(57)【要約】【課題】病変に対して解像度が高い３次元超音波映像を提供する。【解決手段】本発明のシステムは、第１部位を除去する第１超音波信号を生成して第１部位に送信集束させ、第１部位の３次元超音波映像を形成する第２超音波信号を生成して第１部位に送信集束させ、第１部位から反射された超音波エコー信号を受信し、第１，第２超音波信号が第１部位に送信される時に通過する第２部位の映像を形成する映像信号を得る結合ヘッド手段と、結合ヘッド手段に高周波電源を印加する手段と、超音波エコー信号に基づいて第１部位に対する３次元超音波映像を形成し、映像信号に基づいて第２部位の映像を形成する手段と、第１超音波信号が第１部位に集束されるように結合ヘッド手段を制御する制御信号を生成する手段と、制御信号に基づいて結合ヘッド手段を駆動させる手段と、第１部位に対する３次元超音波映像と第２部位に対する映像をディスプレイする手段とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部位を除去するための第１超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させ、前記第１部位の３次元超音波映像を形成するための第２超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させ、前記第１部位から反射された超音波エコー信号を受信し、前記第１及び第２超音波信号が前記第１部位に送信される時に通過する第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための結合ヘッド手段と、
前記結合ヘッド手段に高周波電源を印加するための高周波電源供給手段と、
前記超音波エコー信号に基づいて前記第１部位に対する３次元超音波映像を形成し、前記映像信号に基づいて前記第２部位に対する映像を形成するための映像処理手段と、
前記第１超音波信号が前記第１部位に集束されるように、前記結合ヘッド手段を制御するための制御信号を生成するための駆動制御手段と、
前記制御信号に基づいて前記結合ヘッド手段を駆動させるための駆動手段と、
前記第１部位に対する前記３次元超音波映像と前記第２部位に対する前記映像をディスプレイするためのディスプレイ手段と
を備えることを特徴とする高強度焦点超音波システム。
【請求項２】
前記結合ヘッド手段は、
前記高周波電源供給手段から印加される高周波電源に基づいて前記第１超音波信号を生成し、前記第１超音波信号を前記第１部位に送信集束させるための第１トランスデューサと、
前記第２超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させ、前記第１部位から反射される前記超音波エコー信号を受信するためのプローブと、
前記第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための撮像部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項３】
前記プローブは３次元プローブであることを特徴とする請求項２に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項４】
前記プローブは、多数の素子を有するトランスデューサを備える２Ｄアレイプローブであることを特徴とする請求項２に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項５】
前記撮像部により撮像される前記第２部位に光を提供するための光源をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項６】
前記光源は、高輝度ＬＥＤであることを特徴とする請求項５に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項７】
前記結合ヘッド手段は、
前記第１及び第２超音波信号を生成し、前記第１超音波信号と前記第２超音波信号を交互に前記第１部位に送信集束させるための第２トランスデューサと、
前記第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための撮像部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項８】
前記第２トランスデューサは、コンケーブ形態で配列された多数の素子を備えることを特徴とする請求項７に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項９】
前記撮像部により撮像される前記第２部位に光を提供するための光源をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項１０】
