JP2004141328A

JP2004141328A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2004141328A
Application number: JP2002308519A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kunida; 国田　正徳; Yasunori Miyake; 三宅　康則
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】プローブケーブルの取り扱いの不便さを解消した超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波診断装置１０の装置本体１４は送信制御光信号を超音波プローブ１２へ送信する。送信ビームフォーマ１８は、予め登録されている遅延テーブルの中から送信制御光信号に対応する遅延テーブルを選択し、この遅延テーブルに基づいた振動子駆動信号を、複数の振動素子からなる振動子２０に供給する。振動子２０は超音波を送波し被検体からの反射波を受波して受波信号を受信ビームフォーマ２２へ出力する。受信ビームフォーマ２２は振動子２０から出力される複数の振動素子からの受波信号を整相加算する。整相加算された受波信号は光信号送信部２４において受波光信号に変換されて装置本体１４へ送信される。
【選択図】　　　　図１

Description

【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、特に超音波プローブと装置本体の間の信号の授受を無線化した超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体内に超音波を送受波して生体内組織に関する情報を取得する超音波診断装置が広く普及している。超音波診断装置は生体内に超音波を送受波する超音波プローブと装置本体とがプローブケーブルで接続されている。装置本体はプローブケーブルを介して超音波プローブへ超音波送波信号を出力し、また、超音波プローブから超音波受波信号を取得して超音波画像の形成等を行う。超音波診断装置を利用する検査者は、患者の体表に超音波プローブを当接させて超音波プローブを所望の位置に移動することで目標組織の超音波画像を取得して診断を行う。
【０００３】
複数の振動素子からなるアレイ振動子を有する超音波プローブにおいて、超音波プローブと装置本体との間における信号の授受は各振動素子毎に行われる。アレイ振動子の振動素子数は数十から数百にもなり、従ってプローブケーブル内には数十から数百本もの信号線が必要とされる。さらに、各振動素子が超音波を出力するのに必要な電力を供給する電力供給線も必要とされる。この結果、プローブケーブルは物理的に太いケーブルになってしまい、検査者が超音波プローブを移動する際に不便さを感じることがあった。
【０００４】
このため、超音波収集／操作ユニットを装置本体から独立させて検査者の手元に持っていき、この超音波収集／操作ユニットにプローブケーブルを介して超音波プローブを接続することでプローブケーブルを短くしてプローブケーブルの不便さを軽減した超音波診断装置が特許文献１に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８５４０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の超音波診断装置は、短くなってはいるが、やはりプローブケーブルが存在しており、プローブケーブルの不便さを解消するには至っていない。つまり、特許文献１に記載の超音波診断装置では、超音波収集／操作ユニット内に操作手段や超音波の送波制御部が内蔵されているため、超音波収集／操作ユニットの小型化に限度があり、超音波収集／操作ユニットと超音波プローブを一体化してプローブケーブルを排除することができない。