(57)【要約】【課題】病変の除去や診断のための超音波医療システムの複雑性を緩和することができる超音波医療装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】本発明の超音波医療装置１００は、入力信号を超音波に変換して出力する複数の超音波変換素子１２２を含む超音波変換装置１２０と、複数の超音波変換素子１２２を複数のグループＧＲ１〜ＧＲＮに分類するグループ分類部１４０と、超音波に変換される信号を生成し、生成された信号を複数の出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを介して出力する信号発生装置１１０と、を備える。【選択図】図３
2013052244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を超音波に変換して出力する複数の超音波変換素子を含む超音波変換部と、
前記複数の超音波変換素子を複数のグループに分類するグループ分類部と、
超音波に変換される信号を生成し、該生成された信号を前記グループのそれぞれに対応する複数の出力チャネルを介して出力する信号発生部と、を備えることを特徴とする超音波医療装置。
【請求項２】
前記信号発生部は、前記複数の出力チャネルのうちの一つ以上の出力チャネルに、前記分類されたグループのうちのいずれか１つのグループに属する２以上の超音波変換素子に共通の入力信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の超音波医療装置。
【請求項３】
前記信号発生部に連結された多数のチャネルのうち、前記生成された信号を出力するための前記出力チャネルを選択するチャネル選択部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波医療装置。
【請求項４】
前記分類されるグループの個数を含むグループ分類情報を入力するユーザ・インターフェースを更に含み、
前記チャネル選択部は、前記ユーザ・インターフェースに入力されたグループ分類情報によって前記出力チャネルを選択することを特徴とする請求項３に記載の超音波医療装置。
【請求項５】
前記グループ分類部は、前記超音波変換素子を活性超音波変換素子と非活性超音波変換素子とに分類し、前記活性超音波変換素子を前記複数のグループに分類することを特徴とする請求項１に記載の超音波医療装置。
【請求項６】
前記活性超音波変換素子の個数を含むグループ分類情報を入力するユーザ・インターフェースを更に含み、
前記グループ分類部は、前記ユーザ・インターフェースに入力されたグループ分類情報によって前記活性超音波変換素子と非活性超音波変換素子とを分類することを特徴とする請求項５に記載の超音波医療装置。
【請求項７】
前記グループ分類部は、ランダム抽出によって前記活性超音波変換素子と前記非活性超音波変換素子とを分類することを特徴とする請求項５に記載の超音波医療装置。
【請求項８】
前記グループ分類部は、隣接する超音波変換素子を同一グループに分類することを特徴とする請求項１に記載の超音波医療装置。
【請求項９】
超音波が照射される対象領域で焦点が形成されるように前記グループに入力される前記出力チャネルの信号の位相を変換する位相変換器と、
前記位相変換された信号の大きさを増幅する信号増幅器と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波医療装置。
【請求項１０】
前記グループ分類部から伝送されるグループ分類情報から前記出力チャネルの信号の位相及び増幅利得を算出して前記位相変換器及び信号増幅器を制御するプロセッサを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の超音波医療装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記出力チャネルの信号によって照射される超音波信号が多重焦点を形成するように前記位相変換器及び信号増幅器を制御することを特徴とする請求項１０に記載の超音波医療装置。
【請求項１２】
複数の超音波変換素子を複数のグループに分類する段階と、
超音波に変換される信号を生成する段階と、
前記生成された信号を複数の出力チャネルを利用して前記複数のグループに出力する段階と、有することを特徴とする超音波医療装置の制御方法。
【請求項１３】
前記複数の出力チャネルのうちの一つ以上のチャネルには、前記グループのうちのいずれか１つのグループに属する２以上の超音波変換素子に共通の入力信号が入力されることを特徴とする請求項１２に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項１４】
前記複数のグループに出力する段階は、多数のチャネルのうち、前記生成された信号を出力するための前記複数の出力チャネルを選択する段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項１５】
前記複数の出力チャネルを選択する段階は、
前記グループの個数を含むグループ分類情報を入力する段階と、
前記入力されたグループ分類情報のグループの個数と同じ個数で前記出力チャネルを選択する段階と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項１６】
前記複数のグループに分類する段階は、
前記超音波変換素子を活性超音波変換素子と非活性超音波変換素子とに分類する段階と、
前記活性超音波変換素子を前記複数のグループに分類する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項１７】
前記活性超音波変換素子と非活性超音波変換素子とに分類する段階は、ランダム抽出によって前記活性超音波変換素子と前記非活性超音波変換素子とを選択することを特徴とする請求項１６に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項１８】
前記複数のグループに分類する段階は、隣接する超音波変換素子を同一グループに分類することを特徴とする請求項１２に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項１９】
