(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された超音波の送信条件に基づいて、単位時間当たりにプローブから送信される超音波パワーとしてのトータルパワーを算出するトータルパワー算出部と、
超音波の送信開始から所定時間が経過した時点における単位トータルパワー当たりのプローブ表面温度の推定上昇分を駆動周波数ごとに温度上昇係数として格納したテーブルを有し、設定された駆動周波数に対応した温度上昇係数を前記テーブルから求める係数算出部と、
前記算出されたトータルパワーと前記求められた温度上昇係数に基づいて、前記トータルパワーに応じたプローブ表面温度の推定上昇分を推定温度上昇分として演算する推定温度上昇分演算部と、
前記演算された推定温度上昇分が、プローブ表面温度の上昇分における安全温度条件を満たしているか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記送信条件のうち少なくとも１つのパラメータを再設定する送信条件可変部と、
を含み、
これにより、膨大な数の送信条件のパラメータの組み合わせが一旦トータルパワーに換算統合され、このトータルパワーを基礎情報として、プローブ表面温度の推定上昇分である前記推定温度上昇分が演算される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記テーブルは、前記駆動周波数ごとに加えて前記プローブの種類ごとに前記温度上昇係数を格納し、前記係数算出部は、前記設定された駆動周波数に加えて設定されたプローブの種類に応じた前記温度上昇係数を前記テーブルから求めることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記推定温度上昇分演算部は、複数の診断モードに対応する複数の推定温度上昇分演算式の中から選択された診断モードに対応する演算式を選択して、前記推定温度上昇分を演算することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記トータルパワー算出部は、駆動電圧の２乗とバースト波数との積に対する単位ＰＲＦ時のトータルパワーのグラフに基づいて、単位時間当たりにプローブから送信される超音波パワーとしてのトータルパワーを算出する、
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、超音波診断装置に関し、特に、プローブ表面温度を調整する機能を有する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体への超音波診断における安全規格上、超音波の送信開始後３０分経過時におけるプローブ表面温度の温度上昇分の上限が定められている。この安全規格を遵守するために、３０分後の温度上昇分がこの上限を下回るように超音波の送信パワーを制御する必要がある。そこで、例えば、送信開始後に送信パワーを段階的にダウンさせる制御をした場合には、感度やゲイン等が段階的に変化してしまい、場合によっては計測上支障が生じる。したがって、３０分後の温度上昇分を見越して、送信開始時点から送信パワーの制御を行う必要がある。
【０００３】
ここで、３０分経過時点におけるプローブ表面温度は、プローブの種類、フォーカス位置、診断モード、ビーム走査条件、駆動周波数、バースト波数、送信繰り返し周波数（ＰＲＦ）等の極めて様々な条件に依存し、また特に送信電圧にも依存する。送信パワーを制限する場合には、例えば、これらのパラメータのうち送信電圧を下げる手法が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
