超音波診断装置
【課題】表示部における医用画像の位置を変更可能とすることで、医用画像を使用者が観察しやすくできる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被検体Ｈ内に超音波信号を送受する圧電部３２を備える超音波探触子２と、圧電部３２が被検体Ｈからの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体Ｈ内の超音波画像を生成する画像処理部１５と、超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成手段１８と、入力信号を生成する入力手段２０と、合成画像を表示する表示部１６とで、超音波診断装置を構成する。
【解決手段】被検体Ｈ内に超音波信号を送受する圧電部３２を備える超音波探触子２と、圧電部３２が被検体Ｈからの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体Ｈ内の超音波画像を生成する画像処理部１５と、超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成手段１８と、入力信号を生成する入力手段２０と、合成画像を表示する表示部１６とで、超音波診断装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波信号を送信し、反射波に基づいて被検体内部の超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいい、非破壊、無害および略リアルタイムでその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの超音波の反射波から生成した受信信号に基づいて該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてＸ線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、超音波の反射波に対して包絡線検波処理を施すことによりＢモード画像等の医用画像を得ることが可能であることなどの様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系（例えば心臓の冠動脈等）、消化器系（例えば胃腸等）、内科系（例えば肝臓、膵臓および脾臓等）、泌尿器系（例えば腎臓および膀胱等）および産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
この医用画像による診断は、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等の表示部を備えた画像表示装置に医用画像を表示させることで行われる。一般に表示部は超音波診断装置本体に搭載されており、使用者は被検体の被検部に超音波探触子を当接させて撮影を実施しつつ表示部を観察する。
【０００４】
超音波診断装置は、被検体に近接して配置され、使用者は、被検体の被検部毎に超音波探触子を当接させやすい位置に自ら移動しながら撮影を実施する。一方、表示部に表示される医用画像は、表示部の所定の位置に固定して表示させている場合が多い。かかる場合には、使用者が表示部に向き合う方向によって、医用画像の観察しやすさが異なってくるという不具合が生じる。
【０００５】
かかる不具合に対して、医用画像をその他の領域に比して強調させることで、観察しやすくする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２５４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術は、医用画像をその他の領域の画像に比して強調させるので、表示されている画像の中では相対的に観察しやすくなる。しかし、使用者が、被検体の被検部毎に超音波探触子を当接させやすい位置に自らの身体を移動させると、自らの身体の位置と超音波診断装置との相対位置が変わるために、医用画像が表示された表示部を斜めに観察する場合が生じ、表示部において使用者の身体の位置に対して反対側に医用画像が位置する場合には、使用者は医用画像を観察しにくいこととなる。
【０００８】
本発明は、表示部における医用画像の位置を変更可能とすることで、医用画像を使用者が観察しやすくできる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】
【０００９】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１０】
１．被検体内に超音波信号を送受する圧電素子を備える超音波探触子と、
前記圧電素子が被検体からの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成手段と、
前記入力信号を生成する入力手段と、
前記合成画像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【００１１】
２．前記圧電素子は被検体内に超音波信号を送信する複数の送信用の圧電素子と、被検体内において反射されて生成された超音波信号を受信して電気信号に変換する複数の受信用の圧電素子と、を備えることを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００１２】
３．前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられていることを特徴とする前記１又は２に記載の超音波診断装置。
【００１３】
４．前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられ、加速度センサを有することを特徴とする前記１又は２に記載の超音波診断装置。
【００１４】
５．前記入力手段は、
前記超音波探触子に備えられ、前記超音波探触子の位置情報を含む位置検出用信号を送信する位置検出用信号生成部と、
前記位置検出用信号を計測して前記超音波探触子の位置を検出する信号検出手段と、
を有し、
前記相対位置は、前記超音波画像が前記各種画像より前記超音波探触子に近い相対位置であることを特徴とする前記１又は２に記載の超音波診断装置。
【００１５】
６．前記合成画像においては、前記超音波画像と前記各種画像とは左右に、又は上下に並べられていることを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【００１６】
７．超音波を受信する前記圧電素子を形成する圧電材料は有機圧電材料であることを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【００１７】
８．被検体からの超音波信号の周波数は、被検体に送信する超音波信号の周波数の高調波成分であることを特徴とする前記１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１８】
表示部における医用画像の位置を変更可能とすることで、医用画像を使用者が観察しやすくできる超音波診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】実施形態にかかる超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】表示部に表示される合成画像の一例の模式図である。
【図４】実施形態にかかる超音波診断装置の超音波探触子の構成を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を正面から見た模式図であり、図５（ｂ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を斜視した模式図であり、図５（ｃ）は、入力手段２０の原理を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は、図中左側に超音波画像が設けられる合成画像の模式図であり、図６（ｂ）は、図中右側に超音波画像が設けられる合成画像の模式図である。
【図７】使用者Ｊの右手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。
【図８】使用者Ｊの左手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）は、加速度が課されていない場合の加速度センサ９０の模式図であり、図９（ｂ）は、加速度が課された場合の加速度センサ９０の模式図である。図９（ｃ）は、加速度センサ９０を内蔵した超音波探触子２の模式図である。
【図１０】実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図１１】実施形態にかかる超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図１２】平面アンテナ５１の外観の概要を表す斜視図である。
【図１３】平面アンテナ５１の受信特性の指向性を表すグラフである。
【図１４】平面アンテナ５１の受信面５１１の方向をスキャン手段５２がスキャンする概要を表す概要図である。
【図１５】方向毎の受信特性を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２１】
図１は、実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態にかかる超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、表示部に表示される合成画像の一例の模式図である。図４は、実施形態にかかる超音波診断装置の超音波探触子の構成を示す図である。
【００２２】