超音波を照射する対象領域に焦点が形成されるように前記グループに入力される前記出力チャネルの信号を制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項２０】
前記出力チャネルの信号を制御する段階は、
入力されたグループ分類情報に基づいて、前記グループに入力される前記出力チャネルの信号の位相及び増幅利得を算出する段階と、
前記対象領域に焦点が形成されるように前記出力チャネルの信号の位相を変換する段階と、
前記出力チャネルの信号の大きさを増幅する段階と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項２１】
超音波信号が多重焦点を形成するように前記出力チャネルの信号を制御することを特徴とする請求項１９に記載の超音波医療装置の制御方法。
【請求項２２】
請求項１２乃至２１のいずれか１項に記載の超音波医療装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用し、非浸襲的（ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ）手術によって病変を治療し、疾病を診断するような様々な超音波医療分野に使われる超音波医療装置（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｍｅｄｉｃａｌ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医学の発達によって、メス（ｓｃａｌｐｅｌ）や針を使用せずに、腫瘍のような人体内部の病変組織を治療することができる非浸襲的手術法が活発に行われている。例えば、非浸襲的手術法のうち、強力集束超音波（ＨＩＦＵ：ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｔｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）治療は、超音波を利用することによって、人体に無害であり、メスや針を使用せずに人体内部の病変を治療することができる長所によって、広く使われている。強力集束超音波治療とは、診断するときに使用する超音波の強度より、およそ十万倍程度の強い高強度の超音波を、治療しようとする病変が存在する人体内部の特定部位に集束して照射することによって、病変組織を懐死させる方式の治療方法である。人体内部の病変組織に集束されて照射された超音波エネルギーは、熱エネルギーに変換されて照射部位の温度を上昇させ、病変組織の凝固性懐死を起こさせる。このとき、照射部位の温度は瞬間的に上昇するので、照射部位周辺への熱拡散を防止しつつ、照射部位だけを効果的に除去することができる。
【０００３】
このような強力集束超音波を利用した治療システムは、電気的信号を入力して治療用超音波を発生して照射するトランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を利用し、強力集束超音波の治療効果を得るために、超多素子トランスデューサを利用する。トランスデューサの素子数が多くなるほど、各素子の信号を制御するシステムの複雑性が増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、病変の除去や診断のための超音波医療システムの複雑性を緩和することができる超音波医療装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による超音波医療装置は、入力信号を超音波に変換して出力する複数の超音波変換素子を含む超音波変換部と、前記複数の超音波変換素子を複数のグループに分類するグループ分類部と、超音波に変換される信号を生成し、該生成された信号を前記グループのそれぞれに対応する複数の出力チャネルを介して出力する信号発生部と、を備える。
【０００６】
前記信号発生部は、前記複数の出力チャネルのうちの一つ以上の出力チャネルに、前記分類されたグループのうちのいずれか１つのグループに属する２以上の超音波変換素子に共通の入力信号を入力し得る。
前記超音波医療装置は、前記信号発生部に連結された多数のチャネルのうち、前記生成された信号を出力するための前記出力チャネルを選択するチャネル選択部を更に含んでもよい。
前記超音波医療装置は、前記分類されるグループの個数を含むグループ分類情報を入力するユーザ・インターフェースを更に含んでもよく、前記チャネル選択部は、前記ユーザ・インターフェースに入力されたグループ分類情報によって前記出力チャネルを選択し得る。
前記グループ分類部は、前記超音波変換素子を活性超音波変換素子と非活性超音波変換素子とに分類し、前記活性超音波変換素子を前記複数のグループに分類し得る。
前記超音波医療装置は、前記活性超音波変換素子の個数を含むグループ分類情報を入力するユーザ・インターフェースを更に含んでもよく、前記グループ分類部は、前記ユーザ・インターフェースに入力されたグループ分類情報によって前記活性超音波変換素子と非活性超音波変換素子とを分類し得る。
前記グループ分類部は、ランダム抽出によって前記活性超音波変換素子と前記非活性超音波変換素子とを分類し得る。
前記グループ分類部は、隣接する超音波変換素子を同一グループに分類し得る。
前記超音波医療装置は、超音波が照射される対象領域で焦点が形成されるように前記グループに入力される前記出力チャネルの信号の位相を変換する位相変換器と、前記位相変換された信号の大きさを増幅する信号増幅器と、を更に含んでもよい。
前記超音波医療装置は、前記グループ分類部から伝送されるグループ分類情報から前記出力チャネルの信号の位相及び増幅利得を算出して前記位相変換器及び信号増幅器を制御するプロセッサを更に含んでもよい。
