(57)【要約】【課題】従来の超音波診断装置は、超音波ビームを電子的に掃引するために複雑な電子回路を必要とし、装置の大型化と高価格となってしまうという問題があった。【解決手段】超音波プローブを有し、超音波プローブに駆動信号を与えて超音波を送信させるとともに前記超音波プローブからエコー信号を取り込み、エコー信号に基づいて診断情報を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブは  音波伝達体の内部に超音波トランスデューサが埋設され、超音波トランスデューサの傾き角度を検出する角速度センサと、超音波トランスデューサと超音波プローブの軸に直角方向の加速度を検出する少なくとも２つの加速度センサと、超音波トランスデューサと超音波プローブの軸方向の加速度を検出する１つの加速度センサと、超音波トランスデューサと角速度センサと加速度センサを具備する基板とを有し、超音波プローブの走査は手動で行うことを特徴とする。【選択図】図１
2008229245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブを有し、
該超音波プローブに駆動信号を与えて超音波を送信させるとともに
前記超音波プローブからエコー信号を取り込み、
該エコー信号に基づいて診断情報を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブは
音波伝達体の内部に超音波トランスデューサが埋設され、
該超音波トランスデューサの傾き角度を検出する角速度センサと、
前記超音波プローブの軸に直角方向の加速度を検出する複数の加速度センサと、
前記超音波プローブの軸方向の加速度を検出する加速度センサと、
前記超音波トランスデューサと前記角速度センサと前記加速度センサとを具備する基板とを有する超音波診断装置。
【請求項２】
信号駆動検出ユニットを有し、
該信号駆動検出ユニットは
前記超音波プローブを格納する部分と前記超音波プローブの有無を検知する検知センサとを有することを特徴とする請求項１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、超音波診断装置に関するものであって、特に超音波に基づく診断情報を生成し、測定精度を向上させつつ容易に使用することができる小型の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は診断対象の内部を超音波ビームで走査して超音波エコー信号を受信し、超音波エコーの信号の強度に対応した画像データを求め、それによっていわゆるBモード画像と呼ばれる二次元断面画像を生成する。超音波診断装置は一般的には病院等で用いるものであって、広く知られるところであるが、一般消費者が任意の場所や状況で使用することは想定されていない。しかし、情報端末機器の普及に伴って、高度な情報機器を消費者が個人的に携帯し、任意の場所や状況で使用することは一般化しつつあるので、従来では医療機関で用いられている超音波診断装置であっても、消費者が個人的に携帯し、任意の場所や状況で使用することが可能となれば利便性が著しく向上し、個人の健康管理に著しく寄与するものである。
【０００３】
このような目的で超音波信号を利用して皮下脂肪の厚さを計測する装置もある（特許文献１参照）。この図７に示した装置では、超音波駆動検出回路をコンパクトにして、超音波信号処理をインターフェイスを備えたパーソナルコンピュータで行わせることで全体システムをコンパクトにして在宅でも使用可能としている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２６０５号公報（３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示した従来技術では、携帯型とは言っても、生体内２次元断面画像を取得するために複数のアレイ状に並べた超音波トランスデューサから少しずつ位相をずらして超音波を発信し、超音波波面を制御して超音波ビームを掃引かつフォーカスしている。
【０００６】
