(57)【要約】【課題】超音波ビームの偏向を行ないつつ、フォールドオーバすることのできるフロントエンドを有した超音波診断装置を提供する。【解決手段】被検体に対して超音波ビームを送受信する複数の振動子と、複数の振動子のうち、送受信に使用する複数の振動子を選択する高耐圧スイッチと、高耐圧スイッチで選択された複数の振動子を駆動する複数のパルス発振器と、パルス発振器のパルス発生タイミングを制御するトリガ発生回路と、高耐圧スイッチで選択された複数の振動子により得られた複数の受信信号のうち、ビームに軸対称な振動子の信号を加算するためのスイッチと、スイッチから出力された信号を遅延加算するビームフォーマとを備える。被検体の反射面の方向と振動子の配列方向とのなす角度θを取得する角度取得部を備え、トリガ発生回路は、反射面に対し、配列振動子の配列方向に垂直な線と２θの角度をもって超音波ビームを送信させるように制御を行なう。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波ビームを送受信する複数の振動子と、
前記複数の振動子のうち、送受信に使用する複数の振動子を選択する高耐圧スイッチと、
前記高耐圧スイッチで選択された複数の振動子を駆動する複数のパルス発振器と、
前記パルス発振器のパルス発生タイミングを制御するトリガ発生回路と、
前記高耐圧スイッチで選択された前記複数の振動子により得られた複数の受信信号のうち、ビームに軸対称な振動子の信号を加算するためのスイッチと、
前記スイッチから出力された信号を遅延加算するビームフォーマとを備えた超音波診断装置において、
前記被検体の反射面の方向と前記振動子の配列方向とのなす角度θを取得する角度取得部を備え、
前記トリガ発生回路は、前記反射面に対し、前記配列振動子の配列方向に垂直な線と２θの角度をもって超音波ビームを送信させるように制御を行なうことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記角度取得部に対して、前記角度θが入力可能に構成された請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記被検体の位置を検出するために撮影された画像から前記被検体の反射面を境界抽出により検出し、前記被検体の反射面の方向が測定されて、前記角度θが検出されるように構成され、
前記角度取得部は前記検出された角度θを取得する請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記高耐圧スイッチは、超音波ビームを受信する時の開口位置が、超音波ビームを送信する時の開口位置に対して、角度θに基づいてずれた位置となるように前記振動子を選択可能である請求項１〜３のいずれか一項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、体内、特に血管壁の性状を観察するための超音波診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の超音波診断装置１０１の探触子１０２およびフロントエンド１０３の構成を示すブロック図である。探触子１０２内には、電気信号と超音波信号との変換を行なう振動子１１１ａ〜１１１ｈが配置されている。
【０００３】
フロントエンド１０３内には、高耐圧スイッチ１１２ａ〜１１２ｄ、送信ブロック１０６および受信ブロック１０７が配置されている。高耐圧スイッチ１１２ａ〜１１２ｄは、８個の振動子１１１ａ〜１１１ｈのうち使用する４個を選択し、送信ブロック１０６または受信ブロック１０７に接続する。高耐圧スイッチ１１２ａ〜１１２ｄは、通常、連続した４個の振動子を選択する。
【０００４】
送信ブロック１０６は、トリガ発生回路１１４で生成したトリガ信号を送信パルス発生器１１３ａ〜１１３ｄにより振動子１１１ａ〜１１１ｈを駆動する高圧パルスの駆動信号にして出力する。
【０００５】
受信ブロック１０７は、高圧の送信パルスから後段の回路を保護するリミッタ１１５ａ〜１１５ｄ、ゲイン可変アンプ１１７ａ〜１１７ｄ、Ａ／Ｄ変換器１１８ａ〜１１８ｄおよびビームフォーマ１１９を有する。高耐圧スイッチ１１２ａ〜１１２ｄにより選択された振動子１１１ａ〜１１１ｈからの信号をゲイン可変アンプ１１７ａ〜１１７ｄが適度な振幅に増幅し、Ａ／Ｄ変換器１１８ａ〜１１８ｄがデジタル化し、ビームフォーマ１１９が遅延加算して１つの信号として出力する。