前記プロセッサは、前記出力チャネルの信号によって照射される超音波信号が多重焦点を形成するように前記位相変換器及び信号増幅器を制御し得る。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による超音波医療装置の制御方法は、複数の超音波変換素子を複数のグループに分類する段階と、超音波に変換される信号を生成する段階と、複数の出力チャネルを利用し、前記生成された信号を前記複数のグループに出力する段階と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、病変の除去や診断のための超音波医療システムの複雑性を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による超音波医療装置の使用例を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波医療装置を構成する超音波変換装置を拡大した図である。
【図３】本発明の一実施形態による超音波医療装置の構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態による超音波医療装置の構成図である。
【図５】本発明の一実施形態による超音波医療装置を構成するグループ分類部の例示的な構成図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は３個のリング状に配列された超音波変換素子アレイを有する超音波変換装置内で、隣接配置された超音波変換素子がグループに分類された例示的な図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態による超音波医療装置を示す図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態による超音波医療装置の構成図であり、人体内部の病変組織を診断するための超音波診断機として使われる例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による超音波医療装置の制御方法のフローチャートである。
【図１０】図９の段階１０の例示的なフローチャートである。
【図１１】図９の段階２０の例示的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明の要旨が不明確になることを防止するために、本発明の実施形態に属する技術分野で当業者に広く知られている事項については、詳細な説明を省略する。但し、本発明の実施形態に属する技術分野で当業者であるならば、各実施形態に含まれる構成以外に、他の汎用的な構成が付加されることを理解することができるであろう。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による超音波医療装置の使用例を示した図である。図１を参照すると、本実施形態による超音波医療装置１００は、信号発生装置１１０、超音波変換装置１２０を含む。
【００１２】
超音波変換装置１２０は、被検者１０１が横になることができるように設けられたベッド１０２の内部に設置される。信号発生装置１１０は、超音波変換装置１２０に信号を出力し、超音波変換装置１２０は、信号発生装置１１０から入力された信号から超音波を発し、疾病の治療や診断が要求される被検者１０１の身体内部の特定部位に、超音波を照射する。信号発生装置１１０から出力される信号の一例は、電気的信号であるが、これに限定されるものではない。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態による超音波医療装置を構成する超音波変換装置を拡大した図である。図２の実施形態に示した超音波変換装置１２０は、超音波変換素子１２２が超音波を照射する対象領域に焦点を形成する凹型（ｃｏｎｃａｖｅ  ｔｙｐｅ）の集束超音波変換装置である。超音波変換装置１２０によって超音波が照射される対象領域は、人体内の乳房、肝臓、腹部などであるが、それらに限定されるものではない。
【００１４】
図２に示した超音波変換装置１２０は、一実施形態に過ぎず、本発明の技術分野の当業者による超音波変換装置１２０の多様な変形実施形態もまた、本発明の権利範囲に属すると理解することができる。
【００１５】
図２を参照すると、超音波変換装置１２０は、中が窪んだ円板型の支持板１２１に、多数の超音波変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）１２２が配置される。各超音波変換素子１２２は、信号発生装置１１０から入力された所定の振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）、位相（ｐｈａｓｅ）の電気的信号を、所定の強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、位相の超音波信号に変換して出力する。このような超音波変換素子１２２は、例えば、圧電変換器（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のような素子で製造される。
【００１６】
各超音波変換素子１２２から発せられる超音波は、治療や診断を要する被検者１０１の身体内部対象領域の特定部位に集束される。照射部位に集束された超音波は、熱エネルギーに変換されて照射部位の温度を上昇させ、病変組織を懐死させることができる。或いは、後述する図８の実施形態のように、照射部位に集束されて組織階層で部分的に反射される超音波を、プローブを利用して電気的パルスに変換することによって、身体内部の組織映像を獲得するのに活用される。
【００１７】
図３は、本発明の一実施形態による超音波医療装置の構成図である。図３に示すように、本実施形態による超音波医療装置１００は、信号発生装置１１０、超音波変換装置１２０、グループ分類部１４０を含む。本実施形態に関連する技術分野で当業者であるならば、図３に示した各構成要素以外に、他の汎用的な構成要素が更に含まれることを理解することができるであろう。例えば、超音波変換装置１２０の超音波変換素子１２２のインピーダンス・マッチングのための装置が、信号発生装置１１０と、超音波変換装置１２０との間に備わる。
【００１８】
信号発生装置１１０は、複数の出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを介して、電気的信号を超音波変換装置１２０に出力する。このとき、信号発生装置１１０の複数の出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮのうちの少なくとも１つの出力チャネルは、複数の超音波変換素子１２２のうちの二つ以上の超音波変換素子に共通の信号を出力する。
