(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨を含む生体組織に当接され、超音波の送受波を行う複数の振動素子からなるアレイ振動子を有する超音波探触子と、
前記アレイ振動子に対して、送信ビームを形成するために位相調整された複数の送信信号を供給する送信部と、
前記アレイ振動子からの複数の受信信号に対して受信ビーム形成用の整相加算処理を実行する受信部と、
前記送信部及び前記受信部を制御することにより前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を選択的に又は同時に実行させると共に前記第１送受波と前記第２送受波とで超音波周波数を異ならせる送受波制御手段と、
前記第１送受波により取得された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像としての断層画像を形成する画像形成手段と、
前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、
を含み、
前記第１送受波では、前記アレイ振動子により画像形成用送信ビーム及び画像形成用受信ビームが電子的に走査され、
前記第２送受波では、前記アレイ振動子における複数の振動素子からなる一方端部が利用され、当該一方端部により骨評価用送信ビームが形成され、且つ、前記アレイ振動子における複数の振動素子からなる他方端部が利用され、当該他方端部により骨評価用受信ビームが形成される、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記第２送受波では、前記一方端部から前記他方端部に傾斜した骨評価用送信ビームが形成され、かつ、前記他方端部から前記一方端部に傾斜した骨評価用受信ビームが形成されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記骨評価手段は、
前記第２送受波における超音波の送波から受波までの送受波期間を計測する手段と、
前記送受波期間に基づいて、前記骨評価値として、骨の皮質骨中における超音波の音速又はそれに基づく値を演算する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記第１送受波及び前記第２送受波が所定パターンに従って時分割で実行されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
骨を含む生体組織に当接され、超音波の送受波を行う超音波探触子と、
前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を実行させる送受波制御手段と、
前記第１送受波により取得された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、
前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、
を含み、
前記第１送受波及び前記第２送受波が同時に実行され、
前記第１送受波による第１受信信号及び前記第２送受波による第２受信信号を弁別する手段が設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記超音波探触子は、前記第２送受波の開始を指示するスイッチを含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
骨を含む生体組織に当接され、超音波画像形成用の複数の振動素子からなるアレイ振動子と、骨評価用の送波素子及び受波素子とを含み、超音波の送受波を行う超音波探触子と、
前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、超音波画像形成時には前記アレイ振動子に超音波の送受波を行わせ、骨評価時には前記送波素子及び受波素子間で超音波の送受波を行わせる送受波制御手段と、
前記アレイ振動子から出力された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、
前記受波素子から出力された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、
を含み、
前記送波素子及び前記受波素子は、互いに斜めに対向する向きで設けられ、
前記アレイ振動子には少なくとも１つの欠落部が形成され、
前記欠落部には前記送波素子及び前記受波素子の少なくとも一方が配置されたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
生体組織内の骨の縦断面に相当する第１断層画像を形成するための第１送受波を実行する縦型アレイ振動子と、前記骨の横断面に相当する第２断層画像を形成するための第２送受波を実行する横型アレイ振動子と、を含み、前記縦型アレイ振動子により骨中の超音波の音速を計測するための第３送受波も実行される超音波探触子と、
前記縦型アレイ振動子に対して、送信ビームを形成するために位相調整された複数の送信信号を供給する第１送信部と、
前記縦型アレイ振動子からの複数の受信信号に対して受信ビーム形成用の整相加算処理を実行する第１受信部と、
前記横型アレイ振動子に対して、送信ビーム形成のために位相調整された複数の送信信号を供給する第２送信部と、
前記横型アレイ振動子からの複数の受信信号に対して受信ビーム形成用の整相加算処理を実行する第２受信部と、
前記第１送信部及び前記第１受信部を制御することにより前記第１送受波を制御し、前記第２送信部及び前記第２受信部を制御することにより前記第２送受波を制御し、前記第１送信部及び前記第１受信部を制御することにより前記第３送受波を制御する手段であって、前記第１及び第２送受波と前記第３送受波とで超音波周波数を異ならせる送受波制御手段と、
前記第１送受波より取得された第１受信信号に基づいて、前記骨の縦断面に相当する第１断層画像を形成する第１画像形成手段と、
