| 【発明の名称】 |
超音波プローブの制御装置及びそれを用いた超音波診断装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】長谷川 幸久
|
| 【要約】 |
【課題】超音波プローブの径小化を保持しながら、超音波振動子の回転位置決めを確実に行なう。
【解決手段】超音波振動子７をモータ１２によりワイヤ１３を介して回転させるようにし、コンピュータ２１は、超音波振動子７の回転位置を検出するエンコーダ１０からのパルス信号Ｐａ，Ｐｂに基づいて超音波振動子７が目標位置になったことを検出したときに駆動回路２５にストップ信号Ｓｃを与えてモータ１２に対する駆動電圧の印加を停止するように制御する。この場合、コンピュータ２１は、モータ１２の起動時にスタートされる図示しない起動時用タイマーが設定値になったときに前記モータ１２の駆動電圧を下げるように制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 診断対象に挿入される超音波振動子を備え、この超音波振動子を回転させて複数の超音波画像を得る超音波プローブにおいて、前記超音波振動子を回転させるモータと、このモータに駆動電圧或いは電流を印加するための駆動回路と、前記超音波振動子の回転位置を検出するエンコーダと、起動時用タイマーと、前記モータの起動時にスタート信号を前記駆動回路に与えてモータに駆動電圧或いは電流を印加させるとともに前記起動時用タイマーをスタートさせ、その起動時用タイマーが設定値になったときに前記モータに印加するの駆動電圧或いは電流を下げ、前記エンコーダからの回転位置検出信号に基づいて前記超音波振動子が目標位置になったことを検出したときに前記駆動回路にストップ信号を与えてモータに対する駆動電圧或いは電流の印加を停止するように制御する制御手段とを具備してなることを特徴とする超音波プローブの制御装置。
【請求項２】 運転時用タイマーを備え、制御手段は、モータが起動せず且つ前記起動時用タイマーが設定値となったきに前記運転時用タイマーをスタートさせ、前記運転時用タイマーが所定値になる毎にモータに印加する駆動電圧或いは電流を上げるように制御することを特徴とする請求項１記載の超音波プローブの制御装置。
【請求項３】 制御手段は、モータの駆動電圧或いは電流が上限値に達した後はそれ以上上げないようになっていることを特徴とする請求項２記載の超音波プローブの制御装置。
【請求項４】 制御手段は、モータの駆動電圧或いは電流が上限値に達したときには表示手段に表示させるようになっていることを特徴とする請求項３記載の超音波プローブの制御装置。
【請求項５】 制御手段は、超音波振動子が目標位置に停止しなかったときにはモータの駆動電圧或いは電流を下げて再駆動させるようになっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波プローブの制御装置。
【請求項６】 診断対象に挿入される超音波振動子を備え、この超音波振動子を回転させて複数の超音波画像を得る超音波プローブにおいて、前記超音波振動子を回転させるモータと、このモータに駆動電圧或いは電流を印加するための駆動回路と、前記超音波振動子の回転位置を検出するエンコーダと、前記モータの起動時にスタート信号を前記駆動回路に与えてモータに駆動電圧或いは電流を印加させ、前記エンコーダからの回転位置検出信号に基づいて前記超音波振動子が目標位置になったことを検出したときに前記駆動回路にストップ信号を与えてモータに対する駆動電圧或いは電流の印加を停止するように制御する制御手段とを具備してなり、前記制御手段は、ストップ信号を出力した時点からモータが実際に停止した時点までの超音波振動子の移動距離を記憶手段に記憶させ、超音波振動子の後の回転駆動時には目標位置より前記記憶された移動距離だけ前でストップ信号を出力するようになっていることを特徴とする超音波プローブの制御装置。
【請求項７】 超音波振動子の回転角度を調節する角度調節機構を備え、制御手段は、その角度調節機構による調節角度に応じてモータの初期の駆動電圧或いは電流を設定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の超音波プローブの制御装置。
【請求項８】 制御手段は、超音波振動子が目標位置に停止したときにはモータの電圧指令値或いは電流指令値を初期の駆動電圧或いは電流となるように設定することを特徴とする請求項７記載の超音波プローブの制御装置。
【請求項９】 エンコーダは、２相，９０度位相の信号を生じるように構成され、制御手段は、その信号の組合わせに絶対位置を割当てるようになっていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の超音波プローブの制御装置。
【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波プローブの制御装置と、前記超音波プローブにより得られた超音波画像を処理する画像処理装置とを有する超音波診断装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子が発する超音波によって診断対象の断面画像データを得る超音波プローブの制御装置及びそれを用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、医療用の超音波プローブは、超音波振動子を設けた先端部を被診断者の体内に挿入して診断対象の診断部付近に配置し、超音波振動子より超音波を放射し、診断部によって反射さた反射波を超音波振動子により受信し、その受信された反射波のデータが診断装置に送信されてデータ処理されることにより診断部の断面画像が得られるようになっており、更に、超音波振動子を回転させることによって、診断部の複数の断面画像を得ることができるようになっている。
