JP7559569B2 - Ultrasound probe, ultrasound diagnostic device and program - Google Patents
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Description
本発明は、超音波探触子、超音波診断装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to an ultrasound probe, an ultrasound diagnostic device, and a program.
従来、超音波を被検体内部に照射し、その反射波を受信して解析することにより被検体内部の検査を行う超音波診断装置が普及している。超音波診断装置は、被検体を非破壊、非侵襲で調べることができるので、医療目的の検査や建築構造物内部の検査、種々の用途に広く用いられている。 Conventionally, ultrasound diagnostic devices have been widely used to examine the inside of a test object by irradiating the inside of the object with ultrasound and receiving and analyzing the reflected waves. Because ultrasound diagnostic devices can examine a test object non-destructively and non-invasively, they are widely used for a variety of purposes, including medical examinations and the inspection of the inside of building structures.
超音波診断装置では、超音波探触子(プローブ)において、電圧信号と超音波振動との間で変換を行う振動子(音響素子、変換器)が複数個、所定の方向(アジマス方向、走査方向)に配列されており、これらの振動子アレイ(振動子部)が、駆動電圧の印加により超音波を出射する。そして、超音波診断装置は、超音波の反射波の入射による電圧変化を検出する振動子を時間的に変化させる(走査する)ことにより、2次元的な超音波画像データをほぼリアルタイムで取得することができる。 In an ultrasound diagnostic device, multiple transducers (acoustic elements, converters) that convert between voltage signals and ultrasonic vibrations are arranged in a specific direction (azimuth direction, scanning direction) in an ultrasound probe, and these transducer arrays (transducer sections) emit ultrasonic waves when a driving voltage is applied. The ultrasound diagnostic device can acquire two-dimensional ultrasound image data almost in real time by temporally varying (scanning) the transducers that detect voltage changes due to the incidence of reflected ultrasonic waves.
さらに、超音波の出入射面内で、これらの振動子の配列を走査方向に垂直に往復移動(揺動)させることで、3次元的な超音波画像データをほぼリアルタイムで取得する技術が存在する。このような技術を用いて3次元画像を取得することで、2次元画像では分かりづらかった検査対象の立体形状や位置関係を、ユーザーがより容易に知得できる。 Furthermore, there is technology that can acquire three-dimensional ultrasound image data in almost real time by moving (oscillating) the array of these transducers back and forth perpendicular to the scanning direction within the ultrasound incidence and exit plane. By acquiring three-dimensional images using such technology, users can more easily grasp the three-dimensional shape and positional relationships of the object of examination, which are difficult to understand from two-dimensional images.
振動子アレイを揺動させる手段としてはステッピングモーターを使用することが多い。理由はトルク過多でも定電流制御で一定速度で励磁を可変、つまり一定間隔でパルスを入力することで一定速度でステッピングモーターの軸を回すことができ、パルス単位で駆動するだけなら、正確な位置で停止できるため、位置検出部(エンコーダー)が不要になるためである。また、パルス数で角度分解能が足りない場合に1パルスを電気的に分解して駆動させるマイクロステップ駆動方式も一般的に用いられている。しかし、パルス単位ではトルクが十分あれば脱調しない、つまり位置が正確だが、マイクロステップ(電気角)のステップ単位でみると、精度が低下する。 Stepping motors are often used as a means of vibrating transducer arrays. The reason is that even with excessive torque, the excitation can be varied at a constant speed using constant current control, meaning that the stepping motor shaft can be rotated at a constant speed by inputting pulses at regular intervals, and since it can be stopped at an accurate position when driven in pulse units, a position detection unit (encoder) is not required. Also, when the number of pulses does not provide sufficient angular resolution, a microstep drive method is commonly used in which one pulse is electrically broken down and driven. However, while there is no loss of synchronism in pulse units if there is sufficient torque, meaning that the position is accurate, when viewed in microstep (electrical angle) step units, the accuracy decreases.
高速で揺動させる場合、加速も十分にできるため問題にならないが、低速(1[rpm]以下)で揺動させる場合には以下のような不具合が発生する。ここで低速としている値は加減速を必要としない最大自起動周波数に対応する揺動速度よりも十分に遅い速度(最大自起動周波数に対応する揺動速度の1/2以下)のことである。最大自起動周波数以上では、脱調やオーバーシュートの影響を避けるために台形駆動(加速、一定速、減速)で駆動させる。最大自起動周波数以下では、加速時間を設けずに最初から目標揺動速度で揺動させる。安定した超音波画像をすばやく表示させるためには揺動が不安定になる加減速の時間はなるべく短いほうがよい。ただし、低速での駆動はディテントトルク(ローターとステーターとの間で働く非励磁状態での磁気吸引力)の影響による速度変動が、目標揺動速度に対して相対的に大きいので、その影響を避けるために加減速時間が必要でも、揺動機構にギアをいれることでステッピングモーターを高速で回転させるケースもある。よって低速としている範囲は揺動機構に依存する。 When oscillating at high speed, there is no problem because there is sufficient acceleration, but when oscillating at low speed (1 rpm or less), the following problems occur. The value of low speed here means a speed that is sufficiently slower than the oscillation speed corresponding to the maximum self-starting frequency that does not require acceleration and deceleration (less than 1/2 the oscillation speed corresponding to the maximum self-starting frequency). At frequencies above the maximum self-starting frequency, the motor is driven using trapezoidal drive (acceleration, constant speed, deceleration) to avoid the effects of step-out and overshoot. At frequencies below the maximum self-starting frequency, the motor is oscillated at the target oscillation speed from the beginning without setting an acceleration time. In order to quickly display a stable ultrasound image, it is better to keep the acceleration and deceleration time, which makes the oscillation unstable, as short as possible. However, when driving at low speed, the speed fluctuation due to the effect of detent torque (magnetic attraction force in a non-excited state acting between the rotor and stator) is relatively large compared to the target oscillation speed, so in some cases, even if acceleration and deceleration time is required to avoid this effect, the stepping motor can be rotated at high speed by inserting gears into the oscillation mechanism. Therefore, the range of low speed depends on the oscillation mechanism.
低速時は加速無しで揺動を開始させるが、最大自起動周波数に対応する揺動速度よりも十分に遅い速度の場合、揺動開始時は停止していた位置によって動き出すまでの時間が変化し、この時間が低速であるほど目立ってしまう。不安定点(パルス単位の位置以外のマイクロステップ単位位置)から揺動を開始する場合、両側の安定点(パルス単位の位置)との距離に依存し、最悪逆転が発生することもある。安定点からの揺動開始時は入力ステップを送っても、すぐに動きださないため、入力ステップを基準に位置情報を形成している場合は、超音波画像が間延び又は画像更新が遅延する現象が発生する。 At low speeds, the oscillation starts without accelerating, but if the oscillation speed is sufficiently slower than the oscillation speed corresponding to the maximum automatic startup frequency, the time it takes to start moving varies depending on the position where it stopped when the oscillation started, and the slower the speed, the more noticeable this time becomes. If the oscillation starts from an unstable point (a microstep unit position other than a pulse unit position), it depends on the distance from the stable points (pulse unit positions) on both sides, and in the worst case, reversal may occur. When the oscillation starts from a stable point, even if an input step is sent, it does not start moving immediately, so if position information is formed based on the input step, the ultrasound image will be stretched or the image update will be delayed.
そこで、起動時や回転方向切替時、または減速時に駆動電流値を変更することで脱調や振動を抑制する方式の原稿搬送装置及び画像形成装置が知られている(特許文献1参照)。 Therefore, there is known a document transport device and an image forming device that suppresses step-out and vibration by changing the drive current value when starting up, switching the rotation direction, or decelerating (see Patent Document 1).