前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、前記骨の横断面に相当する第２断層画像を形成する第２画像形成手段と、
前記第３送受波により取得された第３受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、
前記第１断層画像、前記第２断層画像及び前記骨評価値を表示する表示手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置において、
前記超音波探触子を生体組織に固定するための固定機構を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、超音波画像を表示する超音波診断装置と超音波を利用した骨評価装置の両者の機能を併せ持つ複合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置は、人体などの生体組織（被検体）への超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。超音波画像としては、Ｂモード画像（二次元断層画像）、Ｍモード画像（ビーム上の組織の動きを表した画像）、二次元ドプラ画像（二次元血流画像）などの各種の画像をあげることができる。近年では、三次元超音波画像や三次元領域の積算画像を形成する超音波診断装置も実用化されている（例えば特開平１０−３３５３８号公報参照）。なお、超音波は音響インピーダンスの異なる境界面で反射する性質を有する。例えばＢモード画像上では骨などの硬組織の表面で大きく反射し、その結果、骨の内部及び後方については超音波があまり到達せず画像上ではいわゆる黒抜けとなる。
【０００３】
一方、超音波を用いた骨評価装置は、例えば、足の踵の両側に一対の送波素子及び受波素子を設け、踵を透過した超音波に基づいて、音速、減衰率、周波数特性の変化などを演算することによって、踵骨についての健全性を指標する評価値を演算する装置である。また、骨評価装置の中には、送波素子及び受波素子を内蔵した超音波探触子を利用して皮質骨の音速などを評価値として計測する装置もある。
【０００４】
具体的に説明すると、超音波探触子が生体表面に当接された状態において送波素子から超音波が骨に送波されると、骨の皮質骨上を超音波が伝搬する。その後、皮質骨から放射された超音波が受波素子で受波される。その送受波時間や送受波距離などにより皮質骨内における超音波の音速等が演算される。
【０００５】
ちなみに、骨評価装置の中には、超音波ビームやＸ線を二次元スキャンして位置決め用の画像を取得し、その画像上で測定点を決定する装置がある。しかし、それには生体内の断層画像やドプラ画像などを形成する機能はまったく具備されておらず、よって、それも骨評価専用の装置である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来においては、骨以外の軟組織の構造を診断するために超音波診断装置が利用され、その一方、骨の健全性を評価するための専用の骨評価装置が利用されており、それぞれの装置は独立した専用装置として構成されている。
【０００７】
よって、各医療機関においては、それぞれの装置を個別的に用意する必要があり、費用負担や物量が増大するという問題があった。また、特に骨の評価に当たっては送受波点の位置決めが極めて重要となるが、従来の一般的な骨評価装置では盲目的に位置決めを行っており、測定精度及び再現性の面で問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、超音波診断及び骨評価を行える複合装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、超音波診断と骨評価とを組み合わせ、特に骨評価精度を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）後述する実施形態に係る装置は、骨を含む生体組織に当接され、超音波の送受波を行う超音波探触子と、前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を選択的に又は同時に実行させる送受波制御手段と、前記第１送受波制御により取得された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記第２送受波制御により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、を含む。
【００１１】
上記構成によれば、超音波探触子において第１送受波が行われ、これにより超音波画像が形成され、また、超音波探触子において第２送受波が行われ、これにより骨評価値が演算される。よって、軟組織の超音波診断と骨評価とを単一の装置を利用して実現できるので、コスト面で有利である。また、超音波画像上において骨評価の部位を確認してから骨評価を行うこともでき、その場合には骨の計測精度や再現性を向上できる。上記の超音波画像は、Ｂモード画像、Ｍモード画像、投影画像、立体的な三次元画像などである。また、上記の骨評価値は、骨中の超音波の音速、減衰、周波数特性などであってもよい。骨は一般に皮質骨とその内部の海綿骨とで構成されるが、例えば、皮質骨の音速を計測し、それを骨評価値とするようにしてもよい。皮質骨の音速は、海綿骨のそれよりも非常に大きく、計測期間を適宜設定することにより、海綿骨の影響を排除できる。
【００１２】
同じ超音波振動子（望ましくはアレイ振動子）を利用して第１送受波と第２送受波の両方を行わせるようにすれば、既存の超音波探触子をそのまま利用できる利点がある。一方、第１送受波と第２送受波とで別々の専用超音波振動子を利用するようにすれば、一般に計測精度を向上できる。特に、第１送受波と第２送受波とで、異なる周波数やパワーを設定するような場合に後者を採用するのが望ましい。骨を含む生体組織は一般に人体であるが、人体以外の動物（例えば、馬）であってもよい。
【００１３】