超音波診断装置Ｓは、図１および図２に示すように、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波（以後、第１超音波信号とも称す）を送信すると共に、被検体Ｈで反射した超音波の反射波（以後、第２超音波信号とも称す）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体Ｈに対して第１超音波信号を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体Ｈ内からの第２超音波信号に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体Ｈ内の内部状態を超音波画像として医用画像に画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。超音波診断装置本体１には、超音波探触子２を使用しない時に、超音波探触子２を保持させておく超音波探触子フォルダ４が備えられている。
【００２３】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、信号処理部１４と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、記憶部１９と、本発明の画像合成部１８と、を備えて構成されている。
【００２４】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体Ｈの個人情報等のデータを入力するものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００２５】
送信部１２は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子２に第１超音波信号を発生させ、超音波探触子２を駆動する回路である。送信部１２は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。
【００２６】
受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を信号処理部１４へ出力する。受信部１３は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器、および、この増幅器で増幅された受信信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ−デジタル変換器等を備えて構成される。
【００２７】
信号処理部１４は、制御部１７の制御に従って、受信部３からの電気信号に、所定の信号処理を施す回路であり、その信号処理した反射受信信号を画像処理部１５へ出力する。
【００２８】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、信号処理部１４で信号処理された反射受信信号に基づいて、例えばハーモニックイメージング技術等を用いて被検体Ｈ内の内部状態の超音波画像を生成する回路である。例えば、反射受信信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、第２超音波信号の振幅強度に対応したＢモード信号を生成する。
【００２９】
記憶部１９はＲＡＭやＲＯＭで構成され、制御部１７に用いられるプログラムが記録され、また、表示部１６で表示する各種画像のテンプレートが記録されている。
【００３０】
本発明の画像合成部１８は、画像処理部１５で生成した例えばＢモード画像と、操作入力部１１から入力された情報や、記憶部１９に記憶されている被検体の過去のＢモード画像等の情報などについての各種画像とを合成した合成画像を生成する機能を有する。合成画像を構成する画像の例としては、図３に示すように、超音波画像１５３，画像のタイトル画像１５１，表示する画像の内容等を選択するメニュー画像１５２，過去の超音波画像を並列したサムネイル画像１５４，被検体の名前等の情報を表示した被検体情報画像１５６，ファンクションキー等を表示したソフトメニュー画像１５７等である。
【００３１】
表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像合成部１８で合成された合成画像を表示する装置である。表示部１６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３２】
制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、信号処理部１４、画像処理部１５、画像合成部１８、及び記憶部１９を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３３】
一方、超音波探触子２は、振動部３０と、本発明の入力手段２０とを備える。
【００３４】
本発明の入力手段２０は、合成画像の中におけるＢモード画像と各種画像との相対位置を、使用者が指示入力して変更できる機能を有する。具体的には、Ｂモード画像が表示部１６における左右方向のどの位置に設けられるか使用者が指示入力する機能を有する。詳しくは後述する。
【００３５】
振動部３０は、図略の生体等の被検体Ｈに対して第１超音波信号を送信すると共に、被検体Ｈからの第２超音波信号を受信する。振動部３０は、例えば、図４に示すように、音響制動部材３１と、圧電部３２と、音響整合層３３と、音響レンズ３４とを備えて構成される。
【００３６】
音響制動部材３１は、超音波を吸収する材料から構成された平板状の部材であり、圧電部３２から音響制動部材３１方向へ放射される超音波を吸収するものである。
【００３７】
圧電部３２は、圧電材料を備えた圧電素子であり、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換するものである。圧電部３２は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して入力された送信の電気信号を第１超音波信号へ変換して第１超音波信号を送信すると共に、受信した第２超音波信号を電気信号へ変換してこの電気信号（受信信号）をケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。超音波探触子２が被検体Ｈに当接されることによって圧電部３２で生成された第１超音波信号が被検体Ｈ内へ送信され、被検体Ｈ内からの第２超音波信号が圧電部３２で受信される。
【００３８】
本実施形態における圧電部３２は送受別体のタイプとして説明するが、送受同一のタイプであってもよい。圧電部３２は、例えば、本実施形態では、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第１圧電部３２１および第２圧電部３２３を備え、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３は、互いに積層されている。
【００３９】
本実施形態では、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３は、中間層３２２を介して互いに積層されている。この中間層３２２は、第１圧電部３２１と第２圧電部３２３とを積層するための部材であり、第１圧電部３２１と第２圧電部３２３との音響インピーダンスを整合させるものである。
【００４０】
このように圧電部が２層の第１圧電部３２１および第２圧電部３２３を備える。第１圧電部３２１は第１超音波信号を送信する複数の送信用の圧電素子（送信用圧電素子）からなる。第２圧電部３２３は第２超音波信号を受信する複数の受信用の圧電素子（受信用圧電素子）からなる。
【００４１】
このため、第１圧電部３２１を送信用により適したものとすることができると共に、第２圧電部３２３を受信用により適したものとすることができる。従って、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３がそれぞれ第１超音波信号の送信用圧電素子、および第２超音波信号の受信用圧電素子として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３が積層されているので、小型化が可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、例えば、圧電部３２における第１圧電部３２１は、無機圧電材料を材料とする無機圧電素子から構成されており、無機圧電素子は両面に一対の電極を備えて構成されている。この無機圧電素子の厚さは、例えば、送信すべき超音波の周波数や無機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。無機圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等である。本実施形態では、このように送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子が第１圧電部３２１に用いられている。
【００４３】
そして、本実施形態では、例えば、圧電部３２における第２圧電部３２３は、有機圧電材料を材料とする有機圧電素子から構成されており、有機圧電素子は両面に一対の電極を備えて構成されている。この有機圧電素子の厚さは、例えば、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数８ＭＨｚの超音波を受信する場合では、この有機圧電素子の厚さは、約５０μｍである。
【００４４】
