(57)【要約】【課題】音響カプラや超音波プローブに音響カプラの種類を識別するための電気的な特別な構造を組み込むことなく音響カプラを識別することのできる超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波プローブ１０１が受信した超音波に基づいて超音波送受信面から深さ方向に拡がる画像を生成し、その生成された画像内の音響カプラ領域３０１の有無及びその形状に基づき、音響カプラ３００の装着の有無及び装着された音響カプラの種類を識別する。【選択図】図３
2010274060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体へ超音波を送受信する超音波送受信面を有する超音波プローブと、
種類に応じて形状が異なり、前記超音波送受信面を覆うように脱着可能な音響カプラと、
前記超音波プローブが受信した超音波に基づいて前記超音波送受信面から深さ方向に拡がる画像を生成する生成手段と、
前記生成手段で生成された画像内の音響カプラ領域の有無及びその形状に基づき、前記音響カプラの装着の有無及び装着された音響カプラの種類を識別する解析手段と、
を備えること、
を特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記解析手段は、
画像内の音響カプラ領域の各種形状を示すパターンを予め記憶し、前記生成手段で生成された画像に前記パターンをマッチングすることで前記音響カプラの装着の有無及び装着された音響カプラの種類を識別すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記超音波プローブの超音波送受信条件を制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記解析手段が識別した前記音響カプラの装着の有無及び装着された音響カプラの種類に基づき、前記超音波送受信条件を変更すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記超音波プローブの超音波送受信面の曲率よりも大きい曲率の超音波送受信面を有する前記音響カプラの装着を前記解析手段が識別すると、前記超音波プローブに対してその音響カプラの超音波送受信面よりも狭い所定範囲に限定した範囲に前記超音波送受信の走査を変更すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記解析手段は、
前記識別を所定時間間隔毎に行うこと、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波を送受信する超音波プローブに対して音響カプラの脱着が可能な超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、心臓や肝臓のような腹部臓器等をはじめとして、各種の部位の診断用途に使用されている。部位に応じて適切な超音波送受信面や超音波の集束速度の調整等を行うために、従来より、超音波プローブの超音波送受信面に音響カプラを装着させる場合がある。そのため音響カプラは、各種の診断対象部位に応じて超音波送受信面の形状や材質が異なる。診断対象とする部位に合わせて適切な超音波送受信面の形状等を有する音響カプラを選択して、超音波プローブに装着し、超音波診断装置により診断を行う。
【０００３】
超音波診断装置では、音響カプラを装着した際には、音響カプラの装着によってもたらされる医用画像上の表示深度の変化や超音波ビームの屈折などによる医用画像の修正を行う必要がある。また、診断対象となる部位の超音波伝播特性によっても医用画像の修正を行う必要がある。つまり、超音波診断装置では、音響カプラを装着した際、その音響カプラの種類に応じて超音波の送受信条件を変更しなければならない。
【０００４】
この超音波の送受信条件の変更では、操作が煩雑になるおそれがあるため、従来より音響カプラに識別ＩＤを保持したメモリ等の回路を内蔵させておき、一方超音波プローブ側にもこのメモリから識別ＩＤを取得する回路を内蔵させておき、装着された音響カプラの種類をこの識別ＩＤを取得することにより特定して、音響カプラの厚みや音速値を補正する方法が提案されている（例えば、「特許文献１」、「特許文献２」参照。）。