望ましくは、前記超音波探触子は生体組織に当接される送受波面を有し、前記第２送受波では、前記送受波面の第１部分から前記生体組織の骨に向けて超音波が送波され、かつ、前記送受波面における前記第１部分から離間した第２部分で前記骨を伝搬した超音波が受波される。
【００１４】
上記構成によれば、第１部分と第２部分とによって骨評価のために超音波の送受波がなされ、例えば、それらの離間距離及び送受波期間が直接的又は間接的に音速演算のためのパラメータとして利用される。
【００１５】
望ましくは、前記第１部分は前記送受波面の一方端部であり、前記第２部分は前記送受波面の他方端部である。この構成によれば、超音波が骨を伝搬する距離を延ばすことができるので、計測精度を高められる。
【００１６】
望ましくは、前記第２送受波では、前記送受波面の第１部分から前記第２部分側に傾斜した送波用の超音波ビームが形成され、かつ、前記送受波面の第２部分から前記第１部分側に傾斜した受波用の超音波ビームが形成される。
【００１７】
上記構成によれば、超音波ビームを形成して音響パワーを集束させて計測精度を向上できる。特に、各超音波ビームが傾いて設定されるため、骨への超音波の入射を効率的に行うことができ、また、骨から放射される超音波の検出精度を高められる。超音波ビームの形成は、通常の超音波診断装置に搭載されている機能としての電子フォーカス技術や開口合成技術をそのまま利用可能である。もちろん、専用の超音波振動子を傾けて配置したり、音響レンズを利用したりして、特定方向への音響パワーの集束を図ることもできる。
【００１８】
望ましくは、前記第１送受波では、超音波ビームが走査されて二次元又は三次元のエコーデータ取込空間が形成され、前記画像形成手段は、前記二次元又は三次元のエコーデータ取込空間内にある生体組織を表す前記超音波画像を形成し、前記超音波画像により前記第２送受波の位置を確認することが可能である。
【００１９】
二次元エコーデータ取込空間は、超音波ビームを電子走査することにより形成され、あるいは振動子を機械走査することにより形成される。三次元エコーデータ取込空間は、電子走査されるアレイ振動子ユニットを機械走査することや２Ｄアレイ振動子を利用することにより形成可能である。
【００２０】
望ましくは、前記骨評価手段は、前記第２送受波における超音波の送波から受波までの送受波期間を計測する手段と、前記送受波期間に基づいて、前記骨評価値として、骨の皮質骨中における超音波の音速又はそれに基づく値を演算する手段と、を含む。
【００２１】
上記構成によれば、超音波パルスの送波タイミングからの受波タイミングまでの時間と、送受波間距離あるいは骨中の伝搬距離と、に基づいて音速が演算される。超音波パルスの受波タイミングを包含するゲート期間を設定すれば、不要な超音波の漏れ込みを排除することができる。
【００２２】
望ましくは、前記第１送受波及び前記第２送受波が所定パターンに従って時分割で実行される。この構成によれば、例えば、第１送受波と第２送受波とを交互に行って、超音波画像を形成しながら骨評価も行える。
【００２３】
望ましくは、前記第１送受波及び前記第２送受波が同時に実行され、前記第１送受波による第１受信信号及び前記第２送受波による第２受信信号を弁別する手段が設けられる。第１受信信号と第２受信信号とを弁別するためには、送受信に２周波数を利用するのが望ましい。その場合、バンドパスフィルタなどを利用して各受信信号が弁別される。
【００２４】
望ましくは、前記超音波探触子は、前記第２送受波の開始を指示するスイッチを含む。この構成によれば、例えば、超音波画像を観察して骨評価部位を確認した後、直ちに骨評価を行える。また、操作性を向上できる。
【００２５】
（２）また、後述する実施形態に係る装置は、骨を含む生体組織に当接され、複数の振動素子からなるアレイ振動子を含み、超音波の送受波を行う超音波探触子と、前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を選択的に又は同時に実行させる送受波制御手段と、前記第１送受波により取得された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記第２送受波制御により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、を含み、前記第１送受波では前記アレイ振動子上で超音波ビームが電子走査され、前記第２送受波では前記アレイ振動子上に相互に離間した骨評価用の送信部分及び受信部分が設定され、それらの間で骨を経由させて超音波の送受波が行われる。
【００２６】
アレイ振動子を超音波診断と骨評価で兼用でき、よって既存の超音波探触子及び送受信回路をそのまま利用することもできる。
【００２７】
望ましくは、前記骨評価用の送信部分は前記アレイ振動子の一方端部に設定された送波用振動素子グループで構成され、前記骨評価用の受信部分は前記アレイ振動子の他方端部に設定された受波用振動素子グループで構成される。各グループはそれぞれ送信開口及び受信開口を構成するものであり、送信開口を利用して送波用の超音波ビームが形成され、受波開口を利用して受波用の超音波ビームが形成される。計測条件に応じて、開口の位置や大きさを調整できるように構成してもよい。
【００２８】
望ましくは、前記送波用振動素子グループを用いて前記他方端部側に傾斜した送波用の超音波ビームが形成され、前記受波相振動素子グループを用いて前記一方端部側に傾斜した受波用の超音波ビームが形成される。
【００２９】
（３）また、後述する実施形態に係る装置は、骨を含む生体組織に当接され、超音波画像形成用の複数の振動素子からなるアレイ振動子と、骨評価用の送波素子及び受波素子とを含み、超音波の送受波を行う超音波探触子と、前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、超音波画像形成時には前記アレイ振動子に超音波の送受波を行わせ、骨評価時には前記送波素子及び受波素子間で超音波の送受波を行わせる送受波制御手段と、前記アレイ振動子から出力された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記受波素子から出力された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、を含む。
