超音波プローブおよび超音波診断装置
【課題】Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成を操作性よく行うことができる超音波プローブを提供する。
【解決手段】バッキング材３１の上に１次元配列された複数の超音波トランスデューサ４ａからなるＢモード画像用振動子アレイ４が形成され、このＢモード画像用振動子アレイ４の上に整合層３２を介して音速計測用振動子アレイ５が積層形成されている。音速計測用振動子アレイ５は、Ｂモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ５ａを有し、Ｂモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置している。
【解決手段】バッキング材３１の上に１次元配列された複数の超音波トランスデューサ４ａからなるＢモード画像用振動子アレイ４が形成され、このＢモード画像用振動子アレイ４の上に整合層３２を介して音速計測用振動子アレイ５が積層形成されている。音速計測用振動子アレイ５は、Ｂモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ５ａを有し、Ｂモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置している。
【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マップの生成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。
ここで、より正確な局所音速値を演算するためには、Ｂモード画像の生成に比べて、診断部位の周辺に設定された複数の格子点のそれぞれによく絞り込まれた送信焦点を形成するように超音波ビームを送信し、超音波エコーを広い開口で受信することが望ましく、このため、音速マップ生成用に使用される振動子アレイをＢモード画像生成用に使用される振動子アレイとは別に独立して備えることが好ましい。
【０００６】
しかしながら、超音波プローブの被検体当接部にＢモード画像用の振動子アレイと音速マップ用の振動子アレイをそれぞれ配設しようとすると、被検体当接部が大きな面積を有することとなり、被検体の体表に超音波プローブの被検体当接部を押圧して診断を行う際の操作性が低下するおそれがある。
【０００７】
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、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成を操作性よく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】
【０００８】
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の送受信を行うＢモード画像用振動子アレイと、Ｂモード画像用振動子アレイの上に積層形成されると共に少なくとも音速計測用超音波ビームの受信を行う音速計測用振動子アレイとを備えたものである。
【０００９】
好ましくは、音速計測用振動子アレイは、Ｂモード画像用振動子アレイに含まれる複数の超音波トランスデューサより少ない個数の超音波トランスデューサを有している。この場合、音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチをＢモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチと等しくし、音速計測用振動子アレイをＢモード画像用振動子アレイの中央部の上に位置させることができる。あるいは、音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチをＢモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチより大きくし、音速計測用振動子アレイをＢモード画像用振動子アレイと等しい長さにしてもよい。
また、音速計測用振動子アレイの超音波トランスデューサを、高分子圧電素子から形成することができる。
【００１０】
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ることが好ましい。
この場合、受信回路が、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Ｂモード画像用受信データを得るＢモード画像用受信回路と、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音速計測用受信回路とを含むように構成することができる。さらに、送信回路は、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Ｂモード画像用送信回路と、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音速計測用送信回路とを含んでいてもよい。
【００１１】
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、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。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、Ｂモード画像用振動子アレイの上に音速計測用振動子アレイが積層形成されているので、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成を操作性よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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で用いられた積層型振動子アレイの構造を示す断面図である。
【図３】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４】実施の形態２に係る超音波プローブで用いられた積層型振動子アレイの構造を示す断面図である。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、積層型振動子アレイ３を有している。この積層型振動子アレイ３は、互いに積層形成されたＢモード画像用振動子アレイ４と音速計測用振動子アレイ５を含んでおり、Ｂモード画像用振動子アレイ４に送信回路６および受信回路７がそれぞれ接続されると共に、音速計測用振動子アレイ５にも送信回路６および受信回路７がそれぞれ接続されている。
そして、送信回路６および受信回路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７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７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、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】
積層型振動子アレイ３は、図２に示されるような構造を有している。すなわち、バッキング材３１の上に１次元配列された複数の超音波トランスデューサ４ａからなるＢモード画像用振動子アレイ４が形成され、このＢモード画像用振動子アレイ４の上に整合層３２を介して音速計測用振動子アレイ５が積層形成されている。
音速計測用振動子アレイ５は、整合層３２の上に形成されたもう１つの整合層３３の中央部内に形成され、音速マップを生成する領域をＢモード画像に対して一部の領域に限定するために、Ｂモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ５ａを有している。音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの配列ピッチＰ１は、Ｂモード画像用振動子アレイ４の超音波トランスデューサ４ａの配列ピッチに等しく、音速計測用振動子アレイ５はＢモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置している。