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、プローブケーブルの取り扱いの不便さを解消した超音波診断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、超音波送受ユニットと装置本体とを有する超音波診断装置であって、前記超音波送受ユニットは、前記装置本体から送信される送波制御光信号を受信する送波制御光信号受信部と、前記送波制御光信号に基づいて振動子駆動信号を出力する超音波送信部と、前記振動子駆動信号に基づいて被検体に超音波を送波し、被検体からの反射波を受波して受波信号を出力する振動子と、前記受波信号を処理する超音波受信部と、前記超音波受信部において処理された受波信号に対応する受波光信号を前記装置本体に送信する受波光信号送信部とを有し、前記装置本体は、送波制御信号を生成する送波制御部と、前記送波制御信号に対応する送波制御光信号を前記超音波送受ユニットに送信する送波制御光信号送信部と、前記超音波送受ユニットから送信される受波光信号を受信する受波光信号受信部と、前記受波光信号受信部が受信した受波光信号に対して、動作モードに応じた所定の信号処理を実行する信号処理部と、を有するものとする。
【０００９】
上記構成によれば、超音波ユニットと装置本体との間の信号授受を、光信号により無線化できるため、超音波ユニットと装置本体との間のケーブルを物理的に細くする、望ましくはケーブルを無くすことにより、診断時のケーブルの煩わしさを解消できる。
【００１０】
望ましくは、前記振動子は複数の振動素子からなり、前記超音波送信部は、前記各振動素子毎の超音波送波タイミングを規定した遅延テーブルであって前記送波制御光信号により特定される遅延テーブルに基づいて各振動素子毎の駆動信号である振動子駆動信号を出力するものとする。
【００１１】
望ましくは、前記超音波送信部は、前記遅延テーブルの複数個が予め登録された記憶部と、前記記憶部に登録された複数個の遅延テーブルの中から前記送波制御光信号に対応する遅延テーブルを選択して遅延テーブルを特定する遅延テーブル選択部と、を有するものとする。
【００１２】
上記構成によれば、超音波送受ユニット内に予め遅延テーブルが格納されており、装置本体から各振動素子毎の信号を送信する必要がないため、装置本体から超音波送受ユニットに送信する信号伝送容量を小さくすることができる。
【００１３】
望ましくは、前記超音波受信部は、前記各振動素子毎に出力される前記受波信号を整相加算処理するものとする。
【００１４】
上記構成によれば、超音波送受ユニット内で整相加算処理が実行され、各振動素子毎の信号を送信する必要がないため、超音波送受ユニットから装置本体に送信する信号伝送容量を小さくすることができる。
【００１５】
望ましくは、前記超音波受信部は、近傍同士の配置関係にある前記振動素子で構成される各振動素子グループを対象とする整相加算処理をそれぞれ実行する複数の近傍整相加算処理部と、前記複数の近傍整相加算処理部の処理結果に基づいて前記複数の振動素子の全てを対象とする整相加算処理を実行する全整相加算処理部と、を有するものとする。
【００１６】
上記構成によれば、各近傍整相加算部は近傍同士の配置関係にある振動素子のみを対象としており、近傍同士の振動素子における遅延量の差が微少であることから比較的簡易なアナログ整相加算回路が適用できる。このため、一度に全ての振動素子を対象とする整相加算回路に比べて回路規模を小さくでき、超音波送受ユニットを小型化できる。
【００１７】
望ましくは、前記超音波送受ユニットは、単一の筐体で形成されたポータブル型の超音波プローブとする。
【００１８】
望ましくは、前記超音波プローブはバッテリを装備し、前記超音波プローブと前記装置本体との間を無線化するものとする。
【００１９】
上記構成によれば、超音波プローブと装置本体との間が無線化されるため、プローブケーブルの煩わしさを完全に解消できる。
【００２０】
望ましくは、前記装置本体は前記バッテリの充電を行うバッテリ充電部を有するものとする。
【００２１】
望ましくは、前記受波光信号受信部は、前記超音波送受ユニットの向きに応じて異なる方向に送信される前記受波光信号をそれぞれ送信された方向で取得する複数の受光部を有するものとする。
【００２２】
上記構成によれば、超音波送受ユニットの利用状況に応じて様々な方向に送信される光信号が受信可能になる。
【００２３】
望ましくは、前記送波制御光信号送信部は、前記超音波送受ユニットに向けてそれぞれ異なる方向から前記送波制御光信号を出力する複数の発光部を有するものとする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。図１の超音波診断装置１０は、超音波プローブ１２と装置本体１４との間における信号の授受を光信号により行うものである。
