(57)【要約】【課題】良好な超音波画像を得ると共に回路規模を小さく抑えることができる超音波内視鏡装置を提供する。【解決手段】円周の少なくとも一部上に所定の配列ピッチで配列され、複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、複数の超音波トランスデューサを上記円周に沿って回転させる駆動部と、複数の超音波トランスデューサが上記所定の配列ピッチよりも小さい回転角度ごとに超音波ビームを１回送信するように、複数の超音波トランスデューサに供給される複数の駆動信号を発生する駆動信号発生部と、複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて画像データを生成する信号処理手段とを具備する。【選択図】図１
2010279502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周の少なくとも一部上に所定の配列ピッチで配列され、複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、
前記複数の超音波トランスデューサを前記円周に沿って回転させる駆動部と、
前記複数の超音波トランスデューサが前記所定の配列ピッチよりも小さい回転角度ごとに超音波ビームを１回送信するように、前記複数の超音波トランスデューサに供給される複数の駆動信号を発生する駆動信号発生部と、
前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて画像データを生成する信号処理手段と、
を具備する超音波内視鏡装置。
【請求項２】
前記信号処理手段は、
前記複数の受信信号に基づいて受信データを生成する受信信号処理部と、
少なくとも１回の超音波ビームの送信によって得られる受信データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている受信データを含む複数回の超音波ビームの送信によって得られる受信データを合成することにより合成データを生成する合成処理手段と、
前記合成処理手段によって生成される合成データに基づいて前記画像データを生成する画像データ生成手段と、
を含む請求項１記載の超音波内視鏡装置。
【請求項３】
前記駆動信号発生部は、前記複数の超音波トランスデューサが前記所定の配列ピッチの整数分の１に相当する回転角度ごとに超音波ビームを１回送信するように、前記複数の超音波トランスデューサに供給される複数の駆動信号を発生する、請求項２記載の超音波内視鏡装置。
【請求項４】
前記合成処理手段は、連続する複数回の超音波ビームの送信によって得られる受信データを合成することにより合成データを生成する、請求項３記載の超音波内視鏡装置。
【請求項５】
前記複数の超音波トランスデューサが、前記円周の一部上のみに配列されている、請求項１乃至４の何れか一項記載の超音波内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上部消化器官や気管支等の体腔内検査に用いる超音波内視鏡を備え、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。
【０００４】
一般に、超音波撮像のための装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波プローブ（探触子）が用いられる。近年においては、超音波プローブの一種として、患者の体腔内に挿入して使用される超音波内視鏡が開発されている。一般に、超音波内視鏡においては、超音波を送受信する超音波トランスデューサを機械的に回転させることにより視野角３６０°の走査を行うメカニカルラジアル走査方式が採用されている。また、超音波内視鏡の外周に沿って多数の超音波トランスデューサを配置しておき、電子的な走査により視野角３６０°の走査を行う電子ラジアル走査方式も提案されている。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、メカニカルラジアル走査方式を採用した超音波診断装置が開示されている。
しかし、特許文献１の技術は、単素子の超音波トランスデューサを回転させるものであるため、超音波ビームの指向特性を制御することが難しく、良好な超音波画像を得ることができない。他方、多数の超音波トランスデューサを用いる電子ラジアル走査方式においては、良好な画像を得るためには超音波内視鏡の外周に沿って多数の超音波トランスデューサを配置する必要があり、回路規模が大きくなってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８０６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、良好な超音波画像を得ると共に回路規模を小さく抑えることができる超音波内視鏡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】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波内視鏡装置は、円周の少なくとも一部上に所定の配列ピッチで配列され、複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、複数の超音波トランスデューサを上記円周に沿って回転させる駆動部と、複数の超音波トランスデューサが上記所定の配列ピッチよりも小さい回転角度ごとに超音波ビームを１回送信するように、複数の超音波トランスデューサに供給される複数の駆動信号を発生する駆動信号発生部と、複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて画像データを生成する信号処理手段とを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超音波内視鏡装置において円周の少なくとも一部上に所定の配列ピッチで配列された複数の超音波トランスデューサが、その配列ピッチよりも小さい回転角度ごとに超音波ビームを１回送信するようにしたので、良好な超音波画像を得ると共に回路規模を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波内視鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波内視鏡装置における超音波トランスデューサアレイの回転及び超音波ビームの形成の様子を示す模式図である。