【０００３】従来、複数の超音波画像を得るための医療用の超音波プローブとしては、特開平２−２０６４５０号公報に開示されたものがある。これは、基端部に設けられたダイアルを手動で回転操作することによりワイヤを介して超音波振動子を回転させる構成であり、超音波振動子の回転位置はダイアルの操作量で知ることができる。
【０００４】しかしながら、このような構成では、ワイヤに伸び若しくは緩みが生ずると、ダイアルの操作量に対する超音波振動子の回転量が変化するので、その回転位置を正確に知ることができない。しかも、手動のダイアル操作方式では、超音波振動子を一定間隔で停止させることは難しく、医療分野で要望の高い三次元撮影において画像データがばらついてしまうという不具合がある。
【０００５】そこで、更に従来では、特開平５−１６１６５３号公報に開示されたようにモータ駆動方式のものが登場してきた。これは、超音波プローブの基端部に設けられたモータによりトルクチューブ（フレキシブル駆動シャフト）を介して超音波振動子を回転させる構成であり、超音波振動子の回転位置はモータの回転に連動するポテンショメータによって検出するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のモータ駆動方式の構成では、比較的径大なトルクチューブを用いなければならないので、それだけ全体として径大化する問題があり、又、ポテンショメータの検出信号は周囲温度によって変化するので、超音波振動子の回転位置との間に誤差を生じる問題がある。
【０００７】本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波プローブの径小化を保持しながら、超音波振動子の回転位置決めを確実に行なうことができる超音波プローブの制御装置及びそれを用いた超音波診断装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、診断対象に挿入される超音波振動子を備え、この超音波振動子を回転させて複数の超音波画像を得る超音波プローブにおいて、前記超音波振動子を回転させるモータを設け、このモータに駆動電圧或いは電流を印加するための駆動回路を設け、前記超音波振動子の回転位置を検出するエンコーダを設け、起動時用タイマーを設け、前記モータの起動時にスタート信号を前記駆動回路に与えてモータに駆動電圧或いは電流を印加させるとともに前記起動時用タイマーをスタートさせ、その起動時用タイマーが設定値になったときに前記モータに印加する駆動電圧或いは電流を下げ、前記エンコーダからの回転位置検出信号に基づいて前記超音波振動子が目標位置になったことを検出したときに前記駆動回路にストップ信号を与えてモータに対する駆動電圧或いは電流の印加を停止するように制御する制御手段を設ける構成に特徴を有する。
【０００９】このような構成によれば、制御手段は、エンコーダからの回転位置検出信号に基づいて超音波振動子が目標位置になったことを検出したときに駆動回路にストップ信号を与えてモータに対する駆動電圧或いは電流の印加を停止するように制御するので、超音波振動子を目標位置に確実に停止させることができる。この場合、制御手段は、モータの起動時にスタートされる前記起動時用タイマーが設定値になったときに前記モータの駆動電圧或いは電流を下げるように制御するので、モータが起動するまで大きな駆動電圧或いは電流が印加されるようになって、モータの起動が円滑に行なわれ、その後は小なる駆動電圧或いは電流となって超音波振動子の目標位置からのオーバランを防止する。
【００１０】請求項２記載の発明は、運転時用タイマーを備え、制御手段を、モータが起動せず且つ前記起動時用タイマーが設定値となったきに前記運転時用タイマーをスタートさせ、前記運転時用タイマーが所定値になる毎にモータに印加する駆動電圧或いは電流を上げるように制御する構成とするところに特徴を有する。このような構成によれば、モータの起動不良を極力防止することができる。
【００１１】請求項３記載の発明は、制御手段を、モータの駆動電圧或いは電流が上限値に達した後はそれ以上上げないようにする構成とするところに特徴を有する。このような構成によれば、モータの発熱等の不具合を極力防止することができる。
【００１２】請求項４記載の発明は、制御手段を、モータの駆動電圧或いは電流が上限値に達したときには表示手段に表示させるように構成するところに特徴を有する。このような構成によれば、モータの起動不良時には操作者は表示手段を見ることにより起動不良を容易に知ることができる。
【００１３】請求項５記載の発明は、制御手段を、超音波振動子が目標位置に停止しなかったときにはモータの駆動電圧或いは電流を下げて再駆動させるように構成するところに特徴を有する。このような構成によれば、超音波振動子が目標位置に停止しなかったときにはモータは前より低い駆動電圧或いは電流で再駆動されるので、超音波振動子を目標位置により確実に停止させることができる。
【００１４】請求項６記載の発明は、診断対象に挿入される超音波振動子を備え、この超音波振動子を回転させて複数の超音波画像を得る超音波プローブにおいて、前記超音波振動子を回転させるモータを設け、このモータに駆動電圧或いは電流を印加するための駆動回路を設け、前記超音波振動子の回転位置を検出するエンコーダを設け、前記モータの起動時にスタート信号を前記駆動回路に与えてモータに駆動電圧ああ類は電流を印加させ、前記エンコーダからの回転位置検出信号に基づいて前記超音波振動子が目標位置になったことを検出したときに前記駆動回路にストップ信号を与えてモータに対する駆動電圧或いは電流の印加を停止するように制御する制御手段を設け、前記制御手段を、ストップ信号を出力した時点からモータが実際に停止した時点までの超音波振動子の移動距離を記憶手段に記憶させ、超音波振動子の後の回転駆動時には目標位置より前記記憶された移動距離だけ前でストップ信号を出力するように構成するところに特徴を有する。