有機圧電材料には、例えば、フッ化ビニリデンの重合体や、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体を用いることができる。フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体の場合、共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、前者の共重合比が６０〜９９モル％が好ましいが、無機圧電素子と有機圧電素子を重ねる時に使用する有機結合剤の使用方法にもよるので、その最適値は変化する。最も好ましい前者の共重合比の範囲は７０〜９０モル％である。フッ化ビニリデンを８５〜９９モル％にして、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアルコキシエチレン、パーフルオロヘキサエチレン等を１〜１５モル％にしたポリマーは、送信用無機圧電素子と受信用有機圧電素子との組み合わせにおいて、送信における基本周波波を抑制して、高調波受信の感度を高めることができる。
【００４５】
フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体は、薄膜化、大面積化等の加工性に比較的優れ、任意の形状、形態の物が作ることができ、弾性率が低い、誘電率が低い等の特徴を持つため、高周波特性、広帯域特性を必要とするハーモニックイメージング技術における圧電材料として適している。
【００４６】
また、本実施形態では、圧電部３２の第１圧電部３２１は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して電気信号が入力され、この電気信号を第１超音波信号へ変換し、この変換した第１超音波信号を中間層３２２、第２圧電部３２３、音響整合層３３および音響レンズ３４を介して被検体Ｈへ送信する。そして、圧電部３２の第２圧電部３２３は、第２超音波信号が音響レンズ３４および音響整合層３３を介して被検体Ｈから受信され、この受信された第２超音波信号を電気信号へ変換し、この変換した電気信号を受信信号としてケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。本実施形態では、上述したように第１圧電部３２１が無機圧電素子であり、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となるため、このような圧電部３２を備えた超音波探触子２は、高調波の反射波を得るために比較的大きなパワーで基本波の第１超音波信号を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、本実施形態では、上述したように第２圧電部３２３が有機圧電素子であり、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となるため、このような圧電部３２を備えた超音波探触子２は、高調波の第２超音波信号を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００４７】
そして、本実施形態では、圧電部３２における第１圧電部３２１および第２圧電部３２３は、第１圧電部３２１上に第２圧電部３２３が積層され、第２圧電部３２３の前方に超音波信号の送受信面が在る。より具体的には、第１圧電部３２１上に中間層３２２を介して第２圧電部３２３が積層されている。このように、被検体Ｈに第１超音波信号を送信する方向であって、第１圧電部３２１上に第２圧電部３２３が積層されて一体化することで、小型の超音波探触子２を構成することができる。
【００４８】
次に、入力手段２０について詳細に説明する。入力手段２０は、合成画像の中で、Ｂモード画像と各種画像との相対位置を、使用者が指示入力して変更する機能を有する。図５は、入力手段２０の一例の模式図である。図５（ａ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を正面から見た模式図であり、図５（ｂ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を斜視した模式図であり、図５（ｃ）は、入力手段２０の原理を示す模式図である。
【００４９】
図５に示した入力手段２０は、使用者が押圧することで釦部２０１を左右に位置変更するスイッチ８０である。使用者は、入力手段２０の釦部２０１を、例えば位置Ｓ１と位置Ｓ２の間で切り替えることにより、表示部１６における超音波画像の位置を変更することができる。図６は、表示部１６において超音波画像１５３の位置が変更された合成画像の模式図である。図６（ａ）は、図中左側に超音波画像１５３が設けられる合成画像の模式図であり、図６（ｂ）は、図中右側に超音波画像１５３が設けられる合成画像の模式図である。
【００５０】
入力手段２０の構成としては、例えば、釦部２０１が移動する左右の位置に各々電極を内蔵し、釦部２０１の移動により、電極が選択され、選択された電極に応じた電圧を画像合成部１８に送るスイッチタイプが好ましい。
【００５１】
また、例えば、図５（ｃ）に示すように、入力手段２０はポテンショメータであり、釦部２０１が、位置Ｓ１にあるか位置Ｓ２にあるかに応じて発生する電圧Ｖを変化させるスイッチタイプが好ましい。画像合成部１８は、送られた電圧Ｖに応じて、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。かかるポテンショメータを用いた入力手段２０を採用し、釦部２０１の位置を位置Ｓ１と位置Ｓ２の間に設定して、画像合成部１８へ送る電圧Ｖの値が複数とり得るようにし、表示部１６における各種画像に対する超音波画像１５３の位置を左右方向に段階的に変更することも可能となる。
【００５２】
このような入力手段２０と画像合成部１８を用いれば、使用者が超音波診断を行う際に、超音波診断装置Ｓに対する自らの身体の位置に依らず、表示部１６における超音波画像１５３の位置を、自らが観察しやすい位置に変更できるので、超音波画像１５３を観察しやすくなる。図７は、使用者Ｊの右手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。図８は、使用者Ｊの左手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。
【００５３】
超音波診断装置Ｓが、使用者Ｊのどちら側に配置されている場合にも、使用者Ｊは超音波探触子２の入力手段２０を用いて、表示部１６における超音波画像１５３の位置を左右方向どちらにも変更できる。従って、使用者Ｊは例えば無理に首を大きく回転させたりする必要が無く、超音波画像１５３を観察することができる。
【００５４】
超音波探触子２に取り付ける入力手段２０には、上記のようなスイッチ８０を用いてもよし、加速度センサを用いてもよい。加速度センサは、取り付けた超音波探触子２に課された加速度を計測できる。課される加速度の方向と、表示部１６における超音波画像１５３の位置を予め対応付けておき、実際に課される加速度の方向を加速度センサに計測させ、その結果を画像合成部１８に出力することで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。
【００５５】
以下、加速度センサについて説明する。加速度センサは、加速度を計測するセンサである。図９は、加速度センサの一例であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた半導体ピエゾ抵抗型の加速度センサ９０の模式図である。図９（ａ）は、加速度が課されていない場合の加速度センサ９０の模式図であり、図９（ｂ）は、加速度が課された場合の加速度センサ９０の模式図である。図９（ｃ）は、加速度センサ９０を内蔵した超音波探触子２の模式図である。
【００５６】
加速度センサ９０は、錘９３を備えたピエゾ抵抗器９２と、ピエゾ抵抗器９２の上面に備えられたダイヤフラム９１を有する。
【００５７】
図９（ｂ）に示すように、加速度センサ９０に、図中矢印方向に加速度が課されると、錘９３は当該矢印方向へ移動する。錘９３にはダイヤフラムの一部が形成されているので、ダイヤフラムの一部に応力が発生し、加速度により錘９３に発生する力と当該応力とが釣り合った場所で錘９３は静止する。錘９３が移動することで、ピエゾ抵抗器に発生する抵抗値が変化するので、この変化値を画像合成部１８へ出力することで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。
【００５８】
かかる加速度センサ９０を用いた入力手段２０を、図９（ｃ）に示すように、例えば、加速度を計測する方向を、超音波探触子２に対して左右方向になるように内蔵させ、使用者Ｊが超音波探触子２を左右所望の方向に振ることで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更することができる。
【００５９】
入力手段２０としては、上記のようなスイッチ８０や加速度センサ９０のように、超音波探触子２に搭載するタイプの他、超音波診断装置本体１の位置を基準として、超音波探触子２がどの方向に存在するかが分かるセンサを用いてもよい。超音波診断装置本体１の位置を基準として、超音波探触子２がどの方向に存在するか分かれば、使用者Ｊが操作する必要がなく、使用者Ｊの位置する方向に、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更することができる。
【００６０】
以下、超音波探触子２に搭載するタイプの他、超音波診断装置本体１の位置を基準として、超音波探触子２がどの方向に存在するかが分かるセンサの例を説明する。
【００６１】
図１０は、実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。図１１は、実施形態にかかる超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。図１２は、平面アンテナ５１の外観の概要を表す斜視図である。図１３は、平面アンテナ５１の受信特性の指向性を表すグラフである。図１４は、平面アンテナ５１の受信面５１１の方向をスキャン手段５２がスキャンする概要を表す概要図である。図１５は、方向毎の受信特性を表すグラフである。
