CN101897598B - 超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供超声波诊断装置。具备：超声波探测器，具有向被检体发送接收超声波的超声波发送接收面；声音耦合器，形状根据种类而不同，可装卸地覆盖上述超声波发送接收面；生成单元，根据上述超声波探测器接收的超声波，生成从上述超声波发送接收面向深度方向扩展的图像；以及解析单元，根据由上述生成单元生成的图像内有无声音耦合器区域以及其形状，识别是否安装有上述声音耦合器以及安装的声音耦合器的种类，从而即使在超声波探测器、声音耦合器中不具备特别的结构也可以识别声音耦合器。

Description

超声波诊断装置

技术领域

本发明涉及超声波诊断装置。进一步详细而言，涉及具有可以装卸声音耦合器(acoustic coupler)的超声波探测器的超声波诊断装置。

背景技术

超声波诊断装置用于心脏或肝脏那样的腹部内脏器官等的诊断用途。另外，还用于其他各种部位的诊断用途。以往，为了根据部位进行超声波探测器的超声波发送接收面的适当调整或超声波的会聚速度的调整等，有时在超声波探测器的超声波发送接收面安装声音耦合器。因此，声音耦合器的超声波发送接收面的形状或材质根据各种诊断对象部位而不同。与作为诊断对象的部位对应地选择具有适合的超声波发送接收面的形状等的声音耦合器，并安装到超声波探测器，通过超声波诊断装置进行诊断。

在安装了声音耦合器时，由于安装声音耦合器而引起的医用图像上的显示深度的变化、或超声波波束的折射等，超声波诊断装置需要来修正医用图像。另外，还需要根据成为诊断对象的部位的超声波传播特性来修正医用图像。即，在安装了声音耦合器时，超声波诊断装置需要根据该声音耦合器的种类来变更超声波的发送接收条件。

该超声波的发送接收条件的变更有可能使操作变得繁杂，所以以往在声音耦合器中内置了保持有识别ID的存储器等电路，另一方面，在超声波探测器中内置了从该存储器取得识别ID的电路。而且，提出了根据该识别ID的取得而确定所安装的声音耦合器的种类，校正声音耦合器的厚度、声速值的方法(例如，参照“专利文献1(日本特开平5-76528号公报)”、“专利文献2(日本特开2003-70788号公报)”)。

但是，在这样的在声音耦合器中保持识别ID并电气地读取该识别ID的方式中，存在声音耦合器的结构变得复杂这样的问题。另外，超声波探测器也需要识别该识别ID的结构，存在超声波探测器的结构变得复杂这样的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述那样的问题而完成的。本发明的目的在于，提供一种超声波诊断装置，无需在声音耦合器或超声波探测器中嵌入用于识别声音耦合器的种类的在电气上特有的结构，便可以识别声音耦合器。

为了解决上述课题，本发明提供一种超声波诊断装置，其特征在于，具备：

超声波探测器，具有向被检体发送超声波并从被检体接收超声波的超声波发送接收面；

声音耦合器，形状根据种类而不同，可装卸地覆盖上述超声波发送接收面；

生成单元，根据上述超声波探测器接收的超声波，生成从上述超声波发送接收面向深度方向扩展的图像；以及

解析单元，根据由上述生成单元生成的图像内有无声音耦合器区域以及其形状，来识别是否安装有上述声音耦合器以及安装的声音耦合器的种类。

上述解析单元预先存储表示图像内的声音耦合器区域的各种形状的图案，通过将由上述生成单元生成的图像和上述图案进行比较，来识别是否安装有上述声音耦合器以及安装的声音耦合器的种类。

还具备控制上述超声波探测器的超声波发送接收条件的控制单元，

上述控制单元根据上述解析单元识别的是否安装有上述声音耦合器以及安装的声音耦合器的种类，来变更上述超声波发送接收条件。

上述控制单元根据是否安装有具有曲率比由上述解析单元识别的上述超声波探测器的超声波发送接收面的曲率大的超声波发送接收面的上述声音耦合器，使上述超声波探测器将上述超声波发送接收的扫描变更为限定于比该声音耦合器的超声波发送接收面窄的规定范围的范围中。

