(57)【要約】【課題】  生体からのエコー画像に近いファントムエコー画像が得られる超音波診断装置用ファントムを実現すること。【解決手段】  本発明は、生体の体動を表す超音波を送波し得る超音波診断装置用ファントム１を提供し、このファントムは、複数の振動子を含み、超音波診断装置の探触子と当接して超音波を送波または受波する探触子部３と、上記複数の振動子を駆動するための電気信号を生成し、上記探触子部に送信する送信部４と、上記探触子部が生体からの超音波エコーを模した超音波を送波するように上記送信部４を駆動するためのプログラムを格納する記憶部７と、上記プログラムを実行する演算部８と、操作部９からの出力に基づいて上記各部を制御する制御部１０とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波診断装置用ファントムであって、
複数の振動子を含み、超音波診断装置の探触子と当接して超音波を送波または受波する探触子部と、
前記複数の振動子を駆動するための電気信号を生成し、前記探触子部に送信する送信部と、
前記探触子部が生体からの超音波エコーを模した超音波を送波するように前記送信部を駆動するためのプログラムを格納する記憶部と、
前記プログラムを実行する演算部とを備え、
生体の体動を表す超音波を送波し得る、ファントム。
【請求項２】
動画像を形成する超音波を送波し得る、請求項１に記載のファントム。
【請求項３】
前記プログラムの実行に必要なディジタルデータを入力するための入力部をさらに備える、請求項１に記載のファントム。
【請求項４】
前記探触子部は、曲率を持つ超音波診断装置の探触子に適合し得るように作成されている、請求項１に記載のファントム。
【請求項５】
前記複数の振動子がＰＶＤＦで形成されている、請求項１に記載のファントム。
【請求項６】
減衰媒体によるエコーを再生した超音波を送波し得る、請求項１に記載のファントム。
【請求項７】
前記複数の振動子によって検出された超音波信号を受信する受信部をさらに備え、
前記受信部によって受信した超音波診断装置からの超音波信号に同期して、生体からの超音波エコーを模した超音波を前記探触子部から送波し得る、請求項１に記載のファントム。
【請求項８】
血管および血流からの超音波エコーに相当する超音波を送波し得る、請求項１に記載のファントム。
【請求項９】
前記記憶部は、前記送信部がカラーフロー信号を送信するためのプログラムを格納している、請求項８に記載のファントム。
【請求項１０】
前記記憶部は、前記送信部がパルスドプラ信号を送信するためのプログラムを格納している、請求項８に記載のファントム。
【請求項１１】
前記探触子部は、２次元に配列された複数の振動子を含み、
前記記憶部は、前記探触子部が超音波診断装置の３次元走査に対応する超音波を送波するように前記送信部を駆動するプログラムを格納している、請求項１に記載のファントム。
【請求項１２】
前記探触子部は、前記複数の振動子の素子ピッチが、超音波診断装置の振動子の素子ピッチと合致するように構成されている、請求項１に記載のファントム。
【請求項１３】
前記探触子部は、前記複数の振動子の素子ピッチが、超音波診断装置の素子ピッチより十分に小さくなるように構成されている、請求項１に記載のファントム。
【請求項１４】
前記探触子部は、各前記振動子の大きさが、各前記振動子間の距離（素子ピッチ）に比較して十分小さくなるように構成されている、請求項１に記載のファントム。
【請求項１５】
前記探触子部において、前記複数の振動子の周囲に吸音処理が施されている、請求項１に記載のファントム。
【請求項１６】
前記記憶部は、ティッシュハーモニックイメージングを考慮したエコー信号を生成するように前記送信部を駆動するプログラムを格納している、請求項１に記載のファントム。
【請求項１７】
前記記憶部は、前記入力部に入力されたディジタルデータに基づいて、媒体内の音速を変えるように前記送信部を制御し得るプログラムを格納している、請求項３に記載のファントム。
【請求項１８】
前記記憶部は、コントラスト造影剤を考慮したエコー信号を生成するように前記送信部を駆動するプログラムを格納している、請求項１に記載のファントム。
【請求項１９】
前記複数の振動子によって検出された超音波信号を受信する受信部をさらに備え、
前記記憶部は、前記送信部および前記受信部を用いた超音波走査によって取得した生体からのエコー信号を格納し、
前記演算部は、前記エコー信号に基づいて、ファントム信号を生成するように前記送信部を制御する、請求項１に記載のファントム。
【請求項２０】
前記複数の振動子によって検出された超音波信号を受信する受信部をさらに備え、