【００１５】このような構成によれば、モータの駆動回路は、超音波振動子が前回において目標位置からオーバランした移動距離の分だけ前でストップ信号が与えられてモータへの駆動電圧或いは電流の印加を停止するので、超音波振動子を目標位置に一層確実に停止させることができる。
【００１６】請求項７記載の発明は、超音波振動子の回転角度を調節する角度調節機構を備え、制御手段を、その角度調節機構による調節角度に応じてモータの初期の駆動電圧或いは電流を設定するように構成するところに特徴を有する。このような構成によれば、超音波振動子がどのような角度に調節されていても、モータを確実に起動させることができる。
【００１７】請求項８記載の発明は、制御手段を、超音波振動子が目標位置に停止したときにはモータの電圧指令値或いは電流指令値を初期の駆動電圧或いは電流となるように設定するように構成するところに特徴を有する。このような構成によれば、モータの次の起動を円滑に行なわせることができる。
【００１８】請求項９記載の発明は、エンコーダを、２相，９０度位相の信号を生じるように構成し、制御手段を、その信号の組合わせに絶対位置を割当てるように構成するところに特徴を有する。このような構成によれば、制御手段は、エンコーダからの信号を１つづつカウント処理する必要がなく、カウント処理が容易になるものである。
【００１９】請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の超音波プローブの制御装置を設け、前記超音波プローブにより得られた超音波画像を処理する画像処理装置を設ける構成に特徴を有する。このような構成によれば、対象の画像データを正確に得ることが可能となるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につき、図面を参照して説明する。超音波プローブ及び超音波診断装置の全体の構成を示す図２において、超音波プローブ１は、被診断者の体内に挿入される先端部２，操作者たる診断者によって操作される操作部３及び両者を接続する挿入管４によって構成されている。そして、この挿入管４は、適度な可撓性を有している。操作部３には、正逆方向に回転可能な操作ダイアル３ａが設けられている。
【００２１】図２及び図３に示すように、先端部２は、本体ケース５と基体ケース６とからなり、その本体ケース５の内部には、円筒形の超音波振動子（以下、振動子と称す）７が軸７ａを中心に回転可能に取付けられている。振動子７は、その円筒形の枠体上面部に電気的に走査される多数の圧電素子を配置して構成されている。その多数の圧電素子は、超音波を発振して送信（放射）し、また、送信した超音波が診断対象に反射することにより得られる反射波を受信するものである。圧電素子が配置されている枠体の上部には、ガラスや樹脂などの誘電体からなる音響窓８が取付けられており、振動子７は、外部に対して密閉されている。又、音響窓８と振動子７との間の空間は、エチレングリコールとグリセリンとの混合液や、ひまし油からなる音響媒体９によって満たされている。
【００２２】振動子７の軸７ａには、エンコーダ１０が取付けられており、このエンコーダ１０は、回転されると、その回転方向に応じて、図４に示すように、回転位置検出信号としてＡ，Ｂ相の２相で９０度位相のパルス信号Ｐａ，Ｐｂを出力するようになっている。
【００２３】そして、超音波プローブ１の基体ケース６内には、角度調節機構１１が配設されており、その軸１１ａは、本体ケース５の側壁５ａに連結されていて、振動子７の角度の調節を行なうようになっている。
【００２４】図１に示すように、超音波プローブ１の操作部３の内部には、減速機１２ａ付きのモータ（ステッピングモータ，ブラシレスモータ、直流モータ及び交流モータのいずれでもよいが、ここでは、直流モータとする。）１２が配設されており、その減速機１２ａと前記振動子７との間には挿入管４を通したワイヤ１３が掛け渡されていて、モータ１２の正回転及び逆回転によりワイヤ１３を介して振動子７を正回転及び逆回転させるようになっている。又、操作部３の内部には、操作ダイアル３ａの回転操作量を検出するポテンショメータ１４が配設されており、そのポテンショメータ１４の軸１４ａと前記角度調節機構１１との間には挿入管４を通したワイヤ１５が掛け渡されていて、操作ダイヤル３ａの回転操作量に応じて角度調節機構１１を駆動し、以て、本体ケース５の角度即ち振動子７の角度を調節するようになっている。
【００２５】振動子７は、各圧電素子に対する複数（図示は１本のみ）の信号線１６によって、挿入管４及び操作部３を介して画像処理装置１７に接続されている。又、エンコーダ１０も、信号線１８によって同様に画像処理装置１７に接続されている。更に、操作部３のモータ１２及びポテンショメータ１４と画像処理装置１７とは、電源線１９及び信号線２０によって同様に接続されている。尚、先端部２及び操作部３の各構成部分に対する必要な電源は、画像処理装置１７から供給されるようになっている。
【００２６】図１は、超音波プローブ１及び画像処理装置１７の電気的構成をも、機能別のブロック図として示すものである。画像処理装置１７は、制御手段たるコンピュータ２１を主体として構成されたもので、そのコンピュータ２１は、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２３を備え、更に、図示はしないが、起動時用タイマーたるタイマー１，運転時用タイマーたるタイマー２及びカウンタ等を備えている。そして、コンピュータ２１は、その出力端子及び入力端子が振動子７の入力端子及び主力端子に接続されており、振動子７との間で送信信号（駆動信号）Ｓｓ及び受信信号Ｓｒの授受を行なうようになっている。又、コンピュータ２１は、その入力端子がエンコーダ１０の出力端子に接続されていて、エンコーダ１０からのＡ，Ｂ相のパルス信号Ｐａ，Ｐｂを受けるようになっている。更に、コンピュータ２１は、その入力端子がポテンショメータ１４の出力端子に接続されていて、操作ダイヤル３ａの回転操作に応じた角度信号Ｓａが与えられるようになっている。