【００３０】
上記構成によれば、超音波診断用のアレイ振動子とは別に、骨評価用の送波素子及び受波素子が設けられているため、それぞれの計測を専用の素子を利用して精度良く行える。
【００３１】
望ましくは、前記送波素子及び前記受波素子は、互いに斜めに対向する向きで設けられる。望ましくは、前記送波素子及び前記受波素子は前記アレイ振動子を挟んでその両側に設けられる。望ましくは、前記アレイ振動子には少なくとも１つの欠落部が形成され、前記欠落部には前記送波素子及び前記受波素子の少なくとも一方が配置される。
【００３２】
（４）また、後述する実施形態に係る装置は、生体組織内の骨の縦断面に相当する第１断層画像を形成するための第１送受波を実行する縦型アレイ振動子と、前記骨の横断面に相当する第２断層画像を形成するための第２送受波を実行する横型アレイ振動子と、を含む超音波探触子と、前記第１送受波より取得された第１受信信号に基づいて、前記骨の縦断面に相当する第１断層画像を形成する第１画像形成手段と、前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、前記骨の横断面に相当する第２断層画像を形成する第２画像形成手段と、前記第１断層画像及び前記第２断層画像を表示する表示手段と、を含む。
【００３３】
上記構成によれば、第１断層画像及び第２断層画像の観察により、超音波探触子の当接位置や当接姿勢を調整でき、より正確に計測位置の位置決めを行える。よって、例えば、そのような高精度の位置決めの下、骨評価計測を行えば、骨評価精度を極めて向上することができる。
【００３４】
望ましくは、前記縦型アレイ振動子を利用して骨中の超音波の音速を計測するための第３送受波が実行され、前記第３送受波により取得された第３受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段が設けられる。
【００３５】
上記構成において、縦型アレイ振動子は骨の伸長方向に沿って設けられるものであり、当該方向に沿って皮質骨の音速が計測される。
【００３６】
（５）また、後述する実施形態に係る装置は、骨を含む生体組織に当接され、超音波の送受波を行う超音波探触子と、前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を選択的に又は同時に実行させる送受波制御手段と、前記第１送受波により取得された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、前記超音波画像及び前記骨評価値を表示する表示器と、を含み、前記超音波画像上に骨評価のための基準位置を表すマーカーを合成表示する手段が設けられる。
【００３７】
上記構成によれば、超音波画像上のマーカーを目安として、計測部位の位置決めを行えるので、良好な再現性を得ることができる。
【００３８】
（６）また、後述する実施形態に係る装置は、骨を含む生体組織に当接され、超音波の送受波を行う超音波探触子と、前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を選択的に又は同時に実行させる送受波制御手段と、前記第１送受波により取得された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、前記超音波画像及び前記骨評価値を表示する表示器と、を含み、前記超音波画像上で骨の計測範囲を設定する手段が設けられ、前記設定された骨の計測範囲に従って前記第２送受波が制御され、あるいは、前記骨評価値の演算が遂行される。
【００３９】
上記構成によれば、ユーザー設定されるあるいは自動設定される計測範囲に応じて、例えば、超音波の送受波条件が適合化され、あるいは、受信信号の処理条件が適合化される。
【００４０】
（７）また、後述する実施形態に係る装置は、骨を含む生体組織に当接され、三次元領域に対する超音波の送受波を行う超音波探触子と、前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を選択的に又は同時に実行させる送受波制御手段と、前記第１送受波により取得された第１受信信号に基づいて、前記三次元領域内の生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、前記超音波画像上で骨の二次元計測範囲を設定するための手段と、を含み、前記設定された二次元計測範囲に従って前記第２送受波が制御され、あるいは、前記骨評価値の演算が遂行される。
【００４１】
上記構成によれば、三次元領域内の組織が超音波画像として表現されるため、その超音波画像を利用して、二次元計測範囲の設定を行うことができ、例えば、骨評価値の分布表示などを実現することができる。
【００４２】
望ましくは、前記超音波探触子を生体組織に固定するための固定機構を含む。望ましくは、前記骨評価手段は前記二次元計測範囲内の各計測ラインごとに骨評価値を演算し、前記各計測ラインごとの骨評価値をグラフ表示する手段が設けられる。
【００４３】
（８）また、後述する実施形態に係る装置は、骨を含む生体組織に当接され、超音波の送受波を行う超音波探触子と、前記超音波探触子における超音波の送受波を制御する手段であって、画像形成用の第１送受波及び骨評価用の第２送受波を選択的に又は同時に実行させる送受波制御手段と、前記第１送受波により取得された第１受信信号に基づいて、前記生体組織を表す超音波画像を形成する画像形成手段と、前記第２送受波により取得された第２受信信号に基づいて、骨評価値を演算する骨評価手段と、前記超音波画像に含まれる骨領域を抽出する手段と、前記骨領域に基づいて骨評価値の計測範囲を設定する手段と、を含む。
【００４４】
