(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信し、生体の組織で反射した前記超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと接続可能な超音波診断装置であって、
前記駆動装置を制御して、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、
前記振動子の位置に応じて、前記振動子に超音波を複数回送信させる送信部と、
血管で反射された前記超音波である反射波を、前記振動子を用いて繰り返し受信して複数の受信信号を生成する受信部と、
前記血管の長軸方向の像を得るように前記超音波振動子を配置した状態で得られる前記複数の受信信号に基づいて、前記反射波の強度分布に関する強度情報を生成する強度情報生成部と、
前記強度情報に基づいて、前記反射波の強度が最大になったときの前記振動子の位置を特定する判定部と、
を備える、超音波診断装置。
【請求項２】
前記プローブ制御部は、前記判定部で特定する前記位置の情報に基づいて前記振動子の移動を制御する、請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記判定部で特定する前記位置で前記超音波を送信して前記血管の性状特性又は形状特性を演算する演算部をさらに備える、請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
超音波を送信し、生体の組織で反射した前記超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと接続可能な超音波診断装置であって、
前記駆動装置を制御して、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、
前記振動子の位置に応じて、前記振動子に超音波を複数回送信させる送信部と、
それぞれ離間して配置され、それぞれ血管で反射された前記超音波である反射波を前記振動子を用いて繰り返し受信して複数の受信信号を生成する第１の受信部および第２の受信部を含む受信部と、
前記第１の受信部および前記第２の受信部によってそれぞれ受信された前記複数の受信信号に基づいて、前記反射波の強度分布に関する強度情報を生成する強度情報生成部と、
前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示しているか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していない場合において、前記プローブ制御部は、体表と平行な平面上で前記振動子を所定の角度だけ回転させる、
超音波診断装置。
【請求項５】
前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していない場合において、
前記プローブ制御部は、前記第１の受信部の強度情報が最大になるときの前記振動子の位置と、前記第２の受信部の強度情報が最大になるときの前記振動子の位置と、前記第１の受信部および前記第２の受信部の距離とに基づいて、前記振動子が前記血管と略平行になるよう前記振動子を回転させる、請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記判定部が、前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していると判定するまで、前記プローブ制御部は、前記所定の角度だけ繰り返し前記振動子を回転させる、請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記判定部が、前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していると判定した後、前記判定部は、前記最大を示していると判定したときの前記振動子の位置を特定する、請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記送信部および前記受信部に対して、前記超音波の送信および受信を指示する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記振動子が前記判定部によって特定された前記位置に存在するとき、前記超音波の送信および受信を指示する、請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記振動子の位置を変化させるための第２の制御信号を出力する操作部をさらに備え、
前記プローブ制御部は、前記第２の制御信号に基づいて前記振動子の位置を変化させる、請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記プローブ制御部は、前記操作部からネットワークを介して前記第２の制御信号を受け取る、請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
第１方向に沿って２列に配列された第１の超音波振動子群および第２の超音波振動子群からそれぞれ超音波を送信し、生体の組織で反射した各超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと接続可能な超音波診断装置であって、
前記駆動装置を制御して、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、
前記振動子の位置に応じて、前記第１の超音波振動子群および第２の超音波振動子群に超音波を複数回送信させる送信部と、
血管で反射された前記超音波を、前記第１の超音波振動子群および第２の超音波振動子群の各々を用いて繰り返し受信して、第１の受信信号および第２の受信信号をそれぞれ生成する受信部と、
前記第１の受信信号に基づく反射波の強度と前記第２の受信信号に基づく反射波の強度との差分値を示す強度情報を生成する強度情報生成部と、
前記強度情報に基づいて前記差分値が０になったときの前記振動子の位置を特定する判定部と、
を備える、超音波診断装置。
【請求項１２】
前記駆動装置は、前記超音波プローブが接触している生体の表面に平行な平面上であって、かつ、前記第１方向と垂直な第２方向に前記振動子の位置を変化させる、請求項１１に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記判定部で特定する前記位置で前記超音波を送信して前記血管の性状特性又は形状特性を演算する演算部をさらに備える、請求項１１または１２に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置および超音波プローブに関し、特に、生体内の組織の性状特性を測定する超音波診断装置およびその制御方法、当該超音波診断装置に利用される超音波プローブの構造および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、心筋梗塞や脳梗塞などの循環器系疾病を患う人々が増加してきており、このような疾病の予防および治療を行うことが大きな課題となっている。心筋梗塞や脳梗塞の発病には、動脈硬化が深く関係している。そのため、動脈硬化が進行する早期段階において、動脈硬化の度合いを診断する診断方法あるいは診断装置が求められている。
【０００３】
従来、動脈硬化病変の診断は、血管カテーテルを用いて血管内部の様子を直接観察することによって行われていた。しかし、この診断では、血管カテーテルを血管に挿入する必要があるため、被験者への肉体的な負荷が大きいという問題があった。このため、血管カテーテルによる観察は、動脈硬化病変が存在していることが確かである被験者に対して、その場所を特定するために用いられ、例えば、健康管理のための検査として、この方法が用いられることはなかった。
【０００４】
被験者への肉体的な負担が少ない非侵襲の医療診断装置として、超音波診断装置やＸ線診断装置が従来用いられている。超音波やＸ線を体外から照射することによって、被験者に苦痛を与えることなく、体内の形状情報、あるいは形状の時間変化情報を得ることができる。体内の測定対象物の形状の時間変化情報（運動情報）が得られると、測定対象物の性状情報を求めることができる。たとえば、血管の弾性率は、心拍による大振幅変位運動に重畳されている血管の微小な厚みの変化、つまり血管の歪み量と、血圧差とに基づいて求められる。したがって、運動情報を得ることにより、生体内の血管の弾性特性を求めることができ、動脈硬化の程度を直接知ることが可能となる。
【０００５】
特に超音波診断は、Ｘ線診断と比較した場合、被験者に超音波プローブをあてるだけで測定できるので、被験者への造影剤投与が不要である点やＸ線被爆のおそれがない点で優れている。
【０００６】
近年のエレクトロニクス技術の進歩によって、超音波診断装置の測定精度を飛躍的に向上させることも可能になってきた。これに伴って、生体組織の微小運動を計測する超音波診断装置の開発が進んでいる。生体組織の微小運動を高精度に計測することにより、動脈壁の弾性特性の二次元分布を詳細に測定することが可能となる。
【０００７】
例えば、特許文献１は、制約付き最小二乗法を用いて超音波エコー信号の振幅と位相を解析することにより、測定対象を高精度でトラッキングする技術を開示している。この技術を位相差トラッキング法と呼ぶ。この技術によれば、血管運動による振幅が数ミクロンであり、周波数が数百Ｈｚまでの速い振動成分を高精度に計測できる。このため、血管壁の厚さ変化や歪みを数ミクロンのオーダーで高精度に計測をすることが可能になると報告されている。
