(57)【要約】【課題】超音波プローブの発熱による温度上昇を検知し、その最高温度をとらえて表示するとともに安全規格値を超えたときに温度を下げるような動作が自動的になされるようにする。【解決手段】入力装置３７から入力された動作モードの設定情報に基づき超音波プローブ１０のエレメント１１〜１ｎの必要なもののみが駆動され、温度センサ２１〜２ｍのうち、駆動されるエレメントの中央付近で最も温度が高くなる場所に位置したものからの出力が信号切換器３８によって選択されるよう、ＣＰＵ３２が信号切換器３８を制御し、増幅器４０およびＡ／Ｄ変換器５０を経て取り込んだ温度センサ出力から、皮膚に接触する音響レンズ表面の温度をＣＰＵ３２が計算によって求め、その温度を画像モニター装置３６で表示させるとともに、その温度が安全規格値を超えたときＣＰＵ３２が送受信部３１を制御してエレメント１１〜１ｎに入力するパワーを下げる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の超音波振動子エレメントを備える超音波プローブと、該振動子エレメントに駆動パルスを送って被検体内に超音波を送信するとともに、該振動子エレメントが被検体内からの超音波を受波することによって発生する受信信号を受ける送受信手段と、上記送受信手段からの受信信号を処理して画像データを生成する信号処理手段と、該画像データをビデオ信号の走査方式に変換する走査変換手段と、該ビデオ信号を出力するビデオ出力手段と、該ビデオ信号が送られて画像を表示する画像モニター装置と、操作可能な入力装置と、該入力装置によって入力された動作モードの設定情報に基づき上記送受信手段および信号処理手段を制御する超音波送受制御手段と、上記の超音波プローブの各所に取り付けられた複数の温度センサと、上記複数の温度センサの出力が表す温度のうちの最高温度を上記の画像モニター装置の画面に表示させる温度表示制御手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
温度表示制御手段は、上記の入力装置によって入力された動作モードの設定情報に基づいて上記温度センサの出力を選択する信号切換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】
温度表示制御手段は、上記複数の温度センサの出力のすべてを取り込んですべての温度センサ出力によって表される各部の温度を温度分布として表示するよう構成されている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４】
複数の温度センサの出力が表す温度のうちの最高温度に応じて上記超音波送受信制御手段を制御し、超音波振動子エレメントに加える電気エネルギーを減少させる自動出力低減手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波断層像（Ｂモード画像）の撮影や超音波ドップラ現象を利用した血流速度計測などを行う超音波診断装置に関し、とくにその超音波プローブの発熱に対処した超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、超音波ビームを被検体（被診察者の身体）内に入射し、その反射波を受波することによって身体内の断層像を得たり、ドプラ現象を利用して血流などの速度を表す画像を得たりするものであり、医学的診断用途に広く普及している。この超音波ビームの身体内への送波および身体内からの反射波の受波は、超音波プローブにより行なわれる。超音波プローブは多数の振動子エレメントを並べたもので、音響入出力側には音響レンズが取り付けられている。送波時には各エレメントを超音波駆動信号によって駆動することにより超音波サウンドを発生させる。発生した超音波サウンドは、皮膚表面に接触させられた音響レンズを介して身体内に入射させられる。
【０００３】
ところが、振動子エレメントでの、入力された電気エネルギーの音響エネルギーへの変換効率は１００％ではなく、一部は音響エネルギーとならずに熱となる。そのため、超音波プローブに接触する皮膚が、その熱によって損傷を受けるおそれがある。
【０００４】
