超音波プローブおよび超音波診断装置
【課題】腹壁から受ける超音波ビームの屈折の影響を低減してＢモード画像の生成と正確な音速計測の生成を行うことができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】Ｂモード画像上に関心領域Ｒが設定されると、関心領域Ｒ内に複数の格子点が設定されると共に関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐの角度が腹壁検出部１７により検出され、音速計測送信用振動子アレイ４の傾き角度が腹壁Ｐの角度とほぼ等しくなるように傾動部７が駆動され、これにより腹壁Ｐから受ける屈折の影響を低減しつつ関心領域Ｒ内の複数の格子点のそれぞれに送信焦点を形成して音速計測送信用振動子アレイ４から順次音速測定用の超音波ビームが送信される。受信信号がＢモード画像送受信用振動子アレイ３で受信され、受信回路６で生成された受信データに基づいて音速計測生成部１９で各格子点における局所音速値が演算され、音速計測が生成される。
【解決手段】Ｂモード画像上に関心領域Ｒが設定されると、関心領域Ｒ内に複数の格子点が設定されると共に関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐの角度が腹壁検出部１７により検出され、音速計測送信用振動子アレイ４の傾き角度が腹壁Ｐの角度とほぼ等しくなるように傾動部７が駆動され、これにより腹壁Ｐから受ける屈折の影響を低減しつつ関心領域Ｒ内の複数の格子点のそれぞれに送信焦点を形成して音速計測送信用振動子アレイ４から順次音速測定用の超音波ビームが送信される。受信信号がＢモード画像送受信用振動子アレイ３で受信され、受信回路６で生成された受信データに基づいて音速計測生成部１９で各格子点における局所音速値が演算され、音速計測が生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波プローブおよび超音波診断装置に係り、特に、Ｂモード画像の生成と音速の計測の双方を行うための超音波プローブおよび超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
また、近年、被検体内の診断部位をより精度よく診断するために、診断部位における音速を測定することが行われている。
例えば、特許文献１には、診断部位の周辺に複数の格子点を設定し、各格子点に対して超音波ビームを送受信することにより得られる受信データに基づいて、局所音速値の演算を行う超音波診断装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置では、超音波プローブから被検体内に向けて超音波ビームを送受信することで、診断部位における局所音速値を求めることができ、例えばＢモード画像に局所音速値の情報を重畳させて表示することが可能となる。さらに、所定の領域内の各点における局所音速値の分布を示す音速マップを生成してＢモード画像と共に表示すれば、診断部位の診断を行う上で有効なものとなる。
しかしながら、被検体内部の臓器等を覆っている腹壁付近は、脂肪の存在等に起因して他の箇所とは異なる音速を有しており、このため、超音波プローブから送信された超音波ビームが腹壁を透過する際に、腹壁に対する入射角によっては、超音波ビームが屈折して音速を正確に測定することができなくなるという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、腹壁から受ける超音波ビームの屈折の影響を低減してＢモード画像の生成と正確な音速の計測を行うことができる超音波プローブおよび超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る超音波プローブは、被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを受信する超音波プローブにおいて、Ｂモード画像用超音波ビームを送信するＢモード画像用振動子アレイと、傾動可能に設置されると共に音速計測用超音波ビームを送信する音速計測用振動子アレイと、被検体の腹壁の角度に応じて音速計測用振動子アレイを傾動させるための傾動部とを備えたものである。
【０００８】
好ましくは、Ｂモード画像用振動子アレイからＢモード画像用超音波ビームを送信させると共に音速計測用振動子アレイから音速計測用超音波ビームを送信させる送信回路と、被検体による超音波エコーに基づく受信信号を処理することでＢモード画像用受信データおよび音速計測用受信データを得る受信回路とをさらに備えている。
受信回路は、被検体による音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信したＢモード画像用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを得ることができる。
【０００９】
あるいは、受信回路は、被検体による音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信した音速計測用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを得ることもできる。
この場合、音速計測用振動子アレイが、送信用アレイと受信用アレイとを含み、受信回路は、送信用アレイから送信された音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した受信用アレイから出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを得るようにしてもよい。
さらに、受信回路が、Ｂモード画像用受信回路と、音速計測用受信回路とを含み、送信用アレイから送信された音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した受信用アレイから出力される受信信号を音速計測用受信回路で処理することで音速計測用受信データを得るように構成することもできる。
【００１０】
この発明に係る超音波診断装置は、上記の超音波プローブと、受信回路で得られたＢモード画像用受信データに基づいてＢモード画像を生成する画像生成部と、画像生成部で生成されたＢモード画像上で被検体の腹壁の角度を検出する腹壁検出部と、腹壁検出部で検出された腹壁の角度に応じて傾動部により音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する制御部と、受信回路で得られた音速計測用受信データに基づいて音速マップを生成する音速マップ生成部とを備えたものである。
制御部は、音速計測用超音波ビームが腹壁から受ける屈折の影響を低減するように傾動部により音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、被検体の腹壁の角度に応じて音速計測用振動子アレイを傾動させるための傾動部を備えているので、腹壁から受ける超音波ビームの屈折の影響を低減してＢモード画像の生成と正確な音速の計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波プローブを備えた超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示す正面図である。
【図３】Ｂモード画像を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態１における音速演算の原理を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態１の変形例に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】実施の形態２に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態３に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態３に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】実施の形態３の変形例に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波プローブ１を備えた超音波診断装置の構成を示す。超音波プローブ１に診断装置本体２が接続されている。
超音波プローブ１は、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３と音速計測ビーム送信用振動子アレイ４を備え、これらＢモード画像送受信用振動子アレイ３および音速計測ビーム送信用振動子アレイ４に送信回路５が接続されると共に、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３に受信回路６が接続されている。
【００１４】
図２に示されるように、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３と音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は、超音波プローブ１の被検体当接部１ａの付近において、互いにアジマス方向が同一方向を向くように配置されると共に、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４がＢモード画像送受信用振動子アレイ３のアジマス方向に並んで位置している。Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３は超音波プローブ１内に固定され、一方、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は超音波プローブ１内においてアジマス方向に傾動可能に取り付けられており、この音速計測ビーム送信用振動子アレイ４を傾動させるための傾動部７が音速計測ビーム送信用振動子アレイ４に連結されている。そして、送信回路５、受信回路６および傾動部７にプローブ制御部８が接続されている。
