JP2007159651A - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作した振動子の位置を即座に把握できる超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【解決手段】超音波プローブ１１内の振動子ユニット３は、マーク３４を有し、操作部１７による操作に応じて制御部１６がマーク３４を発光させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波プローブ及び超音波診断装置に関し、特に、超音波を被検体へ送信し、その被検体から反射される超音波を受信してエコー信号を得る超音波プローブと、エコー信号に基づいて生成される被検体の画像を表示面に表示する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波を被検体に送信し、その被検体から反射され受信される超音波のエコー信号に基づいて、被検体の断層面についての画像を生成し、その生成した画像を表示する装置として知られている（たとえば、特許文献１参照）。

超音波診断装置には、Ｂモード、ＣＦＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｇ）モード、ＰＷＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｗａｖｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ）モードなど様々な動作モードがある。超音波診断装置は、リアルタイムの画像生成を容易に行うことができるという利点を有しているため、特に、胎児検診や心臓検診などの医療分野において利用されている。

このような超音波診断装置には、３次元の超音波画像を取得することができるものがあり、こうした超音波診断装置には、例えば、振動子を線状に（１次元的に）複数配列させた単一のアレイ振動子を機械的に被検体の体表に沿って往復運動させるような機械方式の超音波プローブや、複数の振動子を平面状に（２次元的に）配列してマトリックスアレイを構成し、超音波を送波する振動子を電子スイッチ等により制御するような電子方式のプローブ（探触子）によって、３次元の超音波画像用の反射エコー信号を取得するものがある。
特開２００２−１７７２７０号公報

しかし、上述したような３次元の超音波画像を取得できる超音波診断装置においては、振動子は樹脂等不透明の超音波プローブのケース内にあるため、スキャン後のアレイ振動子が超音波プローブ内のどこにあるかがケース外からは見えず、動作していたアレイ振動子の位置がケース外からは分かりにくい、という不利益があった。
本発明は、上述した不利益を解消するために、動作した振動子の位置を即座に把握できる超音波プローブ及び超音波診断装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、第１の観点の発明の超音波プローブは、被検体に超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信する振動子ユニットによって被検体に対し超音波スキャンを行う超音波プローブであって、半透明或いは透明の部位を含むケースと、前記ケースの半透明あるいは透明の部位に対応するように前記振動子ユニットに設けられている、前記振動子ユニットの位置を示す指示体とを有する。

好適には、前記指示体は、発光体である。

好適には、前記振動子ユニットは、第１の方向に並んだ複数の振動子を有し、前記振動子ユニットは、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って移動する。

好適には、前記指示体は、当該超音波プローブが走査を行う方向を示す。

好適には、前記振動子ユニットは、前記被検体に近い順に、前記振動子と前記被検体との中間の音響インピーダンスを有する整合層と、前記振動子と、振動子による超音波発生後の振動を吸収するバッキング材とが層構造をなしている。

第２の観点の発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信する振動子ユニットによって被検体を走査し超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブを有し、前記超音波プローブは、半透明或いは透明の部位を含むケースと、前記振動子ユニットの位置を示す指示体とを有し、前記指示体は、前記ケースの半透明あるいは透明の部位に対応するように前記振動子ユニットに設けられている。

好適には、複数の超音波プローブを有し、前記指示体は、複数の超音波プローブのうち、現在選択されている超音波プローブを示す。

好適には、前記指示体は、当該超音波プローブが走査を行う方向を示す。

好適には、前記振動子ユニットは、前記被検体に近い順に、前記振動子と前記被検体との中間の音響インピーダンスを有する整合層と、前記振動子と、振動子による超音波発生後の振動を吸収するバッキング材とが層構造をなしている。

動作した振動子の位置を即座に把握できる超音波プローブ及び超音波診断装置を提供する。

＜第１実施形態＞
以下、本実施形態の超音波診断装置１について説明する。
第１実施形態の超音波診断装置１は、１次元的に並んだ振動子を往復運動させる超音波プローブを用いて、３次元超音波画像を取得する。

図１は、本発明にかかる実施形態の超音波診断装置１の全体構成を示すブロック図である。

図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波プローブ１１と、送受信部１２と、画像生成部１３と、記憶部１４と、表示部１５と、制御部１６と、操作部１７とを有する。超音波診断装置１は、複数の超音波振動子が１次元的に配列された超音波プローブ１１を有し、これら超音波振動子から被検体に向かって超音波が送信される。そして、超音波診断装置１は、その被検体から反射される超音波を超音波振動子３１によって受信し、エコー信号を得る。超音波診断装置１は、そのエコー信号に基づいて、被検体の断層についての画像を生成し、その後、その画像を表示する。