【０００６】
超音波を用いて反射物の２次元画像を得るためには、超音波ビームを照射する方向を少しずつ変えながら送受信を行なう必要がある。ここでは、リニア走査と呼ばれる方法について図５を参照しながら説明する。
【０００７】
振動子１１１ａ〜１１１ｈが一列に配列されており、このうちから連続した４個の振動子が選択されて、反射物１２３に対する送受信に用いられる。最初に、振動子１１１ａ〜１１１ｄが用いられると超音波ビームの中心はＢ１になる。次に、振動子１１１ｂ〜１１１ｅが用いられると超音波ビームの中心はＢ２になる。用いる振動子を代えていくことで超音波ビームの中心位置を変えることができ、超音波ビームの中心位置が異なるデータを用いることで、振動子の配列方向と超音波ビームの進行方向の２次元画像を生成することができる。
【０００８】
次に、良好な超音波ビーム形状の形成方法について図６を参照しながら説明する。良好な超音波ビームとは分解能の高い超音波ビームであり、集束されていることが必要である。今、振動子１１１ａ〜１１１ｄを用いて生成された超音波ビームＢ１上の集束点Ｆに超音波ビームを集束するとする。このとき、振動子１１１ａ〜１１１ｄにより形成された開口の中心Ｏから集束点Ｆの距離と、振動子１１１ａから集束点Ｆの距離とでは後者のほうが長い。
【０００９】
送信について考えれば、振動子１１１ａ〜１１１ｄの各振動子から発生したパルスが同時に集束点Ｆに到達するようにする必要がある。このため、集束点Ｆまでの距離が短い振動子１１１ｂ、１１１ｃにおいては、距離の長い振動子１１１ａ、１１１ｄと比較して遅めにパルスを発生させる。このタイミングは、トリガ発生回路１１４により調整される。
【００１０】
受信においても同じ原理が用いられる。集束点Ｆで反射した超音波は、振動子１１１ａ〜１１１ｄにより受信されるが、集束点Ｆから振動子１１１ａまたは１１１ｄまでの距離は、振動子１１１ｂまたは１１１ｃよりも長いので、振動子１１１ａ、１１１ｄでは、振動子１１１ｂ、１１１ｃに比較して遅れて受信される。つまり、振動子１１１ｂ、１１１ｃで受信した信号は、遅延させた後に、振動子１１１ａ、１１１ｄで受信した信号と加算する必要がある。この手法を遅延加算と言い、受信ブロック１０７内のビームフォーマ１１９により行われる。
【００１１】
振動子の配列方向に対し、垂直方向に送受信を行なうシステムにおいては、図６より明らかなように振動子１１１ｂと１１１ｃに対する遅延量は同じになる。つまり、振動子１１１ｂと１１１ｃの信号を先に加算してから遅延をかけても同じことになる。このような対称性を利用することで図４に示すフロントエンド１０３は、図７のフロントエンド１０３ｂのように置き換えることができる。
【００１２】
フロントエンド１０３ｂは、フロントエンド１０３の４つのゲイン可変アンプ１１７ａ〜１１７ｄと、４つのＡ／Ｄ変換器１１８ａ〜１１８ｄが、２つのゲイン可変アンプ１１７ｅ、１１７ｆと、２つのＡ／Ｄ変換器１１８ｅ、１１８ｆと、クロスポイントスイッチ１１６に置き換わった構成である。その他の構成要素についてはフロントエンド１０３の構成要素と同様であり、同様の構成要素についてはフロントエンド１０３の構成要素と同一の符号を付して説明を省略する。この構成により、ゲイン可変アンプやＡ／Ｄ変換器が２つでよく、また、ビームフォーマ１１９も２入力を処理すればよいため、回路規模が低減できる。この手法をフォールドオーバと呼ぶ。
【００１３】
なお、原理的には送信においても対称性を利用して送信パルスを発生する部分の物量を低減できるが、実際には高い電圧に耐え得るクロスポイントスイッチが実現されていないため、送信においてはフォールドオーバを用いることなく、振動子数分の送信回路が用いられる。
【００１４】
また、単なるスイッチでなくクロスポイントスイッチが用いられる理由は、開口を移動したときに選択される振動子により加算される信号の組み合わせが異なってくるため、単なるスイッチでは機能的に不足だからである。
【００１５】
