JP2000201933A - Ultrasonograph - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
し、特に超音波振動子が超音波探触子内部で機械的に走
査される超音波診断装置に関する。The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus in which an ultrasonic transducer is mechanically scanned inside an ultrasonic probe.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超音波ビームの走査方式として、電子走
査方式及び機械走査方式が知られている。前者の方式で
は、アレイ振動子が電子走査され、これによって超音波
ビームが走査される。後者の方式では、通常、単振動子
が機械走査され、これによって超音波ビームが走査され
る。そのような方式に対応した超音波探触子はメカニカ
ルスキャン型探触子とも呼ばれている。2. Description of the Related Art As an ultrasonic beam scanning method, an electronic scanning method and a mechanical scanning method are known. In the former method, the array transducer is electronically scanned, thereby scanning the ultrasonic beam. In the latter method, usually, a single transducer is mechanically scanned, whereby an ultrasonic beam is scanned. An ultrasonic probe compatible with such a method is also called a mechanical scan type probe.
【０００３】そのような探触子としては、体表面に当接
して使用されるメカニカルセクタスキャン探触子や体腔
内に挿入して用いられるカテーテル型探触子などが知ら
れている。メカニカルセクタスキャン探触子では、単振
動子が媒体槽内で揺動走査される。媒体槽には生理食塩
水やオイルなどの超音波伝搬液体が注入され、これによ
り超音波伝搬が確保されている。一方、カテーテル型探
触子では、カテーテルが例えば血管内などに挿入され、
その内部で超音波振動子が回転走査（ラジアル走査）さ
れる。[0003] As such a probe, a mechanical sector scan probe used in contact with the body surface and a catheter type probe used by inserting it into a body cavity are known. In a mechanical sector scan probe, a single oscillator is swung and scanned in a medium tank. An ultrasonic wave propagating liquid such as physiological saline or oil is injected into the medium tank, thereby ensuring ultrasonic wave propagation. On the other hand, in a catheter probe, a catheter is inserted into, for example, a blood vessel,
Inside the ultrasonic transducer, rotational scanning (radial scanning) is performed.
【０００４】従来の超音波診断装置において、上記のよ
うな機械走査方式の探触子を用いて超音波診断を行う場
合、振動子の走査位置や速度は走査制御部によって制御
される。走査位置はエンコーダなどの検出器によって検
出され、その検出された位置やそれから求まる速度に従
って、駆動用モータへの駆動信号の電圧や電流などが制
御される。よって、若干の位置ずれは上記のサーボ制御
によって補償される。ただし、一定以上の負荷変動が生
じると、サーボ制御では対処できなくなり、最終的には
モータが停止する。In a conventional ultrasonic diagnostic apparatus, when performing ultrasonic diagnostics using the above-described mechanical scanning probe, the scanning position and speed of the transducer are controlled by a scanning control unit. The scanning position is detected by a detector such as an encoder, and the voltage and current of a driving signal to the driving motor are controlled in accordance with the detected position and the speed obtained therefrom. Therefore, a slight displacement is compensated by the above servo control. However, if a load fluctuation exceeding a certain level occurs, the servo control cannot cope with the load fluctuation, and finally the motor stops.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、負荷変動の
要因として、内部負荷変動及び外部負荷変動をあげるこ
とができる。内部負荷変動は探触子内の負荷の変動であ
って、例えば媒体の温度変化に起因する粘性の変化であ
る。そのような粘性の変化による一定範囲内の負荷変動
は上記のサーボ制御によって補償されている。外部変動
は生体との物理的な接触関係により生じる負荷の変動で
ある。例えば、カテーテルが屈曲して回転ワイヤのトル
クが大きくなった場合などである。By the way, internal load fluctuation and external load fluctuation can be cited as factors of load fluctuation. The internal load fluctuation is a fluctuation in load in the probe, for example, a change in viscosity caused by a change in temperature of the medium. Load fluctuations within a certain range due to such a change in viscosity are compensated for by the servo control described above. External fluctuations are fluctuations in load caused by physical contact with a living body. For example, when the catheter bends and the torque of the rotating wire increases.