前記記憶部は、前記送信部および前記受信部を用いた超音波走査によって取得した生体からのエコー信号を格納し、
前記演算部は、前記入力部に入力されたディジタルデータに基づいて、前記取得した生体からのエコー信号を編集し、前記編集された前記エコー信号に基づいて、ファントム信号を生成するように前記送信部を制御する、請求項３に記載のファントム。
【請求項２１】
超音波診断装置の探触子のあおり角度を検出するあおり角度検出部をさらに備え、
前記記憶部は、前記送信部が前記探触子のあおり角度によって変化するエコー信号を発生するためのプログラムを格納し、
前記演算部は、前記あおり角度検出部から出力される信号に基づいて、前記プログラムを実行して、前記探触子部のあおり角度によって変化する超音波を前記探触子部から送波するように制御する、請求項１に記載のファントム。
【請求項２２】
超音波診断装置の探触子の位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記記憶部は、前記送信部が前記探触子の位置によって変化するエコー信号を発生するためのプログラムを格納し、
前記演算部は、前記位置検出部から出力される信号に基づいて、前記プログラムを実行して、前記探触子の位置によって変化する超音波を前記探触子部から送波するように制御する、請求項１に記載のファントム。
【請求項２３】
超音波診断装置の探触子の位置およびあおり角度を検出する検出部をさらに備え、
前記記憶部は、前記送信部に前記探触子の位置およびあおり角度によって変化するエコー信号を生成させるためのプログラムを格納し、
前記演算部は、前記位置検出部から出力される信号に基づいて、前記プログラムを実行して、前記探触子の位置およびあおり角度によって変化する超音波を前記探触子から送波するように制御する、請求項１に記載のファントム。
【請求項２４】
バイオプシの位置を検出するための位置検出部をさらに備え、
前記記憶部は、前記送信部に前記バイオプシの位置に基づいて前記バイオプシからの超音波エコーに相当するエコー信号を生成させるためのプログラムを格納し、
前記演算部は、前記バイオプシの位置検出部から出力される信号に基づいて、前記プログラムを実行して、前記バイオプシからの超音波エコーを模した超音波を前記探触子から送波するように制御する、請求項１に記載のファントム。
【請求項２５】
超音波診断装置の走査方法を習得するためのトレーニングマシンとして用いられる、請求項２１〜２４のいずれかに記載のファントム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子により超音波の送受信を行ない被検体内の血流や組織の情報を得る超音波診断装置の性能の評価および操作者の訓練を行うためのファントムに関する。
【背景技術】
【０００２】
配列振動子を用いて被検体内に超音波の送受信を繰り返し行うことで、その受波信号から被検体内の２次元情報を得る超音波診断装置の原理はすでに公知のものとなっている。
【０００３】
また、被検体内からのエコー信号を処理することによって、エコーの振幅を輝度変調して２次元画像に表示するＢモード走査や、特定部位の血流情報のスペクトラムを表示するドプラ血流計、血流を２次元表示するカラーフロー血流映像装置の原理などもすでに公知のものである。
【０００４】
さらに、配列振動子を２次元に配列し、２次元的な走査をすることによって３次元画像を得るビーム走査の基本方式もすでに公知のものとなっている。
【０００５】
超音波診断装置の性能評価の方法として、人体を疑似したファントムが多く用いられる。Ｂモードの画質評価においては、例えば、Ｇａｍｍｅｘ  ＲＭＩ（登録商標）社から現在市販されているＧａｍｍｅｘ  ４０３ＧＳ  ＬＥのようなグレースケールファントムが用いられる。
【０００６】
図１０は、このファントムのハウジング内部の様子を模式的に示す図である。このファントムは、寒天などでできた減衰媒体１００を備え、その中にナイロンなどでできたワイヤ１０１および反射率の異なる媒体１０２ａ〜１０２ｅ等が配置されており、超音波診断装置の分解能の評価に使用される。１０２ｅは周囲に反射率の大きい物質、中心に反射率の少ない物質が配され、輪郭の見え方や、反射率の低い部分への信号の混入などの評価に使用される。
【０００７】
また、被検体内の血流を分析する装置の性能を評価する手段として、例えば、特許文献１に記載されるようなファントムが考案されている。
【０００８】