【０００８】
また、特許文献２は、被検体に対して複数の走査区画を規定して超音波を走査し、走査区画ごとの血管弾性率を計測する技術を開示している。
【０００９】
一方、特許文献３の超音波診断装置は、弾性特性とは異なる血管の特性、具体的には頸動脈の厚さを示す値を、被験者が動脈硬化であるか否かを判断するための指標として測定している。頸動脈は、内側から順に内膜、中膜、外膜の３層を有する構造を備えていることが知られている。特許文献３の超音波診断装置は、この内膜と中膜をあわせた厚さ（内中膜複合体厚：以下ＩＭＴと呼ぶ）の値を計測している。
【００１０】
なお、特許文献３の超音波診断装置には血管３の変位（歪み）を計測する手段がないため、血管の弾性特性を測定することはできない。また、この超音波診断装置にはＩＭＴ値を計測前の段階で血管の３次元表示するための機能が必須であり、処理に時間を要するとともに、高コスト化が避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−５２２６号公報
【特許文献２】特開２００１−２９２９９５号公報
【特許文献３】特開２００６−０００４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
血管の弾性特性を正確に計測するためには、血管の形状に関する正確な時間変化情報（運動情報）が必要である。そのためには、超音波の音響線が血管断面の中心を通る状態で血管の変位計測を行わなければならない。
【００１３】
たとえば、図２７の（ａ１）は、血管３に対して理想的に配置されたプローブ１００の上面図であり、（ａ２）はその断面図である。プローブ１００内に設けられた振動子１０１から出力される超音波の音響線が、血管３の断面の中心ｏを通っている。この状態であれば、心拍によって血管３の厚さが変化する方向と音響線の方向とは一致するため、血管の正確な歪み量を測定できる。よって、正確な弾性率を測定することができる。
【００１４】
しかしながら、従来の超音波診断装置では、超音波の音響線が血管断面の中心ｏを通っているか否かに関して特に注意が払われていなかった。これは、超音波診断装置の使用者が操作に熟達していることを前提としているためと考えられるが、操作に慣れていない使用者による使用も当然に予想されるため、このような前提は適切ではない。
【００１５】
操作に慣れていない使用者は、超音波の音響線が血管断面の中心を通るようにプローブを配置することは困難である。たとえば、図２７の（ｂ１）は、血管３の中心からずれた位置に配置されたプローブ１００の上面図を示す。そして図２７の（ｂ２）はその断面図を示す。この状態では、血管３の厚さが変化する方向と音響線の方向とが一致していないため、血管の正確な歪み量を測定できない。
【００１６】
さらに図２８（ａ）および（ｂ）は、血管３とは平行でない状態で配置されたプローブ１００の上面図を示す。振動子１０１からの音響線が血管断面の中心を常に通っていないため、やはり血管の正確な歪み量を測定できない。
【００１７】
上述の図２７（ｂ１）および（ｂ２）、図２８（ａ）および（ｂ）のいずれの場合であっても、特に装置の操作に慣れていない使用者は、画像を見ながら手技で血管断面の中心を探し出すことは困難である。これでは測定された弾性特性は不正確になる。
【００１８】
本発明の目的は、弾性特性の計測時において、超音波振動子からの音響線が血管断面の中心を通るように、超音波振動子と血管との位置関係を調整するための構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明による超音波プローブは、超音波診断装置に接続される超音波プローブであって、超音波を送信し、生体の組織で反射した前記超音波を受信する振動子と、前記振動子の位置を変化させる駆動装置とを備え、前記超音波診断装置が血管の性状特性を測定する時において、前記駆動装置は、前記超音波診断装置からの制御信号に基づいて前記振動子の位置を変化させ、前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させる。
【００２０】
前記振動子には可動範囲が規定されており、前記振動子が前記超音波の送受信を行っている間に、前記駆動装置は前記範囲内で前記振動子の位置を変化させてもよい。
【００２１】
前記駆動装置は、前記超音波プローブが接触している生体の表面に平行な方向に前記振動子を移動させて、前記超音波を送信する位置を変化させてもよい。
【００２２】
前記振動子は、第１方向に沿って配列された少なくとも１列の超音波振動子群を備えており、前記駆動装置は、前記超音波プローブが接触している生体の表面に平行な平面上であって、かつ、前記第１方向と垂直な第２方向に前記振動子を移動させてもよい。
【００２３】
前記振動子は、第１方向に沿って配列された少なくとも１列の超音波振動子群を備えており、前記駆動装置は、前記超音波プローブが接触している生体の表面に平行な平面上で前記振動子を回転させてもよい。
【００２４】
前記駆動装置は、前記振動子と一体的に移動するラックまたはワイヤに駆動力を伝達するモータであってもよい。
【００２５】
前記駆動装置は、前記超音波プローブが接触している生体の表面に平行な方向の支軸を中心に前記振動子を揺動させ、前記超音波を送信する角度を変化させてもよい。
【００２６】
前記駆動装置は、回転軸が前記支軸に接続されたモータであってもよい。
【００２７】
前記駆動装置は、前記生体の表面に平行な第１方向、前記生体の表面に平行で、かつ前記第１方向に垂直な第２方向、前記第１方向および前記第２方向のいずれにも垂直な第３方向、前記第１方向に沿った軸を中心とする第１回転方向、前記第２方向に沿った軸を中心とする第２回転方向、および、前記第３方向に沿った軸を中心とする第３回転方向のうちの複数の方向に、前記振動子の位置を変化させてもよい。
【００２８】
前記駆動装置は、各々が前記振動子を移動させるための駆動力を発生させる複数のアクチュエータと、複数のリンクとを備えており、前記複数のリンクを介して、前記複数のアクチュエータによって発生された駆動力が前記振動子に伝達されてもよい。
【００２９】
前記駆動装置は、パラレルリンク機構を有していてもよい。
【００３０】
前記振動子は、音響カップリング液が充填された袋部内に設置されていてもよい。
【００３１】
本発明による超音波診断装置は、超音波を送信し、生体の組織で反射した前記超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと、前記駆動装置を制御して、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、前記振動子の位置に応じて、前記振動子に超音波を複数回送信させる送信部と、前記血管で反射された前記超音波を、前記振動子を用いて繰り返し受信して複数の受信信号を生成する受信部と、前記複数の受信信号に基づいて、前記反射波の強度分布に関する強度情報を生成する強度情報生成部と、前記強度情報に基づいて、前記反射強度が最大になったときの前記振動子の位置を特定する判定部とを備え、特定された前記位置で前記超音波を送信して前記血管の性状特性値を演算する。
【００３２】
前記強度情報生成部は、前記振動子上の離間した受信部ＡおよびＢによってそれぞれ受信された前記反射波の強度分布を示す強度情報を生成し、前記判定部は、前記受信部Ａの強度情報および前記受信部Ｂの強度情報が同時に最大を示しているか否かを判定し、前記受信部Ａの強度情報および前記受信部Ｂの強度情報が同時に最大を示していない場合において、前記プローブ制御部は、体表と平行な平面上で前記振動子を所定の角度だけ回転させてもよい。
【００３３】
前記受信部Ａの強度情報および前記受信部Ｂの強度情報が同時に最大を示していない場合において、前記プローブ制御部は、前記受信部Ａの強度情報が最大になるときの前記振動子の位置と、前記受信部Ｂの強度情報が最大になるときの前記振動子の位置と、受信部ＡおよびＢの距離とに基づいて、前記振動子が前記血管と略平行になるよう前記振動子を回転させてもよい。
【００３４】
前記判定部が、前記受信部Ａの強度情報および前記受信部Ｂの強度情報が同時に最大を示していると判定するまで、前記プローブ制御部は、前記所定の角度だけ繰り返し前記振動子を回転させてもよい。
【００３５】
前記判定部が、前記受信部Ａの強度情報および前記受信部Ｂの強度情報が同時に最大を示していると判定した後、前記判定部は、前記反射強度が最大になったときの前記振動子の位置を特定してもよい。
【００３６】
前記超音波診断装置は、前記送信部および前記受信部に対して、前記超音波の送信および受信を指示する制御部と、前記受信部において受信された前記超音波に基づいて、前記血管の性状特性値を演算する演算部とをさらに備え、前記制御部は、前記振動子が前記判定部によって特定された前記位置に存在するとき、前記超音波の送信および受信を指示してもよい。
【００３７】
前記超音波診断装置は、前記振動子の位置を変化させるための制御信号を出力する操作部をさらに備え、前記プローブ制御部は、前記制御信号に基づいて前記振動子の位置を変化させてもよい。
【００３８】
前記プローブ制御部は、前記操作部からネットワークを介して前記制御信号を受け取ってもよい。
【００３９】