【００６２】
図１０における超音波診断装置Ｓにおいては、超音波探触子２の位置を検知する信号検出手段５０を有する。
【００６３】
図１１の超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図と、図２に示す超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図との相違は、位置検出用信号生成部４８と信号検出手段５０とを有する点である。位置検出用信号生成部４８と信号検出手段５０とが入力手段としての機能を有する。
【００６４】
位置検出用信号生成部４８は超音波探触子２の位置情報を含む位置検出用信号を生成し、生成された位置検出用信号を信号検出手段５０が計測することで、超音波探触子２の存在する方向を検知し、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更することができる。
【００６５】
信号検出手段５０は、平面アンテナ５１、スキャン手段５２、方向算出手段５３からなる。
【００６６】
平面アンテナ５１は、受信する電波を電気信号に変換する変換効率が、受信する角度に依存する指向性アンテナである。指向性アンテナであればアンテナの方式は問わない。例えば、パラボラアンテナを採用してもよい。平面アンテナは受信面が平面であるので、取り付け場所を選ばないという長所を有し、パラボラアンテナは低コストであるという長所を有する。
【００６７】
平面アンテナ５１は図１２に示すように電波信号を受信する受信面５１１が備えられている。
【００６８】
平面アンテナ５１は図１３のグラフで示す受信特性の指向性を有する。ｘ座標とｙ座標が０の方向において、電波を受信して電気信号に変換する効率（受信感度）が最も高いという指向性を有する。受信特性を受信面５１１からの方向（θ方向、φ方向）で表すことも可能である。受信面５１１の法線方向からの電波信号の受信感度が最も高いので、平面アンテナ５１は、受信面５１１の法線方向に位置検出用信号を送信する超音波探触子２が存在する場合に、最も大きな電気信号を出力することとなる。
【００６９】
スキャン手段５２は、図１４に示すように、平面アンテナ５１の受信面５１１の受信方向（θ方向とφ方向）をスキャンする機能を有する。スキャン手段５２には、例えばモータを用いて回転する機構を採用することができる。
【００７０】
方向算出手段５３は、平面アンテナ５１の位置に対して、位置検出用信号を送信する超音波探触子２がどの方向に存在するかを検出する機能を有する。スキャン手段５２が平面アンテナ５１をスキャンするに従い、平面アンテナ５１から出力される方向毎の出力から、どの方向における電波信号の大きさが最大となるかを判断する電気回路である。
【００７１】
図１５は、方向毎の受信特性を表すグラフである。スキャン手段５２が平面アンテナ５１をスキャンするに従い、図１５に示すような出力を得る。出力とθ方向との関係を計測する際には、φ方向は一定の角度（例えば０度）にしておき、同じく出力とφ方向との関係を計測する際には、θ方向は一定の角度（例えば０度）にしておく。方向算出手段５３には、θに対応する出力を記憶できる記憶手段（例えばＲＡＭ）を設け、θ方向に平面アンテナ５１を一通りスキャンした後に、最も出力が大きなθの値を計測し、位置検出用信号を送信する超音波探触子２がどのθ方向に存在するかを判断する。φ方向についても、同様の方法で、位置検出用信号を送信する超音波探触子２が存在する方向を検出することができる。
【００７２】
位置検出用信号生成部４８は、超音波探触子２が自己の位置する方向を超音波診断装置本体１に検出させるための位置検出用電波信号を生成する電気回路である。
【００７３】
位置検出用信号は、例えば、超音波探触子２毎に所定の時間プロファイルを有していてもよい。具体的には、超音波探触子２毎に異なる発生時間を有するようなプロファイルにしてもよい。
【００７４】
このように位置検出用信号生成部４８は位置検出用信号を生成し、生成された位置検出用信号を信号検出手段５０が計測することで、超音波探触子２の存在する方向を検知し、検知結果を画像合成部１８に出力することで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。超音波画像と各種画像との相対位置は、超音波画像が各種画像より超音波探触子２に近くなるような相対位置である。また、超音波探触子２が、表示部１６に対して上下方向に位置する場合には、超音波画像と各種画像との相対位置は、上下方向に並べた相対位置であってもよい。
【００７５】
なお、本実施形態においては、超音波探触子２は超音波診断装置本体１と有線接続されていても、無線接続されていてもよい。
【００７６】
以上のように本実施形態にかかる超音波診断装置においては、被検体Ｈ内に超音波信号を送受する圧電部３２を備える超音波探触子２と、圧電部３２が被検体Ｈからの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体Ｈ内の超音波画像を生成する画像処理部１５と、超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成部１８と、入力信号を生成する入力手段２０と、合成画像を表示する表示部１６と、で、超音波診断装置を構成することで、表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００７７】
また、本実施の形態によれば、圧電部３２は、被検体Ｈ内に超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子と、被検体Ｈ内において反射されて生成された超音波信号を受信して電気信号に変換する複数の受信用圧電素子と、を備えることで、超音波信号の送受に各々適した圧電素子を選択できる。
【００７８】
また、本実施の形態によれば、入力手段２０は、超音波探触子に備えられていることで、使用者が任意に表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００７９】
また、本実施の形態によれば、入力手段２０に、超音波探触子に備えられた加速度センサを採用することで、使用者がスイッチを押さず、超音波探触子２を所望の方向に振ることで簡単に表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００８０】
また、本実施の形態によれば、超音波探触子２は、所定の位置検出用信号を送信する位置検出用信号生成部を有し、位置検出用信号を計測して超音波探触子２の位置を検出する位置検出手段を有することで、使用者は何の操作をすることなく、表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００８１】
また、本実施の形態によれば、合成画像においては、超音波画像と各種画像とは左右に、又は上下に並べられているので、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００８２】
また、本実施の形態によれば、受信用素子の材料に有機圧電材料を採用することで、第２超音波信号のような高周波の超音波信号を広帯域に受信することができるので、鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００８３】
本実施の形態によれば、被検体Ｈからの超音波信号の周波数には、被検体Ｈに送信する超音波信号の周波数の高調波成分を採用することで、より鮮明な超音波画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
４ 超音波探触子フォルダ
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 信号処理部
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 画像合成部
１９ 記憶部
２０ 入力手段
３０ 振動部
３１ 音響制動部材
３２ 圧電部
３３ 音響整合層
３４ 音響レンズ
４８ 位置検出用信号生成部
５０ 信号検出手段
５１ 平面アンテナ
５２ スキャン手段
５３ 方向算出手段
８０ スイッチ
９０ 加速度センサ
１５１ タイトル画像
１５２ メニュー画像
１５３ 超音波画像
１５４ サムネイル画像
１５６ 被検体情報画像
１５７ ソフトメニュー画像
２０１ 釦部
３２１ 第１圧電部
３２２ 中間層
３２３ 第２圧電部
５１１ 受信面
Ｓ 超音波診断装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波信号を送信し、反射波に基づいて被検体内部の超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、通常、１６０００Ｈｚ以上の音波をいい、非破壊、無害および略リアルタイムでその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内からの超音波の反射波から生成した受信信号に基づいて該被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてＸ線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、超音波の反射波に対して包絡線検波処理を施すことによりＢモード画像等の医用画像を得ることが可能であることなどの様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系（例えば心臓の冠動脈等）、消化器系（例えば胃腸等）、内科系（例えば肝臓、膵臓および脾臓等）、泌尿器系（例えば腎臓および膀胱等）および産婦人科系等で広く利用されている。