【００１９】
超音波変換装置１２０は、複数の超音波変換素子１２２が、複数のグループＧＲ１〜ＧＲＮに分類されており、信号発生装置１１０の各出力チャネルは、超音波変換装置１２０の各グループ別に電気的信号を出力する。図３の実施形態で、信号発生装置１１０の出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮのうち、出力チャネル１（ＣＨ１）は、複数の超音波変換素子１２２ａに共通の信号を出力し、出力チャネル２（ＣＨ２）は、複数の超音波変換素子１２２ｂに共通の信号を出力し、出力チャネルＮ（ＣＨＮ）は、複数の超音波変換素子１２２ｄに共通の信号を出力する。
【００２０】
グループ分類部１４０は、複数の超音波変換素子１２２を２以上のグループＧＲ１〜ＧＲＮに分類する。分類されたグループＧＲ１〜ＧＲＮのうちの少なくとも１つのグループＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲＮは、２以上の超音波変換素子１２２を含む。
【００２１】
超音波医療装置の超音波変換素子のそれぞれに入力信号を印加する場合、超音波変換素子の個数ほどの出力チャネルを有する信号発生装置が要求され、それは、集束超音波治療システムの規模を過度に大きくする要因になる。しかし、本実施形態によると、複数の超音波変換素子をグループに分類し、各グループに属する超音波変換素子は、１つの出力チャネルの信号を共通に使用するので、グループ数ほどの少ない出力チャネルを有する信号発生装置によって、超音波医療システムを構築することができる。
【００２２】
特に、広い対象領域に対して、十分な音響エネルギーで多重焦点（ｍｕｌｔｉ−ｆｏｃｕｓ）を形成する必要がある場合、大面積アパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を有しつつ、素子間の間隔が小さい超多素子超音波変換素子アレイを必要とするが、本実施形態によると、このような超多素子超音波変換素子アレイの場合においても、システムの複雑性を低減させることができる。
【００２３】
図４は、本発明の他の実施形態による超音波医療装置の構成図である。図４に示すように、本実施形態による超音波医療装置１００は、信号発生装置１１０、超音波変換装置１２０、及びユーザ・インターフェース１３０、グループ分類部１４０を含む制御部１１１を備える。信号発生装置１１０、超音波変換装置１２０についての説明のうち、図３の実施形態と重複する構成については、説明を省略する。
【００２４】
図４の実施形態による超音波医療装置１００を構成するユーザ・インターフェース１３０は、医療専門家などのユーザから、超音波治療或いは診断に関連する命令又は情報を入力するためのインターフェースであり、ユーザは、ユーザ・インターフェース１３０を介して、複数の超音波変換素子１２２を分類するグループ数を含むグループ分類情報を入力することができる。このようなユーザ・インターフェース１３０は、一般的に、キーボード、マウスのような入力装置によって具現され、或いはグラフィック・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ：ｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）によって具現される。
【００２５】
信号発生装置１１０は、グループ分類部１４０によって分類されたグループ別に、出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを介して電気的信号を出力する。ここで、信号発生装置１１０の出力チャネル数は、超音波変換装置１２０で分類されたグループ数Ｎと同一であり得る。本実施形態によると、グループ数Ｎは、超音波変換素子１２２の全体個数よりも少ないので、全体超音波変換素子１２２に、個別的に出力チャネルを介して電気的信号を出力する場合に比べて、信号発生装置１１０の出力チャネル数を減らすことができるということを理解することができるであろう。
【００２６】
また、ユーザは、ユーザ・インターフェース１３０を利用し、超音波変換素子１２２を分類するグループ数と共に、活性超音波変換素子の個数を含むグループ分類情報を入力することができる。このような場合、グループ分類部１４０は、入力された活性超音波変換素子の個数を考慮し、全体超音波変換素子１２２を、活性超音波変換素子ＥＯＮと、非活性超音波変換素子ＥＯＦＦとに区分した後、活性超音波変換素子ＥＯＮを、グループＧＲ１〜ＧＲＮに分類する。
【００２７】
活性超音波変換素子は、各グループ別に電気的信号が入力されて超音波を発する。非活性超音波変換素子は、信号発生装置１１０の出力チャネルと連結されず、超音波を発生しない。
【００２８】
図４に示すように、制御部１１１は、チャネル選択部１１２、ユーザ・インターフェース１３０、グループ分類部１４０を含んで構成される。信号発生装置１１０は、Ｍ個の複数のチャネルＳＮ＿ＣＨ１〜ＳＮ＿ＣＨＭを介して信号を発する。チャネル選択部１１２は、信号発生装置１１０の複数のチャネルＳＮ＿ＣＨ１〜ＳＮ＿ＣＨＭのうち、超音波変換装置１２０の各グループ別に、電気的信号を出力するための複数の出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを選択する。
【００２９】
ユーザが、ユーザ・インターフェース１３０を利用して超音波変換装置１２０のグループ数を入力した場合、入力されたグループ数情報は、チャネル選択部１１２に出力される。それにより、チャネル選択部１１２は、複数のチャネルＳＮ＿ＣＨ１〜ＳＮ＿ＣＨＭのうち、入力されたグループ数情報に該当する複数のチャネルＣＨ１〜ＣＨＮを選択する。チャネル選択部１１２は、信号発生装置１１０で出力されたＭ個のチャネルのうちからＮ個の出力チャネルを選択するスイッチング回路（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）によって具現される。ここで、Ｎは、超音波変換装置１２０のグループ数である。
【００３０】
