(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の３次元的な情報を収集する２次元アレイプローブと、
前記２次元アレイプローブ内に、送信情報に応じて超音波を発生する送信専用素子と、前記送信専用素子から発生された超音波の反射波を受波して受信情報を形成する受信専用素子と、前記受信専用素子により形成された受信情報を所定の利得で増幅して出力する増幅手段とを備え、
前記２次元アレイプローブの送信専用素子に供給するための送信情報を発生する送信情報発生手段と、
前記２次元プローブの受信専用素子により形成された増幅手段で所定の利得で増幅された受信情報に対して、少なくとも生体内の３次元的な画像を形成する画像処理を施す画像処理手段と、
前記送信情報発生手段からの送信情報を前記２次元アレイプローブの送信専用素子に供給し、前記受信専用素子により形成され増幅手段で所定の利得で増幅された受信情報を前記画像処理手段に供給するように、送信情報及び受信情報の情報経路の切り換えを行う切り換え手段とを備え、
前記送受信情報発生手段、画像処理手段及び切り換え手段は、前記２次元アレイプローブと接続される装置本体内に設けられている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、生体内の３次元画像情報をリアルタイムに描出する超音波診断装置に関し、特にＳ／Ｎの向上等を図った超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置は、超音波ビームを１つの面内で走査して断面画像を表示するシステムとなっている。近年、超音波診断装置の超音波送受信部である超音波プローブを移動させながら診断画像を収集し、３次元情報を得る試みが盛んに行われており、超音波診断装置における３次元画像の表示に対して新たな診断の可能性が期待されている。実際には、腹部用のコンベックスプローブやリニアアレイプローブを手動または機械的に移動させたり、電子セクタプローブを回転させる機構を持った経食道用マルチプレーンプローブを用いるなどの研究が進められている。そして最近では超音波の３次元的な走査を電子的に高速に行いリアルタイムに３次元情報の収集と表示を行うリアルタイム３次元超音波診断装置の研究開発が行われるようになってきている。
【０００３】
このようなリアルタイム３次元超音波装置においては、空間的に広がった超音波ビームを送信し、受信ビーム形成の際に、同時に複数のビームを形成することで、短時間に３次元空間の形態情報（３次元画像情報）を収集可能となっている。
【０００４】
ここで、このようにして３次元画像情報を得るためには、２次元的に分割された２次元アレイプローブを用いる必要があるが、この２次元アレイプローブは、素子の面積が小さくなり、素子から出力される電流量が減少（出力インピーダンスが上昇）するためＳ／Ｎが低下しやすく、また、従来の１次元アレイプローブが通常数十から２百程度の素子数であるのに対し、２次元アレイの場合は、千〜数千の非常に多い素子が必要とする。従来の１次元アレイプローブを用いたシステムにおいても、高いＳ／Ｎを得ることは非常に重要な問題であり、そのため、プローブ内部に主に電流増幅を行う増幅器が設けられる場合もある。また、従来の１次元アレイプローブにおいては、１つの素子が送信受信共に受け持つことが一般的であり、前記増幅器も送信時においては、送信パルスが通過するため、その高圧に耐えうる構造を備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、２次元アレイプローブにおいては、上述のように非常に多くの素子を必要とするため、これに対応して前記増幅器を設ける場合、非常に集積度の高い増幅器を用いなければ該増幅器をプローブ内部に収納することができない。これに対して、集積度の高い増幅器は、前記送信パルスが通過することによる高圧が印加された場合破損する虞があり、破損しないようにするためには集積度の低い増幅器を用いなければならずＳ／Ｎの向上は望めない。そして、集積度の低い増幅器を用いた場合には、前述のように増幅器をプローブ内部に収納することができない。
【０００６】
