JP2006334279A

JP2006334279A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2006334279A
Application number: JP2005165401A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shibata; 眞明柴田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】超音波振動子アレイを機械的に回転させることによって３Ｄスキャンを行う超音波診断装置において、特別な位置センサを用いることなく、簡易に超音波振動子アレイの回転基準位置を検出する。
【解決手段】超音波プローブ１１は、超音波振動子が並べられた超音波振動子アレイ１２と、これを回転駆動するモーター１３と、これらを収納するハウジング１４とからなる。このハウジング１４に、超音波振動子アレイ１２からの超音波を外部に放射するための超音波透過窓部１５を設けるとともに反射部１６を設ける。超音波振動子アレイ１２が回転して反射部１６に対面したとき、この反射部１６での反射波が超音波振動子アレイ１２に受信されるので、位置検出回路２９により、超音波振動子アレイ１２の各振動子からの受信信号からこの反射波成分を取り出し位置検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、超音波を被検体内に入射しその反射波を受信することにより超音波画像を撮像する超音波診断装置に関し、とくに超音波振動子アレイを物理的に回転させて３Ｄ（立体）画像を撮像する超音波診断装置の改良に関する。

超音波診断装置では、通常、圧電素子などの超音波振動子を短冊状にして多数並べた超音波振動子アレイを使用して超音波の送受を行う。各超音波振動子に与える超音波周波数のパルスの遅延時間を制御することにより各振動子からの超音波を音響媒体（被検体）中で合成する。受信についても、各振動子からの受信信号に対して制御された遅延時間を与えて加算することにより超音波ビームを合成する。

たとえば、下記の特許文献に示されているように、プローブハウジング内で超音波振動子アレイを回転させれば、被検体内の３次元的なスキャンが可能となり、３Ｄ画像の撮像ができる。
特開２００３−１７５０３３号公報

その場合、超音波振動子アレイの回転基準位置を検出するため、特別の位置センサを設ける必要がある。上記の特許文献においても、磁石とホール素子を用いた位置センサや光学的位置検出装置を用いることが記載されている。

ところが、こうした位置センサを別個設ける場合には構成が複雑となり、また信号線も別途必要になるという問題がある。

この発明の課題は、上記に鑑み、特別な位置センサを用いることなく、簡易に超音波振動子アレイの回転基準位置を検出することができるように改善した超音波診断装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、この発明による超音波診断装置においては、多数の超音波振動子が並べられた超音波振動子アレイと、該超音波振動子アレイを回転させる回転駆動手段と、該超音波振動子アレイおよび回転駆動手段を収めるハウジングと、該ハウジングに設けられた超音波透過窓部および超音波反射部とを有する超音波プローブと、上記超音波振動子アレイの各超音波振動子から出力される受信信号から上記反射部によって反射した反射波をとらえて該超音波振動子アレイの回転位置を検出する位置検出手段とが備えられることが特徴となっている。

超音波診断装置の超音波プローブにおいて、超音波振動子アレイおよび回転駆動手段を収めるハウジングには、超音波透過窓部が設けられるとともに超音波反射部が設けられている。超音波振動子アレイからの超音波は透過窓部からハウジング外に発射し、被検体内に入射する。被検体内で反射して戻ってきた反射波は透過窓部を経てハウジング内に入射し超音波振動子アレイの各超音波振動子に受信される。超音波振動子アレイが回転して超音波反射部に対面する位置に来ると、超音波振動子アレイから発射した超音波はこの反射部で反射しその反射波が直ちに超音波振動子アレイに入射する。この反射部での反射波は、超音波振動子アレイに最も近い位置からのものであることから、到達時間は早く、また信号強度も大きい。そこで、これらに応じて、この反射部での反射波をとらえることができ、それによって超音波振動子アレイの回転位置を検出することができる。このように超音波振動子アレイからの受信信号を用いて反射部が設けられた回転基準位置を検出することができるので、位置センサを別途設ける必要がなくなり、製造コストを低減できる。