特許文献1の方式の利点は、起動時に電流値を小さくすることで安定点に引き寄せられる力(モータートルク)を弱めることでオーバーシュートや振動せずに一定揺動を開始させることができる。広く解釈すると、ステッピングモーター駆動の電流値を場面ごとに可変させることで安定した原稿搬送を実現している。また別な方法としては、エンコーダーを搭載してフィードバック制御をすることでエンコーダー値から駆動電流を可変する方法も一般的に行われている。 The advantage of the method in Patent Document 1 is that by reducing the current value at startup, the force (motor torque) that attracts the motor to a stable point is weakened, allowing the motor to start a constant oscillation without overshooting or vibration. Broadly speaking, this method achieves stable document transport by varying the current value of the stepping motor drive for each situation. Another commonly used method is to mount an encoder and use feedback control to vary the drive current from the encoder value.
駆動電流を上げると発熱も大きくなるため、特に超音波探触子のコネクターに駆動回路(ドライブ回路)を内蔵するタイプでは発熱により人が触れる超音波探触子のコネクター表面の温度が上昇してしまう。そのため、駆動電流は定常速度回転時も低く抑えられており、特許文献1のように、起動時にこれ以上電流を下げると駆動トルクが足りずに回転できず、脱調してしまう。特許文献1では起動時に電流値を小さくすることで安定点に引き寄せられる力(モータートルク)を弱めるとあるが、ディテントトルク(ローターとステーターとの間で働く非励磁状態での磁気吸引力)は通電していなくても発生する力で、この影響を回避するには逆に電流値を上げる必要がある。さらに特許文献1では、マイクロステップ駆動を採用することで安定点に引き寄せられる力の影響を回避できるとあるが、低速度ではこの影響による速度変動がマイクロステップ駆動でも相対的に目立ってしまう。 Increasing the drive current also increases heat generation, and in particular in types where the drive circuit is built into the ultrasonic probe connector, the heat generation causes the temperature of the surface of the ultrasonic probe connector that people touch to rise. For this reason, the drive current is kept low even during steady-speed rotation, and as in Patent Document 1, if the current is reduced any further at startup, the drive torque will be insufficient and the motor will not rotate, resulting in loss of synchronization. Patent Document 1 states that the force (motor torque) that attracts the motor to the stable point is weakened by reducing the current value at startup, but detent torque (magnetic attraction force in a non-excited state that works between the rotor and stator) is a force that occurs even when no current is flowing, and in order to avoid this effect, it is necessary to increase the current value instead. Furthermore, Patent Document 1 states that the effect of the force that attracts the motor to the stable point can be avoided by adopting microstep drive, but at low speeds, the speed fluctuations caused by this effect are relatively noticeable even with microstep drive.
また、エンコーダーを搭載し、フィードバック制御することで駆動電流を可変する構成でも同様の課題が生じる。また、フィードバック制御を実現するためには精度の高いエンコーダーが必要となり、ステッピングモーターを採用するメリットが半減してしまう。 The same problem occurs when an encoder is installed and the drive current is varied by feedback control. Also, a highly accurate encoder is required to achieve feedback control, which halves the benefits of using a stepping motor.
本発明の課題は、発熱を抑えつつ振動子部を適切に揺動開始することである。 The objective of the present invention is to properly initiate oscillation of the vibrator section while suppressing heat generation.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明の超音波探触子は、
超音波を送受信する振動子部と、
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記揺動機構部を駆動する駆動回路部と、
前記振動子部の揺動の開始から所定のタイミングまで前記揺動機構部のマイクロステップの周波数の周期を目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する揺動制御部と、を備え、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、最大自起動周波数に対応する周期より大きい周期である。
In order to solve the above problems, the ultrasonic probe of the present invention according to claim 1 comprises:
A transducer unit for transmitting and receiving ultrasonic waves;
an oscillation mechanism for oscillating the oscillator unit by microstep drive;
A drive circuit unit that drives the swing mechanism unit;
a swing control unit that sets a period of a microstep frequency of the swing mechanism unit to a period smaller than a period corresponding to a target swing speed from the start of swing of the vibrator unit until a predetermined timing, and sets the period of the microstep to a period corresponding to the target swing speed after the predetermined timing to control the drive circuit unit ,
The period smaller than the period corresponding to the target rocking speed is greater than the period corresponding to the maximum self-starting frequency .
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超音波探触子において、
前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部を備え、
前記所定のタイミングは、前記検出された前記振動子部の位置情報が前記揺動の開始から変化したタイミングである。
The invention according to
a position detection unit that detects position information of the transducer unit,
The predetermined timing is a timing at which the detected position information of the transducer portion changes from the start of the oscillation.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の超音波探触子において、
前記位置検出部は、磁気式のエンコーダーである。
The invention according to claim 3 provides the ultrasonic probe according to
The position detection unit is a magnetic encoder.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記揺動制御部は、前記目標揺動速度が所定速度以下であるか否かを判別し、当該所定速度以下である場合に、前記振動子部の揺動の開始から前記所定のタイミングまで前記マイクロステップの周波数を前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する。
The invention according to claim 4 provides the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 3,
The oscillation control unit determines whether the target oscillation speed is equal to or lower than a predetermined speed, and if it is equal to or lower than the predetermined speed, sets the frequency of the microsteps to a period smaller than the period corresponding to the target oscillation speed from the start of oscillation of the vibrator unit to the predetermined timing, and after the predetermined timing, sets the period of the microsteps to the period corresponding to the target oscillation speed to control the drive circuit unit.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、当該目標揺動速度の2倍に対応する周期である。
The invention according to claim 5 provides the ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 4 ,
The period smaller than the period corresponding to the target rocking speed is a period corresponding to twice the target rocking speed.
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の超音波探触子において、
超音波診断装置本体に接続するためのコネクター部を備え、
前記コネクター部は、前記駆動回路部及び前記揺動制御部を有する。
The invention described in claim 6 is the ultrasonic probe described in any one of claims 1 to 5 ,
A connector for connecting to the ultrasound diagnostic device body is provided.
The connector portion includes the drive circuit portion and the swing control portion.
請求項7に記載の発明の超音波診断装置は、
請求項1から6のいずれか一項に記載の超音波探触子と、
前記超音波探触子で得られた受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する画像生成部を有する超音波診断装置本体と、を備える。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the seventh aspect of the present invention comprises:
An ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6 ;
and an ultrasonic diagnostic device body having an image generating unit that generates ultrasonic image data based on the reception signal obtained by the ultrasonic probe.
請求項8に記載の発明の超音波診断装置は、
超音波を送受信する振動子部と、
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、を備える超音波探触子と、
前記揺動機構部を駆動する駆動回路部と、
前記超音波探触子で得られた受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する画像生成部と、
前記振動子部の揺動の開始から所定のタイミングまで前記揺動機構部のマイクロステップの周波数の周期を目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する揺動制御部と、を備え、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、最大自起動周波数に対応する周期より大きい周期である。
The ultrasonic diagnostic apparatus according to the eighth aspect of the present invention comprises:
A transducer unit for transmitting and receiving ultrasonic waves;
an ultrasonic probe including a swing mechanism that swings the transducer unit by microstep drive;
A drive circuit unit that drives the swing mechanism unit;
an image generating unit that generates ultrasound image data based on a reception signal obtained by the ultrasound probe;
a swing control unit that sets a period of a microstep frequency of the swing mechanism unit to a period smaller than a period corresponding to a target swing speed from the start of swing of the vibrator unit until a predetermined timing, and sets the period of the microstep to a period corresponding to the target swing speed after the predetermined timing to control the drive circuit unit ,
The period smaller than the period corresponding to the target rocking speed is greater than the period corresponding to the maximum self-starting frequency .
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、
前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部を備え、
前記所定のタイミングは、前記検出された前記振動子部の位置情報が前記揺動の開始か
ら変化したタイミングである。
The invention according to claim 9 provides the ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 8 ,
The ultrasonic probe includes:
a position detection unit that detects position information of the transducer unit,
The predetermined timing is a timing at which the detected position information of the transducer portion changes from the start of the oscillation.
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の超音波診断装置において、
前記位置検出部は、磁気式のエンコーダーである。
The invention according to claim 10 provides the ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9 ,
The position detection unit is a magnetic encoder.