図１１は、特許文献１の流体ファントムの概略構成（ハウジングを除く）を示す模式図である。図１１に示すように、特許文献１のファントムは、減衰媒体２００、およびその中にゴムなどのエコーの反射および減衰係数が血管壁に近い材質でできた管２０３を備え、さらに管２０３中に流すための液体を蓄えたリザーバ２０５およびポンプ２０４を備える。使用時には、リザーバ２０５に蓄えた微粒子の反射体を含む液体（人工血液）をポンプ２０４により減衰媒体中のゴム管２０３中に流しながら、人工血液からのエコーを振動子２１４で受信し、それを超音波診断装置（不図示）において観察、評価する。
【０００９】
血流計測は、生体内の流体からのエコー信号の周波数がシフトする、もしくは位相が時々刻々と変化することを利用するものである。図１２は、一般的なドプラ血流計の概略構成（ハウジングを除く）を示す模式図である。図１２に示すように、減衰媒体３０５（もしくは水など）に配置した超音波振動子３０６に、ドプラ変移信号発生部３０７を接続し、血流におけるドプラ変移を模した信号を発生させることで、血流を代用する。
【特許文献１】特開２００３−１８０６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１０に示すようなファントムは、寒天やグラファイト粉末といった材料で構成されているため、自在に変形させることは困難であり、体動のようなダイナミックな画像を提供することは不可能である。
【００１１】
また、減衰媒体中に配置された構造物は円筒などの単純な形態のものであり、容易に画像を得ることができるため、操作者が訓練のために用いることは出来なかった。
【００１２】
また、図１１に示すようなファントムでも、寒天やグラファイト粉末といった材料で構成されているため、変形させることは困難であり、体動を伴う血流からのエコーを模した信号の提供や、血液部分の形が随時変形する心臓からのエコーを模した信号の提供はできなかった。
【００１３】
また、図１２のようなファントムにおいては、発音源が固定されているために、血流の移動を模した信号の提供はできなかった。
【００１４】
本発明はこれらの問題に鑑み、体動のようにダイナミックに変動するエコー、体動を含む血流エコー、および／または心臓のような流体部分の変化するエコーを模した信号を提供し得、また、生体内の複雑な構造物をも再現し、操作者の訓練に使用し得るファントムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、電気的に擬似エコー信号を発生させて、その疑似エコー信号に基づくファントム画像を超音波診断装置に表示させることによって、従来のファントムが有していた種々の問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
本発明は１つの局面において、超音波診断装置の性能評価のためのファントムを提供する。このファントムは、複数の振動子を含み、超音波診断装置の探触子と当接して超音波を送波または受波する探触子部と、上記複数の振動子を駆動するための電気信号を生成し、上記探触子部に送信する送信部と、上記探触子部が生体からの超音波エコーを模した超音波を送波するように上記送信部を駆動するためのプログラムを格納する記憶部と、上記プログラムを実行する演算部とを備える。このファントムにより、生体の体動を表す超音波を送波し得る。
【００１７】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、動画像を形成する超音波を送波し得る。これにより、より生体に近い条件での画像表示ができる。
【００１８】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記プログラムの実行に必要なディジタルデータを入力するための入力部をさらに備える。
【００１９】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記探触子部は、曲率を持つ超音波診断装置の探触子に適合し得るように作成されている。
【００２０】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記複数の振動子がＰＶＤＦで形成されている。それにより、帯域幅を広くし、再生度の高い信号を生成することができる。
【００２１】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、減衰媒体によるエコーを再生した超音波を送波し得る。それにより、より生体からの画像に近い画像を形成することができる。
【００２２】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記複数の振動子によって検出された超音波信号を受信する受信部をさらに備える。これにより、上記受信部によって受信した超音波診断装置からの超音波信号に同期して、生体からの超音波エコーを模した超音波を上記探触子部から送波し得る。それにより、実際に超音波診断装置で生体を走査しているのと似た状況を生成し得る。