前記光源は高輝度ＬＥＤであることを特徴とする請求項９に記載の高強度焦点超音波システム。
【請求項１１】
高強度焦点超音波システム用結合ヘッドにおいて、
第１部位を除去するための第１超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させるための第３トランスデューサと、
前記第１部位の３次元超音波映像を形成するための第２超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させ、前記第１部位から反射された超音波エコー信号を受信するためのプローブと、
前記第１及び第２超音波信号が前記第１部位に送信される時に通過する第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための撮像手段と
を備えることを特徴とする高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１２】
前記プローブは、３次元プローブであることを特徴とする請求項１１に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１３】
前記プローブは、多数の素子を有するトランスデューサを備える２Ｄアレイプローブであることを特徴とする請求項１１に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１４】
前記撮像手段により撮像される前記第２部位に光を提供するための光源をさらに備えることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１５】
前記光源は、高輝度ＬＥＤであることを特徴とする請求項１４に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１６】
高強度焦点超音波システム用結合ヘッドにおいて、
第１部位を除去するための第１超音波信号と、前記第１部位に対する３次元超音波映像を形成するための第２超音波信号を生成し、前記第１超音波信号と前記第２超音波信号を交互に前記第１部位に送信集束させるための第４トランスデューサと、
前記第１及び第２超音波信号が前記第１部位に送信される時に通過する第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための撮像手段と
を備えることを特徴とする高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１７】
前記第４トランスデューサは、コンケーブ形態で配列された多数の素子を備えることを特徴とする請求項１６に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１８】
前記第４トランスデューサに含まれた前記多数の素子は、第１サイズの素子と第１サイズよりも小さな第２サイズの素子とで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項１９】
前記撮像手段により撮像される前記第２部位に光を提供するための光源をさらに備えることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【請求項２０】
前記光源は、高輝度ＬＥＤであることを特徴とする請求項１９に記載の高強度焦点超音波システム用結合ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断システム及び超音波診断システム用結合ヘッドに関し、特に高強度焦点超音波システム及び高強度焦点超音波システム用結合ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、重要な診断装置の一つとして広く用いられている。特に、超音波診断装置は、対象体に対して無侵襲及び非破壊特性を有するため、医療分野で広く用いられている。近年、高性能超音波診断システム及び技術は、対象体の内部形状の２次元または３次元診断映像を生成するのに用いられている。超音波診断装置は超音波信号を送信及び受信するために広帯域の変換素子を一般に用いる。超音波診断装置は、音響変換素子や音響変換素子アレイを電気的に刺激し、対象体に伝達される超音波信号を生成して内部組織の映像を形成する。超音波信号が伝搬される方向に不連続的な内部組織から超音波信号が反射されて超音波エコー信号が生成される。多様な超音波エコー信号は変換素子に伝達され、電気的信号に変換される。変換された電気的信号を増幅及び信号処理し、内部組織の映像のための超音波映像データを生成する。
【０００３】