一方、超音波診断装置においては、３次元画像表示を行う２次元アレイプローブ以外に、通常の２次元断層像を得るための１次元アレイプローブを接続する必要がある。しかし、通常の１次元プローブの各素子は送受信を共に行っているのに対し、２次元アレイプローブは、送受信をそれぞれ別素子で行う必要がある。このため、超音波診断装置において、１次元アレイプローブと２次元アレイプローブとの両方を接続可能とするためには、２次元アレイプローブ専用の送受信系を設ける必要があり、これにより、装置構成の複雑化及び装置の大型化を招き、装置の製造コストが高くなる問題が想定される。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、２次元アレイプローブ内に高圧に対して耐久性のある増幅器を設けることを可能としてＳ／Ｎの向上を図ることができ、また、２次元アレイプローブ専用の送受信系を設けることなく、１次元アレイプローブ及び２次元アレイプローブの両方を接続可能として装置構成の簡略化、装置の小型化及び装置の製造コストのコストダウンを図ることができるような超音波診断装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段 】
本発明に係る超音波診断装置は、生体内の３次元的な情報を収集する２次元アレイプローブと、前記２次元アレイプローブ内に、送信情報に応じて超音波を発生する送信専用素子と、前記送信専用素子から発生された超音波の反射波を受波して受信情報を形成する受信専用素子と、前記受信専用素子により形成された受信情報を所定の利得で増幅して出力する増幅手段とを備え、前記２次元アレイプローブの送信専用素子に供給するための送信情報を発生する送信情報発生手段と、前記２次元プローブの受信専用素子により形成された増幅手段で所定の利得で増幅された受信情報に対して、少なくとも生体内の３次元的な画像を形成する画像処理を施す画像処理手段と、前記送信情報発生手段からの送信情報を前記２次元アレイプローブの送信専用素子に供給し、前記受信専用素子により形成され増幅手段で所定の利得で増幅された受信情報を前記画像処理手段に供給するように、送信情報及び受信情報の情報経路の切り換えを行う切り換え手段とを備え、前記送受信情報発生手段、画像処理手段及び切り換え手段は、前記２次元アレイプローブと接続される装置本体内に設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波診断装置の好ましい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。
【００１７】
［第１の実施の形態］
本発明に係る超音波診断装置は、図１に示すような３次元超音波診断システムに適用することができる。この本発明の第１の実施の形態となる３次元超音波診断システムは、生体の３次元画像を収集する２次元アレイプローブ１と、生体の２次元画像（２次元断層像）を収集する１次元アレイプローブ２と、各プローブ１、２により収集された３次元画像或いは２次元画像に対して所定の画像処理を施して３次元表示画像或いは２次元表示画像を形成する装置本体３と、装置本体３で形成された３次元表示画像或いは２次元表示画像を表示する、例えばテレビジョン受像機や液晶表示装置等の表示装置４とで構成されている。
【００１８】
２次元アレイプローブ１は、複数の超音波素子を一列に配列してなる超音波素子列を複数列分有しており、例えば一度にボックス状に超音波を走査することにより３次元的な超音波画像を収集可能となっている。また、この２次元アレイプローブ１は、図１に示すように送受信ヘッド５が、超音波の送信専用素子６と、受信専用素子７とで構成されている。また、この受信専用素子６にのみ、例えばインピーダンス変換回路等のプローブ内増幅器８が設けられていることが特徴となっている。
【００１９】
これに対して１次元アレイプローブ２は、複数の超音波素子を一列に配列されてなる超音波素子列を１列分有する通常のプローブとなっており、例えばリニアスキャンやコンベックススキャン等により、生体内を２次元的に走査して２次元断層像を収集するようになっている。
【００２０】
装置本体３は、各プローブ１、２に接続されるプローブインターフェース１１と、各プローブ１、２に対して送信パルスや受信信号の送受信制御を行う送受信制御回路１２と、送受信制御回路１２からの２次元画像や３次元画像を一旦記憶するバッファメモリ１３と、バッファメモリ１３に記憶された２次元画像或いは３次元画像に対して所定の画像処理を施し２次元表示画像或いは３次元表示画像等を形成する各プロセッサ１４〜１７と、当該システム全体を制御するＣＰＵ１９と、各プロセッサ１４〜１７により形成された２次元表示画像或いは３次元表示画像等を表示装置４に表示制御する表示制御回路２０とを有している。
【００２１】
各バッファメモリ１３と各プロセッサ１４〜１７は、それぞれバスライン１８を介して接続されており、また、各プロセッサ１４〜１７と、ＣＰＵ１９及び表示制御回路２０とは、それぞれバスライン２１を介して接続されている。
【００２２】