そこで、従来より、温度を計測することが考えられている。たとえば、つぎの特許文献１では、先端部で電気治療を行なう穿刺具と超音波診断装置を組み合わせたものにおいて、その穿刺具の先端部に温度センサを設けている。また、経食道用の超音波プローブに一つの温度センサを内蔵させることなどが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４０３５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に示されたものは、穿刺具の先端部の温度を測定するものにすぎず、超音波プローブの発熱による皮膚の危険を防ごうとするものではない。また、温度センサを内蔵させた経食道用の超音波プローブでは、温度が部分的に高くなったことをとらえることはできない。経食道用の超音波プローブは、超音波ビームによるセクター（扇型）スキャンを行なうセクタープローブの一種であり、セクタースキャンを行なうためには全エレメントを駆動するので、一様に温度上昇する。そこで、１点の温度を計測すれば十分であるため、一つの温度センサしか設けていず、超音波プローブの一部が温度上昇して危険になったことを知ることはできない。
【０００７】
たとえば、リニアプローブやコンベックスプローブを用い、ドプラモードで計測する場合、ドプラカーソルを設定した超音波ビームのラインでの送波の波連数を多くするため、そのラインに関連するエレメントを中心に温度上昇するという一定パターンの温度分布を持つ。またカラードプラモードでは、設定したＲＯＩ（関心領域）の位置により上昇した温度分布が異なる。このように特定の分布を持つように超音波プローブの温度が上昇した場合、従来技術では、その分布のなかの最高温度を測定することや、その温度測定に応じて皮膚の損傷の危険を回避することなどが困難であった。
【０００８】
この発明は、上記に鑑み、超音波プローブの各部が均一に温度上昇しない場合にその最高温度を検出することができるように改善した超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００９】
さらにこの発明の別の目的は、超音波プローブの各部が均一に温度上昇しない場合にその検出した最高温度に応じて自動的に危険回避措置がとられるように改善した超音波診断装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の超音波診断装置においては、多数の超音波振動子エレメントを備える超音波プローブと、該振動子エレメントに駆動パルスを送って被検体内に超音波を送信するとともに、該振動子エレメントが被検体内からの超音波を受波することによって発生する受信信号を受ける送受信手段と、上記送受信手段からの受信信号を処理して画像データを生成する信号処理手段と、該画像データをビデオ信号の走査方式に変換する走査変換手段と、該ビデオ信号を出力するビデオ出力手段と、該ビデオ信号が送られて画像を表示する画像モニター装置と、操作可能な入力装置と、該入力装置によって入力された動作モードの設定情報に基づき上記送受信手段および信号処理手段を制御する超音波送受制御手段と、上記の超音波プローブの各所に取り付けられた複数の温度センサと、上記複数の温度センサの出力が表す温度のうちの最高温度を上記の画像モニター装置の画面に表示させる温度表示制御手段とが備えられることが特徴となっている。
【００１１】
超音波プローブの各所には複数の温度センサが取り付けられており、複数箇所で温度の計測が行なわれる。そして、温度表示制御手段はその計測された最高温度を画像モニター装置の画面に表示するため、超音波プローブの各部が均一に温度上昇せずに部分的に温度上昇するような場合でも、これを知ることができ、その熱で患者の身体皮膚が損傷することを未然に防ぐことができる。
【００１２】
請求項２の超音波診断装置においては、上記温度表示制御手段は、上記の入力装置によって入力された動作モードの設定情報に基づいて上記温度センサの出力を選択する信号切換手段を含むことが特徴となっている。
【００１３】
入力装置を操作することにより動作モードの設定を行なうことができる。ドプラモードにおいて超音波ビームのラインを設定すると、そのラインに関係する超音波振動子エレメントが駆動されるため、その駆動されるエレメントの中心付近で最も温度が高くなる。また、カラードプラモードの場合、設定されたカラーＲＯＩの中心付近に対応する超音波振動子エレメントが最も高温になる。そのため、その設定情報に基づき高温となるエレメント付近に位置する温度センサの出力を、信号切換手段によって選択し、その出力によって表された温度を表示することとすれば、超音波プローブのなかの最高温度をとらえて表示することができる。