本発明による超音波診断装置は、第１方向に沿って配列された２列の超音波振動子群ＡおよびＢからそれぞれ超音波を送信し、生体の組織で反射した各超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと、前記駆動装置を制御して、前記超音波プローブが接触している生体の表面に平行で、かつ、前記振動子の位置を前記第１方向と垂直な第２方向に変化させ、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、前記振動子の位置に応じて、前記超音波振動子群ＡおよびＢに超音波を複数回送信させる送信部と、血管で反射された前記超音波を、前記超音波振動子群ＡおよびＢの各々を用いて繰り返し受信して、受信信号ＡおよびＢをそれぞれ生成する受信部と、前記受信信号ＡおよびＢに基づいて、前記反射波の強度の差分値を示す強度情報を生成する強度情報生成部と、前記強度情報に基づいて前記反射強度が０になったときの前記振動子の位置を特定する判定部とを備え、特定された前記位置で前記超音波を送信して前記血管の性状特性値を演算する。
【００４０】
本発明による超音波診断装置は、超音波を送信し、生体の組織で反射した前記超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと接続可能な超音波診断装置であって、前記駆動装置を制御して、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、前記振動子の位置に応じて、前記振動子に超音波を複数回送信させる送信部と、前記血管で反射された前記超音波を、前記振動子を用いて繰り返し受信して複数の受信信号を生成する受信部と、血管の長軸方向の像を得るように前記超音波振動子を配置した状態で得られる前記複数の受信信号に基づいて、前記反射波の強度分布に関する強度情報を生成する強度情報生成部と、前記強度情報に基づいて、前記反射強度が最大になったときの前記振動子の位置を特定する判定部とを備えている。
【００４１】
前記プローブ制御部は、前記判定部で特定する前記位置の情報に基づいて前記振動子の移動を制御してもよい。
【００４２】
前記超音波診断装置は、前記判定部で特定する前記位置で前記超音波を送信して前記血管の性状特性又は形状特性を演算する演算部をさらに備えていていもよい。
【００４３】
本発明による超音波診断装置は、超音波を送信し、生体の組織で反射した前記超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと接続可能な超音波診断装置であって、前記駆動装置を制御して、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、前記振動子の位置に応じて、前記振動子に超音波を複数回送信させる送信部と、それぞれ離間して配置され、それぞれ前記血管で反射された前記超音波を前記振動子を用いて繰り返し受信して複数の受信信号を生成する第１の受信部および第２の受信部を含む受信部と、前記第１の受信部および前記第２の受信部によってそれぞれ受信された前記複数の受信信号に基づいて、前記反射波の強度分布に関する強度情報を生成する強度情報生成部と、前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示しているか否かを判定する判定部とを備え、前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していない場合において、前記プローブ制御部は、体表と平行な平面上で前記振動子を所定の角度だけ回転させる。
【００４４】
前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していない場合において、前記プローブ制御部は、前記第１の受信部の強度情報が最大になるときの前記振動子の位置と、前記第２の受信部の強度情報が最大になるときの前記振動子の位置と、第１の受信部および第２の受信部の距離とに基づいて、前記振動子が前記血管と略平行になるよう前記振動子を回転させてもよい。
【００４５】
前記判定部が、前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していると判定するまで、前記プローブ制御部は、前記所定の角度だけ繰り返し前記振動子を回転させてもよい。
【００４６】
前記判定部が、前記第１の受信部の強度情報および前記第２の受信部の強度情報が同時に最大を示していると判定した後、前記判定部は、前記反射強度が最大になったときの前記振動子の位置を特定してもよい。
【００４７】
前記超音波診断装置は、前記送信部および前記受信部に対して、前記超音波の送信および受信を指示する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記振動子が前記判定部によって特定された前記位置に存在するとき、前記超音波の送信および受信を指示してもよい。
【００４８】
前記超音波診断装置は、前記振動子の位置を変化させるための第２の制御信号を出力する操作部をさらに備え、前記プローブ制御部は、前記第２の制御信号に基づいて前記振動子の位置を変化させてもよい。
【００４９】
前記プローブ制御部は、前記操作部からネットワークを介して前記第２の制御信号を受け取ってもよい。
【００５０】
本発明による超音波診断装置は、第１方向に沿って２列に配列された第１の超音波振動子群および第２の超音波振動子群からそれぞれ超音波を送信し、生体の組織で反射した各超音波を受信する振動子、および、前記振動子の位置を変化させる駆動装置を有する超音波プローブと接続可能な超音波診断装置であって、前記駆動装置を制御して、前記振動子が前記超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させるプローブ制御部と、前記振動子の位置に応じて、前記第１の超音波振動子群および第２の超音波振動子群に超音波を複数回送信させる送信部と、血管で反射された前記超音波を、前記第１の超音波振動子群および第２の超音波振動子群の各々を用いて繰り返し受信して、第１の受信信号および第２の受信信号をそれぞれ生成する受信部と、前記第１の受信信号および第２の受信信号に基づいて、前記反射波の強度の差分値を示す強度情報を生成する強度情報生成部と、前記強度情報に基づいて前記反射強度の差分値が０になったときの前記振動子の位置を特定する判定部とを備える。
【００５１】
前記駆動装置は、前記超音波プローブが接触している生体の表面に平行な平面上であって、かつ、前記第１方向と垂直な第２方向に前記振動子の位置を変化させてもよい。
【００５２】
前記超音波診断装置は、前記判定部で特定する前記位置で前記超音波を送信して前記血管の性状特性又は形状特性を演算する演算部をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の超音波プローブは、血管の弾性特性が測定される時において、超音波プローブ内の駆動装置は、超音波診断装置からの制御信号に基づいて振動子を動かし、超音波を送信する方向および位置の少なくとも一方を変化させる。超音波診断装置の判定部は、反射波の強度を示す強度情報に基づいて反射強度が最大になったときの振動子の位置を特定する。これにより、弾性特性の計測時において、超音波振動子からの音響線が血管断面の中心を通るように、超音波振動子と血管との位置関係を調整することが可能となる。そして、その位置における血管の弾性特性を演算することにより、血管の正確な弾性特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】超音波診断装置１１を用い、血管３の弾性特性の計測を行うための構成を示すブロック図である。
【図２】超音波プローブ１３に内蔵された超音波振動子群３０を示す図である。
【図３】（ａ１）および（ｂ１）は、ｘ方向に沿って配列された複数の超音波振動子を用いて焦点を形成したときの超音波集束波の模式図であり、（ａ２）および（ｂ２）は超音波集束波の簡略図である。
【図４】生体の組織を伝播する超音波ビームを模式的に示す図である。
【図５】超音波診断装置１１の内部構成を示すブロック図である。
【図６】演算部１９の内部構成を示すブロック図である。
【図７】表示部２１上に示された血管壁４０およびＲＯＩ４１の模式図である。
【図８】血管壁４０のＲＯＩ４１で規定される領域における弾性特性を示す図である。
【図９】超音波を発生させながら超音波プローブ１３内を移動する振動子３０を示す図である。
【図１０】振動子３０の移動に伴って強度情報生成部２３が生成した超音波反射波の反射強度を示す図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１による超音波プローブ１３の物理的な構成を示す斜視図および上面図である。
【図１２】実施形態１による超音波診断装置１１において血管３の弾性特性を計測する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、点ＫａおよびＫｂを支点としてケース５０を振り子のように移動させる超音波プローブ１３の構成例を示す図である。
【図１４】振動子３０の変形例である振動子３５を示す。
【図１５】ｙ軸方向への振動子３５の移動量ｙと、超音波振動子群３５ａおよび超音波振動子群３５ｂにおいて検出された反射強度の差分値Ｔとの関係を示す図である。
【図１６】振動子３０と血管３とが平行に配置されていない例を示す図である。
【図１７】受信部ＡおよびＢにおいて検出されたそれぞれの反射強度の波形を示す図である。