【００２７】電圧変更手段たる電圧変更回路２４において、その入力端子は直流電源電圧Ｖｄが印加された電源端子２４ａに接続され、出力端子は駆動回路２５の入力端子に接続されており、制御端子はコンピュータ２１の出力端子に接続されている。又、駆動回路２５において、その出力端子はモータ１２の入力端子に接続され、制御端子はコンピューｔ２１の出力端子に接続されている。この場合、電圧変更回路２４は、コンピュータ２１から与えられる電圧指令値Ｖｓに応じた電圧を直流電源電圧Ｖｄを基に生成して駆動回路２５に与えるようになっており、駆動回路２５は、コンピュータ２１からスタート信号Ｓｂが与えられると電圧変更回路２４からの電圧を駆動電圧としてモータ１２に印加するようになっている。
【００２８】尚、上述したエンコーダ１０，角度調節機構１１，モータ１２，ポテンショメータ１４，コンピュータ２１，電圧変更回路２４及び駆動回路２５は、本発明でいうところの制御装置を構成するようになっている。
【００２９】そして、コンピュータ２１において、多数の出力端子はキーボード２６（図２参照）のキースイッチ群２６ａを介してアースされており、このキースイッチ群２６ａは、スタートキースイッチ，ストップキースイッチ，所望の目標位置を設定するためのモードキースイッチ，その他の機能キースイッチから構成されている。更に、コンピュータ２１において、複数の出力端子はディスプレイ２７に接続され、一つの出力端子は表示手段たる故障表示用ＬＥＤ２８を介してアースされている。
【００３０】次に、本実施例の作用につき、図４乃至図７をも参照して説明する。先ず、超音波診断装置１７に電源を投入すると、コンピュータ２１が動作を開始（図７の「スタート」）する。ここで、超音波プローブ１の振動子７が初期状態（原位置）にあるとした場合、超音波プローブ１の先端部２が図示しない診断対象たる被診断者の体内に挿入される。そこで、診断者が操作部３の操作ダイアル３ａを原位置から例えば正回転方向に操作すると、操作部３のポテンショメータ１４が正回転の角度信号Ｓａを出力してコンピュータ２１に与える。又、操作ダイアル３ａの回転にともなう軸１４ａの回転によりワイヤ１５を介して角度調節機構１１の軸１１ａが正回転され、先端部２の本体ケース５とともに振動子７が例えば矢印Ｘ方向（図２参照）に回転する。そして、操作ダイアル１３ａの周囲の目盛りを見ることにより振動子７の角度が所望の角度となったときに操作ダイアル３ａの操作を停止する。尚、振動子７を矢印Ｘ方向とは反対方向の角度に回転させる場合には、操作ダイアル３ａを逆回転させればよい。
【００３１】更に、診断者がキースイッチ群２６ａの内の所望の回転位置（目標位置）に対応するモードキースイッチを選択オン操作した上で、スタートキースイッチをオン操作すると、コンピュータ２１は次のような動作を行なう。以下、図７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３２】図７（ａ）はメインルーチンを示すものであり、コンピュータ２１は、動作を開始（「スタート」）すると、「初期化」の処理ステップＳ１となって所定の初期化動作を行ない、次の「初期電圧設定」の処理ステップＳ２に移行する。そして、コンピュータ２１は、この処理ステップＳ２では、ポテンショメータ１４からの角度信号Ｓａから振動子７の角度を判定してこの角度に応じてモータ１２の初期の駆動電圧の電圧指令値ＶｓたるＶｓｂの設定を行ない、「スタート？」の判断ステップＳ３に移行する。コンピュータ２１は、この判断ステップＳ３では、キースイッチ群２６ａの内のスタートキーがオンされたか否かを判断するもので、「ＮＯ」のときにはこの判断ステップＳ３を繰返すようになる。
【００３３】コンピュータ２１は、前述したように、スタートキースイッチがオンされたときには、判断ステップＳ３で「ＹＥＳ」と判断して「タイマー１、モータ等スタート」の処理ステップＳ４に移行し、ここでは、電圧変更回路２４に処理ステップＳ２で設定した初期の駆動電圧の電圧指令値Ｖｓｂを与えて、その電圧変更回路２４の出力電圧を初期の駆動電圧にするとともに、駆動回路２５に正回転指令信号を含むスタート信号Ｓｂを与えて駆動回路２５を動作させる（図６時刻ｔ0）。これにより、駆動回路２５は、上記初期の駆動電圧をモータ１２に印加するようになり、モータ１２が動作を開始する（起動する）。更に、コンピュータ２１は、図示しないタイマー１の設定値たる設定時間Ｔ１の計時動作をスタートさせる。
【００３４】以下においては、図６のタイムチャートをも参照して説明するが、この図６は超音波プローブ１の極端な制御例を示したもので、現実には余り例を見ないものと考えられるが、図７のフローチャートを最大に活用した例でもある。
【００３５】その後、コンピュータ２１は、「タイマー１終了？」の判断ステップＳ５に移行して、ここでは、タイマー１が設定時間Ｔ１の計時動作を終了したか否かを判断するもので、当初は「ＮＯ」と判断して「モータが動作？」の判断ステップＳ７に移行する。この制御例では、モータ１２の起動不良を想定しており、従って、コンピュータ２１は、この判断ステップＳ７では「ＮＯ」と判断して判断ステップＳ５と同様の判断ステップＳ８に移行する。これにより、コンピュータ２１は、この判断ステップＳ８では、「ＮＯ」と判断して判断ステップＳ７に戻るようになる。以下、コンピュータ２１は、判断ステップＳ７及びＳ８を繰返すようになる。
【００３６】タイマー１が設定時間Ｔ１の計時動作を終了すると、コンピュータ２１には割込みがかかって、コンピュータ２１は、図７（ｂ）に示す「タイマー１終了」の割込みルーチンに移行する。この割込みルーチンでは、コンピュータ２１は、先ず、「電圧を下げる」の処理ステップ１０１となって、電圧指令値Ｖｓを初期の電圧指令値Ｖｓｂよりも低い電圧指令値Ｖｓａに設定して電圧変更回路２４に与える。これにより、電圧変更回路２４は、電圧指令値Ｖｓａに対応した低い駆動電圧を出力して駆動回路２５を介してモータ１２に印加するようになる（図６時刻ｔ1 ）。
