(57)【要約】【課題】携帯性を維持しながら、使用環境が変化する場合であっても大開口送信時に超音波ビームを乱さず、アーチファクトの少ない高品位の画像を取得し得る超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波を送波又は受波する振動子アレイ１ａと、振動子アレイ１ａとプローブケーブルＣにより接続され、振動子アレイ１ａを介して超音波を送波又は受波して超音波診断用の画像を生成し、生成された画像を表示する本体２と、を備え、本体２は、非対称性電極構造のキャパシタを有する第１の蓄電ユニット２６を備える超音波診断装置１００。【選択図】図１
2012000305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送波又は受波する振動子アレイと、
前記振動子アレイとプローブケーブルにより接続され、前記振動子アレイを介して超音波を送波又は受波して超音波診断用の画像を生成し、生成された画像を表示する本体と、
を備え、
前記本体は、非対称性電極構造のキャパシタを有する第１の蓄電ユニットを備えた超音波診断装置。
【請求項２】
前記本体は、昇圧回路を備え、
前記昇圧回路は、前記第１の蓄電ユニットから供給される駆動電圧を昇圧する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記本体は、化学二次電池を有する第２の蓄電ユニットを備え、
前記第１の蓄電ユニットは、前記振動子アレイに電力を供給し、
前記第２の蓄電ユニットは、前記本体に電力を供給する請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記本体は、化学二次電池を有する第２の蓄電ユニットを備え、
前記第２の蓄電ユニットは、前記第１の蓄電ユニットに電力を供給し、該第１の蓄電ユニットを充電する請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記本体は、送波タイミング回路を備え、
前記送波タイミング回路から前記振動子アレイに出力される駆動信号は、２値又は３値の矩形波である請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記非対称性電極構造のキャパシタは、リチウムイオンキャパシタである請求項１〜５の何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、超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、病院内に限らず屋外でも超音波診断を可能とする携帯型の超音波診断装置の開発が進められている。携帯型の超音波診断装置によれば、例えば災害地の被災者や屋外競技の競技者を対象とした超音波診断を簡易に行うことができる。
ここで、携帯型の場合、使用環境が変化してもプローブ（具体的には、振動子アレイ）に高電圧の電力を安定して供給し得る電力供給機構が必要となる。
【０００３】
特許文献１には、リチウムイオン電池やニッケルカドミウム電池により、振動子アレイ及び装置本体に電力を供給する携帯型超音波診断装置が開示されている。また、振動子アレイは超音波の送信時に比較的高電圧の電力を必要とするため、振動子アレイに電力を供給する電池と装置本体に電力を供給する電池とがそれぞれ別に設けられて構成される。
【０００４】
また、特許文献２には、ゼンマイの復元力を利用して、単一の振動子を回転させるとともに制御部への電力供給を行い得る体腔内用の超音波カプセルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３３３５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３０９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のように、リチウムイオン電池又はニッケルカドミウム電池により振動子アレイに電力を供給する構成の場合、振動子アレイを連続的に駆動する大開口送信時には超音波ビームの形状が乱れ、アーチファクトが発生する。これは、リチウムイオン電池等では振動子アレイに高電圧の電力を短時間内に連続して安定的に供給することができないことに起因する。
【０００７】
また、特許文献２には、単一の振動子を用いた構成について開示されているだけであり、特許文献２に記載の技術を用いて複数の振動子からなる振動子アレイに高電圧の電力を短時間内に連続して安定的に供給することはできない。
【０００８】
本発明の課題は、携帯性を維持しながら、使用環境が変化する場合であっても大開口送信時に超音波ビームを乱さず、アーチファクトの少ない高品位の画像を取得し得る超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、超音波を送波又は受波する振動子アレイと、
前記振動子アレイとプローブケーブルにより接続され、前記振動子アレイを介して超音波を送波又は受波して超音波診断用の画像を生成し、生成された画像を表示する本体と、