【００１５】
診断装置本体２は、超音波プローブ１の受信回路６に接続された信号処理部１１を有し、この信号処理部１１にＤＳＣ（Digital Scan Converter）１２、画像処理部１３、表示制御部１４および表示部１５が順次接続されている。画像処理部１３には、画像メモリ１６が接続されると共に腹壁検出部１７が接続されている。さらに、診断装置本体２は、超音波プローブ１の受信回路６に接続されたシネメモリ１８と音速マップ生成部１９を有している。そして、信号処理部１１、ＤＳＣ１２、表示制御部１４、腹壁検出部１７、シネメモリ１８および音速マップ生成部１９に本体制御部２０が接続されている。さらに、本体制御部２０には、操作部２１と格納部２２がそれぞれ接続されている。
また、超音波プローブ１のプローブ制御部８と診断装置本体２の本体制御部２０が互いに接続されている。
【００１６】
Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３および音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は、それぞれ１次元又は２次元に配列された複数の超音波トランスデューサを有している。Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサは、それぞれ送信回路５から供給される駆動信号に従ってＢモード画像生成用の超音波を送信し、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサは、それぞれ送信回路５から供給される駆動信号に従って音速計測用の超音波を送信する。また、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサは、被検体によるＢモード画像生成用の超音波の超音波エコーを受信して受信信号を出力すると共に被検体による音速計測用の超音波の超音波エコーを受信して受信信号を出力する。すなわち、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３は、Ｂモード画像生成用と音速計測用の双方の超音波エコーの受信を行う。
【００１７】
Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３および音速計測送信用振動子アレイ４の各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
【００１８】
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１９】
送信回路５は、例えば、複数のパルサを含んでおり、プローブ制御部８からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサに供給すると共に、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が音速測定すべき点に焦点を形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサに供給する。
【００２０】
受信回路６は、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の各超音波トランスデューサから送信される受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換した後、プローブ制御部８からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速または音速の分布に従い、各受信信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた受信データ（音線信号）が生成される。
【００２１】
傾動部７は、プローブ制御部８からの制御信号に応じて音速計測ビーム送信用振動子アレイ４を傾動させるためのもので、電動モータ、電動シリンダ等を用いた各種のアクチュエータを利用することができる。
プローブ制御部８は、診断装置本体２の本体制御部２０から伝送される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
【００２２】
診断装置本体２の信号処理部１１は、超音波プローブ１の受信回路６で生成された受信データに対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
ＤＳＣ１２は、信号処理部１１で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。
画像処理部１３は、ＤＳＣ１２から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部１４に出力する、あるいは画像メモリ１６に格納する。
これら信号処理部１１、ＤＳＣ１２、画像処理部１３および画像メモリ１６により画像生成部２３が形成されている。
【００２３】
表示制御部１４は、画像処理部１３によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、表示部１５に超音波診断画像を表示させる。
表示部１５は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部１４の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
【００２４】
腹壁検出部１７は、画像処理部１３によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、図３に示されるように、Ｂモード画像内に設定された関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐを検出すると共にこの腹壁Ｐの角度を検出する。
シネメモリ１８は、受信回路６から出力される受信データを順次格納する。また、シネメモリ１８は、本体制御部２０から入力されるフレームレートに関する情報（例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ）を上記の受信データに関連付けて格納する。
音速マップ生成部１９は、本体制御部２０による制御の下で、シネメモリ１８に格納されている受信データに基づいて、診断対象となる被検体内の組織における局所音速値を演算し、音速マップを生成する。
本体制御部２０は、操作者により操作部２１から入力された指令に基づいて超音波診断装置各部の制御を行う。
【００２５】
操作部２１は、操作者が入力操作を行うためのもので、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等から形成することができる。
格納部２２は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を用いることができる。
なお、信号処理部１１、ＤＳＣ１２、画像処理部１３、表示制御部１４および音速マップ生成部１９は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。
【００２６】
操作者は操作部２１から次の３つの表示モードのいずれかを選択することができる。すなわち、Ｂモード画像を単独で表示するモード、Ｂモード画像に音速マップを重畳して表示するモード（例えば、局所音速値に応じて色分けまたは輝度を変化させる表示、あるいは局所音速値が等しい点を線で結ぶ表示）、Ｂモード画像と音速マップ画像とを並べて表示するモードのうち、所望のモードによる表示を行うことができる。
【００２７】
Ｂモード画像を表示する際には、まず、超音波プローブ１の送信回路５から供給される駆動信号に従ってＢモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサから超音波が送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサから受信信号が受信回路６に出力され、受信回路６で受信データが生成される。さらに、この受信データを入力した診断装置本体２の信号処理部１１でＢモード画像信号が生成され、ＤＳＣ１２でＢモード画像信号がラスター変換されると共に画像処理部１３でＢモード画像信号に各種の画像処理が施された後、このＢモード画像信号に基づいて表示制御部１４により超音波診断画像が表示部１５に表示される。
【００２８】
一方、局所音速値の演算は、例えば本願の出願人により出願された特開２０１０−９９４５２号公報に記載の方法により行うことができる。
この方法は、図４（Ａ）に示されるように、被検体内に超音波を送信した際に、被検体の反射点となる格子点Ｘから振動子アレイ１に到達する受信波Ｗｘに着目したとき、図４（Ｂ）に示されるように、格子点Ｘよりも浅い位置、すなわち振動子アレイ１に近い位置に複数の格子点Ａ１、Ａ２、・・・を等間隔に配列し、格子点Ｘからの受信波を受けた複数の格子点Ａ１、Ａ２、・・・からのそれぞれの受信波Ｗ１、Ｗ２、・・・の合成波Ｗｓｕｍが、ホイヘンスの原理により、格子点Ｘからの受信波Ｗｘに一致することを利用して、格子点Ｘにおける局所音速値を求める方法である。