【００２６】
超音波プローブ１２は、光信号受信部１６、送信ビームフォーマ１８、振動子２０、受信ビームフォーマ２２、光信号送信部２４及びバッテリ２６で構成されており、超音波送受ユニットとして機能する。
【００２７】
光信号受信部１６は、装置本体１４から送信される送波制御光信号を受信し、光電変換処理を施した送波制御電気信号を送信ビームフォーマ１８に出力する。
【００２８】
送信ビームフォーマ１８は、送波制御電気信号に基づいて振動子駆動信号を生成する超音波送信部として機能する。振動子２０は、振動子駆動信号に基づいて被検体である患者の生体内に超音波ビーム２８を送波するとともに生体内からの反射波を受波して受波信号を出力する。受信ビームフォーマ２２は、振動子２０から出力される受波信号に対して整相加算処理等の受信処理を実行する超音波受信部として機能する。光信号送信部２４は、受信ビームフォーマ２２において処理された受波信号に対応する受波光信号を装置本体１４に向けて送信する。超音波プローブ１２は単一の筐体で形成されたポータブル型であり、その内部にはバッテリ２６が装備され、超音波プローブ１２内の各部に電力を供給する。超音波プローブ１２のバッテリ２６は取り付け及び取り外し可能な構成でもよい。超音波プローブ１２の各部詳細構成及び動作については後述する。
【００２９】
装置本体１４は、送信ビームフォーマ制御部３０、光信号送信部３２、光信号受信部３４、信号処理部３６、表示処理部３８、ディスプレイ４０、バッテリ充電部４２、及び、これら各部を制御する制御ＣＰＵ４４で構成されている。
【００３０】
送信ビームフォーマ制御部３０は、光信号送信部３２を介して送波制御信号を出力することで送信ビームフォーマ１８を制御し、振動子２０から送波する超音波ビーム２８の送波制御を行う。つまり、送信ビームフォーマ制御部３０は送波制御部として機能する。光信号送信部３２は、送信ビームフォーマ制御部３０が出力する送波制御信号に対応する送波制御光信号を超音波プローブ１２に向けて送信する。光信号受信部３４は、超音波プローブ１２から送信される受波光信号を受信し、光電変換処理を施した受波電気信号を信号処理部３６に出力する。信号処理部３６は、光信号受信部３４から出力される受波電気信号に基づいて、各種モードに対応する信号処理、例えば、Ｂモード用信号処理あるいはドップラモード用信号処理を行う。表示処理部３８は、信号処理部３６の出力に対して画像表示処理を施した画像データを形成してディスプレイ４０に出力する。そして、ディスプレイ４０上に超音波画像が表示される。バッテリ充電部４２は、超音波プローブ１２のバッテリ２６を充電する。つまり、診断前に超音波プローブ１２を装置本体１４に取り付けてバッテリ充電部４２によりバッテリ２６を充電しておく。診断の際には充電が完了した超音波プローブ１２が装置本体１４から取り外され、超音波プローブ１２と装置本体１４との間にケーブルによる接続がない状態（無線化状態）で診断が行われる。
【００３１】
図２は、図１の超音波プローブにおける光信号受信部及び送信ビームフォーマの内部構成を示す図である。光信号受信部１６は４つの光フィルタ５０，５２，５４，５６及び４つの光電変換素子（Ｏ／Ｅ）５８で構成されている。装置本体から出力される送信制御光信号は近赤外線による光信号であり、それぞれ波長が異なる４つのチャンネルで構成されている。４つの光フィルタ５０，５２，５４，５６は４つのチャンネルにそれぞれ対応する帯域フィルタである。つまり、光フィルタ５０は波長λ１の光信号のみを通過させ、光フィルタ５２は波長λ２の光信号のみを通過させ、光フィルタ５４は波長λ３の光信号のみを通過させ、光フィルタ５６は波長λ４の光信号のみを通過させる。このように、各光フィルタ５０，５２，５４，５６を通過することで送信制御光信号が波長の異なる４つのチャンネルに分離される。光電変換素子５８は各光フィルタ５０，５２，５４，５６に対応して設けられ、各光フィルタ５０，５２，５４，５６において抽出された各チャンネル毎の送信制御光信号を電気信号に変換する。
【００３２】