【０００６】上記内部負荷変動に対してはできる限りそ
れに追従させて機械走査を行わせるのが望ましいが、外
部負荷変動に対してそのような制御を行うと安全性の面
で問題が生じる可能性がある。[0006] It is desirable that mechanical scanning be performed so as to follow the internal load fluctuation as much as possible. However, if such control is performed with respect to external load fluctuation, a problem may occur in terms of safety. There is.
【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、負荷変動の要因に応じて、的
確な機械走査制御を行えるようにすることにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to enable accurate mechanical scanning control according to a factor of a load change.
【０００８】本発明の他の目的は、内部負荷変動に対し
てはできる限りそれに追従させ、外部負荷変動に対して
は安全性を最優先に制御を行うことができるようにする
ことにある。Another object of the present invention is to make it possible to follow internal load fluctuations as much as possible and to control external load fluctuations with the highest priority on safety.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波の送受波を行う超音波振動子と、
前記超音波振動子を機械走査する走査機構と、内部負荷
変動に対して機械走査を追従させる補償制御を実行し、
外部負荷変動に対して機械走査を停止させる安全制御を
実行する制御部と、を含むことを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic vibrator for transmitting and receiving ultrasonic waves,
A scanning mechanism that mechanically scans the ultrasonic transducer, and executes a compensation control that makes the mechanical scanning follow an internal load change,
A control unit for executing safety control for stopping mechanical scanning in response to an external load change.
【００１０】上記構成によれば、カップリング材の粘性
変化などの内部負荷変動に対しては機械走査を追従させ
て安定した走査を確保できる。生体組織による押圧など
の外部負荷変動に対しては機械走査を停止させて安全性
を高めることが可能となる。According to the above configuration, it is possible to ensure stable scanning by following mechanical scanning with respect to internal load fluctuations such as a change in viscosity of the coupling material. With respect to external load fluctuation such as pressing by a living tissue, mechanical scanning can be stopped to enhance safety.
【００１１】望ましくは、負荷変動追従優先モード又は
安全優先モードを選択するモード選択手段を含み、前記
制御部は前記選択されたモードに従って制御を実行す
る。望ましくは、前記モード選択手段は、プローブ種別
に応じて制御モードの選択を行う。この場合、例えば体
腔内に挿入して使用される探触子については安全性優先
モードが選択され、体表面に当接して使用される探触子
については負荷変動追従優先モードが選択される。Preferably, the control unit includes mode selection means for selecting a load fluctuation follow-up priority mode or a safety priority mode, and the control unit executes control according to the selected mode. Preferably, the mode selecting means selects a control mode according to a probe type. In this case, for example, a safety priority mode is selected for a probe used by inserting it into a body cavity, and a load variation tracking priority mode is selected for a probe used in contact with the body surface.
【００１２】望ましくは、モータへ供給される駆動信号
の電圧及び電流の少なくとも一方に基づいて負荷変動を
検出する負荷変動検出手段を含む。望ましくは、前記超
音波振動子について実測された走査位置及び走査速度の
少なくとも一方に基づいて負荷変動を検出する負荷変動
検出手段を含む。Preferably, the apparatus further includes a load fluctuation detecting means for detecting a load fluctuation based on at least one of a voltage and a current of a drive signal supplied to the motor. Preferably, the apparatus further includes a load fluctuation detecting unit that detects a load fluctuation based on at least one of a scanning position and a scanning speed measured for the ultrasonic transducer.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１４】図１には、本発明に係る超音波診断装置の
好適な実施形態の要部構成が示されている。FIG. 1 shows a main configuration of a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
【００１５】探触子１０は、体腔内に挿入される超音波
探触子あるいは体表面に当接して用いられる超音波探触
子である。振動子１２は、超音波の送受波を行うもので
あり、その振動子１２はモータ１４により回転又は揺動
駆動される。その回転角度は、現在位置としてエンコー
ダ１６によって検出される。たとえば、体腔内挿入型超
音波探触子の場合、カテーテル状のチューブ内にトルク
ワイヤが挿通され、そのトルクワイヤの先端部に振動子
１２が取り付けられる。そして、カテーテルチューブの
基端側に設けられたモータ１４によってトルクワイヤが
回転駆動され、これによって振動子１２が回転走査され
る。また、体表面上に当接して用いられる探触子の場
合、バルーン内において、モータ１４を含む機械走査機
構によって振動子１２が往復動される。The probe 10 is an ultrasonic probe inserted into a body cavity or an ultrasonic probe used in contact with a body surface. The vibrator 12 transmits and receives ultrasonic waves, and the vibrator 12 is driven to rotate or swing by a motor 14. The rotation angle is detected by the encoder 16 as the current position. For example, in the case of an ultrasonic probe inserted into a body cavity, a torque wire is inserted into a catheter-like tube, and a vibrator 12 is attached to a distal end portion of the torque wire. Then, the torque wire is rotationally driven by the motor 14 provided on the proximal end side of the catheter tube, whereby the vibrator 12 is rotationally scanned. In the case of a probe used in contact with the body surface, the vibrator 12 is reciprocated by a mechanical scanning mechanism including a motor 14 in the balloon.