【００２３】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記記憶部は、上記送信部がカラーフロー信号を送信するためのプログラムを格納している。別の好ましい実施形態では、上記記憶部は、上記送信部がパルスドプラ信号を送信するためのプログラムを格納している。このようにして、血管および血流からの超音波エコーに相当する超音波を送波し得る。
【００２４】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記探触子部は、２次元に配列された複数の振動子を含み、上記記憶部は、上記探触子部が超音波診断装置の３次元走査に対応する超音波を送波するように上記送信部を駆動するプログラムを格納している。
【００２５】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記探触子部は、上記複数の振動子の素子ピッチが、超音波診断装置の振動子の素子ピッチと合致するように構成されている。それにより、超音波診断装置において、良好な画質のファントム画像を得ることができる。
【００２６】
別の好ましい実施形態では、上記探触子部は、上記複数の振動子の素子ピッチが、超音波診断装置の素子ピッチより十分に小さくなるように構成されている。それにより、超音波診断装置において、良好な画質のファントム画像を得ることができる。
【００２７】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記探触子部は、各上記振動子の大きさが、各上記振動子間の距離（素子ピッチ）に比較して十分小さくなるように構成されている。別のさらに好ましい実施形態では、上記探触子部において、上記複数の振動子の周囲に吸音処理が施されている。それにより、超音波診断装置の送信パルスの影響を低減し、良好な画質のファントム画像を提供することができる。
【００２８】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記記憶部は、ティッシュハーモニックイメージングを考慮したエコー信号を生成するように上記送信部を駆動するプログラムを格納している。
【００２９】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記記憶部は、上記入力部に入力されたディジタルデータに基づいて、媒体内の音速を変えるように上記送信部を制御し得るプログラムを格納している。それによって、実際の生体からの超音波画像に近いファントム画像を得ることができる。
【００３０】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記記憶部は、コントラスト造影剤を考慮したエコー信号を生成するように上記送信部を駆動するプログラムを格納している。それにより、超音波診断装置のコントラストエコー材を用いた超音波診断モードに対応することができる。
【００３１】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記複数の振動子によって検出された超音波信号を受信する受信部をさらに備え、上記記憶部は、上記送信部および上記受信部を用いた超音波走査によって取得した生体からのエコー信号を格納し、上記演算部は、上記エコー信号に基づいて、ファントム信号を生成するように上記送信部を制御する。このようにして、演算部の演算処理量を低減することができる。
【００３２】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、上記複数の振動子によって検出された超音波信号を受信する受信部をさらに備え、上記記憶部は、上記送信部および上記受信部を用いた超音波走査によって取得した生体からのエコー信号を格納し、上記演算部は、上記入力部に入力されたディジタルデータに基づいて、上記取得した生体からのエコー信号を編集し、上記編集された上記エコー信号に基づいて、ファントム信号を生成するように上記送信部を制御する。このようにして、演算部の演算量を減らしつつ、画像構築の自由度をあげることができる。
【００３３】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、超音波診断装置の探触子のあおり角度を検出するあおり角度検出部をさらに備え、上記記憶部は、上記送信部が上記探触子のあおり角度によって変化するエコー信号を発生するためのプログラムを格納し、上記演算部は、上記あおり角度検出部から出力される信号に基づいて、上記プログラムを実行して、上記探触子部のあおり角度によって変化する超音波を上記探触子部から送波するように制御する。このようにして、より生体に近い状態のファントム画像を表示することができる。