【００３７】コンピュータ２１は、次に、「タイマー１ストップ」の処理ステップ１０２でタイマー１の計時動作を停止させた後、「タイマー２スタート」の処理ステップＳ１０３に移行し、ここでは、タイマー２に所定値たる所定時間Ｔ２（例えば０．２秒）の計時動作を開始させ、そして、図７（ａ）に示すメインルーチンに戻るようになる（「リターン」）。コンピュータ２１は、メインルーチンに戻って判断ステップＳ８になると、ここで「ＹＥＳ」と判断して「タイマー２終了？」の判断ステップＳ９に移行し、更に、ここで「ＮＯ」と判断すると、判断ステップＳ７に戻るようになる。
【００３８】モータ１２が起動不良のときには、コンピュータ２１は、判断ステップＳ７では常に「ＮＯ」と判断するので、タイマー２が所定時間Ｔ２の計時動作を終了するまでは判断ステップＳ７，Ｓ８及びＳ９を繰返す。そして、タイマー２が計時動作を終了すると、コンピュータ２１は、判断ステップＳ９で「ＹＥＳ」と判断して「電圧上限値？」の判断ステップＳ１０に移行する。この場合、モータ１２に対する印加電圧には上限値が設定されており、コンピュータ２１は、電圧指令値Ｖｓから駆動電圧が上限値になったか否かを判断し、「ＮＯ」のときには「電圧を上げる」の処理ステップＳ１１に移行する。コンピュータ２１は、この処理ステップＳ１１では、電圧指令値ＶｓをＶｓａより一定値だけ上げたものとし、これにより、電圧変更回路２４はモータ１２に対する駆動電圧を一定電圧（例えば０．２ボルト）だけ上げる（図６時刻ｔ2 ）。
【００３９】その後、コンピュータ２１は、判断ステップＳ５に戻って、ここで「ＹＥＳ」と判断して「タイマー２スタート」の処理ステップＳ６に移行する。コンピュータ２１は、この処理ステップＳ６では、タイマー２の設定時間Ｔ２の計時動作を再び開始させるようになり、そして、判断ステップＳ７となる。モータ１２が起動不良のときには、コンピュータ２１は、判断ステップＳ７で「ＮＯ」と判断して判断ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，処理ステップＳ１１，判断ステップＳ５，処理ステップＳ６及び判断ステップＳ７のルーチンを繰返すようになる。従って、コンピュータ２１は、所定時間Ｔ２の経過毎に速度指令値Ｖｓを一定値だけ順次上げるようになり、モータ２１に対する印加電圧は順次一定電圧（例えば０．２ボルト）だけ上がるようになる。
【００４０】そして、モータ１２がある印加電圧になったときに起動したとすると（図６時刻ｔ3 ）、コンピュータ２１は、判断ステップＳ７に移行したときに「ＹＥＳ」と判断して「モータ制御」の処理ステップＳ１２に移行する。尚、コンピュータ２１は、モータ１２の起動をエンコーダ１０からのパルス信号Ｐａ，Ｐｂの変化によって判断するようになっている。
【００４１】コンピュータ２１は、処理ステップＳ１２においては、次のように動作する。モータ１２が正回転すると、ワイヤ１３を介して振動子７も原位置から正回転され、これに応じてエンコーダ１０も正回転する。これにより、エンコーダ１０は、図４に示す正回転方向の位相のパルス信号Ｐａ，Ｐｂを発生するようになり、これらのＡ，Ｂ相の２相のパルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せは、図５に示すように、「１１」，「１０」，「００」，「０１」のように変化する。尚、パルス信号Ｐａ，Ｐｂにおいて、論理信号「１」はハイレベル、論理信号「０」はローレベルを示す。そして、コンピュータ２１は、このように振動子７が正回転の場合には、パルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せが「０１」から「１１」に変化したときに図示しないカウンタをインクリメントする。
【００４２】又、モータ１２が逆回転すると、ワイヤ１３を介して振動子７も逆回転され、これに応じてエンコーダ１０も逆回転する。これにより、エンコーダ１０は、図４に示す逆回転方向の位相のパルス信号Ｐａ，Ｐｂを発生するようになり、これらのＡ，Ｂ相の２相のパルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せは、図５から明らかなように、「０１」，「００」，「１０」，「１１」のように変化する。そして、コンピュータ２１は、このように振動子７が逆回転の場合には、パルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せが「１１」から「０１」に変化したときに図示しないカウンタをデクリメントする。
【００４３】ここで、コンピュータ２１内のカウンタのカウント値は振動子７の原位置からの回転位置（回転角度）を示しており、カウント値「１」は１度である。更に、パルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せには、図５に示すように、絶対位置（絶対角度位置）が割当てられている。即ち、パルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せにおいて、「１１」は０〜０．２５度、「１０」は０．２５〜０．５度、「００」は０．５〜０．７５度、「０１」は０．７５〜１度に設定されている。従って、コンピュータ２１は、カウンタのカウント値によって１度単位の回転位置を判断でき、パルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せによって１度の１／４の精度の回転位置を判断することができるようになる。尚、振動子７が原位置から回転されるときには、必ず正回転方向となるように設定されている。