超音波診断装置１の各部について、順次、説明する。

図２は、超音波プローブ１１の斜視図である。

図２に示すように、超音波プローブ１１は、ケース２、窓部２１、振動子ユニット３、ケーブルからなる。

ケース２は、後述する振動子ユニット３を収める外殻である。
超音波プローブ１１の使用の際には、図２に示すケース２の上側の面が被験者の表面に当接され、この面を介して超音波が送信或いは受信される。
ケース２には、図２に示すように側面に窓部２１が設けられている。窓部２１は、透明或いは半透明の材質によって形成され、窓部２１を通して後述するマーク３４をケース２の外側から視認できるようになっている。

振動子ユニット３は、図３に示すように、Ｌ個の超音波振動子３１−１〜３１−Ｌ、整合層３２、バッキング材３３、マーク３４からなり、ケース２内に収められている（Ｌは正整数）。

超音波振動子３１−１〜３１−Ｌは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスなどにより構成されており、電気信号を超音波に変換して送信する。或いは、受信した音波を電気信号に変換する。

整合層３２は、超音波振動子３１−１〜３１−Ｌと生体との音響インピーダンスの大きな差を少なくし、超音波振動子３１−１〜３１−Ｌの振動を抑えるために、超音波振動子３１と生体の中間のインピーダンスを有する材料で形成される。
バッキング材３３は、整合層３２が抑えきれない振動を制御し、より軽減する働きと、超音波振動子３１−１〜３１−Ｌから背面に放射された音響エネルギーを吸収する働きを有し、例えば、減衰係数が大きく音響インピーダンスが小さいエポキシ樹脂等によって形成される。
マーク３４は、ＬＥＤ等によって形成され、後述する制御部１６の制御に従い発光する。

本実施形態においては、振動子ユニット３には上述したように、Ｌ個の超音波振動子３１−１〜３１−Ｌが図２及び図３に示すようにＸ方向に並べて設けられている。更に、振動子ユニット３は、図２の矢印が示すようなＹ方向の往復運動を行う。

各超音波振動子は、図２及び図３に示すＺ方向に超音波を送受信する。すなわち、Ｚ方向の超音波スキャンを行う。Ｘ方向にＬ個並べられた超音波振動子３１−１〜３１−Ｌによって、Ｘ方向及びＺ方向の２次元の超音波エコーを得ることができる。更にこれらがＹ方向に往復運動を行うことにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３次元の超音波エコーを得ることができる。
本実施形態の振動子ユニット３は、以上のようにして３次元の超音波スキャンを実現する。

また、超音波プローブ１１のケース２に設けられた窓部２１によって、図２に示すように、振動子ユニット３のマーク３４が外部から視認可能である。これによって、振動子ユニット３がＹ方向の往復運動の後停止した際に、窓部２１を通してマーク３４が見えるため、ケース２内の振動子ユニット３の位置を常に確認することができる。

送受信部１２は、超音波を送受信する送受信回路を含むように構成されている。送受信部１２は、超音波プローブ１１に接続されており、制御部１６からの指令に基づいて、超音波プローブ１１の超音波振動子３１から超音波を被検体へ送信し、その被検体から反射される超音波を超音波振動子３１で受信してエコー信号を得る。
そして、送受信部１２は、生成したエコー信号を画像生成部１３に出力する。具体的には、送受信部１２は、超音波ビームを移動させてスキャンするように、超音波プローブ１１の超音波振動子３１を順次切り替えて超音波を受信し、その受信した超音波のよるデータに増幅、遅延、加算などの処理を実施してエコー信号を生成し、画像生成部１３に出力する。

画像生成部１３は、送受信部１２により得られるエコー信号に基づいて、被検体の画像を生成する。画像生成部１３は、たとえば、コンピュータとプログラムとによって構成されており、制御部１６からの指令に基づいて、送受信部１２からのエコー信号を画像処理し、被検体の断層面についての画像を時系列順にフレームごとに生成する。具体的には、画像生成部１３は、送受信部１２が出力するエコー信号を対数増幅した後に包絡線を検波し、たとえば、Ｂモードによる画像をフレーム毎に生成する。そして、画像生成部１３は、記憶部１４に接続されており、前述のようにして生成したフレームの画像を、順次、記憶部１４に出力する。画像生成部１３は、たとえば、超音波プローブ１１を用いて被検体をスキャンして得られるエコー信号に基づいて、被検体内の画像を生成し、記憶部１４へその画像を出力して記憶させる。