を備え、
前記本体は、非対称性電極構造のキャパシタを有する第１の蓄電ユニットを備えた超音波診断装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、携帯性を維持しながら、使用環境が変化する場合であっても大開口送信時に超音波ビームを乱さず、アーチファクトの少ない高品位の画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】超音波診断装置の機能ブロック図である。
【図２】超音波診断用評価ファントムの構成を示す図である。
【図３】超音波ビーム断面プロファイルを示す図である。
【図４】超音波ビーム断面プロファイルを示す図である。
【図５】超音波ビーム断面プロファイルを示す図である。
【図６】超音波ビーム断面プロファイルを示す図である。
【図７】ファントム画像描出性に関する判断基準及び評価工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態における超音波診断装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図１に、超音波診断装置１００の機能ブロック図を示す。
超音波診断装置１００は、プローブ１及び本体２により構成される。
【００１４】
プローブ１は、アレイ状に配置された複数の振動子（以下、「振動子アレイ」と記載する）１ａを備えて構成され、プローブケーブルＣにより本体２に接続される。
【００１５】
振動子アレイ１ａは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス等の圧電材料により構成される。
振動子アレイ１ａは、送波タイミング回路２１ａからの駆動信号に基づいて被写体に超音波を送波する。また、振動子アレイ１ａは、送波した超音波が被写体で反射して戻ってきたエコー波を受波する。振動子アレイ１ａは、受波したエコー波を電気信号に変換し、変換した電気信号（エコー信号）を送受信部２１に出力する。
【００１６】
本体２は、送受信部２１、送波タイミング回路２１ａ、診断情報生成部２２、表示部２３、制御部２４、昇圧回路２５、第１の蓄電ユニット２６、第２の蓄電ユニット２７を備えて構成される。
【００１７】
送受信部２１は、振動子アレイ１ａを介して、超音波を送波又はエコー波を受波する。また、送受信部２１は、送波タイミング回路２１ａを備えて構成される。
【００１８】
送波タイミング回路２１ａは、制御部２４からの制御信号を入力し、入力した制御信号に基づいて、適切なタイミングにて振動子アレイ１ａに駆動信号を出力する。駆動信号は、２値又は３値の矩形波であることが望ましい。
また、送波タイミング回路２１ａは、振動子アレイ１ａのうち、開口サイズに応じて必要な振動子に駆動信号を出力する。
送受信部２１は、振動子アレイ１ａからのエコー信号を入力し、入力したエコー信号を診断情報生成部２２に出力する。
【００１９】
診断情報生成部２２は、送受信部２１からのエコー信号を入力し、入力したエコー信号に基づいて診断情報を生成する。診断情報としては、例えばＢモード画像、カラードップラ画像、ドップラスペクトラム画像等がある。Ｂモード画像は、被写体の内部状態を表す。また、カラードップラ画像は、被写体の血流等の速度分布像を表す。また、ドップラスペクトラム画像は、ドップラ信号のスペクトラムを表す。
診断情報生成部２２は、生成した診断情報を表示部２３に出力する。
【００２０】
表示部２３は、ＬＣＤ又は有機ＥＬディスプレイ等を備えて構成される。表示部２３は、診断情報生成部２２からの診断情報を入力し、入力した診断情報を画面上に表示する。
【００２１】
制御部２４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えて構成される。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムをＲＡＭに展開し、ＲＡＭに展開した各種プログラムとの協働により超音波診断装置１００の動作を統括的に制御する。
【００２２】
昇圧回路２５は、第１の蓄電ユニット２６から供給される電圧値を昇圧する回路である。昇圧回路２５は、制御部２４からの制御信号に基づいて、昇圧のＯＮ／ＯＦＦを行う。
【００２３】
第１の蓄電ユニット２６は、非対称性電極構造のキャパシタにより構成され、超音波診断装置１００の各部に電力を供給する。「非対称性電極構造のキャパシタ」とは、例えばリチウムイオンキャパシタである。
なお、図１において、電力の供給線は図示簡略のため省略している。
【００２４】
第２の蓄電ユニット２７は、対称性電極構造のキャパシタ又は化学二次電池により構成され、第１の蓄電ユニット２６の充電を行う。「対称性電極構造のキャパシタ」とは、例えば電気二重層キャパシタである。また、「化学二次電池」とは、例えばリチウムイオン電池である。
【００２５】
なお、上記説明した構成では、非対称性電極構造のキャパシタにはリチウムイオンキャパシタを用いたがこれに限らず、正極を二酸化鉛、負極を多孔質カーボンとする非対称性電極構造のキャパシタ等を用いるとしてもよい。