図５は、本発明の一実施形態による超音波医療装置を構成するグループ分類部１４０の例示的な構成図である。グループ分類部１４０は、ユーザ・インターフェース１３０から伝送された各超音波変換素子１２２のグループ分類情報によって、同じグループ同士が接続されるようにする。このために、グループ分類部１４０は、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１４１、基板上に具現されるスイッチＳＲ、ＳＢ、グループ分類プロセッサ１４２を含む。
【００３１】
各超音波変換素子１２２は、右に隣接する超音波変換素子に電気的に短絡されるか又は分離されるようにスイッチングされるスイッチＳＲと、下方に隣接する超音波変換素子に電気的に短絡されるか又は分離されるようにスイッチングされるスイッチＳＢと、を有する。
【００３２】
グループ分類プロセッサ１４２は、各超音波変換素子１２２を、活性超音波変換素子ＥＯＮと非活性超音波変換素子ＥＯＦＦとに分類する。また、グループ分類プロセッサ１４２は、各活性超音波変換素子のスイッチＳＲ、ＳＢを制御し、各超音波変換素子１２２をグループＧＲ１〜ＧＲ４に分類する。
【００３３】
図７は、本発明の更に他の実施形態による超音波医療装置を示す図である。図７を参照すると、本実施形態による超音波医療装置１００は、位相変換器１１３、信号増幅器１１４を含む制御部１１１を備える。本実施形態によると、超音波変換素子のグループＧＲ１〜ＧＲＮに入力される各電気的信号に、互いに異なる振幅、位相を適用することによって、複数の超音波変換素子から照射される超音波信号を焦点ＦＣに集束させることができる。
【００３４】
具体的に、信号発生装置１１０は、電気的信号を生成し、生成された電気的信号を位相変換器１１３の各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮに入力する。各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮは、信号発生装置１１０から入力された電気的信号の位相を変換し、信号増幅器１１４の各増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮに出力する。
【００３５】
それぞれ異なるグループに属する超音波変換素子と焦点ＦＣとの間の距離差を補償するために、位相変換器１１３の各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮは、それぞれ異なるグループに属する超音波変換素子から発せられる超音波信号がそれぞれ異なる送信遅延時間を有するように、それぞれ異なる位相を有する電気的信号を出力する。
【００３６】
このために、グループ分類部１４０は、グループ分類情報をプロセッサ１６０に伝送し、プロセッサ１６０は、伝送されたグループ分類情報を分析し、各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮで変換される位相を算出して位相変換器１１３を制御する。
【００３７】
信号増幅器１１４の各増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮは、各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮから入力された信号を適正利得で増幅し、出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを介して電気的信号を出力する。
【００３８】
このために、グループ分類部１４０は、グループ分類情報をプロセッサ１６０に伝送し、プロセッサ１６０は、伝送されたグループ分類情報を分析し、各増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮで増幅される利得を算出して信号増幅器１１４を制御する。
【００３９】
従って、超音波変換素子は、各チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを介して、それぞれ異なる位相と振幅とを有する電気的信号を入力し、各グループ別にそれぞれ異なる位相と強度とを有する超音波信号を発し、各グループ別に照射された超音波が、病変の除去や診断のために超音波を集束しようとする焦点ＦＣに達したとき、同一の位相と強度とを有するように制御される。また、超音波変換装置１２０のグループに入力される信号の位相と振幅とを制御することによって、治療や診断を要する一定の対象領域、即ち超音波を照射しようとする領域内で、超音波が集束される焦点の位置を可変にすることができる。
【００４０】
また、超音波変換装置１２０から発せられる超音波が、多重焦点（ｍｕｌｔｉ−ｆｏｃｕｓ）を形成するように制御することもできる。例えば、二重焦点（第１焦点、第２焦点）を形成するために、プロセッサ１６０は、超音波変換装置１２０のグループを、第１グループと第２グループとに分類する。このような場合、プロセッサ１６０は、第１グループの超音波変換素子によって、第１焦点位置に超音波信号が照射されるように、第１グループに印加される出力チャネルの信号と関連する位相変換器１１３の位相変換素子と信号増幅器１１４の増幅素子とを制御し、第２グループの超音波変換素子によって、第２焦点位置に超音波信号が照射されるように、第２グループに印加される出力チャネルの信号と関連する位相変換器１１３の位相変換素子と信号増幅器１１４の増幅素子とを制御する。
【００４１】
但し、超音波信号を焦点に集束させるための図７の構成は、本発明の１つの実施形態に過ぎず、本発明の技術分野の当業者による多様な変形実施形態も、本発明の権利範囲に属すると理解することができる。
【００４２】
図８は、本発明の更に他の実施形態による超音波医療装置の構成図であり、人体内部の病変組織を診断するための超音波診断機として使われる例を示す図である。図８の実施形態に示した超音波診断機２００は、超音波医療装置１００、受信プローブ１５１、映像プロセッサ１５２、映像生成部１５３、及びディスプレイ部１５４を含む。
【００４３】