上述解析单元以每规定时间间隔进行上述识别。

根据本发明，即使在超声波探测器或声音耦合器中不具备特别的结构也可以识别声音耦合器。

附图说明

图1是示出本发明的超声波诊断装置的内部结构的框图。

图2是示出超声波探测器的内部结构的示意图。

图3是示出声音耦合器的示意图。

图4a是示出安装了各种声音耦合器的情况下的各医用图像的示意图。

图4b是示出安装了各种声音耦合器的情况下的各医用图像的示意图。

图4c是示出安装了各种声音耦合器的情况下的各医用图像的示意图。

图4d是示出安装了各种声音耦合器的情况下的各医用图像的示意图。

图4e是示出安装了各种声音耦合器的情况下的各医用图像的示意图。

图4f是示出安装了各种声音耦合器的情况下的各医用图像的示意图。

图5a是示出模拟了声音耦合器的形状的图案的示意图。

图5b是示出模拟了声音耦合器的形状的图案的示意图。

图5c是示出模拟了声音耦合器的形状的图案的示意图。

图5d是示出模拟了声音耦合器的形状的图案的示意图。

图5e是示出模拟了声音耦合器的形状的图案的示意图。

图5f是示出模拟了声音耦合器的形状的图案的示意图。

图6是示出通过该控制部106进行的与是否安装有声音耦合器300以及安装了该声音耦合器300的情况下的声音耦合器300的种类对应的识别动作的流程图。

图7是示出控制后的医用图像的一个例子的示意图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照附图，具体说明本发明的超声波诊断装置的实施方式。

图1所示的超声波诊断装置100对被检体发送超声波。超声波诊断装置100接收从被检体反射的超声波，生成被检体内的医用图像而进行显示。超声波的发送接收条件根据是否安装有声音耦合器300、以及安装的声音耦合器300的种类而发生变化。对于是否安装有声音耦合器300、以及安装的声音耦合器300的种类，通过所生成的医用图像的解析来识别。在超声波的发送接收条件中，例如包括发送电压、发送波形、脉冲重复频率、超声波扫描范围、焦点、增益以及声速等控制参数。

该超声波诊断装置100具有超声波探测器101、发送接收部102、信号处理部103以及图像处理部105。超声波探测器101与发送接收部102连接。发送接收部102与信号处理部103连接。信号处理部103与图像处理部105连接。该超声波诊断装置100根据超声波的发送接收来生成被检体内的医用图像。另外，该超声波诊断装置100具有监视器104、控制部106以及解析部107。

图2是示出超声波探测器101的内部结构的示意图。超声波探测器101与超声波诊断装置100连接而对被检体发送接收超声波并从被检体接收超声波。该超声波探测器101是在衬底材料211的一面，依次层叠超声波振动元件212、声音匹配层213以及声音透镜214而构成的。超声波振动元件212被电极对215夹住。这些衬底材料211、超声波振动元件212、声音匹配层213、声音透镜214以及电极对215被收容在探测器外壳中，探测器外壳的声音透镜214侧的面成为超声波发送接收面，将超声波发送到外部，并从外部接收超声波。

超声波振动元件212是具有可以可逆地变换声音与电的压电效果的元件。

作为超声波振动元件212，使用锆钛酸铅Pb(Zr、Ti)O₃、铌酸锂(LiNbO₃)、钛酸钡(BaTiO₃)或者钛酸锶铅(PbTiO₃)等压电陶瓷材料。以1D阵列、2D阵列等各种方式在平面上排列了超声波振动元件212。1D阵列是在阵列方向上排列多个长条状的超声波振动元件212的方式。2D阵列是矩阵状地排列了多个超声波振动元件212的方式。该超声波振动元件212如果施加了电压，则在层叠了衬底材料211、声音匹配层213的层叠方向上发送超声波。另外，该超声波振动元件212如果接收到从被检体内反射的反射波，则输出电信号。

电极对215向被电极对215夹住的超声波振动元件212施加电压。另外，通过超声波振动元件212接收反射波而输出的电信号流过电极对215。电极对215是与多个超声波振动元件212分别对应地设置的。在超声波振动元件212的衬底材料211侧的面上，连接了针对各超声波振动元件212的每一个独立的信号电极。在超声波振动元件212的声音匹配层213侧的面上，连接了公共(GND)电极。

衬底材料211在超声波振动元件212发送的超声波、接收的反射波中，衰减吸收对于超声波诊断装置的图像生成而言不需要的超声波振动分量。另外，将伴随超声波的发送而产生的热传达到电缆部等散热部件(未图示)。衬底材料211由超声波的衰减率高的材料、或热传导性高的材料组成。例如，一般使用在合成橡胶、环氧树脂或者聚氨酯橡胶等中混入了钨、铁素体(ferrite)、氧化锌等无机粒子粉末等的材料。