このような構成においては、据置型の超音波診断装置と同じように非常に複雑な電子回路を必要とし、高価格となってしまうことは明らかである。また、携帯可能とは言っても限界があり、常に医師が持ち歩いて必要なときにすぐに使えるほどの、例えば聴診器ほどの小型軽量にはならないという問題があった。
【０００７】
上述した従来技術による問題点を解消するため、本発明は、簡単な構成の超音波診断装置で生体内部の状態を非侵襲で簡便に測定し、常に携帯することのできる低コストの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】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明の超音波診断装置では下記記載の構成を採用する。
【０００９】
超音波プローブを有し、
超音波プローブに駆動信号を与えて超音波を送信させるとともに
超音波プローブからエコー信号を取り込み、
エコー信号に基づいて診断情報を生成する超音波診断装置であって、
超音波プローブは
音波伝達体の内部に超音波トランスデューサが埋設され、
超音波トランスデューサの傾き角度を検出する角速度センサと、
超音波プローブの軸に直角方向の加速度を検出する複数の加速度センサと、
超音波プローブの軸方向の加速度を検出する加速度センサと、
超音波トランスデューサと角速度センサと加速度センサとを具備する基板とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の超音波診断装置は、
信号駆動検出ユニットを有し、
信号駆動検出ユニットは
超音波プローブを格納する部分と超音波プローブの有無を検知する検知センサを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超音波を利用して誰でも生体内２次元断面画像を簡便に精確に計測することができ、極めて低価格で実現し、皮下脂肪の厚さの測定や悪性腫瘍などの検出が個人で容易にできるという効果を有する。超音波センサの動きを検出する角速度センサや加速度センサを備えているので、測定者が超音波プローブに適切な動きを与えることによって装置全体の動作をコントロールすることが可能である。これにより、操作性が著しく向上し、また、機械的スイッチ類の数を少なくすることが出来るので、故障の軽減にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる超音波診断装置の好適な実施の形態を順を追って詳細に説明するが、あらかじめ若干の用語について説明する。まず超音波プローブの軸とは円筒状に構成されている超音波プローブ３の中心軸であり、図３で軸４００として示されている。角速度センサとは回転角速度を検出するもので、本発明では水晶を用いる振動ジャイロセンサである。また、本発明の主たる目的は超音波プローブを手動で回転させ、回転量を角速度センサで検出することによって複雑な電子回路構成を採ることなく、生体内のＢモード画像を簡便に得ることである。ところで、超音波プローブを手動で回転させた場合、一般的には操作している手のぶれや、被測定体の生体組織の状態によって超音波プローブの回転中心は空間的に移動するため絶対空間における回転中心の検出を行う必要がある。
【００１３】
また、超音波プローブの運動は超音波プローブに固定した座標系での回転中心を中心とする回転運動と回転中心の併進運動とに分けて考えることができる。この超音波プローブの超音波プローブに固定した座標系における回転中心を局所回転中心と呼ぶことにする。また、絶対空間における超音波プローブの基準点の位置を示す座標を位置座標と呼ぶことにする。なお超音波プローブの基準点は超音波プローブの先端とする。この絶対空間における超音波プローブの回転中心の検出を超音波プローブに設けられた３つの加速度センサで行うことを前もって述べておきたい。
【００１４】