請求項11に記載の発明は、請求項8から10のいずれか一項に記載の超音波診断装置において、
前記揺動制御部は、前記目標揺動速度が所定速度以下であるか否かを判別し、当該所定速度以下である場合に、前記振動子部の揺動の開始から前記所定のタイミングまで前記マイクロステップの周波数を前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する。
The invention according to
The oscillation control unit determines whether the target oscillation speed is equal to or lower than a predetermined speed, and if it is equal to or lower than the predetermined speed, sets the frequency of the microsteps to a period smaller than the period corresponding to the target oscillation speed from the start of oscillation of the vibrator unit to the predetermined timing, and after the predetermined timing, sets the period of the microsteps to the period corresponding to the target oscillation speed to control the drive circuit unit.
請求項12に記載の発明は、請求項8から11のいずれか一項に記載の超音波診断装置において、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、当該目標揺動速度の2倍に対応する周期である。
The invention according to
The period smaller than the period corresponding to the target rocking speed is a period corresponding to twice the target rocking speed.
請求項13に記載の発明のプログラムは、
超音波を送受信する振動子部と、
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記揺動機構部を駆動する駆動回路部と、を備える機器のコンピューターを、
前記振動子部の揺動の開始から所定のタイミングまで前記揺動機構部のマイクロステップの周波数の周期を目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する揺動制御部、
として機能させ、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、最大自起動周波数に対応する周期より大きい周期である。
The program of the invention according to
A transducer unit for transmitting and receiving ultrasonic waves;
an oscillation mechanism for oscillating the oscillator unit by microstep drive;
A drive circuit unit that drives the rocking mechanism unit.
a swing control unit that sets a period of a microstep frequency of the swing mechanism unit to a period smaller than a period corresponding to a target swing speed from the start of swing of the vibrator unit until a predetermined timing, and sets the period of the microstep to a period corresponding to the target swing speed after the predetermined timing to control the drive circuit unit;
Function as a
The period smaller than the period corresponding to the target rocking speed is greater than the period corresponding to the maximum self-starting frequency .
本発明によれば、発熱を抑えつつ振動子部を適切に揺動開始できる。 According to the present invention, the vibrator part can start to oscillate appropriately while suppressing heat generation.
添付図面を参照して本発明に係る実施の形態及び変形例を順に詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。 The following describes in detail the embodiments and modifications of the present invention with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the illustrated examples.
(実施の形態)
図1~図8を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。まず、図1~図5を参照して、本実施の形態の超音波診断装置100の装置構成を説明する。図1は、本実施の形態の超音波診断装置100の機能構成を示すブロック図である。図2(a)は、ステッピングモーター210の概略構成を示す図である。図2(b)は、マイクロステップに対するステッピングモーター210の駆動電流を示す図である。図3(a)は、ステッピングモーター210のパルス単位のステップ動作を示す図である。図3(b)は、ステッピングモーター210のマイクロステップ単位のステップ動作を示す図である。図3(c)は、ステッピングモーター210のパルス単位とマイクロステップ単位との関係を示す図である。図4は、超音波探触子本体2aの断面透視模式図である。図5は、駆動回路部24の回路図である。
(Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 8. First, the device configuration of an ultrasonic
図1に示すように、本実施の形態の超音波診断装置100は、超音波診断装置本体1と、超音波探触子2と、を備える。超音波探触子2は、超音波画像としての3次元(3D)画像を得るための揺動機構を有する超音波探触子である。超音波探触子2は、超音波診断装置本体1との制御信号やデータの送受信、及び超音波診断装置本体1からの電力供給が可能にするため、超音波診断装置本体1に接続されている。
As shown in FIG. 1, the ultrasound
超音波診断装置本体1は、制御部11、送受信部12、画像生成部としての画像処理部13、表示制御部14、表示部15、操作入力部16、記憶部17などを備える。超音波探触子2は、超音波探触子本体2aと、ケーブル2bと、コネクター部としてのコネクター2cと、を備える。超音波探触子本体2aは、超音波探触子2の本体(ヘッダ部)である。ケーブル2bは、超音波探触子本体2aとコネクター2cとの間を接続する信号線、給電線のケーブルである。コネクター2cは、超音波探触子2側のプラグのコネクターであり、超音波診断装置本体1に設けられたレセプタクルのコネクター(図示略)に電気的に接続される。超音波探触子本体2aは、揺動機構部21、位置検出部22、振動子部としての振動子アレイ23などを備える。コネクター2cは、駆動回路部24、揺動制御部25などを備える。
The ultrasound diagnostic device main body 1 includes a
制御部11は、CPU、RAM(Random Access Memory)、ROMを備え、超音波診断装置100の全体動作を制御する。CPUは、超音波診断装置100の各部を制御する。RAMは、各種情報を書き込み及び読み出し可能に一時的に記憶する揮発性のメモリーである。ROMは、各種情報及びプログラムが読み出し可能に記憶された不揮発性のメモリーである。より具体的には、制御部11は、CPUにより、ROMに記憶された各種プログラムから指定されたプログラムを読み出してRAMに展開し、展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行する。
The
例えば、制御部11は、送受信部12、画像処理部13を制御し、処理対象の画像データの撮像位置などの画像生成用の各種制御情報を出力して超音波画像データ生成の処理を行わせる。また、制御部11は、揺動制御部25に基づいて揺動機構部21における振動子アレイ23の位置情報として、揺動制御部25(後述する駆動位置処理部253)から入力されるマイクロステップ数から換算された位置情報を取得し、この位置情報を超音波画像データ生成に利用することができる。
For example, the
送受信部12は、制御部11の制御に基づいて、振動子アレイ23における各振動子(音響素子)を走査させ、順次所望の振動子に超音波を発生、出射(送信)させる駆動信号を生成して振動子アレイ23に出力するとともに、超音波が患者などの被検体で反射され当該振動子に入射した(受信)超音波(エコー)に係る電気信号を取得する。送受信部12は、例えば、振動子ごとに超音波を送受信するタイミングを調整、遅延させたりするといった各種処理を行う。また、送受信部12は、受信した信号を増幅して所定のサンプリング周波数でデジタル変換し、また、振動子ごとに所望のタイミングずつ遅延させて整相加算し音線データを生成する処理などを行う。