送信制御光信号の４つのチャンネルにおいて、波長λ１のチャンネルにはタイミング信号が、残る３つのチャンネルには制御信号が伝送される。各チャンネルには、発光を「１」・発光停止を「０」とする輝度変調された光信号が伝送されており、タイミング信号の立下り（「１」から「０」への切り替わり）時点における３つの制御信号の発光状態（「１」又は「０」）を所定の発光状態に設定することで、装置本体から超音波プローブへの送波制御信号が形成される。チャンネル数は４つに限定されるものではなく、タイミング信号が１チャンネル、制御信号１チャンネルからなる２チャンネル方式でもよく、また、タイミング信号が１チャンネル、制御信号が４チャンネル以上であってもよい。４つの光電変換素子５８で電気信号に変換された送信制御信号は送信ビームフォーマ１８に出力される。
【００３３】
送信ビームフォーマ１８は、遅延テーブル選択部６０、メモリ６２及び遅延パルス発生回路６４で構成されており、遅延テーブルに基づいて複数の振動素子６６の各々に対してアンプ６８を介して振動子駆動信号を出力する。遅延テーブルとは各振動素子６６毎の超音波出力タイミング（各振動素子毎の遅延調整量）を規定するテーブルであり、複数の遅延テーブルが予めメモリ６２に登録されている。遅延テーブル選択部６０は、光信号受信部１６から出力される電気信号に変換された送波制御信号により特定される遅延テーブルをメモリ６２から選択する。メモリ６２には、電子走査において必要とされる全てのステアリング角度に対応する遅延テーブルが予め登録されている。遅延テーブル選択部６０は、例えば、送波制御信号がステアリング角度「α」に対応した送信制御信号の場合、メモリ６２からステアリング角度「α」に対応した遅延テーブルを取得して遅延パルス発生回路６４に出力する。遅延パルス発生回路６４は、遅延テーブル選択部６０において選択された遅延テーブルに基づいて、その遅延テーブルが規定する超音波出力タイミングで各振動素子６６に対してアンプ６８を介して振動子駆動信号を出力する。
【００３４】
このように、装置本体が所定のタイミングで所定のステアリング角度を特定する送波制御信号を送信することで、超音波プローブから所望の方向に超音波ビームを送波することができる。送信制御信号はステアリング角度を特定するものに限定されず、例えば、様々なフォーカス位置を規定する遅延テーブルをメモリ６２に登録しておき、送波制御信号により所望のフォーカス位置を特定することも可能である。
【００３５】
図３は、図１の超音波プローブにおける受信ビームフォーマ及び光信号送信部の内部構成を示す図である。受信ビームフォーマ２２は近傍整相加算部７０、全整相加算部７２及びアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）７４で構成されている。各振動素子６６は患者の生体内から反射される超音波を受波して受波信号を出力する。受波信号は各振動素子６６毎に設けられたアンプ７６を介してローパスフィルタ７８を通って受信ビームフォーマ２２に出力される。受信ビームフォーマ２２は各振動素子６６が出力する受波信号毎に遅延調整を行い、遅延調整後の受波信号を加算処理する、いわゆる整相加算処理を行う。近傍整相加算部７０は、近傍同士の配置関係にある４つの振動素子６６からなる振動素子グループ毎に局所的な整相加算を行う。例えば、振動素子数が９６個の振動子２０の場合、振動素子グループが２４グループになり、従って、近傍整相加算部７０は全部で２４個になる。各近傍整相加算部７０の加算結果は後段の全整相加算部７２に出力され、全整相加算部７２において２４個の近傍整相加算部７０の出力に対する整相加算が実行される。このようにして近傍整相加算部７０、全整相加算部７２の二段の整相加算部により、全ての振動素子６６に対する整相加算が実行される。各近傍整相加算部７０は、近傍同士の配置関係にある振動素子６６のみを対象としており、近傍同士の振動素子６６における遅延量の差が微少であることから、比較的簡易なアナログ整相加算回路が適用できる。このため、整相加算部を二段構成にすることで、一度に全ての振動素子６６を対象とする整相加算回路に比べて回路規模を小さくできる。
【００３６】
全整相加算部７２から出力される整相加算後の受波信号はＡＤＣ７４においてアナログデジタル変換されて光信号送信部２４に出力される。
【００３７】
光信号送信部２４は、発光素子（Ｅ／Ｏ）８０及び光フィルタ８２で構成されている。ＡＤＣ７４から出力されるデジタル化された整相加算後の受波信号は発光素子８０により受波光信号に変換される。受波光信号はＡＤＣ７４の出力の「Ｈレベル」・「Ｌレベル」のそれぞれに対応して発光・発光停止とする輝度変調により生成される。発光素子８０の出力は光フィルタ８２を介して装置本体に送信される。