特に、高強度焦点超音波（high intensity focused ultrasound）システムは、医療学分野と臨床分野に適用されており、治療効果においても非常に効果的である。高強度焦点超音波システムは、人体内の病変（例えば、悪性腫瘍）を除去するために高強度超音波を用いている。即ち、従来の高強度焦点超音波システムは、人体内の病変に対する２次元超音波映像をディスプレイし、病変に焦点が形成された高強度超音波を照射することによって、病変を除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の高強度焦点超音波システムは次のような問題があった。第１に、従来の高強度焦点超音波システムを用いて病変除去のための施術計画を立てる場合、病変の治療範囲及び領域を病変を含むスライス個数とスライス間の長さで定義する。各スライスの２次元超音波映像を通じて施術時の病変の状態を確認及び評価している。このように、従来の高強度焦点超音波システムにおいて病変を除去するために用いられる高強度焦点超音波は、所定の幅をもって３次元的に発生するので、施術中に高強度焦点超音波は現在施術するスライスだけでなく、隣接した他のスライスの組織にも影響を及ぼす。従って、現在施術するスライスだけでなく、これと隣接したスライスの状態を確認する必要性がある。しかし、従来の高強度焦点超音波システムでは、他のスライスの超音波映像を得るために高強度焦点超音波システムの結合治療ヘッド全体を移動しなければならないため、現在施術するスライス以外の他のスライスを確認することが不可能であった。従って、施術時に全般的な組織状態をリアルタイムで正確に確認して評価することが難しいという問題があった。
【０００５】
第２に、従来の高強度焦点超音波システムは病変に超音波信号を送信し、病変から反射された超音波エコー信号を受信するために位相配列プローブ（phased array probe）を用いている。そのような位相配列プローブはセクタプローブであるため、人体内部の深い所に病変が存在する場合、解像度が低い２次元超音波映像を提供するようになるという問題があった。
【０００６】
第３に、従来の高強度焦点超音波システムは、皮膚損傷を引き起こし得る。例えば、図１ａに示した通り、病変１５が大きければ、高強度焦点超音波システムの結合ヘッド部３から発射される高強度超音波の焦点１６を変更するためには、結合ヘッド部３を移動させなければならない。この場合、音長が重なるため、皮膚１１を損傷（即ち、火傷１７）させ得る。それだけでなく、図１ｂに示した通り、病変１５が皮膚１１に近接して位置した場合にも皮膚１１を損傷させ得る。しかし、一般に従来の高強度焦点超音波システムは皮膚に接するプローブの下部に装着されるので、皮膚の損傷程度をリアルタイムで確認できないという問題があった。
【０００７】
本発明は前述した問題を解決するためのものであり、３次元プローブまたは２Ｄアレイプローブを用いて病変に対して解像度が高い３次元超音波映像を提供し、病変の上部に位置する皮膚表面に対する映像をリアルタイムで提供する高強度焦点超音波システム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】
前述した目的を達成するために、本発明による高強度超音波診断システムは、第１部位を除去するための第１超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させ、前記第１部位の３次元超音波映像を形成するための第２超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させ、前記第１部位から反射された超音波エコー信号を受信し、前記第１及び第２超音波信号が前記第１部位に送信される時に通過する第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための結合ヘッド手段と、前記結合ヘッド手段に高周波電源を印加するための高周波電源供給手段と、前記超音波エコー信号に基づいて前記第１部位に対する３次元超音波映像を形成し、前記映像信号に基づいて前記第２部位に対する映像を形成するための映像処理手段と、前記第１超音波信号が前記第１部位に集束されるように、前記結合ヘッド手段を制御するための制御信号を生成するための駆動制御手段と、前記制御信号に基づいて前記結合ヘッド手段を駆動させるための駆動手段と、前記第１部位に対する前記３次元超音波映像と前記第２部位に対する前記映像をディスプレイするためのディスプレイ手段とを備える。
【０００９】
また、本発明による高強度焦点超音波システム用結合ヘッドは、第１部位を除去するための第１超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させるための第３トランスデューサと、前記第１部位の３次元超音波映像を形成するための第２超音波信号を生成して前記第１部位に送信集束させ、前記第１部位から反射された超音波エコー信号を受信するためのプローブと、前記第１及び第２超音波信号が前記第１部位に送信される時に通過する第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための撮像手段とを備える。