【００２９】
まず、すべての格子点Ｘ、Ａ１、Ａ２、・・・に対する最適音速値をそれぞれ求める。ここで、最適音速値とは、各格子点に対し、設定音速に基づきフォーカス計算をして撮影を行うことにより超音波画像を形成し、設定音速を種々変化させたときに画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、例えば特開平８−３１７９２６号公報に記載のように、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散等に基づいて最適音速値の判定を行うことができる。
【００３０】
次に、格子点Ｘに対する最適音速値を用いて、格子点Ｘから発せられる仮想的な受信波Ｗｘの波形を算出する。
さらに、格子点Ｘにおける仮定的な局所音速値Ｖを種々変化させて、それぞれ格子点Ａ１、Ａ２、・・・からの受信波Ｗ１、Ｗ２、・・・の仮想的な合成波Ｗｓｕｍを算出する。このとき、格子点Ｘと各格子点Ａ１、Ａ２、・・・との間の領域Ｒｘａにおける音速は一様で、格子点Ｘにおける局所音速値Ｖに等しいものと仮定する。格子点Ｘから伝播した超音波が格子点Ａ１、Ａ２、・・・に到達するまでの時間はＸＡ１／Ｖ、ＸＡ２／Ｖ、・・・となる。ここで、ＸＡ１、ＸＡ２、・・・は、それぞれ格子点Ａ１、Ａ２、・・・と格子点Ｘとの間の距離である。そこで、格子点Ａ１、Ａ２、・・・からそれぞれ時間ＸＡ１／Ｖ、ＸＡ２／Ｖ、・・・だけ遅延して発した反射波を合成することにより、仮想的な合成波Ｗｓｕｍを求めることができる。
【００３１】
次に、このように格子点Ｘにおける仮定的な局所音速値Ｖを種々変化させて算出された複数の仮想的な合成波Ｗｓｕｍと格子点Ｘからの仮想的な受信波Ｗｘとの誤差をそれぞれ算出し、誤差が最小になる仮定的な局所音速値Ｖを格子点Ｘにおける局所音速値と判定する。ここで、仮想的な合成波Ｗｓｕｍと格子点Ｘからの仮想的な受信波Ｗｘとの誤差の算出方法としては、互いの相互相関をとる方法、受信波Ｗｘに合成波Ｗｓｕｍから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法、合成波Ｗｓｕｍに受信波Ｗｘから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法等を採用することができる。
以上のようにして、超音波プローブ１の受信回路６で生成された受信データに基づき、被検体内の局所音速値を高精度に演算することができる。さらに、同様にして、設定された関心領域内の局所音速値の分布を示す音速マップを生成することができる。
【００３２】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
まず、超音波プローブ１の送信回路５からの駆動信号に従ってＢモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサからＢモード画像用の超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサから受信信号が受信回路６に出力されてＢモード画像用の受信データが生成され、さらに、診断装置本体２の画像生成部２３で生成されたＢモード画像信号に基づいて表示制御部１４によりＢモード画像が表示部１５に表示される。
【００３３】
ここで、操作者が操作部２１を操作することにより、表示部１５に表示されているＢモード画像上に関心領域Ｒが設定されると、本体制御部２０により関心領域Ｒ内に複数の格子点が設定される。さらに、図３に示されるように、関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐの角度が腹壁検出部１７により検出される。検出された腹壁Ｐの角度は、診断装置本体２の本体制御部２０から超音波プローブ１のプローブ制御部８へ伝送され、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の傾き角度が腹壁Ｐの角度とほぼ等しくなるように、プローブ制御部８により傾動部７が駆動される。
【００３４】
次に、プローブ制御部８により送信回路５および受信回路６が制御され、関心領域Ｒ内に設定された複数の格子点のそれぞれに送信焦点を形成して順次音速測定用の超音波ビームの送受信が行われる。このとき、送信回路５からの駆動信号が音速計測ビーム送信用振動子アレイ４に供給されて音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサから超音波ビームが送信されるが、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は、関心領域Ｒの上方に位置する腹壁Ｐの角度とほぼ等しい傾き角度に調整されているため、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４から送信された超音波ビームは腹壁Ｐに対してほぼ垂直に入射し、腹壁Ｐからほとんど屈折の影響を受けることなく、腹壁Ｐを透過して各格子点に送信焦点を形成することとなる。そして、被検体からの超音波エコーがＢモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサで受信される。
【００３５】
このようにして超音波ビームを受信する毎に受信回路６で生成される音速測定用の受信データは順次シネメモリ１８に格納される。関心領域Ｒ内のすべての格子点に関して音速測定用の受信データが取得されると、本体制御部２０から音速マップ生成部１９に音速マップ形成の指令が出力され、音速マップ生成部１９は、シネメモリ１８に格納されている受信データのうち、音速測定用の受信データを用いて、各格子点における局所音速値を演算し、関心領域Ｒ内の音速マップを生成する。音速マップ生成部１９で得られた音速マップに関するデータは、ＤＳＣ１２でラスター変換され、画像処理部１３で各種の画像処理が施された後、表示制御部１４に送られる。そして、操作者により操作部２１から入力された表示モードに従って、Ｂモード画像に音速マップを重畳した状態で表示部１５に表示される、あるいは、Ｂモード画像と音速マップ画像とが並べて表示部１５に表示される。
【００３６】
なお、受信回路６で生成される音速測定用の受信データは、シネメモリ１８に格納されるだけでなく、画像生成部２３の信号処理部１１にも入力されるが、このとき本体制御部２０からの指令により、信号処理部１１は作動が停止され、音速測定用の受信データに対してＢモード画像信号が生成されることは防止される。
【００３７】
このように、傾動部７を用いて音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の傾き角度を関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐの角度と等しくなるに調整することで、腹壁Ｐから受ける超音波ビームの屈折の影響が低減され、正確な音速の計測を行うことが可能となる。
【００３８】
なお、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３のチャンネル数、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４のチャンネル数、Ｂモード画像用の超音波ビームの中心周波数、音速測定用の超音波ビームの中心周波数は、適宜選択することができる。
また、上記の実施の形態１では、図２に示したように、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４がＢモード画像送受信用振動子アレイ３のアジマス方向に並んで配置されていたが、これに限るものではなく、図５（Ａ）および（Ｂ）に示される超音波プローブ３１のように、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３のエレベーション方向に並べて配置された音速計測ビーム送信用振動子アレイ４をアジマス方向に傾動させるように構成してもよい。
【００３９】
実施の形態２
図６に実施の形態２に係る超音波プローブ４１の構成を示す。超音波プローブ４１は、図１に示した実施の形態１の超音波プローブ１において、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の代わりに音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２を内蔵し、この音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２に送信回路５および受信回路６を接続すると共に傾動部７を連結させたものである。
【００４０】
音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２は、実施の形態１における音速計測ビーム送信用振動子アレイ４と同様に、送信回路５から供給される駆動信号に基づいて関心領域Ｒ内の複数の格子点に順次送信焦点を形成して音速測定用の超音波ビームを送信するだけでなく、送信されたこれらの超音波ビームに対応する超音波エコーを受信して受信信号を受信回路６へ出力する。
このように、音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２を用いて音速測定用の超音波ビームの送受信を行うようにしても、実施の形態１と同様に、傾動部７により音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２の傾き角度を調整することで、腹壁Ｐから受ける超音波ビームの屈折の影響を低減させて、正確な音速の計測を行うことが可能となる。