【００１４】
請求項３の超音波診断装置においては、上記温度表示制御手段は、上記複数の温度センサの出力のすべてを取り込んですべての温度センサ出力によって表される各部の温度を温度分布として表示するよう構成されていることが特徴となっている。
【００１５】
超音波プローブの各所に設けられた複数の温度センサの出力のすべてを取り込めば、超音波プローブの全体での温度分布がわかる。この温度分布が表示されるため、その温度分布から最高温度を知ることができ、それに応じて患者の安全を図ることができる。
【００１６】
請求項４の超音波診断装置においては、請求項１の構成に対して、上記複数の温度センサの出力が表す温度のうちの最高温度に応じて上記超音波送受信制御手段を制御し、超音波振動子エレメントに加える電気エネルギーを減少させる自動出力低減手段が、さらに備えられることが特徴となっている。
【００１７】
検出された超音波プローブにおける最高温度に応じて超音波振動子エレメントに加える電気エネルギーが自動的に減少させられるため、高温になった超音波プローブの熱で患者の皮膚が損傷を受けることが未然に、自動的に防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すこの発明の実施の形態にかかる超音波診断装置において、超音波プローブ１０は多数の超音波振動子エレメント１１、１２、…、１ｎを備えており、その各々に送受信部（手段）３１から駆動パルスが送られて励振させられる。各振動子エレメント１１、１２、…、１ｎから発生した超音波は合成されて一つの超音波ビームとなって図示しない被検体（患者身体）内に放射される。この超音波は被検体内部で反射し戻ってきて超音波プローブ１０の各振動子エレメント１１、１２、…、１ｎを振動させる。各振動子エレメント１１、１２、…、１ｎはこの音響振動を電気信号に変換し、送受信部３１に送る。
【００１９】
超音波プローブ１０では、図３に示すように、多数の超音波振動子エレメント１１、１２、…、１ｎが直線状に１列に並べられており、音響入出力側（図では下方向）に音響レンズ６１が取り付けられている。この例では超音波プローブ１０はいわゆるリニアプローブであるが、コンベックスプローブの場合は多数の超音波振動子エレメント１１、１２、…、１ｎが湾曲して１列に並べられることになる。音響レンズ６１は超音波振動子エレメント１１、１２、…、１ｎの並び方向を長軸方向ということにすると、それに直角な短軸方向での送波超音波および受波超音波の集束を行なう。長軸方向での超音波の集束はエレメント１１、１２、…、１ｎの各々の駆動タイミングの遅延制御やエレメント１１、１２、…、１ｎの各出力の遅延制御により電子的に行なわれる。
【００２０】
ここでは、図３に示すように、多数の温度センサ２１、２２、…、２ｍが振動子エレメント１１、１２、…、１ｎの側面において、その２個に１個の割合で、その２個のエレメントの中間付近にそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
送受信部３１は、各振動子エレメント１１、１２、…、１ｎの駆動タイミングの遅延制御を行ないつつその各々に駆動パルスを加え、および各振動子エレメント１１、１２、…、１ｎからの電気信号の遅延制御を行ないながらそれらの信号を受信することによって、送波合成超音波ビームおよび受波合成超音波ビームの方向（指向性）や集束などの制御を行なう。これらはＣＰＵ（中央制御部）３２の制御の下に行なわれ、たとえば超音波ビームによるセクタ走査やドプラ計測などが行なわれる。送受信部３１によって得られた受信信号が信号処理部（手段）３３に順次送られる。信号処理部３３はこれらの受信信号からＢモード画像信号を作成したり、ドプラ画像信号を作成する。
【００２２】
画像信号は走査変換部（手段）３４でビデオ信号の走査方式に変換されてビデオ信号となり、ビデオ出力部（手段）３５を経て画像モニター装置３６に送られる。こうして画像モニター装置３６の画面上に血管や腫瘍などの対象部位のＢモード画像（超音波断層像）やドプラ画像が表示されることになる。
【００２３】