【００４４】コンピュータ２１は、処理ステップＳ１２においては、以上のようにして振動子７の回転位置を検出するようになっているが、更に、その検出した回転位置が設定された目標位置になったときには、ストップ信号Ｓｃを出力して駆動回路２５に与えるようになり、駆動回路２５は、モータ１２に対する駆動電圧の印加を停止する。これにより、モータ１２は断電されて停止するようになるが、振動子７には慣性があるので、目標位置に確実に停止するとは限らない。以下においては、振動子７が目標位置からオーバランした場合を想定する。
【００４５】コンピュータ２１は、駆動回路２５にストップ信号Ｓｃを与えると、次の「目標位置に停止？」の判断ステップＳ１３に移行し、ここでは、カウンタのカウント値及びパルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せ位置から振動子７が目標位置に停止したか否かを判断する。そして、振動子７が前述したように目標位置からオーバランしたときには、コンピュータ２１は、判断ステップＳ１３で「ＮＯ」と判断して次の「電圧を下げる」の処理ステップＳ１４に移行する。コンピュータ２１は、この処理ステップＳ１４では、電圧指令値Ｖｓをそれまでの指令値から所定値だけ下げたものとして出力して電圧変更回路２４に与えるようになる（図６時刻ｔ4 ）。これにより、電圧変更回路２４は、モータ１２に対する印加電圧をそれまでよりも所定電圧だけ下げたものとなるように変更する。その後、コンピュータ２１は、次の「モータスタート」の処理ステップＳ１５に移行し、ここでは、逆回転指令信号を含むスタート信号Ｓｂを出力して駆動回路２５に与える。
【００４６】駆動回路２５は、逆回転指令信号を含むスタート信号Ｓｂが与えられると、モータ１２に電圧変更回路２４からの電圧を駆動電圧として与えるようになり、モータ１２は、今度は逆回転して振動子７を逆回転させる、そして、コンピュータ２１は、判断ステップＳ５に戻り、ここで「ＹＥＳ」と判断して処理ステップＳ６を経て判断ステップＳ７となり、更に、ここで「ＹＥＳ」と判断して「モータ制御」の処理ステップＳ１２に戻る。コンピュータ２１は、この処理ステップＳ１２では、パルス信号Ｐａ，Ｐｂに基づいてカウンタをデクリメントするようになり、その検出した逆方向の回転位置が目標位置となったときにストップ信号Ｓｃを出力して駆動回路２５に与えるようになり、モータ１２は断電されて停止する。
【００４７】コンピュータ２１は、次に判断ステップＳ１３に移行して、振動子７が目標位置に停止したか否かを判断するが、この制御例では、振動子７が目標位置から逆方向にオーバランした場合、即ち、目標位置に対してショートした場合を想定している。そこで、コンピュータ２１は、判断ステップＳ１３で「ＮＯ」と判断して処理ステップＳ１４に移行して電圧指令値Ｖｓを更に所定値だけ下げ、処理ステップＳ１５で正回転指令信号を含むスタート信号Ｓｂを出力する。従って、モータ１２は、再び正回転する。図６においては、以下、振動子７がオーバランとショートとを繰返す例が示されている。
【００４８】このように振動子７がオーバランとショートとを繰返すと、モータ１２に対する印加電圧は所定電圧づつ下がるので、モータ１２が再起動しなくなる場合がある。その例を図６の時刻ｔ5 で示している。従って、コンピュータ２１は、判断ステップ５及び処理ステップ６を経て判断ステップＳ７になったときに「ＮＯ」と判断して判断ステップＳ７に戻るようになり、従って、前述の時刻ｔ2 以降の動作と同様の動作が実行されてモータ１２に対する印加電圧が所定時間Ｔ２が経過する毎に一定電圧だけ上がるようになる。その後の時刻ｔ6 以降の動作は、前述の時刻ｔ3 以降の動作と同様であり、振動子７がオーバランとショートとを繰返している。
【００４９】以上のようにして、振動子７が目標位置に停止した場合には（図６時刻ｔ7 ）、コンピュータ２１は、判断ステップＳ１３に移行したときに「ＹＥＳ」と判断して「終了処理」の処理ステップＳ１６に移行し、ここでは、所定の終了処理を行なうとともに、次の動作のための初期の電圧指令値Ｖｓを処理ステップＳ２で設定した電圧指令値Ｖｓｂとする。
【００５０】尚、コンピュータ２１は、前述したように判断ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，処理ステップＳ１１，判断ステップＳ５及び処理ステップＳ６のルーチンを繰返している場合において（図６時刻ｔ2 以降）、「電圧上限値？」の判断ステップＳ１０に移行したときに「ＹＥＳ」と判断すると、次の「故障表示」の処理ステップＳ１７に移行して、故障表示用ＬＥＤ２８に通電して発光させる。従って、診断者は、故障表示用ＬＥＤ２８の発光を見ることによりモータ１２の起動不良を知ることができる。
【００５１】コンピュータ２１は、その後、「故障解除？」の判断ステップＳ１９に移行して、ここでは、故障たるモータ１２の起動不良の原因が取除かれたか否かを判断し、「ＮＯ」と判断したときにはこの判断ステップＳ１９を繰返す。診断者が故障表示用ＬＥＤ２８の発光によりモータ１２の起動不良を知ってその原因を取除いたとすると、コンピュータ２１は、判断ステップＳ１９で「ＹＥＳ」と判断して「表示停止」の処理ステップＳ２０に移行し、故障表示用ＬＥＤ２８への通電を停止した後、処理ステップＳ２に戻るようになる。
【００５２】以上は超音波プローブ１の極端な制御例を示したものであるが、以下においては、通常有り得る制御例について述べる。
（１）タイマー１の設定時間Ｔ１の計時動作中、コンピュータ２１が「モータが動作？」の判断ステップＳ７及び「タイマー１終了？」の判断ステップＳ８を繰返している場合において、モータ１２が起動したときには、コンピュータ２１は判断ステップＳ７で「ＹＥＳ」と判断して「モータ制御」の処理ステップＳ１２に移行する。その後、タイマー１が設定時間Ｔ１の計時動作を終了すれば、コンピュータ２１は電圧指令値ＶｓをＶｓａにする。従って、図６時刻ｔ2 以降のような制御は行なわれない。