送信開始時点において送信パワーを適切に設定するために、例えば、多種のパラメータの各組み合わせごとに、上記の安全温度条件を満たす送信電圧の値をテーブル化しておき、実際に設定された送信条件の内容に応じて、このテーブルを利用して送信電圧を決定することも可能である。しかしながら、極めて様々なパラメータが存在するため、その組み合わせの数は膨大な値となり、それに対応するために非常に大きなテーブルを構成する必要があり、装置のコスト面での問題が生じていた。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、非常に大きなテーブルを必要とせずに安全性の高い超音波診断装置を実現することにある。また、本発明の他の目的は、安全規格を遵守する機能を簡易な構成により達成する超音波診断装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、設定された超音波の送信条件に基づいて、単位時間当たりにプローブから送信される超音波パワーとしてのトータルパワーを算出するトータルパワー算出部と、超音波の送信開始から所定時間が経過した時点における単位トータルパワー当たりのプローブ表面温度の推定上昇分を駆動周波数ごとに温度上昇係数として格納したテーブルを有し、設定された駆動周波数に対応した温度上昇係数を前記テーブルから求める係数算出部と、前記算出されたトータルパワーと前記求められた温度上昇係数に基づいて、前記トータルパワーに応じたプローブ表面温度の推定上昇分を推定温度上昇分として演算する推定温度上昇分演算部と、前記演算された推定温度上昇分が、プローブ表面温度の上昇分における安全温度条件を満たしているか否かを判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記送信条件のうち少なくとも１つのパラメータを再設定する送信条件可変部と、を含み、これにより、膨大な数の送信条件のパラメータの組み合わせが一旦トータルパワーに換算統合され、このトータルパワーを基礎情報として、プローブ表面温度の推定上昇分である前記推定温度上昇分が演算される、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、複数のパラメータがトータルパワーという情報に一旦換算統合される。このトータルパワーと求められた温度上昇係数とに基づいて、推定温度上昇分が演算され、安全温度条件を満たしているかが判定される。その判定結果に応じてパラメータが再設定される。望ましくは、推定温度上昇分が安全温度条件を満たすまでこのパラメータの調整が繰り返され、これにより、パラメータが適切な値に追い込まれる。つまり、膨大な数のパラメータの組み合わせが一旦トータルパワーに換算統合されて扱われ、トータルパワーを基礎情報として推定温度上昇分の演算を行うので、複雑な演算を必要としない。また、従来のように、あらかじめ膨大なデータを格納するためのテーブルを必要としない。
【０００８】
本発明の好適な態様では、前記テーブルは、前記駆動周波数ごとに加えて前記プローブの種類ごとに前記温度上昇係数を格納し、前記係数算出部は、前記設定された駆動周波数に加えて設定されたプローブの種類に応じた前記温度上昇係数を前記テーブルから求めることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の好適な態様では、前記推定温度上昇分演算部は、複数の診断モードに対応する複数の推定温度上昇分演算式の中から選択された診断モードに対応する演算式を選択して、前記推定温度上昇分を演算することを特徴とする。さらに好適な態様では、前記トータルパワー算出部は、駆動電圧の２乗とバースト波数との積に対する単位ＰＲＦ時のトータルパワーのグラフに基づいて、単位時間当たりにプローブから送信される超音波パワーとしてのトータルパワーを算出することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、調整される送信条件のパラメータが、超音波を送信するためにプローブに供給される駆動電圧である場合を例にとって説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る超音波診断装置の概略的な構成を示す機能ブロック図である。この超音波診断装置は、プローブ１０と、これにケーブルを介して接続された装置本体１２とから構成される。本実施形態の超音波診断装置では、複数のプローブ１０の中から診断目的等に合わせて適宜プローブ１０を選択し、交換することができる。
