよい。
【０００８】
望ましくは、前記走査機構は、所定の回転軸回りにおいて前記複数の可動体を揺動走査し、前記可変機構は、前記複数の可動体相互間の角度を可変する。この構成によれば、揺動走査が行われる場合において、各可動体の担当角度範囲を最適化できる。望ましくは、前記各可動体は、前記アレイ振動子を収容した振動部と、前記振動部を保持するアーム部材と、を有し、前記可変機構は、前記複数の可動体が有する複数のアーム部材間に跨って設けられたスライダと、前記スライダを昇降させることにより前記複数のアーム部材相互間の角度を可変する昇降機構と、を有する。この構成によれば、スライダの上下運動により簡便に角度を可変できる。また、高速の機械走査がなされても、設定された角度を確実に維持できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、機械走査範囲に適合した振動ユニット配列を実現できる。よって、機械走査範囲の大小にかかわらずボリュームレートを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されている。図１に示される超音波探触子は、超音波診断装置本体に接続され、３次元エコーデータ取込空間（３次元空間）を形成する３Ｄプローブである。
【００１２】
３Ｄプローブ６は、例えば生体表面上に当接して用いられるものである。具体的には、３Ｄプローブ６はケース７を有し、ケース７の下面である送受波面が生体表面上に当接される。その状態で超音波の送受波が行われる。ケース７の内部には、図示されるように可動部８及び走査機構１０が設けられている。可動部８は第１可動体１２及び第２可動体１４を含むものである。それらの可動体１２，１４は回転軸２６を中心として揺動運動する。その揺動運動は走査機構１０により行われている。走査機構１０は、後に説明するように、駆動源としてのモータ及びギア機構を有している。
【００１３】
第１可動体１２は振動部１６及びアーム機構１７を有する。振動部１６は１Ｄアレイ振動子２０を有する。このアレイ振動子２０は直線状あるいは円弧状に配列された複数の振動素子からなるものであり、アレイ振動子２０によって超音波ビームが電子走査され、これによって第１走査面が形成される。第２可動体１４は、振動部１８及びアーム部材１９を有する。振動部１８は１Ｄアレイ振動子２２を有する。アレイ振動子２２は、上記のアレイ振動子２０と同様に、電子走査方向に配列された複数の振動素子からなるものである。アレイ振動子２２によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームが電子走査されることにより第２走査面が形成される。第１走査面及び第２走査面の２つの走査面を同時に揺動走査することにより角錐形状をもった３次元データ取込領域が形成される。各可動体１２，１４は３次元空間全体を２分割した各部分の走査を担当するものである。勿論それらの部分が一部オーバーラップしていてもよい。ちなみに、θ１は第１可動体１２の揺動走査による走査範囲を示しており、θ２は第２可動体１４の揺動走査による走査範囲を表している。Δθは２つの可動体の相互間における角度間隔を表している。
【００１４】
本実施形態の３Ｄプローブ６は、そのケース７内に更に可変機構２４を有している。可変機構２４、は第１可動体１２におけるアーム部材１７と、第２可動体１４におけるアーム部材１９との間に跨ってあるいはそれらを横切るように設けられた機構である。この機構の詳細については、後に図４等を用いて詳述する。可変機構２４によれば、２つの可動体１２，１４（すなわち２つのアレイ振動子２０，２２）の角度間隔を自在に設定できるので、走査範囲全体の大きさに応じて、具体的にはそれらを２分するように、Δθを設定すれば、単一の可動体を揺動運動する場合に比べてボリュームレートを２倍にできるという利点がある。すなわち、電子走査範囲を維持し、また走査面のピッチ等を維持したとしても、２つの可動体を同時に動作させて並列的なデータの取込を行うことにより、ボリュームレートを２倍に上げることが可能となる。しかも、全体の走査範囲が狭い場合であっても２つの可動体１２，１４の角度間隔を狭くすればボリュームレート向上効果を維持できるという利点がある。従来においては、走査範囲が狭い場合には必ずしも複数の可動体によるボリュームレート向上の利益を得られない場合があったが、本実施形態に係る可変機構２４によれば複数の可動体の配列を変更することにより走査範囲の大小に関わらずボリュームレート向上という利点を得ることができる。