上記構成によれば、骨領域を自動認識して計測部位を決定できるので、操作の煩雑さを軽減し、また良好な再現性を得ることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４６】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す概念図である。
【００４７】
図１に示す超音波診断装置は、超音波診断機能と骨評価機能とを有している。この超音波診断装置は、大別して、装置本体１０と超音波探触子としてのプローブ１２とで構成される。
【００４８】
プローブ１２は、本実施形態においていわゆるリニアプローブであり、その内部には、複数の振動素子からなるアレイ振動子２２が設けられている。アレイ振動子２２の被検者側には、１又は複数の音響整合層２４と音響レンズ２６とが設けられている。音響レンズ２６の被検者側の面は送受波面を構成している。一方、アレイ振動子２２の背面側には不要超音波を吸収するバッキング層２８が設けられている。このようなプローブ１２の構造は従来のプローブと同様である。
【００４９】
生体組織１４は例えば人体の腕部分であり、その生体組織１４の内部には骨１６が存在している。例えばこの骨１６は、腕の橈骨あるいは尺骨である。その骨１６は、一般に、外側の皮質骨２０とその内部に存在する海綿骨１８とで構成される。超音波画像を表示する場合には、アレイ振動子２２に対する電子リニアスキャンが実行され、これにより超音波ビーム３０がアレイ振動子２２のアレイ方向に沿って平行移動する。これによって二次元の矩形の走査面が形成され、その走査面に対応したＢモード画像が形成される。一方、そのようなＢモード画像を観察しながらプローブ１２の位置決めを行って、超音波ビーム３０が骨１６の中心軸を横切るような適当な計測状態が構築されたならば、その状態で、アレイ振動子２２の一方端部分２２Ｆと他方端部分２２Ｒとが利用され、それらの間で超音波パルスの送受波が行われる。具体的には、一方端部分２２Ｆを構成する１又は複数の振動素子から超音波パルスが放射され、それが骨１６内の特に皮質骨２０内を伝搬し、その皮質骨２０から放出された超音波３２が他方端部分２２Ｒを構成する１又は複数の振動素子にて受波される。このような超音波の送受波に係る時間をタイマー計測することによって既知の伝搬距離から皮質骨２０内における超音波の音速を容易に演算することができる。そして、その音速が骨評価値となる。
【００５０】
ちなみに、一方端部分２２Ｆ及び他方端部分２２Ｒが複数の振動素子にて構成される場合には、いわゆる電子フォーカス技術が適用され、これにより送信ビーム及び受信ビームが電子的に形成される。これに関しては後に図３を用いて説明する。なお、図２には、図１に示したプローブ１２の斜視図が示されている。この図２に示すプローブ１２は、送受波面５４が湾曲して体表面に沿って緩やかな凹面型をなしている。その曲率はアレイ方向に沿って均一である。
【００５１】
図１において、送信部３４は、アレイ振動子２２を構成する各振動素子に対して送信信号を供給する回路である。各振動素子に供給する送信信号の位相あるいはタイミングを調整することにより、送信ビームを形成することができ、また送信ビームの方位を自在に設定することができる。受信部３６は複数の振動素子から出力される受信信号に対して整相加算を実行し、これにより受信ビームを電子的に形成する回路である。整相加算により合成された受信信号は本実施形態において骨評価部４０及び断層像処理部４４に出力されている。
【００５２】
本実施形態において、送信部３４及び受信部３６の両者が超音波診断と骨評価の双方で兼用されており、これによって装置コストを極めて低減することができる。もちろん、超音波診断用の第１送受波における超音波の周波数や音響的なパワーと、骨評価のための第２送受波における周波数や音響パワーとを互いに異ならせることも可能である。またバーストパルスを構成する波数などを各計測条件に応じて適宜設定することもできる。
【００５３】
制御部３８は、装置本体１０の全体的な動作を制御しており、特に送信部３４、受信部３６、骨評価部４０及び断層像処理部４４の制御を行っている。骨評価部４０は、音速演算部４２を有しており、この音速演算部４２は骨評価を実行する場合における送波タイミングから受波タイミングまでの期間を計測し、その期間で既知の伝搬距離を除することにより、皮質骨中の音速を演算している。ここで、その伝搬距離は一方端部分２４Ｆから他方端部分２２Ｒまでの距離であってもよいが、皮質骨への入射点及び皮質骨からの出射点の想定間隔を利用するようにしてもよい。この場合においては、送波ビーム及び受波ビームの傾斜角度や体表面から皮質骨までの深さなどが考慮される。そのようなパラメータは必要に応じてユーザー設定させるようにしてもよいし、計測部位を入力することにより、計測部位から自動的にそのようなパラメータを読み取るようにしてもよい。
【００５４】
いずれにしても、本実施形態においては骨評価値として音速が演算されており、その音速の大きさに応じて骨の健全性を評価することが可能となる。ちなみに、骨評価値としては、これ以外にも超音波の減衰度合いや周波数スペクトラムの変化などを利用することもできる。さらに各種の計測値を組み合わせることによって骨評価値を演算してもよい。
【００５５】
断層像処理部４４は、受信信号に基づいてＢモード画像を形成する回路である。表示処理部４６は、表示器４８に表示される画像を合成する機能を有しており、本実施形態においては、断層画像と骨評価値とを含む画像が合成され、その画像データが表示器４８に出力されている。その表示例については後に図４を用いて説明する。
【００５６】
制御部３８には入力操作パネル５０が接続されており、その入力操作パネル５０を利用して各種のパラメータ設定や動作条件の設定を行うことができる。スイッチ５２はフットスイッチあるいはプローブ１２に設けられるスイッチであり、そのようなスイッチを利用して例えば計測モードの切換えを行うことができる。特に、本実施形態においては、このスイッチ５２を操作することにより骨評価計測を開始させることができる。