【００１２】
プローブ１０は、被検体に対して超音波を送受信して超音波ビームを形成し、電気信号としての受信信号を装置本体１２に出力する。
【００１３】
制御部１６は、超音波の送受信の際に利用される、プローブ１０の種類、プローブ１０の駆動電圧、診断モード、フォーカス位置、バースト波数、ＰＲＦ等の送信条件のパラメータを設定する。なお、ユーザーが入力すべきパラメータは入力部１４から入力され、設定される。設定された送信条件に関する情報が送信部２０に入力される。
【００１４】
送信部２０は、入力された送信条件に基づいて、プローブ１０に送信信号を供給してプローブ１０から超音波を送信させる。
【００１５】
受信部２２は、プローブ１０から出力される受信信号に対して所定の信号処理を行い、画像形成部２４に出力する。画像形成部２４は、信号処理後の受信信号に基づいて、設定された診断モードの超音波画像を形成し、表示部２６に表示する。
【００１６】
駆動電圧調整ユニット１８は、プローブ１０の表面温度の上昇分に関する安全規格を遵守するために、送信条件のうちプローブ１０の駆動電圧を調整する。本実施形態では、超音波の送信に先立ってこの調整を行うが、超音波の送信と平行して調整されてもよい。
【００１７】
駆動電圧調整ユニット１８の構成に関して、図２を参照しながら更に説明する。図２は、制御部１６と駆動電圧調整ユニット１８の概略的な構成を示す機能ブロック図であり、駆動電圧の調整動作を説明する図である。なお、制御部１６は、駆動電圧やＰＲＦ等の送信条件２８のパラメータをメモリのデータとして有している。制御部１６は、駆動電圧調整ユニット１８におけるトータルパワー算出部３０、係数算出部３２、及び推定温度上昇分演算部３４に所定のパラメータを渡す。
【００１８】
トータルパワー算出部３０は、トータルパワーＷ０を算出する機能を有する。ここで、トータルパワーとは、単位時間当たりにプローブ１０から送信される超音波パワーである。トータルパワー算出部３０は、データ格納部３６と、トータルパワー計算部３８とから構成されている。
【００１９】
データ格納部３６には、トータルパワーＷ０を算出するために必要なデータが格納されている。先ず、このデータについて説明する。ＰＲＦが１ｋＨｚの超音波が送信された場合、駆動電圧Ｖ（ｖ）の２乗とバースト波数Ｂ（ｎ）との積をグラフの横軸にとり、そのときのトータルパワー（１ＫＨｚトータルパワー）Ｗ１ＫＨｚ（ｍＷ）の実測値を縦軸にとると、その実測値は、図３のようにプロットされる。ここで、図３に示される直線Ｌは、これらの実測値から最小二乗法によって得られた直線である。この直線Ｌは、プローブ１０の種類、駆動周波数及びフォーカス位置ごとに異なる。
【００２０】
データ格納部３６は、プローブ１０の種類ごとに、各プローブ１０で利用されるそれぞれの駆動周波数及びフォーカス位置における直線Ｌの傾きａ（第１定数）及び切片ｂ（第２定数）の値を格納している。したがって、制御部１６からデータ格納部３６に、プローブ１０の種類、駆動周波数、及びフォーカス位置のパラメータが入力されると、それらに対応する第１定数ａ及び第２定数ｂの値をトータルパワー計算部３８に出力する。
【００２１】
トータルパワー計算部３８は、トータルパワーＷ０を算出する以下の演算式を格納している。トータルパワーＷ０の算出にあたっては、この演算式を利用することが望ましいが、他の演算式を利用してもよい。
【００２２】
【数１】
0003842089.tif 000002
トータルパワー計算部３８には、制御部１６から駆動電圧Ｖ、バースト波数Ｂ及びＰＲＦが入力され、また、データ格納部３６からそのときの送信条件に対応する第１定数ａ及び第２定数ｂが入力される。トータルパワー計算部３８は、上記第（１）式からトータルパワーＷ０を算出し、推定温度上昇分演算部３４に出力する。
【００２３】
一方、係数算出部３２には、テーブル格納部４０が設けられている。このテーブル格納部４０には、上昇温度係数Δｔを算出するためのテーブルが格納されている。先ず、テーブルに格納されているデータについて図４を参照しながら説明する。