超音波医療装置１００は、上述の実施形態と重複する説明を省略する。受信プローブ１５１は、圧電変換器（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）で製造される。超音波医療装置１００によって、超音波が身体内部の特定部位に伝達されると、この超音波は、さまざまな異なる組織（ｔｉｓｓｕｅｓ）間の階層から部分的に反射されたり回折されたりする。例えば、超音波は、血漿（ｂｌｏｏｄ  ｐｌａｓｍａ）内の血球（ｂｌｏｏｄ  ｃｅｌｌｓ）、臓器（ｏｒｇａｎｓ）内の小さい組織（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）などの密度変化があるところで反射されたり、或いは小さい組織の間隙で回折されたりする。集束超音波変換装置を使用する場合、超音波変換装置１２０は、各グループ別に超音波ＵＳ１〜ＵＳＮを発し、超音波変換装置１２０から照射された超音波は、焦点ＦＣ部位で集中的に反射されたり回折されたりする。
【００４４】
このように、複数の超音波変換素子から照射された超音波信号が焦点ＦＣに送信され、集中的に反射されたり回折されたりすることにより、超音波映像装置によって生成される超音波映像の解像度が向上し得る。
【００４５】
身体内部で反射された超音波信号は、受信プローブ１５１の圧電変換器を振動させ、圧電変換器は、この振動による所定の振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）、位相の電気的パルス（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｐｕｌｓｅｓ）を出力する。
【００４６】
映像プロセッサ１５２は、受信プローブ１５１から出力された電気的パルスを映像処理し、映像データを生成する。
【００４７】
映像生成部１５３は、映像データに基づいて超音波映像を生成する。例えば、映像生成部１５３は、映像データをディスプレイ部１５４のフォーマットに合うようにスキャン変換して超音波映像を生成する。また、映像生成部１５３は、生成された超音波映像をディスプレイ部１５４に送信する。
【００４８】
映像生成部１５３によって生成された超音波映像は、ディスプレイ部１５４を介してグラフィックで表示される。このようなディスプレイ部１５３の一例は、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）画面であり、スクリーン、紙、又は空間上に超音波映像をディスプレイする装置でもある。
【００４９】
受信プローブ１５１は、１つのトランスデューサ素子によって構成されるか、又は複数のトランスデューサ素子によって構成される。受信プローブ１５１のトランスデューサ素子は、超音波変換装置１２０と別途に備わった圧電変換器で構成されるが、超音波変換装置１２０の一つ以上の超音波変換素子が、受信プローブ１５１として構成され得る。
【００５０】
超音波変換装置１２０の超音波変換素子のうちの一部を受信プローブ１５１として使用する場合、受信プローブ１５１を構成する超音波変換素子が、身体内部で反射された超音波信号を受信する機能だけを遂行するものと限定せず、受信プローブ１５１として使われる超音波変換素子が、身体内部に超音波信号を照射する機能を同時に遂行することも可能である。
【００５１】
超音波映像装置によって生成される超音波映像は、Ｂモード、ドップラモードのような多様な映像であり得る。また、超音波映像は、二次元映像又は三次元映像の形態で構成される。三次元超音波映像は、ｘ、ｙ、ｚ軸を利用して立体型の超音波映像を提供するのに適切である。このような三次元超音波映像は、複数のトランスデューサに入力される三次元受信信号を利用して生成するか、或いは複数の二次元映像データの組み合わせを通じて生成が可能である。三次元超音波映像を生成するための一般的な内容は、既に公知された多様な技術によって本発明に容易に適用されることは自明である。
【００５２】
図９は、本発明の一実施形態による超音波医療装置の制御方法のフローチャートである。図９に示した実施形態による超音波医療装置の制御方法は、図１〜図８に示した超音波医療装置１００によって時系列的に処理される段階を含む。
【００５３】
従って、以下で省略する内容であるとしても、図１〜図８に示した超音波医療装置１００について上述した内容は、図９に示した実施形態による超音波医療装置の制御方法にも適用され得る。
【００５４】
図１〜図９を参照すると、段階１０で、グループ分類部１４０によって、超音波変換装置１２０の複数の超音波変換素子１２２が複数のグループＧＲ１〜ＧＲＮに分類されるステップが遂行される。
【００５５】
図１０は、図９の段階１０の例示的なフローチャートである。
【００５６】
図１〜図１０を参照すると、段階１１で、医療専門家などのユーザが、ユーザ・インターフェース１３０を利用してグループ分類情報を入力する。グループ分類情報は、複数の超音波変換素子１２２を分類するグループ数、活性超音波変換素子の個数などの情報を含む。超音波変換素子１２２の個数がｎである場合、グループ数Ｎは、２以上ｎ−１以下の整数値として入力され、活性超音波変換素子の個数ｋは、Ｎ＋１以上ｎ以下の整数値として入力される。これは、超音波変換素子１２２の分類されたグループＧＲ１〜ＧＲＮのうちの少なくとも１つのグループには、２以上の超音波変換素子が含まれるためである。
【００５７】
段階１２で、活性超音波変換素子ＥＯＮと非活性超音波変換素子ＥＯＦＦとを選択するステップが遂行される。段階１１で、ｋ＝ｎのグループ分類情報が入力された場合、全ての超音波変換素子１２２が活性超音波変換素子として選択されることを意味するので、段階１２は省略される。段階１１で、グループ数Ｎと活性超音波変換素子の個数ｋとの情報だけ入力された場合、グループ分類部１４０は、ｎ個の超音波変換素子のうちのｋ個の活性超音波変換素子ＥＯＮをランダムに抽出する。
【００５８】
段階１３で、活性超音波変換素子ＥＯＮを、段階１１で入力されたグループ数ＮのグループＧＲ１〜ＧＲＮに分類する。上述の段階１１で、全ての超音波変換素子に対するグループ情報が入力された場合、グループ分類部１４０は、入力された情報によってグループを分類する。段階１１で、グループ数Ｎと活性超音波変換素子の個数ｋとの情報だけ入力された場合、グループ分類部１４０は、ｋ個の活性超音波変換素子ＥＯＮをランダムにＮ個のグループに分類する。