【００１７】
Ｂモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａは、それぞれ送信回路６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、音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａは、それぞれ送信回路６から供給される駆動信号に従って音速マップ生成用の超音波を送信する。また、Ｂモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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受信回路７に出力し、音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａは、被検体による音速マップ生成用の超音波の超音波エコーを受信して受信信号を受信回路７に出力する。
【００１８】
Ｂモード画像用振動子アレイ４の各超音波トランスデューサ４ａ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または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。
一方、音速計測用振動子アレイ５の各超音波トランスデューサ５ａは、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。
【００１９】
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。
【００２０】
送信回路６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モード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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４ａに供給すると共に、音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａ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５ａに供給する。
【００２１】
受信回路７は、Ｂモード画像用振動子アレイ４の各超音波トランスデューサ４ａから送信される受信信号および音速計測用振動子アレイ５の各超音波トランスデューサ５ａから送信される受信信号をそれぞれ増幅して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。
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７で生成されたＢモード画像用の受信データに対し、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】
シネメモリ１８は、超音波プローブ１の受信回路７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のうち音速計測用の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６から供給される駆動信号に従ってＢモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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４ａから受信信号が受信回路７に出力され、受信回路７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３（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３（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７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６からの駆動信号に従ってＢモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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４ａから受信信号が受信回路７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。
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。
【００３３】
次に、プローブ制御部８により送信回路６および受信回路７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。すなわち、送信回路６からの駆動信号に従って音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａから音速計測用の超音波ビームが関心領域Ｒ内の格子点に焦点を形成するように送信され、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５ａから受信信号が受信回路７に出力される。
【００３４】
このようにして超音波ビームを受信する毎に受信回路７で生成される音速計測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計測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、音速計測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。
【００３５】
なお、受信回路７で生成される音速計測用の受信データは、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、音速計測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。
【００３６】
このようにしてＢモード画像の生成と音速マップの生成が行われる。Ｂモード画像用振動子アレイ４の上に音速計測用振動子アレイ５が積層形成された積層型振動子アレイ３を用いているので、超音波プローブ１の被検体当接部を小さな面積に形成することができ、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成の双方を行いながらも、被検体の体表に超音波プローブの被検体当接部を押圧して診断を行う際の操作性を向上させることができる。
また、音速計測用振動子アレイ５がＢモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置しているので、小さな遅延量の駆動信号を送信回路６から音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａに供給するだけで、Ｂモード画像上に設定された関心領域Ｒ内の各格子点に送信焦点を形成することができ、音速測定をより正確に行うことが可能となる。
【００３７】
さらに、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａが高分子圧電素子から形成されているので、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、音速計測用振動子アレイ５から低周波の超音波ビームを送信させ、音速計測用振動子アレイ５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。
【００３８】