【００１０】
また、本発明による高強度焦点超音波システム用結合ヘッドは、第１部位を除去するための第１超音波信号と、前記第１部位に対する３次元超音波映像を形成するための第２超音波信号を生成し、前記第１超音波信号と前記第２超音波信号を交互に前記第１部位に送信集束させるための第４トランスデューサと、前記第１及び第２超音波信号が前記第１部位に送信される時に通過する第２部位の映像を形成するための映像信号を獲得するための撮像手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
前述したように本発明によれば、位相変換プローブの代わりに３次元プローブまたは２Ｄアレイプローブを用いることによって、現在施術しているスライスの状態だけでなく、隣接したスライスの状態を高強度焦点超音波システムの結合治療ヘッドを移動させずに、３次元プローブ内の自体モータを用いたり、２Ｄアレイプローブの活性化素子を変化させて観察することができるので、施術をリアルタイムで確認及び評価することができる。また、２Ｄアレイプローブの場合、病変に対して解像度が高い超音波映像を提供することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、結合治療ヘッドのプローブに隣接した位置に撮像部及び光源を備え、病変の上部に位置する皮膚表面の映像をリアルタイムで提供することによって、皮膚表面をリアルタイムで確認することができ、高強度超音波により皮膚表面が損傷するのを予め防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図２及び図３を参照して本発明の一実施例を説明する。図２は、本発明の一実施例による高強度焦点超音波システムの構成を示すブロック図である。
【００１４】
図２に示した通り、高強度焦点超音波システム１００は、結合治療ヘッド（結合ヘッド）１１０、高周波電源供給部１２０、映像処理部１３０、駆動制御部１４０、駆動部１５０及びディスプレイ部１６０を備える。また、高強度焦点超音波システム１００は、結合治療ヘッド１１０と人体（即ち、皮膚）との間に位置し、結合治療ヘッド１１０から発射される高強度超音波を人体内の病変に伝達するための媒質を収容するための容器をさらに備える。ここで、媒質収容容器は、水タンク、水袋などから構成される。
【００１５】
結合治療ヘッド１１０は、図３に示した通り、高強度超音波トランスデューサ１１１、プローブ１１２、撮像部１１３及び光源１１４を備える。高強度超音波トランスデューサ１１１は、高周波電源供給部１２０から印加される電源が供給され、高強度超音波を生成し、生成された高強度超音波を人体内の病変に送信集束して病変を除去する。プローブ１１２は、人体内の病変の３次元超音波映像を獲得するために、送信集束された超音波信号を送信スキャンラインに沿って人体内の病変に送信し、病変から反射された超音波エコー信号を受信する。ここで、プローブ１１２は、３次元超音波映像を獲得するために３次元プローブから構成される。撮像部１１３は、結合治療ヘッド１１０から送信された高強度超音波により皮膚が損傷（即ち、火傷）されるのを防止するために、結合治療ヘッド１１０と高強度超音波トランスデューサ１１１により除去される病変間に存在する人体皮膚をリアルタイムで撮像する。ここで、撮像部１１３は、結合治療ヘッド１１０に装着できる程度のサイズを有する撮像装置であれば、どのようなものでも構わない。例えば、撮像部１１３は、小型カメラ、ＣＣＴＶなどから構成される。光源１１４は、撮像部１１３がより明るい皮膚映像を獲得するために人体皮膚に光を照射する。ここで、光源１１４は、結合治療ヘッド１１０に装着されて光を照射することができる装置であれば、どのようなものでも構わない。例えば、光源１１４は、高輝度ＬＥＤなどから構成される。
【００１６】
また、図２を参照して、高周波電源供給部１２０は高周波電源を生成し、生成された高周波電源を結合治療ヘッド１１０の高強度超音波トランスデューサ１１１に印加する。映像処理部１３０は、プローブ１１２から出力される超音波のエコー信号に基づいて病変の３次元超音波映像を形成し、撮像部１１３から出力される皮膚映像信号に基づいて皮膚映像を形成する。映像処理部１３０は、図２に示されていないが、ビームフォーマ、映像信号プロセッサ、スキャンコンバータ、レンダリング部などをさらに備える。駆動制御部１４０は、結合治療ヘッド１１０から生成された高強度超音波の焦点を病変に合せるための制御信号を生成する。駆動部１５０は、駆動制御部１４０から出力される制御信号に基づいて結合治療ヘッド１１０を駆動させる。ディスプレイ部１６０は、映像処理部１３０により形成された病変の３次元超音波映像及び皮膚映像をディスプレイする。
【００１７】