【図１８】振動子３０を回転させた結果、振動子３０と血管３とが平行に配置された例を示す図である。
【図１９】受信部ＡおよびＢで検出された双方の反射強度がともにｙｏで最大値になったときの波形を示す図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は実施形態２による超音波プローブ１３の物理的な構成を示す図である。
【図２１】実施形態２による超音波診断装置１１において血管３の弾性特性を計測する処理の手順を示すフローチャートである。
【図２２】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、形状および配置が異なる受信部ＡおよびＢを有する振動子３０ａ〜３０ｄの例を示す図である。
【図２３】（ａ）および（ｂ）は、振動子３０の多軸動作と超音波プローブ１３の構成を示す図である。
【図２４】超音波プローブ１３の具体的な構成例を示す図である。
【図２５】超音波プローブ１３の具体的な構成例を示す図である。
【図２６】超音波プローブ１３の具体的な構成例を示す図である。
【図２７】（ａ１）および（ａ２）は血管３に対して理想的に配置されたプローブ１００の上面図および断面図であり、（ｂ１）および（ｂ２）は血管３の中心からずれた位置に配置されたプローブ１００の上面図および断面図である。
【図２８】（ａ）および（ｂ）は、血管３とは平行でない状態で配置されたプローブ１００の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、添付の図面を参照して、本発明による超音波診断装置の実施形態を説明する。
【００５６】
図１は、超音波診断装置１１を用い、血管３の弾性特性の計測を行うための構成を示すブロック図である。この構成は各実施形態において共通である。
【００５７】
超音波プローブ１３は被験者の体表２に密着するよう支持され、１または複数の超音波振動子を利用して血管外組織１および血管３を含む体組織内部へ超音波（音響線）を送信する。血管外組織１は脂肪や筋肉等により構成される。送信された超音波は血管３や血液５にて反射、散乱し、その一部が超音波プローブ１３へ戻り、エコーとして受信される。
【００５８】
超音波プローブ１３は、アレー状に配列された複数の超音波振動子（超音波振動子群）を内蔵している。後述の実施形態においては、本発明による超音波プローブ１３の特徴的な構造および動作を説明するが、ここでは超音波プローブ１３の基本的な動作原理を概説する。
【００５９】
図２は、超音波プローブ１３に内蔵された超音波振動子群３０を示す。超音波振動子群３０は、たとえば各超音波振動子が一方向に沿って並べられており、いわゆる１Ｄアレイ振動子を構成している。以下、超音波振動子群３０のユニットを「振動子３０」と記述する。
【００６０】
振動子３０は、各超音波振動子を順次揺動させて超音波の送受信を行い、所定範囲を走査することができる。また振動子３０は、複数の超音波振動子からの各超音波の位相を所定の位置（焦点位置）において重ね合わせ、焦点位置において反射した信号を受信することもできる。後者の例を図３に示す。
【００６１】
図３の（ａ１）および（ｂ１）は、ｘ方向に沿って配列された複数の超音波振動子を用いて焦点を形成したときの超音波の集束波を模式的に示している。超音波の集束波は図示されるような所定の幅を持っており、ｚ軸方向の所定の深さにおいて焦点を有する。
【００６２】
なお、本願図面上では記載を簡略化することもある。たとえば図３（ａ１）に対応する超音波の集束波に代えて、図３（ａ２）において「音響線」として示される超音波ビームの中心軸のみを記載することがある。また図３（ｂ１）に対応する超音波の集束波に代えて、図３（ｂ２）において「音響線」として示される超音波ビームの中心軸のみを記載することがある。
【００６３】
図４は、生体の組織を伝播する超音波ビームを模式的に示す。超音波プローブ１３から出射した超音波送信波は、ある有限の幅を持つ超音波ビーム６７としてｚ軸方向に進行し、生体組織６０の血管外組織１および血管３中を伝播する。そして、伝播の過程において血管外組織１および血管３によって反射または散乱した超音波の一部が超音波プローブ１３へ戻り、超音波反射波として受信される。超音波反射波は時系列信号として検出され、超音波プローブ１３に近い組織から得られる反射の時系列信号ほど、時間軸上で原点近くに位置する。超音波ビーム６７の幅（ビーム径）は、遅延時間を変化させることにより制御することができる。
【００６４】
上述したように超音波反射波は血管外組織１、血管３、および血液５より生じる。音響線６６上に位置する血管前壁の複数の測定対象位置Ｐn（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐk・・・Ｐn、ｎは３以上の自然数）は、ある一定間隔で超音波プローブ１３に近い順にＰ1、Ｐ2、Ｐ3
、Ｐk・・・Ｐnと配列されている。図４の上方を正、下方を負とする座標軸を深さ方向に設け、測定対象位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐk・・・Ｐnの座標をそれぞれＺ1、Ｚ2、Ｚ3、Ｚk
、・・・Ｚnとすると、測定対象位置Ｐkからの反射は、時間軸上でｔk＝２Ｚk／ｃに位置することになる。ここでｃは体組織内での超音波の音速を示す。反射波信号（時系列信号）は測定対象位置の状態を表す情報として利用される。
【００６５】
超音波診断装置１１は、血管の弾性特性や歪みなどの、血管３の性状特性を測定する前に、血管３に対して超音波を送信して反射波信号を取得する。そして後述する実施形態１および２として説明する方法によって超音波プローブ１３の振動子３０から送信される超音波（音響線）が血管３の断面の中心を通るように、超音波プローブ１３または振動子３０と血管３との位置関係を調整する。
【００６６】
両者の位置関係の調整が完了すると、超音波診断装置１１は、超音波を体組織内部へ再度送信し、受信したエコーによる受信信号の解析および演算を行う。超音波診断装置１１は、たとえば特許文献１に開示されている方法によって、検波信号の振幅および位相の両方を用い、制約付最小二乗法によって対象の瞬時の位置を決定し、高精度な（位置変化量の測定精度は±０．２ミクロン程度）位相トラッキングを行う。これにより、超音波診断装置１１は、血管外組織１や血管３の運動情報、たとえば血管３の壁における微小部位の位置および厚さの時間変化を十分な精度で測定することができる。
【００６７】
超音波診断装置１１には血圧計１２が接続されており、血圧計１２が測定した被験者の血圧値に関する情報が超音波診断装置１１へ入力される。血圧計１２から得た血圧に関する情報を用いることによって、血管３の壁における微小部位の弾性特性を求めることができる。
【００６８】
また、超音波診断装置１１には心電計２２が接続されている。超音波診断装置１１は、心電計２２から心電波形を受け取り、測定データの取得やデータリセットのタイミングを決定するトリガー信号として心電波形を使用する。
【００６９】
以下の実施形態においては、超音波診断装置を利用して血管の弾性特性を求める例を説明するが、血管の弾性特性以外の血管の性状特性、たとえば血管の歪みなどを測定することも可能である。
【００７０】
（実施形態１）
以下、本実施形態による超音波診断装置１１を説明する。
【００７１】
図５は、超音波診断装置１１の内部構成を示すブロック図である。
【００７２】
超音波診断装置１１は、送信部１４、受信部１５、遅延時間制御部１６、位相検波部１７、フィルタ部１８、演算部１９、演算データ記憶部２０、表示部２１、強度情報生成部２３、中心位置判定部２４、および、プローブ制御部２５を備えている。また、これら各構成要素を制御するため、マイコンなどからなる制御部２６を備えている。
【００７３】
超音波診断装置１１の各構成要素のうち、強度情報生成部２３、中心位置判定部２４およびプローブ制御部２５は、主として、超音波が血管断面の中心を通るように振動子３０と血管との位置関係を調整するために設けられている。一方、位相検波部１７、フィルタ部１８、演算部１９、演算データ記憶部２０および表示部２１は、主として血管３の弾性特性を測定し、測定結果を表示するために設けられている。送信部１４、受信部１５、遅延時間制御部１６および制御部２６は、振動子３０と血管との位置関係の調整、および、血管の弾性特性の測定のいずれの動作時においても動作する。
【００７４】
なお、図５に示す超音波診断装置１１は超音波プローブ１３を含んでいない。しかしながら、超音波プローブ１３は超音波診断装置１１の動作に必須であるため、超音波プローブ１３を超音波診断装置１１の構成要素として捉えてもよい。
【００７５】
以下、超音波診断装置１１の各構成要素の機能を説明する。
【００７６】
送信部１４は、所定の駆動パルス信号を生成し、超音波プローブ１３に出力する。駆動パルス信号により超音波プローブ１３から送信される超音波送信波は、血管３等の体組織において反射、散乱し、生じた超音波反射波が超音波プローブ１３により検出される。超音波を発生させる駆動パルスの周波数は、時間軸上で隣接している前後の超音波パルスが重ならないように、測定対象の深さと超音波の音速とを考慮して決定される。
【００７７】
受信部１５は超音波プローブ１３を用いて超音波反射波を検出し、検出によって得られた信号を増幅することにより、受信信号を生成する。受信部１５はＡ／Ｄ変換部を含み、受信信号をさらにデジタル信号に変換する。送信部１４および受信部１５は電子部品などを用いて構成される。