記憶部１４は、たとえば、シネメモリとＨＤＤとを含むように構成されており、画像生成部１３により生成された画像を記憶する。記憶部１４は、画像生成部１３と接続されており、制御部１６からの指令に基づいて、画像生成部１３により生成される複数フレームの画像をシネメモリで一時的に記憶した後、ＨＤＤに出力して記憶する。たとえば、記憶部１４は、シネメモリに画像を記憶し、当該画像をＨＤＤに出力して記憶する。また、記憶部１４のシネメモリは、後述する表示部１５に接続されており、シネメモリが記憶した動画像のフレームが表示部１５によって順次リアルタイムに表示される。そして、記憶部１４のＨＤＤも同様に、表示部１５に接続されており、オペレータによって後述する操作部１７に入力される指令に基づいて、ＨＤＤが記憶した画像データを表示部１５に出力し、表示部１５がその画像を表示する。

表示部１５は、画像生成部１３により生成された画像を、記憶部１４から取得して表示する。表示部１５は、たとえば、グラフィックディスプレイ（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）と、ＤＳＣ（Ｄｉｄｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とを含む。表示部１５は、記憶部１４に接続されており、制御部１６からの指令に基づいて、記憶部１４のシネメモリが記憶する画像をＤＳＣにより表示信号に変換し、グラフィックディスプレイの表示画面に、画像生成部１３が生成した画像をリアルタイムに表示する。

制御部１６は、たとえば、コンピュータとプログラムとにより構成されており、各部にそれぞれ接続されている。制御部１６は、操作部１７からの操作信号に基づいて各部に制御信号を与え動作を制御する。
同時に、制御部１６は、３次元の超音波画像を取得する場合に、振動子ユニットの往復運動の制御を行う。
また、制御部１６は、例えば操作部１７の操作に応じて、マーク３４を発光させる。これにより、超音波プローブ１１内の振動子ユニット３の位置を常に超音波プローブの外部から視認することができる。

操作部１７は、たとえば、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）、タッチパネル（ｔｏｕｃｈ ｐａｎｅｌ）、トラックボール（ｔｒａｃｋ ｂａｌｌ）、フットスイッチ（ｆｏｏｔ ｓｗｉｔｃｈ）、音声入力装置などの入力装置により構成されている。操作部１７は、オペレータからの操作情報が入力され、それに基づいて制御部１６に指令を出力する。

以上説明したように、本実施形態の超音波診断装置１によれば、振動子ユニット３が往復運動することによって３次元スキャンを行う超音波プローブ１１を有し、更に当該振動子ユニット３は例えば操作部１７による操作に応じて制御部１６が発光させるマーク３４を有するので、超音波プローブ１１のケース２に設けられた透明或いは半透明の窓部２１を通してマーク３４を外部から視認でき、振動子ユニット３が往復運動を行った後の超音波プローブ１１内の振動子ユニット３の位置を特定することができる。

また、上述した実施形態では、Ｘ方向に並んだ振動子がＹ方向に往復運動する超音波プローブを有する超音波診断装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、円弧状に機械的な往復運動を行い３次元超音波スキャンを実現する超音波プローブを有する超音波診断装置であってもよい。この場合、図４に示すように、超音波プローブ１１の窓部２１も円弧状にすればよい。また、往復運動以外でも、振動子ユニットが運動を行い３次元超音波スキャンを実現する超音波プローブを有する全ての超音波診断装置に本発明は適用可能である。この場合、窓部２１の形状及び位置は、振動子ユニットの運動の軌跡及びマーク３４の位置に対応させればよい。

或いは、図５に示すように、ＸＹ平面にマトリクス状に振動子を配置し、電子的にスキャンを行う振動子を時間の経過によって切り替えることによって３次元超音波画像用のエコー信号を取得する超音波プローブを有する超音波診断装置であってもよい。
この場合、例えば、図５に示すように、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ振動子の数だけ予めマーク３４を設置しておき、動作中の振動子とＸ軸及びＹ軸が一致するマーク３４が発光するようにすればよく、従って、図５に示すように、窓部２１はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ設ければよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の超音波診断装置１Ａについて説明する。
第２実施形態の超音波診断装置１Ａは、複数の超音波プローブ１１Ａ−１〜１１Ａ−Ｍ（Ｍは正整数であり、超音波プローブの個数を表す）を有する場合の第１実施形態の変形例を示す。
図６は、第２実施形態の超音波診断装置１Ａの構成を示すブロック図である。