Under the control of the
画像処理部13は、制御部11の制御に基づいて、送受信部12から取得された音線データに基づいて診断用の超音波画像データを生成する処理を行う。画像処理部13で生成される超音波画像データには、表示部15にほぼリアルタイムで表示させるライブのB(Brightness)モード画像データやその一連の動画データが含まれ、特に、3次元のBモード画像生成用の超音波探触子2を用いて取得された3次元構造に係る超音波画像データ(3次元のBモード画像データ)が含まれる。3次元のBモード画像データの生成には、制御部11から取得された超音波探触子2の振動子アレイ23の位置データが利用される。
The
表示制御部14は、制御部11の制御に基づいて、画像処理部13から出力された超音波画像データの座標変換などを行って画像信号を生成し、当該画像信号により表示部15の超音波画像を表示させる。
Based on the control of the
表示部15は、LCD(Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro-Luminescent)ディスプレイ、無機ELディスプレイ、プラズマディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイといった種々の表示方式のうち、何れかを用いた表示画面とその駆動部を備える。表示部15は、制御部11から出力された表示情報や、表示制御部14で生成された超音波画像データの画像信号に従って表示画面(各表示画素)の駆動信号を生成し、表示画面上に超音波診断に係るメニュー、ステータスや、受信された超音波に基づく計測データの表示を行う。また、一又は複数のランプ(LED(Light Emitting Diode)ランプなど)が設けられて、点灯状態により電源のオンオフなどの表示を行わせる構成としてもよい。
The
操作入力部16は、押しボタンスイッチ、キーボード、マウス、若しくはトラックボール、又はこれらの組み合わせなどの操作デバイスであり、超音波診断装置100のユーザーである医師や検査技師などの操作入力を受け付ける。ユーザーの操作入力を受け付けて当該操作入力に応じた操作信号を制御部11に出力する。あるいは、操作入力部16は、上述の構成に加えて又は代えて表示部15の表示画面に設けられたタッチセンサー(タッチパネル)を備え、表示部15の表示画面に対するタッチ動作を検出して動作種別を位置に係る操作信号を出力してもよい。
The
これらの操作入力部16や表示部15は、超音波診断装置本体1の筐体に一体となって設けられたものであってもよいし、RGBケーブル、USB(Universal Serial Bus)ケーブルやHDMI(High-Definition Multimedia Interface)(登録商標)ケーブルなどを介して外部に取り付けられるものであってもよい。また、超音波診断装置本体1には、操作入力端子や表示出力端子のみが設けられ、これらの端子に従来の操作用及び表示用の周辺機器を接続して利用するものであってもよい。
The
記憶部17は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)などで構成され、超音波画像データなどの各種情報を読み出し及び書き込み可能に記憶する。記憶部17には、特に、揺動情報が記憶されるものとする。揺動情報は、振動子アレイ23の揺動範囲(揺動開始位置、揺動終了位置)、目標揺動速度V1、揺動周期C1など、揺動に関する情報を含む。
The
揺動機構部21は、図2(a)に示すステッピングモーター210と、ステッピングモーター210の回転を揺動に変換する機構と、を備え、揺動制御部25からの駆動信号により駆動回路部24を介してステップ駆動されて、振動子アレイ23を揺動させる。ステッピングモーター210は、ステップ駆動として、パルス駆動(例えば、7.2度単位)に加えてマイクロステップ駆動が可能なものである。マイクロステップ駆動は、マイクロステップ(のパルス)に応じた角度間隔で設けられたステッピングモーター210のコイルに流す励磁電流の位相(電流位相)に応じた角度位置へ、例えば、パルスを更に160分割した0.045度単位のマイクロステップで、ローターをCW(ClockWise:時計回り)方向(正転方向)又はCCW(CounterClockWise:反時計回り)方向(逆転方向)(角度位置の変化方向)に回転(ステップ動作)させる。ただし、本実施の形態では、ステッピングモーター210は、マイクロステップ方式での駆動(マイクロステップ駆動)のみ行われるものとする。
The
図2(a)に、揺動機構部21が有するステッピングモーター210の構造の一例を示す。ステッピングモーター210は、ローター211と、2つのコイル(ステーター)212A,212Bと、を有する。コイル212A,212Bは、電気角が互いに90°ずれるように配置される。このため、コイル212A,212Bのローター211に対する磁界の方向も、ローター211の中心角について電気角が互いに90度ずれている。図2(a)では、コイル212AをA相側、コイル212BをB相側として図示している。
Figure 2(a) shows an example of the structure of the stepping
ローター211は、例えば永久磁石などの磁石を有し、コイル212A,212Bからの磁界に応じた位置で安定するように回転可能に構成される。図2(b)に示すように、一定電流値を、互いに90度位相の異なる交流電流としての、コイル212Aへの駆動電流(A相駆動電流;図上実線)と、コイル212Bへの駆動電流(B相駆動電流;図上破線)とに分解してコイル212A,212Bに供給することで、その電流位相によりローター211が回転する。また、特定の電流位相のタイミングで電流位相の変化を停止することで、その時の電流位相に応じた位置にローター211を停止することができる。このような構成により、図3(a)に示すように、1つのパルスのA相駆動電流及びB相駆動電流をステーターとしてのコイル212A,212Bに入力することにより、コイル212A,212Bとローター211とが引っ張り合い、ローター211が1パルス単位でステップ動作される。
The
また、図3(c)に、ステッピングモーター210のパルスと、ステッピングモーター210のマイクロステップと、マイクロステップ時の駆動信号の波形(駆動波形)と、を示す。図3(c)のステッピングモーター210のパルス単位のステップに示した矢印により、ステッピングモーター210は、図3(a)に示すパルス単位で移動される。また、図3(c)のステッピングモーター210のマイクロステップに示した矢印により、ステッピングモーター210は、図3(b)に示すマイクロステップ単位で移動される。
Figure 3(c) shows the pulses of the stepping
このように、ステッピングモーター210のパルス間を細分化した任意の数のマイクロステップのA相駆動電流及びB相駆動電流をコイル212A,212Bに入力することにより、図3(b)に示すように、ローター211が当該数のマイクロステップ単位でステップ動作される。よって、パルス単位よりも分解能が高いマイクロステップ単位でステッピングモーター210の回転が制御可能である。
In this way, by inputting an A-phase drive current and a B-phase drive current of an arbitrary number of microsteps obtained by dividing the pulses of the stepping
図3(a)に示すように、ローター211とコイル212A,212Bとが対向している位置は、磁気的にお互いに正面どうしで引っ張り合うため非常に安定しており、安定点と呼ぶ。これに対し、マイクロステップ駆動により、図3(b)のようなローター211とコイル212A,212Bとが対向していない位置で停止させた場合、駆動トルクが十分あれば問題ないが、両側の安定点に引っ張られるため、当該位置を不安定点と呼ぶ。
As shown in Figure 3(a), the position where
ステッピングモーター210においてマイクロステップ駆動すると、駆動トルクが変化する揺動開始時に影響がある。不安定点に停止していて、その位置が安定点に距離が近いと、揺動開始時の駆動トルクが変化した瞬間に安定点に引っ張られたり、また安定点に停止していて揺動開始した場合には安定点から抜け出せず、動き出すまでに時間がかかったりする現象が発生する。
When the stepping
図1に戻り、位置検出部22は、相対的な回転角度がわかるロータリエンコーダーと、絶対的な固定位置がわかるリミッターと、を有する。ロータリエンコーダーは、回転の機械的変化を電気信号に変換し、この信号をエンコーダー値として出力する。ロータリエンコーダーの機械的変化をとらえる方式としては光学式や磁気式などがある。位置検出部22は、固定位置をリミッターから取得し、その固定位置を基準に、ロータリエンコーダーから取得したエンコーダー値をカウントし振動子アレイ23の回転角度に換算することで振動子アレイ23の現在位置がわかる。本実施の形態では、位置検出部22のロータリエンコーダーに、安価な磁気式を採用しており、その位置情報を超音波画像生成のための位置情報として採用することはできない。
Returning to FIG. 1, the
例えば、パルスステップが7.2度のステッピングモーター210を使った場合、ステッピングモーター210の1回転(360度)で、エンコーダー値は、40×360/7.2=2000カウント(0.18度単位)となり、マイクロステップ数は、160×360/7.2=8000カウント(0.045度単位)となる。このため、分解能の高さは、パルス<エンコーダー値<マイクロステップ、となるが、精度の高さは、ロータリエンコーダーに安価な磁気式を採用した場合は、エンコーダー値<マイクロステップ<パルス、となる。
For example, if a stepping