声音匹配层213抑制由于声音阻抗的不匹配引起的被检体体表中的超声波的反射。该声音匹配层213具有超声波振动元件212的声音阻抗与被检体体表的声音阻抗的中间的声音阻抗。该声音匹配层213使用环氧树脂、塑料材料等。也可以由声音阻抗不同的多个层构成，以使声音阻抗阶段性地接近被检体体表的声音阻抗。

声音透镜214与被检体的体表面接触而中继超声波发送接收。该声音透镜214在被检体侧具有凸面。该声音透镜214通过对超声波振动元件212振荡出的超声波进行会聚，从而在被检体的规定深度处形成声音的焦点。

如图3所示，在该超声波探测器101上，可装卸地安装了声音耦合器300。声音透镜214附近的声压分布呈现复杂且具有强弱的声压分布。因此，即使对来自该区域的信号进行处理也得不到良好的图像。因此，将声音耦合器300配置成与声音透镜214相接，可以不使用透镜附近的声场，而从生物体表面利用均匀的声场，可以得到良好的图像。

声音耦合器300具有与超声波探测器101的超声波发送接收面的形状大致相同的背面。声音耦合器300是使其背面与超声波探测器101的超声波发送接收面紧密相接地安装的。声音耦合器300在安装到超声波探测器101时，在超声波的发送接收方向上具有规定的厚度。另外，声音耦合器300的前面的形状、即声音耦合器300的超声波发送接收面的形状根据种类而不同。该声音耦合器300具有从侧面超过背面地竖立设置的钩状的钩子，通过用该钩子嵌入到超声波探测器101的台阶部(step)而安装。通过使该钩子张开而解除嵌入，将声音耦合器300从超声波探测器101拆下。

图4a、图4b、图4c、图4d、图4e以及图4f是安装了各种声音耦合器300的情况下的各医用图像。这些图是示出声音耦合器300的一个例子的图。声音耦合器300反映在医用图像的上部区域(以下，称为耦合器区域301)。该耦合器区域301区别于其他区域，而具有表示声音耦合器300的像素值。在声音耦合器300中，由于将热传导率低的材料用作耦合器材料，从而发送输出产生的热难以传递到生物体，可以提高发送输出。

作为耦合器材料，优选使用丁二烯类橡胶等、树脂等、丁二烯类橡胶与硅化物(silicone)的混合物、以及丁二烯类橡胶与氧化锌的混合物等。作为耦合器材料，优选使用声音阻抗近似于人体、由于超声波的传播引起的衰减小的材料。进而，作为耦合器材料，还优选使用通过混合物的硅、氧化锌等来调整了特性的材料等。

耦合器材料的超声波的衰减的程度优选为0.2dB/mm MHz以下。根据混合比例，0.05dB/mm MHz以下的材料也可以实现，但声音阻抗与生物体的大约15Mray1之差变大，所以存在与声音透镜、生物体之间的反射变大的可能性。各种声音耦合器300具有考虑了成为诊断对象部位的关心区域的声音阻抗的组成。

声音耦合器300由于其衰减率的差异而具有与生物体不同的像素值。一般来讲，声音耦合器300内的超声波的反射小，所以在医用图像上，耦合器区域301的像素值变低。因此，耦合器区域301与其他区域存在区别，具有表示声音耦合器300的像素值。

声音耦合器300例如可以使用如图4a的耦合器区域301所示具有声音耦合器300的前面的剖面形状平坦的形状的部件、如图4b的耦合器区域301所示声音耦合器300的前面的剖面形状从一侧面向另一侧面线性地倾斜的部件、如图4c的耦合器区域301所示声音耦合器300的前面的曲率比背面的曲率大且平缓的部件、即比超声波发送接收面的曲率大且平缓的部件、如图4d的耦合器区域301所示声音耦合器300的前面的曲率比背面的曲率大且陡峭的部件、即比超声波发送接收面的曲率大且陡峭的部件(例如肋骨等狭窄的部分)等。根据诊断的部位等来区分是否安装这些声音耦合器300、以及安装什么种类的声音耦合器。

图4c所示的声音耦合器300用于如下情况：在凸状探测器的情况下，虽然希望确保较宽的视角，但如果以使超声波发送接收面较强地按压到生物体的方式接触，则对患者造成痛苦；或在超声波探测器101中产生负荷而成为对耐久性不利的条件的情况。图4d所示的声音耦合器300用于易于抵接到肋骨之间那样的情况。