図４は、本発明の超音波診断装置の全体ブロック図を示すものである。この超音波診断装置は、超音波トランスデューサ１と振動ジャイロセンサ２と超音波プローブ軸に垂直な方向の加速度を検出する２つの加速度センサ４ａ、４ｂと、超音波プローブの軸方向の加速度を検出する１つの加速度センサ４ｄとを実装した超音波プローブ３と、超音波を発生させるための駆動信号を生成する送信部４と、超音波トランスデューサ１及び振動ジャイロセンサ２からの電気信号を受信する受信部５と、超音波エコー信号と角度情報から生体内部情報をBモード画像としてモニタ上に表示するための信号処理を行う信号処理部８とを備えている。さらにこの超音波診断装置は、入力部７と、表示部９を備えている。
【００１５】
超音波プローブ３は被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受信を行うも
のであり、超音波トランスデューサ１をその先端部分に備えている。この超音波トランスデューサ１は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また受信時には超音波信号を電気信号に変換する機能を有している。超音波エコー画像の解像度や感度に大きな影響を与える超音波周波数は図５に示されている超音波トランスデューサ１の圧電体１０１の厚みとバッキング材１２０の材質及び厚みによってほぼ決定される。この超音波プローブ３は小型、軽量に構成されており、同軸ケーブルによって後述する送信部４および受信部５に接続されている。
【００１６】
振動ジャイロセンサ２は圧電素子を振動させ、その圧電素子に回転角速度Ωが加わると、もとの振動に対し直角方向にコリオリ力が生じる性質を利用したものである。このコリオリ力を検出用圧電素子で出力電圧として取り出している。振動ジャイロセンサ２は回転角速度を検出するので、検出信号はＡＤコンバータ５７でデジタル化された後、積分演算器８２で積分され、方位角度に換算されて、超音波トランスデューサ１の方位角度情報としてメモリ８６に記録される。
【００１７】
加速度センサ４ａ、４ｂ、４ｄは、超音波プローブの軸４００に垂直な方向と軸４００に平行の方向に加速度が加わるとき、加速度により生じる圧電体の起電力を取り出すものである。この加速度センサで得られる加速度情報から超音波プローブを手動で回転させたときの超音波プローブの回転中心の座標を求める。検出された加速度信号は高入力インピーダンスの回転中心検出回路５８及び位置座標検出回路６０で増幅・演算処理された後、ＡＤコンバータ５９、６１でデジタル化され、超音波プローブの回転中心座標情報としてＲＡＭ８８，８９に記録される。
【００１８】
送信部４はパルス発生器４３と、パルス遅延回路アレイ４２と、ＦＥＴスイッチアレイ４１を備えている。パルス発生器４３は被検体の内部に放射する超音波パルスの基準パルスを発生する。パルス遅延回路アレイ４２は送信に使用される超音波トランスデューサ１と同数の複数の独立な遅延回路から構成されており、送信時における超音波ビームの収束距離を決定し、所定の深さに超音波を収束するための遅延時間を与えるための遅延回路であり、複数個の超音波トランスデューサを異なるタイミングで駆動する。ＦＥＴスイッチアレイ４１は超音波トランスデューサ１を駆動するための高圧パルスを生成するＦＥＴスイッチ回路アレイである。ＦＥＴスイッチアレイ４１はパルス遅延回路アレイ４２と同様にして、送信に使用される超音波トランスデューサ１と同数の複数の独立な駆動回路を有しており、超音波プローブ３に内蔵された超音波トランスデューサ１を駆動し、超音波を放射するための駆動パルスを形成する。
【００１９】
受信部５は信号ゲート５１と、プリアンプ５２と、対数変換アンプ５３と、ＡＤコンバータ５４を備えている。プリアンプ５２は超音波トランスデューサ１によって電気信号に変換された微小信号を増幅し十分なＳ／Ｎを確保する。一般に被検体内からの受信信号は８０ｄＢ以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しているため、弱い信号を強調しダイナミックレンジを狭くして画像として表示可能となるようにするため、対数変換アンプ５３は入力信号に対して検波を行い、超音波周波数成分を除去してその包絡線の振幅のみを検出し、同時にその振幅を対数変換する。ＡＤコンバータ５４はこの対数変換アンプ５３の出力信号をＡＤ変換する。なお、送信部４と受信部５で図６に示す信号駆動検出ユニット３００を構成する。信号駆動検出ユニット３００には検知センサとなる超音波プローブ検出センサ３１０が設けられている。