【００３４】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、超音波診断装置の探触子の位置を検出する位置検出部をさらに備え、上記記憶部は、上記送信部が上記探触子の位置によって変化するエコー信号を発生するためのプログラムを格納し、上記演算部は、上記位置検出部から出力される信号に基づいて、上記プログラムを実行して、上記探触子の位置によって変化する超音波を上記探触子部から送波するように制御する。これにより、実際の生体を走査するのに近い状況をつくりだすことができる。
【００３５】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、超音波診断装置の探触子の位置およびあおり角度を検出する検出部をさらに備え、上記記憶部は、上記送信部に上記探触子の位置およびあおり角度によって変化するエコー信号を生成させるためのプログラムを格納し、上記演算部は、上記位置検出部から出力される信号に基づいて、上記プログラムを実行して、上記探触子の位置およびあおり角度によって変化する超音波を上記探触子から送波するように制御する。このようにして、実際の生体を走査するのに近い状況をつくりだすことができる。
【００３６】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、バイオプシの位置を検出するための位置検出部をさらに備え、上記記憶部は、上記送信部に上記バイオプシの位置に基づいて上記バイオプシからの超音波エコーに相当するエコー信号を生成させるためのプログラムを格納し、上記演算部は、上記バイオプシの位置検出部から出力される信号に基づいて、上記プログラムを実行して、上記バイオプシからの超音波エコーを模した超音波を上記探触子から送波するように制御する。このようにして、超音波診断と併用するバイオプシ検査の訓練を効果的に行うことができる。
【００３７】
本発明の超音波診断装置用ファントムの好ましい実施形態では、超音波診断装置の走査方法を習得するためのトレーニングマシンとして用いられる。それにより、効果的な超音波診断装置の走査訓練を行うことができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明により、体動のようにダイナミックに変動するエコー、体動を含む血流エコー、および／または心臓のような流体部分の変化するエコーを模した信号が提供され得、また、生体内の複雑な構造物をも再現し、操作者の訓練に使用し得るファントムが提供され得る。
【００３９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波ファントム（以下、「仮想ファントム」と呼ぶ）１および超音波診断装置１２の概略構成を示すブロック図である。
【００４１】
仮想ファントム１は、超音波信号を発生する振動子２ａ〜２ｈから構成される探触子部３と、振動子２ａ〜２ｈを駆動するゲイン可変アンプ５ａ〜５ｈおよびゲイン可変アンプ５ａ〜５ｈにアナログ信号を供給するＤ／Ａ変換部６ａ〜６ｈから構成される送信部４と、Ｄ／Ａ変換部６ａ〜６ｈに出力するディジタルデータを格納する大容量メモリ７と、送信部４が生体からの超音波エコーを模した信号を生成するため処理を行う演算部８と、データまたは操作者の指示を入力するための操作部（または入力部）９と、生成した超音波画像データまたは生体から取り込んだ超音波画像データを超音波画像として表示するための表示部１１と、演算部８、大容量メモリ７および可変ゲインアンプ６ａ〜６ｈのゲインを制御する制御部１０とを備える。なお、演算部８は制御部１０と一体化されていてもよい。
【００４２】
超音波診断装置１２は、振動子１３ａ〜１３ｈから構成される探触子１４と診断装置本体１５とを備える。
【００４３】
次に、仮想ファントム１の動作について説明する。
【００４４】
仮想ファントム１の操作部９より超音波診断装置１２の走査の種類に関するデータ、およびファントムで生成する画像データ（仮想の反射体の位置や形状などを規定する）が入力されると、大容量メモリ７に格納される。次いで、演算部８において、このデータをもとに超音波診断装置１２の各振動子１３ａ〜１３ｈにおいて受信される信号を計算、生成する。
【００４５】
