(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子と、
被測定体内に設定された、該被測定体内へ穿刺する穿刺針の侵入路ラインである目標ラインと前記超音波振動子との成す角度に基づいて、前記超音波振動子の各走査ビームが前記目標ラインに略直角となるよう該各走査ビームを傾ける走査ビーム制御手段と、を備えてなる超音波診断装置。
【請求項２】
前記走査ビーム制御手段は、前記超音波振動子の各走査ビームの送波ビーム焦点を前記目標ラインの各位置付近に設定する手段を含むことを特徴とする、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記侵入路ラインを穿刺針侵入路ガイドとして表示する手段を備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
被測定体の超音波受信画像内で任意の領域が指定された時に、該領域を通過するラインを前記目標ラインとすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載する超音波診断装置。
【請求項５】
超音波振動子と、被測定体内へ穿刺される穿刺針の穿刺角度に基づいて前記超音波振動子の各走査ビームを前記穿刺針の侵入ラインに略直角に制御し、且つ各走査ビームの送波ビーム焦点を前記侵入ラインの各位置付近に制御するコントローラと、前記被測定体内の受波画像と前記穿刺針の侵入ラインとを表示するディスプレイと、を備えてなる超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子を備える超音波プローブを使用して人体などの被測定体の内部を診断する超音波診断装置に関し、特に、穿刺針を用いて被測定体内に穿刺する穿刺術等を超音波受信画像を見ながら行うことのできる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置に使用する超音波振動子は、複数の超音波振動子セルを集積して構成され、送信時および受信時において各振動子セルの送信出力および受信出力の遅延時間（遅延量）を各セル毎に適当に制御することで送波ビームおよび受波ビームを合成して、所望の超音波受信画像データを得るようにしている。一般に、人体に適用する超音波診断装置のように近距離での音像を得ようとする場合には、近距離音場での画像分解能を高めるために工夫がなされている。すなわち、たとえば図６に示すように、超音波振動子１が、半径ａの円板状のものであったとすると、この振動表面からπａ２  ／λの近距離音場での走査ビームが図のように内側に絞られることなく進行していき、πａ２  ／λの距離に達してからは左右（周囲）に拡散していく。このため、たとえば図７のａ点での分解能を高めようとする場合には、１からＮの各振動子セルの遅延時間を適宜設定し、また、振動子セルの幅方向に、ビームが幅方向のほぼ中央部に偏向するよう、一般には蒲鉾形状の偏向素子を振動子底部に取り付ける。このような工夫を施して、送信時には、図８に示すように送波ビーム焦点距離（深度）ｔを設定すると、ａ点の付近に送波ビームが絞られるために、この位置での分解能が良くなる。また受信時には、受波ビーム焦点位置を経時的にダイナミックに変えていくことにより（ダイナミックフォーカス）、図９に示すようにｂに示す直線ライン全域、すなわち全深度（一定の制限はあるが）における分解能を高めることができる。
【０００３】
一方、従来の超音波診断装置では、被測定物体内の特定の部位の生検等を容易に行うことが出来るように、超音波プローブに穿刺針の取り付け構造を備えたものが例えば、特開昭５８−１５５８４９号や特開昭６１−３１１２９号に示されている。このような超音波プローブを使用して穿刺針を被測定体内に穿刺しながら超音波診断装置を作動させると、被測定体内の画像と穿刺針の動きを同時にディスプレイ上で確認することができ、これにより安全な穿刺術（生検、ドレナーなど）を行うことができる。図１０は、上述の穿刺機能付き超音波診断装置を使用した時の超音波診断装置ディスプレイ画像を示す図である。
【０００４】