【００２０】
入力部７は操作パネル上から、装置の動作条件を入力するために用いられる。また様々な画質条件設定などの指示を行うこともできる。信号処理部８は受信した超音波信号と振動ジャイロセンサ２と加速度センサ４ａ、４ｂ、４ｄからの信号とから演算処理を行い、
Ｂモード画像データを算出する。表示部９はカラーモニタで構成され、Ｂモード画像データの表示を行うことができる。
【００２１】
ＣＰＵ８１は受信部５からの信号をＲＡＭ８６、８７、８８、８９に一旦格納したのち、所定の演算アルゴリズムにしたがって座標変換８５を行い、表示部９にＢモード画像として表示する。ＣＰＵ８１は、その内部にプログラムなどを記憶するＲＯＭ、データや途中の処理結果などを記憶するＲＡＭなどの記憶手段を有しており、ＲＯＭに記憶しているプログラムの指示に従って演算処理を行う一般的なマイクロプロセッサである。
【００２２】
次に、図１を用いて本発明の超音波診断装置の第一の実施の形態における超音波プローブ３の構造を説明する。超音波プローブ３は円筒状のケーシング３８、基板３１、超音波トランスデューサ１、振動ジャイロセンサ２、２つの加速度センサ４ａ、４ｂと１つの加速度センサ４ｄ、音波伝達体３２、コネクタ３４、皮膜３９を備えている。基板３１は、コネクタ３４、超音波トランスデューサ１、振動ジャイロセンサ２、加速度センサ４ａ、４ｂ、４ｃの配設及び音波伝達体３２を固定する基台の役割も有している。コネクタ３４は、受信部５との接続を行う。超音波トランスデューサ１、振動ジャイロセンサ２、加速度センサ４ａ、４ｂ、４ｄからの電気信号は、図示しない基板３１上の配線接続手段を介してコネクタ３４に接続している。
【００２３】
本発明の超音波診断装置は、超音波プローブ３を生体に押接し、目的の生体組織を超音波ビームが掃引するよう、手動で超音波プローブ３と生体との接触部付近を中心として回転走査することにより、生体内からの超音波エコー信号と振動ジャイロセンサ２で検出した超音波プローブ３の方位角度と２つの加速度センサ４ａ、４ｂから検出した加速度情報と１つの加速度センサ４ｄから検出した軸方向移動量から、座標変換８５を施し生体内部組織のＢモード画像を構成するものである。
【００２４】
生体内部の音響インピーダンスの異なる組織の界面から反射された超音波は送信時と同一の超音波トランスデューサ１で受信され、超音波トランスデューサ１は受信信号としてエコー信号を発生する。このエコー信号は、信号ゲート５１で送信信号から分離され、エコー信号のみがプリアンプ５２、対数変換アンプ５３、ＡＤコンバータ５４を介してＲＡＭ８７に格納される。
【００２５】
以下に超音波プローブ３の詳細な説明を記す。本発明の超音波トランスデューサ１は送信および受信の両方に使用するように構成された同心円状に配置された複数の圧電素子からなる。
送信部４から送信された駆動パルスが超音波トランスデューサ１に印加されると、超音波トランスデューサ１内の圧電素子が駆動パルスによって励振され、超音波を発生する。
【００２６】
超音波トランスデューサ１の固有共振周波数は高い方が分解能は高いが、生体内での吸収も多くなるため、対象により適切な固有共振周波数を選択する。本発明では、生体内部の組織診断を想定して説明するので、固有共振周波数を４ＭＨｚとする。
【００２７】
したがって、本発明で用いる超音波エコー法では、まず、超音波送信部４のパルス発生器４３でパルス幅２００ｎｓ程度の電気パルスを基準周波数１０ｋＨｚ、すなわち時間間隔１００μｓ間隔で生成し、この電気パルスをパルス遅延回路４２に送り、超音波トランスデューサ１で発生する超音波波面が深さ方向の決められた点で順次収束するように、時間的に焦点位置が変化するいわゆるダイナミックフォーカスが実現するように遅延を与える。
【００２８】