另外，还有时如图4e以及图4f的耦合器区域301所示，在声音耦合器300中，埋入了声音阻抗与耦合器材料不同的金属管等鉴别器。由于声音阻抗与耦合器材料不同，所以可以在医用图像上识别出该金属管。根据种类使金属管的剖面形状、或埋入位置不同，以可以确定声音耦合器300的种类。例如，图4e所示的声音耦合器300在侧面侧埋入了金属管，由此剖面形状与图4a至图4d的声音耦合器300不同。而且，通过该剖面形状的相异来识别种类。另外，图4f所示的声音耦合器300在两侧面埋入了金属管，由此剖面形状与图4e的声音耦合器300不同。而且，通过该剖面形状的相异来识别两者的种类。

返回到图1，从发送接收部102供给对超声波探测器101施加的信号电压。发送接收部102由发送部以及接收部构成。发送部与接收部都与电极对连接。发送部对各电极对施加规定的信号电压。接收部接收从各电极对发送的回波信号。

从控制部106对该发送部与接收部输入发送电压、发送波形、脉冲重复频率、超声波扫描范围、焦点、增益以及声速值等控制参数，根据这些控制参数进行信号电压的施加以及回波信号的接收。

发送部产生与控制参数的脉冲重复频率对应的频率的脉冲信号。发送部针对各超声波振动元件212，与控制参数的超声波扫描范围以及焦点对应地使该脉冲信号延迟后，将其变换成与控制参数的发送电压对应的高电压，而施加到超声波振动元件212。

接收部根据控制参数的增益对接收的回波信号进行放大。然后，接收部将放大后的回波信号变换成数字信号。进而，将与控制参数的声速值对应的信号延迟量的为了决定接收指向性而所需的延迟时间提供给变换后的数字信号，并进行整相加法(phasing and addition)。通过上述整相加法生成强调了来自与接收指向性对应的方向的反射分量的单一的回波信号。

从接收部将回波信号输出到信号处理部103。信号处理部103通过对回波信号实施用于医用图像生成的信号处理而得到光栅图像数据。在医用图像生成的信号处理中，对回波信号进行带通滤波处理。之后，进行包络线检波。然后，通过对检波的数据进行利用对数变换的压缩处理，而得到医用图像的光栅图像数据。

将光栅图像数据从信号处理部103经由图像存储器输入到图像处理部105。图像处理部105通过扫描变换处理，将光栅图像数据变换为正交坐标系的视频格式。变换为视频格式后的图像数据被输出到监视器104。监视器104显示该医用图像的图像数据。

解析部107对生成的医用图像进行解析。解析部107通过该解析来识别是否安装有声音耦合器300以及安装的声音耦合器300的种类。控制部106通过输出与该解析部107的解析结果对应的控制参数来控制发送接收部102。

解析部107存储有模拟了各种声音耦合器300的剖面形状的图案400。该图案400既可以是例如图形那样的对象数据，也可以是表示剖面形状的各位置与其他位置在数值上的大小关系的数值数据。

图5a、图5b、图5c、图5d、图5e以及图5f是示意地示出解析部107存储的图案400的图。图5a所示的图案400模拟了图4a所示的声音耦合器300的剖面形状，图案400的下面与该声音耦合器300的前面同样地成为平坦。图5b所示的图案400模拟了图4b所示的声音耦合器300的剖面形状，图案400的下面从一侧面向另一侧面线性地倾斜。图5c所示的图案400模拟了图4c所示的声音耦合器300的剖面形状，图案400的下面的曲率成为与该声音耦合器300的前面的曲率相同。图5d所示的图案400模拟了图4d所示的声音耦合器300的剖面形状，成为与该声音耦合器300的前面的曲率相同。图5e所示的图案400模拟了图4e所示的声音耦合器300的剖面形状，在一个侧面侧附加了金属管的剖面。图5f所示的图案400模拟了图4f所示的声音耦合器300的剖面形状，在两侧面侧附加了金属管的剖面。

解析部107判断在医用图像上是否存在表示声音耦合器300的耦合器区域301。如果存在耦合器区域301，则将各图案400和该耦合器区域301进行比较，选出与该耦合器区域301一致的图案400。根据在医用图像的上部是否存在表示声音耦合器300的像素值集中的区域，来判断耦合器区域301的存在。

控制部106预先存储有各控制参数的组合。这些控制参数与解析部107的解析结果一对一地相关联。控制部106根据解析部107的解析结果来读出控制参数的一个组合并输出到发送接收部102。通过该控制参数的输出，超声波诊断装置100根据是否安装有声音耦合器300以及安装了声音耦合器300的情况下的声音耦合器300的种类来发送接收超声波，并生成医用图像。