【図３】受信データの合成前後における方位ごとの感度のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波内視鏡装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る超音波内視鏡装置は、超音波内視鏡１と、この超音波内視鏡１に接続されて信号を送受信する超音波内視鏡装置本体２とによって構成される。
【００１２】
超音波内視鏡１は、複数の超音波トランスデューサを含むトランスデューサアレイ１０と、このトランスデューサアレイ１０を回転駆動する駆動モータ１６と、駆動モータ１６の回転力をトランスデューサアレイ１０に伝達する回転伝達ケーブル１７と、トランスデューサアレイ１０及び回転伝達ケーブル１７を覆う保護カバー１８と、保護カバー１８を支持する支持部１９とを含んでいる。
【００１３】
図２は、図１に示す超音波内視鏡装置における超音波トランスデューサアレイの回転及び超音波ビームの形成の様子を示す模式図である。図２は、図１に示すトランスデューサアレイ１０を超音波内視鏡１の軸方向に垂直な断面で示している。トランスデューサアレイ１０を構成する複数の超音波トランスデューサ（「素子」ともいう）１０ａ〜１０ｈは、印加される複数の駆動信号に基づいて超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。それらの超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈは、超音波内視鏡内において、円柱状バッキング材９の円周の少なくとも一部上に所定の配列ピッチで配列されている。図２においては、超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈが、円周の全周上にではなく一部上にのみ配列されているが、トランスデューサアレイ１０を回転させながら複数の超音波ビームを順次形成することによって、全方位に超音波ビームを送信することができる。
【００１４】
トランスデューサアレイ１０を構成する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：Pb(lead) zirconate titanate）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：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（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。
【００１５】
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、圧電体が伸縮する。この伸縮により、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、それらの超音波の合成によって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って伸縮し、電気信号を発生する。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。
【００１６】
再び図１を参照すると、駆動モータ１６は、回転速度及び停止位置を制御可能なステッピングモータであり、超音波内視鏡装置本体２から供給される制御信号に従って回転伝達ケーブル１７を回転させることによりトランスデューサアレイ１０を回転させる。回転伝達ケーブル１７は、フレキシブルシャフトを含み、駆動モータ１６によって発生する回転力をトランスデューサアレイ１０に伝達する。また、回転伝達ケーブル１７は、超音波内視鏡装置本体２において生成される駆動信号をトランスデューサアレイ１０の複数の超音波トランスデューサに伝送し、超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を超音波内視鏡装置本体２に伝送する。トランスデューサアレイ１０及び回転伝達ケーブル１７をカバーして保護する保護カバー１８の一端は、支持部１９によって支持されており、他端は、被検体である患者の口腔内等に挿入される。
【００１７】
なお、図１には、超音波内視鏡装置本体と超音波内視鏡１との間で信号線を介して有線による信号の送受信を行う例を示しているが、これに限らず、無線による信号の送受信をしても良い。無線による信号の送受信をする場合には、後述する超音波内視鏡装置本体の駆動信号発生部１４及び受信信号処理部２１に無線送受信器を接続すると共に、超音波内視鏡１のトランスデューサアレイ１０にも無線送受信器を接続し、これらの無線送受信器の相互間で無線信号を送受信する。ここで用いる無線信号の搬送波には、電波や赤外線などを用いることができる。また、駆動モータ１６に対する制御信号を超音波内視鏡装置本体から無線で送信する。さらに、超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈに十分な電圧を供給するため、超音波内視鏡１内に蓄電池を備えることが好ましい。
【００１８】
超音波内視鏡装置本体２は、走査制御部１１、送信遅延パターン記憶部１２、送信制御部１３、駆動信号発生部１４、モータ制御部１５、受信信号処理部２１、受信データ記憶部２２、合成処理部２３、受信制御部２４、受信遅延パターン記憶部２５、画像生成部２６、Ｄ／Ａ変換器２７、表示部２８、制御部２９、格納部３０、操作部３１を備えている。ここで、受信信号処理部２１〜画像生成部２６は、複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号に基づいて画像データを生成する信号処理手段を構成している。また、受信制御部２４及び画像生成部２６は、合成処理部２３によって生成される合成データに基づいて画像データを生成する画像データ生成手段を構成している。
【００１９】
走査制御部１１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部１２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１３は、走査制御部１１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１２に記憶されている複数の送信遅延パターンの中から１つの送信遅延パターンを選択し、その送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈの駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部１３は、複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。