【００４１】
実施の形態３
図７に実施の形態３に係る超音波プローブ５１の構成を示す。超音波プローブ５１は、図２に示した実施の形態２の超音波プローブ４１において、音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２の代わりに、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を含む音速計測用振動子アレイ５２を用いたものである。音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３が送信回路５に接続され、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４が受信回路６に接続される。
このようにしても、実施の形態１および２と同様に、傾動部７により音速計測用振動子アレイ５２の傾き角度を調整することで、腹壁Ｐから受ける超音波ビームの屈折の影響を低減させて、正確な音速の計測を行うことが可能となる。
この場合、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３の複数の超音波トランスデューサを、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックから形成する一方、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４の複数の超音波トランスデューサを、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子から形成することができる。
【００４２】
このように、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４の超音波トランスデューサとして、高分子圧電素子を用いれば、サイドローブによる影響を抑制して深さ方向および方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
また、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３から低周波の超音波ビームを送信させ、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４で２次以上の高調波を受信することにより、メインローブを強調すると共にサイドローブをさらに低減させることもできる。
【００４３】
図８（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３および音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３のエレベーション方向に順次並べて配置し、これら音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３および音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４をアジマス方向に傾動させるように構成することができる。
また、図９（Ａ）および（Ｂ）に示される超音波プローブ６１のように、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４をアジマス方向に並べて一体としたものをＢモード画像送受信用振動子アレイ３のエレベーション方向に並置してもよい。
さらに、図示しないが、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４をＢモード画像送受信用振動子アレイ３のアジマス方向に並べて位置させることもできる。また、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を互いに積層形成することもできる。
【００４４】
図７に示した実施の形態３の超音波プローブ５１では、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４が共通の受信回路６に接続され、受信回路６がＢモード画像用の受信データと音速測定用の受信データの双方を生成したが、受信回路６とは別に音速測定用の受信回路を追加し、この音速測定用の受信回路に音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を接続して音速測定用の受信データを生成するようにしてもよい。
同様に、送信回路５とは別に音速測定用の送信回路を追加し、この音速測定用の送信回路から音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３に駆動信号を供給して音速測定用の超音波ビームを送信するように構成することもできる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態１〜３では、受信回路６から出力される受信データを一旦シネメモリ１８に格納し、音速マップ生成部１９がシネメモリ１８に格納された受信データを用いて関心領域Ｒ内の音速マップを生成したが、音速マップ生成部１９が受信回路６から出力される受信データを直接入力して音速マップの生成を行うこともできる。
また、シネメモリ１８には、音速測定用に用いられる受信データだけでなく、Ｂモード画像生成用の受信データも格納されているため、本体制御部２０の制御により、必要に応じてシネメモリ１８からＢモード画像生成用の受信データを読み出し、画像生成部２３でＢモード画像を生成することもできる。
【００４６】
なお、上記の実施の形態１〜３における超音波プローブ１、３１、４１、５１、６１と診断装置本体２との接続は、有線による接続および無線通信による接続のいずれの形態をとることもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１，３１，４１，５１，６１ 振動子プローブ、１ａ 被検体当接部、２ 診断装置本体、３ Ｂモード画像送受信用振動子アレイ、４ 音速計測ビーム送信用振動子アレイ、５ 送信回路、６ 受信回路、７ 傾動部、８ プローブ制御部、１１ 信号処理部、１２ ＤＳＣ、１３ 画像処理部、１４ 表示制御部、１５ 表示部、１６ 画像メモリ、１７ 腹壁検出部、１８ シネメモリ、１９ 音速マップ生成部、２０ 本体制御部、２１ 操作部、２２ 格納部、２３ 画像生成部、４２ 音速計測ビーム送受信用振動子アレイ、５２ 音速計測用振動子アレイ、５３ 音速計測ビーム受信用振動子アレイ、５４ 音速計測ビーム送信用振動子アレイ、Ｐ 腹壁、Ｒ 関心領域、Ｘ，Ａ１，Ａ２ 格子点、Ｗ１，Ｗ２，Ｗｘ 受信波、Ｗｓｕｍ 合成波。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波プローブおよび超音波診断装置に係り、特に、Ｂモード画像の生成と音速の計測の双方を行うための超音波プローブおよび超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
また、近年、被検体内の診断部位をより精度よく診断するために、診断部位における音速を測定することが行われている。
例えば、特許文献１には、診断部位の周辺に複数の格子点を設定し、各格子点に対して超音波ビームを送受信することにより得られる受信データに基づいて、局所音速値の演算を行う超音波診断装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置では、超音波プローブから被検体内に向けて超音波ビームを送受信することで、診断部位における局所音速値を求めることができ、例えばＢモード画像に局所音速値の情報を重畳させて表示することが可能となる。さらに、所定の領域内の各点における局所音速値の分布を示す音速マップを生成してＢモード画像と共に表示すれば、診断部位の診断を行う上で有効なものとなる。
しかしながら、被検体内部の臓器等を覆っている腹壁付近は、脂肪の存在等に起因して他の箇所とは異なる音速を有しており、このため、超音波プローブから送信された超音波ビームが腹壁を透過する際に、腹壁に対する入射角によっては、超音波ビームが屈折して音速を正確に測定することができなくなるという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、腹壁から受ける超音波ビームの屈折の影響を低減してＢモード画像の生成と正確な音速の計測を行うことができる超音波プローブおよび超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る超音波プローブは、被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを受信する超音波プローブにおいて、Ｂモード画像用超音波ビームを送信するＢモード画像用振動子アレイと、傾動可能に設置されると共に音速計測用超音波ビームを送信する音速計測用振動子アレイと、被検体の腹壁の角度に応じて音速計測用振動子アレイを傾動させるための傾動部とを備えたものである。
【０００８】
好ましくは、Ｂモード画像用振動子アレイからＢモード画像用超音波ビームを送信させると共に音速計測用振動子アレイから音速計測用超音波ビームを送信させる送信回路と、被検体による超音波エコーに基づく受信信号を処理することでＢモード画像用受信データおよび音速計測用受信データを得る受信回路とをさらに備えている。
受信回路は、被検体による音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信したＢモード画像用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを得ることができる。