解析部107与控制部106确认是否安装有该声音耦合器300，在安装了声音耦合器300的情况下，识别声音耦合器300的种类。进而，按照10秒间隔等规定的间隔来进行与声音耦合器300的识别对应的超声波发送接收条件的决定(可以任意地设定该间隔)。即，自动地进行识别与超声波发送接收条件的决定。另外，超声波诊断装置100也可以例如在超声波探测器101中具有按钮，如果按下该按钮，则进行该识别以及条件的决定。

图6是示出通过该控制部106进行的与是否安装有声音耦合器300以及安装了该声音耦合器300的情况下的声音耦合器300的种类对应的识别动作的流程图。

首先，控制部106设定是手动还是自动地进行耦合器区域301与图案400的识别的识别方式(S01)。在手动识别的情况下，根据输入到控制部106的识别开始指示来开始识别(S02)。

图像处理部105取得医用图像(S03)。图像处理部105对取得的医用图像实施图像处理而设为图案400(S04)。

解析部107对耦合器区域301与图案400进行图像图案比较，如果耦合器区域301与图案400一致(S05，“是”)，则控制部106将和与耦合器区域301一致的图案400对应的控制参数输出到发送接收部102而结束识别。

另一方面，如果耦合器区域301与图案400不一致(S05，“否”)，则控制部106变更为没有安装声音耦合器300的情况下的控制参数(S06)，将该控制参数输出到发送接收部102而结束识别。

在对耦合器区域301与图案400的识别进行自动识别的情况下，控制部106设定所输入的识别间隔时间(S07)。

图像处理部105取得医用图像(S08)。图像处理部105对取得的医用图像实施图像处理而设为图案400(S09)。

解析部107对耦合器区域301与图案400进行图像图案比较，如果耦合器区域301与图案400一致(S10，“是”)，则控制部106将和与耦合器区域103一致的图案400对应的控制参数输出到发送接收部102，继续图像图案比较。

另一方面，如果耦合器区域301与图案400不一致(S10，“否”)，则控制部106变更为没有安装声音耦合器300的情况下的控制参数(S11)，将该控制参数输出到发送接收部102，继续图像图案比较。

说明这样的超声波诊断装置100的具体例。在安装了图4d所示的适合于从肋骨的窄间隙发送接收超声波的声音耦合器300的情况下，从图像处理部105输出该医用图像。由于在医用图像上部存在耦合器区域301，所以解析部107将各图案400和该医用图像进行比较，选出图5d所示的图案400。由此，控制部106将与该图案400对应的控制参数输出到发送接收部102。由此，在控制参数的输出后，如图7所示，以使超声波扫描范围比声音耦合器300的前面即接触面狭窄地，发送接收超声波。对于使该超声波扫描范围狭窄的控制参数，由于肋骨不使超声波通过而去除了不必要的扫描范围而提高了帧率。

如上所述，在该超声波诊断装置100中，根据映射到医用图像中的耦合器区域的有无以及形状，来识别是否安装有声音耦合器以及安装了的情况下的声音耦合器的种类，所以即使在超声波探测器或声音耦合器中不具备特别的结构，也可以识别声音耦合器。另外，可以根据所识别的声音耦合器的种类适当地调整控制参数，可以增加所得到的图像的信息量，增强诊断能力。

Claims (5)

1.一种超声波诊断装置，其特征在于，具备：

超声波探测器，具有向被检体发送超声波并从被检体接收超声波的超声波发送接收面；

声音耦合器，形状根据种类而不同，能够装卸地覆盖上述超声波发送接收面；

生成单元，根据上述超声波探测器接收的超声波，生成从上述超声波发送接收面向深度方向扩展的图像；以及

解析单元，根据由上述生成单元生成的图像内有无声音耦合器区域以及其形状，来识别是否安装有上述声音耦合器以及安装的声音耦合器的种类。

2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，

上述解析单元预先存储表示图像内的声音耦合器区域的各种形状的图案，通过将由上述生成单元生成的图像和上述图案进行比较，来识别是否安装有上述声音耦合器以及安装的声音耦合器的种类。

3.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，还具备控制上述超声波探测器的超声波发送接收条件的控制单元，

上述控制单元根据上述解析单元识别的是否安装有上述声音耦合器以及安装的声音耦合器的种类，来变更上述超声波发送接收条件。

4.根据权利要求3所述的超声波诊断装置，其特征在于，

上述控制单元根据是否安装有具有曲率比由上述解析单元识别的上述超声波探测器的超声波发送接收面的曲率大的超声波发送接收面的上述声音耦合器，使上述超声波探测器将上述超声波发送接收的扫描变更为限定于比该声音耦合器的超声波发送接收面窄的规定范围的范围中。

5.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述解析单元以每规定时间间隔进行上述识别。

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