【０００５】
しかし、このような識別ＩＤを音響カプラに保持させて電気的に読取る方式によると、音響カプラの構造が複雑になるという問題がある。また、超音波プローブ内にもその識別ＩＤを認識する構造が必要となり、超音波プローブの構造まで複雑なものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−７６５２８号公報
【特許文献２】特開２００３−７０７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、音響カプラや超音波プローブに音響カプラの種類を識別するための電気的な特別な構造を組み込むことなく音響カプラを識別することのできる超音波診断装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波診断装置の態様は、被検体へ超音波を送受信する超音波送受信面を有する超音波プローブと、種類に応じて形状が異なり、前記超音波送受信面を覆うように脱着可能な音響カプラと、前記超音波プローブが受信した超音波に基づいて前記超音波送受信面から深さ方向に拡がる画像を生成する生成手段と、前記生成手段で生成された画像内の音響カプラ領域の有無及びその形状に基づき、前記音響カプラの装着の有無及び装着された音響カプラの種類を識別する解析手段と、を備えること、を特徴とする。
【０００９】
前記解析手段は、医用画像の音響カプラ領域の各種形状を示すパターンを予め記憶し、前記生成手段で生成された画像に前記パターンをマッチングすることで前記音響カプラの装着の有無及び装着された音響カプラの種類を識別するようにしてもよい。
【００１０】
前記超音波プローブの超音波送受信条件を制御する制御手段をさらに備え、前記制御手段は、前記解析手段が識別した前記音響カプラの装着の有無及び装着された音響カプラの種類に基づき、前記超音波送受信条件を変更するようにしてもよい。
【００１１】
前記制御手段は、前記超音波プローブの超音波送受信面の曲率よりも大きい曲率の超音波送受信面を有する前記音響カプラの装着を前記解析手段が識別すると、前記超音波プローブに対してその音響カプラの超音波送受信面よりも狭い所定範囲に限定した範囲に前記超音波送受信の走査を変更するようにしてもよい。
【００１２】
前記解析手段は、前記識別を所定時間間隔毎に行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超音波プローブや音響カプラに特別な構造を備えなくとも音響カプラの識別が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】超音波診断装置の内部構成を示す。
【図２】超音波プローブの内部構成を示す。
【図３】音響カプラを示す。
【図４】各種の音響カプラを装着している場合の各医用画像を示す。
【図５】音響カプラの形状を模したパターンを示す。
【図６】音響カプラの識別動作を示すフローチャートである。
【図７】制御後の医用画像の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１６】
図１に示す超音波診断装置１００は、被検体に対して超音波を送波し、受波した超音波から被検体内の医用画像を生成して表示する。超音波の送受信条件は、音響カプラ３００の装着の有無、及び装着された音響カプラ３００の種類に応じて可変する。音響カプラ３００の装着の有無、及び装着された音響カプラ３００の種類については、生成した医用画像を解析して識別する。超音波の送受信条件とは、例えば、送信電圧、送信波形、パルス繰り返し周波数、超音波走査範囲、フォーカス、ゲイン、音速などの制御パラメータである。
【００１７】
この超音波診断装置１００は、超音波プローブ１０１と、超音波プローブ１０１に接続される送受信部１０２と、送受信部１０２に接続される信号処理部１０３と、信号処理部１０３に接続される画像処理部１０５を含み構成され、超音波の送受波に基づき被検体内の医用画像を生成する。また、この超音波診断装置１００は、モニタ１０４と制御部１０６と解析部１０７を含み構成されている。