ＣＰＵ３２は、送受信部３１、信号処理部３３、走査変換部３４などの各部および全体を制御する。このＣＰＵ３２にはキーボードやトラックボールあるいはマウスなどの、医師等によって操作可能な入力装置３７が接続されている。
【００２４】
上記の超音波プローブ１０に取り付けられた多数の温度センサ２１、２２、…、２ｍの出力は、信号切換器（手段）３８によりその一つのみが選択されて、増幅器４０を経てＡ／Ｄ変換器５０においてデジタル信号に変換された上でＣＰＵ３２に取り込まれる。
【００２５】
操作者がキーボードなどの入力装置３７を操作し動作モードの設定を行ない、たとえばドプラモードにおいて超音波ビームのラインを設定すると、ＣＰＵ３２が送受信部３１を制御し、超音波振動子エレメント１１、１２、…、１ｎのうちのそのラインに関係するものを駆動する。ＣＰＵ３２は、その設定情報に基づき駆動されるエレメントに最も近い温度センサ出力が信号切換器３８によって選択されるよう、この信号切換器３８に切換制御信号を送る。
【００２６】
また、カラードプラモードを選び、カラーＲＯＩを設定すると、そのＲＯＩに関連したエレメントが駆動されるため、ＣＰＵ３２は、その設定情報に基づき駆動されるエレメントの中心に最も近い温度センサ出力が信号切換器３８によって選択されるよう、この信号切換器３８に切換制御信号を送る。
【００２７】
こうして、駆動されることによって発熱するエレメントの最高温度となる付近の温度を検出した情報が信号切換器３８によって選択されることになり、これが増幅器４０およびＡ／Ｄ変換器５０を経てＣＰＵ３２に取り込まれる。この最高温度情報をそのままビデオ出力部３５に送って温度を表す数値を画像モニター装置３６の画面に表示するようにしてもよいが、ここでは、温度センサが検出したエレメント近くの温度と実際に患者の皮膚に触れる音響レンズ６１の表面の温度とが厳密には一致しないことを考慮し、あらかじめ計測しておいた、温度センサの検出温度と音響レンズ６１の表面温度との相関関係に基づいて、ＣＰＵ３２が音響レンズ６１の表面温度を計算し、その求めた値をビデオ出力部３５に送り、その推定温度を画像モニター装置３６の画面に表示するようにして、より安全性を高めている。この温度表示はたとえば画像モニター装置３６の画面の隅などに表れるようにして、超音波画像とともに観察できるようにする。
【００２８】
これにより、超音波プローブ１０の温度が部分的に上昇するドプラモードやカラードプラモードにおいて、その最高温度を検出・表示することができる。医師等は、その温度が安全規格で定められている値を超えない安全な範囲であることを確認しながら、あるいはその規格値までどれくらいの余裕があるかを確認しながら、診断を行なうことができる。さらにその表示を見ながら入射超音波パワーを調整することにより、患者身体内に最大の超音波パワーが入射されるように設定して、感度の良好な超音波診断を行なうことができる。その表示された温度が万が一制限値を超えた場合には、医師等がそれを見て超音波振動子エレメントへの入力パワーを下げるなどの安全措置をとることができる。この場合、ＣＰＵ３２が画像モニター装置３６に表示した温度表示の色を変えたり警告音を出すなどして、注意を促すようにすれば効果的である。
【００２９】
さらに、ＣＰＵ３２に安全管理のプログラムを組み込んでおいて、検出温度が規格値を超えた場合に、操作者によって温度を下げるような操作が一定時間後においてもなされないときには、超音波振動子エレメントの駆動電圧を下げるなどの入力電気エネルギーを減少させる動作を自動的に行なうようにしてもよい。なお、入力電気エネルギーを最大限に低減させてゼロとすれば、超音波の送波自体がストップされることになる。
【００３０】
図２は他の実施形態を示すものである。この図２では、信号切換器３８を省き、温度センサ２１、２２、…、２ｍの各出力を、それぞれ増幅器４１、４２、…、４ｍ、およびＡ／Ｄ変換器５１、５２、…、５ｍを経て、すべてＣＰＵ３２に入力するようにしている。その他の構成は図１と同様である。ＣＰＵ３２は、動作モードにかかわらず、つねにすべての温度センサ出力をモニターし、それらの出力から音響レンズ６１の表面温度の分布を推定し、図４に示すように、プローブ１０の長軸方向の温度分布をグラフ表示させる。このような温度分布が、画像モニター装置３６の画面の隅に、超音波画像とともに表示される。図４のように制限値も表示しておけば、温度プロファイルの最高値が制限値を超えたことがただちにわかり、安全である。