【００２４】
単位トータルパワー１（ｍＷ）の超音波を送信し、３０分経過後のプローブ表面温度の上昇分を実測したところ、そのときの駆動周波数ｆ（ＭＨｚ）に依存することが実験によって確認されている。ここで、この実測値は、プローブ１０の種類によって異なる値をとる。各プローブ種類ごとの駆動周波数に対する単位トータルパワー当たりの表面温度上昇分（温度上昇係数）Δｔを図４に示す。
【００２５】
テーブル格納部４０には、駆動周波数ｆから温度上昇係数Δｔを求めるテーブルがプローブ１０の種類ごとに格納されている。なお、プローブ１０で利用される駆動周波数ｆの値は、プローブ１０ごとに数種類に定められており、このテーブルには、その利用される分だけの駆動周波数ｆに関するデータが格納されている。なお、プローブ１０を空中に放置している状態や生体に接触させている状態等ごとに、さらに温度上昇係数Δｔが区分けされ、格納されていてもよい。
【００２６】
制御部１６から係数算出部３２に、プローブ１０の種類及び駆動周波数のパラメータが入力されると、それらに対応する温度上昇係数Δｔがテーブル格納部４０から読み出され、求められる。求められた温度上昇係数Δｔは、推定温度上昇分演算部３４に出力される。
【００２７】
推定温度上昇分演算部３４は、超音波の送信開始から３０分経過後のプローブ１０の表面温度における推定上昇分（推定温度上昇分）ｅｓｔΔＴを演算する。ここで、推定温度上昇分ｅｓｔΔＴを算出するための演算式（推定温度上昇分演算式）は、超音波ビームを走査するスキャンモード（Ｂモード、カラーフローマッピングモード等）と、ビーム走査をしないノンスキャンモード（Ｍモード、Ｄモード等）とで異なる。ノンスキャンモードにおける演算式は、次のように示される。
【００２８】
【数２】
ｅｓｔΔＴ＝Ｗ０×Δｔ                （２）
また、スキャンモードにおける演算式は、実験や経験等によって求められる。ここでは、次の式で表わす。
【００２９】
【数３】
ｅｓｔΔＴ＝Ｆ（Ｗ０，Δｔ，ｘ，・・・）      （３）
第（３）式は、トータルパワーＷ０及び温度上昇係数Δｔに依存するとともに、例えば、プローブ１０の最大開口幅、超音波ビームを形成する際の開口幅、走査開口幅等に依存する。またこの演算式には補正値等が含まれている。
【００３０】
推定温度上昇分演算部３４にはモード判別部４２が設けられており、制御部１６から診断モードが入力されると、その診断モードがスキャンモードであるかノンスキャンモードであるかを判別する。推定温度上昇分演算部３４は、モード判別部４２による判別結果に基づいて演算式を選択し、入力されたトータルパワーＷ０と温度上昇係数Δｔとから、推定温度上昇分（以下、推定値という）ｅｓｔΔＴを算出する。このとき、推定温度上昇分演算部３４には、制御部１６からスキャンモードの演算式を求めるのに必要なパラメータが入力され、必要に応じて利用される。なお、制御部１６が、スキャンモードかノンスキャンモードであるかの判別を行い、ノンスキャンモードである場合において、必要なパラメータを推定温度上昇分演算部３４に出力する構成であってもよい。算出された推定値ｅｓｔΔＴは、判定部４４に出力される。
【００３１】
判定部４４は、入力された推定値ｅｓｔΔＴが安全温度条件を満たしているか否かを判定する。ここで、上述したように、生体への安全規格上、超音波の送信開始後３０分経過後におけるプローブ１０の表面温度の上昇分の上限（制限値ｌｉｍΔＴ）が定められている。安全温度条件とは、送信開始後から３０分経過後の温度上昇分が、この制限値を下回ることをいう。判定部４４には、この制限値ｌｉｍΔＴが格納されている。なお、この判定部４４が、例えば、ユーザーによって制限値ｌｉｍΔＴをより厳しい値に設定することができる構成を有していてもよい。本実施形態では、この制限値ｌｉｍΔＴは、スキャンモードとノンスキャンモードの区別によらず共通の値である。しかし、必要に応じて異なる値を用いる構成であってもよい。判定部４４は、この制限値ｌｉｍΔＴと、入力された推定値ｅｓｔΔＴとを比較し、推定値ｅｓｔΔＴが制限値ｌｉｍΔＴを上回っているか否かを判定する。その判定結果は、送信条件可変部としての駆動電圧調整部４６に出力される。