【００５３】（２）タイマー２の所定時間Ｔ２の計時動作中、コンピュータ２１が「モータが動作？」の判断ステップＳ７，「タイマー１終了？」の判断ステップＳ８及び「タイマー２終了？」の判断ステップＳ９を繰返している場合において、モータ１２が起動したときには、コンピュータ２１は判断ステップＳ７で「ＹＥＳ」と判断して「モータ制御」の処理ステップＳ１２に移行する。
【００５４】（３）コンピュータ２１が、「モータ制御」の処理ステップＳ１２に最初に移行してモータ１２を停止させた後に、「目標位置に停止？」の処理ステップに移行して、ここで「ＹＥＳ」と判断したときには、「終了処理」の処理ステップＳ１６になる。従って、図６時刻ｔ4 以降のような制御は行なわれない。
【００５５】以上のように、振動子７が目標位置に回転停止された後、診断者がキースイッチ群２６ａの内の診断対象部位の断面データを得るため割当てられたキースイッチを操作すると、コンピュータ２１により先端部２の振動子７に送信信号（駆動信号）Ｓｓが与えられ、振動子７は、超音波を発振して診断対象部位に放射する。その放射された超音波は、診断対象部位によって反射されて反射波となり、振動子７に受信される。振動子７に受信された反射波は、受信信号Ｓｒとして信号線１６を介してコンピュータ２１に与えられる。
【００５６】コンピュータ２１は、受信信号Ｓｒから診断対象部位の断面データを得ると、演算による画像処理を行って断面画像データを作成し、その断面画像データは、振動子７の角度データ及び回転位置（目標位置）データとともにディスプレイ２７に出力されて表示されるとともに、ＲＡＭ２３に書込まれて記憶される。診断者は、そのディスプレイ２７の断面画像データを見て、診断対象部位の診断を行うものである。また、コンピュータ２１は、適当な演算処理を行うことにより、詳細を見る必要のある部分を拡大した断面画像データを作成するなども可能である。
【００５７】さて、診断者が、診断対象部位の異なる回転位置によって示される断面を見たい場合には、キースイッチ群２６ａの内の上記異なる回転位置（目標位置）に対応するモードキースイッチを操作した上、スタートキーを操作すれば、振動子７は前述同様にして目標位置に自動的に回転停止される。そして、診断者がキースイッチ群２６ａの内の診断対象部位の断面データを得るため割当てられたキースイッチを操作すれば、断面画像データが、振動子７の角度データ及び回転位置（目標位置）データとともにディスプレイ２７に出力されて表示されるとともに、ＲＡＭ２３に書込まれて記憶される。
【００５８】このように本実施例によれば、振動子７をモータ１２によりワイヤ１３を介して回転させるようにし、コンピュータ２１によって、振動子７の回転位置を検出するエンコーダ１０からのパルス信号Ｐａ，Ｐｂに基づいて振動子７が目標位置になったことを検出したときに駆動回路２５にストップ信号Ｓｃを与えてモータ１２に対する駆動電圧の印加を停止するように制御するようにしたので、振動子７を目標位置に確実に停止させることができ、従って、超音波プローブ１の径小化を保持しながら、振動子７の回転位置決めを確実に行なうことができる。この場合、コンピュータ２１は、モータ１２の起動時にスタートされるタイマー１が設定時間Ｔ１の計時動作を終了したときに前記モータ１２の駆動電圧を下げるように制御するので、モータ１２が起動完了するまで大きな駆動電圧が印加されるようになって、モータ１２の起動が円滑に行なわれ、その後は小なる駆動電圧となって振動子７の目標位置からのオーバランを防止することができ、従って、振動子７の回転位置決めを一層確実に行なうことができる。従って、振動子７を一定間隔で停止させることが容易になり、医療分野で要望の高い三次元撮影が可能になる。
【００５９】又、本実施例によれば、コンピュータ２１は、モータ１２が起動しなかったときにはタイマー２が所定時間Ｔ２の計時動作を終了する毎にモータ１２に対する印加電圧を上げるように制御するので、モータ１２の起動不良を極力防止することができる。この場合、コンピュータ２１は、モータ１２の駆動電圧が上限値に達した後はそれ以上上げないようにするとともに、故障表示用ＬＥＤ２８を発光させるようにしたので、モータ１２の発熱等の不具合を極力防止することができとともに、モータ１２の故障たる起動不良を診断者に知らせることができる。
【００６０】更に、本実施例によれば、コンピュータ２１は、振動子７が目標位置に停止しなかったときには、モータ１２に対する駆動電圧を下げてそのモータ１２を再駆動させるようにしたので、振動子７が目標位置に停止しなかったときにはモータ１２は前より低い駆動電圧で再駆動されるようになり、従って、振動子７を目標位置により確実に停止させることができる。
【００６１】更に又、本実施例によれば、振動子７の角度を調節する角度調節機構１１を設けるようにしたものであっても、コンピュータ２１は、その角度調節機構１１による調節角度に応じてモータ１２の初期の駆動電圧Ｖｓｂを設定するようにしたので、振動子７がどのような角度に調節されていても、モータ１２を確実に起動させることができる。
【００６２】又、本実施例によれば、コンピュータ２１は振動子７が目標位置に停止したときには、モータ１２の電圧指令値Ｖｓを初期の駆動電圧となるように設定するようにしたので、振動子７が次に異なる目標位置に回転されるときに、モータ１２の起動を円滑に行なわせることができる。
【００６３】そして、本実施例によれば、エンコーダ１０として、Ａ，Ｂ相の２相，９０度位相のパルス信号Ｐａ，Ｐｂを発生するものを用い、コンピュータ２１は、そのパルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合わせに絶対位置（絶対回転位置）を割当てるようにしたので（図５参照）、コンピュータ２１は、カウンタのカウント値によって１度単位の回転位置を判断でき、パルス信号Ｐａ，Ｐｂの組合せによって１度の１／４の精度の回転位置を判断することができるようになって、エンコーダ１０からのパルス信号Ｐａ，Ｐｂを１つづつカウント処理する必要がなく、カウント処理が容易になるものである。