最近、頚部血管の超音波画像を観察し、血管壁の厚さの測定などを行なうことで動脈硬化などの疾病の診断が行なわれるようになっている。ここで超音波により頚部血管を走査し、２次元の情報を得る場合について考える。頚部動脈を観察する場合、頚部の体表に探触子を当て、振動子の配列方向と血管の走行方向を合わせることが一般的に行なわれる。
【００１６】
図８に示すように血管壁１２１が体表１２２に平行である場合には、振動子の配列方向と血管の走行方向とを合わせることができるため、超音波ビームが血管壁１２１に垂直に当たり、反射するので反射信号の強度が強い。しかし、頚部の体表に対する血管の走行方向には個人差があり、必ずしも体表１２２と血管壁１２１が平行であるとは限らない。図９に示すように、体表１２２と血管壁１２１が平行ではない場合は、振動子の配列方向と血管の走行方向とを合わすことができず、超音波ビームが血管壁１２１に垂直に当たらず、反射した信号が振動子に戻って来なくなる（実際には、鏡面反射ではなく乱反射的な要素があり、一部の信号は戻ってくるが強度は低くなる）。
【００１７】
この問題を解決する手法として、以下のような方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。その原理を、図１０を参照しながら説明する。すなわち、血管壁１２１の角度をあらかじめ測定し、血管壁１２１に垂直になるように超音波ビームを出力する。この結果、垂直に血管壁１２１に当たった超音波は垂直に反射し、超音波ビームが出力された位置と同じ位置に戻ってくる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００５−７４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、図１０に示したように、血管壁に垂直になるように超音波ビームを送受信すると、超音波ビームの方向は振動子の配列方向と垂直でない方向となる。このように、任意の向きに出力される超音波ビームを形成することを偏向すると呼ぶ。
【００２０】
超音波ビームの方向が振動子の配列方向と垂直でない場合においても、送信の場合は各振動子のパルス発生タイミングを調整し、受信の場合は各振動子の受信信号にかける遅延の量をコントロールし、タイミングを合わせるという方法は変わらない。しかし、図１１に示すように、集束点Ｆから振動子１１１ａの中心Ｐ１までの距離と、集束点Ｆと振動子１１１ｄの中心Ｐ４までの距離が異なることになるため、図７に示した対称性を用いたフォールドオーバ手法を用いて回路規模を削減した超音波診断装置を用いることができない。
【００２１】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、超音波ビームの偏向を行ないつつ、フォールドオーバすることのできるフロントエンドを有した超音波診断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】
【００２２】
本発明の超音波診断装置は、被検体に対して超音波ビームを送受信する複数の振動子と、前記複数の振動子のうち、送受信に使用する複数の振動子を選択する高耐圧スイッチと、前記高耐圧スイッチで選択された複数の振動子を駆動する複数のパルス発振器と、前記パルス発振器のパルス発生タイミングを制御するトリガ発生回路と、前記高耐圧スイッチで選択された前記複数の振動子により得られた複数の受信信号のうち、ビームに軸対称な振動子の信号を加算するためのスイッチと、前記スイッチから出力された信号を遅延加算するビームフォーマとを備える。上記課題を解決するために、前記被検体の反射面の方向と前記振動子の配列方向とのなす角度θを取得する角度取得部を備え、前記トリガ発生回路は、前記反射面に対し、前記配列振動子の配列方向に垂直な線と２θの角度をもって超音波ビームを送信させるように制御を行なう。
【００２３】
また、前記角度取得部は、操作者が前記角度θを入力可能な角度入力部を有する構成にすることができる。また、前記角度取得部は、前記被検体を撮影する予備撮影部を有し、前記予備撮影部で撮影された画像から前記被検体の反射面を境界抽出により検出し、前記被検体の反射面の方向を測定することにより、前記角度θを取得する構成にすることもできる。