ここで、上記信号の生成方法について詳述する。図２は、振動子１３ａ〜１３ｈと点反射体３００との関係を示す模式図である。上記信号は、反射点ｏから各振動子１３ａ〜１３ｈまでの距離、媒体の音速、振動子の指向性からどの時間にどのような信号が各振動子１３ａ〜１３ｈに受信されるべきかを演算することによって生成される。超音波診断装置１２の振動子１３ａ〜１３ｈに対して、図２に示すように点反射体３００を配置した場合、最も基本的な信号の計算・生成の手法においては、振動子と点反射体の距離に比例した信号の遅延をかけることによって信号が生成される。点反射体３００と振動子１３ａの距離をｏａとし、音速をＶｃとすると、振動子１３ａに与えられる信号にはΔｔａ＝ｏａ／Ｖｃの遅延が与えられる。点反射体３００から出力（反射）される信号をＦ（ｔ）とすると、振動子１３ａに与えられる信号はＦ（ｔ−Δｔａ）となる。このような演算を実行するためのプログラムを予め大容量メモリ７に格納しておく。
【００４６】
実際の体組織は、各々の信号が分離できないほど密集した点音源からの信号の合成であると考えられるので、多々の点音源の位置を仮定して、これらからの反射信号の合成を行うことで、実際の体組織から各振動子へのエコー信号を模したエコー信号を生成することができる。
【００４７】
また、体内においては減衰があり、周波数が高いほど、また伝搬距離が長いほど減衰が大きい。一般的には０．６ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ程度と言われている。これに関しては、フィルタ処理により、各々の点から振動子までの距離に応じた特性のフィルタ処理を行うことで、実際に生体内から信号を得る場合に近い状況を作り出すことができる。
【００４８】
媒体内の音速については一定にすることも可能であるし、実際に生体にあるように部分的に音速を変えることも可能である。例えば、図２において、点反射体３００と振動子１３ａの距離をｏａとし、音速をＶｃとすると、振動子１３ａに与えられる信号にはΔｔａ＝ｏａ／Ｖｃの遅延が与えられるが、音速を変化させたい場合には、異なる音速を持つ部分の経路長だけＶｃの値を変え、遅延時間を算出する。
【００４９】
演算は、診断装置の各走査線により異なるが、すべての走査線に関して演算される。また、動画像を表示させたい場合には、フレームごとに異なる画像を用意し、これをもとに各振動子１３ａ〜１３ｈに入力させるべき信号を生成する。
【００５０】
生成された信号は大容量メモリ７に取り込まれ、超音波診断装置１２と同期して（同期の方法については後述する）、Ｄ／Ａ変換部６ａ〜６ｈに出力され、ゲイン可変アンプ５ａ〜５ｈで決められたゲインで増幅され、振動子２ａ〜２ｈに伝えられる。Ｄ／Ａ変換部のダイナミックレンジが十分に広ければ、ゲイン可変アンプ５ａ〜５ｈでゲインを可変する必要はないが、超音波信号のダイナミックレンジは１００ｄＢ以上とされるので、ゲイン可変アンプ５ａ〜５ｈにてゲインを調整するのが現実的である。
【００５１】
振動子２ａ〜２ｈにおいて電気信号は超音波に変換される。振動子２ａ〜２ｈにおける変換時に振動子固有の特性を含まないことが望ましく、広帯域において特性が平坦な材質、例えばＰＶＤＦなどが望ましい。
【００５２】
振動子２ａから２ｈと超音波診断装置の振動子１３ａから１３ｈは音響的に密に接合される。超音波診断装置の探触子１４における振動子１３ａ〜１３ｈの配列形状は直線状のものもあれば、カーブを持たせたものもある。カーブを持たせた探触子を用いる場合に対応できるよう、曲率の合致した探触子部３を用意するか、もしくは柔らかい材料で構成され探触子１４の曲率に合わせることのできる探触子部３を用意することが好適である。
【００５３】
仮想ファントム１における探触子１４から発生させる信号は、超音波診断装置１２の走査と同期が取られることが好ましい。図示してはいないが、これは、超音波診断装置１２から仮想ファントム１の制御部１０に同期信号を引き込むか、もしくは超音波診断装置の探触子１４から発生する送信パルスを検出して同期を取ることによって実現し得る。
【００５４】
なお、送信パルスを検出する方法としては、次のような構成が考えられる。図３は、超音波診断装置１２からの送信パルスを検出して同期を取ることが可能な仮想ファントム３１の構成を示すブロック図である。図３の仮想ファントム３１において図１の仮想ファントム１と異なる点は、ゲイン可変アンプ２０ａ〜２０ｈとＡ／Ｄ変換部２１ａ〜２１ｈがさらに設けられ、送受信部２４として、振動子２ａ〜２ｈで受信された信号を取り込むことが可能なことである。超音波診断装置１２の振動子１３ａ〜１３ｈで発生した送信パルスを仮想ファントム１の振動子２ａ〜２ｈで検出し、同期を取る。
【００５５】