また、第１の蓄電ユニット２６は超音波診断装置１００の各部に電力を供給するとしたがこれに限らず、第１の蓄電ユニット２６は振動子アレイ１ａに電力を供給し、第２の蓄電ユニット２７は本体２の各部に電力を供給する構成としてもよい。
また、上記構成の他、本体２０は操作部、記憶部、印刷部等（図示省略）を備えて構成されるとしてもよい。
【００２６】
〔実験〕
表１に、実験条件及び実験結果を示す。
【表１】
2012000305.tif 000003
【００２７】
実施例１は、本実施形態に係る構成のうち、第２の蓄電ユニット２７を備えない構成である。すなわち、第１の蓄電ユニット２６のみで超音波診断装置１００の各部に電力を供給する構成である。第１の蓄電ユニット２６は、リチウムイオンキャパシタにより構成される。
【００２８】
実施例２は、本実施形態に係る構成のうち、第１の蓄電ユニット２６にリチウムイオンキャパシタを用い、第２の蓄電ユニット２７にリチウムイオン電池を用いた構成である。第１の蓄電ユニット２６は、振動子アレイ１ａ及び超音波診断装置１００の各部に電力を供給し、第２の蓄電ユニット２７は第１の蓄電ユニット２６を充電する。
【００２９】
比較例１は、第１の蓄電ユニット２６及び第２の蓄電ユニット２７に代えて、リチウムイオン電池を用いた構成である。その他の構成は実施例１、２の構成と同様である。
【００３０】
比較例２は、第１の蓄電ユニット２６及び第２の蓄電ユニット２７に代えて、電気二重層キャパシタを用いた構成である。その他の構成は実施例１、２の構成と同様である。
【００３１】
なお、本実験では、実施例１、２及び比較例１、２の何れの構成においても振動子アレイ１ａの一音線の送信に用いる駆動振動子数は０．２ｍｍピッチの振動子５０個、アジマス方向の幾何焦点位置はいずれも３５ｍｍ、駆動波の周波数は８ＭＨｚ、送信の繰り返し周期は３ｋＨｚ、とした。
【００３２】
以上のような実施例及び比較例の構成により、超音波診断装置評価用のファントムに超音波を送波して、ファントム画像描出性評価を行った。
【００３３】
図２に、ファントムの簡略図を示す。
ファントムＰは、各深度に配置された複数のターゲットを備えて構成される。なお、ファントムＰには、Ｇａｍｍｅｘ社製のファントム（４０４ＧＳ−ＬＥ）を用いた。
本実験では、深度３５ｍｍに水平配置された５連のターゲットＴ１１〜Ｔ１５、及び深度６０ｍｍに配置された３連無エコーターゲットＴ２１〜Ｔ２３に対して超音波ビームの送受信を行った。なお、５連のターゲットＴ１１〜Ｔ１５は、水平上において２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２５ｍｍの間隔を空けて配置されており、３連無エコーターゲットは各々、４ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ径の円形無エコー領域があるターゲットとなっている。
【００３４】
図３〜図６に、実施例１、２及び比較例１、２の超音波ビーム断面プロファイルを示す。
図３〜図６は、深度３５ｍｍの位置に音波が収束するよう各素子に時間遅延をかけて超音波ビームを送波した場合の３５ｍｍ位置における超音波ビーム断面プロファイルである。
縦軸は音響強度（ｄＢ）、横軸はターゲットＴ１の位置を中心としたファントムＰ内の距離（ｍｍ）を示す。超音波ビーム断面プロファイルは、ターゲットＴ１の位置を頂点としたメインローブを形成し、メインローブの両サイドにサイドローブを形成する。
【００３５】
図３は、実施例１の構成の超音波診断装置１００により得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（１）は、−１０℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタを満充電（１００％）して実施例１の構成の超音波診断装置１００を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（２）は、２０℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタを満充電（１００％）して実施例１の構成の超音波診断装置１００を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（３）は、２０℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタを充電（３０％）して実施例１の構成の超音波診断装置１００を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（４）は、４５℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタを満充電（１００％）して実施例１の構成の超音波診断装置１００を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