【０００９】
あるいは、受信回路は、被検体による音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信した音速計測用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを得ることもできる。
この場合、音速計測用振動子アレイが、送信用アレイと受信用アレイとを含み、受信回路は、送信用アレイから送信された音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した受信用アレイから出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを得るようにしてもよい。
さらに、受信回路が、Ｂモード画像用受信回路と、音速計測用受信回路とを含み、送信用アレイから送信された音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した受信用アレイから出力される受信信号を音速計測用受信回路で処理することで音速計測用受信データを得るように構成することもできる。
【００１０】
この発明に係る超音波診断装置は、上記の超音波プローブと、受信回路で得られたＢモード画像用受信データに基づいてＢモード画像を生成する画像生成部と、画像生成部で生成されたＢモード画像上で被検体の腹壁の角度を検出する腹壁検出部と、腹壁検出部で検出された腹壁の角度に応じて傾動部により音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する制御部と、受信回路で得られた音速計測用受信データに基づいて音速マップを生成する音速マップ生成部とを備えたものである。
制御部は、音速計測用超音波ビームが腹壁から受ける屈折の影響を低減するように傾動部により音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、被検体の腹壁の角度に応じて音速計測用振動子アレイを傾動させるための傾動部を備えているので、腹壁から受ける超音波ビームの屈折の影響を低減してＢモード画像の生成と正確な音速の計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波プローブを備えた超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示す正面図である。
【図３】Ｂモード画像を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態１における音速演算の原理を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態１の変形例に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】実施の形態２に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態３に係る超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態３に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】実施の形態３の変形例に係る超音波プローブのＢモード画像用振動子アレイと音速計測用振動子アレイを模式的に示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波プローブ１を備えた超音波診断装置の構成を示す。超音波プローブ１に診断装置本体２が接続されている。
超音波プローブ１は、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３と音速計測ビーム送信用振動子アレイ４を備え、これらＢモード画像送受信用振動子アレイ３および音速計測ビーム送信用振動子アレイ４に送信回路５が接続されると共に、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３に受信回路６が接続されている。
【００１４】
図２に示されるように、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３と音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は、超音波プローブ１の被検体当接部１ａの付近において、互いにアジマス方向が同一方向を向くように配置されると共に、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４がＢモード画像送受信用振動子アレイ３のアジマス方向に並んで位置している。Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３は超音波プローブ１内に固定され、一方、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は超音波プローブ１内においてアジマス方向に傾動可能に取り付けられており、この音速計測ビーム送信用振動子アレイ４を傾動させるための傾動部７が音速計測ビーム送信用振動子アレイ４に連結されている。そして、送信回路５、受信回路６および傾動部７にプローブ制御部８が接続されている。
【００１５】
診断装置本体２は、超音波プローブ１の受信回路６に接続された信号処理部１１を有し、この信号処理部１１にＤＳＣ（Digital Scan Converter）１２、画像処理部１３、表示制御部１４および表示部１５が順次接続されている。画像処理部１３には、画像メモリ１６が接続されると共に腹壁検出部１７が接続されている。さらに、診断装置本体２は、超音波プローブ１の受信回路６に接続されたシネメモリ１８と音速マップ生成部１９を有している。そして、信号処理部１１、ＤＳＣ１２、表示制御部１４、腹壁検出部１７、シネメモリ１８および音速マップ生成部１９に本体制御部２０が接続されている。さらに、本体制御部２０には、操作部２１と格納部２２がそれぞれ接続されている。
また、超音波プローブ１のプローブ制御部８と診断装置本体２の本体制御部２０が互いに接続されている。
【００１６】
Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３および音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は、それぞれ１次元又は２次元に配列された複数の超音波トランスデューサを有している。Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサは、それぞれ送信回路５から供給される駆動信号に従ってＢモード画像生成用の超音波を送信し、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサは、それぞれ送信回路５から供給される駆動信号に従って音速計測用の超音波を送信する。また、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサは、被検体によるＢモード画像生成用の超音波の超音波エコーを受信して受信信号を出力すると共に被検体による音速計測用の超音波の超音波エコーを受信して受信信号を出力する。すなわち、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３は、Ｂモード画像生成用と音速計測用の双方の超音波エコーの受信を行う。
【００１７】
Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３および音速計測送信用振動子アレイ４の各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
【００１８】
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１９】
送信回路５は、例えば、複数のパルサを含んでおり、プローブ制御部８からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサに供給すると共に、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が音速測定すべき点に焦点を形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサに供給する。
【００２０】
受信回路６は、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３の各超音波トランスデューサから送信される受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換した後、プローブ制御部８からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速または音速の分布に従い、各受信信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた受信データ（音線信号）が生成される。
【００２１】
傾動部７は、プローブ制御部８からの制御信号に応じて音速計測ビーム送信用振動子アレイ４を傾動させるためのもので、電動モータ、電動シリンダ等を用いた各種のアクチュエータを利用することができる。
プローブ制御部８は、診断装置本体２の本体制御部２０から伝送される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