【００７８】
遅延時間制御部１６は送信部１４および受信部１５に接続されており、送信部１４から超音波プローブ１３の超音波振動子群に与える駆動パルス信号の遅延時間を制御する。これにより、超音波プローブ１３から送信される超音波送信波の超音波ビームの音響線の方向や焦点深度を変化させる。また、超音波プローブ１３によって受信され、受信部１５によって生成した受信信号の遅延時間を制御することにより、開口径を変化させたり、焦点位置を変化させたりすることができる。遅延時間制御部１６の出力は位相検波部１７に入力される。
【００７９】
位相検波部１７は、遅延時間制御部１６で遅延制御された受信信号を位相検波し、実部信号と虚部信号とに分離する。分離された実部信号および虚部信号はフィルタ部１８に入力される。フィルタ部１８は、高周波成分、測定対象以外からの反射成分およびノイズ成分等を除去する。位相検波部１７およびフィルタ部１８はソフトウエアによってもハードウエアによっても構成することができる。これにより、血管３の組織内部に設定された複数の測定対象位置にそれぞれ対応し、実部信号と虚部信号を含む位相検波信号を生成する。
【００８０】
演算部１９は、種々の演算を行う。図６は、演算部１９の演算処理を実現する機能ブロックを示す。演算部１９は、形状測定値演算部３１および性状特性値演算部３２とを含む。心電計２２から得られる心電波形は、演算部１９へ入力され、測定データの取得やデータリセットのタイミングを決定するトリガー信号として使用される。この目的においては、心電計２２は他の生体信号検出手段である心音計や脈波計と置き換えることも可能であり、心電波形の替わりに心音波形や脈波波形をトリガー信号として用いることも可能である。
【００８１】
形状測定値演算部３１は、位相検波信号の実部信号および虚部信号を用いて、血管３の組織内部に設定された複数の測定対象位置における位置変位量（位置の時間変位量）を求める。位置変位量は、測定対象位置（トラッキング位置）の運動速度を求め、この運動速度を積分することによっても同様に求めることもできる。そして複数の位置変位量から選ばれる任意の２つの位置における位置変位量の差分を求めることにより、その２点間の厚さ変化量を求めることができる。２つの位置の初期値あるいは、２つの位置における位置変位量の差分の初期値が与えられる場合には、２点間の厚さを求めることができる。
【００８２】
なお、厚さまたは厚さ変化量を規定する２点は、血管３の組織内部に設定された測定対象位置と一致していなくてもよい。たとえば、複数の測定対象位置の中心の位置を用いてもよい。この場合には、中心を求めた複数の測定対象位置の位置変位量を平均し、平均した位置変位量を用いることが好ましい。複数の測定対象位置を用いる場合には、複数の測定対象位置を代表する位置および位置変位量は、単純な平均によって求めてもよいし、重み付けを行ってもよく、複数の測定対象位置に基づいて、２つの位置およびその位置における位置変位量が求められておればよい。
【００８３】
性状特性値演算部３２は、求めた厚さ変化量の最大値と最小値との差分から、最大厚さ変化量を計算し、血圧計１２から得られる血圧データとから、２点間に位置する組織の弾性特性を求める。
【００８４】
具体的には、性状特性値演算部３２は、対象組織Ｔｋの厚さＨｋ（最低血圧時の値）、対象組織の厚さ変化量Ｄｋ（ｔ）の最大値と最小値との差Δｈｋおよび最低血圧値と最高血圧値との差である脈圧Δｐを用い、対象組織Ｔｋにおける血管のスティフネスを表わす弾性指標Ｅｋを下記の式として表わす。
【００８５】
Ｅｋ＝Δｐ×（Δｈｋ／Ｈｋ）
【００８６】
なお、任意の２点で挟まれた１点の弾性特性を求めてもよい。ただし、本実施の形態で用いている超音波プローブ１３は、アレー状に配列された複数の超音波振動子を有しているため、断層面内の任意の領域内すべての箇所の弾性特性を求めることが可能である。
【００８７】
なお、性状特性値演算部３２は弾性特性を求めるためにのみ設けられているのではなく、たとえばΔｈｋ／Ｈを演算して、血管の性状特性のひとつである歪みを求めてもよい。
【００８８】
再び図５を参照する。表示部２１は、求められた生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性をマッピングし、形状測定値または性状測定値の空間分布を示す心周期毎の空間分布画像を表示する。空間分布画像は１次元であってもよいし、２次元あるいは３次元であってもよい。形状測定値または性状測定値に応じた色あるいは諧調によって表示すれば、測定結果を把握し易い。
【００８９】
このとき、操作者は、形状測定値または性状測定値を求めたい任意領域を表示部２１上において指定することによって決定できる。この領域はＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔの略）と呼ばれる。ＲＯＩは、操作者が測定値を求めたい領域を指定するための表示で、その大きさや位置を表示部２１上で確認しながら、超音波診断装置１１のインターフェース部（図示せず）を介して自由に設定することが可能である。
【００９０】
図７は、表示部２１上に示された血管壁４０とＲＯＩ４１とを模式的に示している。ＲＯＩ４１が規定する領域には、血管壁４０以外の組織も含まれている。血管壁４０の画像はたとえば上述の演算とは別に受信信号を振幅強度に応じた輝度で変調することにより得られる。図８は、血管壁４０のＲＯＩ４１で規定される領域における弾性特性を示している。ＲＯＩ４１で規定される領域には、例えば、６行×５列にマッピングされた画像データｆ（ｋ）11〜ｆ（ｋ）65が配置され、画像データｆ（ｋ）11〜ｆ（ｋ）65が空間分布画像Ｆｋを構成している。前述したように画像データｆ（ｋ）11〜ｆ（ｋ）65は、生体組織の最大厚さ変化量などの形状測定値あるいは歪みや弾性特性などの性状特性値である。
【００９１】
演算部１９で演算された位置変位量、厚さ変化量、弾性特性等のデータは、図５に示す演算データ記憶部２０に記憶され、随時読み取ることが可能である。また、演算部１９で演算された位置変位量、厚さ変化量、弾性特性等のデータは、表示部２１に入力され、データを二次元画像などに可視化することができる。さらに、表示部２１と演算データ記憶部２０とを接続することによって、記憶された各種データを表示部２１に随時表示することもできる。演算部１９で演算された各種データは、表示部２１へ出力され、記憶部２０へも出力されことにより、リアルタイムでデータを表示しつつ、データを後で利用することができるよう保存されることが好ましい。しかし、どちらか一方のみの出力を行ってもよい。
【００９２】
強度情報生成部２３は、遅延時間制御部１６で遅延制御された受信信号の振幅に基づいて、反射波の強度（反射強度）を測定し、反射強度の分布を示す強度情報を生成する。後述のように、本実施形態においては、振動子３０のｘ軸（たとえば図４）と血管３が伸びる方向に沿った血管３の軸（以下「長軸」と呼ぶ。）とが実質的に平行に配置されており、その状態で振動子３０が超音波を発生させながら、超音波プローブ１３内を移動する。移動方向は、体表２に平行な平面内で、ｘ軸に垂直な方向である。強度情報生成部２３は、振動子３０の移動に伴って得られる反射強度を測定して強度情報を生成する。
【００９３】
中心位置判定部２４は、強度情報に基づいて最も強い反射強度が得られたときの超音波プローブ１３内の振動子３０の位置を特定する。
【００９４】
プローブ制御部２５は、超音波プローブ１３内の振動子３０の移動を制御するための制御信号を出力する。たとえばプローブ制御部２５は、制御部２６からの指示に基づいて振動子３０の移動開始および終了、移動方向および移動速度を制御する。またプローブ制御部２５は、中心位置判定部２４によって特定された位置に、振動子３０を移動させる。
【００９５】
以下、図９および１０を参照しながら、振動子３０と血管３との位置関係を調整する処理の原理を説明する。この処理によれば、振動子３０から送信される超音波（音響線）が血管３の断面の中心を通過するため、血管３の弾性特性を正確に計測可能となる。
【００９６】
なお、本実施形態においては振動子３０のｘ軸（たとえば図４）と血管３の長軸とが実質的に平行に配置されているとする。
【００９７】
図９は、超音波を発生させながら超音波プローブ１３内を移動する振動子３０を示す。振動子３０はケース５０に収納されており、振動子３０およびケース５０は図示されるｙ軸方向に移動する。その可動範囲を「Ｄ」として示す。なお、振動子３０およびケース５０が移動している間は、超音波プローブ１３の位置は固定されている。
【００９８】
プローブ制御部２５からの制御信号に基づいて、振動子３０は可動範囲Ｄの左端の位置でｚ軸方向への超音波の送信を開始し、超音波を送信しながらｙ軸方向に移動する。そして可動範囲Ｄの右端の位置まで移動すると、超音波の送信を停止する。なお、超音波の送信とｙ軸方向への移動とは同時に行われなくてもよい。振動子３０をｙ軸方向へ移動させて一旦停止させ、その位置で超音波を送信し、その後再び振動子３０をｙ軸方向へ移動させてもよい。
【００９９】
図１０は、振動子３０の移動に伴って強度情報生成部２３が生成した超音波反射波の反射強度の分布を示す。横軸は振動子３０の位置であり、縦軸が反射強度である。可動範囲Ｄ内の反射強度が得られると、中心位置判定部２４は最大の反射強度Ｒｍａｘが得られたときの振動子３０の位置ｙｏを特定する。
【０１００】