【００２０】
駆動信号発生部１４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈに対応する複数のパルサによって構成されている。駆動信号発生部１４は、送信制御部１３によって設定された遅延時間に従って、複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈ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複数の駆動信号を超音波内視鏡１に供給し、又は、複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波内視鏡１に供給する。
【００２１】
モータ制御部１５は、制御部２９からの制御信号に従い、トランスデューサアレイ１０が超音波ビームを１回送信する度に、トランスデューサアレイ１０が超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈの配列ピッチよりも小さい所定の角度で回転するように、駆動モータ１６の回転を制御する。なお、モータ制御部１５は、駆動モータ１６を連続回転させることとしても良いし、超音波ビームを１回送信する度に駆動モータ１６の回転及び停止を繰り返させるようにしても良い。
【００２２】
受信信号処理部２１は、複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈに対応して、複数の増幅器（プリアンプ）２１１ａ〜２１１ｈと、複数のＡ／Ｄ変換器２１２ａ〜２１２ｈとを含んでいる。超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈから出力される受信信号は、それぞれ対応する増幅器２１１ａ〜２１１ｈにおいて増幅され、これらの増幅器２１１ａ〜２１１ｈから出力されるアナログの受信信号は、それぞれ対応するＡ／Ｄ変換器２１２ａ〜２１２ｈによってディジタルの受信信号（受信データ）に変換される。Ａ／Ｄ変換器２１２ａ〜２１２ｈは、受信データを、受信データ記憶部２２及び合成処理部２３に出力する。
【００２３】
受信データ記憶部２２は、Ａ／Ｄ変換器２１２ａ〜２１２ｈにより生成された受信データを入力して、少なくとも最新の１回の超音波ビームの送信によって得られる受信データを記憶する。合成処理部２３は、受信データ記憶部２２に記憶されている受信データを読み出すと共に、その後の超音波ビームの送信により新たに得られた受信データと合成することにより合成データを生成する。ここで、受信データの合成方法は特に限定されるものではないが、例えば、受信データ記憶部２２に記憶されている受信データと、その後の超音波ビームの送信により新たに得られた受信データとを加算し、又はこれらの受信データの平均値をとることにより、複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈに対応するチャネルごとの合成データを生成する。
【００２４】
受信遅延パターン記憶部２５は、合成処理部２３から出力される複数の合成データに対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２４は、走査制御部１１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２５に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、その受信遅延パターンに基づいて複数の合成データに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音線信号が形成される。
【００２５】
画像生成部２６は、受信制御部２４によって形成された音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報である画像信号を生成する。画像生成部２６は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部２６１と、包絡線検波部２６２と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）２６３とを含んでいる。
【００２６】
ＳＴＣ部２６１は、受信制御部２４によって形成された音線信号に対して、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す。包絡線検波部２６２は、ＳＴＣ部２６１において補正が施された音線信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、包絡線信号を生成する。ＤＳＣ２６３は、包絡線検波部２６２によって生成された包絡線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）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、画像信号を生成する。
【００２７】
Ｄ／Ａ変換器２７は、画像生成部２６から出力されるディジタルの画像信号を、アナログの画像信号に変換する。表示部２８は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、アナログの画像信号に基づいて診断画像を表示する。
【００２８】
制御部２９は、操作部３１を用いたオペレータの操作に従って、超音波画像を生成するための撮像動作を実行するように、走査制御部１１、画像生成部２６等を制御する。実施形態においては、走査制御部１１、送信制御部１３、合成処理部２３、受信制御部２４、画像生成部２６、及び、制御部２９が、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、これらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。ソフトウェア（プログラム）は、格納部３０に格納される。格納部３０における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００２９】