以下、図４〜図５ｄを参照して本発明の他の実施例による結合治療ヘッドの構成を説明する。図４は、本発明の他の実施例による結合治療ヘッドの構成を示す構成図である。
【００１８】
図４に示した通り、結合治療ヘッド２１０は、高強度超音波トランスデューサ１１１、２Ｄアレイプローブ２１２、撮像部１１３及び光源１１４を備える。結合治療ヘッド２１０において、高強度超音波トランスデューサ１１１、撮像部１１３及び光源１１４は、図３の結合治療ヘッド１１０の高強度超音波トランスデューサ１１１、撮像部１１３及び光源１１４と同一であるので、同一の図面符号を付与して詳細な説明は省略する。
【００１９】
２Ｄアレイプローブ２１２は、Ｍ×Ｎ個の素子を有するトランスデューサを備える。２Ｄアレイプローブ２１２は、トランスデューサの素子の活性化を変更し、３次元超音波映像を構成するための超音波エコー信号を獲得する。図４において、符号２１２ａは活性化された素子を示し、符号２１２ｂは不活性された素子を示す。また、２Ｄアレイプローブ２１２の素子は多様な方向、例えば、横方向（図５ａ）、縦方向（図５ｂ）及び対角線方向（図５ｃ及び図５ｄ）に活性化され得る。
【００２０】
以下、図６を参照して本発明の他の実施例による結合治療ヘッドの構成を説明する。図６は、本発明の他の実施例による結合治療ヘッドの構成を示す構成図である。図６に示した通り、結合治療ヘッド３１０は、トランスデューサ３１１、撮像部１１３及び光源１１４を備える。結合治療ヘッド３１０において、撮像部１１３及び光源１１４は、図３の結合治療ヘッド１１０の撮像部１１３及び光源１１４と同一であるので、同一の図面符号を付与して詳細な説明は省略する。
【００２１】
トランスデューサ３１１は、人体内の病変を除去するための高強度超音波と病変の３次元超音波映像を形成するための超音波信号を生成し、生成された病変除去用高強度超音波と超音波映像用超音波信号を交互に病変に送信する。人体内の病変除去用高強度超音波と３次元超音波映像形成用超音波信号は、相違した周波数、パワー及び送信波形を有する。この場合、トランスデューサ３１１は、病変除去用高強度超音波の焦点が、病変の３次元超音波映像用超音波信号のイメージ平面に位置するようにコンケーブ形態で配列された多数の素子からなる。
【００２２】
また、図７に示した通り、トランスデューサ３１１をなす多数の素子３２１、３２２の中で素子３２２より小さな素子３２１を中央に位置するように配列することによって、素子３２２により作られる超音波映像３３２に直交する他の超音波映像３３１を形成することもある。このように、直交する超音波映像３３１を用いれば、病変の形態及びサイズをより正確に観測することができる。
【００２３】
本発明の好適な実施の形態について説明し、例示したが、当業者であれば、本発明の特許請求の範囲の思想及び範疇を逸脱することなく、種々の改変をなし得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】皮膚損傷を引き起こし得る従来の高強度焦点超音波システムを示す例示図である。
【図１ｂ】皮膚損傷を引き起こし得る従来の高強度焦点超音波システムを示す例示図である。
【図２】本発明の一実施例による高強度焦点超音波システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施例による結合治療ヘッドの構成を示す構成図である。
【図４】本発明の他の実施例による結合治療ヘッドの構成を示す構成図である。
【図５ａ】２Ｄアレイプローブでトランスデューサの素子の活性化方向を示す例示図である。
【図５ｂ】２Ｄアレイプローブでトランスデューサの素子の活性化方向を示す例示図である。
【図５ｃ】２Ｄアレイプローブでトランスデューサの素子の活性化方向を示す例示図である。
【図５ｄ】２Ｄアレイプローブでトランスデューサの素子の活性化方向を示す例示図である。
【図６】本発明の他の実施例による結合治療ヘッドの構成を示す構成図である。
【図７】本発明の他の実施例による結合治療ヘッドにより形成される超音波映像を示す例示図である。
【符号の説明】
【００２５】
３：結合ヘッド部
１１：皮膚
１５：病変
１６：焦点
１７：火傷
１００：高強度焦点超音波システム
１１０，２１０，３１０：結合治療ヘッド
１１１：高強度超音波トランスデューサ
１１２：プローブ
１１３：撮像部
１１４：光源
１２０：高周波電源供給部
１３０：映像処理部
１４０：駆動制御部
１５０：駆動部
１６０：ディスプレイ部
２１２：２Ｄアレイプローブ
２１２ａ：活性化素子
２１２ｂ：不活性化素子
３１１：トランスデューサ
３２１，３２２：素子
３３１，３３２：超音波映像
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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