【００１８】
図２は、超音波プローブ１０１の内部構成を示す模式図である。超音波プローブ１０１は、超音波診断装置１００に接続されて超音波を被検体に送受信する。この超音波プローブ１０１は、バッキング材２１１の一面に、順に超音波振動素子２１２、音響整合層２１３、音響レンズ２１４を順に積層して構成されている。超音波振動素子２１２は、電極対２１５で挟まれている。これら、バッキング材２１１、超音波振動素子２１２、音響整合層２１３、音響レンズ２１４、電極対２１５は、プローブケースに収納されており、プローブケースの音響レンズ２１４側の面が超音波送受信面となり、超音波を外部へ送信し、外部から超音波を受信する。
【００１９】
超音波振動素子２１２は、音響と電気とを可逆的に変換可能な圧電効果を有する素子である。チタン酸ジリコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）などの圧電セラミック材料が用いられる。超音波振動素子２１２は、１Ｄアレイ、２Ｄアレイ等の各種方式で平面上に並べられる。１Ｄアレイは、短冊状の超音波振動素子２１２をアレイ方向に複数並べる方式である。２Ｄアレイは、超音波振動素子２１２をマトリックス状に複数並べる方式である。この超音波振動素子２１２は、電圧が印加されると、バッキング材２１１や音響整合層２１３が積層する積層方向に超音波を送信する。また、この超音波振動素子２１２は、被検体内から反射した反射波を受信すると、電気信号を出力する。
【００２０】
電極対２１５は、挟んだ超音波振動素子２１２に電圧を印加し、また超音波振動素子２１２が反射波を受信することによって出力する電気信号が流れる。複数の超音波振動素子２１２のそれぞれに対し、対応して設けられている。超音波振動素子２１２のバッキング材２１１側の面に各超音波振動素子２１２毎に独立した信号電極が接続される。超音波振動素子２１２の音響整合層２１３側の面に共通（ＧＮＤ）電極が接続される。
【００２１】
バッキング材２１１は、超音波振動素子２１２が送信した超音波や受信した反射波のうち、超音波診断装置の画像抽出にとって必要でない超音波振動成分を減衰吸収する。また、超音波の送信に伴って発生した熱をケーブル部等の放熱部材（不図示）へ伝達する。バッキング材２１１は、超音波の減衰率が高い材料、熱伝導性の高い材料で組成される。例えば、一般的に、合成ゴム、エポキシ樹脂又はウレタンゴムなどにタングステン、フェライト、酸化亜鉛などの無機粒子粉末などを混入した材料が用いられる。
【００２２】
音響整合層２１３は、音響インピーダンスの不整合による被検体体表での超音波の反射を抑制する。この音響整合層２１３は、超音波振動素子２１２の音響インピーダンスと被検体体表の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスを有している。この音響整合層２１３は、エポキシ樹脂やプラスチック材料などが用いられる。音響インピーダンスを段階的に被検体体表のものに近づけるべく、音響インピーダンスの異なる複数層で構成しても良い。
【００２３】
音響レンズ２１４は、被検体の体表面に接触して超音波送受信を仲介する。この音響レンズ２１４は、被検体側に凸面を有する。超音波振動素子２１２が発振した超音波を集束することにより、被検体の所定深度において音響的な焦点が結ばれる。
【００２４】
図３に示すように、この超音波プローブ１０１には、音響カプラ３００が脱着可能に装着される。音響レンズ２１４近傍の音圧分布は複雑で強弱のある音圧分布であり、この領域からの信号を処理しても良好な画像が得られない。そこで音響カプラ３００を音響レンズ２１４に接するように配置し、レンズ近傍の音場は使用せず、生体表面から均一な音場を利用できるようにし、良好な画像を得る。
【００２５】