【００５７】
図３には、骨評価時における送波ビーム及び受波ビームの形成原理が示されている。一方端部分２２Ｆは複数の振動素子で構成され、その部分がいわゆる送信開口を形成している。それを構成する各振動素子に対して所定の遅延時間をもった送信信号を供給することにより、超音波の位相が合成されて送波ビームが形成される。これと同様に、他方端部分２２Ｒも複数の振動素子により構成され、それが受信開口として機能する。各振動素子から出力される受信信号に対して所定の遅延時間を設定し、さらにそれらを合成することにより仮想的に受信ビームが形成される。その送波ビーム及び受波ビームは骨１６の中心軸に対して一定角度だけ傾斜して設定されており、すなわち骨への超音波の入射がより円滑になるように送波ビームが傾けて設定され、また骨１６からの超音波の成分をより効果的に受波できるように受波ビームが傾けて設定されている。骨１６上における超音波の入射点及び出射点は必要に応じて可変設定することもできる。
【００５８】
図４には、図１に示した表示器４８の表示例が示されている。図４に示す例では、Ｂモード画像としての断層像５６が表示されており、ここにおいて符号６０は軟組織の画像部分を表し、符号６２は骨あるいはそれより深部側の部分を表している。骨と軟組織との間における大きな音響インピーダンスの差により、断層像５６上においては骨表面ライン６２Ａが高輝度に表現される。断層像５６の近傍には音速の表示５８がなされ、その音速の表示５８により骨評価を行うことができる。
【００５９】
したがって、例えば、図５に示すように、骨１６に対する走査面Ｓの位置をプローブ１２の当接位置や当接姿勢を適宜調整することにより可変し、その場合において図４に示す断層像５６における骨表面ライン６２Ａの高さすなわち体表面から骨表面ライン６２Ａまでの距離Ｄを観察することにより、そのＤが最も小さくなった状態として、走査面Ｓが骨１６の縦断面に相当することを認識することができる。その状態で骨評価を行えば、骨評価精度を向上可能である。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置によれば、超音波診断によって断層像を画面表示し、その断層像を観察して骨評価部位を適切に位置決めできるため、骨評価の精度を向上できると共に計測の再現性を向上できるという利点がある。さらに、単一の装置上において超音波診断と骨評価とを行えるため、装置のコストを低減できると共に、計測時間も削減することができる。
【００６１】
図６には、図１に示した実施形態の動作がフローチャートとして示されている。Ｓ１０１では、プローブ１２において超音波ビームの走査が実行され、それに伴って表示器４８上に断層像が表示される。その状態においてプローブの当接位置や当接姿勢が調整され、所望の計測状態が構築されたならば、例えばスイッチ５２を操作することにより、処理がＳ１０２からＳ１０３へ以降し、超音波ビーム３０のスキャンが停止されると共に、断層像がフリーズされる。すなわち図４に示した断層像５６の状態がそのまま固定される。
【００６２】
Ｓ１０４では、上述した骨評価用の送受波が実行され、Ｓ１０５では骨評価部４０により評価値としての音速が演算される。そして、それが表示画面上に表示されることになる。Ｓ１０６では以上の各動作を繰り返し実行するか否かが判断されている。
【００６３】
図６に示す動作例では超音波診断の後に骨評価用の計測が実行されていたが、それらを交互に行うこともでき、また２周波数などを利用することによってそれらを同時に実現することも可能である。例えばいわゆる時分割処理を利用して２つの計測を交互に行う場合には、図７に示すように、まず断層像を形成するための超音波ビーム＃１が形成され、その次に骨評価用の送受波＃２が実行され、次に断層像用の超音波ビーム＃３が形成され、さらに骨評価用の送受波＃４が実行され、というように各送受波が交互に実行され、これが繰り返される。このような送受波制御によれば、リアルタイムで超音波画像を観察しながら骨評価を行うことができるという利点がある。もちろん、図７に示す送受波制御は一例であって、例えば超音波ビームを１スキャンした後に骨評価計測を１回実行し、それをワンセットとして繰り返すようにしてもよい。あるいは、他のパターンでそれらの送受波を切り換えるようにしてもよい。また、２周波数を利用する場合には、受信部に弁別回路が設けられる。
【００６４】
図８には、他の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。図９には、当該超音波診断装置に設けられるプローブ６６の模式的な外観が斜視図として示されている。
【００６５】
図８において、この超音波診断装置は装置本体６４とプローブ６６とで構成される。プローブ６６は、第１アレイ振動子６８及び第２アレイ振動子７０を有している。第１アレイ振動子６８は骨の縦断面を計測するためのものであり、第２アレイ振動子７０は骨の横断面を計測するためのものである。またプローブ６６には骨評価計測の開始を指示するためのスイッチ７２が設けられている。
【００６６】
図９を参照しながら、さらにプローブ６６について説明すると、プローブ６６は、骨１６の伸長方向に沿って設けられた縦長部分７４とそれに交差する横長部分７６とで構成されており、縦長部分７４には図８に示した第１アレイ振動子６８が設けられ、横長部分７６には図８に示した第２アレイ振動子７０が設けられる。また、スイッチ７２が縦長部分７４の先端部近傍に設けられ、縦長部分７４の基端部からケーブルが引き出されている。ちなみに、図１０にはプローブ６６の送受波面から見た構造が示されており、縦長部分７４と横長部分７６は十字型をなしており、これに伴って、第１アレイ振動子６８と第２アレイ振動子７０も十字にクロスしている。そのクロスポイントにおいては本実施形態では第１アレイ振動子６８の中央部分が切り欠かれ、その部分を第２アレイ振動子７０が貫通しているが、このクロス部分の処理については他の構成を採用することもできる。
【００６７】