【００５９】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、３個のリング状に配列された超音波変換素子アレイを有する超音波変換装置内で、隣接配置された超音波変換素子１２２がグループに分類された例示的な図である。即ち、図２に示した超音波変換装置１２０は、超音波変換素子１２２が側方向に円形をなすように配列されたそれぞれ異なる大きさの複数個のリングを、垂直方向に合わせた構造を有し、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、垂直方向の３個のリング状に配列された超音波変換素子アレイを例示的に示したものである。
【００６０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した超音波変換素子は、スパースアレイ（ｓｐａｒｓｅ−ａｒｒａｙ）の構造を示している。スパースアレイは、選択されていない一部超音波変換素子を非活性化し、選択された超音波変換素子だけを選択して信号処理するための配列を意味する。超音波変換素子のグループ分類は、図６（ａ）に示すように、同じリング内で隣接する活性超音波変換素子１２２の集団で選択され、図６（ｂ）に示すように、互いに隣接する互いに異なるリングに近接する超音波変換素子１２２の集団で選択される。
【００６１】
互いに隣接する活性超音波変換素子を同一グループに分類することは、互いに隣接する活性超音波変換素子が焦点に至る距離に比べ、活性超音波変換素子間の距離が無視することができるほどに小さく、位相や振幅が同一であっても、超音波を照射しようとする対象領域の焦点に同じ位相の超音波信号を送信できるからである。
【００６２】
活性超音波変換素子と非活性超音波変換素子との分布パターンは、ランダムに不規則的に選択されることが望ましい。これは、活性超音波変換素子が、規則的なアレイ配列を有する場合、超音波信号が照射される対象領域内の焦点以外の他の領域にも、超音波信号が集束され、これによって、関心の対象になる焦点への超音波集束度が低くなり、病変の治療や診療時間が長くなることがあるためである。
【００６３】
また、グループ分類部１４０は、最適化技法である遺伝的アルゴリズム（ｇｅｎｅｔｉｃ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を利用して活性超音波変換素子を選択し、活性超音波変換素子のグループを分類することができる。遺伝的アルゴリズムは、進化過程で得た遺伝的操作と適応度を使用して最適解（ｏｐｔｉｍｕｍ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を求める手法である。
【００６４】
従って、グループ分類部１４０は、活性超音波変換素子の選択（ｓａｍｐｌｉｎｇ）、活性超音波変換素子のグループ分類（ｇｒｏｕｐｉｎｇ）などを個体で行う集団を生成し、各個体に対する適応度を評価し、評価値が高い個体を選択し、また、それぞれについて、交差、突然変異などの操作を加え、次世代の個体集団を生成する。このような操作を反復することによって、世代を重畳して適応度（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の高い個体が増加すると、最適解に近い個体が現れる確率も上昇するので、超音波医療装置のシステムを最適化することができる。例えば、適応度の評価は、グレーティング・ローブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｏｂｅ）領域の目的関数を含んでもよい。ここで、グレーティング・ローブとは、身体内部に超音波を照射しようとする対象領域の焦点以外の他の位置に現れる超音波信号の集束度であり、遺伝的アルゴリズムを適用する場合、グレーティング・ローブを最小化することができる個体を最適解として得ることができる。
【００６５】
超音波変換装置１２０のグループ分類ステップが遂行された後、或いはグループ分類ステップと同時に、段階２０で、分類されたグループ別に入力する信号を生成するステップが遂行される。
【００６６】
図１１は、図９の段階２０の例示的なフローチャートである。
【００６７】
図１〜図１１を参照すると、段階２１で、信号発生装置１１０は、ソース信号を生成する。図４の実施形態によると、ソース信号は、Ｍ個の複数のチャネルＳＮ＿ＣＨ１〜ＳＮ＿ＣＨＭを介して発せられ、チャネル選択部１１２に入力される。
【００６８】
段階２２で、チャネル選択部１１２は、複数の超音波変換素子１２２の分類されたグループ別に電気的信号を出力するために、入力されたチャネルＳＮ＿ＣＨ１〜ＳＮ＿ＣＨＭのうちのグループ数Ｎ個のチャネルＣＨ１〜ＣＨＮを選択する。
【００６９】
段階１１で、ユーザがユーザ・インターフェース１３０を利用して超音波変換装置１２０のグループ数を入力した場合、入力されたグループ数情報は、チャネル選択部１１２に出力され、チャネル選択部１１２は、入力されたグループ数情報によってＮ個のチャネルＣＨ１〜ＣＨＮを選択する。もしユーザによってグループ数が入力されていない場合、チャネル選択部は、予め設定された手法によって、特定数のチャネルを選択するように設計される。
【００７０】
段階２３で、各チャネルを介して入力されたソース信号の位相、振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）を変換する。図７を参照すると、信号発生装置１１０で発せられた電気的信号は、位相変換器１１３に入力され、各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮによって、位相が変換される。また、信号増幅器１１４の各増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮは、各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮから入力された信号を適正利得で増幅し、出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを介して電気的信号を出力する。
【００７１】
このために、グループ分類部１４０は、グループ分類情報をプロセッサ１６０に伝送し、プロセッサ１６０は、伝送されたグループ分類情報を分析し、各位相変換素子ＰＴ１〜ＰＴＮによって変換される位相と、各増幅素子ＡＭＰ１〜ＡＭＰＮによって増幅される利得とを算出し、位相変換器１１３と信号増幅器１１４とを制御する。