音響カプラ３００は、超音波プローブ１０１の超音波送受信面の形状と概ね同一な背面を有しており、この背面を超音波プローブ１０１の超音波送受信面に密着させて装着される。音響カプラ３００は、超音波プローブ１０１に装着された際、超音波の送受信方向に所定の厚みを有しており、また、前面、即ち音響カプラ３００の超音波送受信面の形状は種類に応じて異なっている。この音響カプラ３００は、側面から背面を超えて立設する鉤状のフックを有しており、このフックで超音波プローブ１０１の段部に嵌め込むことで装着される。このフックを拡げて嵌め込みを解除することで音響カプラ３００は超音波プローブ１０１から取り外される。
【００２６】
図４は、各種の音響カプラ３００を装着している場合の各医用画像であり、音響カプラ３００の種類の一例を示す図である。音響カプラ３００は、医用画像の上部領域（以下、カプラ領域３０１という）に写る。このカプラ領域３０１は、他の領域と区別され、音響カプラ３００を示す画素値を有している。音響カプラ３００は、熱伝導率の低い材料をカプラ材料に使用することで、熱が生体に伝達しにくくなり、送信出力を上げることができる。カプラ材料の組成は、樹脂、例えばブタジエン系ゴム、ブタジエン系ゴムとシリコーンの混合物、ブタジエン系ゴムと酸化亜鉛の混合物などその音響インピーダンスが人体に近似しているとともに、超音波の伝播による減衰が小さい、更には混合物のシリコーンや酸化亜鉛などで特性を調整されたもの等をカプラ材料とし、その減衰の程度は0.2dB/mm MHz以下であることが望ましく、混合割合によっては0.05 dB/mm MHz以下のものも実現可能であるが、音響インピーダンスが生体の約1.5Mraylとの差が大きくなってしまうことから、音響レンズや生体との間での反射が大きくなる可能性がある。各種の音響カプラ３００のカプラ材料は、診断対象部位となる関心領域の音響インピーダンスを加味した組成を有している。とはいえ、音響カプラ３００を示す画素値とは、その減衰率の違いからして生体とは区別のつく値である。一般的に音響カプラ３００内での超音波の反射は小さいので医用画像上ではカプラ領域３０１の画素値は低い。従って、カプラ領域３０１は、他の領域と区別され、音響カプラ３００を示す画素値を有している。
【００２７】
音響カプラ３００は、例えば、図４（ａ）のカプラ領域３０１が示すように前面の断面形状が平らな形状を有するもの、図４（ｂ）のカプラ領域３０１が示すように前面の形断面状が一側面から他の側面にリニアに傾斜しているもの、図４（ｃ）のカプラ領域３０１が示すように前面の曲率が背面の曲率即ち超音波送受信面の曲率よりも大きくなだらかなもの、図４（ｄ）のカプラ領域３０１が示すように前面の曲率が背面の曲率即ち超音波送受信面の曲率よりも大きく急峻なもの（例えば肋骨などの狭い部分）等がある。これら音響カプラ３００を装着するか否か及び、どの種類を装着するかは診断する部位等に応じて使い分けられる。
【００２８】
図４（ｃ）に示す音響カプラ３００は、コンベックスプローブの場合に画角を広く確保したいが超音波送受信面を生体に強く押し付けるように接触させると患者に苦痛を与えたり、超音波プローブ１０１に負荷が生じ耐久性に不利な条件となったりする場合に使用される。図４（ｄ）に示す音響カプラ３００は、肋骨の間に当てやすくするような場合に使用される。
【００２９】
また、図４（ｅ）及び（ｆ）のカプラ領域３０１が示すように、音響カプラ３００には、カプラ材料とは音響インピーダンスが異なる金属パイプ等の識別子が埋入されたものもある。この金属パイプは、カプラ材料と音響インピーダンスが異なるため医用画像上で認識が可能となる。金属パイプは、音響カプラ３００の種類を特定できるように、種類に応じてその断面形状や埋入位置を異ならせる。例えば、図４（ｅ）に示す音響カプラ３００は、側面側に金属パイプが埋入されている点で図４（ａ）乃至（ｄ）の音響カプラ３００と断面形状が異なり、この断面形状の相違により種類が識別される。また、図４（ｆ）に示す音響カプラ３００は、両側面に金属パイプが埋入されている点で図４（ｅ）の音響カプラ３００と断面形状が異なり、この断面形状の相違により両者の種類が識別される。
【００３０】