図６に示すように、超音波診断装置１Ａは、Ｍ個の超音波プローブ１１Ａ−１〜１１Ａ−Ｍを有する。
各超音波プローブ１１Ａ−１〜１１Ａ−Ｍを除き、超音波診断装置１Ａは第１実施形態の超音波診断装置１と同様の構成を有する。

各超音波プローブ１１Ａ−１〜１１Ａ−Ｍは、全て同じ構成を有するので、以下、超音波プローブ１１Ａ−１〜１１Ａ−Ｍのうちの１つ超音波プローブ１１Ａの構成について説明する。
図２に示すように、超音波プローブ１１Ａは、振動子ユニット３Ａを除いて、第１実施形態の超音波プローブ１１と同様の構成と作用を有する。
図３に示すように、振動子ユニット３Ａは、マーク３４Ａを除いて第１実施形態の振動子ユニット３と同様の構成と作用を有する。

マーク３４Ａは、制御部１６の制御により、当該マーク３４Ａが属する超音波プローブ１１Ａが選択され、当該超音波プローブ１１Ａによって超音波スキャンが行われている場合に、制御部１６の制御によって発光する。

また、同時に、第１実施形態のマーク３４と同様に、マーク３４Ａは、ＬＥＤ等によって形成され、制御部１６の制御に従って発光し、振動子ユニット３Ａの超音波プローブ１１Ａ内の位置を窓部２１を通して外部から視認できるようにする。
すなわち、マーク３４Ａは、振動子ユニット３Ａの位置を外部から視認させるためだけでなく、当該超音波プローブ１１Ａが使用され超音波スキャンを行っている際にはマーク３４Ａが発光するので、複数存在する超音波プローブ１１Ａ−１〜１１Ａ−Ｍのうち、どの超音波プローブが現在選択されスキャンを行っているのかを容易に把握することができる。

以上説明したように、本実施形態の超音波診断装置１Ａによれば、複数の超音波プローブ１１Ａ−１〜１１Ａ−Ｍのうち、現在使用されている超音波プローブ１１Ａのマーク３４Ａが発光し、これによって使用中の超音波プローブ１１Ａが一目で分かるだけでなく、使用中の超音波プローブ１１Ａ内の振動子ユニット３Ａの位置を外部から視認することができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の超音波診断装置１Ｂについて説明する。
第３実施形態の超音波診断装置１Ｂは、超音波プローブ１１Ｂのマーク３４Ｂが超音波を発する方向を示す場合の第１実施例の変形例である。
第３実施形態の超音波診断装置１Ｂは、超音波プローブ１１Ｂを除いて、図１に示す第１実施形態の超音波診断装置１と同様の構成と作用を有する。

超音波プローブ１１Ｂの構成について説明する。
第３実施形態の振動子ユニット３Ｂは、マーク３４Ｂを除いて第１実施形態の振動子ユニット３と同様の構成と作用を有する。

マーク３４Ｂは、例えば、図７に示すように、配列されたＮ個の超音波振動子３１−１〜３１−Ｎがどちら側から超音波を発し始めるかを例えば色で示す（Ｎは正整数）。
詳しく説明すると、Ｎ個の超音波振動子３１−１〜３１−ＮはＸ方向に一列に配列され、超音波スキャンを行う際には、図７に示すようにどちらか一方の端から順番に超音波を発し始めるが、例えば、図７（ａ）に示すように、超音波振動子３１がマーク３４Ｂのない側から超音波を発し始める場合には、マーク３４Ｂは赤く発光し、図７（ｂ）に示すように、マーク３４Ｂがある側から超音波を発し始める場合には、マーク３４Ｂは青く発光する。
なお、上述した、色の変化によってどちら側から超音波を発し始めるかを示す方法は一例であり、本発明では限定しない。例えば、マーク３４Ｂの発光する色は、赤と青が逆であってもよいし、或いは赤と青でなくてもよい。超音波振動子３１−１〜３１−Ｎのどちら側の端の超音波振動子から超音波を発し始めるかを報知しうる方法であればよい。

また、マーク３４Ｂは、第１実施形態のマーク３４と同様に、ＬＥＤ等によって形成され、制御部１６の制御に従って発光し、振動子ユニット３Ｂの超音波プローブ１１Ｂ内の位置を窓部２１を通して外部から視認できるようにする。