【００３８】
図３では、受波信号の整相加算を二段階に実行する構成を示したが、全ての振動素子６６の出力を全てまとめて整相加算してもよいし、また、三段階以上の段階的な整相加算でもよい。
【００３９】
図４は、本発明に係る超音波診断装置の超音波プローブの外観図である。図４の（ａ）は超音波送受波面９０側からみた外観図であり、図４の（ｂ）は光信号送受信面９２側からみた外観図である。超音波プローブ１２は単一の筐体で構成されており、超音波送受波面９０から超音波の送受波を行い、光信号送受信面９２から光信号の送受信を行う。超音波プローブ１２内にはバッテリが内蔵されており、超音波プローブ１２内各部へ電力を供給している。バッテリの充電は、取り付けフック９４により超音波プローブ１２を装置本体のバッテリ充電部に取り付けて行われる。超音波プローブ１２には装置本体からバッテリ充電端子９６を介して電力が供給され、供給された電力がバッテリに蓄えられる。図４の超音波プローブ１２と装置本体との間にケーブルが無いため、診断の際のケーブルの煩わしさを解消できる。
【００４０】
本発明に係る超音波プローブのバッテリは、超音波プローブの筐体外部に設けられる構成でもよい。この場合、バッテリを取り外し可能にすることで充電済みのバッテリとの交換が容易になる。また、バッテリを有さず電力のみを有線で装置本体から供給してもよい。この場合でも、光信号により信号線が無線化されているため、従来の有線による超音波プローブに比べてケーブルが細くなりケーブルの煩わしさを軽減できる。
【００４１】
図５は、本発明に係る超音波診断装置を利用した診断方法を示す図である。超音波診断装置による診断は、図示しない検査者が超音波プローブ１２を保持して、患者１００の体表に超音波プローブ１２を当接させて行われる。超音波プローブ１２と装置本体１４の間における信号の授受は光信号を介して行われる。超音波プローブ１２から送信される光信号は装置本体１４の光信号送受信部１０２で受信され、また、装置本体１４の光信号送受信部１０２から超音波プローブ１２へ向けて光信号が送信される。室内に設けられている複数の光反射板１０４は、超音波プローブ１２が送信する光信号を受けて装置本体１４の光信号送受信部１０２に反射するために設けられている。これにより、超音波プローブ１２の利用状況に応じて様々な方向に送信される光信号を、光信号送受信部１０２で受信可能になる。複数の光信号送受信部１０２を光反射板１０４と同じ位置に設けることでも同様の効果が得られる。
【００４２】
超音波診断装置は複数の超音波プローブ１２を有しており、診断に利用される超音波プローブ１２はその内部のバッテリ充電が完了しているものである。他の超音波プローブ１２は装置本体１４に取り付けられて充電状態にある。検査者は現在保持している超音波プローブ１２のバッテリが消耗した場合、充電している超音波プローブ１２に取り替えて診断を続行する。
【００４３】
上記実施例ではバッテリが内蔵された超音波プローブ１２を示したが、バッテリが取り外し可能な構成であってもよい。この場合、複数のバッテリを用意してその充電状態に応じてバッテリを取り替えることで、高価な超音波プローブ１２を複数用意することなく、診断の続行が可能になる。
【００４４】
さらに、超音波診断装置を従来の有線超音波プローブとの併用型にすることで、例えば簡易な診断を無線超音波プローブで行い、詳細な診断については有線超音波プローブで行うことが可能になる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る超音波診断装置により、プローブケーブルの取り扱いの不便さを解消した超音波診断装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の超音波プローブにおける光信号受信部及び送信ビームフォーマの内部構成を示す図である。
【図３】図１の超音波プローブにおける受信ビームフォーマ及び光信号送信部の内部構成を示す図である。
【図４】本発明に係る超音波診断装置の超音波プローブの外観図である。
【図５】本発明に係る超音波診断装置を利用した診断方法を示す図である。
【符号の説明】