【００３２】
駆動電圧調整部４６は、入力された判定結果に基づいて、駆動電圧Ｖの調整に関する調整信号、或いは駆動信号Ｖの確定に関する確定信号を制御部１６に対して出力する。これらの信号についてさらに詳述する。
【００３３】
判定の結果、推定値ｅｓｔΔＴが制限値ｌｉｍΔＴを上回っている場合、現在の超音波の送信条件２８では、安全温度条件が満たされないことになる。この場合には、駆動電圧調整部４６は、駆動電圧Ｖを１ステップ下げさせる調整信号を出力する。制御部１６では、例えば、駆動電圧Ｖを刻むステップ（刻み）のデフォルトとして数ボルトが設定されており、制御部１６に調整信号が入力されることによって、１ステップだけ電圧を下げた駆動電圧Ｖが再設定される。なお、駆動電圧Ｖの刻みを変えることができる構成であってもよい。再設定された駆動電圧Ｖは、トータルパワー算出部３０に出力され、上記と同様の演算処理に従って、この駆動電圧Ｖにおける推定値ｅｓｔΔＴが演算され、判定される。このようにして、判定結果が安全温度条件を満たすまで、上記演算処理が繰り返し行われ、駆動電圧Ｖが徐々に下げられる。
【００３４】
一方、判定の結果、推定値ｅｓｔΔＴが制限値ｌｉｍΔＴ以下の場合、このときの駆動電圧Ｖは温度に関する安全規格を満たしている。したがって、駆動電圧調整部４６は、このときの駆動電圧Ｖを実際に超音波を送信する際の駆動電圧として確定させる調整信号を制御部１６に出力する。制御部１６は、このときの駆動電圧Ｖを含む送信条件２８を図１に示す送信部２０に出力する。これによって、温度に関する安全規格を満たす送信パワーの超音波がプローブ１０から送信される。
【００３５】
以上により、超音波の送信パワーが温度に関する安全規格を満たすような駆動電圧Ｖが試行錯誤的に調整され、最適な値に確定される。
【００３６】
本実施形態では、データ格納部３６は、各プローブ１０の種類ごとに、第１定数ａ及び第２定数ｂの二つのデータのみが格納されていればよいので、データ容量の軽減が実現される。
【００３７】
また、米国においては、超音波が生体に及ぼす発熱作用に関するサーマルインデックスＴＩを表示させる必要があり、この算出にトータルパワーＷ０を必要とする。したがって、サーマルインデックスＴＩの表示機能を有する超音波診断装置であれば、サーマルインデックスＴＩ算出用の機能を流用し、駆動電圧を調整することができ、従来に比べて、送信条件の調整のための演算量を少なくすることができ、また、装置自体の構成を容易にすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、非常に大きなテーブルを必要とせずに安全性の高い超音波診断装置を実現することができる。また、本発明によれば、温度に関する安全規格を遵守する機能を簡易な構成により達成する超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波診断装置の概略的な構成を示す機能ブロック図である。
【図２】  制御部と駆動電圧調整ユニット部の概略的な構成を示す機能ブロック図であり、駆動電圧の調整動作を説明する図である。
【図３】  駆動電圧の２乗とバースト波数との積と、ＰＲＦ１ｋＨｚにおけるトータルパワーとの関係を示すグラフである。
【図４】  各プローブごとの駆動周波数に対する単位トータルパワー当たりの表面温度上昇分を示したグラフである。
【符号の説明】
１０  プローブ、１２  装置本体、１６  制御部、１８  駆動電圧調整ユニット、２８  送信条件、３０  トータルパワー算出部、３２  係数算出部、３４  推定温度上昇分演算部、３６  データ格納部、３８  トータルパワー計算部、４０  テーブル格納部、４２  モード判別部、４４  判定部、４６  駆動電圧調整部。
【図１】
0003842089.tif 000003
【図２】
0003842089.tif 000004
【図３】
0003842089.tif 000005
【図４】
0003842089.tif 000006