なお、Ｂモード画像用振動子アレイ４の超音波トランスデューサ４ａの個数、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数、Ｂモード画像用の超音波ビームの中心周波数、音速計測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、この実施の形態１では、音速マップを生成する領域をＢモード画像に対して一部の領域に限定するために、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数をＢモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少なくしたが、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数をＢモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数と同等にして、より広い領域の音速マップを生成することもできる。
【００３９】
実施の形態２
上記の実施の形態１では、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの配列ピッチＰ１が、Ｂモード画像用振動子アレイ４の超音波トランスデューサ４ａの配列ピッチに等しく、音速計測用振動子アレイ５がＢモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置していたが、これに限るものではない。例えば、図４に示されるように、Ｂモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ３４ａを有しながらも、超音波トランスデューサ３４ａの配列ピッチＰ２がＢモード画像用振動子アレイ４における超音波トランスデューサ４ａの配列ピッチＰ１より大きな値に設定されることにより、Ｂモード画像用振動子アレイ４と等しい長さを有する音速計測用振動子アレイ３４を整合層３２の上に積層形成してもよい。
【００４０】
このような積層型振動子アレイを用いても、実施の形態１と同様に、超音波プローブ１の被検体当接部を小さな面積に形成することができ、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成の双方を行いながらも、被検体の体表に超音波プローブの被検体当接部を押圧して診断を行う際の操作性を向上させることができる。
【００４１】
実施の形態３
図５に実施の形態３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、送信回路６および受信回路７をそれぞれＢモード画像専用の送信回路および受信回路として使用すると共に、音速計測専用の送信回路４２および受信回路４３を追加し、これら送信回路４２および受信回路４３を音速計測用振動子アレイ５に接続したものである。
音速計測専用の受信回路４３は、診断装置本体２のシネメモリ１８と音速マップ生成部１９に接続され、Ｂモード画像専用の受信回路７は、診断装置本体２の信号処理部１１とシネメモリ１８に接続されている。
【００４２】
送信回路６は、Ｂモード画像用振動子アレイ４に駆動信号を供給してＢモード画像用振動子アレイ４からＢモード画像用超音波ビームを送信させ、送信回路４２は、音速計測用振動子アレイ５に駆動信号を供給して音速計測用振動子アレイ５から音速計測用超音波ビームを送信させる。
また、受信回路７は、Ｂモード画像用振動子アレイ４から出力される受信信号を処理することでＢモード画像用受信データを生成して診断装置本体２の信号処理部１１とシネメモリ１８に出力し、受信回路４３は、音速計測用振動子アレイ５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生成して診断装置本体２のシネメモリ１８と音速マップ生成部１９に出力する。
【００４３】
このような構成とすれば、超音波トランスデューサ４ａが圧電セラミック等から形成されているＢモード画像用振動子アレイ４と超音波トランスデューサ５ａが高分子圧電素子から形成されている音速計測用振動子アレイ５に対してそれぞれ適した構成の送信回路と受信回路を互いに独立させて使用することができる。また、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数がＢモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少なく設定されているので、それだけ音速計測専用の受信回路４３の内部構成を簡単化することができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態１〜３では、受信回路７あるいは４３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７あるいは４３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、音速マップ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。
【００４５】
なお、上記の実施の形態１〜３における超音波プローブ１および４１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】
【００４６】
１，４１ 振動子プローブ、２ 診断装置本体、３ 積層型振動子アレイ、４ Ｂモード画像用振動子アレイ、５，３４ 音速計測用振動子アレイ、６，４２ 送信回路、７，４３ 受信回路、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、３１ バッキング材、３２，３３ 整合層、４ａ，５ａ 超音波トランスデューサ、Ｘ，Ａ１，Ａ２ 格子点、Ｗ１，Ｗ２，Ｗｘ 受信波、Ｗｓｕｍ 合成波、Ｐ１，Ｐ２ 配列ピッチ。
【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マップの生成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。
ここで、より正確な局所音速値を演算するためには、Ｂモード画像の生成に比べて、診断部位の周辺に設定された複数の格子点のそれぞれによく絞り込まれた送信焦点を形成するように超音波ビームを送信し、超音波エコーを広い開口で受信することが望ましく、このため、音速マップ生成用に使用される振動子アレイをＢモード画像生成用に使用される振動子アレイとは別に独立して備えることが好ましい。
【０００６】
しかしながら、超音波プローブの被検体当接部にＢモード画像用の振動子アレイと音速マップ用の振動子アレイをそれぞれ配設しようとすると、被検体当接部が大きな面積を有することとなり、被検体の体表に超音波プローブの被検体当接部を押圧して診断を行う際の操作性が低下するおそれがある。
【０００７】
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、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成を操作性よく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】
【０００８】
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の送受信を行うＢモード画像用振動子アレイと、Ｂモード画像用振動子アレイの上に積層形成されると共に少なくとも音速計測用超音波ビームの受信を行う音速計測用振動子アレイとを備えたものである。
【０００９】
好ましくは、音速計測用振動子アレイは、Ｂモード画像用振動子アレイに含まれる複数の超音波トランスデューサより少ない個数の超音波トランスデューサを有している。この場合、音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチをＢモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチと等しくし、音速計測用振動子アレイをＢモード画像用振動子アレイの中央部の上に位置させることができる。あるいは、音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチをＢモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチより大きくし、音速計測用振動子アレイをＢモード画像用振動子アレイと等しい長さにしてもよい。