【００７２】
このように、超音波変換素子のグループＧＰ１〜ＧＰＮに入力される各電気的な信号に、それぞれ異なる振幅、位相を適用する。従って、それぞれ異なるグループに属する超音波変換素子から発せられた超音波信号がそれぞれ異なる送信遅延時間を有するようにし、それぞれ異なるグループに属する超音波変換素子と焦点ＦＣとの間の距離差を補償することによって、複数の超音波変換素子１２２から照射される超音波信号を、焦点ＦＣに集束させることができる。
【００７３】
また、超音波変換装置１２０のグループに入力される信号の位相と振幅とを制御することによって、治療や診断を要する一定の対象領域、即ち超音波を照射しようとする領域内で、超音波が集束される焦点の位置を可変することもできる。また、超音波変換装置１２０から発せられる超音波が、多重焦点（ｍｕｌｔｉ−ｆｏｃｕｓ）を形成するように制御することもできる。
【００７４】
段階３０で、信号発生装置１１０は、複数の出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮを介して電気的信号を超音波変換装置１２０のグループ別に入力させる。ここで、信号発生装置１１０の複数の出力チャネルＣＨ１〜ＣＨＮのうちの少なくとも１つの出力チャネルは、複数の超音波変換素子１２２のうちの二つ以上の超音波変換素子に共通の信号を出力する。
【００７５】
段階４０で、超音波変換装置１２０は、各グループ別に入力された信号によって超音波信号を発する。
【００７６】
段階５０で、疾病の治療や診断が要求される被検者の身体内部の特定部位に超音波が照射され、病変の除去や診断のための超音波映像の生成がなされる。
【００７７】
病変の除去に使用する場合、診断のための超音波対比で、約数十万倍の強力集束超音波（ＨＩＦＵ：ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｆｏｃｕｓｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）が使われ、治療や診断を要する被検者１０１の身体内部の特定部位に集束される。照射部位に集束された超音波は、熱エネルギーに変換されて照射部位の温度を上昇させ、病変組織を懐死させる。
【００７８】
超音波信号が超音波映像の生成に使われる場合、病変の除去のために使われる超音波よりはるかに低い強度の超音波が使われる。照射部位に集束され、組織階層で部分的に反射されたり回折されたりする超音波は、プローブを利用して電気的パルスに変換されることによって、身体内部の組織映像を獲得するのに活用される。即ち、身体内部で反射又は回折された超音波信号は、受信プローブ１５１の圧電変換器を振動させ、圧電変換器は、この振動による所定の振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）、位相の電気的パルスを出力する。受信プローブ１５１から出力された電気的パルスは、映像プロセッサ１５２に入力されて映像処理され、映像データが生成される。映像生成部１５３は、映像データに基づいて超音波映像を生成する。また、映像生成部１５３は、生成された超音波映像をディスプレイ部１５４に送信し、ディスプレイ部１５４を介して超音波映像がグラフィックで表示される。
【００７９】
図９〜図１１を参照して説明した本実施形態による超音波医療装置の制御方法は、コンピュータで実行されるプログラムとして作成可能であり、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を利用し、プログラムを作動させる汎用デジタル・コンピュータで具現される。また、上述の方法で使われたデータの構造は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に、様々な手段を介して記録される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、マグネチック記録媒体（例えば、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＵＳＢ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｓｅｒｉａｌ  ｂｕｓ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光学的判読媒体（例えば、ＣＤ（ｃｏｍｐａｃｔ  ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｃ）など）のような記録媒体を含む。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の超音波医療装置及びその制御方法は、例えば、病変組織治療関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１００    超音波医療装置
１０１    被検者
１０２    ベッド
１１０    信号発生装置
１１１    制御部
１１２    チャネル選択部
１１３    位相変換器
１１４    信号増幅器
１２０    超音波変換装置
１２１    支持板
１２２、１２２ａ〜１２２ｄ    超音波変換素子
１３０    ユーザ・インターフェース
１４０    グループ分類部
１４１    基板
１４２    グループ分類プロセッサ
１５１    受信プローブ
１５２    映像プロセッサ
１５３    映像生成部
１５４    ディスプレイ部
１６０    プロセッサ
２００    超音波診断機
【図１】
2013052244.tif 000003
【図２】
2013052244.tif 000004
【図３】
2013052244.tif 000005
【図４】
2013052244.tif 000006
【図５】
2013052244.tif 000007
【図６】
2013052244.tif 000008
【図７】
2013052244.tif 000009
【図８】
2013052244.tif 000010
【図９】
2013052244.tif 000011
【図１０】
2013052244.tif 000012
【図１１】
2013052244.tif 000013