つぎに、この発明を実施した超音波診断装置について図面を参照して説明する。

この発明の一実施例にかかる超音波診断装置は、図１に示すように、超音波プローブ１１と装置本体２１とからなり、これらがケーブルで結ばれている。超音波プローブ１１は、被検体（患者身体）表面に押し当てて超音波を被検体内に入射するとともに被検体内からの反射波を受信するもので、ハウジング１４内に超音波振動子アレイ１２を収めて構成される。超音波振動子アレイ１２は、圧電素子などの超音波振動子を並べたものである。この図では紙面に直角な方向に並べられている。この超音波振動子アレイ１２の基底部は、ここでは、モーター１３の出力軸に直結されており、矢印に示すように一定角度内で往復回転するよう駆動される。このモーター１３はたとえばステッピングモーターなどの角度調整可能なものを用いている。

ハウジング１４はたとえば合成樹脂などで作られているが、超音波振動子アレイ１２からの超音波が外部に向けて発射する部分は超音波透過性の材質でなる超音波透過窓部１５となっている。この超音波透過窓部１５の、超音波振動子アレイ１２の往復回転両端に対応する両端部は超音波に対して反射性の良好な材質でなる反射部１６として形成されている。

装置本体２１には、ビームフォーマ（送受信回路）２２と、信号処理回路２３と、２Ｄ（２次元）画像構成回路２４と、３Ｄ画像構成回路２５と、画像モニター装置２６とが備えられている。ビームフォーマ２２は、超音波振動子アレイ１２の各超音波振動子からの超音波送受を行うものである。すなわち、各振動子を超音波パルス駆動するとともに各振動子からの受信信号を受信する。送信時には、各振動子を励起する駆動パルスのタイミングをずらし（遅延させ）、その遅延時間を制御することによって、各振動子から発射され媒体（被検体）中で合成される合成超音波の方向およびフォーカスを定める。これにより、超音波振動子の並び方向（図では紙面に直角な方向）の平面内を超音波ビームで２次元的にスキャンすることができる。

また、受信時にも同様な遅延時間制御を行い、受信合成超音波ビームのスキャンを行う。反射波が各振動子に入射して各々受信信号が生じると、その各振動子からの受信信号に異なる遅延時間を与えた上で加算する。このような信号合成によって、受信超音波ビームの、超音波振動子の並び方向（図では紙面に直角な方向）の平面内での２次元的なスキャンを行う。

合成された受信信号は信号処理回路２３に送られ、ゲイン調整処理、直交検波処理、フィルタ処理、Ｌｏｇ圧縮処理、ダイナミックレンジ調整処理、エンハンス処理などを受け、その後２Ｄ画像構成回路２４へと送られ、患者身体の上記のスキャン平面での２次元断層画像が形成される。この画像信号が（３Ｄ画像構成回路２５をスキップして）画像モニター装置２６に送られれば、この２次元画像が画像モニター装置２６の表示画面に表示されることになる。

超音波プローブ１１のモーター１３は装置本体２１の回転駆動回路２７によって駆動されるようになっており、さらにその回転は回転コントローラ２８によって制御される。この回転コントローラ２８からは超音波振動子アレイ１２の回転位置を表わす位置信号が出力され、これが３Ｄ画像構成回路２５に送られている。超音波振動子アレイ１２がステップ的に回転していくとき、その各回転位置ごとに２Ｄ画像構成回路２４から２次元画像信号が得られる。この２次元画像信号が３Ｄ画像構成回路２５に入力される。そこで、３Ｄ画像構成回路２５では、入力された２次元画像信号と位置信号とを用いて、超音波ビームの紙面に直角な方向での電子的スキャンと紙面の左右方向での機械的なスキャンとによってカバーされたボリュームの３次元的な画像を構成する。この3次元画像信号は画像モニター装置２６に送られて表示される。