なお、本発明では超音波トランスデューサ１から放射される超音波のビーム進行方向での収束方法をダイナミックフォーカスとし、超音波ビームの走査のみを手動で行っている。このようにすることで著しく電子回路の構成が簡単となり装置が小型となる。さらに、超音波トランスデューサ１から放射される超音波をダイナミックフォーカスとせず、固定の曲率を持つ超音波トランスデューサから放射され、球面波として伝播し、所定の位置で収束させるようにしてもよい。この場合は、一層装置を小型・低価格とすることができる。ただし、この場合は超音波ビームの焦点深度は深くなく、得られる画像の鮮明度がダイナミックフォーカスに比べていくらか劣るが実用上は十分である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の超音波診断装置の超音波トランスデューサ１は音波伝達体３２の内部に設けられている。音波伝達体３２は、皮膚と同程度の音響インピーダンスを有するシリコンゲルなどの高分子ゲルで構成することが好ましい。音波伝達体３２はポリウレタンやポリスチレン等の皮膜３９により被覆され保護される。音波伝達体３２をキャップ式にして交換可能となるようにしておけば、皮膜３９を使用しなくてもよい。
【００３０】
図５を用いて超音波トランスデューサ１の構造を説明する。超音波トランスデューサ１に用いられる圧電体１０１としては、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材料や、あるいはこれらの高分子圧電材料とチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の無機圧電材料との複合体等が用いられる。また、圧電体１０１の両面上には表電極１１０、裏電極１１１が形成されている。これら電極と裏電極にそれぞれ図示しないリード線の一端が電気的に接続されている。電気パルス幅２００ｎｓに対して共振周波数４ＭＨｚとなるようにするために、圧電体１０１の厚さは、５０μｍ〜６０μｍが好適である。また、厚さ４０μｍの銅板からなるバッキング材１２０により背面への超音波が前面側へ反射されパルス幅の短かい超音波パルスが効率的に発生される。生体内部へ超音波を細いビームとして入射するには圧電体１０１の直径は４〜５ｍｍが好適である。圧電体の前面は図示しない保護膜によって被覆されている。
【００３１】
バッキング材１２０は基体１３０に固定される。基体１３０はバッキング材１２０及び圧電体１０１の固定基板であり、バッキング材１２０が好適な条件で振動するようにバッキング材１２０の周辺のみで固定されている。バッキング材１２０のＰＶＤＦとの反対側には不要なバッキング材の振動を吸収して除くために高粘性の高分子ゲル１４０が貼付される。
【００３２】
圧電体１０１には、リード線間に２０Ｖ程度のパルス電圧を印加することにより超音波をパルス的に発生する。このとき生体内に入射されるエネルギーはおおよそ４ｍＷであり、生体に与える影響は皆無と考えてよい。
【００３３】
振動ジャイロセンサ２について説明する。振動ジャイロセンサ２は一般的な振動ジャイロセンサでよいが、本発明では３脚振動ジャイロセンサを用いる。３脚振動ジャイロセンサは、振動している圧電体に回転角速度Ωを加えたとき、もとの振動に対し直角方向に生じたコリオリ力を検出用圧電体で出力電圧として取り出すものである。振動ジャイロセンサ２は回転角速度を検出するので、検出信号はＡＤコンバータ５７でデジタル化された後、積分演算８２が行われ超音波プローブ１の方位角参照情報としてＲＡＭ８６に記録される。
【００３４】
加速度センサ４ａ、４ｂは加速度検出方向が超音波プローブ３の軸４００に垂直かつ基板３１に平行になるように固定される。加速度センサ４ｄは加速度検出方向が超音波プローブの軸４００と平行になるように固定される。加速度センサは加速度を検出するので、検出信号は高入力インピーダンスの軸方向加速度検出回路６０で増幅された後、ＡＤコンバータ６１でデジタル化され、超音波プローブ３の軸４００の方向の加速度情報としてＲ
ＡＭ８４に記録される。
【００３５】