中心位置判定部２４によって特定された位置ｙｏが、超音波送信波が血管３の断面の中心を通過する位置に対応する。その理由は以下のとおりである。送信波が断面の中心から離れた位置を通過するほど、送信波は、血管３の外壁および内壁において、入射方向に対して９０度に近づく角度で反射されるため、血管３からの反射波の検出強度は小さくなる。一方、超音波送信波が断面の中心ｏに近い位置を通過するほど、血管３の外壁および内壁において超音波は入射してきた方向に反射されるため、血管３からの反射波の検出強度は大きくなる。そして超音波送信波が断面の中心ｏを通過するとき、超音波の入射方向と反射方向は血管３の外壁および内壁において一致するため、反射波の検出強度は最大になる。よって、反射強度が最大になるときの振動子３０の位置が、超音波送信波が断面の中心ｏを通過する位置であるといえる。
【０１０１】
位置ｙｏが特定された後は、プローブ制御部２５は振動子３０をその位置ｙｏに移動させて固定し、以後、血管３の弾性特性の計測を行えばよい。
【０１０２】
図１１（ａ）および（ｂ）は本実施形態による超音波プローブ１３の物理的な構成を示す。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は上面図である。超音波プローブ１３は、ラック１１０およびモータ１１１を備えている。ラック１１０は、歯が設けられた平板状の棒であり、ケース５０と物理的に結合されている。モータ１１１の回転軸にはピニオンが設けられており、ラック１１０の歯と噛み合わされている。モータ１１１が回転することにより、そのラック１１０とともにケース５０がｙ軸方向に移動する。これにより、図９に示す振動子３０の移動が実現される。
【０１０３】
図１２は、本実施形態による超音波診断装置１１において血管３の弾性特性を計測する処理の手順を示すフローチャートである。
【０１０４】
ステップＳ１において、プローブ制御部２５が超音波プローブ１３に制御信号を送ると、振動子３０は超音波を発生しながら超音波プローブ１３内をｙ軸方向に移動する。そしてステップＳ２において、強度情報生成部２３は、振動子３０の移動に応じて繰り返し超音波反射波を検出し、反射強度を取得する。そして、たとえば振動子３０が可動範囲を１往復することによって反射強度分布が得られる。
【０１０５】
次のステップＳ３では、中心位置判定部２４は、反射強度が最大となる振動子３０の位置を、超音波が血管中央ｏを通過する位置（中心位置）として特定する。
【０１０６】
ステップＳ４において、プローブ制御部２５が振動子３０を中心位置に移動させると、制御部２６はその中心位置における血管３の弾性特性の計測を指示する。この指示に基づいて、位相検波部１７、フィルタ部１８、演算部１９および演算データ記憶部２０が動作して、血管３の弾性特性を計測する。
【０１０７】
そしてステップＳ５において、表示部２１は血管長軸の断面図を表示するとともに、演算部１９によって計測された弾性特性を、その断面図上に重畳して表示する。
【０１０８】
上述したステップＳ１〜３の処理によって、反射強度が最大となる振動子３０の位置が、中心位置として特定され、その中心位置において血管３の弾性特性が計測されるため、血管の正確な歪み量を測定できる。よって、正確な弾性率を測定することができる。
【０１０９】
本実施形態においては、振動子３０を超音波プローブ１３内で所定の軸方向に沿って移動させ、血管３の断面中心を特定するとした。しかし、振動子３０を所定の軸方向に平行に移動させない構成も採用できる。
【０１１０】
たとえば図１３（ａ）は、ケース５０の比較的上方の点Ｋａを支軸としてケース５０を振り子のように振動させる超音波プローブ１３の構成例を示す。また図１３（ｂ）は、ケース５０の比較的下方の点Ｋｂを支軸としてケース５０を振り子のように振動させる超音波プローブ１３の構成例を示す。いずれの例でも支軸は体表に平行であり、モータの回転軸を支点ＫａまたはＫｂに一致させている。ただし、モータの回転軸は必ずしも支点ＫａまたはＫｂに一致しなくてもよい。たとえばモータの回転がギヤやベルトなどの伝達機構を介して支点ＫａまたはＫｂに伝わるように構成してもよい。これにより、振動子３０から送信される超音波の送信方向を変化させることができる。なお、図９の可動範囲Ｄに対応する図１３（ｂ）の例における可動範囲（可動角度）は−１８０度から１８０度である。図１３（ａ）の例における可動範囲（可動角度）はそれよりも狭くなる。
【０１１１】
このように構成された超音波プローブ１３を用いる場合には、最大反射強度に基づいて、振動子３０から送信される超音波が血管３の断面中心を通過するときの回転角を特定すれば、中心位置において血管３の弾性特性を計測できる。この構成によれば、超音波プローブ１３の直下に血管３が存在していなくてもよいため、超音波プローブ１３に不慣れなために血管３上に超音波プローブ１３を配置できない使用者が使用しても正確な弾性率を測定することができる。
【０１１２】
なお、体表に平行に振動子３０を移動させて超音波の送信位置を変化させる構成（図１１等）と、振動子３０を振り子のように振動させて超音波の送信角度を変化させる構成（図９）とを組み合わせてもよい。これにより、超音波を送信できる範囲がさらに広くなり、測定可能範囲を広くすることができる。換言すれば、超音波プローブ１３を体表に当てる位置に関して、その許容範囲が広くなる。
【０１１３】
上述の実施形態の説明においては、最大反射強度を利用して、超音波が血管３の断面中心を通過する中心位置を特定した。しかし、最大反射強度を利用しなくても、中心位置を特定することは可能である。
【０１１４】
図１４は、振動子３０を変形した振動子３５を示す。振動子３５は、いわゆる１．５Ｄアレイ振動子であり、２列の超音波振動子群３５ａおよび３５ｂを有する。超音波振動子群３５ａおよび３５ｂは、超音波プローブ１３内の移動方向（ｙ軸方向）に沿って配列されている。
【０１１５】
振動子３５を利用すると、超音波振動子群３５ａにおいて検出された反射強度、および、超音波振動子群３５ｂにおいて検出された反射強度の差分Ｔに基づいて中心位置を特定することができる。その原理は以下のとおりである。
【０１１６】
図１５は、ｙ軸方向への振動子３５の移動量ｙと、超音波振動子群３５ａおよび超音波振動子群３５ｂにおいて検出された反射強度の差分値Ｔとの関係を示す。振動子３５が図１４に示すｙ軸方向に移動して血管３に接近すると、まず超音波振動子群３５ｂにおいて検出される反射強度が増加し始める。超音波振動子群３５ａに関しては、超音波振動子群３５ａが血管３上に位置していないときは検出される血管３からの反射強度は０である。よって、出力差分Ｔは徐々に増加する。
【０１１７】
その後、超音波振動子群３５ａが血管３上に移動して超音波振動子群３５ａの反射強度が増加し始めると、出力差分Ｔは徐々に減少する。そして超音波振動子群３５ａおよび３５ｂの出力が等しくなると、出力差分Ｔは０になる。出力差分Ｔが０になっているときは、図１４に示す方向からみると超音波振動子群３５ａおよび３５ｂが血管３の中心軸に関して対称に配置されている状態にある。よって、このときの超音波振動子３５の位置が中心位置に対応する。
【０１１８】
振動子３５を用いて反射強度の差分に基づいて中心位置を判定する方法によれば、図１０に示す最大強度を判定する方法のような反射強度のピーク検出が不要であるため、処理時間が短縮化される。また、振動子３５を移動させる前に信号の正負を確認し、たとえば正ならば左で、負なら右であると定めておけば、振動子３５が血管の左右のどちらかに位置しているかが分かる。なお本実施形態においては、超音波振動子群３５ａおよび３５ｂの反射強度の差分の計算は、強度情報生成部２３によって行われる。
【０１１９】
なお、図１４および図１５に示す中心位置の判定方法に利用される超音波プローブ１３として、図１３に示す超音波プローブ１３を用いることも可能である。
【０１２０】
図１０および図１５を参照しながら説明した中心位置を特定する処理のうち、可動範囲Ｄ内で振動子３０を移動させて反射強度を取得する処理は、他の測定にも応用できる。たとえば、血管３の形状測定や、血管３の直径測定にも利用できる。これは、測定した形状からも血管の中心位置を特定できることを意味する。血管３の形状を測定する処理に利用するときは、血管３の長軸に沿って複数の断面の形状のデータを蓄積することにより、形状データを取得する。形状データは、血管３が心拍によって変化する血管３の前壁の厚さ変化を含んでもよい。また血管３の直径を測定する処理は、これまで説明した中心位置における血管３の超音波プローブ１３に近い側の壁からの反射波と、遠い側の壁からの反射波との差を演算することによって実行される。上述の反射強度を取得する処理を、超音波プローブ１３が被験者の体表に当てられたときに予め実行しておくと、その後の処理を迅速に行うことができる。
【０１２１】
（実施形態２）
実施形態１においては、超音波振動子群の配列方向（たとえば図４のｘ軸方向）と血管３の長軸とが実質的に平行に配置されているという前提のもとで、振動子３０を超音波プローブ１３内で移動させ、血管の断面中心を通過する中心位置を特定した。
【０１２２】
しかしながら、装置の操作に慣れていない使用者が操作するときは、超音波振動子群の配列方向と血管の長軸方向とがずれる可能性があり、かつ、そのずれの修正が迅速に行われることを期待することは困難である。
【０１２３】
本実施形態においては、超音波振動子群の配列方向と血管の長軸とが平行に配置されていないときであっても、血管の中心位置を特定し、かつ、弾性特性を正確に測定できる超音波診断装置を説明する。
【０１２４】