送受信制御回路１２は、各プローブ１、２から超音波を発生させるための送信パルスを発生する送信パルス発生部２５と、送信パルス発生部２５からの送信パルスとプローブインターフェース１１を介して供給される１次元アレイプローブ２からの受信信号との切り換えを行う第１の切り換えスイッチ２６と、第１の切り換えスイッチ２６を介して供給される１次元アレイプローブ２からの受信信号とプローブインターフェース１１を介して供給される２次元アレイプローブ１からの受信信号との切り換えを行う第２の切り換えスイッチ２７と、第２の切り換えスイッチ２７から供給される各プローブ１、２からの受信信号を所定の利得で増幅して出力するプリアンプ２８とを有している。
【００２３】
次に、このような構成を有する当該第１の実施の形態の３次元超音波診断システムの動作説明をする。
【００２４】
まず、１次元アレイプローブ２を用いて２次元断層像の撮影を行う場合、装置本体３のＣＰＵ１９は、各送受信制御回路１２内の送信パルス発生部２５を駆動すると共に、選択端子２６ｃで、送信パルス発生部２５に接続された被選択端子２６ａを選択するように第１の切り換えスイッチ２６を切り換え制御する。これにより、各送信パルス発生部２５により発生された送信パルスがプローブインターフェース１１を介して１次元アレイプローブ２の送受信素子に供給される。
【００２５】
１次元アレイプローブ２は、送受信素子に送信パルスが供給されると、２次元的に超音波の走査を行い（２次元走査）、この２次元走査に対する反射波を送受信素子で受信し、該反射射に応じた受信信号を形成する。そして、この受信信号を、プローブインターフェース１１を介して第１の切り換えスイッチ２６の被選択端子２６ｂに供給する。ＣＰＵ１９は、１次元アレイプローブ２における反射波の受信の際、選択端子２６ｃで被選択端子２６ｂを選択するように第１の切り換えスイッチ２６を切り換え制御すると共に、選択端子２７ｃで、前記第１の切り換えスイッチ２６の被選択端子２６ｂに接続された被選択端子２７ａを選択するように第２の切り換えスイッチ２７を切り換え制御する。これにより、１次元アレイプローブ２からの受信信号は、各切り換えスイッチ２６、２７を順に介してプリアンプ２８に供給されることとなる。プリアンプ２８は、この受信信号を所定の利得で増幅し、これをバッファメモリ１３に供給する。バッファメモリ１３は、この受信信号を一旦記憶する。
【００２６】
各プロセッサ１４〜１７は、それぞれ操作者の指定に応じて動作するようになっており、例えば操作者によりＢモードにおける表示形態が選択された場合はエコープロセッサ１４が動作し、各バッファメモリ１３に記憶されている受信信号をバスライン１８を介して取り込み、この受信信号に応じて２次元断層像を形成する。そして、この２次元断層像をバスライン２１を介して表示制御回路２０に供給する。表示制御回路２０は、この２次元断層像を表示装置４に表示制御する。これにより、１次元アレイプローブ２の２次元走査による２次元断層像が表示装置４に表示されることとなる。
【００２７】
また、操作者により血流イメージが選択された場合はドプラプロセッサが動作し、各バッファメモリ１３に記憶されている受信信号をバスライン１８を介して取り込み、この受信信号に基づいて組織ドプラの処理等を行い、血流イメージを形成する。そして、この血流イメージをバスライン２１及び表示制御回路２０を介して表示装置４に供給する。これにより、１次元アレイプローブ２の２次元走査による血流イメージが表示装置４に表示されることとなる。
【００２８】
また、操作者によりＭモードやその他の表示モードにおける表示形態等が選択された場合はアプリケーションプロセッサ１７が動作し、各バッファメモリ１３に記憶されている受信信号をバスライン１８を介して取り込み、この受信信号に応じて所定の臓器の動きを時間の経過と共に表示するＭモード画像等を形成する。そして、この画像をバスライン２１及び表示制御回路２０を介して表示装置４に供給する。これにより、１次元アレイプローブ２の２次元走査によるＭモード画像等が表示装置４に表示されることとなる。
【００２９】
次に、２次元アレイプローブ１を用いて３次元画像の撮影を行う場合、装置本体３のＣＰＵ１９は、各送受信制御回路１２内の送信パルス発生部２５を駆動すると共に、選択端子２６ｃで送信パルス発生部２５に接続された被選択端子２６ａを選択するように第１の切り換えスイッチ２６を切り換え制御する。これにより、各送信パルス発生部２５により発生された送信パルスがプローブインターフェース１１を介して、プローブ内増幅器８を介すことなく２次元アレイプローブ１の送信専用素子６に直接供給される。
【００３０】