また、音速計測用振動子アレイの超音波トランスデューサを、高分子圧電素子から形成することができる。
【００１０】
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ることが好ましい。
この場合、受信回路が、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Ｂモード画像用受信データを得るＢモード画像用受信回路と、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音速計測用受信回路とを含むように構成することができる。さらに、送信回路は、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Ｂモード画像用送信回路と、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音速計測用送信回路とを含んでいてもよい。
【００１１】
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、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。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、Ｂモード画像用振動子アレイの上に音速計測用振動子アレイが積層形成されているので、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成を操作性よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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で用いられた積層型振動子アレイの構造を示す断面図である。
【図３】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４】実施の形態２に係る超音波プローブで用いられた積層型振動子アレイの構造を示す断面図である。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、積層型振動子アレイ３を有している。この積層型振動子アレイ３は、互いに積層形成されたＢモード画像用振動子アレイ４と音速計測用振動子アレイ５を含んでおり、Ｂモード画像用振動子アレイ４に送信回路６および受信回路７がそれぞれ接続されると共に、音速計測用振動子アレイ５にも送信回路６および受信回路７がそれぞれ接続されている。
そして、送信回路６および受信回路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７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７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、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】
積層型振動子アレイ３は、図２に示されるような構造を有している。すなわち、バッキング材３１の上に１次元配列された複数の超音波トランスデューサ４ａからなるＢモード画像用振動子アレイ４が形成され、このＢモード画像用振動子アレイ４の上に整合層３２を介して音速計測用振動子アレイ５が積層形成されている。
音速計測用振動子アレイ５は、整合層３２の上に形成されたもう１つの整合層３３の中央部内に形成され、音速マップを生成する領域をＢモード画像に対して一部の領域に限定するために、Ｂモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ５ａを有している。音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの配列ピッチＰ１は、Ｂモード画像用振動子アレイ４の超音波トランスデューサ４ａの配列ピッチに等しく、音速計測用振動子アレイ５はＢモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置している。
【００１７】
Ｂモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａは、それぞれ送信回路６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、音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａは、それぞれ送信回路６から供給される駆動信号に従って音速マップ生成用の超音波を送信する。また、Ｂモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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受信回路７に出力し、音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａは、被検体による音速マップ生成用の超音波の超音波エコーを受信して受信信号を受信回路７に出力する。
【００１８】
Ｂモード画像用振動子アレイ４の各超音波トランスデューサ４ａ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または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。
一方、音速計測用振動子アレイ５の各超音波トランスデューサ５ａは、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。
【００１９】
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。
【００２０】
送信回路６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モード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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４ａに供給すると共に、音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａ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５ａに供給する。
【００２１】
受信回路７は、Ｂモード画像用振動子アレイ４の各超音波トランスデューサ４ａから送信される受信信号および音速計測用振動子アレイ５の各超音波トランスデューサ５ａから送信される受信信号をそれぞれ増幅して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。
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７で生成されたＢモード画像用の受信データに対し、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】