【０００３】
この医用画像による診断は、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等の表示部を備えた画像表示装置に医用画像を表示させることで行われる。一般に表示部は超音波診断装置本体に搭載されており、使用者は被検体の被検部に超音波探触子を当接させて撮影を実施しつつ表示部を観察する。
【０００４】
超音波診断装置は、被検体に近接して配置され、使用者は、被検体の被検部毎に超音波探触子を当接させやすい位置に自ら移動しながら撮影を実施する。一方、表示部に表示される医用画像は、表示部の所定の位置に固定して表示させている場合が多い。かかる場合には、使用者が表示部に向き合う方向によって、医用画像の観察しやすさが異なってくるという不具合が生じる。
【０００５】
かかる不具合に対して、医用画像をその他の領域に比して強調させることで、観察しやすくする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２５４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術は、医用画像をその他の領域の画像に比して強調させるので、表示されている画像の中では相対的に観察しやすくなる。しかし、使用者が、被検体の被検部毎に超音波探触子を当接させやすい位置に自らの身体を移動させると、自らの身体の位置と超音波診断装置との相対位置が変わるために、医用画像が表示された表示部を斜めに観察する場合が生じ、表示部において使用者の身体の位置に対して反対側に医用画像が位置する場合には、使用者は医用画像を観察しにくいこととなる。
【０００８】
本発明は、表示部における医用画像の位置を変更可能とすることで、医用画像を使用者が観察しやすくできる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】
【０００９】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１０】
１．被検体内に超音波信号を送受する圧電素子を備える超音波探触子と、
前記圧電素子が被検体からの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成手段と、
前記入力信号を生成する入力手段と、
前記合成画像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【００１１】
２．前記圧電素子は被検体内に超音波信号を送信する複数の送信用の圧電素子と、被検体内において反射されて生成された超音波信号を受信して電気信号に変換する複数の受信用の圧電素子と、を備えることを特徴とする前記１に記載の超音波診断装置。
【００１２】
３．前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられていることを特徴とする前記１又は２に記載の超音波診断装置。
【００１３】
４．前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられ、加速度センサを有することを特徴とする前記１又は２に記載の超音波診断装置。
【００１４】
５．前記入力手段は、
前記超音波探触子に備えられ、前記超音波探触子の位置情報を含む位置検出用信号を送信する位置検出用信号生成部と、
前記位置検出用信号を計測して前記超音波探触子の位置を検出する信号検出手段と、
を有し、
前記相対位置は、前記超音波画像が前記各種画像より前記超音波探触子に近い相対位置であることを特徴とする前記１又は２に記載の超音波診断装置。
【００１５】
６．前記合成画像においては、前記超音波画像と前記各種画像とは左右に、又は上下に並べられていることを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【００１６】
７．超音波を受信する前記圧電素子を形成する圧電材料は有機圧電材料であることを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【００１７】
８．被検体からの超音波信号の周波数は、被検体に送信する超音波信号の周波数の高調波成分であることを特徴とする前記１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【発明の効果】
【００１８】
表示部における医用画像の位置を変更可能とすることで、医用画像を使用者が観察しやすくできる超音波診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】実施形態にかかる超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】表示部に表示される合成画像の一例の模式図である。
【図４】実施形態にかかる超音波診断装置の超音波探触子の構成を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を正面から見た模式図であり、図５（ｂ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を斜視した模式図であり、図５（ｃ）は、入力手段２０の原理を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は、図中左側に超音波画像が設けられる合成画像の模式図であり、図６（ｂ）は、図中右側に超音波画像が設けられる合成画像の模式図である。
【図７】使用者Ｊの右手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。
【図８】使用者Ｊの左手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）は、加速度が課されていない場合の加速度センサ９０の模式図であり、図９（ｂ）は、加速度が課された場合の加速度センサ９０の模式図である。図９（ｃ）は、加速度センサ９０を内蔵した超音波探触子２の模式図である。
【図１０】実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。
【図１１】実施形態にかかる超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図１２】平面アンテナ５１の外観の概要を表す斜視図である。
【図１３】平面アンテナ５１の受信特性の指向性を表すグラフである。
【図１４】平面アンテナ５１の受信面５１１の方向をスキャン手段５２がスキャンする概要を表す概要図である。
【図１５】方向毎の受信特性を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２１】
図１は、実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、実施形態にかかる超音波診断装置の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、表示部に表示される合成画像の一例の模式図である。図４は、実施形態にかかる超音波診断装置の超音波探触子の構成を示す図である。
【００２２】
超音波診断装置Ｓは、図１および図２に示すように、図略の生体等の被検体Ｈに対して超音波（以後、第１超音波信号とも称す）を送信すると共に、被検体Ｈで反射した超音波の反射波（以後、第２超音波信号とも称す）を受信する超音波探触子２と、超音波探触子２とケーブル３を介して接続され、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２に被検体Ｈに対して第１超音波信号を送信させると共に、超音波探触子２で受信された被検体Ｈ内からの第２超音波信号に応じて超音波探触子２で生成された電気信号の受信信号に基づいて被検体Ｈ内の内部状態を超音波画像として医用画像に画像化する超音波診断装置本体１とを備えて構成される。超音波診断装置本体１には、超音波探触子２を使用しない時に、超音波探触子２を保持させておく超音波探触子フォルダ４が備えられている。
【００２３】
超音波診断装置本体１は、例えば、図２に示すように、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、信号処理部１４と、画像処理部１５と、表示部１６と、制御部１７と、記憶部１９と、本発明の画像合成部１８と、を備えて構成されている。
【００２４】
操作入力部１１は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体Ｈの個人情報等のデータを入力するものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。
【００２５】
送信部１２は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２へケーブル３を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子２に第１超音波信号を発生させ、超音波探触子２を駆動する回路である。送信部１２は、例えば、高電圧のパルスを生成する高圧パルス発生器等を備えて構成される。
【００２６】
受信部１３は、制御部１７の制御に従って、超音波探触子２からケーブル３を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を信号処理部１４へ出力する。受信部１３は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器、および、この増幅器で増幅された受信信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ−デジタル変換器等を備えて構成される。
【００２７】