振動子アレイ23は、複数の振動子(音響素子)が所定の配列方向(走査方向、アジマス方向)に一次元配列されて固定されたものであり図示しない生体などの被検体内に対して超音波(送信超音波)を送信するとともに、この被検体内で反射した超音波の反射波(反射超音波:エコー)を受信する。振動子アレイ23は、揺動機構部21の回転動作に応じて当該配列方向に直交する方向に所定の角度範囲内で揺動に係る回転動作を行い、超音波の出射及び入射に係る揺動位置(指向方向)を変化させる。振動子は、圧電素子と、当該圧電素子の変形方向両端に設けられた電極配線と、を有する。各振動子は、送受信部12からの駆動信号に応じた電圧が電極間に印加されることで圧電素子が変形して超音波を発生して設定された指向方向に出射し、また、当該指向方向からの超音波の入射に応じて変形して入射強度に応じた電気信号を電極配線に出力する。
The
ここで、図4を参照して、振動子アレイ23を有する超音波探触子本体2aの構成を説明する。超音波探触子本体2aは、ウインドウ201を含む筐体202内に、振動子アレイ部230、支持回転部203、オイル205などを有する。ウインドウ201は、超音波を透過する材料からなる。振動子アレイ部230は、振動子アレイ23、電極、バッキング材などを有する。振動子アレイ23(振動子アレイ部230)は、フレキシブルケーブル231を通して、またケーブル2b、コネクター2cを介して送受信部12との間で信号を伝達している。支持回転部203は、振動子アレイ部230を支持するとともに、回転軸204を中心として回転する。回転軸204が表示の面内で回転することで、振動子アレイ23の各振動子は、図内で揺動位置、即ち、振動子アレイ23の指向方向が上向きから左右に振れることになる。
Now, referring to FIG. 4, the configuration of the
振動子アレイ23は、ウインドウ201を含む筐体202の中に、振動子アレイ部230の一部として収められており、筐体202内はオイル205が充填されている。回転軸204は、揺動制御部25による駆動回路部24の制御に応じて、揺動機構部21のステッピングモーター210を介して回転される。
The
図5に示すように、駆動回路部24は、A相駆動回路240Aと、B相駆動回路240Bと、を有する。A相駆動回路240Aは、電流検知部241A、差動アンプ242A、電力増幅アンプ243A,244A、+電源245A、-電源246A、反転回路247Aを有する。B相駆動回路240BもA相駆動回路240Aとほぼ同様の構成を有するため、図示および説明を省略する。
As shown in FIG. 5, the
制御部11から振動子アレイ23の揺動が揺動制御部25に対して指示されると、揺動制御部25は、揺動指示に対応するステッピングモーター210の回転角(電気角)に基づいて、A相駆動回路240Aに対するA相位相データ(正弦波データ)と、A相位相データに対して90度の位相差を有するB相位相データ(正弦波データ)と、を生成する。揺動制御部25は、生成したA相位相データ及びB相位相データに基づいて、A相電流指令値及びB相電流指令値をそれぞれ生成する。揺動制御部25は、生成したA相電流指令値をA相駆動回路240Aに、B相電流指令値をB相駆動回路240Bに、それぞれ出力する。以下では、A相電流指令値が入力されたA相駆動回路240Aの動作について説明する。
When the
差動アンプ242Aは、揺動制御部25から入力されたA相電流指令値と、電流検知部241Aが検知した、ステッピングモーター210のA相側のコイル212Aを流れる電流値(を増幅した値)と、の差分を検出する。
The
電力増幅アンプ243A,244Aは、入力された電流を増幅するアナログアンプである。差動アンプ242Aと電力増幅アンプ243Aとでリニアアンプ(例えばAB級アンプ)が構成される。電力増幅アンプ243Aの出力端子は、例えばオペアンプの反転回路247Aを介して電力増幅アンプ243A,244Aの入力端子に接続される。反転回路247Aと電力増幅アンプ244Aとでリニアアンプ(例えばAB級アンプ)が構成される。+電源245Aは、電力増幅アンプ243A,244Aに正電源の電圧を供給する。-電源246Aは、電力増幅アンプ243A,244Aに負電源の電圧を供給する。
The
電力増幅アンプ243Aの出力端子は、コイル212Aの+側の端子に接続される。電力増幅アンプ244Aの出力端子は、コイル212Aの-側の端子に接続される。差動アンプ242Aの出力電圧が0になるように動作することで、コイル212Aに出力する電流が一定となる。同様にして、B相駆動回路240Bは、コイル212Bに電流を出力する。
The output terminal of the
本実施の形態において、コイル212Aへ流すA相電流のA相電流指令値はあらかじめ設定されているものとする。A相電流指令値を位置検出部22(ロータリーエンコーダー)から現在値の時間的変化を読み取り、A相電流指令値を変化させる速度フィードバック制御は、本実施の形態では実施していない。A相電流指令値は、発熱をなるべく抑えるために脱調しない程度に設定する。コイル212Bへ流すB相電流のB相電流指令値も、A相電流指令値と同様である。
In this embodiment, the A-phase current command value of the A-phase current to be passed through
揺動制御部25は、例えばCPU、RAM、ROMなどの電子回路であり、駆動回路部24を制御する。この電子回路は、MPU(Micro Processing Unit)としてもよい。揺動制御部25は、CPUにより、ROMに記憶された各種プログラムから指定されたプログラムを読み出してRAMに展開し、展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行する。特に、揺動制御部25のROMには、後述する振動子アレイ揺動処理を実行するための振動子アレイ揺動プログラムが記憶されているものとする。
The
揺動制御部25は、揺動駆動制御部251、制御切替部252、駆動位置処理部253を有する。揺動駆動制御部251は、揺動機構部21の動作に係るデータに基づいて、振動子アレイ23を所望の揺動位置に移動させるための駆動信号を適切なタイミングで駆動回路部24に出力する。制御切替部252は、位置検出部22で検出された振動子アレイ23の位置情報が変化したか否かを検出する。
The
駆動位置処理部253は、制御部11から与えられたマイクロステップ数から振動子アレイ23の位置情報に換算し、制御部11に振動子アレイ23の位置情報を出力する。あらかじめマイクロステップ数から角度に換算してそのまま位置情報としてもよいが、実際には揺動機構部21の構造に依存した誤差が発生する。要因は大きく2つあり、そのひとつは、低速では影響ないが高速では入力したマイクロステップ数に対して実際の位置は構造のモーメントにより遅れが発生する。もうひとつは、振動子アレイ23の回転方向としてのCW方向とCCW方向とでバックラッシの影響でマイクロステップ数から換算した現在位置と本当の現在位置とでオフセットが発生する。これらの影響はあらかじめ測定することで既知であるため、駆動位置処理部253において補正を行う。
The drive
超音波診断装置100が備える各部について、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能は、集積回路などのハードウェア回路として実現することができる。集積回路とは、例えばLSI(Large Scale Integration)であり、LSIは集積度の違いにより、IC(Integrated Circuit)、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよいし、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)やLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。また、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能をソフトウェアにより実行するようにしてもよい。この場合、このソフトウェアは一つ又はそれ以上のROMなどの記憶媒体、光ディスク、又はハードディスクなどに記憶されており、このソフトウェアが演算処理器により実行される。
For each part of the ultrasound
つぎに、図6~図8を参照して、超音波診断装置100の動作を説明する。図6は、振動子アレイ揺動処理を示すフローチャートである。図7は、揺動開始時に目標揺動速度V1の2倍に対応する周期に設定した場合の、位置検出部22のエンコーダー値、マイクロステップ出力及び実際の揺動速度を示す図である。図8は、揺動開始時に最大自起動周波数に相当する揺動速度に設定した場合の、位置検出部22のエンコーダー値、マイクロステップ出力及び実際の揺動速度を示す図である。
Next, the operation of the ultrasound
図6を参照して、超音波診断装置100で実行される振動子アレイ揺動処理を説明する。振動子アレイ揺動処理は、3次元Bモード画像データを生成し表示する3次元超音波画像表示処理において、超音波探触子2の振動子アレイ23を揺動する処理である。3次元超音波画像表示処理として、制御部11は、揺動制御部25を制御して、振動子アレイ23を揺動しつつ、送受信部12、画像処理部13を制御して、処理対象の画像データの撮像位置などの画像生成用の各種制御情報を出力して3次元超音波画像データ(3次元Bモード画像データ)を生成させ、表示制御部14を制御して、生成された3次元超音波画像データを表示部15に表示させる。
The transducer array oscillation process executed by the ultrasound
超音波診断装置100において、例えば、3次元超音波画像表示処理が実行され、制御部11から振動子アレイ揺動処理の実行指示が入力されたことをトリガーとして、揺動制御部25は、揺動制御部25のROMに記憶された振動子アレイ揺動プログラムに従い、振動子アレイ揺動処理を実行する。
In the ultrasound