次に超音波プローブ３を手動で回転させ、生体内のBモード画像を得る方法について図２、図３を用いて詳細な説明を記す。図示しない超音波プローブ３を手動で回転させた場合、図２で模式的に示されるように、一般的には超音波プローブ３を操作している手のぶれや、被測定体の生体表面７００や生体内部組織７５０の状態によって、超音波プローブ３の回転中心４２０は例えば４２０aから４２０ｆへと移動するため超音波プローブ３の回転中心の検出を行う必要がある。回転中心の検出には超音波プローブ３の局所回転中心と、超音波プローブ３の位置座標を求める。超音波プローブ３の位置座標は、超音波プローブ３の軸４００の方向の加速度を求め、その時刻での方位角度を考慮して超音波プローブ３の絶対空間における平行移動量から算出する。
【００３６】
まず、超音波プローブ３の瞬間的な局所回転中心を求めるために、図３に示すように加速度センサ４ａ、４ｂでその位置の超音波プローブ３の軸４００に垂直な方向の加速度を検出し、加速度信号の正負及び大小から以下の手順で超音波プローブ３の瞬間的な局所回転中心を決定する。
【００３７】
図３で、加速度センサ４ａの超音波プローブ３の位置座標を示している超音波プローブ３の先端からの距離をＬａ、加速度センサ４ｂの超音波プローブ３の先端からの距離をＬｂとする。ｄ＝Ｌａ−Ｌｂとする。超音波プローブ３の局所回転中心の超音波プローブ３の先端からの距離をＬｃ、加速度センサ４ａの出力をＶａ、加速度センサ４ｂの出力をＶｂとする。ＶａとＶｂの比をκとする。すなわちκ＝Ｖａ／Ｖｂとする。この除算は一般の割算専用の演算増幅器、例えばＡＤ５３４を用いて行うことができ、入力をＶａ、Ｖｂとして出力としてκを得ることができる。
【００３８】
実際に手動で超音波プローブ３の回転操作を行った場合、超音波プローブ３の局所回転中心は特定の位置に固定されずＬｃが異なる様々な位置となり、超音波プローブ３の局所回転中心と２つの加速度センサ４ａ、4bとの位置関係によって次のように３つの場合に分けて考えることができる。それぞれの場合によってＬｃがｄ、κ、Ｌｂを用いて次のように求まる。
１）超音波プローブ３の局所回転中心が加速度センサ４ｂより生体側にある場合は、
Ｌｃ＝ｄ／（κ−１）−Ｌｂ
２）超音波プローブの局所回転中心が加速度センサ４ａより外側（生体より離れている方）にある場合は、
Ｌｃ＝−ｄ／（κ−１）＋Ｌｂ
３）超音波プローブの局所回転中心が加速度センサ４ａと加速度センサ４ｂの間にある場合は、
Ｌｃ＝ｄ／（１−κ）＋Ｌｂ
以上の式から超音波プローブ３の局所回転中心の超音波プローブ３の先端からの距離Ｌｃが求められる。
【００３９】
次に、加速度センサ４ｄの出力から一般的な差分法等の数値演算を施すことによって超音波プローブ３の軸４００の方向の変位が求められ、超音波プローブ３の位置座標が算出される。
【００４０】
この超音波プローブ３の局所回転中心座標と超音波プローブ３の位置座標とから超音波プローブ３の絶対空間における回転中心座標が求まり、Ｂモード画像を構成することが出来る。
【００４１】
手動走査によっては完全に一定の角速度で超音波プローブ３を回転させることはほとんど不可能であるから、加速度信号が厳密に０になることは有り得ない。したがって、  κ＝Ｖａ／Ｖｂの除算でＶｂが０となって商が無限大となることはない。しかしながら、κに相当する演算増幅器の出力が、電源電圧に依存する飽和出力となることは有り得る。この場合はＶｂが非常に小さくなったときであるから、演算増幅器の出力が飽和出力となっている場合は、超音波プローブ３は加速度センサ４ｂの位置を中心とする回転運動を行っていると近似して差し支えない。
【００４２】
次に、本発明の超音波診断装置を用いてＢモード画像を構成する方法について説明する。
超音波プローブ３はたとえばｔ０の時点で最初に生体表面に対して垂直となるように置かれる。ここで超音波プローブ３の方位角度が０°となるように図示しないスイッチにより電気的にリセットして積分演算８２の出力が０Ｖとなるようにする。回転走査動作が開始され超音波プローブ３は所定の負の角度まで適切な速度で回転させられる。その時刻をｔ１とする。それから、超音波プローブ３を好ましくは一定の角速度で正の所定の角度まで回転させる。
【００４３】