信号処理部１４は、制御部１７の制御に従って、受信部３からの電気信号に、所定の信号処理を施す回路であり、その信号処理した反射受信信号を画像処理部１５へ出力する。
【００２８】
画像処理部１５は、制御部１７の制御に従って、信号処理部１４で信号処理された反射受信信号に基づいて、例えばハーモニックイメージング技術等を用いて被検体Ｈ内の内部状態の超音波画像を生成する回路である。例えば、反射受信信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、第２超音波信号の振幅強度に対応したＢモード信号を生成する。
【００２９】
記憶部１９はＲＡＭやＲＯＭで構成され、制御部１７に用いられるプログラムが記録され、また、表示部１６で表示する各種画像のテンプレートが記録されている。
【００３０】
本発明の画像合成部１８は、画像処理部１５で生成した例えばＢモード画像と、操作入力部１１から入力された情報や、記憶部１９に記憶されている被検体の過去のＢモード画像等の情報などについての各種画像とを合成した合成画像を生成する機能を有する。合成画像を構成する画像の例としては、図３に示すように、超音波画像１５３，画像のタイトル画像１５１，表示する画像の内容等を選択するメニュー画像１５２，過去の超音波画像を並列したサムネイル画像１５４，被検体の名前等の情報を表示した被検体情報画像１５６，ファンクションキー等を表示したソフトメニュー画像１５７等である。
【００３１】
表示部１６は、制御部１７の制御に従って、画像合成部１８で合成された合成画像を表示する装置である。表示部１６は、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３２】
制御部１７は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、信号処理部１４、画像処理部１５、画像合成部１８、及び記憶部１９を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Ｓの全体制御を行う回路である。
【００３３】
一方、超音波探触子２は、振動部３０と、本発明の入力手段２０とを備える。
【００３４】
本発明の入力手段２０は、合成画像の中におけるＢモード画像と各種画像との相対位置を、使用者が指示入力して変更できる機能を有する。具体的には、Ｂモード画像が表示部１６における左右方向のどの位置に設けられるか使用者が指示入力する機能を有する。詳しくは後述する。
【００３５】
振動部３０は、図略の生体等の被検体Ｈに対して第１超音波信号を送信すると共に、被検体Ｈからの第２超音波信号を受信する。振動部３０は、例えば、図４に示すように、音響制動部材３１と、圧電部３２と、音響整合層３３と、音響レンズ３４とを備えて構成される。
【００３６】
音響制動部材３１は、超音波を吸収する材料から構成された平板状の部材であり、圧電部３２から音響制動部材３１方向へ放射される超音波を吸収するものである。
【００３７】
圧電部３２は、圧電材料を備えた圧電素子であり、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換するものである。圧電部３２は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して入力された送信の電気信号を第１超音波信号へ変換して第１超音波信号を送信すると共に、受信した第２超音波信号を電気信号へ変換してこの電気信号（受信信号）をケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。超音波探触子２が被検体Ｈに当接されることによって圧電部３２で生成された第１超音波信号が被検体Ｈ内へ送信され、被検体Ｈ内からの第２超音波信号が圧電部３２で受信される。
【００３８】
本実施形態における圧電部３２は送受別体のタイプとして説明するが、送受同一のタイプであってもよい。圧電部３２は、例えば、本実施形態では、圧電材料を備えて成り、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる第１圧電部３２１および第２圧電部３２３を備え、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３は、互いに積層されている。
【００３９】
本実施形態では、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３は、中間層３２２を介して互いに積層されている。この中間層３２２は、第１圧電部３２１と第２圧電部３２３とを積層するための部材であり、第１圧電部３２１と第２圧電部３２３との音響インピーダンスを整合させるものである。
【００４０】
このように圧電部が２層の第１圧電部３２１および第２圧電部３２３を備える。第１圧電部３２１は第１超音波信号を送信する複数の送信用の圧電素子（送信用圧電素子）からなる。第２圧電部３２３は第２超音波信号を受信する複数の受信用の圧電素子（受信用圧電素子）からなる。
【００４１】
このため、第１圧電部３２１を送信用により適したものとすることができると共に、第２圧電部３２３を受信用により適したものとすることができる。従って、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３がそれぞれ第１超音波信号の送信用圧電素子、および第２超音波信号の受信用圧電素子として最適化が可能となり、より高精度な画像を得ることが可能となる。さらに、第１圧電部３２１および第２圧電部３２３が積層されているので、小型化が可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、例えば、圧電部３２における第１圧電部３２１は、無機圧電材料を材料とする無機圧電素子から構成されており、無機圧電素子は両面に一対の電極を備えて構成されている。この無機圧電素子の厚さは、例えば、送信すべき超音波の周波数や無機圧電材料の種類等によって適宜に設定される。無機圧電材料は、例えば、いわゆるＰＺＴ、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等である。本実施形態では、このように送信パワーを大きくすることが可能な無機圧電素子が第１圧電部３２１に用いられている。
【００４３】
そして、本実施形態では、例えば、圧電部３２における第２圧電部３２３は、有機圧電材料を材料とする有機圧電素子から構成されており、有機圧電素子は両面に一対の電極を備えて構成されている。この有機圧電素子の厚さは、例えば、受信すべき超音波の周波数や有機圧電材料の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、中心周波数８ＭＨｚの超音波を受信する場合では、この有機圧電素子の厚さは、約５０μｍである。
【００４４】
有機圧電材料には、例えば、フッ化ビニリデンの重合体や、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体を用いることができる。フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体の場合、共重合比によって厚み方向の電気機械結合定数（圧電効果）が変化するので、例えば、前者の共重合比が６０〜９９モル％が好ましいが、無機圧電素子と有機圧電素子を重ねる時に使用する有機結合剤の使用方法にもよるので、その最適値は変化する。最も好ましい前者の共重合比の範囲は７０〜９０モル％である。フッ化ビニリデンを８５〜９９モル％にして、パーフルオロアルキルビニルエーテル、パーフルオロアルコキシエチレン、パーフルオロヘキサエチレン等を１〜１５モル％にしたポリマーは、送信用無機圧電素子と受信用有機圧電素子との組み合わせにおいて、送信における基本周波波を抑制して、高調波受信の感度を高めることができる。
【００４５】
フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体は、薄膜化、大面積化等の加工性に比較的優れ、任意の形状、形態の物が作ることができ、弾性率が低い、誘電率が低い等の特徴を持つため、高周波特性、広帯域特性を必要とするハーモニックイメージング技術における圧電材料として適している。
【００４６】
また、本実施形態では、圧電部３２の第１圧電部３２１は、超音波診断装置本体１の送信部１２からケーブル３を介して電気信号が入力され、この電気信号を第１超音波信号へ変換し、この変換した第１超音波信号を中間層３２２、第２圧電部３２３、音響整合層３３および音響レンズ３４を介して被検体Ｈへ送信する。そして、圧電部３２の第２圧電部３２３は、第２超音波信号が音響レンズ３４および音響整合層３３を介して被検体Ｈから受信され、この受信された第２超音波信号を電気信号へ変換し、この変換した電気信号を受信信号としてケーブル３を介して超音波診断装置本体１の受信部１３へ出力する。本実施形態では、上述したように第１圧電部３２１が無機圧電素子であり、送信パワーを比較的簡単な構造で大きくすることが可能となるため、このような圧電部３２を備えた超音波探触子２は、高調波の反射波を得るために比較的大きなパワーで基本波の第１超音波信号を送信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。そして、本実施形態では、上述したように第２圧電部３２３が有機圧電素子であり、周波数帯域を比較的簡単な構造で広帯域にすることが可能となるため、このような圧電部３２を備えた超音波探触子２は、高調波の第２超音波信号を受信することが必要なハーモニックイメージング技術に好適であり、より高精度な超音波画像の提供が可能となる。
【００４７】