【００６４】尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形，拡張が可能である。モータ１２の起動時にスタート信号Ｓｂを駆動回路２５に与えてモータ１２に駆動電圧を印加させ、エンコーダ１０からのパルス信号Ｐａ，Ｐｂに基づいて振動子７が目標位置になったことを検出したときに前記駆動回路２５にストップ信号Ｓｃを与えてモータ１２に対する駆動電圧の印加を停止するように制御する制御手段たるコンピュータを設け、このコンピュータを、ストップ信号を出力した時点からモータ１２が実際に停止した時点までの振動子７の移動距離（オーバラン距離）を例えばＲＡＭのような記憶手段に記憶させ、振動子７の後の回転駆動時には目標位置より前記記憶された移動距離だけ前でストップ信号Ｓｃを出力するように構成する。
【００６５】このように構成すれば、モータ１２の駆動回路２５は、振動子７が前回において目標位置からオーバランした移動距離の分だけ前にストップ信号Ｓｃが与えられてモータ１２への駆動電圧の印加を停止するので、振動子７を目標位置に一層確実に停止させることができる。
【００６６】尚、モータの駆動は、電圧でなく、電流により行なうことも可能である。即ち、上記各実施例において、電圧指令値を電流指令値に置換え、駆動電圧を駆動電流に置換えた実施例とするものである。
【００６７】
【発明の効果】以上の記述で明らかなように、本発明は、次のような効果を奏する。請求項１記載の発明によれば、モータは、超音波振動子を回転させ、制御手段は、エンコーダからの回転位置検出信号に基づいて超音波振動子が目標位置になったことを検出したときに駆動回路にストップ信号を与えてモータに対する駆動電圧或いは電流の印加を停止するように制御するので、超音波プローブの径小化を保持しながらも、超音波振動子の回転位置決めを確実に行なうことができる。この場合、制御手段は、モータの起動時にスタートされる起動時用タイマーが設定値になったときに前記モータの駆動電圧或いは電流を下げるように制御するので、モータが起動するまで大きな駆動電圧或いは電流が印加されるようになって、モータの起動が円滑に行なわれ、その後は小なる駆動電圧或いは電流となって超音波振動子の目標位置からのオーバランを防止することができる。
【００６８】請求項２記載の発明によれば、制御手段は、モータが起動しなかったときには運転時用タイマーが所定値になる毎にモータに対する印加電圧或いは電流を上げるように制御するので、モータの起動不良を極力防止することができる。請求項３記載の発明よれば、制御手段は、モータの駆動電圧或いは電流が上限値に達した後はそれ以上上げないように制御するので、モータの発熱等野不具合を極力防止することができる。
【００６９】請求項４記載の発明よれば、制御手段は、モータの駆動電圧或いは電流が上限値に達したときには表示手段に表示させるので、モータの起動不良時には操作者は表示手段を見ることにより起動不良を容易に知ることができる。請求項５記載の発明よれば、制御手段は、超音波振動子が目標位置に停止しなかったときにはモータの駆動電圧或いは電流を下げて再駆動させるように制御するので、超音波振動子を目標位置により確実に停止させることができる。
【００７０】請求項６記載の発明よれば、制御手段は、ストップ信号を出力した時点からモータが実際に停止した時点までの超音波振動子の移動距離を記憶手段に記憶させ、超音波振動子の後の回転駆動時には目標位置より前記記憶された移動距離だけ前でストップ信号を出力するように制御するので、モータの駆動回路は、超音波振動子が前回において目標位置からオーバランした移動距離の分だけ前でストップ信号が与えられてモータへの駆動電圧或いは電流の印加を停止することになり、超音波振動子を目標位置に一層確実に停止させることができる。
【００７１】請求項７記載の発明によれば、超音波振動子の回転角度を調節する角度調節機構を備えていて、制御手段は、その角度調節機構による調節角度に応じてモータの初期の駆動電圧或いは電流を設定するように制御するので、超音波振動子がどのような角度に調節されていても、モータを確実に起動させることができる。
【００７２】請求項８記載の発明よれば、制御手段は、超音波振動子が目標位置に停止したときにはモータの電圧指令値或いは電流指令値を初期の駆動電圧或いは電流となるように設定するように制御するので、モータの次の起動を円滑に行なわせることができる。請求項９記載の発明よれば、エンコーダは、２相，９０度位相の信号を生じ、その信号の組合わせに絶対位置を割当てるようにしているので、制御手段は、エンコーダからの信号を１つづつカウント処理する必要がなく、カウント処理が容易になる。請求項１０記載の発明によれば、超音波プローブにより得られた超音波画像を処理する画像処理装置を設けるようにしたので、対象の画像データを正確に得ることが可能となる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
|
| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月２４日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 強
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−４２２２８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）２月１６日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１９８５０７ |
|