【００３１】
図５のように温度プロファイルの最高値が制限値を超えるような場合には、太線で示すようにその超えた部分を他と異なる色で表示するとより注意を喚起できる。この場合も警告音などを発するようにしてもよい。さらに、上記と同様に、ＣＰＵ３２が温度プロファイルの最高値が制限値を超えたことに応じて、操作者によって温度を下げるような操作が一定時間後においてもなされない場合に、超音波振動子エレメントの駆動電圧を下げるなどの入力電気エネルギーを自動的に減少させるよう構成することもできる。
【００３２】
なお、図１の構成において、ＣＰＵ３２が動作モードにかかわらず、つねに温度センサ２１、２２、…、２ｍのすべての出力が順番に選択されるよう、信号切換器３８を制御するようにして、すべての温度センサのスキャンを行ない、それらの出力をすべてＣＰＵ３２に取り込むように構成することによっても、同様に超音波プローブ１０の全体の温度プロファイルを求めることができる。
【００３３】
上の説明はこの発明の実施の形態に関するもので、この発明が上で述べた構成に限定されるものでないことはもちろんである。たとえば、２個の超音波振動子エレメントに１個の割合で温度センサを設けたが、この割合に限らない。また、上記ではＣＰＵ３２が、入力された動作モードの設定情報に応じて送受信部３１や信号処理部３３を制御しているが、この超音波送受の制御機能を別のハードウェア的あるいはソフトウェア的な手段で構成することもできる。温度センサ２１、２２、…、２ｍの出力が表す最高温度を画像モニター装置３６の画面に数値または温度プロファイルとして表示させる機能もＣＰＵ３２が行なっているが、同様に他のハードウェア的あるいはソフトウェア的な手段で行なうようにしてもよい。検出された最高温度が制限値を超えていた場合の自動的な電気エネルギーの低減についても、ＣＰＵ３２によって行なう以外に、同様に他のハードウェア的あるいはソフトウェア的な手段で行なうことができる。さらには、送受信部３１、信号処理部３２、走査変換部３４等は上記ではハードウェア的に述べているが、ソフトウェアのエミュレーション機能などによって実現することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の超音波診断装置によれば、超音波プローブの全エレメントが駆動されないドプラモードやカラードプラモードにおいて超音波プローブの一部で高熱を発生する場合などに、その最高温度を検出して操作者に知らせることができる。そのため、操作者は、安全な範囲で超音波入射パワーを上げてより良好な診断を行なうことが容易にできるようになる。また、最高温度が安全な範囲を超えるような場合には操作者による適切な処置が促され、その措置がなされないときに自動的に温度を下げるような動作がなされるので、安全性が高められている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図。
【図２】この発明の他の実施の形態を示すブロック図。
【図３】これらの実施形態で用いる超音波プローブの例を模式的に示す斜視図。
【図４】温度プロファイルの表示例を示す図。
【図５】温度プロファイルの他の表示例を示す図。
【符号の説明】
１０                    超音波プローブ
１１〜１ｎ              超音波振動子エレメント
２１〜２ｍ              温度センサ
３１                    送受信部
３２                    ＣＰＵ
３３                    信号処理部
３４                    走査変換部
３５                    ビデオ出力部
３６                    画像モニター装置
３７                    入力装置
３８                    信号切換器
４０、４１〜４ｍ        増幅器
５０、５１〜５ｍ        Ａ／Ｄ変換器
【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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