【００２４】
また、本発明の超音波診断装置において、前記高耐圧スイッチは、超音波ビームを受信する時の開口位置が、超音波ビームを送信する時の開口位置に対して、角度θに基づいてずれた位置となるように前記振動子を選択可能である構成にすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、反射面に対し、配列振動子の配列方向に垂直な線と所定の角度をもって送信ビームを送信させるように制御することにより、被検体の反射面と振動子の配列方向が平行でない場合でも超音波画像を取得できる、フォールドオーバによる回路物量の少ないフロントエンドを用いた超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図
【図２】同上超音波診断装置の探触子とフロントエンドの構成を示すブロック図
【図３】第１の実施の形態に係る振動子と血管壁と超音波ビームとの位置関係を示す図
【図４】従来の超音波診断装置の探触子とフロントエンドの構成を示すブロック図
【図５】従来の超音波診断装置における送受信を示す図
【図６】従来の超音波診断装置における超音波ビーム集束方法を示す図
【図７】従来の別の超音波診断装置の探触子とフロントエンドの構成を示すブロック図
【図８】従来の超音波診断装置における血管壁への超音波の送受信を示す図
【図９】従来の超音波診断装置における血管壁への超音波の送受信を示す図
【図１０】従来の超音波診断装置における血管壁への超音波の送受信を示す図
【図１１】従来の超音波診断装置における超音波ビーム偏向を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置１の構成を示すブロック図である。探触子２は、電気パルス（駆動信号）を超音波パルスに変換し、被検体（図示せず）内に送信するとともに、被検体から反射した超音波を受信して電気信号（受信信号）に変換する。フロントエンド３は、駆動信号を生成し、受信信号に対して信号加算、増幅などの処理を行なう。バックエンド４は、フロントエンド３から出力された信号に対して検波や輝度変調、走査変換などの信号処理を行なう。表示部５はバックエンド４からの出力信号を画像として表示する。
【００２９】
図２は、本実施の形態に係る超音波診断装置１の探触子２およびフロントエンド３の構成を示すブロック図である。探触子２には、振動子１１ａ〜１１ｈが配置されている。振動子１１ａ〜１１ｈは、駆動信号が印加されると超音波を出力し、被検体から反射された超音波を受信して受信信号を出力する。
【００３０】
フロントエンド３は、高耐圧スイッチ１２ａ〜１２ｄと、送信ブロック６と、受信ブロック７とを有する。高耐圧スイッチ１２ａ〜１２ｄは、８個の振動子１１ａ〜１１ｈのうち連続した４個の振動子を送信ブロック６または受信ブロック７に接続することが可能である。送信ブロック６は、送信パルス発生器１３ａ〜１３ｄと、トリガ発生回路１４とを有する。トリガ発生回路１４は、振動子ごとの送信タイミングに応じた遅延時間が加算されたトリガ信号を生成する。送信パルス発生器１３ａ〜１３ｄは、トリガ信号を増幅して高圧の駆動信号を生成する。
【００３１】
受信ブロック６は、リミッタ１５ａ〜１５ｄと、クロスポイントスイッチ１６と、ゲイン可変アンプ１７ａ、１７ｂと、Ａ／Ｄ変換器１８ａ、１８ｂと、ビームフォーマ１９とを有する。リミッタ１５ａ〜１５ｄは、高圧の送信パルスから後段の回路を保護する。クロスポイントスイッチ１６は、リミッタ１５ａ〜１５ｄから出力された信号のうちビームフォーマ１９により加算される遅延量が同じ信号を加算する。ゲイン可変アンプ１７ａ、１７ｂは、クロスポイントスイッチ１６から出力された信号を適度な振幅となるように増幅する。Ａ／Ｄ変換器１８ａ、１８ｂは、ゲイン可変アンプ１７ａ、１７ｂから出力された信号をデジタル信号に変換する。ビームフォーマ１９は、変換されたデジタル信号を遅延し、加算して、１つの信号として出力する。
【００３２】
次に，本実施の形態に係る超音波診断装置１の超音波画像の取得動作について説明する。図３は、体表２１に配置された探触子２の振動子１１ａ〜１１ｈと、血管壁２２、超音波ビーム２３との位置関係を示す図である。血管壁２２は、体表２１面に対して角度θだけ傾いている。