図１に戻り、超音波プローブ１０１に対して印加される信号電圧は、送受信部１０２から供給される。送受信部１０２は、送信部及び受信部からなる。送信部と受信部は共に電極対に接続されている。送信部は、各電極対に所定の信号電圧を印加する。受信部は、各電極対から送信されたエコー信号を受信する。
【００３１】
この送信部と受信部には、送信電圧、送信波形、パルス繰り返し周波数、超音波走査範囲、フォーカス、ゲイン、及び音速値などの制御パラメータが制御部１０６から入力され、この制御パラメータに応じて信号電圧の印加及びエコー信号の受信を行う。
【００３２】
送信部は、制御パラメータのパルス繰り返し周波数に応じた周波数のパルス信号を発生させて、このパルス信号を各超音波振動素子２１２に対して制御パラメータの超音波走査範囲及びフォーカスに応じて遅延させた上で、制御パラメータの送信電圧に応じた高電圧に変換し、超音波振動素子２１２に印加する。
【００３３】
受信部は、受信したエコー信号を制御パラメータのゲインに応じて増幅し、デジタル信号に変換した上で受信指向性を決定するために必要な遅延時間を制御パラメータの音速値に応じた信号遅延量で与えて整相加算することで、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された単一のエコー信号を生成する。
【００３４】
エコー信号は、受信部から信号処理部１０３に出力される。信号処理部１０３は、エコー信号に医用画像生成のための信号処理を施すことでラスタ画像データを得る。医用画像生成の信号処理では、エコー信号をバンドパスフィルタ処理し、その後、包絡線を検波して、検波したデータに対して対数変換による圧縮処理を施すことで、医用画像のラスタ画像データを得る。
【００３５】
ラスタ画像データは、信号処理部１０３から画像メモリを経て画像処理部１０５に入力される。画像処理部１０５は、スキャンコンバージョン処理により、ラスタ画像データを直交座標系のビデオフォーマットに変換する。ビデオフォーマットに変換された画像データは、モニタ１０４に出力される。モニタ１０４は、この医用画像の画像データを表示する。
【００３６】
解析部１０７は、生成された医用画像を解析することで、音響カプラ３００の装着の有無及び装着された音響カプラ３００の種類を識別する。制御部１０６は、この解析部１０７の解析結果に応じた制御パラメータを出力することで送受信部１０２を制御する。
【００３７】
解析部１０７は、各種の音響カプラ３００の断面形状を模したパターン４００を記憶している。このパターン４００は、例えば図形のようなオブジェクトデータであってもよいし、断面形状の各位置と他の位置との数値上の大小関係を示す数値データであってもよい。
【００３８】
図５は、解析部１０７が記憶しているパターン４００を模式的に示した図である。図５（ａ）に示すパターン４００は、図４（ａ）に示す音響カプラ３００の断面形状を模しており、パターン４００の下面がこの音響カプラ３００の前面と同様に平らになっている。図５（ｂ）に示すパターン４００は、図４（ｂ）に示す音響カプラ３００の断面形状を模しており、パターン４００の下面が一側面から他の側面にリニアに傾斜している。図５（ｃ）に示すパターン４００は、図４（ｃ）に示す音響カプラ３００の断面形状を模しており、パターン４００の下面の曲率は、この音響カプラ３００の前面の曲率と同一となっている。図５（ｄ）に示すパターン４００は、図４（ｄ）に示す音響カプラ３００の断面形状を模しており、この音響カプラ３００の前面の曲率と同一となっている。図５（ｅ）に示すパターン４００は、図４（ｅ）に示す音響カプラ３００の断面形状を模しており、一方の側面側に金属パイプの断面が付されている。図５（ｆ）に示すパターン４００は、図４（ｆ）に示す音響カプラ３００の断面形状を模しており、両側面側に金属パイプの断面が付されている。
【００３９】
解析部１０７は、医用画像上に音響カプラ３００を表わしているカプラ領域３０１が存在するか判断し、存在すればそのカプラ領域３０１に各パターン４００を当てはめていき、そのカプラ領域３０１と一致するパターン４００を選出する。カプラ領域３０１の存在は、医用画像の上部に音響カプラ３００を示す画素値が集まった領域が存在するか否かで判断する。
【００４０】