シネメモリ１８は、超音波プローブ１の受信回路７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のうち音速計測用の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６から供給される駆動信号に従ってＢモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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４ａから受信信号が受信回路７に出力され、受信回路７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３（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３（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７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６からの駆動信号に従ってＢモード画像用振動子アレイ４の複数の超音波トランスデューサ４ａ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４ａから受信信号が受信回路７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。
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。
【００３３】
次に、プローブ制御部８により送信回路６および受信回路７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。すなわち、送信回路６からの駆動信号に従って音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａから音速計測用の超音波ビームが関心領域Ｒ内の格子点に焦点を形成するように送信され、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５ａから受信信号が受信回路７に出力される。
【００３４】
このようにして超音波ビームを受信する毎に受信回路７で生成される音速計測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計測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、音速計測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。
【００３５】
なお、受信回路７で生成される音速計測用の受信データは、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、音速計測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。
【００３６】
このようにしてＢモード画像の生成と音速マップの生成が行われる。Ｂモード画像用振動子アレイ４の上に音速計測用振動子アレイ５が積層形成された積層型振動子アレイ３を用いているので、超音波プローブ１の被検体当接部を小さな面積に形成することができ、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成の双方を行いながらも、被検体の体表に超音波プローブの被検体当接部を押圧して診断を行う際の操作性を向上させることができる。
また、音速計測用振動子アレイ５がＢモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置しているので、小さな遅延量の駆動信号を送信回路６から音速計測用振動子アレイ５の複数の超音波トランスデューサ５ａに供給するだけで、Ｂモード画像上に設定された関心領域Ｒ内の各格子点に送信焦点を形成することができ、音速測定をより正確に行うことが可能となる。
【００３７】
さらに、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａが高分子圧電素子から形成されているので、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、音速計測用振動子アレイ５から低周波の超音波ビームを送信させ、音速計測用振動子アレイ５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。
【００３８】
なお、Ｂモード画像用振動子アレイ４の超音波トランスデューサ４ａの個数、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数、Ｂモード画像用の超音波ビームの中心周波数、音速計測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、この実施の形態１では、音速マップを生成する領域をＢモード画像に対して一部の領域に限定するために、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数をＢモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少なくしたが、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数をＢモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数と同等にして、より広い領域の音速マップを生成することもできる。
【００３９】
実施の形態２
上記の実施の形態１では、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの配列ピッチＰ１が、Ｂモード画像用振動子アレイ４の超音波トランスデューサ４ａの配列ピッチに等しく、音速計測用振動子アレイ５がＢモード画像用振動子アレイ４の中央部の上に位置していたが、これに限るものではない。例えば、図４に示されるように、Ｂモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ３４ａを有しながらも、超音波トランスデューサ３４ａの配列ピッチＰ２がＢモード画像用振動子アレイ４における超音波トランスデューサ４ａの配列ピッチＰ１より大きな値に設定されることにより、Ｂモード画像用振動子アレイ４と等しい長さを有する音速計測用振動子アレイ３４を整合層３２の上に積層形成してもよい。
【００４０】
このような積層型振動子アレイを用いても、実施の形態１と同様に、超音波プローブ１の被検体当接部を小さな面積に形成することができ、Ｂモード画像の生成と正確な音速マップの生成の双方を行いながらも、被検体の体表に超音波プローブの被検体当接部を押圧して診断を行う際の操作性を向上させることができる。
【００４１】
実施の形態３
図５に実施の形態３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、送信回路６および受信回路７をそれぞれＢモード画像専用の送信回路および受信回路として使用すると共に、音速計測専用の送信回路４２および受信回路４３を追加し、これら送信回路４２および受信回路４３を音速計測用振動子アレイ５に接続したものである。
音速計測専用の受信回路４３は、診断装置本体２のシネメモリ１８と音速マップ生成部１９に接続され、Ｂモード画像専用の受信回路７は、診断装置本体２の信号処理部１１とシネメモリ１８に接続されている。
【００４２】
送信回路６は、Ｂモード画像用振動子アレイ４に駆動信号を供給してＢモード画像用振動子アレイ４からＢモード画像用超音波ビームを送信させ、送信回路４２は、音速計測用振動子アレイ５に駆動信号を供給して音速計測用振動子アレイ５から音速計測用超音波ビームを送信させる。
また、受信回路７は、Ｂモード画像用振動子アレイ４から出力される受信信号を処理することでＢモード画像用受信データを生成して診断装置本体２の信号処理部１１とシネメモリ１８に出力し、受信回路４３は、音速計測用振動子アレイ５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生成して診断装置本体２のシネメモリ１８と音速マップ生成部１９に出力する。
【００４３】