そして、本実施形態では、圧電部３２における第１圧電部３２１および第２圧電部３２３は、第１圧電部３２１上に第２圧電部３２３が積層され、第２圧電部３２３の前方に超音波信号の送受信面が在る。より具体的には、第１圧電部３２１上に中間層３２２を介して第２圧電部３２３が積層されている。このように、被検体Ｈに第１超音波信号を送信する方向であって、第１圧電部３２１上に第２圧電部３２３が積層されて一体化することで、小型の超音波探触子２を構成することができる。
【００４８】
次に、入力手段２０について詳細に説明する。入力手段２０は、合成画像の中で、Ｂモード画像と各種画像との相対位置を、使用者が指示入力して変更する機能を有する。図５は、入力手段２０の一例の模式図である。図５（ａ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を正面から見た模式図であり、図５（ｂ）は、把持部に入力手段２０を設けた超音波探触子２を斜視した模式図であり、図５（ｃ）は、入力手段２０の原理を示す模式図である。
【００４９】
図５に示した入力手段２０は、使用者が押圧することで釦部２０１を左右に位置変更するスイッチ８０である。使用者は、入力手段２０の釦部２０１を、例えば位置Ｓ１と位置Ｓ２の間で切り替えることにより、表示部１６における超音波画像の位置を変更することができる。図６は、表示部１６において超音波画像１５３の位置が変更された合成画像の模式図である。図６（ａ）は、図中左側に超音波画像１５３が設けられる合成画像の模式図であり、図６（ｂ）は、図中右側に超音波画像１５３が設けられる合成画像の模式図である。
【００５０】
入力手段２０の構成としては、例えば、釦部２０１が移動する左右の位置に各々電極を内蔵し、釦部２０１の移動により、電極が選択され、選択された電極に応じた電圧を画像合成部１８に送るスイッチタイプが好ましい。
【００５１】
また、例えば、図５（ｃ）に示すように、入力手段２０はポテンショメータであり、釦部２０１が、位置Ｓ１にあるか位置Ｓ２にあるかに応じて発生する電圧Ｖを変化させるスイッチタイプが好ましい。画像合成部１８は、送られた電圧Ｖに応じて、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。かかるポテンショメータを用いた入力手段２０を採用し、釦部２０１の位置を位置Ｓ１と位置Ｓ２の間に設定して、画像合成部１８へ送る電圧Ｖの値が複数とり得るようにし、表示部１６における各種画像に対する超音波画像１５３の位置を左右方向に段階的に変更することも可能となる。
【００５２】
このような入力手段２０と画像合成部１８を用いれば、使用者が超音波診断を行う際に、超音波診断装置Ｓに対する自らの身体の位置に依らず、表示部１６における超音波画像１５３の位置を、自らが観察しやすい位置に変更できるので、超音波画像１５３を観察しやすくなる。図７は、使用者Ｊの右手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。図８は、使用者Ｊの左手側に超音波診断装置Ｓが位置する場合に、超音波画像１５３が表示部１６の使用者Ｊ側に配置された様子を示す模式図である。
【００５３】
超音波診断装置Ｓが、使用者Ｊのどちら側に配置されている場合にも、使用者Ｊは超音波探触子２の入力手段２０を用いて、表示部１６における超音波画像１５３の位置を左右方向どちらにも変更できる。従って、使用者Ｊは例えば無理に首を大きく回転させたりする必要が無く、超音波画像１５３を観察することができる。
【００５４】
超音波探触子２に取り付ける入力手段２０には、上記のようなスイッチ８０を用いてもよし、加速度センサを用いてもよい。加速度センサは、取り付けた超音波探触子２に課された加速度を計測できる。課される加速度の方向と、表示部１６における超音波画像１５３の位置を予め対応付けておき、実際に課される加速度の方向を加速度センサに計測させ、その結果を画像合成部１８に出力することで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。
【００５５】
以下、加速度センサについて説明する。加速度センサは、加速度を計測するセンサである。図９は、加速度センサの一例であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた半導体ピエゾ抵抗型の加速度センサ９０の模式図である。図９（ａ）は、加速度が課されていない場合の加速度センサ９０の模式図であり、図９（ｂ）は、加速度が課された場合の加速度センサ９０の模式図である。図９（ｃ）は、加速度センサ９０を内蔵した超音波探触子２の模式図である。
【００５６】
加速度センサ９０は、錘９３を備えたピエゾ抵抗器９２と、ピエゾ抵抗器９２の上面に備えられたダイヤフラム９１を有する。
【００５７】
図９（ｂ）に示すように、加速度センサ９０に、図中矢印方向に加速度が課されると、錘９３は当該矢印方向へ移動する。錘９３にはダイヤフラムの一部が形成されているので、ダイヤフラムの一部に応力が発生し、加速度により錘９３に発生する力と当該応力とが釣り合った場所で錘９３は静止する。錘９３が移動することで、ピエゾ抵抗器に発生する抵抗値が変化するので、この変化値を画像合成部１８へ出力することで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。
【００５８】
かかる加速度センサ９０を用いた入力手段２０を、図９（ｃ）に示すように、例えば、加速度を計測する方向を、超音波探触子２に対して左右方向になるように内蔵させ、使用者Ｊが超音波探触子２を左右所望の方向に振ることで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更することができる。
【００５９】
入力手段２０としては、上記のようなスイッチ８０や加速度センサ９０のように、超音波探触子２に搭載するタイプの他、超音波診断装置本体１の位置を基準として、超音波探触子２がどの方向に存在するかが分かるセンサを用いてもよい。超音波診断装置本体１の位置を基準として、超音波探触子２がどの方向に存在するか分かれば、使用者Ｊが操作する必要がなく、使用者Ｊの位置する方向に、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更することができる。
【００６０】
以下、超音波探触子２に搭載するタイプの他、超音波診断装置本体１の位置を基準として、超音波探触子２がどの方向に存在するかが分かるセンサの例を説明する。
【００６１】
図１０は、実施形態にかかる超音波診断装置の外観構成を示す図である。図１１は、実施形態にかかる超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図である。図１２は、平面アンテナ５１の外観の概要を表す斜視図である。図１３は、平面アンテナ５１の受信特性の指向性を表すグラフである。図１４は、平面アンテナ５１の受信面５１１の方向をスキャン手段５２がスキャンする概要を表す概要図である。図１５は、方向毎の受信特性を表すグラフである。
【００６２】
図１０における超音波診断装置Ｓにおいては、超音波探触子２の位置を検知する信号検出手段５０を有する。
【００６３】
図１１の超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図と、図２に示す超音波診断装置Ｓの電気的な構成を示すブロック図との相違は、位置検出用信号生成部４８と信号検出手段５０とを有する点である。位置検出用信号生成部４８と信号検出手段５０とが入力手段としての機能を有する。
【００６４】
位置検出用信号生成部４８は超音波探触子２の位置情報を含む位置検出用信号を生成し、生成された位置検出用信号を信号検出手段５０が計測することで、超音波探触子２の存在する方向を検知し、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更することができる。
【００６５】
信号検出手段５０は、平面アンテナ５１、スキャン手段５２、方向算出手段５３からなる。
【００６６】
平面アンテナ５１は、受信する電波を電気信号に変換する変換効率が、受信する角度に依存する指向性アンテナである。指向性アンテナであればアンテナの方式は問わない。例えば、パラボラアンテナを採用してもよい。平面アンテナは受信面が平面であるので、取り付け場所を選ばないという長所を有し、パラボラアンテナは低コストであるという長所を有する。
【００６７】
平面アンテナ５１は図１２に示すように電波信号を受信する受信面５１１が備えられている。
【００６８】
平面アンテナ５１は図１３のグラフで示す受信特性の指向性を有する。ｘ座標とｙ座標が０の方向において、電波を受信して電気信号に変換する効率（受信感度）が最も高いという指向性を有する。受信特性を受信面５１１からの方向（θ方向、φ方向）で表すことも可能である。受信面５１１の法線方向からの電波信号の受信感度が最も高いので、平面アンテナ５１は、受信面５１１の法線方向に位置検出用信号を送信する超音波探触子２が存在する場合に、最も大きな電気信号を出力することとなる。
【００６９】
スキャン手段５２は、図１４に示すように、平面アンテナ５１の受信面５１１の受信方向（θ方向とφ方向）をスキャンする機能を有する。スキャン手段５２には、例えばモータを用いて回転する機構を採用することができる。
【００７０】
方向算出手段５３は、平面アンテナ５１の位置に対して、位置検出用信号を送信する超音波探触子２がどの方向に存在するかを検出する機能を有する。スキャン手段５２が平面アンテナ５１をスキャンするに従い、平面アンテナ５１から出力される方向毎の出力から、どの方向における電波信号の大きさが最大となるかを判断する電気回路である。
【００７１】