あらかじめ、制御部11は、操作入力部16を介する医師、技師などのユーザーからの3次元超音波画像表示処理における振動子アレイ23の揺動に関する揺動情報の設定入力を受け付け、設定された揺動情報(揺動開始位置、揺動終了位置、目標揺動速度V1、揺動周期C1)を記憶部17に記憶するものとする。ここで、揺動情報の揺動開始位置を、振動子アレイ23の揺動範囲の一端側の端部位置(例えば図4の左端)とし、揺動情報の揺動終了位置を、振動子アレイ23の揺動範囲の他端側の端部位置(例えば図4の右端)とする。
The
図6に示すように、まず、揺動制御部25は、制御部11を介して揺動情報を記憶部17から読み出し、目標揺動速度V1から駆動回路部24に出力するマイクロステップの周期を算出する(ステップS10)。
As shown in FIG. 6, first, the
そして、揺動制御部25は、ステップS10で読み出された目標揺動速度V1が、あらかじめ設定された揺動速度が低速であるか否かの閾値としての所定速度V0以下であるか否かを判別する(ステップS11)。所定速度V0は、例えば、最大自起動周波数に対応する揺動速度よりも十分遅い揺動速度(最大自起動周波数に対応する揺動速度の1/2以下)であり、ここでは1[rpm]であるものとする。本実施の形態では、後述するように、目標揺動速度V1の低速時の揺動においてマイクロステップ出力の周期を下げる処理がなされる。
Then, the
目標揺動速度V1が所定速度V0以下で低速である場合(ステップS11;YES)、揺動制御部25は、揺動駆動制御部251により、揺動機構部21のステッピングモーター210をマイクロステップ駆動し、位置検出部22で検出される振動子アレイ23の位置情報を用いて、振動子アレイ23を、ステップS10で読み出した揺動情報の揺動開始位置に移動する(ステップS12)。
If the target rocking speed V1 is a low speed equal to or lower than the predetermined speed V0 (step S11; YES), the rocking
そして、揺動制御部25は、振動子アレイ23の揺動方向を設定する(ステップS13)。最初にステップS13が実行される場合には、ステップS12の揺動開始位置から揺動方向がCCW方向に設定され、その後にステップS13が実行される場合には、直前の揺動方向と逆方向の揺動方向に設定される。そして、揺動制御部25は、揺動駆動制御部251により、揺動機構部21のステッピングモーター210をステップS13で設定した揺動方向にマイクロステップ駆動するためのマイクロステップ出力の周期を目標揺動速度V1の2倍に対応する周期に設定する(ステップS14)。
Then, the
この目標揺動速度V1の周期よりもどれくらい小さい周期に設定すればよいかは、揺動機構の慣性や、使用するステッピングモーター210のディテントトルク(ローターとステーターとの間で働く非励磁状態での磁気吸引力)に依存する。ディテントトルクが大きいステッピングモーター210を使用する場合は周期をより小さく設定する。周期を小さく設定しすぎると脱調やオーバーシュートが発生するので超音波画像をみて、影響が出ない程度に設定する。本実施の形態では、設定する周期として、例えば、目標揺動速度V1の2倍に対応する周期が適切であるとする。2倍であればビットシフトで対応できるため、乗算を行うよりも高速かつ演算負荷も軽くなるため揺動制御部25に好都合である。
How much smaller the period should be set than the period of the target rocking speed V1 depends on the inertia of the rocking mechanism and the detent torque (magnetic attraction force in a non-excited state acting between the rotor and stator) of the stepping
そして、揺動制御部25は、現在の振動子アレイ23の位置に対応するエンコーダー値を位置検出部22から取得開始する(ステップS15)。そして、揺動制御部25は、揺動駆動制御部251により、ステップS13で設定された揺動方向で、ステップS14で設定された目標揺動速度V1の2倍に対応する周期のマイクロステップを出力するように駆動回路部24を制御して、振動子アレイ23を揺動終了位置(目標位置)に向けて揺動開始する(ステップS16)。
Then, the
そして、揺動制御部25は、制御切替部252により、揺動開始より位置検出部22から取得中の現在のエンコーダー値が変化したか否かを監視して判別する(ステップS17)。現在のエンコーダー値が変化していない場合(ステップS17;NO)、ステップS17に移行される。現在のエンコーダー値が変化していない場合(ステップS17;YES)、揺動制御部25は、マイクロステップ出力の周期を、ステップS10で算出された目標揺動速度V1に対応する周期に設定し、設定したマイクロステップ出力の周期に応じて、揺動駆動制御部251による揺動制御を続ける(ステップS18)。
Then, the
そして、揺動制御部25は、揺動駆動制御部251により、目標の揺動範囲分(ステップS10で読み出された揺動開始位置から揺動終了位置までの揺動範囲分)のマイクロステップ数の出力で振動子アレイ23を停止するよう制御する(ステップS19)。この揺動において、位置検出部22のエンコーダー値は用いられず、駆動位置処理部253は、マイクロステップの出力に応じて換算した振動子アレイ23の位置情報を制御部11に出力する。
Then, the
そして、揺動制御部25は、ステップS16の揺動開始から、ステップS10で読み出された揺動周期C1が経過したか否かを判別する(ステップS20)。揺動周期C1が経過していない場合(ステップS20;NO)、ステップS20に移行される。揺動周期C1が経過した場合(ステップS20;YES)、ステップS13に移行される。このステップS13に移行された場合に、その後のステップS13~S20で、直前の揺動方向とは逆方向に設定され、同様の手順で振動子アレイ23の揺動が行われる。この逆方向の揺動において、揺動開始位置は、直前の揺動で用いた揺動終了位置が用いられ、揺動終了位置は、直前の揺動で用いた揺動開始位置が用いられる。これらの揺動が、繰り返される。
Then, the
目標揺動速度V1が所定速度V0より大きく高速である場合(ステップS11;NO)、揺動制御部25は、揺動駆動制御部251により、駆動回路部24を制御して、通常の揺動処理を行う(ステップS21)。通常の揺動処理は、例えば、揺動駆動制御部251により、振動子アレイ23を揺動開始位置に移動し、ステップS10で読み出された揺動情報を用いて、一方の揺動方向に揺動開始位置から揺動終了位置まで目標揺動速度V1に対応する周期を設定して駆動回路部24を目標の揺動範囲分のマイクロステップ数の駆動し、同様にして逆の揺動方向に目標揺動速度V1に対応する周期を設定してマイクロステップ駆動し、これらを繰り返す処理である。
If the target rocking speed V1 is greater than the predetermined speed V0 (step S11; NO), the rocking
ついで、図7、図8を参照して、振動子アレイ揺動処理の動作の具体例を説明する。図7に示すように、超音波診断装置100の揺動制御部25により、振動子アレイ揺動処理が実行され、ステップS16において、時刻t1で振動子アレイ23の揺動が開始されるものとする。ステップS14でマイクロステップ出力の周期が目標揺動速度V1の2倍に対応する周期に設定されているので、当該周期の揺動制御により、振動子アレイ23が加速され、実際の振動子アレイ23の揺動速度が上昇していく。そして、ステップS17において、時刻t2で位置検出部22のエンコーダー値が0から正の値に変化する。すると、ステップS18において、マイクロステップ出力の周期が目標揺動速度V1に対応する周期に設定され、時刻t2後に実際の振動子アレイ23の揺動速度がおおよそ目標揺動速度V1となって、振動子アレイ23が揺動される。なお、時刻t2後、揺動方向が逆方向にされる(ステップS20;YES)までは、エンコーダー値は、揺動の制御に用いられない。
7 and 8, a specific example of the operation of the transducer array oscillation process will be described. As shown in FIG. 7, the
これに対し、図8に示すように、超音波診断装置100の揺動制御部25により、振動子アレイ揺動処理が実行され、ステップS14でマイクロステップ出力の周期が目標揺動速度V1の2倍よりも過度に大きい速度(ここでは、例えば最大自起動周波数に相当する揺動速度)に対応する周期に設定されている場合を考える。ステップS16において、時刻t1で振動子アレイ23の揺動が開始され、振動子アレイ23が加速され、実際の振動子アレイ23の揺動速度が上昇していく。しかし、マイクロステップ出力の周期が小さすぎて揺動速度が速くなりすぎ、ステップS17において、時刻t2で位置検出部22のエンコーダー値が0から正の値に変化し、ステップS18でマイクロステップ出力の周期が目標揺動速度V1に対応する周期に設定されるが、直前の揺動速度による慣性が働いて、時刻t2付近で実際の振動子アレイ23の揺動速度が目標揺動速度V1を一時的に大きく超えるオーバーシュートが発生する。また、マイクロステップ出力の周期が、最大自起動周波数に相当する揺動速度以上に対応する周期に設定された場合、最悪脱調してしまう。より正確には、マイクロステップ出力の周波数を、低い値から高くしていき、最大自起動周波数に近くなるとオーバーシュートが発生し始める。時刻t1から時刻t2までの揺動の目的は、安定点の影響から抜け出すことであり、このオーバーシュートが超音波画像に悪影響を与えるのでエンコーダー値変化検知前のマイクロステップ出力の周期をむやみに小さくすることはできない。このため、ステップS14でマイクロステップ出力の周期を、最大自起動周波数(に相当する揺動速度)に対応する周期より大きい周期であって、目標揺動速度V1の2倍に対応する周期に設定した。
8, the