以上説明したように、本実施形態の超音波診断装置１Ｂによれば、超音波振動子３１−１〜３１−Ｎのどちら側から超音波を発し始めるかを報知すると共に、超音波プローブ１１Ｂ内の振動子ユニット３Ｂの位置を報知することができる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

なお、上述した実施形態では、図２等に示すように、マーク３４はバッキング材３３に配設されているが、本発明はこれに限定されず、マーク３４は振動子ユニット３のどこに配設されていてもよい。また、この場合、超音波プローブ１１の窓部２１の位置を、マーク３４が配設された位置に合わせ、マーク３４が窓部２１を通して外部から視認できるようにすればよい。

また、上述した実施形態では、マーク３４等は操作部１７に応じた制御部１６の制御により発光するとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、超音波プローブ１１等に図示しないスイッチ等が存在し、このスイッチの押下によりマーク３４が発光してもよい。

また、本実施形態ではマーク３４は発光するとしたが、本発明はこれに限定されない。本発明のマーク３４は振動子ユニットの位置を知らしめることができる印状のものであればよく、例えば、色のついた印や、無色のマーク等、振動子ユニット３の位置を示すことができるものであればよい。当該印状のものは、本発明では限定しない。またマーク３４が発光体でない場合、超音波プローブ１１の窓部２１を、半透明あるいは透明ではなく、透明にすればよい。

図１は、本発明にかかる実施形態の超音波診断装置１の全体構成を示すブロック図である。 図２は、超音波プローブ１１の斜視図である。 図３は、振動子ユニットの構成の一例を示す図である。 図４は、振動子ユニット３が円弧状に往復運動を行う場合の超音波プローブ１１の一例を示す斜視図である。 図５は、振動子が２次元マトリクスアレイを構成する超音波プローブ１１の一例を示す斜視図である。 図６は、第２実施形態の超音波診断装置１Ａの構成を示すブロック図である。 図７は、第３実施形態において、マーク３４Ｂの色と、配列された超音波振動子３１−１〜３１−Ｎのどちら側から超音波を発し始めるかとの関係を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…超音波診断装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ…超音波プローブ、１２…送受信部、１３…画像生成部、１４…記憶部、１５…表示部、１６…制御部、１７…操作部、２…ケース、２１…窓部、３，３Ａ，３Ｂ…振動子ユニット、３１…超音波振動子、３２…整合層、３３…バッキング材、３４，３４Ａ，３４Ｂ…マーク

Claims (9)

1. 被検体に超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信する振動子ユニットによって被検体に対し超音波スキャンを行う超音波プローブであって、
   半透明或いは透明の部位を含むケースと、
   前記ケースの半透明あるいは透明の部位に対応するように前記振動子ユニットに設けられている、前記振動子ユニットの位置を示す指示体と
   を有する
   超音波プローブ。
2. 前記指示体は、発光体である
   請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記振動子ユニットは、第１の方向に並んだ複数の振動子を有し、
   前記振動子ユニットは、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って移動する
   請求項１または２に記載の超音波プローブ。
4. 前記指示体は、当該超音波プローブが走査を行う方向を示す
   請求項１に記載の超音波プローブ。
5. 前記振動子ユニットは、前記被検体に近い順に、前記振動子と前記被検体との中間の音響インピーダンスを有する整合層と、前記振動子と、振動子による超音波発生後の振動を吸収するバッキング材とが層構造をなしている
   請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
6. 被検体に超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信する振動子ユニットによって被検体を走査して超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   超音波プローブ
   を有し、
   前記超音波プローブは、
   半透明或いは透明の部位を含むケースと、
   前記振動子ユニットの位置を示す指示体と
   を有し、
   前記指示体は、前記ケースの半透明あるいは透明の部位に対応するように前記振動子ユニットに設けられている
   超音波診断装置。
7. 複数の超音波プローブ
   を有し、
   前記指示体は、前記複数の超音波プローブのうち、現在選択されている超音波プローブを示す
   請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記指示体は、当該超音波プローブが走査を行う方向を示す
   請求項６に記載の超音波診断装置。
9. 前記振動子ユニットは、前記被検体に近い順に、前記振動子と前記被検体との中間の音響インピーダンスを有する整合層と、前記振動子と、振動子による超音波発生後の振動を吸収するバッキング材とが層構造をなしている
   請求項６から８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

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