【００１５】
ちなみに、全走査範囲を２分割して、各分割された範囲毎に可動体の走査範囲を割り当てるようにしてもよいが、それぞれの可動体の走査範囲を部分的にオーバーラップさせて、空間的な繋がりを良好にするようにしてもよい。また、３つ以上の可動体を設けて並列的に受信データの取込を行うことも可能である。
【００１６】
次に、図２乃至図４を用いて可変機構の詳細について説明をする。図２及び図３には２つの可動体１２，１４におけるアーム部材１７，１９が示されている。また、可変機構２４におけるスライダ３０が示されている。図２及び図３において、各アーム部材１７，１９にはその長手方向に沿ってスライド溝３８，４０が形成されており、それらのスライド溝３８，４０にはスライダ３０の両端に設けられたスライドピン３２，３４がスライド自在に貫通している。２つのピン３２，３４の間隔は一定であり、スライダ３０を上下運動すれば、それらのピン３２，３４とスライド溝３８，４０との係合関係により２つのアーム部材１７，１９の相互間における角度を可変することができる。図２にはその角度が狭い場合の例が示されており、図３にはその角度が広い場合の例が示されている。以下に説明するように、各アーム部材１７，１９は具体的には一対のアームによって構成されるものであり、それぞれのアームにはスライド溝が形成されている。
【００１７】
図４には走査機構１０及び可変機構２４の具体的な構成例が示されている。上述したアーム部材１７は一対のアーム１７Ａ，１７Ｂによって構成され、アーム部材１９はアーム１９Ａ，１９Ｂによって構成されている。それぞれのアーム１７Ａ，１７Ｂ，１９Ａ，１９Ｂにはそれぞれスライド溝３８Ａ，３８Ｂ，４０Ａ，４０Ｂがアーム長手方向に形成されている。そして、電子走査方向の一方端及び他方端にはそれぞれアームの交差状態が構成されており、例えば図４における右側ではアーム１７Ａ及び１９Ａが交差しており、図４における左側ではアーム１７Ｂ及び１９Ｂが交差している。そのような交差状態において、一方側には、スライダ３０Ａが設けられており、他方側にはスライダ３０Ｂが設けられている。ここで、それぞれのスライダ３０Ａ，３０Ｂは互いに同一の構成を有しており、ここではスライダ３０Ａを代表して説明する。
【００１８】
スライダ３０Ａは、スライド部材４６Ａ及びスライド部材４８Ａを有している。それらのスライド部材４６Ａ，４８Ａは２つのアーム１７Ａ，１９Ａを挟み込むように設けられており、それらの間に２つのスライドピン３２Ａ，３２Ｂが設けられている。スライドピン３２Ａはスライド溝３８Ａを貫通しており、スライドピン３２Ｂはスライド溝４０Ａを貫通している。スライド部材４８Ａには一対の挿通孔が形成されておりそれらの挿通孔には垂直方向に伸長した一対の支柱５０が通っている。すなわち、一対の支柱５０に沿ってスライド部材４８Ａが上下方向に運動可能に設けられており、すなわちスライダ３０Ａが２つの支柱５０の案内により昇降運動をする。各支柱５０の外面はネジ構造を有しており、それを挿通させる挿通孔の内面もネジ構造を有している。よって、それぞれの支柱５０を回転駆動すると、ネジの螺合関係によってスライダ３０Ａが上方へあるいは下方へ運動する。その運動方向は各支柱５０の回転方向による。
【００１９】
モータ５２は各スライダ３０Ａ，３０Ｂを上下運動させる駆動力を生成しており、その駆動力はギア機構５４を介して４つの支柱５０に伝達されている。その伝達にあたっては水平軸周りの回転運動を垂直軸周りの回転運動に変換するため４つの傘歯車５６が設けられている。ちなみに、各支柱５０の両端は、ブロック５８によって回転自在に支持されており、そのブロック５８は回転軸２６に結合されている。走査機構１０は駆動用のモータ４２及びその駆動力を回転軸に伝達するギア部４４を有している。
【００２０】
本実施形態においては、走査機構１０と可変機構２４とにおいてそれぞれ独立して駆動源を設けたが、それらの駆動源を共用し、クラッチ機構等を設けることにより、駆動力の伝達及び遮断を切り替えるようにしてもよい。勿論、可変機構２４としては図４に示されたものに限られず、２つの振動子の角度間隔を可変できる限りにおいて各種の構成を採用し得る。但し、図４に示した構成によれば、スライダ３０Ａ，３０Ｂが２つのアーム部材に掛け渡され、それによって簡便に両者の角度間隔を可変できるという利点がある。また、一旦設定された角度間隔を確実に維持できるという利点がある。