【００２２】
診断装置本体２の信号処理部１１は、超音波プローブ１の受信回路６で生成された受信データに対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
ＤＳＣ１２は、信号処理部１１で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。
画像処理部１３は、ＤＳＣ１２から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部１４に出力する、あるいは画像メモリ１６に格納する。
これら信号処理部１１、ＤＳＣ１２、画像処理部１３および画像メモリ１６により画像生成部２３が形成されている。
【００２３】
表示制御部１４は、画像処理部１３によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、表示部１５に超音波診断画像を表示させる。
表示部１５は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部１４の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
【００２４】
腹壁検出部１７は、画像処理部１３によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、図３に示されるように、Ｂモード画像内に設定された関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐを検出すると共にこの腹壁Ｐの角度を検出する。
シネメモリ１８は、受信回路６から出力される受信データを順次格納する。また、シネメモリ１８は、本体制御部２０から入力されるフレームレートに関する情報（例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ）を上記の受信データに関連付けて格納する。
音速マップ生成部１９は、本体制御部２０による制御の下で、シネメモリ１８に格納されている受信データに基づいて、診断対象となる被検体内の組織における局所音速値を演算し、音速マップを生成する。
本体制御部２０は、操作者により操作部２１から入力された指令に基づいて超音波診断装置各部の制御を行う。
【００２５】
操作部２１は、操作者が入力操作を行うためのもので、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等から形成することができる。
格納部２２は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を用いることができる。
なお、信号処理部１１、ＤＳＣ１２、画像処理部１３、表示制御部１４および音速マップ生成部１９は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。
【００２６】
操作者は操作部２１から次の３つの表示モードのいずれかを選択することができる。すなわち、Ｂモード画像を単独で表示するモード、Ｂモード画像に音速マップを重畳して表示するモード（例えば、局所音速値に応じて色分けまたは輝度を変化させる表示、あるいは局所音速値が等しい点を線で結ぶ表示）、Ｂモード画像と音速マップ画像とを並べて表示するモードのうち、所望のモードによる表示を行うことができる。
【００２７】
Ｂモード画像を表示する際には、まず、超音波プローブ１の送信回路５から供給される駆動信号に従ってＢモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサから超音波が送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサから受信信号が受信回路６に出力され、受信回路６で受信データが生成される。さらに、この受信データを入力した診断装置本体２の信号処理部１１でＢモード画像信号が生成され、ＤＳＣ１２でＢモード画像信号がラスター変換されると共に画像処理部１３でＢモード画像信号に各種の画像処理が施された後、このＢモード画像信号に基づいて表示制御部１４により超音波診断画像が表示部１５に表示される。
【００２８】
一方、局所音速値の演算は、例えば本願の出願人により出願された特開２０１０−９９４５２号公報に記載の方法により行うことができる。
この方法は、図４（Ａ）に示されるように、被検体内に超音波を送信した際に、被検体の反射点となる格子点Ｘから振動子アレイ１に到達する受信波Ｗｘに着目したとき、図４（Ｂ）に示されるように、格子点Ｘよりも浅い位置、すなわち振動子アレイ１に近い位置に複数の格子点Ａ１、Ａ２、・・・を等間隔に配列し、格子点Ｘからの受信波を受けた複数の格子点Ａ１、Ａ２、・・・からのそれぞれの受信波Ｗ１、Ｗ２、・・・の合成波Ｗｓｕｍが、ホイヘンスの原理により、格子点Ｘからの受信波Ｗｘに一致することを利用して、格子点Ｘにおける局所音速値を求める方法である。
【００２９】
まず、すべての格子点Ｘ、Ａ１、Ａ２、・・・に対する最適音速値をそれぞれ求める。ここで、最適音速値とは、各格子点に対し、設定音速に基づきフォーカス計算をして撮影を行うことにより超音波画像を形成し、設定音速を種々変化させたときに画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、例えば特開平８−３１７９２６号公報に記載のように、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散等に基づいて最適音速値の判定を行うことができる。
【００３０】
次に、格子点Ｘに対する最適音速値を用いて、格子点Ｘから発せられる仮想的な受信波Ｗｘの波形を算出する。
さらに、格子点Ｘにおける仮定的な局所音速値Ｖを種々変化させて、それぞれ格子点Ａ１、Ａ２、・・・からの受信波Ｗ１、Ｗ２、・・・の仮想的な合成波Ｗｓｕｍを算出する。このとき、格子点Ｘと各格子点Ａ１、Ａ２、・・・との間の領域Ｒｘａにおける音速は一様で、格子点Ｘにおける局所音速値Ｖに等しいものと仮定する。格子点Ｘから伝播した超音波が格子点Ａ１、Ａ２、・・・に到達するまでの時間はＸＡ１／Ｖ、ＸＡ２／Ｖ、・・・となる。ここで、ＸＡ１、ＸＡ２、・・・は、それぞれ格子点Ａ１、Ａ２、・・・と格子点Ｘとの間の距離である。そこで、格子点Ａ１、Ａ２、・・・からそれぞれ時間ＸＡ１／Ｖ、ＸＡ２／Ｖ、・・・だけ遅延して発した反射波を合成することにより、仮想的な合成波Ｗｓｕｍを求めることができる。
【００３１】
次に、このように格子点Ｘにおける仮定的な局所音速値Ｖを種々変化させて算出された複数の仮想的な合成波Ｗｓｕｍと格子点Ｘからの仮想的な受信波Ｗｘとの誤差をそれぞれ算出し、誤差が最小になる仮定的な局所音速値Ｖを格子点Ｘにおける局所音速値と判定する。ここで、仮想的な合成波Ｗｓｕｍと格子点Ｘからの仮想的な受信波Ｗｘとの誤差の算出方法としては、互いの相互相関をとる方法、受信波Ｗｘに合成波Ｗｓｕｍから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法、合成波Ｗｓｕｍに受信波Ｗｘから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法等を採用することができる。
以上のようにして、超音波プローブ１の受信回路６で生成された受信データに基づき、被検体内の局所音速値を高精度に演算することができる。さらに、同様にして、設定された関心領域内の局所音速値の分布を示す音速マップを生成することができる。
【００３２】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
まず、超音波プローブ１の送信回路５からの駆動信号に従ってＢモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサからＢモード画像用の超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサから受信信号が受信回路６に出力されてＢモード画像用の受信データが生成され、さらに、診断装置本体２の画像生成部２３で生成されたＢモード画像信号に基づいて表示制御部１４によりＢモード画像が表示部１５に表示される。
【００３３】
ここで、操作者が操作部２１を操作することにより、表示部１５に表示されているＢモード画像上に関心領域Ｒが設定されると、本体制御部２０により関心領域Ｒ内に複数の格子点が設定される。さらに、図３に示されるように、関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐの角度が腹壁検出部１７により検出される。検出された腹壁Ｐの角度は、診断装置本体２の本体制御部２０から超音波プローブ１のプローブ制御部８へ伝送され、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の傾き角度が腹壁Ｐの角度とほぼ等しくなるように、プローブ制御部８により傾動部７が駆動される。
【００３４】