以下、図１６〜１９を参照しながら、振動子と血管との位置関係を調整する処理の原理を説明する。なお、実施形態１と同様、本実施形態においても振動子は超音波プローブ内を移動する。振動子の移動中は、超音波プローブの位置は被検者の表皮に固定されているとする。
【０１２５】
図１６は、振動子３０と血管３とが平行に配置されていない例を示す。いま、振動子３０と血管３とが図示される配置関係にあるとき、超音波を送信させながら振動子３０をｙ軸方向に移動させると仮定する。
【０１２６】
振動子３０の両端に位置する適切な数（たとえば５枚）の超音波振動子群をそれぞれ受信部ＡおよびＢとし、受信部ＡおよびＢにおいて検出される反射波の強度に注目する。
【０１２７】
図１７は、受信部ＡおよびＢにおいて検出されたそれぞれの反射強度分布の波形を示す。これらの波形は、強度情報生成部２３が生成する。受信部Ａにおいて検出される反射強度に着目すると、振動子３０が位置ｙAになったとき、最大値になる。また受信部Ｂにお
いて検出される反射強度に着目すると、振動子３０が位置ｙBになったとき、最大値にな
る。受信部Ａは、受信部Ｂよりも先に血管３からの反射波を検出し始め、また先に血管３の断面中心を通過した反射波を受信するため、ｙA＜ｙBである。なお、位置ｙAにおける
最大値と、位置ｙBにおける最大値とが同じ値であるとは限らない。その理由は、超音波
が送信される対象は生体（血管３）であり、反射波にはばらつきが含まれるためである。
【０１２８】
超音波振動子群の配列方向と血管３の長軸とが平行に配置されているか否かは、使用者のみならず超音波診断装置にも不明である。しかし、振動子３０の両端の受信部ＡおよびＢで検出される反射強度を測定して、図１７に示す波形が得られた場合には、振動子３０と血管３とは図１６に示す配置関係にあることがわかる。
【０１２９】
そこでそのような場合には、振動子３０を回転させて、振動子３０が血管３と平行な方向になるように調整すればよい。
【０１３０】
たとえば、予め定められた角度だけ振動子３０を回転させた後、再度ｙ軸方向に移動させて、受信部ＡおよびＢで反射強度分布を取得する。その結果、受信部ＡおよびＢで検出された反射強度が異なっており、図１７に示す波形が得られた場合には、再度予め定められた角度だけ回転させる。そして、受信部ＡおよびＢで検出された双方の反射強度が、同じ位置でともに最大値になるまでこの処理を繰り返す。
【０１３１】
図１８は、振動子３０を回転させた結果、振動子３０と血管３とが平行に配置された例を示す。また図１９は、受信部ＡおよびＢで検出された双方の反射強度がともにｙｏで最大値になったときの波形を示す。受信部ＡおよびＢで検出された双方の反射強度は同時に最大となり、このとき、振動子３０と血管３とは平行である。この後、実施形態１において説明した処理を行って、反射強度が最大となる振動子３０の位置を、超音波が血管中心を通過する位置（中心位置）として特定することにより、血管３の弾性特性を正確に計測可能となる。
【０１３２】
図２０（ａ）および（ｂ）は本実施形態による超音波プローブ１３の物理的な構成を示す。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は上面図である。本実施形態による超音波プローブ１３の構成要素のうち、図１１（ａ）および（ｂ）の超音波プローブ内の構成要素と同じものには同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１３３】
実施形態１による超音波プローブに対して、本実施形態による超音波プローブ１３は、ラック１１２およびモータ１１３をさらに備えている。ラック１１２は歯が設けられた平板状の棒であり、ケース５０と物理的に結合されている。モータ１１３の回転軸にはピニオンが設けられており、ラック１１２の歯と噛み合わされている。説明の便宜のため、本実施形態においてはモータ１１１および１１３は同じ性能を有しており、その回転軸には同じピニオンが設けられているとする。またラック１１０の歯数および１１２の歯数も同一とする。
【０１３４】
本実施形態においては、ケース５０は、ラック１１０およびラック１１２とそれぞれ接続されている。特に、ケース５０はラック１１０に対して回転できるように接続され、ラック１１２に対しても回転できるように接続されている。なお、ケース５０およびラック１１２の接続点は、ｘ軸方向に若干量だけ移動可能な遊びを有するように構成されている。その理由は、ケース５０がｘ−ｙ平面内で回転したとき、支点間の長さが変わり得るためである。
【０１３５】
モータ１１１の回転およびモータ１１３の回転は、プローブ制御部２５からの制御信号に基づいて独立して制御される。いま、ケース５０が図２０（ｂ）に示されるｘ軸と平行に配置されているとする。このとき、モータ１１１とモータ１１３とを互いに逆方向に同じ回転数で回転させると、ケース５０はｘ軸と平行の状態を保ったままｙ軸方向に移動する。この移動制御は、図１６に示す振動子３０の移動時に行われる。
【０１３６】
一方、モータ１１１とモータ１１３とを異なる回転数で回転させると、ケース５０はｘ軸と平行でなくなり、ｘ軸に対して回転数の差に応じた角度で傾く。すなわち、ケース５０はｘ−ｙ平面内で所定の角度だけ回転する。所定の傾きが得られた時点でモータ１１１および１１３の回転を止め、その後、モータ１１１とモータ１１３とを互いに逆方向に同じ回転数で回転させると、ケース５０はその傾きを保ったままｙ軸方向に移動する。この移動制御は、図１８に示す振動子３０の移動時に行われる。
【０１３７】
図２１は、本実施形態による超音波診断装置１１において血管３の弾性特性を計測する処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートでは、図１２に示すフローチャートに対してステップＳ１１およびＳ１２が付加されている。以下、そのステップＳ１１およびＳ１２を説明する。
【０１３８】
ステップＳ１１は、振動子３０と血管３とが傾いているか否かを判定する処理に対応する。たとえば、中心位置判定部２４は、振動子の両端の受信部（図１８の受信部ＡおよびＢ）で検出された双方の反射強度が最大か否かを判定する。双方の反射強度が最大のときは、処理はステップＳ３に進み、それ以外のときは、処理はステップＳ１２に進む。なお、反射強度は、振動子の両端の受信部の各出力に基づいて強度情報生成部２３が生成する。
【０１３９】
次のステップＳ１２において、プローブ制御部２５は、振動子３０を含むケース５０をｘ−ｙ平面上、所定角度（たとえば１０度）だけ回転させる。その後、処理はステップＳ１に戻り、そこから同じ処理が実行される。なお、ｘ−ｙ平面とは音響線に垂直な平面である。超音波プローブ１３が体表に当てられているときは、ｘ−ｙ平面と体表と平行な平面とは一致する。
【０１４０】
ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ１１およびＳ１２のループは、ステップＳ１１において振動子の両端の受信部で検出された反射強度がともに同時に最大になるまで継続される。すなわち、振動子３０が血管３と平行になるまで、ｘ−ｙ平面内で振動子３０の角度が変更される。この後、ステップＳ３からＳ５までの各処理が実行され、血管の弾性特性が正確に測定され、表示される。
【０１４１】
図２１では、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ１１およびＳ１２をループさせているが、他には、ループさせない処理も考えられる。たとえば、振動子３０を血管３に対して一度走査させれば、反射強度が最大値になるときの位置ｙAおよびｙBを利用して回転すべき角度を算出することも可能である。具体的には、プローブ制御部２５は、求める角度（回転すべき角度）θを、θ＝ｔａｎ-1（（ｙA−ｙB）／Ｔ）によって算出する。ここでＴは受信部ＡおよびＢの距離を表す。
【０１４２】
振動子３０を血管３に対して一度走査させるだけで回転すべき角度を算出できるため、振動子３０を血管３に対して迅速かつ確実に平行または略平行になるまで回転させることができる。よって、超音波プローブ１３が体表に当てられてから測定開始までの時間を短縮できる。
【０１４３】
本実施形態においては、振動子３０両端の受信部の例として、図１６および図１８に示す受信部ＡおよびＢを挙げた。しかし、受信部ＡおよびＢの形状や配置は種々考えられる。
【０１４４】
たとえば、図２２（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、形状および配置が異なる受信部ＡおよびＢを有する振動子３０ａ〜３０ｄの例を示す。図２２（ａ）は、図１６および図１８に示す振動子３０と同じである。破線によって囲まれた領域の２つの受信部において検出される反射波の強度を用いて、振動子３０と血管３とが平行か否かが判定される。また、図２２（ｂ）〜（ｄ）は、物理的に独立した受信部ＡおよびＢを設けたときの配置および形状の例を示す。振動子３０ａ〜３０ｄのいずれを用いても、振動子３０と血管３とが平行か否かを判定するために必要な反射強度を検出できる。
【０１４５】
上述の例はいずれも、振動子の両端に受信部ＡおよびＢを設けた例である。しかしながら、受信部ＡおよびＢは、振動子の両端に存在しなくてもよい。たとえば受信部Ａを振動子の中央部に設け、受信部Ｂを振動子の一方の端部に設けてもよい。図１７に示す反射強度の波形を観測できる程度に受信部ＡおよびＢが離れていれば、振動子の両端に設けられる必要はない。
【０１４６】