このような構成とすれば、超音波トランスデューサ４ａが圧電セラミック等から形成されているＢモード画像用振動子アレイ４と超音波トランスデューサ５ａが高分子圧電素子から形成されている音速計測用振動子アレイ５に対してそれぞれ適した構成の送信回路と受信回路を互いに独立させて使用することができる。また、音速計測用振動子アレイ５の超音波トランスデューサ５ａの個数がＢモード画像用振動子アレイ４に含まれる複数の超音波トランスデューサ４ａの個数より少なく設定されているので、それだけ音速計測専用の受信回路４３の内部構成を簡単化することができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態１〜３では、受信回路７あるいは４３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７あるいは４３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、音速マップ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。
【００４５】
なお、上記の実施の形態１〜３における超音波プローブ１および４１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】
【００４６】
１，４１ 振動子プローブ、２ 診断装置本体、３ 積層型振動子アレイ、４ Ｂモード画像用振動子アレイ、５，３４ 音速計測用振動子アレイ、６，４２ 送信回路、７，４３ 受信回路、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、３１ バッキング材、３２，３３ 整合層、４ａ，５ａ 超音波トランスデューサ、Ｘ，Ａ１，Ａ２ 格子点、Ｗ１，Ｗ２，Ｗｘ 受信波、Ｗｓｕｍ 合成波、Ｐ１，Ｐ２ 配列ピッチ。
【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の送受信を行うＢモード画像用振動子アレイと、
前記Ｂモード画像用振動子アレイの上に積層形成されると共に少なくとも音速計測用超音波ビームの受信を行う音速計測用振動子アレイと
を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記音速計測用振動子アレイは、前記Ｂモード画像用振動子アレイに含まれる複数の超音波トランスデューサより少ない個数の超音波トランスデューサを有する請求項１に記載の前記超音波プローブ。
【請求項３】
前記音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチは前記Ｂモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチに等しく、前記音速計測用振動子アレイは前記Ｂモード画像用振動子アレイの中央部の上に位置する請求項２に記載の前記超音波プローブ。
【請求項４】
前記音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチは前記Ｂモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチより大きく、前記音速計測用振動子アレイは前記Ｂモード画像用振動子アレイと等しい長さを有する請求項２に記載の前記超音波プローブ。
【請求項５】
前記音速計測用振動子アレイの超音波トランスデューサは、高分子圧電素子からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記超音波プローブ。
【請求項６】
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マップ用受信データを得る受信回路と
をさらに備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記超音波プローブ。
【請求項７】
前記受信回路は、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Ｂモード画像用受信データを得るＢモード画像用受信回路と、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音速計測用受信回路とを含む請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記送信回路は、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Ｂモード画像用送信回路と、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音速計測用送信回路とを含む請求項６または７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
請求項６〜８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の送受信を行うＢモード画像用振動子アレイと、
前記Ｂモード画像用振動子アレイの上に積層形成されると共に少なくとも音速計測用超音波ビームの受信を行う音速計測用振動子アレイと
を備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
前記音速計測用振動子アレイは、前記Ｂモード画像用振動子アレイに含まれる複数の超音波トランスデューサより少ない個数の超音波トランスデューサを有する請求項１に記載の前記超音波プローブ。
【請求項３】
前記音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチは前記Ｂモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチに等しく、前記音速計測用振動子アレイは前記Ｂモード画像用振動子アレイの中央部の上に位置する請求項２に記載の前記超音波プローブ。
【請求項４】
前記音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチは前記Ｂモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチより大きく、前記音速計測用振動子アレイは前記Ｂモード画像用振動子アレイと等しい長さを有する請求項２に記載の前記超音波プローブ。
【請求項５】
前記音速計測用振動子アレイの超音波トランスデューサは、高分子圧電素子からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記超音波プローブ。
【請求項６】
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マップ用受信データを得る受信回路と
をさらに備えた請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記超音波プローブ。
【請求項７】
前記受信回路は、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Ｂモード画像用受信データを得るＢモード画像用受信回路と、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音速計測用受信回路とを含む請求項６に記載の超音波プローブ。
【請求項８】
前記送信回路は、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Ｂモード画像用送信回路と、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音速計測用送信回路とを含む請求項６または７に記載の超音波プローブ。
【請求項９】
請求項６〜８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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７６１９２（Ｐ２０１２−１７６１９２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１４４７（Ｐ２０１１−４１４４７）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【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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