JP2003070784A

JP2003070784A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2003070784A
Application number: JP2001262128A
Authority: JP
Inventors: Miwa Naito; みわ内藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-03-11
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: JP3842089B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】トータルパワー算出部３０は、設定され
た超音波の送信条件に基づいてトータルパワーを算出す
る。係数算出部３２は、設定されたプローブ１０の種類
と駆動周波数に応じた温度上昇係数を求める。推定温度
上昇分演算部３４は、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、超音波の送信開始から所定時
間経過後のプローブ表面の温度上昇分を演算する。判定
部４４は、この温度上昇分と安全温度条件とを比較し、
安全温度条件を満たしていない場合には、駆動電圧調整
部４６により駆動電圧が調整され、安全温度条件を満た
すまで繰り返し同様の演算処理が繰り返される。これに
より、温度に関する安全規格を遵守する機能を簡易な構
成で達成することができる。

Description

【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から温
度上昇係数を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、を含むことを特徴とす
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
種類に応じて前記温度上昇係数を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。

【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、ＰＲ
Ｆ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１
０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Ｗ
０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）Ｗ１
ＫＨｚ（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】Ｗ０＝Ｗ１ＫＨｚ×ＰＲＦ／１０００＝｛ａ×（Ｖ²×Ｂ）＋ｂ｝×ＰＲＦ／１０００（１）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）Δ
ｔ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Δ
ｔ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Ｗ
０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ｅｓｔΔ
Ｔ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ｌ
ｉｍΔＴ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ｌ
ｉｍΔＴ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、Ｐ
ＲＦ１ｋＨｚ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。

Claims

【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から温度上昇係数
を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、を含む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て前記温度上昇係数を求めるこ
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。