JP2000201933A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波診断装置において、振動子を回転駆動
させる場合に、内部負荷変動及び外部負荷変動のそれぞ
れに対応したサーボ制御を実現する。 【解決手段】 負荷変動コントローラ２６は、生体組織
による圧迫などの外部負荷変動が生じた場合には安全性
を優先させる制御を実行し、すなわち、所定の負荷変動
の増大においてアラームを表示し、さらにそれ以上の負
荷変動が生じた場合には、回転走査を強制的に停止させ
る。一方、内部負荷変動に対しては、できるだけその負
荷の変動に追従させる駆動制御を行う。

Description

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 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
   することを特徴とする超音波診断装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の装置において、 前記モード選択手段は、プローブ種別に応じて制御モー
   ドの選択を行うことを特徴とする超音波診断装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、 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
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、 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ことを特徴とする超音波診断装
   置。