この間に超音波トランスデューサ１は被検体に超音波を送信し、一定時間経過後に生体内部の音響インピーダンスの異なる組織の界面から反射された超音波エコーを受信し、超音波エコー信号は適切な処理を施された後で、ＲＡＭ８７に格納される。検出された角速度は積分され、対応する時間に於ける超音波プローブ３の方位角度が生体表面に対する法線を基準としてＲＡＭ８６に格納される。
【００４４】
回転走査と同時に超音波プローブ３の方位角度情報と局所回転中心座標情報と超音波プローブ３の位置座標と超音波エコー信号情報とから一般的な座標変換を行うことにより生体内のＢモード画像を生成することができる。得られたＢモード画像は表示部９に表示される。また、精細なＢモード画像を得る目的として、回転走査終了後、ＲＡＭ８６、８８、８９とＲＡＭ８７の中に格納された超音波プローブ３の方位角度情報と局所回転中心座標情報と超音波プローブ３の位置座標と超音波エコー信号情報とから高度の画像処理を行うこともできる。
【００４５】
本発明では、超音波プローブ３の空間的な動きを検出するジャイロセンサや加速度センサを備えているので、測定者が超音波プローブ３に適切な動きを与えることによってソフト的に装置全体の動作をコントロールすることが可能である。例えば最終位置で所定の時間、例えば２秒間静止させたら測定終了とする。これにより、操作性が著しく向上し、また、スイッチ類の数を少なくすることが出来るので、故障の軽減にも寄与する。
【００４６】
以上説明したことを用いて本発明の超音波診断装置でＢモード画像を構成する方法について、図６に示される信号駆動検出ユニット３００に収納された超音波プローブ３を操作する実際の手続きをステップを追って説明する。
ステップ１：
測定者が信号駆動検出ユニット３００に収められた超音波プローブ３を信号駆動検出ユニット３００から取り出すことにより、検知センサとなる超音波プローブ検出センサ３１０が超音波プローブ３が取り出されたことを検出し信号駆動検出ユニット３００の電源、信号処理部８及び表示部９の電源がスリープ状態から復帰しオンとなる。
ステップ２：
測定者が超音波プローブ３の先端を生体７００に軽く押し当て、超音波プローブの中心軸が生体７００に概ね垂直となるように保持する。この時刻をＴ１とする。この状態で所定
の時間、超音波プローブ３を、たとえば２秒間程度静止させる。
ステップ３：
振動ジャイロセンサ２の出力をモニタしているＣＰＵ８１は、超音波プローブ３を静止させることによってその値が所定の値以下となったと判断し、そのときの超音波プローブ３の中心軸方向が生体に垂直方向であるとし、表示部９に表示すべきＢモード画像の生体に垂直方向に相当する線を決定する。ここで超音波プローブ３の方位角度が０°となるように図示しないスイッチにより電気的にリセットして積分演算８２の出力が０Ｖとなるようにする。
ステップ４：
測定者が超音波プローブ３を適切な速度で走査開始の初期位置まで手動で回転して持ってくる。この時刻をＴ２とする通常は所定の負の角度までたとえば−５０°とする。そこで所定の時間、たとえば超音波プローブ３を２秒間程度再び静止させる。ＣＰＵはその位置を測定スタートとして判断する。
ステップ５：
測定者は超音波プローブ３を一定の角速度で正の方向に手動で回転させる。そのとき振動ジャイロセンサ２の出力として検出された角速度は積分演算８２で積分され対応する時間に於ける超音波プローブ３の方位角度として決定される。また同時に方位角度はＲＡＭ８６に格納される。
ステップ６：
ＣＰＵ８１は決定された超音波プローブの方向に対応して表示部９上にＢモード時間軸を配置し、２つの加速度センサ４ａ、４ｂの出力から超音波プローブ３の局所回転中心座標を計算し、その局所回転中心と超音波プローブ３の絶対空間に於ける位置座標から回転中心座標を求め、そこを中心にして、微小時間Δｔの間にＢモード時間軸を回転させ、超音波エコーデータのエコー相当時刻に対応してＢモード時間軸の輝度を変調し表示部９にＢモード画像として表示する。
ステップ７：
ＣＰＵ８１は経過した微小時間Δｔに対応して加速度センサ４ｄの出力を積分して、微小時間Δｔの間に超音波プローブ３の軸方向変位を求め、超音波プローブ３の位置座標を超音波プローブ３の中心軸方向にその変位だけずらし、超音波プローブ３の位置座標を確定する。