次に、プローブ制御部８により送信回路５および受信回路６が制御され、関心領域Ｒ内に設定された複数の格子点のそれぞれに送信焦点を形成して順次音速測定用の超音波ビームの送受信が行われる。このとき、送信回路５からの駆動信号が音速計測ビーム送信用振動子アレイ４に供給されて音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサから超音波ビームが送信されるが、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４は、関心領域Ｒの上方に位置する腹壁Ｐの角度とほぼ等しい傾き角度に調整されているため、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４から送信された超音波ビームは腹壁Ｐに対してほぼ垂直に入射し、腹壁Ｐからほとんど屈折の影響を受けることなく、腹壁Ｐを透過して各格子点に送信焦点を形成することとなる。そして、被検体からの超音波エコーがＢモード画像送受信用振動子アレイ３の複数の超音波トランスデューサで受信される。
【００３５】
このようにして超音波ビームを受信する毎に受信回路６で生成される音速測定用の受信データは順次シネメモリ１８に格納される。関心領域Ｒ内のすべての格子点に関して音速測定用の受信データが取得されると、本体制御部２０から音速マップ生成部１９に音速マップ形成の指令が出力され、音速マップ生成部１９は、シネメモリ１８に格納されている受信データのうち、音速測定用の受信データを用いて、各格子点における局所音速値を演算し、関心領域Ｒ内の音速マップを生成する。音速マップ生成部１９で得られた音速マップに関するデータは、ＤＳＣ１２でラスター変換され、画像処理部１３で各種の画像処理が施された後、表示制御部１４に送られる。そして、操作者により操作部２１から入力された表示モードに従って、Ｂモード画像に音速マップを重畳した状態で表示部１５に表示される、あるいは、Ｂモード画像と音速マップ画像とが並べて表示部１５に表示される。
【００３６】
なお、受信回路６で生成される音速測定用の受信データは、シネメモリ１８に格納されるだけでなく、画像生成部２３の信号処理部１１にも入力されるが、このとき本体制御部２０からの指令により、信号処理部１１は作動が停止され、音速測定用の受信データに対してＢモード画像信号が生成されることは防止される。
【００３７】
このように、傾動部７を用いて音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の傾き角度を関心領域Ｒの上方に位置する被検体の腹壁Ｐの角度と等しくなるに調整することで、腹壁Ｐから受ける超音波ビームの屈折の影響が低減され、正確な音速の計測を行うことが可能となる。
【００３８】
なお、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３のチャンネル数、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４のチャンネル数、Ｂモード画像用の超音波ビームの中心周波数、音速測定用の超音波ビームの中心周波数は、適宜選択することができる。
また、上記の実施の形態１では、図２に示したように、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４がＢモード画像送受信用振動子アレイ３のアジマス方向に並んで配置されていたが、これに限るものではなく、図５（Ａ）および（Ｂ）に示される超音波プローブ３１のように、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３のエレベーション方向に並べて配置された音速計測ビーム送信用振動子アレイ４をアジマス方向に傾動させるように構成してもよい。
【００３９】
実施の形態２
図６に実施の形態２に係る超音波プローブ４１の構成を示す。超音波プローブ４１は、図１に示した実施の形態１の超音波プローブ１において、音速計測ビーム送信用振動子アレイ４の代わりに音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２を内蔵し、この音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２に送信回路５および受信回路６を接続すると共に傾動部７を連結させたものである。
【００４０】
音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２は、実施の形態１における音速計測ビーム送信用振動子アレイ４と同様に、送信回路５から供給される駆動信号に基づいて関心領域Ｒ内の複数の格子点に順次送信焦点を形成して音速測定用の超音波ビームを送信するだけでなく、送信されたこれらの超音波ビームに対応する超音波エコーを受信して受信信号を受信回路６へ出力する。
このように、音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２を用いて音速測定用の超音波ビームの送受信を行うようにしても、実施の形態１と同様に、傾動部７により音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２の傾き角度を調整することで、腹壁Ｐから受ける超音波ビームの屈折の影響を低減させて、正確な音速の計測を行うことが可能となる。
【００４１】
実施の形態３
図７に実施の形態３に係る超音波プローブ５１の構成を示す。超音波プローブ５１は、図２に示した実施の形態２の超音波プローブ４１において、音速計測ビーム送受信用振動子アレイ４２の代わりに、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を含む音速計測用振動子アレイ５２を用いたものである。音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３が送信回路５に接続され、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４が受信回路６に接続される。
このようにしても、実施の形態１および２と同様に、傾動部７により音速計測用振動子アレイ５２の傾き角度を調整することで、腹壁Ｐから受ける超音波ビームの屈折の影響を低減させて、正確な音速の計測を行うことが可能となる。
この場合、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３の複数の超音波トランスデューサを、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックから形成する一方、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４の複数の超音波トランスデューサを、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子から形成することができる。
【００４２】
このように、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４の超音波トランスデューサとして、高分子圧電素子を用いれば、サイドローブによる影響を抑制して深さ方向および方位方向の分解能を向上させることが可能となる。
また、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３から低周波の超音波ビームを送信させ、音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４で２次以上の高調波を受信することにより、メインローブを強調すると共にサイドローブをさらに低減させることもできる。
【００４３】
図８（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３および音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３のエレベーション方向に順次並べて配置し、これら音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３および音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４をアジマス方向に傾動させるように構成することができる。
また、図９（Ａ）および（Ｂ）に示される超音波プローブ６１のように、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４をアジマス方向に並べて一体としたものをＢモード画像送受信用振動子アレイ３のエレベーション方向に並置してもよい。
さらに、図示しないが、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４をＢモード画像送受信用振動子アレイ３のアジマス方向に並べて位置させることもできる。また、音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を互いに積層形成することもできる。
【００４４】
図７に示した実施の形態３の超音波プローブ５１では、Ｂモード画像送受信用振動子アレイ３と音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４が共通の受信回路６に接続され、受信回路６がＢモード画像用の受信データと音速測定用の受信データの双方を生成したが、受信回路６とは別に音速測定用の受信回路を追加し、この音速測定用の受信回路に音速計測ビーム受信用振動子アレイ５４を接続して音速測定用の受信データを生成するようにしてもよい。
同様に、送信回路５とは別に音速測定用の送信回路を追加し、この音速測定用の送信回路から音速計測ビーム送信用振動子アレイ５３に駆動信号を供給して音速測定用の超音波ビームを送信するように構成することもできる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態１〜３では、受信回路６から出力される受信データを一旦シネメモリ１８に格納し、音速マップ生成部１９がシネメモリ１８に格納された受信データを用いて関心領域Ｒ内の音速マップを生成したが、音速マップ生成部１９が受信回路６から出力される受信データを直接入力して音速マップの生成を行うこともできる。