実施形態１および２においては、いわゆるラック＆ピニオン方式で振動子３０を超音波プローブ１３内で移動させるとしたが、これは例である。モータ１１１および／またはモータ１１３とケース５０とをベルトで結び、モータの回転によってベルトを巻き、または送ることにより、ケース５０および振動子３０の移動および回転を制御してもよい。また、駆動装置であるモータの種類も任意であり、たとえばリニアモータやボイスコイルモータを用いてもよい。使用するモータの駆動方式に応じて、振動子３０を移動させるための超音波プローブ１３内の構造を変えることは当業者であれば容易である。
【０１４７】
実施形態１および２において説明したとおり、図１２および図２１の弾性特性を計測する処理の手順を示すフローチャートでは、開始後プローブが中心位置に移動されると、弾性率が計測され、計測した弾性率が表示されて終了した。しかしながら、一回だけの計測で終了するだけではなく、連続またはある周期でこの処理を行っておいてもよい。これにより、プローブ保持による手ぶれなどによる位置ずれが起きたとしても、その都度、中心位置に移動して弾性率を計測することで、血管の正確な弾性特性を得ることができる。このとき、振動子の可動範囲は、最初の可動範囲よりも小さくすることで、処理時間を短くすることができる。また、一度手順を終了した後、図１２のＳ１と図２１のＳ１の移動を行わないで、図１２のＳ２と図２１のＳ２で取得した反射強度の変化から、手ぶれなどによる位置ずれを検出することもできる。この反射強度の変化がある値よりも大きくなった場合に、再度、弾性特性を計測する処理の手順を実行してもよい。
【０１４８】
実施形態１および２においては、振動子３０の移動方向は１方向または２方向であった。１方向とは生体の表面に平行な方向または回転方向であり、２方向とは生体の表面に平行な方向および平面上での回転方向である。
【０１４９】
しかしながら、振動子３０は、上述の１方向または２方向の移動だけでなく、他の方向にも移動できる多軸動作をしてもかまわない。他の方向の例として、図２３（ａ）は、ｘ軸方向およびｚ軸方向に沿って移動するとともに、ｙ軸と平行な軸を中心として回転する振動子３０を示す。以下では、ｙ軸と平行な軸を中心とする回転を「ｙ軸方向の回転」と呼ぶ。
【０１５０】
ｙ軸方向の回転は、生体の表面から生体内部に向かう深さ方向に血管が傾いていた場合に利用される。また、ｚ軸方向の移動は、深さ方向の物理的な焦点位置を変えるために利用される。ｘ軸方向の移動は、血管軸方向の計測箇所を変えるために利用される。
【０１５１】
上述の多軸動作を実現するための駆動装置は、複数のリンクと、複数のジョイントと、複数のアクチュエータとで構成できる。たとえば、そのような構成の一つであるパラレルリンク機構を利用することが望ましい。パラレルリンク機構とは、複数のリンクと複数のジョイントと複数のアクチュエータで構成され、少なくとも２つのリンクが横に並ぶ構成を持つ機構である。
【０１５２】
図２３（ｂ）は、パラレルリンク機構を備えた超音波プローブ１３のｙｚ平面と平行な平面による断面図である。
【０１５３】
超音波プローブ１３には袋部１３０が設けられている。袋部１３０内には音響カップリング液１３１とともに振動子３０が封止されている。超音波プローブ１３の前面（生体の表面に当たる面）のウィンドウ部１３２と振動子３０との間の音響カップリング液１３１は、振動子３０によって発生された超音波を伝播する。袋部１３０は、音響カップリング液１３１を通さず、かつ柔軟性を持つ材料、例えばゴム材や樹脂膜材などが望ましい。
【０１５４】
パラレルリンク機構では、振動子３０とアクチュエータ１２３とが、動作点となる動作点部１３３に関して反対側に互いに離れて配置されている。また、アクチュエータ１２３の動力を動作点部１３３に伝達するためのリンク１２１およびジョイント１２２も動作点部１３３のアクチュエータ１２３側に配置されている。よって、リンク１２１、ジョイント１２２、アクチュエータ１２３は袋部１３０に封止されることもなく、よって音響カップリング液１３１に浸かることもない。振動子３０から離れた位置にアクチュエータ１２３を設置できることはパラレルリンク機構の利点であり、ロボットアームなどのように各関節にアクチュエータを持つシングルリンク機構と異なる点である。
【０１５５】
図２４は、６自由度の直動型パラレルリンク機構で構成された超音波プローブ１３を示す。この超音波プローブ１３では、可動ベース部１２４の一方の側に振動子３０が取り付けられている。また、可動ベース部１２４の他方の側にジョイント１２２が取り付けられている。ジョイント１２２とリンク１２１とは接続されており、アクチュエータ１２３の駆動力を伝達する。
【０１５６】
６つの直動式のアクチュエータを駆動させることにより、可動ベース部１２４の位置および角度は、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向および、それぞれの軸を中心とした回転方向の計６自由度で変化する。これにより、振動子３０を生体の表面に対して平行だけでなく、計６方向に移動および回転をさせることができる。
【０１５７】
直動式のアクチュエータ（図示せず）は超音波プローブ１３の筐体に固定されている。直動式のアクチュエータは、モータをボールネジで直動させる機構でも、リニアモータなどでもかまわない。例として図２５および図２６に示す超音波プローブ１３を説明する。図２５は回転型のパラレルリンク機構を示し、図２６は伸縮型のパラレルリンク機構を示す。図２５および図２６にそれぞれ示すとおり、アクチュエータ１２３を駆動させると、その駆動力はジョイント１２２およびリンク１２１を介して可動ベース部１２４に伝達される。可動ベース部１２４の位置および角度は、振動子３０を生体の表面に対して平行な方向だけでなくｘ方向、ｙ方向、ｚ方向とそれぞれの軸の回転方向の計６自由度で変化する。回転型のパラレルリンク機構では回転型のアクチュエータが採用され、伸縮型のパラレルリンク機構では伸縮型アクチュエータが採用されている。
【０１５８】
なお、パラレルリンク機構の自由度は常に６つである必要はない。プローブの操作上、必要な数の自由度があればよく、たとえば上述の６自由度のうちの２自由度を与える可動軸を有していればよい。ジョイントの数やリンクの数も自由度に応じて変化し得る。アクチュエータの設置位置、リンクの長さ等に応じてジョイントを省略してもよい。
【０１５９】
振動子の位置変化の自由度は、振動子３０を駆動することができる軸の数によって定まる。なお、操作部は、ジョイスティックなどの入力機器であってもかまわない。振動子の位置や向きを変更する動作は、血管の中央位置の判定処理時や弾性特性計測時に行われてもよい。例えば、初めに血管の中央位置の判定処理を行い、その後に血管軸方位にずらして、より広い範囲で弾性特性計測の動作を行うことが可能である。
【０１６０】
また、超音波診断装置の本体に操作部（図示せず）を設けてもよい。操作部は、使用者が操作することによって、超音波プローブ内の振動子の位置や向きを変化させるための制御信号を出力する。振動子の位置はその制御信号に基づいて変化する。
【０１６１】
なお、操作部は超音波診断装置の本体に設けられる必要はない。たとえばネットワークを介して、操作部と超音波診断装置とを接続してもよい。このとき超音波プローブは、操作部からの制御信号に基づいて遠隔操作される。
【０１６２】
なお、プローブまたは超音波診断装置の本体にスイッチ（図示せず）を設け、超音波プローブ内の振動子の移動および／または回転を行うか否かを切り替えられるようにしてもよい。プローブの使用に熟達した操作者であれば、表示された弾性特性の画像を見れば弾性特性の測定結果が正確といえるか否か、すなわちプローブが適切に配置され、血管の断面中心において血管の弾性特性が測定されているか否かを容易に判断できるためである。中心位置の判定処理を行うか否かを切り替えることができることにより、超音波診断装置を使用者の習熟度に応じて動作させることができ、利便性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明の超音波診断装置は、生体組織の性状特性および形状特性の測定に好適に用いられ、正確な弾性特性の測定に適している。また、血管壁の弾性特性を測定し、動脈硬化病変の発見や動脈硬化の予防に好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１６４】
１  血管外組織
２  体表
３  血管
４  血管前壁
５  血液
１１  超音波診断装置
１２  血圧計
１３  超音波プローブ
１４  送信部
１５  受信部
１６  遅延時間制御部
１７  位相検波部
１８  フィルタ部
１９  演算部
２０  演算データ記憶部
２１  表示部
２２  心電計
２３  強度情報生成部
２４  中心位置判定部
２５  プローブ制御部
２６  制御部
３０、３５  振動子
３１  形状測定値演算部
３２  性状特性値演算部
４０  血管壁
４１  ＲＯＩ
５０  ケース
１１０、１１２  ラック
１１１、１１３  モータ
１２１  リンク
１２２  ジョイント
１２３  アクチュエータ
１２４  可動ベース部
１２５  ベース部
１３０  袋部
１３１  音響カップリング液
１３２  ウィンドウ部
１３３  動作点部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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