以上、本実施の形態によれば、超音波探触子2は、超音波を送受信する振動子アレイ23と、振動子アレイ23をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部21と、揺動機構部21を駆動する駆動回路部24と、振動子アレイ23の揺動の開始から所定のタイミングまで揺動機構部21のマイクロステップの周波数を目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、所定のタイミング後にマイクロステップの周期を目標揺動速度に対応する周期に設定して駆動回路部24を制御する揺動制御部25と、を備える。超音波診断装置100は、超音波探触子2と、超音波探触子2で得られた受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する画像処理部13と、を備える。
As described above, according to this embodiment, the
このため、揺動機構部21の駆動電流を上げず、振動子アレイ23をフィードバック制御しないので揺動機構部21及び駆動回路部24の発熱を抑えることができつつ、振動子アレイ23の位置を正確にするように適切に揺動開始でき、超音波画像の両端(揺動開始位置付近の端部)が間延びする現象を避け、揺動開始時間を短縮して3次元画像などの超音波画像のリアルタイム性をあげることができる。
As a result, the drive current of the
また、超音波探触子2は、振動子アレイ23の位置情報を検出する位置検出部22を備える。前記所定のタイミングは、位置検出部22により検出された振動子アレイ23の位置情報が揺動の開始から変化したタイミングである。このため、位置検出部22を用いて、揺動開始時の揺動機構部21のステッピングモーター210の回転開始検知に利用することで、揺動の開始から振動子アレイ23を目標揺動速度V1まで適切に回転でき、適切なタイミングで通常のマイクロステップ駆動の揺動に切り替えることができる。さらに、振動子アレイ23をフィードバック制御しないため、駆動電流の振幅を変化させることがない。よって発熱に影響なく、適切に揺動開始できる。
The
また、位置検出部22は、磁気式の(ロータリ)エンコーダーである。このため、位置検出部22に安価なエンコーダーを用いるので、超音波探触子2、超音波診断装置100を安価にできるとともに、精度がよくない磁気式のエンコーダーを用いても、位置検出部22を位置情報の変化の検出のみに用いるので、振動子アレイ23を適切に揺動開始できる。
The
また、揺動制御部25は、目標揺動速度V1が所定速度V0以下であるか否かを判別し、所定速度V0以下である場合に、振動子アレイの揺動の開始から所定のタイミング(位置検出部22の位置情報の変化のタイミング)までマイクロステップの周波数を目標揺動速度V1に対応する周期より小さい周期に設定し、所定のタイミング後にマイクロステップの周期を目標揺動速度V1に対応する周期に設定して駆動回路部24を制御する。このため、目標揺動速度V1が所定速度V0以下の低速時に、発熱を抑えつつ振動子アレイ23の位置を適切に揺動開始できるとともに、目標揺動速度V1が所定速度V0より大きい高速時に、通常のマイクロステップ駆動の揺動に切り替えできる。
The
また、目標揺動速度V1に対応する周期より小さい周期は、最大自起動周波数に対応する周期より大きい周期である。さらに、目標揺動速度V1に対応する周期より小さい周期は、目標揺動速度V1の2倍に対応する周期である。駆動波形の振幅は大きくせず、周期のみ変更しているので、発熱を抑えつつ振動子アレイ23の位置を適切に揺動開始できるとともに、実際の振動子アレイ23の揺動速度が目標揺動速度V1を一時的に大きく超えるオーバーシュートの発生を低減できる。
Furthermore, a period smaller than the period corresponding to the target rocking speed V1 is a period larger than the period corresponding to the maximum self-start frequency. Furthermore, a period smaller than the period corresponding to the target rocking speed V1 is a period corresponding to twice the target rocking speed V1. Since the amplitude of the drive waveform is not increased and only the period is changed, the position of the
また、超音波探触子2は、超音波診断装置本体1に接続するためのコネクター2cを備える。コネクター2cは、駆動回路部24及び揺動制御部25を備える。このため、超音波探触子本体2aが駆動回路部24及び揺動制御部25を含まないので、超音波探触子本体2aの大きさを小さくできるとともに、超音波探触子本体2aの発熱を低減して検査時などに把持するユーザーや当てられる被検体が熱く感じることややけどを防ぐことができる。さらに、駆動回路部24及び揺動制御部25の発熱も低減でき、コネクター2cの発熱を低減するので、接続時などに把持するユーザーが熱く感じたりやけどを防ぐことができる。なお、駆動回路部24及び揺動制御部25を超音波探触子本体2aに格納する構成としてもよい。
The
(変形例)
図9を参照して、上記実施の形態の変形例を説明する。図9は、本変形例の超音波診断装置100Dの機能構成を示すブロック図である。
(Modification)
A modification of the above embodiment will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a block diagram showing the functional configuration of an ultrasound
上記実施の形態では、駆動回路部24及び揺動制御部25が、超音波探触子2のコネクター2c内に設けられる構成であった。本変形例では、駆動回路部及び揺動制御部が、超音波診断装置本体内に設けられる構成とする。なお、本変形例の装置構成において、上記実施の形態の超音波診断装置100と同様の部分には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
In the above embodiment, the
図9に示すように、本変形例の超音波診断装置100Dは、超音波診断装置本体1Dと、超音波探触子2Dと、を備える。超音波診断装置本体1Dは、制御部11D、送受信部12、画像処理部13、表示制御部14、表示部15、操作入力部16、記憶部17、駆動回路部18などを備える。制御部11Dは、上記実施の形態の制御部11と同様であるが、さらに上記実施の形態の揺動制御部25と同様の機能を有し、揺動駆動制御部251、制御切替部252、駆動位置処理部253とそれぞれ同様の、揺動駆動制御部111、制御切替部112、駆動位置処理部113としても機能する。駆動回路部18は、上記実施の形態の駆動回路部24と同様である。
As shown in FIG. 9, the ultrasound
超音波探触子2Dは、超音波探触子本体2aと、ケーブル2bと、コネクター2dと、を備える。コネクター2dは、第1の実施の形態のコネクター2cから駆動回路部24及び揺動制御部25を除いた構成を有する。
The
以上、本変形例によれば、超音波診断装置100Dは、超音波を送受信する振動子アレイ23と、振動子アレイ23をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部21と、を備える超音波探触子2Dと、揺動機構部21を駆動する駆動回路部18と、超音波探触子2Dで得られた受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する画像処理部13と、振動子アレイ23の揺動の開始から所定のタイミングまで揺動機構部21のマイクロステップの周波数を目標揺動速度V1に対応する周期より小さい周期に設定し、所定のタイミング後にマイクロステップの周期を目標揺動速度V1に対応する周期に設定して駆動回路部18を制御する制御部11Dと、を備える。このため、上記実施の形態の超音波診断装置100の効果と同様の効果を奏するとともに、超音波探触子2Dが駆動回路部18及び制御部11Dを有しないので、超音波探触子2Dの発熱をさらに低減できる。
As described above, according to this modification, the ultrasound
以上の説明では、本発明に係るプログラムのコンピューター読み取り可能な媒体としてROMを使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピューター読み取り可能な媒体として、フラッシュメモリーなどの不揮発性メモリー、CD-ROMなどの可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリア波(搬送波)も本発明に適用される。 In the above explanation, an example has been disclosed in which a ROM is used as a computer-readable medium for the program according to the present invention, but this is not limiting. As other computer-readable media, non-volatile memory such as a flash memory, and portable recording media such as a CD-ROM can be applied. In addition, a carrier wave can also be applied to the present invention as a medium for providing data for the program according to the present invention via a communication line.
なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係る好適な超音波探触子、超音波診断装置及びプログラムの一例であり、これに限定されるものではない。 The above-described embodiments and modifications are merely examples of suitable ultrasound probes, ultrasound diagnostic devices, and programs according to the present invention, and are not intended to be limiting.
また、以上の実施の形態及び変形例における超音波診断装置100,100Dを構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
Furthermore, the detailed configurations and detailed operations of the components constituting the ultrasound
100,100D 超音波診断装置
1,1D 超音波診断装置本体
11,11D 制御部
111 揺動駆動制御部
112 制御切替部
113 駆動位置処理部
12 送受信部
13 画像処理部
14 表示制御部
15 表示部
16 操作入力部
17 記憶部
18 駆動回路部
2,2D 超音波探触子
201 ウインドウ
202 筐体
203 支持回転部
204 回転軸
205 オイル
21 揺動機構部
210 ステッピングモーター
211 ローター
212A,212B コイル
22 位置検出部
23 振動子アレイ
230 振動子アレイ部
231 フレキシブルケーブル
2b ケーブル
2c,2d コネクター
24 駆動回路部
240A A相駆動回路
241A 電流検知部
242A 差動アンプ
243A,244A 電力増幅アンプ
245A +電源
246A -電源
247A 反転回路
240B B相駆動回路
25 揺動制御部
251 揺動駆動制御部
252 制御切替部
253 駆動位置処理部
100, 100D Ultrasonic
Claims (13)
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記揺動機構部を駆動する駆動回路部と、
前記振動子部の揺動の開始から所定のタイミングまで前記揺動機構部のマイクロステップの周波数の周期を目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する揺動制御部と、を備え、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、最大自起動周波数に対応する周期より大きい周期である超音波探触子。 A transducer unit for transmitting and receiving ultrasonic waves;
an oscillation mechanism for oscillating the oscillator unit by microstep drive;
A drive circuit unit that drives the swing mechanism unit;
a swing control unit that sets a period of a microstep frequency of the swing mechanism unit to a period smaller than a period corresponding to a target swing speed from the start of swing of the vibrator unit until a predetermined timing, and sets the period of the microstep to a period corresponding to the target swing speed after the predetermined timing to control the drive circuit unit ,
An ultrasonic probe , wherein the period smaller than the period corresponding to the target oscillation speed is larger than the period corresponding to the maximum self-starting frequency .
前記所定のタイミングは、前記検出された前記振動子部の位置情報が前記揺動の開始から変化したタイミングである請求項1に記載の超音波探触子。 a position detection unit that detects position information of the transducer unit,
2. The ultrasonic probe according to claim 1, wherein the predetermined timing is a timing at which the detected position information of the transducer portion changes from the start of the oscillation.
前記コネクター部は、前記駆動回路部及び前記揺動制御部を有する請求項1から5のいずれか一項に記載の超音波探触子。 A connector for connecting to the ultrasound diagnostic device body is provided.
The ultrasonic probe according to claim 1 , wherein the connector portion includes the drive circuit portion and the swing control portion.
前記超音波探触子で得られた受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する画像生成部を有する超音波診断装置本体と、を備える超音波診断装置。 An ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6 ;
an ultrasonic diagnostic device main body having an image generating unit that generates ultrasonic image data based on a reception signal obtained by the ultrasonic probe.
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、を備える超音波探触子と、
前記揺動機構部を駆動する駆動回路部と、
前記超音波探触子で得られた受信信号に基づいて、超音波画像データを生成する画像生成部と、
前記振動子部の揺動の開始から所定のタイミングまで前記揺動機構部のマイクロステップの周波数の周期を目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する揺動制御部と、を備え、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、最大自起動周波数に対応する周期より大きい周期である超音波診断装置。 A transducer unit for transmitting and receiving ultrasonic waves;
an ultrasonic probe including a swing mechanism that swings the transducer unit by microstep drive;
A drive circuit unit that drives the swing mechanism unit;
an image generating unit that generates ultrasound image data based on a reception signal obtained by the ultrasound probe;
a swing control unit that sets a period of a microstep frequency of the swing mechanism unit to a period smaller than a period corresponding to a target swing speed from the start of swing of the vibrator unit until a predetermined timing, and sets the period of the microstep to a period corresponding to the target swing speed after the predetermined timing to control the drive circuit unit ,
An ultrasonic diagnostic apparatus , wherein the period smaller than the period corresponding to the target rocking speed is larger than the period corresponding to the maximum self-starting frequency .
前記振動子部の位置情報を検出する位置検出部を備え、
前記所定のタイミングは、前記検出された前記振動子部の位置情報が前記揺動の開始から変化したタイミングである請求項8に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic probe includes:
a position detection unit that detects position information of the transducer unit,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 8 , wherein the predetermined timing is a timing at which the detected position information of the transducer portion changes from the start of the oscillation.
前記振動子部をマイクロステップ駆動で揺動する揺動機構部と、
前記揺動機構部を駆動する駆動回路部と、を備える機器のコンピューターを、
前記振動子部の揺動の開始から所定のタイミングまで前記揺動機構部のマイクロステップの周波数の周期を目標揺動速度に対応する周期より小さい周期に設定し、当該所定のタイミング後に当該マイクロステップの周期を当該目標揺動速度に対応する周期に設定して前記駆動回路部を制御する揺動制御部、
として機能させ、
前記目標揺動速度に対応する周期より小さい周期は、最大自起動周波数に対応する周期より大きい周期であるプログラム。 A transducer unit for transmitting and receiving ultrasonic waves;
an oscillation mechanism for oscillating the oscillator unit by microstep drive;
A drive circuit unit that drives the rocking mechanism unit.
a swing control unit that sets a period of a microstep frequency of the swing mechanism unit to a period smaller than a period corresponding to a target swing speed from the start of swing of the vibrator unit until a predetermined timing, and sets the period of the microstep to a period corresponding to the target swing speed after the predetermined timing to control the drive circuit unit;
Function as a
A program in which the period smaller than the period corresponding to the target rocking speed is larger than the period corresponding to the maximum self-starting frequency .
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004082482A1 (en) | 2003-03-20 | 2004-09-30 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Ultrasonic probe and ultrasonographic device |
JP2008142329A (en) | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Toshiba Corp | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus |
JP2010098885A (en) | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Olympus Imaging Corp | Method and apparatus for driving step motor, and camera |
JP2015002609A (en) | 2013-06-14 | 2015-01-05 | キヤノン株式会社 | Drive control device and drive control method |
JP2016016038A (en) | 2014-07-07 | 2016-02-01 | コニカミノルタ株式会社 | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic probe |
US20160135785A1 (en) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Samsung Medison Co., Ltd. | Ultrasound probe and method of controlling the same |
CN110051382A (en) | 2019-03-21 | 2019-07-26 | 深圳开立生物医疗科技股份有限公司 | Method for controlling stepping motor, storage medium and the ultrasonic probe of ultrasonic probe |
-
2021
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004082482A1 (en) | 2003-03-20 | 2004-09-30 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Ultrasonic probe and ultrasonographic device |
JP2008142329A (en) | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Toshiba Corp | Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus |
JP2010098885A (en) | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Olympus Imaging Corp | Method and apparatus for driving step motor, and camera |
JP2015002609A (en) | 2013-06-14 | 2015-01-05 | キヤノン株式会社 | Drive control device and drive control method |
JP2016016038A (en) | 2014-07-07 | 2016-02-01 | コニカミノルタ株式会社 | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic probe |
US20160135785A1 (en) | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Samsung Medison Co., Ltd. | Ultrasound probe and method of controlling the same |
CN110051382A (en) | 2019-03-21 | 2019-07-26 | 深圳开立生物医疗科技股份有限公司 | Method for controlling stepping motor, storage medium and the ultrasonic probe of ultrasonic probe |
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