図に示すように、超音波振動子１からは走査ビーム７が振動子表面において垂直に形成され、穿刺術を行おうとする目標部位５の深度ｔに送波ビーム焦点が設定される。また、穿刺針３の被測定体内への侵入角度は、超音波振動子１に取り付けられているアダプタにより予め固定されているために、この固定角度情報に基づいて、穿刺針３が穿刺される時のガイドとして侵入路ガイド４をディスプレイ上に表示する。この表示状態で、穿刺針３を侵入路ガイド４に沿って穿刺していくことにより、オペレータは穿刺針４が穿刺されていく様子をディスプレイ上で見ることができるとともに、その先端が目標部位５に到達する状態を確認できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波診断装置は、穿刺針に対する走査ビームの角度が全く考慮されていないために穿刺針の侵入角度によってはそのエコーが弱く、ディスプレイ上で穿刺針の画像が非常に見にくくなるという問題があった。
【０００６】
この問題を解決する手法として、穿刺針の先の内面を荒らしたりする方法が採られることもあるが、エコーを強めるには十分ではないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、被測定体内に侵入する穿刺針のラインなどの目標ラインのエコーが強くなる超音波診断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置は、超音波振動子と、被測定体内に設定された、該被測定体内へ穿刺する穿刺針の侵入路ラインである目標ラインと前記超音波振動子との成す角度に基づいて、前記超音波振動子の各走査ビームが前記目標ラインに略直角となるよう該各走査ビームを傾ける走査ビーム制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【０００９】
また、その走査ビーム制御手段を、前記超音波振動子の各走査ビームの送波ビーム焦点を前記目標ラインの各位置付近に設定する手段を含ませるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記目標ラインである、被測定体内へ穿刺する穿刺針の侵入路ラインを穿刺針侵入路ガイドとして表示する手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、被測定体の超音波受信画像内で任意の領域が指定された時に、該領域を通過するラインを前記目標ラインとすることを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、超音波振動子と、被測定体内へ穿刺される穿刺針の穿刺角度に基づいて前記超音波の各走査ビームを前記穿刺針の侵入ラインに略直角に制御し、且つ各走査ビームの送波ビーム焦点を前記侵入ラインの各位置付近に制御するコントローラと、前記被測定体内の受波画像と前記穿刺針の侵入ラインとを表示するディスプレイと、を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る超音波診断装置では、超音波振動子の走査ビームを目標ラインにほぼ直角となるように傾斜させる。このようにすると、目標ラインの位置での反射ビームが最も効率的に超音波振動子に受波されるようになる。
【００１４】
請求項２に係る超音波診断装置では、送波ビームの焦点位置制御を行う。すなわち、超音波振動子に対して目標ラインがある角度を持つために、送波ビームの焦点を一定にしておくと各送波ビームの焦点と目標ラインの位置とが一致しなくなるから、請求項２に係る超音波診断装置では、送波ビームの焦点を目標ラインの各位置付近に設定する。この制御は、目標ラインの超音波振動子に対する角度が分かっているために、各超音波振動子セルの送波遅延時間を制御することにより実現することができる。
【００１５】
しかも目標ラインに対して送波ビームをほぼ直角にするとともに、各送波ビームの焦点を目標ラインの各位置付近に設定する。このようにすることで、目標ラインからのエコーがさらに強くなる。
【００１７】
また、請求項３に係る超音波診断装置においては、上記穿刺針の侵入ラインのガイドを表示することにより、ディスプレイ上の画像を見ながら穿刺針を正しく穿刺させることができる。
【００１８】
請求項４に係る超音波診断装置では、マウスなどのポインテイングデバイスや他の入力装置により、超音波受信画像中の任意の領域を指定すると、その領域を通過するラインが目標ラインとして設定される。したがって、上記穿刺針の侵入ラインとは別に、被測定体内の超音波受信画像中の任意の領域に対しエコーを強めて分解能を高くすることができる。
【００１９】