【００３６】
図３によれば、使用環境が何れの場合であっても、メインローブの音響強度が極端に低くなることはなく半値幅は小さい。また、サイドローブの音響強度は低いことが確認できる。
メインローブの音響強度が高く半値幅が小さいほど分解能が良好であり、ターゲットＴ１を画像で把握し易い。また、サイドローブの音響強度が低いほど偽像が画像化されない。このことから、実施例１の構成は、高品位の画像取得に適しているといえる。
【００３７】
図４は、実施例２の構成の超音波診断装置１００により得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（１）は、−１０℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタ及びリチウムイオン電池の複合体を満充電（１００％）して実施例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（２）は、２０℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタ及びリチウムイオン電池の複合体を満充電（１００％）して実施例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（３）は、２０℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタ及びリチウムイオン電池の複合体を充電（３０％）して実施例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（４）は、４５℃の使用環境にてリチウムイオンキャパシタ及びリチウムイオン電池の複合体を満充電（１００％）して実施例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
【００３８】
図４によれば、使用環境が何れの場合であっても、メインローブの音響強度は高く半値幅は小さい。また、サイドローブの音響強度は低いことが確認できる。このことから、実施例２の構成も、実施例１と同様、高品位の画像取得に適しているといえる。
【００３９】
図５は、比較例１の構成の超音波診断装置により得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（１）は、−１０℃の使用環境にてリチウムイオン電池を満充電（１００％）して比較例１の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（２）は、２０℃の使用環境にてリチウムイオン電池を満充電（１００％）して比較例１の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（３）は、２０℃の使用環境にてリチウムイオン電池を充電（３０％）して比較例１の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（４）は、４５℃の使用環境にてリチウムイオン電池を満充電（１００％）して比較例１の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
【００４０】
図５によれば、使用環境が何れの場合であっても、メインローブの音響強度は極端に小さくなることはないが、サイドローブの音響強度が大きいことが確認できる。このことから、比較例１の構成は、高品位の画像取得に適さないといえる。
【００４１】
図６は、比較例２の構成の超音波診断装置により得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（１）は、−１０℃の使用環境にて電気二重層キャパシタを満充電（１００％）して比較例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（２）は、２０℃の使用環境にて電気二重層キャパシタを満充電（１００％）して比較例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（３）は、２０℃の使用環境にて電気二重層キャパシタを充電（３０％）して比較例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
（４）は、４５℃の使用環境にて電気二重層キャパシタを満充電（１００％）して比較例２の構成の超音波診断装置を使用したときに得られた超音波ビーム断面プロファイルである。
【００４２】
図６によれば、使用環境が変化した場合、メインローブの音響強度が極端に小さくなり半値幅が大きくなる場合がある。特に、（３）の場合に顕著であることが確認できる。また、使用環境が何れの場合であっても、サイドローブの音響強度が大きいことが確認できる。このことから、比較例２の構成は、高品位の画像取得に適さないといえる。
【００４３】
図７に、表１に示したファントム画像描出性に関する判断基準及び評価工程を示す。
ファントム画像描出性については、方位分解能のスコア及びアーチファクトのスコアを加算した総合スコアにより評価した。