制御部１０６は、各制御パラメータの組み合わせを予め記憶している。これら制御パラメータは、解析部１０７の解析結果と一対一で関連づけられている。制御部１０６は、解析部１０７の解析結果に応じて制御パラメータの一の組み合わせを読み出して送受信部１０２に出力する。この制御パラメータの出力により、超音波診断装置１００は、音響カプラ３００の装着の有無及び装着されている場合の音響カプラ３００の種類に応じて超音波を送受信し、及び医用画像を生成する。
【００４１】
解析部１０７と制御部１０６は、この音響カプラ３００の装着の有無及び装着されている場合の音響カプラ３００の種類の識別、及び識別に応じた超音波送受信条件の決定を１０秒間隔等の所定の間隔で行う（この間隔は任意に設定可能である）。つまり、識別と超音波送受信条件の決定は自動的に行われる。尚、超音波診断装置１００、例えば超音波プローブ１０１にボタンを配置しておき、当該ボタンを押下するとこの識別及び条件の決定を行うようにしてもよい。
【００４２】
図６は、この制御部１０６による音響カプラ３００の装着の有無及び装着されている場合の音響カプラ３００の種類の識別動作を示すフローチャートである。
【００４３】
まず、画像処理部１０５が医用画像を作成すると（Ｓ０１）、解析部１０７は、カプラ領域３０１とパターン４００とをマッチングする（Ｓ０２）。読み出したパターン４００がカプラ領域３０１と一致しなければ（Ｓ０３，Ｎｏ）、残りのパターン４００が存在するか否かを判断し、存在すれば（Ｓ０４，Ｙｅｓ）、それを読み出し（Ｓ０５）、マッチングを続ける（Ｓ０２）。残りのパターン４００が存在しなければ（Ｓ０４，Ｎｏ）、制御部１０６は、音響カプラ３００が装着されていない場合の制御パラメータを送受信部１０２に出力する（Ｓ０６）。
【００４４】
一方、カプラ領域３０１と一致するパターン４００が見つかると（Ｓ０３，Ｙｅｓ）、制御部１０６は、カプラ領域３０１と一致するパターン４００に対応する制御パラメータを送受信部１０２に出力する（Ｓ０７）。
【００４５】
このような超音波診断装置１００の具体例を説明する。図４（ｄ）に示した肋骨の狭間から超音波を送受信するのに適した音響カプラ３００が装着された場合、この医用画像が画像処理部１０５から出力される。解析部１０７は、医用画像上部にカプラ領域３０１が存在しているので、この医用画像に各パターン４００を当てはめて、図５（ｄ）に示すパターン４００を選出する。そうすると、制御部１０６は、このパターン４００に対応する制御パラメータを送受信部１０２に出力する。これにより、制御パラメータの出力後は、図７に示すように、超音波走査範囲が音響カプラ３００の前面である接触面よりも狭められて超音波が送受信される。この超音波走査範囲が狭められた制御パラメータは、肋骨は超音波が通過しないために不必要な走査範囲を除いてフレームレートを向上させたものである。
【００４６】
以上のように、この超音波診断装置１００では、医用画像に写るカプラ領域の有無及び形状から音響カプラの装着の有無及び装着されている場合の音響カプラの種類を識別するようにしたので、超音波プローブや音響カプラに特別な構造を備えなくとも音響カプラの識別が可能となる。また、識別された音響カプラの種類に応じて制御パラメータを適切に調整することが可能となり、得られる画像の情報量を増加させ、診断能力増強を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００４７】
１００  超音波診断装置
１０１  超音波プローブ
１０２  送受信部
１０３  信号処理部
１０４  モニタ
１０５  画像処理部
１０６  制御部
１０７  解析部
３００  音響カプラ
３０１  カプラ領域
４００  パターン
【図１】
2010274060.tif 000003
【図２】
2010274060.tif 000004
【図３】
2010274060.tif 000005
【図５】
2010274060.tif 000006
【図６】
2010274060.tif 000007
【図４】
2010274060.tif 000008
【図７】
2010274060.tif 000009