図１５は、方向毎の受信特性を表すグラフである。スキャン手段５２が平面アンテナ５１をスキャンするに従い、図１５に示すような出力を得る。出力とθ方向との関係を計測する際には、φ方向は一定の角度（例えば０度）にしておき、同じく出力とφ方向との関係を計測する際には、θ方向は一定の角度（例えば０度）にしておく。方向算出手段５３には、θに対応する出力を記憶できる記憶手段（例えばＲＡＭ）を設け、θ方向に平面アンテナ５１を一通りスキャンした後に、最も出力が大きなθの値を計測し、位置検出用信号を送信する超音波探触子２がどのθ方向に存在するかを判断する。φ方向についても、同様の方法で、位置検出用信号を送信する超音波探触子２が存在する方向を検出することができる。
【００７２】
位置検出用信号生成部４８は、超音波探触子２が自己の位置する方向を超音波診断装置本体１に検出させるための位置検出用電波信号を生成する電気回路である。
【００７３】
位置検出用信号は、例えば、超音波探触子２毎に所定の時間プロファイルを有していてもよい。具体的には、超音波探触子２毎に異なる発生時間を有するようなプロファイルにしてもよい。
【００７４】
このように位置検出用信号生成部４８は位置検出用信号を生成し、生成された位置検出用信号を信号検出手段５０が計測することで、超音波探触子２の存在する方向を検知し、検知結果を画像合成部１８に出力することで、表示部１６における超音波画像１５３の位置を変更する。超音波画像と各種画像との相対位置は、超音波画像が各種画像より超音波探触子２に近くなるような相対位置である。また、超音波探触子２が、表示部１６に対して上下方向に位置する場合には、超音波画像と各種画像との相対位置は、上下方向に並べた相対位置であってもよい。
【００７５】
なお、本実施形態においては、超音波探触子２は超音波診断装置本体１と有線接続されていても、無線接続されていてもよい。
【００７６】
以上のように本実施形態にかかる超音波診断装置においては、被検体Ｈ内に超音波信号を送受する圧電部３２を備える超音波探触子２と、圧電部３２が被検体Ｈからの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体Ｈ内の超音波画像を生成する画像処理部１５と、超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成部１８と、入力信号を生成する入力手段２０と、合成画像を表示する表示部１６と、で、超音波診断装置を構成することで、表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００７７】
また、本実施の形態によれば、圧電部３２は、被検体Ｈ内に超音波信号を送信する複数の送信用圧電素子と、被検体Ｈ内において反射されて生成された超音波信号を受信して電気信号に変換する複数の受信用圧電素子と、を備えることで、超音波信号の送受に各々適した圧電素子を選択できる。
【００７８】
また、本実施の形態によれば、入力手段２０は、超音波探触子に備えられていることで、使用者が任意に表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００７９】
また、本実施の形態によれば、入力手段２０に、超音波探触子に備えられた加速度センサを採用することで、使用者がスイッチを押さず、超音波探触子２を所望の方向に振ることで簡単に表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００８０】
また、本実施の形態によれば、超音波探触子２は、所定の位置検出用信号を送信する位置検出用信号生成部を有し、位置検出用信号を計測して超音波探触子２の位置を検出する位置検出手段を有することで、使用者は何の操作をすることなく、表示部１６における各種画像に対する医用画像の相対位置を変更可能とし、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００８１】
また、本実施の形態によれば、合成画像においては、超音波画像と各種画像とは左右に、又は上下に並べられているので、使用者が医用画像を観察しやすくすることができる超音波診断装置を提供できる。
【００８２】
また、本実施の形態によれば、受信用素子の材料に有機圧電材料を採用することで、第２超音波信号のような高周波の超音波信号を広帯域に受信することができるので、鮮明な超音波画像を得ることができる。
【００８３】
本実施の形態によれば、被検体Ｈからの超音波信号の周波数には、被検体Ｈに送信する超音波信号の周波数の高調波成分を採用することで、より鮮明な超音波画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波探触子
４ 超音波探触子フォルダ
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 信号処理部
１５ 画像処理部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 画像合成部
１９ 記憶部
２０ 入力手段
３０ 振動部
３１ 音響制動部材
３２ 圧電部
３３ 音響整合層
３４ 音響レンズ
４８ 位置検出用信号生成部
５０ 信号検出手段
５１ 平面アンテナ
５２ スキャン手段
５３ 方向算出手段
８０ スイッチ
９０ 加速度センサ
１５１ タイトル画像
１５２ メニュー画像
１５３ 超音波画像
１５４ サムネイル画像
１５６ 被検体情報画像
１５７ ソフトメニュー画像
２０１ 釦部
３２１ 第１圧電部
３２２ 中間層
３２３ 第２圧電部
５１１ 受信面
Ｓ 超音波診断装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に超音波信号を送受する圧電素子を備える超音波探触子と、
前記圧電素子が被検体からの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成手段と、
前記入力信号を生成する入力手段と、
前記合成画像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記圧電素子は被検体内に超音波信号を送信する複数の送信用の圧電素子と、被検体内において反射されて生成された超音波信号を受信して電気信号に変換する複数の受信用の圧電素子と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられ、加速度センサを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記入力手段は、
前記超音波探触子に備えられ、前記超音波探触子の位置情報を含む位置検出用信号を送信する位置検出用信号生成部と、
前記位置検出用信号を計測して前記超音波探触子の位置を検出する信号検出手段と、
を有し、
前記相対位置は、前記超音波画像が前記各種画像より前記超音波探触子に近い相対位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記合成画像においては、前記超音波画像と前記各種画像とは左右に、又は上下に並べられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
超音波を受信する前記圧電素子を形成する圧電材料は有機圧電材料であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
被検体からの超音波信号の周波数は、被検体に送信する超音波信号の周波数の高調波成分であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１】
被検体内に超音波信号を送受する圧電素子を備える超音波探触子と、
前記圧電素子が被検体からの超音波信号を変換した電気信号に基づき、被検体内の超音波画像を生成する画像処理部と、
前記超音波画像と各種画像とを入力信号に応じた相対位置に設定して合成画像を生成する画像合成手段と、
前記入力信号を生成する入力手段と、
前記合成画像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記圧電素子は被検体内に超音波信号を送信する複数の送信用の圧電素子と、被検体内において反射されて生成された超音波信号を受信して電気信号に変換する複数の受信用の圧電素子と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記入力手段は、前記超音波探触子に備えられ、加速度センサを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記入力手段は、
前記超音波探触子に備えられ、前記超音波探触子の位置情報を含む位置検出用信号を送信する位置検出用信号生成部と、
前記位置検出用信号を計測して前記超音波探触子の位置を検出する信号検出手段と、
を有し、
前記相対位置は、前記超音波画像が前記各種画像より前記超音波探触子に近い相対位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記合成画像においては、前記超音波画像と前記各種画像とは左右に、又は上下に並べられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
超音波を受信する前記圧電素子を形成する圧電材料は有機圧電材料であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
被検体からの超音波信号の周波数は、被検体に送信する超音波信号の周波数の高調波成分であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１４３０７８（Ｐ２０１１−１４３０７８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５２６（Ｐ２０１０−６５２６）
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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