【００１６】装置本体の制御部から出力される速度信号
は駆動信号発生器１８に入力されている。駆動信号発生
器１８は、速度信号に基づいて駆動信号を生成してい
る。この場合、その駆動信号は、例えば速度信号を積分
した信号に相当する。比較器２０においては、エンコー
ダ１６から出力される現在位置と、速度信号によって表
される目標位置と差分を演算し、その差分結果をドライ
バ２２に出力する。ドライバ２２は、設定されたゲイン
Ｇに基づきその差分結果に基づくドライバ信号をモータ
１４に供給している。ここで、目標位置と現在位置との
差分が生じればその差分を解消するようにドライバ２２
が制御され、これによって負荷変動に応じた追従駆動が
なされることになる。The speed signal output from the control unit of the apparatus main body is input to the drive signal generator 18. The drive signal generator 18 generates a drive signal based on the speed signal. In this case, the drive signal corresponds to, for example, a signal obtained by integrating the speed signal. The comparator 20 calculates a difference between the current position output from the encoder 16 and the target position represented by the speed signal, and outputs the difference result to the driver 22. The driver 22 supplies a driver signal to the motor 14 based on the result of the difference based on the set gain G. Here, if there is a difference between the target position and the current position, the driver 22 cancels the difference.
Is controlled, whereby the following drive according to the load fluctuation is performed.
【００１７】速度比較器２４には、速度信号が入力され
ると共に、エンコーダ１６から出力された現在位置も入
力されている。そして、その現在位置を微分することに
より現在の速度が演算され、その現在の速度と速度信号
によって表される目標速度との差分が演算されている。
その差分結果は負荷変動コントローラ２６に入力されて
いる。その差分は基準負荷からの実際の負荷の変動分を
表すものである。The speed signal is input to the speed comparator 24, and the current position output from the encoder 16 is also input to the speed comparator 24. The current speed is calculated by differentiating the current position, and the difference between the current speed and the target speed represented by the speed signal is calculated.
The difference result is input to the load change controller 26. The difference represents a variation of the actual load from the reference load.
【００１８】一方、ドライバ２２から出力されるドライ
バ信号の電圧又は電流が、電圧／電流検出器２８によっ
てモニタリングされており、その検出結果が負荷変動コ
ントローラ２６に出力されている。その電圧値又は電流
値も負荷変動分を表すものとして利用される。On the other hand, the voltage or current of the driver signal output from the driver 22 is monitored by the voltage / current detector 28, and the detection result is output to the load fluctuation controller 26. The voltage value or the current value is also used as representing the load variation.
【００１９】負荷変動コントローラ２６は、速度比較器
２４から出力される差分結果及び電圧／電流検出器２８
から出力される電圧値又は電流値に基づき、負荷変動分
を演算し、その負荷変動に応じてドライバ２２のサーボ
ゲインＧあるいは制御条件を設定する回路である。この
場合、探触子の種類に関する情報が入力されており、負
荷変動コントローラ２６は、その情報に基づき制御モー
ドを決定し、その決定された制御モードに従った制御を
実行している。負荷変動コントローラ２６は、所定の条
件が満たされた場合に外部にアラームメッセージを出力
する。The load variation controller 26 includes a difference result output from the speed comparator 24 and a voltage / current detector 28.
Is a circuit that calculates a load variation based on a voltage value or a current value output from the controller 22 and sets a servo gain G or a control condition of the driver 22 according to the load variation. In this case, information on the type of the probe has been input, and the load variation controller 26 determines a control mode based on the information, and executes control according to the determined control mode. The load change controller 26 outputs an alarm message to the outside when a predetermined condition is satisfied.