【００４４】
方位分解能のスコアについては、ファントムＰ内の深度３５ｍｍに水平配置された５連のターゲットＴ１１〜Ｔ１５（図２参照）に向けて超音波ビームを送波し、得られた画像において分離描出されたターゲット数により判断した。
例えば、得られた画像において分離して描出されたターゲット数が５点の場合、分解能は良好と判断でき、スコアを３とした。一方、得られた画像において分離して描出されたターゲット数が２点以下の場合、分解能は悪く、スコアを０とした。
【００４５】
アーチファクトのスコアについては、ファントムＰ内の深度６０ｍｍに配置された３連無エコーターゲットＴ２１〜Ｔ２３（図２参照）に向けて超音波ビームを送波し、得られた画像により判断した。具体的には、無エコーターゲット周辺のバックグラウンド部の平均画像輝度を８０（８ｂｉｔ）としたとき、周辺散乱体による偽像により、本来輝度が低いはずの無エコー部分に相当する位置の輝度が上昇してしまう程度により判断した。径１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍの何れのターゲット内においても輝度２０（８ｂｉｔ）以下の面積比が７０％以上であるときにスコア３、１ｍｍターゲットのみ輝度２０以下の面積比が７０％未満である場合にスコア２、１ｍｍおよび２ｍｍターゲットで輝度２０以下の面積比が７０％未満である場合にスコア１、何れのターゲットにおいても輝度２０以下の面積比が７０％未満の場合をスコア０とした。
【００４６】
ファントム画像描出性については、方位分解能のスコア及びアーチファクトのスコアを加算して、５点以上の場合を〇、４点の場合を〇△、３点の場合を△、２点の場合を△×、１点以下の場合を×と評価した。
【００４７】
ファントム画像描出性は、表１で示したとおりである。すなわち、実施例１、２の構成の場合、使用環境が何れの場合であっても、評価は〇又は〇△であった。
一方、比較例１、２の構成の場合、評価は△又は△×であった。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、非対称性電極構造のキャパシタを有する第１の蓄電ユニット２６により、振動子アレイ１ａに電力を供給することができる。第１の蓄電ユニット２６によれば、使用環境が変化しても、高電圧の電力を短時間内に連続して安定的に供給することができるため、大開口送信時に超音波ビームを乱さず、アーチファクトの少ない高品位の画像を取得することができる。
【００４９】
また、昇圧回路２５によって、第１の蓄電ユニット２６の蓄電残容量が低下した場合であっても駆動電圧を一定に保つことができ、長時間高電圧の電力を安定して供給することができる。
【００５０】
また、第１の蓄電ユニット２６及び化学二次電池を有する第２の蓄電ユニット２７を備えた構成にして、第１の蓄電ユニット２６は振動子アレイ１ａに電力を供給し、第２の蓄電ユニット２７は本体２の各部に電力を供給する構成としてもよい。第１の蓄電ユニット２６は、本体２に電力を供給する必要がないため、振動子アレイ１ａに長時間高電圧の電力を安定して供給することができる。
【００５１】
また、第１の蓄電ユニット２６及び化学二次電池を有する第２の蓄電ユニット２７を備えた構成にして、第１の蓄電ユニット２６の蓄電残容量が低下した場合、第２の蓄電ユニット２７が第１の蓄電ユニット２６を充電する構成としてもよい。第１の蓄電ユニット２６は、蓄電残容量が低下した場合であっても逐次充電されるため、振動子アレイ１ａに長時間高電圧の電力を安定して供給することができる。
【００５２】
また、送波タイミング回路２１ａは、制御部２４からの制御信号に基づいて、振動子アレイ１ａに出力する駆動信号を２値又は３値の矩形波に切り替えることができる。２値又は３値に切り替えて駆動信号を出力することにより、高品位の画像を取得することができる。
【００５３】
また、第１の蓄電ユニット２６の「非対称性電極構造のキャパシタ」は、例えばリチウムイオンキャパシタとすることができる。なお、リチウムイオンキャパシタ以外にも、例えば正極を二酸化鉛、負極を多孔質カーボンとする非対称性電極構造のキャパシタを用いることで、本実施形態に係る超音波診断装置１００と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  超音波診断装置
１      プローブ
１ａ    振動子アレイ
２      本体
２１    送受信部
２１ａ  送波タイミング回路
２２    診断情報生成部
２３    表示部
２４    制御部
２５    昇圧回路
２６    第１の蓄電ユニット
２７    第２の蓄電ユニット
【図１】
2012000305.tif 000004
【図２】
2012000305.tif 000005
【図３】
2012000305.tif 000006
【図４】
2012000305.tif 000007
【図５】
2012000305.tif 000008
【図６】
2012000305.tif 000009
【図７】
2012000305.tif 000010