図８に戻って、装置本体６４には第１送信部７８及び第２送信部８０が設けられている。第１送信部７８は第１アレイ振動子６８に対して送信信号を供給する回路であり、第２送信部８０は第２アレイ振動子７０に対して送信信号を供給する回路である。また、装置本体６４には第１受信部８２及び第２受信部８４が設けられており、第１受信部８２には第１アレイ振動子６８からの受信信号が入力され、第２受信部８４には第２アレイ振動子７０からの受信信号が入力されている。制御部３８は、装置本体６４内の各回路の動作を制御するものである。
【００６８】
この実施形態においては、第１受信部８２の後段に第１断層像処理部８８が接続され、第２受信部８４の後段に第２断層像処理部９０が接続されている。それぞれの断層像処理部８８，９０によりＢモード断層画像が形成され、それらの断層画像の画像データは表示処理部４６を介して表示器４８に出力されている。
【００６９】
一方、第１受信部８２の後段には骨評価部も接続されている。この骨評価部４０は図１に示した骨評価部４０と同じものである。図１１には、表示器４８に表示される画像の一例が示されており、この実施形態においては第１アレイ振動子６８に対応した第１断層像１００と第２アレイ振動子７０に対応して第２断層像１０２とが並列的に表示されている。すなわち、第１断層像１００は骨の縦断面に相当するものであり、第２断層像１０２は骨の横断面に相当するものである。更にそれらの断層像１００，１０２と共に骨評価値を表す表示１０３も含まれている。
【００７０】
上記の実施形態によれば、縦断面及び横断面の観察により、骨の評価部位の位置決めをより的確に行うことができるという利点がある。
【００７１】
図１２には、更に他の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。
【００７２】
図１２に示す超音波診断装置は、装置本体１０４とプローブ１０６とで構成されるものである。ここで、プローブ１０６の構成例が図１３及び図１４に示されている。
【００７３】
このプローブ１０６はアレイ振動子２２と、送波素子１０８及び受波素子１１０とを含むものである。アレイ振動子２２は超音波画像を形成するためにのみ利用されるものであり、送波素子１０８及び受波素子１１０は骨評価値の計測を行う場合にのみ利用されるものである。
【００７４】
具体的には、図１３に示すように、アレイ振動子２２の長手方向の両端側に送波素子１０８及び受波素子１１０が斜め向きで配置されている。このようにそれぞれ専用の送受波手段を設ければ、それぞれの計測をより的確に行えるという利点がある。ここで、送波素子１０８及び受波素子１１０はアレイ振動子２２を構成する各振動素子よりも大きな単振動子で構成されるものであり、このような振動子によれば、送波パワーの増大及び受信感度の向上を図ることができる。
【００７５】
図１４に示す構成例では、アレイ振動子１１６の一部分に切欠部１１６Ａが形成されており、その切欠部１１６Ａ内に送波素子１０８が設けられている。受波素子１１０については図１３に示した構成と同じである。
【００７６】
図１２に戻って、装置本体１０４においては、骨評価用送信部１１２が送波素子１０８に対して送信信号を供給しており、また受波素子１１０からの受信信号が骨評価用受信部１１４に入力されている。アレイ振動子２２には断層像用送信部３４及び断層像用受信部３６が接続されている。
【００７７】
断層像用受信部３６から出力される受信信号は断層像処理部４４に入力され、その断層像処理部４４により上述同様にＢモード画像が形成される。一方、骨評価用受信部１１４から出力される受信信号は骨評価部４０に入力され、上述同様に骨評価値としての音速が演算される。それ以外の構成については図１に示したものと基本的に同様である。
【００７８】
次に、図１４に示すようにプローブを当接した時の表示例を図１５に示す。この実施形態においては、表示処理部４６の作用により、断層像１２３内にガイドライン１２０Ａが表示される。このガイドライン１２０Ａは図１４に示すように、アレイ振動子１１６における特定の位置１２０を表すものである。すなわち、骨表面ライン１２６上において、特定の関節部などを表す特有形状１２６Ａにガイドライン１２０Ａが合うようにプローブの位置決めを行えば、常に一定の計測部位に対して骨評価を行えるという利点がある。具体的には、図１４において、アレイ振動子１１６における特定位置１２０が常に関節部１２２の所望の位置に位置決めされ、その結果、その関節部１２２を基準として送波素子１０８及び受波素子１１０による骨評価範囲を常に一定にすることが可能となる。これに測定の再現性を極めて良好にできるという利点がある。また、この表示例にあっても、骨評価値としての音速の表示１２４がなされている。もちろん、ガイドライン１２０Ａに代えて他のマーカーを表示させることもでき、また上記実施形態では特有の形態をもった関節部を目安としたが、他の部位を位置決め用の対象とするようにしてもよい。
【００７９】
図１６には更に他の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。
【００８０】
この超音波診断装置は、装置本体１３０と３Ｄプローブ１３２とで構成される。３Ｄプローブ１３２はいわゆる三次元エコーデータ取込用超音波探触子であり、アレイ振動子１３６を有する振動子ユニット１３４と、その振動子ユニット１３４を機械的に運動させる機械走査機構１３８とを含むものである。機械走査機構１３８は、駆動源としてのモータ１４０と、そのモータ１４０による駆動力を振動子ユニット１３４の機械走査運動に転換する機構１４２と、モータ１４０の回転角度を検出するエンコーダ１４３と、で構成される。
【００８１】
すなわち、アレイ振動子１３６上における超音波ビームの電子走査により走査面が形成され、その走査面をそれと直交する方向に機械的に運動させることにより後述する三次元エコーデータ取込空間を形成することができる。よって、その空間内存在にする組織の投影像や立体的な三次元画像を形成することができる。
【００８２】