図２に示すように、トランスデューサアレイ１０を構成する複数の超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈは、円弧上に所定の配列ピッチで配列されている。この配列ピッチを小さくして多数の超音波トランスデューサを配列すれば、より精密な画像が得られると期待される。しかし、多数の超音波トランスデューサを配列すると、それだけ回路規模が大きくなり、超音波内視鏡１の小型化が困難となる。
【００３０】
本実施形態のトランスデューサアレイ１０は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、駆動モータ１６から供給される回転力により矢印θ方向に回転しながら、超音波ビームを複数回形成し、その都度超音波エコーを受信して受信信号を生成する。ここでは、図２（Ａ）に示す回転位置において第１回目の超音波ビームを図示Ａ方向に形成し、図２（Ｂ）に示す回転位置において第２回目の超音波ビームを図示Ｂ方向に形成するものとする。図２（Ａ）に示す回転位置と、図２（Ｂ）に示す回転位置とは、超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈの配列ピッチの半分に相当する角度分だけ異なっている。図２（Ｄ）は、図２（Ａ）に示す回転位置と、図２（Ｂ）に示す回転位置との位置関係が明確となるように、図２（Ａ）に示す回転位置を破線で示して図２（Ｂ）に示す回転位置と重ねて図示したものである。
【００３１】
上述のように、受信データ記憶部２２は、図２（Ａ）に示す回転位置における超音波ビームに基づいて得られた受信データを記憶する。そして、合成処理部２３は、図２（Ｂ）に示す回転位置における超音波ビームに基づいて得られた受信データを取得し、図２（Ａ）に示す回転位置における超音波ビームに基づいて得られた受信データと合成することにより、第１番目の合成データを生成する。
【００３２】
このように、超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈの配列ピッチの半分に相当する角度分だけ異なる受信方向の受信データを合成することにより、素子の配列ピッチを小さくして多数の超音波トランスデューサを用いて受信データを得た場合と類似の受信データを得ることができる。本実施形態によれば、要求される画像信号の精密さに対して必要な素子の配列ピッチが粗くて済むため、回路規模を小さくすることができる。
【００３３】
さらに、受信データ記憶部２２は、上述の第１番目の合成データの生成に用いた図２（Ｂ）に示す回転位置における超音波ビームに基づいて得られた受信データを受信データ記憶部２２に記憶しておく。そして、合成処理部２３は、図２（Ｃ）に示す回転位置における第３回目の超音波ビームに基づいて得られた新たな受信データを取得し、受信データ記憶部２２に記憶されている図２（Ｂ）に示す回転位置における超音波ビームに基づいて得られた受信データと合成することにより、第２番目の合成データを生成する（図２（Ｅ）参照）。こうすることにより、合成データに対応する走査線の間隔を素子の配列ピッチの半分の間隔にすることができる。
【００３４】
図３は、受信データの合成前後における方位ごとの感度のシミュレーション結果を示すグラフである。図３（Ａ）は、素子の配列ピッチを小さくして多数（ここでは１６個）の超音波トランスデューサ４０を用いて音線信号を得た場合の方位ごとの感度を示している。これに対し、図３（Ｂ）は、素子の配列ピッチを２倍にして、半数（ここでは８個）の超音波トランスデューサ５０を用いて音線信号を得た場合の方位ごとの感度を示している。図３（Ｂ）のように素子の配列ピッチを粗くすると、素子数が減った分コントラストが弱くなり、さらに４０°方向にグレーティングと呼ばれるノイズが生じる。
【００３５】
しかし、図３（Ｂ）と同じ素子の配列ピッチで得られた受信データを半ピッチずらして合成した本実施形態によると、図３（Ｃ）に示すように、コントラストが向上し、４０°方向のグレーティングも軽減される。
【００３６】
上述の例では、超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈの配列ピッチの半分に相当する回転角度ごとに超音波ビームを１回形成する例について説明したが、本発明はこれに限らず、超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈの配列ピッチよりも小さい回転角度ごとに超音波ビームを１回形成するものであれば良い。例えば、超音波トランスデューサ１０ａ〜１０ｈの配列ピッチの整数分の１に相当する回転角度ごとに超音波ビームを１回形成するものでもよい。
【００３７】
また、上述の例では、受信データ記憶部２２に、１つの超音波ビームに対応する受信データを記憶する例について説明したが、本発明はこれに限らず、複数の超音波ビームに対応する受信データを記憶することとしても良い。また、２つの超音波ビームに対応する受信データを合成する例について説明したが、本発明はこれに限らず、３つ以上の超音波ビームに対応する受信データを合成することとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、上部消化器官や気管支等の体腔内検査に用いる超音波内視鏡を備え、診断のために用いられる超音波診断画像を生成する超音波内視鏡装置において利用することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  超音波内視鏡
２  超音波内視鏡装置本体
９  円柱状バッキング材
１０  トランスデューサアレイ
１０ａ〜１０ｈ  超音波トランスデューサ
１１  走査制御部
１２  送信遅延パターン記憶部
１３  送信制御部
１４  駆動信号発生部
１５  モータ制御部
１６  駆動モータ
１７  回転伝達ケーブル
１８  保護カバー
１９  支持部
２１  受信信号処理部
２１１ａ〜２１１ｈ  増幅器
２１２ａ〜２１２ｈ  Ａ／Ｄ変換器
２２  受信データ記憶部
２３  合成処理部
２４  受信制御部
２５  受信遅延パターン記憶部
２６  画像生成部
２６１  ＳＴＣ部
２６２  包絡線検波部
２６３  ＤＳＣ
２７  Ｄ／Ａ変換器
２８  表示部
２９  制御部
３０  格納部
３１  操作部
【図１】
2010279502.tif 000003
【図２】
2010279502.tif 000004
【図３】
2010279502.tif 000005