【００３３】
角度θは、例えば、Ｂモード画像における境界抽出を行なうことにより、血管壁の方向から求められる。このＢモード画像は、血管壁の方向さえ弁別できればよいため、血管壁に垂直に音響ビームが入射し、反射する必要はなく、フォールドオーバを用いた方法で撮影しても十分目的を達成することが可能である。
【００３４】
また、上記Ｂモード画像を見ながら操作者が定めることも可能であり、例えばトラックボールなどを用いて画像上に線を引き、その傾きからでも角度θは求められる。
【００３５】
本実施の形態においては、図３に示すように、血管壁２２上のビーム集束点Ｆに向けて、送信ビームを照射する。このとき、集束点Ｆにおける血管壁２２の面に垂直な方向に対しθの角度を持たせるように、言い換えれば振動子１１ａ〜１１ｈの配列方向に垂直な方向に対して２θの角度となるように、送信開口の位置と送信ビームの照射方向とを決める。
【００３６】
このようにして、血管壁２２上の集束点Ｆに向けて超音波を照射すると、鏡面反射により入射角と反射角とが等しくなる方向に反射されるために、反射信号は体表面（振動子の配列方向）に対し、垂直に返ってくる。したがって、受信信号の処理を、対称性を用いたフォールドオーバなビームフォーマを用いて行なうことが可能となる。
【００３７】
体表２１面の方向と血管壁２２の方向とのなす角が小さい場合には、送信の開口と受信の開口との位置がほぼ等しい。このため、送信の際に用いた振動子を用いて受信を行なうことができる。
【００３８】
一方、体表２１面の方向と血管壁２２の方向が平行から大きくずれている場合には、送信の開口と受信の開口の位置が大きくずれる。この場合には、高耐圧スイッチ１２ａ〜１２ｄを、まず送信の開口に設定し、送信パルスを生成する。図３の場合では、振動子１１ｂ〜１１ｅを送信の開口とする。次に、高耐圧スイッチ１２ａ〜１２ｄを切り換えて受信の開口に設定し、血管壁２２からの信号を受信、処理する。図３の場合では、振動子１１ｅ〜１１ｈを受信の開口とする。
【００３９】
一般に、頚部の体表から血管壁までの距離は１ｃｍ程度はあり、送信パルスの照射から、血管壁のエコー受信までには十数マイクロ秒程度の時間がある。高耐圧スイッチは、十数マイクロ秒程度の時間で切り替え可能であるので、このような操作が可能となる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態に係る超音波診断装置は、体表２１面と血管壁２２とが平行でなくても、フォールドオーバを用いることができる。このため、回路規模を小さくすることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、振動子が８個の場合について説明したが、８個以上であってもよい。振動子の数を増やすことにより、体表と血管壁とのなす角が大きい場合においてもフォールドオーバによる超音波画像を取得することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、体表に対して平行でない血管壁に対してもフォールドオーバのフロントエンドを用いても血管壁からの良好な受信信号を得ることができるという効果を有し、血管壁を観察する安価なフロントエンドを備えた超音波診断装置等として有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１  超音波診断装置
２  探触子
３  フロントエンド
４  バックエンド
５  表示部
６  送信ブロック
７  受信ブロック
１１ａ〜１１ｈ  振動子
１２ａ〜１２ｄ  高耐圧スイッチ
１３ａ〜１３ｄ  送信パルス発生器
１４  トリガ発生回路
１５ａ〜１５ｄ  リミッタ
１６  クロスポイントスイッチ
１７ａ、１７ｂ  ゲイン可変アンプ
１８ａ、１８ｂ  Ａ／Ｄ変換器
１９  ビームフォーマ
２１  体表
２２  血管壁
２３  超音波ビーム
【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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