【００２０】図２には、負荷変動コントローラ２６が有
する２つの制御モードが示されている。（Ａ）には追従
優先モードが示され、（Ｂ）には安全優先モードが示さ
れている。たとえば、負荷変動が内部負荷の変動に起因
するものであるような場合、（Ａ）に示す追従優先モー
ドが選択され、一方、その負荷変動が外部の負荷変動に
起因するようなものである場合には、（Ｂ）に示す安全
優先モードが選択される。これにより、例えば体表面上
に当接されるメカニカルセクタ探触子においては、例え
ばカップリング媒体などの粘性変化によって負荷変動が
生じると、追従優先モードに従ってその負荷変動に最大
限追従した制御が実行されることになる。一方、例えば
体腔内挿入型の超音波探触子において、カテーテルチュ
ーブの屈曲や組織による押圧などによって外部による負
荷変動が増大したような場合には安全優先モードに従っ
て一定の範囲内においてのみ追従制御が行われ、所定値
以上の負荷変動に対しては振動子の駆動を停止させる制
御が実行される。FIG. 2 shows two control modes of the load change controller 26. (A) shows the follow-up priority mode, and (B) shows the safety priority mode. For example, when the load change is caused by the change in the internal load, the following priority mode shown in (A) is selected, and when the load change is caused by the external load change. , The safety priority mode shown in (B) is selected. Thus, for example, in a mechanical sector probe abutting on the body surface, when a load change occurs due to, for example, a viscosity change of a coupling medium or the like, a control that maximally follows the load change is executed according to a follow-up priority mode. Will be done. On the other hand, for example, in the case of an ultrasonic probe inserted into a body cavity, in a case where a load variation due to an external force is increased due to bending of a catheter tube or pressing by tissue, tracking control is performed only within a certain range according to a safety priority mode. Control is performed to stop driving of the vibrator for a load change equal to or more than a predetermined value.
【００２１】具体的には、図２（Ａ）に示されるよう
に、追従優先モードにおいては、負荷変動の割合がマイ
ナス側のＡからプラス側のＢの範囲内である場合には追
従制御が実行され、それらの限界値を下回ったりあるい
は上回ったりした場合には探触子の機械走査が停止され
る。この場合、負荷変動が小さくなった場合においても
停止制御を行わせるのは探触子の機構に何らかの不具合
が生じている場合もあるからである。これは、（Ｂ）に
示す安全優先モードにおいても同様である。この追従優
先モードにおいては、負荷変動の増大に十分に追従し
て、サーボゲインＧが設定され、これによりドライバ２
２からモータ１４へ十分な駆動電力が供給される。これ
により大きな負荷トルクに対抗できることになる。Specifically, as shown in FIG. 2A, in the following priority mode, the following control is performed when the ratio of the load change is within the range of A on the negative side to B on the positive side. It is executed, and when the value falls below or exceeds the limit value, the mechanical scanning of the probe is stopped. In this case, the reason why the stop control is performed even when the load fluctuation becomes small is that some trouble may occur in the mechanism of the probe. This is the same in the safety priority mode shown in FIG. In this tracking priority mode, the servo gain G is set to sufficiently follow the increase in the load fluctuation, and the
Sufficient driving power is supplied to the motor 14 from the motor 2. As a result, a large load torque can be countered.
【００２２】一方、（Ｂ）に示す安全優先モードにおい
ては、負荷変動がマイナス側のＣからプラス側のＤまで
の狭い間において追従制御が実行され、それ以上のプラ
ス側のＤからＥまでの範囲内においてはドライバ２２の
ゲインが固定されつつ外部の表示器に所定のアラーム表
示がなされる。この場合に、例えば「負荷変動につきス
キャニングを停止させ、探触子周囲の安全をご確認願い
ます。」などのメッセージが表示される。そして、限界
値Ｅを負荷変動が超えたような場合には振動子の走査が
強制的に停止される。よって、この安全優先モードにお
いては、負荷変動が上昇しても過大にサーボゲインが設
定されることはなく、この結果、安全性を常に確保でき
るという利点がある。すなわち、生体組織の押圧などに
よる負荷が生じていてもそれに対して無理矢理抵抗して
振動子の回転駆動を続行させることなく停止させること
ができる。On the other hand, in the safety priority mode shown in (B), the follow-up control is executed while the load fluctuation is narrow from C on the minus side to D on the plus side, and the follow-up control is performed from D to E on the plus side. Within the range, a predetermined alarm is displayed on an external display while the gain of the driver 22 is fixed. In this case, for example, a message such as "Stop scanning for load fluctuation and confirm safety around the probe" is displayed. When the load fluctuation exceeds the limit value E, the scanning of the vibrator is forcibly stopped. Therefore, in the safety priority mode, the servo gain is not set excessively even when the load fluctuation increases, and as a result, there is an advantage that safety can always be ensured. That is, even if a load is generated due to the pressing of the living tissue, the vibrator can be stopped without forcibly resisting the load and continuing the rotation drive of the vibrator.