請求項５に係る超音波診断装置は、超音波振動子と、被測定体内へ穿刺される穿刺針の穿刺角度に基づいて前記超音波振動子の各走査ビームを前記穿刺針の侵入ラインに略直角に制御し、且つ各走査ビームの送波ビーム焦点を前記侵入ラインの各位置付近に制御するコントローラと、前記被測定体内の受波画像と前記穿刺針の侵入ラインとを表示するディスプレイと、を備えてなることを特徴とする。この装置では、ディスプレイ上に被測定体内の受波画像とともに穿刺針が高輝度で表示されるため、被測定体内を観察しながら穿刺術を安全に行うことが出来る。
【００２０】
【発明を実施する形態】
図１は、本発明の実施例の超音波診断装置において、穿刺針を人体内に穿刺する時の同装置の動作の概略を示す図である。
【００２１】
超音波振動子１は人体の表面２に置かれ、図外の穿刺針アダプタが超音波振動子１に取り付けられている。穿刺針３は、この穿刺針アダプタに沿って人体内に穿刺されていく。穿刺針３の超音波振動子１に対する角度θは、超音波振動子１に取り付けられる穿刺針アダプタによって決められる。この角度θは、上記アダプタの種類によって決まるものであるから、特に計測する必要はないが、計測のためのセンサを取り付けることにより該θを自動的に計測することも可能である。また、この角度θは、操作者によって入力手段から制御部に入力されるか、アダプタ取り付け時或いはセンサから自動的に制御部に入力される。
【００２２】
上記角度θが制御部に入力されると、アダプタの位置および角度θが決まっているから、人体内での穿刺針３の侵入路ガイド４の超音波振動子１に対する相対位置が決まる。制御部はこの侵入路ガイド４の表示位置を演算によって求め、ディスプレイ上に表示する。さらに、超音波振動子１からの走査ビームが侵入路ガイド４に沿って侵入する穿刺針３にほぼ直角に当たるように各振動子セルの遅延時間が制御される。これにより、送波ビームおよび受波ビームが穿刺針３に直角となり、穿刺針３の位置でエコーを強くし分解能を上げることができる。さらに、制御部は、各送波ビームの焦点ｆ１，ｆ２・・・ｆＮが穿刺針３の各位置に一致するように各振動子セルの遅延時間を制御する。この制御により、穿刺針３のエコーがさらに強くなり、且つ分解能が良くなってディスプレイ上の穿刺針がさらに良く見えるようになる。なお、目標部位５に対して穿刺針３を到達させて生検などを行おうとする時、まず目標部位５の位置を確認する必要があるために、最初は走査ビームを傾けずに通常のモードで目標部位５の位置を確認する。そして、図１に示すように走査ビームを傾け、侵入路ガイド４を表示し、侵入路ガイド４上に目標部位５が位置するように超音波振動子１の位置を調整する。この時、目標部位５は侵入路ガイド４のライン上に位置しているために、そのエコーが強くディスプレイ上では高輝度の状態で視認することができる。侵入路ガイド４のライン上の適当な位置に目標部位５が位置した段階で、穿刺針アダプタに沿って穿刺針３を人体内に侵入させる穿刺術を行う。
【００２３】
次に、上記の超音波診断装置の構成および具体的な動作について図２以下を参照して説明する。
【００２４】
複数の振動子セルが集積された超音波振動子１には、高電圧切換回路１０を介して高電圧パルス発生回路１１およびプリアンプ１２が接続されている。送信モード時においては、高電圧パルス発生回路１１から高電圧パルスが所定の遅延時間毎に順次発生し、高電圧切換回路１０によって超音波振動子１の各振動子セルに順次印加される。受信モード時には、超音波振動子１の各振動子セルからの受波信号が高電圧切換回路１０をパイパスしてプリアンプ１２に直接入力する。
【００２５】
上記高電圧パルス発生回路１１には、送信遅延コントロール回路１３が接続され、さらにこの回路１３にシステムコントロール回路１４が接続されている。送信遅延コントロール回路１３は、超音波振動子１の各振動子セルに対して与える高電圧パルスの遅延時間をコントロールする。この送信遅延時間は、図１に示す穿刺針３の傾斜する角度θ、すなわち走査ビームのテイルト角θと、各走査ビームの焦点位置ｆ１，ｆ２・・・ｆＮによって決められる。なお、各送波ビームの焦点ｆ１，ｆ２・・・ｆＮの位置は、テイルト角θおよび、超音波振動子１に取り付けられている穿刺針アダプタの形状によって一義的に定まる。すなわち、二次元的には、図１において、穿刺針３の被測定体表面２への侵入位置Ｐに対する各振動子セルの距離は穿刺針アダプタの形状によって決定され、これとともに、穿刺針３の超音波振動子１の各振動子セルに対する角度θが設定されることにより、各送波ビームの侵入路ガイド４の交差位置である焦点ｆまでの距離、したがって、各焦点ｆの位置が決定される。そして、この各ビームの焦点位置ｆを実現するための各振動子セルに供給する高電圧パルスの遅延時間が決定される。送信遅延コントロール回路１３は、システムコントロール回路１４から、上記テイルト角θおよび穿刺針アダプタの形状によって定まる各振動子セルに対する位置Ｐの相対的位置情報を受け取ることにより、各振動子セルの基準タイミングに対する遅延時間を設定し、高電圧パルス発生回路１１を順次駆動していく。