【００２１】
図５には、上述した３Ｄプローブ６を有する超音波診断装置がブロック図として示されている。３Ｄプローブ６は超音波診断装置本体にプローブケーブルを介して接続されるものである。３Ｄプローブ６は上述した第１アレイ振動子２０、第２アレイ振動子２２、走査機構１０、可変機構２４等を有している。ちなみに、走査機構１０による揺動走査の角度位置を検出するためのセンサ及び可変機構２４による角度間隔を検出するためのセンサは図示省略されている。それらのセンサからの出力信号は制御部８０に入力される。
【００２２】
超音波診断装置本体は、第１送信部６０及び第２送信部６２を有する。また、第１受信部６４及び第２受信部６６を有する。第１アレイ振動子２０には第１送信部６０及び第１受信部６４が接続されており、第２アレイ振動子２２には第２送信部６２及び第２受信部６６が接続されている。第１送信部６０及び第２送信部６２はいわゆる送信ビームフォーマーとして機能し、第１受信部６４及び第２受信部６６はいわゆる受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち各受信部６４，６６は複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、これによりビームデータを生成する機能を有している。生成された各ビームデータは信号処理部６８を経由して３Ｄメモリ７０に格納される。
【００２３】
３Ｄメモリ７０は３次元エコーデータ取込空間に対応した３次元記憶空間を有しており、各ビームデータを構成するエコーデータ（ボクセルデータ）は、対応するアドレスに格納される。メモリ７０への書き込み又は読み出しに際して座標変換処理が実行される。その座標変換処理は送受波座標系から記憶空間座標系への変換処理である。画像形成部７２は３Ｄメモリ７０から読み出されたボリュームデータに基づいて、例えばボリュームレンダリング法に従って３次元超音波画像を形成するモジュールである。形成された３次元画像のデータは表示部７４に送られる。
【００２４】
制御部８０は図５に示される各構成の動作制御を行っており、特に本実施形態の制御部８０は可変機構２４の制御を行っている。例えば、揺動走査範囲が６０度に設定された場合、制御部８０は可変機構２０に対して２つの振動子間の各度間隔Δθとして３０度を設定する。すなわち走査範囲全体の角度に基づいて２つの振動子間における角度間隔を設定するものである。入力部８２は操作パネルによって構成され、その操作パネルはキーボード及びトラックボールを有するものである。
【００２５】
図５に示される超音波診断装置によれば、３次元エコーデータの取込を行う場合に、ボリュームデータを取り込む３次元空間のサイズに応じて振動素子間の角度間隔を調整することができ、これによって最適な振動子配列を実現してボリュームレートを向上できるという利点がある。すなわち、単一の振動子を揺動走査する場合に比べてボリュームレートをほぼ２倍にできるという利点が得られる。しかも、全体の揺動走査範囲が狭い場合であってもそれに伴って２つの振動素子間の角度間隔が狭くされるため、その場合においてもボリュームレート向上の利点を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る３Ｄプローブの好適な実施形態を示す概念図である。
【図２】可変機構の作用を説明するための図である。
【図３】可変機構の作用を説明するための図である。
【図４】可変機構の詳細な構成を示す斜視図である。
【図５】図１に示した３Ｄプローブを有する超音波診断装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
６  ３Ｄプローブ、７  ケース、８  可動部、１０  走査機構、１２  第１可動体、１４  第２可動体、１６  振動部、１８  振動部、２０  第１アレイ振動子、２２  第２アレイ振動子、２４  可変機構。
【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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