【００２３】なお、図１に示した実施形態においては、
速度の差分あるいはドライバ信号の電圧値ないし電流値
に基づいて負荷変動を検出したが、これには限られず、
負荷変動を検出できる限りにおいて各種の方式を適用す
ることが当然可能である。また、上記の実施形態では探
触子の種類に基づいて制御モードの選択を行ったが、他
の情報に基づいてそのモード切り替えを行ってもよい。
いずれにしても、内部の負荷変動と外部の負荷変動とに
対応したサーボ制御を実現することにより、安全性を高
めつつ装置の信頼性を高めることが可能となる。In the embodiment shown in FIG.
Load fluctuation was detected based on the difference in speed or the voltage or current value of the driver signal, but is not limited to this.
Of course, various methods can be applied as long as the load fluctuation can be detected. In the above embodiment, the control mode is selected based on the type of the probe, but the mode may be switched based on other information.
In any case, by realizing the servo control corresponding to the internal load fluctuation and the external load fluctuation, it is possible to improve the reliability of the apparatus while improving the safety.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷変動の要因に合わせた的確な走査制御を実現でき
る。As described above, according to the present invention,
It is possible to realize accurate scanning control according to the factor of the load fluctuation.
【図１】 本発明に係る超音波診断装置の要部構成を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
【図２】 負荷変動コントローラによる制御モードを示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a control mode by a load variation controller.
１０ 探触子、１２ 振動子、１４ モータ、１６ エ
ンコーダ、１８ 駆動信号発生器、２０ 比較器、２２
ドライバ、２４ 速度比較器、２６ 負荷変動コント
ローラ、２８ 電圧／電流検出器。DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 probe, 12 transducer, 14 motor, 16 encoder, 18 drive signal generator, 20 comparator, 22
Driver, 24 speed comparator, 26 load change controller, 28 voltage / current detector.
Claims (5)
実行し、外部負荷変動に対して機械走査を停止させる安
全制御を実行する制御部と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。1. An ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, a scanning mechanism for mechanically scanning the ultrasonic transducer, and a compensation control for making the mechanical scanning follow internal load fluctuations, thereby executing an external load. An ultrasonic diagnostic apparatus, comprising: a control unit that executes safety control for stopping mechanical scanning in response to a change.
モード選択手段を含み、 前記制御部は前記選択されたモードに従って制御を実行
することを特徴とする超音波診断装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising mode selection means for selecting a load fluctuation follow-up priority mode or a safety priority mode, wherein said control unit executes control in accordance with said selected mode. Ultrasound diagnostic equipment.
ドの選択を行うことを特徴とする超音波診断装置。3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2, wherein said mode selection means selects a control mode according to a probe type.
も一方に基づいて負荷変動を検出する負荷変動検出手段
を含むことを特徴とする超音波診断装置。4. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising a load fluctuation detecting unit that detects a load fluctuation based on at least one of a voltage and a current of a drive signal supplied to the motor. .
速度の少なくとも一方に基づいて負荷変動を検出する負
荷変動検出手段を含むことを特徴とする超音波診断装
置。5. The apparatus according to claim 1, further comprising a load fluctuation detecting unit that detects a load fluctuation based on at least one of a scanning position and a scanning speed actually measured for the ultrasonic transducer. Ultrasound diagnostic device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00943099A JP3337657B2 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Ultrasound diagnostic equipment |
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| JP00943099A JP3337657B2 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Ultrasound diagnostic equipment |
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| Country | Link |
|---|---|
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