【００２６】
上記システムコントロール回路１４に対しテイルト角θを入力する手段として、本実施例では穿刺角度設定手段１５を設けているが、この穿刺角度設定手段１５は、入力キーや、該θを検出するためのセンサで構成することができる。
【００２７】
前記システムコントロール回路１４は、上記テイルト角θと各振動子セルのＰ点に対する相対位置情報を受信遅延コントロール回路１６に対しても与える。この場合、図９に示すように、受信時においてはダイナミックフオーカス処理を行うことによって（合成受波ビームの焦点位置をダイナミックに連続変化させる処理）全体に渡って細いビームを形成することが可能であるために、システムコントロール回路１４から焦点位置のための情報、すなわち各振動子セルに対する位置Ｐの相対位置情報を必ずしも供給する必要はない。受信遅延コントロール回路１６は、少なくともテイルト角θの情報を受け取れば、受波ビームを穿刺針３すなわち侵入路ガイド４にほぼ直角となるように傾斜させることが可能である。
【００２８】
上記プリアンプ１２で適当に増幅された受波信号は、ＴＶＧ回路２０に入力され、拡散減衰補正された後、受信遅延回路１７に入力され、ここで受信遅延コントロール回路１６で設定された各振動子セルの遅延情報に基づいて受信ビームを図９に示すような細いビームに合成するとともに、図１に示すように侵入路ガイド４にほぼ直角となるように傾斜させる処理を行う。こうして、傾いた細い受波ビームが形成されて、このビームにより受信された信号は検波回路１９へと導かれ、Ｌｏｇ圧縮回路１８でログ圧縮される。このＬｏｇ圧縮回路１８でのログ圧縮処理は、画像を表示する時の表示のダイナミックレンジに限界があるために行われる処理である。Ｌｏｇ圧縮回路１８の出力は次段のＡＤＣ回路２１（ＡＤコンバータ）でディジタルデータに変換され、ＤＳＣ回路２２（ディジタルスキャンコンバータ）に導かれる。このＤＳＣ回路２２には、システムコントロール回路１４から高電圧パルス発生回路１１の駆動タイミング情報などが入力され、これにしたがって、ＡＤＣ回路２１から入力されるディジタル受信データを走査する。そして、その出力はＤＡＣ回路２３（ＤＡコンバータ）でアナログ映像信号に変換され、ディスプレイモニタ２４に出力されて画像として表示される。なお、ＤＳＣ回路２２には、システムコントロール回路１４から、図１の侵入路ガイド４を表示するためのデータも入力される。したがって、ディスプレイモニタ２４上には受信した画像とともに侵入路ガイド４も破線や適当な色が施された状態で表示される。
【００２９】
図３は、上記の構成を有する超音波診断装置の画像処理動作を示すフローチャートである。
【００３０】
画像処理動作に入ると、まずモードが穿刺モードにあるのか通常モードにあるのかを判定する（ステップＳＴ１）。通常モードは、穿刺術を行わずに、単に超音波振動子１を使用して被測定体内の画像をディスプレイモニタ２４上に表示する画像処理モードをいう。この通常モードの時には、ステップＳＴ２においてテイルト角θをゼロに設定する。したがって、走査ビームは超音波振動子１の垂直下方に形成される。続いて、あらかじめマニュアル操作などにより設定された送波ビーム焦点ｆの位置に応じた送信遅延量を送信遅延コントロール回路１３で演算、設定し（ＳＴ３）、この情報に基づいて高電圧パルス発生回路１１が各振動子セルを駆動する（ＳＴ４）。一方、受信遅延コントロール回路１６は、受信においてのダイナミックフォーカスのための受信遅延量を設定し（ＳＴ５）、その情報を受信遅延回路１７に送るとともに、各振動子セルが受波した信号を処理して（ＳＴ６）ディスプレイモニタ２４上に受信画像として表示する。
【００３１】