２次元アレイプローブ１は、送信専用素子６に送信パルスが供給されると、例えばボックス状に超音波を照射することで３次元的な走査を行い、この３次元走査に対する反射波を受信専用素子７で受信して、該反射射に応じた受信信号を形成する。そして、この受信信号をプローブ内増幅器８に供給する。プローブ内増幅器８は、この受信信号を、所定の利得で例えば電流増幅し、これをプローブインターフェース１１を介して第２の切り換えスイッチ２７の被選択端子２７ｂに供給する。
【００３１】
ＣＰＵ１９は、２次元アレイプローブ１における反射波の受信の際、選択端子２７ｃで被選択端子２７ｂを選択するように第２の切り換えスイッチ２７を切り換え制御する。これにより、２次元アレイプローブ１からの受信信号は、第２の切り換えスイッチ２７を介してプリアンプ２８に供給されることとなる。プリアンプ２８は、この受信信号を所定の利得で増幅し、これをバッファメモリ１３に供給する。バッファメモリ１３は、この受信信号を一旦記憶する。
【００３２】
すなわち、送受信制御回路１２の各切り換えスイッチ２６、２７の切り換え制御により、送信パルス発生部２５からの送信パルスは、２次元アレイプローブ１のプローブ内増幅器８を介すことなく送信専用素子６に直接供給され、受信専用素子７からの受信信号は、プローブ内増幅器８を介してバッファメモリ１３に供給される。
【００３３】
このため、高圧の送信パルスがプローブ内増幅器８に供給される不都合を防止することができる。従って、非常に多くの素子を必要とする２次元アレイプローブ１であっても、集積度の低い増幅器（前記プローブ内増幅器８）を設けたうえで、各プローブ内増幅器８を２次元アレイプローブ１内に収納することを可能とすることができる。なお、前述のように前記プローブ内増幅器８は、集積度の低い増幅器であるため、高圧に対して耐久性があり、また、高圧の送信パルスが供給されることはないため、破損の心配もないことを付け加えておく。
【００３４】
また、送受信制御回路１２の各切り換えスイッチ２６、２７の切り換え制御により、上述の１次元アレイプローブ２からの受信信号は、第２の切り換えスイッチ２６及び第１の切り換えスイッチ２７を順に介してプリアンプ２８に供給される信号経路となり、また、この２次元アレイプローブ１からの受信信号は、第１の切り換えスイッチ２７を介してプリアンプ２８に供給される信号経路となる。このため、２次元アレイプローブ１及び１次元アレイプローブ２を、同じ送受信系で取り扱うことを可能とすることができる。従って、２次元アレイプローブ１専用の送受信系を設けなくてよい分、装置構成の簡略化及び装置の小型化を図ることができ、これらを通じて装置の製造コストを安価なものとすることができる。
【００３５】
次に、このように２次元アレイプローブ１からの受信信号が各バッファメモリ１３に記憶されると、３Ｄプロセッサ１６は、各バッファメモリ１３に記憶されている受信信号をバスライン１８を介して取り込み、この受信信号に応じて３次元表示画像を形成する。そして、この３次元表示画像をバスライン２１を介して表示制御回路２０に供給する。表示制御回路２０は、この３次元表示画像を表示装置４に表示制御する。これにより、２次元アレイプローブ１の３次元走査により取り込まれた３次元表示画像を表示装置４に表示することができる。なお、３Ｄプロセッサ１６は、他のプロセッサ１４、１５、１７で形成された各画像の３次元表示も行うようになっている。
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る第１の実施の形態の３次元超音波診断システムは、２次元アレイプローブ１内に受信信号専用のプローブ内増幅器８を設け、送受信制御回路１２の第１、第２の切り換えスイッチ２６、２７の切り換え制御により送信パルスと受信信号の信号経路を切り換えることにより、２次元アレイプローブ１内に増幅器（プローブ内増幅器８）を設けることを可能とすることができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【００３７】
また、送受信制御回路１２の第１、第２の切り換えスイッチ２６、２７の切り換え制御により２次元アレイプローブ１と１次元アレイプローブ２の送受信経路を切り換えるようにしているため、一つの送受信系を両方のプローブ１、２で共用可能とすることができる。このため、２次元アレイプローブ１専用の送受信系を設けなくてよい分、装置構成の簡略化及び装置の小型化を図ることができ、これらを通じて装置の製造コストを安価なものとすることができる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態の３次元超音波診断システムの説明をする。上述の第１の実施の形態の３次元超音波診断システムは、送信パルス及び各プローブ１、２からの各受信信号の信号経路の切り換えを送受信制御回路１２内に設けられた第１、第２の切り換えスイッチ２６、２７により行うものであったが、この第２の実施の形態の３次元超音波診断システムは、該第１、第２の切り換えスイッチ２６、２７に相当する切り換え手段を２次元アレイプローブ１内に設けるようにしたものである。なお、この第２の実施の形態のと上述の第１の実施の形態とでは、この点のみが異なるため、以下、この差異の説明のみ行い重複説明は省略することとする。