仮想ファントム内では、診断装置のＢモードに対応した振幅情報を主とする信号のほかに、血流情報に対応した情報を生成することができる。ファントム位置情報として、血管をもうけ、この内部に血流に相当するエコー信号を生成することができる。血管の形状も任意に作成することが可能であり、例えば心臓のように血液部分の面積が拡張、収縮するような信号も作成が可能である。
【００５６】
血流のような移動物体からのエコー信号を生成するには、各々の反射体を少しずつ移動させて信号を生成すればよい。血流の場合、多々の信号が同時に同一方向に、同一速度で移動しているわけではなく、ある程度の分散を持つため、各々の反射体の移動量、移動の向きに幅を持たせたほうがよい。
【００５７】
また、擬似的な臓器も仮想ファントム１によって生成することができる。臓器を模した超音波受信信号の形成には、以下のことが必要である。
【００５８】
１）目的の臓器の境界面を決定する。一般的に、臓器の境界面においては臓器の内部と比較して超音波の反射が強くなるため、適度の反射率を持つ点反射体を境界面状に擬似的に配置することで、臓器の境界面を模擬した超音波受信信号を生成することが可能である。
【００５９】
２）臓器内部を生成する。臓器内部に関しては、臓器の種類によって、反射率および／または点反射体の干渉パターン（スペックルノイズ）が異なる。点反射体の反射強度、配置の調整を適切に行うことで、臓器内部からのエコー信号を模することができる。
【００６０】
超音波画像は、超音波の送受信を繰り返すことによって生成されるものであり、時間的には離散的な情報である。したがって、血流や心臓のように拡張、収縮を行う信号の画像を供給するためには、画像１枚ごとにこれらの情報を少しずつ変化させる、いわゆるアニメーションの手法を用いることで実現が可能である。
【００６１】
パルスドプラおよびカラーフローに対応した信号も、同様にして発生することができる。
【００６２】
また、発生する信号に、任意に、もしくは深さとエコー強度をパラメータとして、高調波を付加することで、ティッシュハーモニックイメージングにも対応が可能である。体内において超音波が伝搬する際には、非線形現象により波形に歪みが生じるが、この歪みにより生じた高調波成分を抽出して画像を構成するのがティッシュハーモニックイメージングである。仮想ファントムにおいても、信号に高調波が生じるような信号処理を行うことで、体内で生じた高調波を模した信号を生成することが可能である。
【００６３】
さらに、同様な手法でコントラスト造影剤にも対応することができる。
【００６４】
３次元走査を行う超音波診断装置に対しては、２次元配列振動子により２次元配列上で超音波信号を発生することで対応できる。図４は、本発明の一実施形態に係る３次元走査が可能な仮想ファントムの一部（振動子４１ａ〜４１ｐ、送受信部２４および大容量メモリのみ示す）と超音波診断装置１２（探触子４４および診断装置本体１５を含む）のブロック図である。図４のように超音波診断装置１２が２次元配列振動子を含む探触子４４を有する場合、仮想ファントムに２次元振動子４１ａ〜４１ｐを設けて対応することが可能である。
【００６５】
また、超音波診断装置１２で得られる画像の質を保持するために、仮想ファントム１の振動子２ａ〜２ｈの素子ピッチは、超音波診断装置１２の振動子１３ａ〜１３ｈの素子ピッチと合致しているか、もしくは十分に小さいことが望ましい。
【００６６】
図５は、本発明の一実施形態における仮想ファントムの探触子部３０の説明図である。超音波診断装置１２の送信パルスにより同期を取る場合は、超音波診断装置１２の送信パルスによる画質の劣化（多重反射などによる）を極力低くする必要がある。例えば、図５のように仮想ファントム１の振動子の形状を振動子のピッチに比較して十分に小さくし、振動子の間を吸音材で埋めることで多重反射による画質の劣化の問題を低減することができる。
【００６７】
図６は、図３に示す仮想ファントム３１で人体もしくは従来型ファントムからデータの取り込みを行う態様を説明する模式図である。本発明においては、仮想ファントム内に想定される反射体情報はすべて演算部８での演算により形成するが、演算量が莫大になる場合もある。図３に示す仮想ファントム３１は、生体に対しての超音波の送受信も可能な構成となっており、これを用いて、図６に示したように仮想ファントム３１の探触子部３を、生体もしくは従来型ファントムに接合し、仮想ファントム３１で生成すべきファントム画像の元となる情報を得ることも可能である。
【００６８】
また、そのようにして生体もしくは従来型ファントムより取り込んだ画像を演算部８により編集し、一部を置き換えたり、条件を変えたりすることもできる。従来ファントムでは、寒天などの材質でできていることから、体動を模した形状の変化を生成することができなかったが、本発明の仮想ファントムにおいては、演算部８により画像データの編集を行うことで体動を模した形状の変化を自在に作成することが可能である。