装置本体１３０において、走査制御部１４４は、機械走査機構１３８による機械走査を制御する手段である。その走査制御部１４４は、装置全体の制御を司る主制御部１４６によって制御されている。
【００８３】
アレイ振動子１３６には送信部３４及び受信部３６が接続されている。受信部３６には骨評価部４０が接続され、また画像処理部１４７が接続されている。骨評価部４０は骨評価値としての音速を演算する機能を有している。画像処理部１４７は例えば特開平１０−３３５３８号公報に記載された画像処理手法などによって三次元エコーデータ取込空間内の組織の三次元投影像を形成する手段である。もちろん、他の投影像や積算画像を形成するものであってもよい。上記のように形成された画像は表示処理部４６を介して表示器５８に表示される。
【００８４】
図１７には３Ｄプローブ１３２の模式的な外観図が斜視図として示されている。この実施形態においては、グリップ１５２が形成された台座１４８上に被検組織としての腕が載せられ、固定機構１５０によって腕１４９の上に３Ｄプローブ１３２が固定される。ここで、固定機構１５０は２つの支柱１５４及びそれらの間に設けられた支持板１５６とを含み、その支持板１５６に３Ｄプローブ１３２が固定されている。
【００８５】
この図１７に示すような状態において、３Ｄプローブ１３２内において、図示されていないアレイ振動子において電子走査が繰り返し実行されつつ、それを備えた振動子ユニット１３４が機械的に走査される。
【００８６】
その結果、図１８に示すような三次元エコーデータ取込空間Ｖが形成される。この空間Ｖは超音波ビーム３０の電子走査によって形成されるＳをさらにそれに直交する方向に運動させた空間として観念されるものである。このような場合において、走査面Ｓ内において骨評価用の計測が実行され、すなわちアレイ振動子１３６の一方端部及び他方端部を利用して超音波パルスの送受波３２が行われる。したがって、骨の複数の部位において音速が演算されることになる。
【００８７】
ちなみに、図１８において、符号１５８は三次元エコーデータ取込空間Ｖの投影面を表しており、符号１６０は投影像を示している。
【００８８】
図１９には、図１６に示した表示器５８における表示例が示されている。符号１６０は図１８に示した投影像に相当しており、この例では腕の橈骨１９０及び尺骨１９２を３Ｄプローブ１３２から透視した状態が表現されている。
【００８９】
本実施形態においては、図１６に示す入力操作パネル５０を利用して、計測を行う範囲を設定可能である。具体的には、例えばライン１９４の設定により、一次元の計測範囲を設定した場合には、当該ライン上における走査面上において骨評価のための送受波が実行され、その結果が表示されることになる。一方、符号１９６で示すように、二次元の計測範囲を設定したならば、その計測範囲上において複数の音速が計測され、それが例えば符号１８０で示すように分布表示されることになる。この例ではＡ〜Ａ’までの一定幅における音速の分布がグラフとして表示されている。よってこのようなグラフを利用して骨のより詳細な分析を行うことが可能となる。
【００９０】
さらに、本実施形態においては、そのような二次元計測範囲内における最大音速１８２、最小音速１８４及び平均音速１８６が演算され、それらが数値として表示されており、かかる数値情報によっても骨の総合診断を行うことが可能となる。
【００９１】
さらに、投影像１６０において、骨１９０，１９２の輪郭をエッジ検出などの手法を利用して抽出し、それにより抽出された画像を二値化処理し、その二値化画像上において自動的に音速の計測範囲を設定させることも可能である。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波診断機能と骨評価機能とを併せ持つ複合装置を実現できる。また、本発明によれば、特に骨評価精度を向上できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】  プローブの斜視図である。
【図３】  送信ビーム及び受信ビームを示す説明図である。
【図４】  表示例を示す図である。
【図５】  当接位置及び当接姿勢の調整を説明するための図である。
【図６】  図１に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】  時分割による送受波制御を説明するための図である。
【図８】  他の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図９】  図８に示す超音波診断装置のプローブの斜視図である。
【図１０】  図９に示すプローブにおける２つアレイ振動子の配置関係を示す図である。
【図１１】  図８に示す超音波診断装置における表示例を示す図である。
【図１２】  他の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す図である。
【図１３】  図１２に示す超音波診断装置におけるプローブの模式的な断面図である。
【図１４】  図１２に示す超音波診断装置のプローブの他の構成例を示す模式的な断面図である。
【図１５】  ガイドラインを含む断層像を説明するための図である。
【図１６】  他の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１７】  ３Ｄプローブの固定方法を説明するための図である。
【図１８】  三次元エコーデータ取込空間の概念を示す図である。
【図１９】  図１６に示す超音波診断装置における表示例を示す図である。
【符号の説明】
１０  装置本体、１２  プローブ、１４  生体組織、１６  骨、２２  アレイ振動子、３４  送信部、３６  受信部、４０  骨評価部、４２  音速演算部、４４  断層像処理部、４８  表示器。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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