１０　超音波診断装置、１２　超音波プローブ、１４　装置本体、１６　光信号受信部、１８　送信ビームフォーマ、２２　受信ビームフォーマ、２４　光信号送信部、２６　バッテリ、３０　送信ビームフォーマ制御部、３２　光信号送信部、３４　光信号受信部、４２　バッテリ充電部。

Claims

超音波送受ユニットと装置本体とを有する超音波診断装置であって、
前記超音波送受ユニットは、
前記装置本体から送信される送波制御光信号を受信する送波制御光信号受信部と、
前記送波制御光信号に基づいて振動子駆動信号を出力する超音波送信部と、
前記振動子駆動信号に基づいて被検体に超音波を送波し、被検体からの反射波を受波して受波信号を出力する振動子と、
前記受波信号を処理する超音波受信部と、
前記超音波受信部において処理された受波信号に対応する受波光信号を前記装置本体に送信する受波光信号送信部と、を有し、
前記装置本体は、
送波制御信号を生成する送波制御部と、
前記送波制御信号に対応する送波制御光信号を前記超音波送受ユニットに送信する送波制御光信号送信部と、
前記超音波送受ユニットから送信される受波光信号を受信する受波光信号受信部と、
前記受波光信号受信部が受信した受波光信号に対して、動作モードに応じた所定の信号処理を実行する信号処理部と、を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の超音波診断装置であって、
前記振動子は複数の振動素子からなり、
前記超音波送信部は、前記各振動素子毎の超音波送波タイミングを規定した遅延テーブルであって前記送波制御光信号により特定される遅延テーブルに基づいて各振動素子毎の駆動信号である振動子駆動信号を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２記載の超音波診断装置であって、
前記超音波送信部は、前記遅延テーブルの複数個が予め登録された記憶部と、前記記憶部に登録された複数個の遅延テーブルの中から前記送波制御光信号に対応する遅延テーブルを選択して遅延テーブルを特定する遅延テーブル選択部と、を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の超音波診断装置であって、
前記超音波受信部は、前記各振動素子毎に出力される前記受波信号を整相加算処理する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項４記載の超音波診断装置であって、
前記超音波受信部は、近傍同士の配置関係にある前記振動素子で構成される各振動素子グループを対象とする整相加算処理をそれぞれ実行する複数の近傍整相加算処理部と、前記複数の近傍整相加算処理部の処理結果に基づいて前記複数の振動素子の全てを対象とする整相加算処理を実行する全整相加算処理部と、を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から５いずれか１項記載の超音波診断装置であって、
前記超音波送受ユニットは、単一の筐体で形成されたポータブル型の超音波プローブである、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項６記載の超音波診断装置であって、
前記超音波プローブはバッテリを装備し、前記超音波プローブと前記装置本体との間を無線化する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項７記載の超音波診断装置であって、
前記装置本体は前記バッテリの充電を行うバッテリ充電部を有することを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から８いずれか１項記載の超音波診断装置であって、
前記受波光信号受信部は、前記超音波送受ユニットの向きに応じて異なる方向に送信される前記受波光信号をそれぞれ送信された方向で取得する複数の受光部を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項９記載の超音波診断装置であって、
前記送波制御光信号送信部は、前記超音波送受ユニットに向けてそれぞれ異なる方向から前記送波制御光信号を出力する複数の発光部を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。