超音波振動子アレイ１２が往復回転する際、そのストロークの両端部のそれぞれに位置したとき反射部１６に対面することとなって超音波振動子アレイ１２から放射した超音波がこの反射部１６で反射して直ちに超音波振動子アレイ１２に戻ってくる。この反射部１６で反射して超音波振動子アレイ１２に入射する反射波は強度が極めて大きくしかも戻ってくる時間が短い。そこで、超音波振動子アレイ１２の各振動子から出力される受信信号より、このような性質を有する反射波を識別して取り出すことは容易であり、この信号取り出しが信号処理回路２３の出力が入力されている位置検出回路２９によってなされる。こうして位置検出回路２９で両端部（反射部１６）の位置が検出されるとその検出信号が回転コントローラ２８に送られ、基準位置信号として用いられる。回転コントローラ２８は、この基準位置信号を用いて位置を修正しながら回転駆動回路２７を制御してモーター１３の回転つまり超音波振動子アレイ１２の回転位置を正確に定め、かつ３Ｄ画像構成回路２５に送る位置信号を正確なものとする。

そのため、超音波振動子アレイ１２の機械的スキャン（回転）の位置決めが正確になされるとともにその正確な位置の信号を３Ｄ画像構成回路２５に送るので、３Ｄ画像構成回路２５において位置精度の高い正確な３Ｄ画像を構成することが可能となる。しかも、正確な位置信号を得るのに別途位置センサを設けることがなく、超音波振動子アレイ１２の各振動子からの受信信号そのものを利用しているため信号線が増えることもない。

なお、上記の説明はこの発明の一実施例に関するものであって、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で、具体的な構成などは種々に変更できることはいうまでもない。たとえば上記では、反射部１６は超音波振動子アレイ１２の往復移動ストロークの両端部に相当する、超音波透過窓部１５の両端部に設けることとしたが、その往復移動ストロークの中央部の両端（図１の紙面に垂直な方向の両端）部等に設けてもよい。この場合、反射部１６の位置は窓部１５の左右方向では中央部であるが、窓部１５の紙面に直交する方向では両端部とする。超音波振動子アレイ１２の端部に位置する振動子のみがこの反射部に対面するので、通常の画像構成などのための超音波スキャンに影響を与えない。すなわち、反射部１６の位置は超音波スキャンに影響を与えないような位置であればよいわけである。また、超音波振動子アレイ１２はモーター１３の出力軸に直結されているとしたが、ギヤ機構やプーリ機構などの回転伝達機構を介してモーターの回転を超音波振動子アレイ１２に伝達するよう構成することもできる。反射部１６はハウジング１４の材質を一部変更して構成しているが、適宜な音響反射体をハウジング１４の内面に貼り付けるようにしてもよい。さらに回路構成的にも、図示のようなハードウェア的構成ではなく、位置検出回路２９や２Ｄ画像構成回路２４や３Ｄ画像構成回路２５等をソフトウェア的に構成することもできる。

この発明にかかる超音波診断装置によれば、ハウジングに反射部を設け、その反射部からの反射信号をとらえるようにしているので、特別な位置センサを用いることなく、簡易に超音波振動子アレイの回転基準位置を検出することができる。

この発明の一実施例にかかる超音波診断装置のブロック図。

符号の説明

１１……超音波プローブ
１２……超音波振動子アレイ
１３……モーター
１４……ハウジング
１５……超音波透過窓部
１６……反射部
２１……装置本体
２２……ビームフォーマ
２３……信号処理回路
２４……２Ｄ画像構成回路
２５……３Ｄ画像構成回路
２６……画像モニター装置
２７……回転駆動回路
２８……回転コントローラ
２９……位置検出回路

Claims

多数の超音波振動子が並べられた超音波振動子アレイと、該超音波振動子アレイを回転させる回転駆動手段と、該超音波振動子アレイおよび回転駆動手段を収めるハウジングと、該ハウジングに設けられた超音波透過窓部および超音波反射部とを有する超音波プローブと、上記超音波振動子アレイの各超音波振動子から出力される受信信号から上記反射部によって反射した反射波をとらえて該超音波振動子アレイの回転位置を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。