【００３９】
すなわち、この第２の実施の形態の３次元超音波診断システムは、前記２次元アレイプローブ１として、図２に示すような構成のものを有している。この２次元アレイプローブ１は、前記送受信制御回路１２の送信パルス発生部２５からの送信パルス及びプローブ内増幅器８からの受信信号の切り換えを行う第１のスイッチ３０と、この第１のスイッチ３０を介して供給される前記送信パルス及び送受信素子３２からの受信信号の切り換えを行う第２のスイッチ３１とを、その内部に有している。各スイッチ３０、３１は、送受信素子３２の数分設けられている。送受信素子３２は、送信及び受信を同じ素子で行うように構成されている。
【００４０】
このような２次元アレイプローブ１において、送受信制御回路１２の送信パルス発生部２５から送信パルスの送信がなされると、図１に示したＣＰＵ１９が、選択端子３０ｃで被選択端子３０ａを選択するように第１の切り換えスイッチ３０を切り換え制御すると共に、選択端子３１ｃで被選択端子３１ａを選択するように第２の切り換えスイッチ３１を切り換え制御する。これにより、送受信制御回路１２の送信パルス発生部２５からの送信パルスが、各切り換えスイッチ３０、３１を介して、プローブ内増幅器８を介すことなく送受信素子３２に供給され上述の３次元走査が行われる。
【００４１】
次に、受信時となると、ＣＰＵ１９が、選択端子３１ｃで被選択端子３１ｂを選択するように第２の切り換えスイッチ３１を切り換え制御すると共に、選択端子３０ｃで被選択端子３０ｂを選択するように第１の切り換えスイッチ３０を切り換え制御する。これにより、送受信素子３２からの受信信号が第２の切り換えスイッチ３１を介してプローブ内増幅器８に供給され、所定の利得で増幅され、第１の切り換えスイッチ３０を介して図１に示したプリアンプ２８に供給される。
【００４２】
このように、２次元アレイプローブ１内に送信時と受信時とで、送信パルスと受信信号の信号経路を切り換える第１、第２の切り換えスイッチ３０、３１を設けることにより、２次元アレイプローブ１内に増幅器（プローブ内増幅器８）を設けることを可能とすることができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる他、上述の第１の実施の形態と同じ効果を得ることができる。
【００４３】
最後に、上述の各実施の形態は、本発明に係る超音波診断装置の一例である。このため、本発明は、これら各実施の形態に限定されることはなく、各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係る超音波診断装置は、２次元アレイプローブ内に増幅器を収納して設けることを可能とすることができ、受信情報のＳ／Ｎを向上を図ることができる。また、１次元アレイプローブからの受信情報と２次元アレイプローブからの受信情報とを同じ送受信系で情報処理することを可能とすることができ、２次元アレイプローブ専用の送受信系を設けなくてよい分、装置構成の簡略化及び装置の小型化を図ることができ、これらを通じて装置の製造コストを安価なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置を適用した第１の実施の形態となる３次元超音波診断システムのブロック図である。
【図２】本発明に係る超音波診断装置を適用した第２の実施の形態となる３次元超音波診断システムに設けられている２次元アレイプローブの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…２次元アレイプローブ、２…１次元アレイプローブ、３…装置本体、４…表示装置、５…送受信ヘッド、６…送信専用素子、７…受信専用素子、８…プローブ内増幅器、１１…プローブインターフェース、１２…送受信制御回路、１３…バッファメモリ、１４…エコープロセッサ、１５…ドプラプロセッサ、１６…３Ｄプロセッサ、１７…アプリケーションプロセッサ、１８、２１…バスライン、１９…ＣＰＵ、２０…表示制御回路、２５…送信パルス発生部、２６…第１の切り換えスイッチ、２７…第２の切り換えスイッチ、２８…プリアンプ、３０…第１の切り換えスイッチ、３１…第２の切り換えスイッチ
【図１】
0004183312.tif 000002
【図２】
0004183312.tif 000003