ステップ８：  測定者はステップ４からステップ７を繰り返しながら、超音波プローブ３を最終位置まで回転させる。
ステップ９：
測定者が超音波プローブ３を最終位置まで回転させ、そこで所定の時間、たとえば２秒間程度、再度静止させる。振動ジャイロセンサ２の出力をモニタしているＣＰＵ８１は、超音波プローブ３を静止させることによってその値が所定の値以下となったと判断し、測定終了と判断する。
ステップ１０：
測定者が信号駆動検出ユニット３００に超音波プローブ３を収めると、超音波プローブ検出センサ３１０が超音波プローブ３が収納されたことを検出し信号駆動検出ユニット３００の電源、信号処理部８及び表示部９の電源をスリープ状態にする。
【００４７】
高精細なＢモード画像を得るために、超音波プローブ３の走査終了後にＲＡＭ８６、ＲＡＭ８７、ＲＡＭ８８、ＲＡＭ８９の中に格納されている超音波プローブ３の方位角度情報と超音波エコー信号情報と回転中心情報と超音波プローブ３の位置座標から高度の画像処理を施すことも可能である。得られたＢモード画像は表示部９に表示される。
【００４８】
ステップ３において超音波プローブを所定の負の角度まで回転し、走査の初期位置まで持ってくるときの回転角速度は、たとえば５０（度／秒）程度であり、Ｔ１からＴ２までの時間は、２秒程度であるとよい。すなわち、掃引角度として１００度程度となる。また、ステップ４では振動ジャイロセンサ２で角速度を検出しているのであるから、回転速度は必ずしも一定の角速度である必要はなく、原理的には任意で良いのであるが、極端に速いと振動ジャイロセンサ２の信号を処理する電子回路で電源電圧の制約により振動ジャイロセンサ２の信号が飽和してしまうこともあり得るのである程度一定の方が好ましい。
【００４９】
以上説明したように、本発明の超音波診断装置によれば、誰でも生体内の２次元的な断面を超音波Ｂモード画像として、誰でも簡便にかつ正確に計測することができる。超音波センサの動きを検出するジャイロセンサや加速度センサを備えているので、測定者が超音波プローブに適切な動きを与えることによって装置全体の動作をコントロールすることが可能である。これにより、操作性が著しく向上し、また、スイッチ類の数を少なくすることが出来るので、故障の軽減にも寄与する。また、本発明の超音波診断装置は皮下脂肪厚測定や静脈位置計測、頭蓋骨内の硬膜下血腫あるいは悪性腫瘍などの検出などの簡易測定に応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の超音波診断装置は簡便に正しい生体内の断面画像が測定できることから、病院のみならず介護施設などの場においても使用することができる。ベッドサイドでの測定が容易であるから生体に負荷をかけられない被験者への使用に好適である。超音波診断装置全体を超小型軽量にすることができるため、一般家庭の健康管理用としても適している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の超音波診断装置の実施形態における超音波プローブ部を説明する図である。
【図２】本発明の超音波診断装置の実施形態における超音波プローブ部の走査の図である。
【図３】超音波プローブ部の回転中心を求める方法の説明図である。
【図４】本発明の超音波診断装置のブロック図である。
【図５】本発明の超音波診断装置の超音波トランスデューサを説明する図である。
【図６】超音波プローブを信号駆動検出ユニットにセットした状態を示す図である。
【図７】従来の超音波診断装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  超音波トランスデューサ
２  振動ジャイロセンサ
３  超音波プローブ
４ａ，４ｂ、４ｄ  加速度センサ
３２  音波伝達体
４００  軸
【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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