また、シネメモリ１８には、音速測定用に用いられる受信データだけでなく、Ｂモード画像生成用の受信データも格納されているため、本体制御部２０の制御により、必要に応じてシネメモリ１８からＢモード画像生成用の受信データを読み出し、画像生成部２３でＢモード画像を生成することもできる。
【００４６】
なお、上記の実施の形態１〜３における超音波プローブ１、３１、４１、５１、６１と診断装置本体２との接続は、有線による接続および無線通信による接続のいずれの形態をとることもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１，３１，４１，５１，６１ 振動子プローブ、１ａ 被検体当接部、２ 診断装置本体、３ Ｂモード画像送受信用振動子アレイ、４ 音速計測ビーム送信用振動子アレイ、５ 送信回路、６ 受信回路、７ 傾動部、８ プローブ制御部、１１ 信号処理部、１２ ＤＳＣ、１３ 画像処理部、１４ 表示制御部、１５ 表示部、１６ 画像メモリ、１７ 腹壁検出部、１８ シネメモリ、１９ 音速マップ生成部、２０ 本体制御部、２１ 操作部、２２ 格納部、２３ 画像生成部、４２ 音速計測ビーム送受信用振動子アレイ、５２ 音速計測用振動子アレイ、５３ 音速計測ビーム受信用振動子アレイ、５４ 音速計測ビーム送信用振動子アレイ、Ｐ 腹壁、Ｒ 関心領域、Ｘ，Ａ１，Ａ２ 格子点、Ｗ１，Ｗ２，Ｗｘ 受信波、Ｗｓｕｍ 合成波。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを受信する超音波プローブにおいて、
Ｂモード画像用超音波ビームを送信するＢモード画像用振動子アレイと、
傾動可能に設置されると共に音速計測用超音波ビームを送信する音速計測用振動子アレイと、
被検体の腹壁の角度に応じて前記音速計測用振動子アレイを傾動させるための傾動部と
を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記Ｂモード画像用振動子アレイからＢモード画像用超音波ビームを送信させると共に前記音速計測用振動子アレイから音速計測用超音波ビームを送信させる送信回路と、
被検体による超音波エコーに基づく受信信号を処理することでＢモード画像用受信データおよび音速計測用受信データを得る受信回路と
をさらに備えた請求項１に記載の前記超音波プローブ。
【請求項３】
前記受信回路は、被検体による前記音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信した前記Ｂモード画像用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで前記音速計測用受信データを得る請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記受信回路は、被検体による前記音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信した前記音速計測用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで前記音速計測用受信データを得る請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記音速計測用振動子アレイは、送信用アレイと受信用アレイとを含み、
前記受信回路は、前記送信用アレイから送信された前記音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した前記受信用アレイから出力される受信信号を処理することで前記音速計測用受信データを得る請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記受信回路は、Ｂモード画像用受信回路と、音速計測用受信回路とを含み、
前記送信用アレイから送信された前記音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した前記受信用アレイから出力される受信信号を前記音速計測用受信回路で処理することで前記音速計測用受信データが得られる請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記超音波プローブと、
前記受信回路で得られたＢモード画像用受信データに基づいてＢモード画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部で生成されたＢモード画像上で被検体の腹壁の角度を検出する腹壁検出部と、
前記腹壁検出部で検出された腹壁の角度に応じて前記傾動部により前記音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する制御部と、
前記受信回路で得られた音速計測用受信データに基づいて音速マップを生成する音速マップ生成部と
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記音速計測用超音波ビームが腹壁から受ける屈折の影響を低減するように前記傾動部により前記音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項１】
被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを受信する超音波プローブにおいて、
Ｂモード画像用超音波ビームを送信するＢモード画像用振動子アレイと、
傾動可能に設置されると共に音速計測用超音波ビームを送信する音速計測用振動子アレイと、
被検体の腹壁の角度に応じて前記音速計測用振動子アレイを傾動させるための傾動部と
を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記Ｂモード画像用振動子アレイからＢモード画像用超音波ビームを送信させると共に前記音速計測用振動子アレイから音速計測用超音波ビームを送信させる送信回路と、
被検体による超音波エコーに基づく受信信号を処理することでＢモード画像用受信データおよび音速計測用受信データを得る受信回路と
をさらに備えた請求項１に記載の前記超音波プローブ。
【請求項３】
前記受信回路は、被検体による前記音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信した前記Ｂモード画像用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで前記音速計測用受信データを得る請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項４】
前記受信回路は、被検体による前記音速計測用超音波ビームの超音波エコーを受信した前記音速計測用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで前記音速計測用受信データを得る請求項２に記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記音速計測用振動子アレイは、送信用アレイと受信用アレイとを含み、
前記受信回路は、前記送信用アレイから送信された前記音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した前記受信用アレイから出力される受信信号を処理することで前記音速計測用受信データを得る請求項４に記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記受信回路は、Ｂモード画像用受信回路と、音速計測用受信回路とを含み、
前記送信用アレイから送信された前記音速計測用超音波ビームの被検体による超音波エコーを受信した前記受信用アレイから出力される受信信号を前記音速計測用受信回路で処理することで前記音速計測用受信データが得られる請求項５に記載の超音波プローブ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記超音波プローブと、
前記受信回路で得られたＢモード画像用受信データに基づいてＢモード画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部で生成されたＢモード画像上で被検体の腹壁の角度を検出する腹壁検出部と、
前記腹壁検出部で検出された腹壁の角度に応じて前記傾動部により前記音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する制御部と、
前記受信回路で得られた音速計測用受信データに基づいて音速マップを生成する音速マップ生成部と
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記音速計測用超音波ビームが腹壁から受ける屈折の影響を低減するように前記傾動部により前記音速計測用振動子アレイの傾き角度を調整する請求項７に記載の超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７０４６７（Ｐ２０１２−１７０４６７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１８０５（Ｐ２０１１−３１８０５）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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