【００６９】
このように、本発明の仮想ファントムにより、複雑な生体内の構成および体動を模したファントム画像を生成し得、超音波診断装置の性能の評価を種々の角度から行い得る。
【００７０】
図７は、本発明の一実施形態における仮想ファントムを用いた走査トレーニングの説明図である。本発明は、超音波診断装置の走査に慣れていない操作者のトレーニングにも用いることができる。図７に示すように超音波診断装置１２の探触子１４に仮想ファントム１の探触子部３がつけられ、擬似人体５０上を走査する。探触子１４には角度検出装置５０が設けられ、探触子１４の角度情報は仮想ファントム１に送られる。仮想ファントム１の制御部（図示なし）は、この情報をもとに角度ごとに異なる画像信号を探触子部３に送る。このようにして、操作者は、擬似的に超音波診断における探触子の操作を体験でき、実際の患者を診断する前のトレーニングとして本発明の仮想ファントムを使用し得る。
【００７１】
また、図８は、本発明の一実施形態における仮想ファントムを用いた別の走査トレーニングの説明図である。図８に示すように探触子１４に位置検出装置５２が設けられ、探触子１４の位置情報は仮想ファントム１に送られ、仮想ファントム１からは位置に応じた情報が返される。
【００７２】
角度検出と位置検出を同時に行うことも、また、探触子１４のねじれ情報なども同様にして画像に反映することができる。
【００７３】
これにより、超音波診断装置の走査に不慣れな操作者のトレーニングにも用いることができる。
【００７４】
さらに、生体内の組織を取り出すバイオプシ操作のトレーニングにも用いることができる。図９は、本発明の一実施形態における仮想ファントムを用いたバイオプシのトレーニングの説明図である。図９に示したようにバイオプシ５３を擬似人体５０に刺す。バイオプシ５３には位置検出部５４がつけられており、バイオプシの位置情報を仮想ファントム１に送り、仮想ファントム１は擬似生体内にバイオプシ５３が刺された画像を提供する。このように本発明は、バイオプシのトレーニングに用いることができる。
【００７５】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は上記実施の形態より明らかなように、さまざまな生体の情報を模した画像を提供する仮想ファントムを実現でき、超音波診断装置の評価や操作者のトレーニング利用等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波ファントム１および超音波診断装置１２の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る仮想ファントム１の振動子１３ａ〜１３ｈと点反射体３００との関係を示す模式図
【図３】本発明の一実施形態に係る、超音波診断装置の送信パルスと同期して送信パルスの発生が可能な仮想ファントム３１および超音波診断装置１２のブロック図
【図４】本発明の一実施形態における３次元走査が可能な仮想ファントムの一部と超音波診断装置のブロック図
【図５】本発明の一実施形態における仮想ファントムの探触子部の説明図
【図６】本発明の一実施形態に係る仮想ファントムでの人体もしくは従来型ファントムからのデータ取り込みの説明図
【図７】本発明の一実施形態における仮想ファントムを用いた走査トレーニングの説明図
【図８】本発明の一実施形態における仮想ファントムを用いた別の走査トレーニングの説明図
【図９】本発明の一実施形態における仮想ファントムを用いたバイオプシのトレーニングの説明図
【図１０】従来のファントムを示す図
【図１１】従来の流体ファントムを示す図
【図１２】従来の流体ファントムを示す図
【符号の説明】
【００７８】
１，３１  仮想ファントム
２ａ〜２ｈ  振動子
３  探触子部
３００  点反射体
４  送信部
５ａ〜５ｈ  ゲイン可変アンプ
６ａ〜６ｈ  Ｄ／Ａ変換部
７  大容量メモリ
８  演算部
９  操作部
１０  制御部
１１  表示部
１２  超音波診断装置
１３ａ〜１３ｈ  振動子
１４  探触子
１５  超音波診断装置本体
２０ａ〜２０ｈ  ゲイン可変アンプ
２１ａ〜２１ｈ  Ａ／Ｄ変換部
２４  送受信部
３０  吸音体
４１ａ〜４１ｐ  ２次元振動子
４４  探触子
５０  擬似人体
５１  角度検出装置
５２  位置検出装置
５３  バイオプシ
５４  位置検出装置
【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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