一方、画像処理のモードが穿刺モードの時には、ＳＴ１０に進んで、穿刺針アダプタの形状情報を設定し、ＳＴ１１において、穿刺角度設定手段１５で設定された穿刺角、すなわちテイルト角θを設定し、ＳＴ１２で、穿刺侵入路、すなわち侵入路ガイド４を表示するための情報を形成してディスプレイモニタ２４上に表示させる（ＳＴ１１）。続いて上記のＳＴ３以下の送信処理および受信処理を行って、ディスプレイモニタ２４上に受信画像を表示させる。なお、ＳＴ３とＳＴ５で設定される送信および受信遅延量は、ＳＴ１０およびＳＴ１１で設定された穿刺針アダプタ形状情報およびテイルト角θに基づいて設定されるため、その走査ビームは図１に示すように傾斜されるとともに、各ビームの焦点位置は侵入路ガイド４の各位置付近に来るように制御される。図４は、本実施例でのディスプレイモニタ２４上に表示される画像を模式的に示した図である。同図に示すように、走査ビーム７は穿刺針３ほぼ直角になるように傾斜されており、また、侵入路ガイド４に沿って各走査ビーム７の送波焦点位置が設定されている。６は送波焦点ラインを示している。
【００３２】
以上の実施例では、穿刺術を行う際の穿刺針３の画像が良く見えるように走査ビームに工夫を施したものであるが、通常のモードの時にも所望の部位に対して表示分解能を高めることが可能である。図５はそのような場合の実施例を説明する図である。同図に示すように、表示画像上の領域ｑの部位を高分解能で表示したい場合、ポインティングデバイスなどの入力手段により、表示画面上の、たとえばα１とα２の２点を指定する。すると、このα１とα２を通過する目標ラインＬが形成される。この目標ラインＬは観測したい領域ｑを通過するラインである。この目標ラインＬが設定されると、超音波振動子１に対する走査ビームのテイルト角θが決定され、さらに、被測定体表面とこの目標ラインＬとの交点Ｐと各振動子セルとの相対位置関係が決定されるから、各送波ビームの焦点位置を目標ラインＬに合わせるための各振動子セルの遅延量が決定される。これにより、図１に示す穿刺針３の場合と同様に、観測したい領域ｑの表示分解能を高めることができる。なお、観測したい領域ｑを通過する目標ラインＬを設定するには、上記のようにポインティングデバイスでα１およびα２を指定することで可能であるが、その他、領域ｑを囲む矩形や円形等をポインティングデバイス等で指定し、その矩形や円形内の画像を認識して自動的に目標ラインＬが形成されるようにすることも可能である。また、目標ラインＬを複数個設定し、各目標ラインに沿って得られた高分解能画像を重ね合わせて１つの画像を形成することも可能である。この場合には、画像を重ね合わせるためにある程度の時間は必要であるが、通常モードの時の画像に比べて非常に明瞭な画像を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、穿刺針の侵入ラインである目標ラインに対し超音波振動子の走査ビームがほぼ直角に当たるために、反射ビームが最も強く返り、ディスプレイモニタ上の目標ラインの位置の画像が明瞭になる利点がある。請求項２に係る発明においては、上記請求項１に係る発明よりもさらに画像が明瞭になる効果がある。また、目標ラインを穿刺術を行う時の穿刺針の侵入路ラインとすることで、生検などを行う時の穿刺術がより安全に行えるという利点がある。請求項３に係る発明では、穿刺術時の穿刺針侵入路ガイドが表示されるために、その穿刺術がさらに安全で容易になる利点がある。また、請求項４に係る発明では、超音波受信画像中の任意の領域に対する表示分解能を高めることができるために、診断装置の性能を高めることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である超音波診断装置の動作を説明するための模式図
【図２】上記超音波診断装置の構成を示すブロック図
【図３】上記超音波診断装置の画像処理動作を示すフローチャート
【図４】上記超音波診断装置の表示画像を模式的に示す図
【図５】本発明の他の実施例である超音波診断装置の動作を模式的に示す図
【図６】〜
【図９】超音波診断装置の走査ビーム形成法について説明するための図
【図１０】従来の超音波診断装置での表示画像を模式的に示す図
【符号の説明】
１−超音波振動子
２−被測定体表面
３−穿刺針
４−侵入路ガイド
５−目標部位
ｆ１−〜ｆＮ−各送波ビームの焦点位置
【図１】
0003611636.tif 000002
【図２】
0003611636.tif 000003
【図３】
0003611636.tif 000004
【図４】
0003611636.tif 000005
【図５】
0003611636.tif 000006
【図６】
0003611636.tif 000007
【図７】
0003611636.tif 000008
【図８】
0003611636.tif 000009
【図９】
0003611636.tif 000010
【図１０】
0003611636.tif 000011